CN106958018A - 一种基于光学干涉原理的彩色印刷方法 - Google Patents

一种基于光学干涉原理的彩色印刷方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光学干涉原理的彩色印刷方法，以光学塑料薄膜为承载体，各个尺度小至亚微米量级且反射颜色各异的光学微结构器件构成基本像素，在承载体上二维排列基本像素构成彩色图形。构成基本像素的光学微结构器件为反射颜色为红、绿、蓝的三个光学薄膜干涉滤光片单元组成，通过调节三个滤光片单元的面积比例组合成各种颜色。本发明的彩色印刷方法基于光学薄膜干涉原理，摒弃了传统印刷中所用的颜料油墨，是一种绿色环保技术，而且分辨率高、色饱和度好、可大幅面制作，因而在印刷、防伪、装饰、信息显示等领域中有着广泛的应用。

Description

一种基于光学干涉原理的彩色印刷方法
技术领域
本发明属于彩色印刷领域，具体涉及一种基于光学干涉原理的彩色印刷方法。
背景技术
印刷术为人类进步和文明传播作出了巨大贡献，目前印刷术被广泛应用在广告、教育、报纸媒体等各行各业。现有的印刷方法，基于感光材料的凹版、凸版等印刷技术，采用油墨的吸收和透射特性来实现彩色图像。但是存在工艺复杂、印刷材料污染严重等弊端，给环保带来了巨大压力。
为了解决计算机直接制版中感光、显影、定影、冲洗等复杂过程和避光操作等繁琐工艺，材料科学研究人员提出基于纳米结构亲/疏水可控转化原理的打印制版技术，直接打印形成具有相反浸润性(超亲油/亲水)的图文区和非图文区，见白春礼的题为“从基础研究到技术创新：纳米材料绿色制版技术的启示”的论文(《科学通报》54，1941-1944(2009))。这种方法简化了制版工艺，克服了传统感光成像制版中的环境污染问题，但是它只是制版工艺的突破，彩色印刷还是依靠颜料油墨来实现。
发明内容
本发明提供了一种基于光学干涉原理的彩色印刷方法，摒弃了传统印刷中所用的颜料油墨，绿色环保、分辨率高、色饱和度好、可大幅面制作，可广泛应用在印刷、防伪、装饰、信息显示等领域。
一种基于光学干涉原理的彩色印刷方法，以光学塑料薄膜为承载体，以若干个尺度为200纳米～100微米且反射颜色各异的光学干涉器件构成基本像素，在承载体上二维排列基本像素构成彩色图形。
其中，所述的光学干涉器件为红色光学薄膜滤光片、绿色光学薄膜滤光片和蓝色光学薄膜滤光片。所述的红色光学薄膜滤光片、绿色光学薄膜滤光片和蓝色光学薄膜滤光片是指反射颜色分别为红、绿、蓝的光学薄膜干涉滤光片。
所述的红色光学薄膜滤光片、绿色光学薄膜滤光片和蓝色光学薄膜滤光片均由第一金属薄膜、聚合物薄膜和第二金属薄膜组成。所述的第一金属薄膜层为铝、银或者金薄膜层，厚度为50纳米～200纳米；所述的聚合物薄膜层为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者光刻胶薄膜层，厚度为50纳米～600纳米；所述的第二金属薄膜层为铬、镍或者钨薄膜层，厚度为2纳米～20纳米。构成红色光学薄膜滤光片、绿色光学薄膜滤光片和蓝色光学薄膜滤光片中的聚合物薄膜的厚度分别为295纳米、520纳米和425纳米。
所述的基本像素的色彩是通过改变红色光学薄膜滤光片、绿色光学薄膜滤光片和蓝色光学薄膜滤光片的所占面积比例来实现的。
上述的基于光学干涉原理的彩色印刷方法中，所述的基本像素通过以下步骤制得：
(1)在光学塑料薄膜上采用真空电子束蒸发或者溅射沉积一层第一金属薄膜；
(2)在第一金属薄膜上，采用旋涂或者喷涂聚合物薄膜；所述的聚合物薄膜厚度为50纳米～600纳米；
(3)在聚合物薄膜上采用纳米压印技术，经过加热、施压、冷却和脱模过程形成厚度不同的聚合物薄膜浮雕图形；
(4)在压印了浮雕图形的聚合物薄膜上采用真空电子束蒸发或者溅射沉积一层第二金属薄膜，形成红色光学薄膜干涉滤光片、绿色光学薄膜干涉滤光片和蓝色光学薄膜干涉滤光片。
其中，所述的第一金属薄膜层为铝、银或者金薄膜层，厚度为50纳米～200纳米；所述的聚合物薄膜层为聚甲基丙烯酸甲酯或者光刻胶薄膜层，构成红色光学薄膜滤光片、绿色光学薄膜滤光片和蓝色光学薄膜滤光片中的聚合物薄膜的厚度分别为295纳米、520纳米和425纳米；所述的第二金属薄膜层为铬、镍或者钨薄膜层，厚度为2纳米～20纳米。
相对于现有技术，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明将成熟的光学薄膜沉积工艺和纳米压印技术结合，制作光学干涉结构来实现彩色的显示，从物理上改变了现有的油墨印刷方法，对环境无污染，是一种非油墨的绿色印刷方法。
本发明的基本像素中的三基色单元都为诱导反射滤光片，采用高反射第一金属薄膜和高吸收第二金属薄膜，具有高的反射率的同时又有很好的色饱和度。
本发明采用纳米压印技术，还可根据应用需求自由地调整单个像素的尺寸(小至200nm)，因此本发明可以印刷超高分辨率、色彩鲜艳的图形。
附图说明
图1是基于光学干涉原理的彩色印刷方法中基本像素结构示意图；
图2是基于光学干涉原理的彩色印刷方法中基本像素的制备流程图；
图3是构成基本像素的红、绿、蓝光学薄膜滤光片的反射率光谱曲线图；
图4是红、绿、蓝光学薄膜滤光片的反射光谱的色品图；
图5是基于干涉原理的彩色印刷方法应用的实例图形示意图；
图中：光学塑料薄膜1、红色光学薄膜滤光片2、绿色光学薄膜滤光片3、蓝色光学薄膜干涉滤光片4、第一金属薄膜5、聚合物薄膜6、第二金属薄膜7。
具体实施方式
下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
一种基于光学干涉原理的彩色印刷方法，以光学塑料薄膜1为承载体，若干个尺度为200纳米～100微米且反射颜色各异的光学干涉器件构成基本像素，在承载体上二维排列基本像素构成彩色图形。
如图1所示，基于光学干涉原理的彩色印刷方法中，基本像素由光学塑料薄膜1上的红色光学薄膜滤光片2、绿色光学薄膜滤光片3和蓝色光学薄膜滤光片4构成。红色光学薄膜滤光片2、绿色光学薄膜滤光片3和蓝色光学薄膜滤光片4的尺寸为200纳米～100微米，均由第一金属薄膜5、聚合物薄膜6和第二金属薄膜7组成。第一金属薄膜5为铝，厚度为100纳米；聚合物薄膜6为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，红、绿、蓝滤光片中厚度分别为295纳米、520纳米和425纳米；第二金属薄膜7为铬，厚度为5纳米。可以通过改变红色光学薄膜滤光片2、绿色光学薄膜滤光片3和蓝色光学薄膜滤光片4的所占面积比例来调节基本像素的色彩。
如图2所示，基本像素由以下步骤制得：
(1)先在光学塑料薄膜1上采用真空电子束蒸发或者溅射沉积一层第一金属薄膜5；第一金属薄膜5为铝，厚度为100纳米；
(2)在金属薄膜5上，采用旋涂或者喷涂聚合物薄膜6；聚合物薄膜6为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，厚度520纳米；
(3)在聚合物薄膜6上采用纳米压印技术，经过加热、施压、冷却和脱模等过程形成厚度分别为295纳米、520纳米和425纳米的聚合物薄膜浮雕图形；
(4)在聚合物薄膜6上采用真空电子束蒸发或者溅射沉积一层第二金属薄膜7，形成红色光学薄膜干涉滤光片2、绿色光学薄膜干涉滤光片3和蓝色光学薄膜干涉滤光片4；第二金属薄膜7为铬，厚度为5纳米。
上述方法中，根据应用需要可自由调整单个像素的尺寸和色彩，因而可印刷高分辨率、色彩鲜艳的图形。
如图3所示为红色光学薄膜滤光片2、绿色光学薄膜滤光片3、蓝色光学薄膜滤光片4的反射率曲线。构成滤光片的第一金属薄膜5为铝，厚度100纳米；聚合物薄膜6为聚甲基丙烯酸甲酯；第二金属薄膜7为铬，厚度10nm。经纳米压印，红色光学薄膜滤光片2、绿色光学薄膜滤光片3和蓝色光学薄膜滤光片4中聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的厚度分别为295纳米、520纳米、425纳米。红色光学薄膜滤光片2、绿色光学薄膜滤光片3和蓝色光学薄膜滤光片4的反射率的峰值波长分别在670纳米、550纳米和450纳米，半带宽为35纳米、50纳米和85纳米，峰值反射率大于达90％。图4为红色光学薄膜滤光片2、绿色光学薄膜滤光片3和蓝色光学薄膜滤光片4的反射光谱在1931年国际发光照明委员会标准的XYZ系统色品图上的位置，可看出红色光学薄膜滤光片2、绿色光学薄膜滤光片3和蓝色光学薄膜滤光片4的反射谱具有较好的色饱和度。
图5是采用上述的基于干涉原理的彩色印刷方法制作的图形“ZJU”示意图，其颜色为湖蓝色，它由多个基本像素构成，每个像素分别由红色光学薄膜滤光片2、绿色光学薄膜滤光片3和蓝色光学薄膜滤光片4组成，其中红色光学薄膜滤光片2的面积占15％，绿色光学薄膜滤光片3的面积占35％，蓝色光学薄膜滤光片4的面积占50％。

Claims (5)

1.一种基于光学干涉原理的彩色印刷方法，其特征在于，以光学塑料薄膜为承载体，以若干个尺度为200纳米～100微米且反射颜色各异的光学干涉器件构成基本像素，在承载体上二维排列基本像素构成彩色图形。
2.如权利要求1所述的彩色印刷方法，其特征在于，所述的光学干涉器件为红色光学薄膜滤光片、绿色光学薄膜滤光片和蓝色光学薄膜滤光片。
3.如权利要求2所述的彩色印刷方法，其特征在于，所述的红色光学薄膜滤光片、绿色光学薄膜滤光片和蓝色光学薄膜滤光片均由第一金属薄膜、聚合物薄膜和第二金属薄膜组成；所述的第一金属薄膜层为铝、银或者金薄膜层，厚度为50纳米～200纳米；所述的聚合物薄膜层为聚甲基丙烯酸甲酯或者光刻胶薄膜层，构成红色光学薄膜滤光片、绿色光学薄膜滤光片和蓝色光学薄膜滤光片中的聚合物薄膜的厚度分别为295纳米、520纳米和425纳米；所述的第二金属薄膜层为铬、镍或者钨薄膜层，厚度为2纳米～20纳米。
4.如权利要求1～3任一所述的彩色印刷方法，其特征在于，所述的基本像素通过以下步骤制得：
(1)在光学塑料薄膜上采用真空电子束蒸发或者溅射沉积一层第一金属薄膜；
(2)在第一金属薄膜上，采用旋涂或者喷涂聚合物薄膜；所述的聚合物薄膜厚度为50纳米～600纳米；
(3)在聚合物薄膜上采用纳米压印技术，经过加热、施压、冷却和脱模过程形成厚度不同的聚合物薄膜浮雕图形；
(4)在压印了浮雕图形的聚合物薄膜上采用真空电子束蒸发或者溅射沉积一层第二金属薄膜，形成红色光学薄膜干涉滤光片、绿色光学薄膜干涉滤光片和蓝色光学薄膜干涉滤光片。
5.如权利要求4所述的彩色印刷方法，其特征在于，所述的第一金属薄膜层为铝、银或者金薄膜层，厚度为50纳米～200纳米；所述的聚合物薄膜层为聚甲基丙烯酸甲酯或者光刻胶薄膜层，构成红色光学薄膜滤光片、绿色光学薄膜滤光片和蓝色光学薄膜滤光片中的聚合物薄膜的厚度分别为295纳米、520纳米和425纳米；所述的第二金属薄膜层为铬、镍或者钨薄膜层，厚度为2纳米～20纳米。
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