CN112346299A - Uv光刻胶、uv光刻胶制备方法及透镜阵列制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种UV光刻胶、UV光刻胶制备方法及透镜阵列制备方法，UV光刻胶包括以下组分：丙烯酸树脂单体：40‑50重量份；烯酸树脂低聚物：40‑43重量份；第一光引发剂：3‑5重量份；第二光引发剂：1‑2重量份；添加剂：0.01‑1％重量份。本发明的UV光刻胶具有良好的物理、化学及光学性能，非常适合于以PET膜为承印基材。通过UV光刻胶制备方法可高效制得具有良好性能的UV光刻胶，非常适合于以PET膜为承印基材。通过透镜阵列制备方法获得的透镜阵列具有满足期望的均匀性、几何形貌、光学特性及耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及光刻胶技术领域，更具体地说是一种UV光刻胶、UV光刻胶制备方法及透镜阵列制备方法。
背景技术
在众多的微透镜阵列的制造方法中，微纳压印作为一种典型的微纳加工技术，尽管只能通过改变压印模具来改变微透镜的几何尺寸，却可在低温低压环境下于PET等柔性基材上实现大面积的、大规模的微透镜阵列的稳定制造，因此被视为复制微纳结构和微透镜阵列的常用方法。制备原理具体为：UV光刻胶流入成膜机的精密光学模具表面的微结构凹槽中，通过前压轮挤压多余树脂排出凹槽，并使模具表面与PET膜紧密贴合，通过UV灯使凹槽中的树脂固化在PET膜表面，经过后压轮后与模具剥离，成型的微透镜阵列层牢牢附着在PET膜的表面，形成微透镜3D光学膜。
作为制备微透镜阵列的重要材料-UV光刻胶，通常情况下，是由感光树脂、表面活性剂、光敏剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体，应具有良好的分辨率、对比度、敏感度、黏度、黏附性和表面张力，以确保制备的微透镜阵列具有满足期望的均匀性、几何形貌、光学特性及耐磨性。然而，市场上现有的UV光刻胶的承印基材大多为硅片、玻璃、PDMS等，应用于模拟半导体、发光二极管、微机电系统、太阳能光伏、微流道与生物芯片、光电子/光子器件、封装等领域，其物理、化学及光学性能不太适合应用于PET基材上以进行大规模的微透镜阵列的制造。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种UV光刻胶、UV光刻胶制备方法及透镜阵列制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种UV光刻胶，包括以下组分：
丙烯酸树脂单体：40-50重量份；
烯酸树脂低聚物：40-43重量份；
第一光引发剂：3-5重量份；
第二光引发剂：1-2重量份；
添加剂：0.01-1％重量份。
其进一步技术方案为：所述丙烯酸树脂单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
其进一步技术方案为：所述丙烯酸树脂低聚物为1，6-己二醇二丙烯酸酯。
其进一步技术方案为：所述第一光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。
其进一步技术方案为：所述第二光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮。
其进一步技术方案为：所述添加剂为有机硅消泡剂以及有机硅流平剂的混合物。
其进一步技术方案为：所述UV光刻胶的密度为1.12-1.14g/cm3，黏度为220-280cps。
其进一步技术方案为：所述UV光刻胶的敏感度为350-500mj/cm2，折射率为1.5-1.6。
一种UV光刻胶制备方法，包括以下步骤：
将40-50重量份的丙烯酸树脂单体和40-43重量份的丙烯酸树脂低聚物混合在一起，以1000-1800转/分钟的搅拌速度搅拌15-30分钟，得到均匀的第一混合溶液；
将3-5重量份的第一光引发剂和1-2重量份的第二光引发剂加入到第一混合溶液中，以800-1500转/分钟的搅拌速度搅拌15-30分钟，得到均匀的第二混合溶液；
将0.01-1重量份的添加剂加入到第二混合溶液中，以500-1000的搅拌速度搅拌60-120分钟，以获得UV光刻胶。
一种微透镜阵列制备方法，基于以上任意一项所述的UV光刻胶，包括以下步骤：
选用表面经化学处理的PET膜作为承印基材；
通过微纳压印将所述UV光刻胶压印至所述PET膜正面形成微透镜阵列。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明提供的一种UV光刻胶、UV光刻胶制备方法及透镜阵列制备方法，UV光刻胶由丙烯酸树脂单体、烯酸树脂低聚物、第一光引发剂和第二光引发剂组成的UV光刻胶组成，具有良好的物理、化学及光学性能，非常适合于以PET膜为承印基材。通过UV光刻胶制备方法可高效制得具有良好性能的UV光刻胶，非常适合于以PET膜为承印基材。通过透镜阵列制备方法获得的透镜阵列具有满足期望的均匀性、几何形貌、光学特性及耐磨性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
图1为UV光刻胶制备方法的流程图；
图2为透镜阵列制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
一种UV光刻胶，包括以下组分：
丙烯酸树脂单体：40-50重量份；
烯酸树脂低聚物：40-43重量份；
第一光引发剂：3-5重量份；
第二光引发剂：1-2重量份；
添加剂：0.01-1％重量份。通过丙烯酸树脂单体、烯酸树脂低聚物、第一光引发剂和第二光引发剂组成的UV光刻胶，具有良好的物理、化学及光学性能，非常适合于以PET膜为承印基材，采用微纳压印工艺进行微透镜阵列的大规模制造，并确保制备的微透镜阵列具有满足期望的均匀性、几何形貌、光学特性及耐磨性。
具体地，丙烯酸树脂单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
具体地，丙烯酸树脂低聚物为1，6-己二醇二丙烯酸酯。
具体地，第一光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。
具体地，第二光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮。
具体地，添加剂为有机硅消泡剂以及有机硅流平剂的混合物。
具体地，UV光刻胶的密度为1.12-1.14g/cm3，黏度为220-280cps。
具体地，UV光刻胶的敏感度为350-500mj/cm2(365nm紫外光源下)，折射率为1.5-1.6。
在另一具体实施例中，使用液体密度测量仪测量UV光刻胶的密度，测量结果为1.13g/cm3；
使用旋转式黏度计测量UV光刻胶的黏度，测量结果为240cps(25℃)；
采用动态力学性能分析(DMA)法测定UV光刻胶的玻璃化转变温度，测定结果为91.8℃；
使用固含量测定仪测量UV光刻胶的固含量，测量结果为99.89％；
使用激光共聚焦显微镜观测UV光刻胶的分辨率，测量结果为0.25um；
使用数字阿贝折射仪测量UV光刻胶的折射率，测量结果为1.54；
UV光刻胶的固化敏感度为450mj/cm2(365nm紫外光源下)。
如图1所示，一种UV光刻胶制备方法，包括以下步骤：
S11、将40-50重量份的丙烯酸树脂单体和40-43重量份的丙烯酸树脂低聚物混合在一起，以1000-1800转/分钟的搅拌速度搅拌15-30分钟，得到均匀的第一混合溶液。通过搅拌使丙烯酸树脂单体和丙烯酸树脂低聚物能快速均匀混合得到第一混合溶液。
S12、将3-5重量份的第一光引发剂和1-2重量份的第二光引发剂加入到第一混合溶液中，以800-1500转/分钟的搅拌速度搅拌15-30分钟，得到均匀的第二混合溶液。通过搅拌使第一光引发剂、第二光引发剂与第一混合溶液快速均匀混合得到第二混合溶液。
S13、将0.01-1重量份的添加剂加入到第二混合溶液中，以500-1000的搅拌速度搅拌60-120分钟，以获得UV光刻胶。通过搅拌使添加剂与第二混合溶液快速均匀混合得到UV光刻胶。通过UV光刻胶制备方法可高效制得具有良好性能的UV光刻胶，非常适合于以PET膜为承印基材，采用微纳压印工艺进行微透镜阵列的大规模制造，并确保制备的微透镜阵列具有满足期望的均匀性、几何形貌、光学特性及耐磨性。
如图2所示，一种微透镜阵列制备方法，基于上述的UV光刻胶，包括以下步骤：
S21、选用表面经化学处理的PET膜作为承印基材。
S22、通过微纳压印将UV光刻胶压印至PET膜正面形成微透镜阵列。通过本微透镜阵列制备方法进行微透镜阵列的大规模制造，确保制备的微透镜阵列具有满足期望的均匀性、几何形貌、光学特性及耐磨性。
具体地，PET膜的厚度为75um，透光率90％以上。
具体地，微纳压印的工艺步骤包括：上料→张力控制→除尘除静电→上UV光刻胶→压印成型→UV固化→脱模→除静电→收卷→分切飞边→质检。
具体地，UV光刻胶的固化成型温度为70℃，固化成型时间为3s，紫外曝光固化能量为2500mJ，压印速度为5m/min。
微透镜阵列的性能：均匀性、几何形貌及光学特性
以压印速度5m/min，固化成型温度为70℃下成型的微透镜3D光学膜为例，对其微透镜阵列的均匀性、几何形貌和光学特性进行测试和分析。我们随机裁切3cm*3cm大小的3D光学膜，使用激光共聚焦显微镜获取其平面和立体形貌图，并标示出微透镜圆心距、间距、矢高和曲率半径的测试线。测量并计算裁切范围内所有微透镜的圆心距、间距、矢高及曲率半径的平均值，与原设计值进行比较，计算和对比结果如下表所示。
从表中可以看到，微透镜圆心距、间距、矢高和曲率半径的偏差率绝对值分别为0.39％、1.80％、1.20％和10.14％，也就是说，除了曲率半径稍微大点外，微透镜圆心距、间距和矢高的尺寸值均和原设计值相差不大，从而表明3D光学膜的微透镜阵列的均匀性良好，周期精度高。
焦距f和数值孔径NA作为微透镜最重要的光学性能评价参数，可由以下公式计算：
其中，Rc为微透镜的曲率半径，n为微透镜的反射系数，数值为1.50；D为微透镜的直径。根据表1中微透镜曲率半径和圆心距的测算值，结合上述公式，可计算得到微透镜阵列的焦距f和数值孔径NA分别约为为：81.50um、0.43，这表明微透镜阵列具有良好的光学性能。
微透镜阵列的性能：耐磨性能
同样地，以压印速度5m/min，固化成型温度为70℃下成型的微透镜3D光学膜为例，测试其耐磨性能，结果如下表所示。
与现有技术相比，本发明提供的一种UV光刻胶、UV光刻胶制备方法及透镜阵列制备方法，UV光刻胶由丙烯酸树脂单体、烯酸树脂低聚物、第一光引发剂和第二光引发剂组成的UV光刻胶组成，具有良好的物理、化学及光学性能，非常适合于以PET膜为承印基材。通过UV光刻胶制备方法可高效制得具有良好性能的UV光刻胶，非常适合于以PET膜为承印基材。通过透镜阵列制备方法获得的透镜阵列具有满足期望的均匀性、几何形貌、光学特性及耐磨性。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种UV光刻胶，其特征在于，包括以下组分：
丙烯酸树脂单体：40-50重量份；
烯酸树脂低聚物：40-43重量份；
第一光引发剂：3-5重量份；
第二光引发剂：1-2重量份；
添加剂：0.01-1％重量份。
2.根据权利要求1所述的UV光刻胶，其特征在于，所述丙烯酸树脂单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
3.根据权利要求1所述的UV光刻胶，其特征在于，所述丙烯酸树脂低聚物为1，6-己二醇二丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的UV光刻胶，其特征在于，所述第一光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。
5.根据权利要求1所述的UV光刻胶，其特征在于，所述第二光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮。
6.根据权利要求1所述的UV光刻胶，其特征在于，所述添加剂为有机硅消泡剂以及有机硅流平剂的混合物。
7.根据权利要求1所述的UV光刻胶，其特征在于，所述UV光刻胶的密度为1.12-1.14g/cm3，黏度为220-280cps。
8.根据权利要求7所述的UV光刻胶，其特征在于，所述UV光刻胶的敏感度为350-500mj/cm2，折射率为1.5-1.6。
9.一种UV光刻胶制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将40-50重量份的丙烯酸树脂单体和40-43重量份的丙烯酸树脂低聚物混合在一起，以1000-1800转/分钟的搅拌速度搅拌15-30分钟，得到均匀的第一混合溶液；
将3-5重量份的第一光引发剂和1-2重量份的第二光引发剂加入到第一混合溶液中，以800-1500转/分钟的搅拌速度搅拌15-30分钟，得到均匀的第二混合溶液；
将0.01-1重量份的添加剂加入到第二混合溶液中，以500-1000的搅拌速度搅拌60-120分钟，以获得UV光刻胶。
10.一种微透镜阵列制备方法，基于权利要求1至8任意一项所述的UV光刻胶，其特征在于，包括以下步骤：
选用表面经化学处理的PET膜作为承印基材；
通过微纳压印将所述UV光刻胶压印至所述PET膜正面形成微透镜阵列。
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