CN115413218A - 基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗及其制备方法，制备方法包括提供一基板，所述基板上设有凹槽网格结构；在所述凹槽网格结构内形成导电网格；将所述导电网格由所述基板上转移至中转膜上；将所述导电网格由所述中转膜上转移至光学窗表面固定，得到电磁屏蔽光学窗。本申请制备方法采用先制备导电网格，再将导电网格转移至光学窗衬底上粘合的方式，制备电磁屏蔽光学窗，有效避免了在光学窗上刻蚀、蒸镀等工艺，并且能够大面积制作，有效降低制作成本，简化工艺，同时光学窗衬底的材料不受限制，兼容性强，应用范围广，可满足不同应用场景的透明电磁屏蔽需求。

Description

基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗及其制备方法

技术领域

本申请属于光学窗技术领域，具体涉及一种基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗及其制备方法。

背景技术

电磁技术的迅猛发展给人类的生活带来了诸多便利，但同时也使得空间电磁环境变得日趋复杂，为了防止电磁干扰和设备故障，电磁防护技术要求越来越高。如在可见或红外光学窗口领域，既需有优异的光学性能，同时也需有强的电磁屏蔽性能，在保证工作人员人眼信息观察或红外探测器信息获取的同时，也要避免宇宙射线、卫星、电视、广播等外部电磁波信号对系统内部工作器件产生干扰等。

以ITO为代表的金属氧化物透明导电膜在红外波段有强的吸收，且导电性较差，无法实现在红外波段高透光率与强电磁屏蔽的兼容。目前广泛使用的技术是在可见或红外光学窗上形成金属网栅结构，通过金属网栅镂空的特有属性，使其在宽波段范围内具有高的透光率和导电性。现有技术中一般采用电子束沉积并结合刻蚀工艺在光学窗上制备金属网栅结构，但该方法成本高，并且需要用到高真空环境。现有技术也出现了利用电场驱动3D打印的方法在衬底上获得金属网栅结构，但该方法获得的金属线宽较宽，肉眼可见，影响透光率。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗及其制备方法，以解决现有技术中的光学窗上的金属网栅的制备工艺成本高，需要用到高真空环境，获得的金属线宽较宽，肉眼可见，影响透光率的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的一个技术方案是：

提供了一种基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗的制备方法，包括：

提供一基板，所述基板上设有凹槽网格结构；

在所述凹槽网格结构内形成导电网格；

将所述导电网格由所述基板上转移至中转膜上；

将所述导电网格由所述中转膜上转移至光学窗表面固定，得到电磁屏蔽光学窗。

在一个或多个实施方式中，所述将所述导电网格由所述基板上转移至中转膜上的步骤包括：

对所述基板进行绕折操作；

将所述基板放置在所述中转膜表面，使所述导电网格与所述中转膜接触；

压合所述基板和所述中转膜，使所述导电网格粘合在所述中转膜上，揭下所述基板。

在一个或多个实施方式中，所述将所述导电网格由所述中转膜上转移至光学窗表面固定的步骤包括：

在所述光学窗表面设置粘合剂层；

将所述中转膜放置在所述光学窗表面，使所述导电网格与所述粘合剂层接触；

热压使得所述导电网格粘合在所述粘合剂层上，揭下中转膜。

在一个或多个实施方式中，所述在所述光学窗表面设置粘合剂层的步骤具体为：采用旋涂、喷涂或打印法在所述光学窗表面形成所述粘合剂。

在一个或多个实施方式中，所述粘合剂层的厚度为50nm-5μm，所述粘合剂层的材料包括PVB、PVB，PVA、PET，PU、TPU和双组分环氧树酯中的一种或几种组合。

在一个或多个实施方式中，所述热压使得所述导电网格粘合在所述粘合剂层上，揭下中转膜的步骤之后，还包括：

去除所述粘合剂层与所述导电网格的镂空处对应的部分，以露出所述光学窗。

在一个或多个实施方式中，所述去除所述粘合剂层与所述导电网格的镂空处对应的部分的步骤具体为采用刻蚀工艺去除与导电网格的镂空处对应的部分所述粘合剂层，所述刻蚀工艺包括等离子体刻蚀、溶液法刻蚀、派瑞林介质刻蚀和ICP刻蚀等的一种或多种组合。

在一个或多个实施方式中，所述中转膜为聚合物薄膜，且中转膜为PU膜、 PI膜、PET膜、TPU膜或PVB膜。

为实现上述目的，本申请采用的另一个技术方案是：

提供一种采用上述任一实施方式所述的制备方法制备得到的电磁屏蔽光学窗。

在一个或多个实施方式中，所述电磁屏蔽光学窗的导电网格的线宽为2～10μm，深宽比为1：2～2：1，所述电磁屏蔽光学窗在100nm-14μm波段范围内透光率为20～90％，方阻为0.01～10Ω/方块，在300MHz-40GHz频段屏蔽能效为10～100dB。

区别于现有技术，本申请的有益效果是：

本申请的制备方法采用先制备导电网格，再将导电网格转移至光学窗衬底上粘合的方式，制备电磁屏蔽光学窗，有效避免了在光学窗上刻蚀、蒸镀等工艺，并且能够大面积制作，有效降低制作成本，简化工艺，同时光学窗衬底的材料不受限制，兼容性强，应用范围广，可满足不同应用场景的透明电磁屏蔽需求；

本申请的制备方法采用具有凹槽网格结构的基板，通过在凹槽网格结构内设置导电材料的方式制备导电网格，制备方法简单、高效，可根据需求自由设计导电网格的线宽及方阻，获得细线宽和高深宽比的导电网格，有效保证光学窗的透光性和电磁屏蔽性能；

本申请的制备方法先将导电网格由基板上转移至中转膜上，再由中转膜上转移至光学窗上固定，设计巧妙，操作高效，工艺简单；

本申请的电磁屏蔽光学窗的光学窗衬底的材料不受限制，兼容性强，应用范围广，可满足不同应用场景的透明电磁屏蔽需求；

本申请的电磁屏蔽光学窗在100nm-14μm波段范围内透光率为20～90％，方阻为0.01～10Ω/方块，在300MHz-40GHz频段屏蔽能效为10～100dB，能够在保证透光率的同时，保证电磁屏蔽效果；

本申请的电磁屏蔽光学窗的导电网格的线宽为2～10μm，深宽比为1：2～2： 1，线宽细，深宽比高，能够有效提高光学窗的透光性，同时保证其电磁屏蔽性能。

附图说明

图1是本申请基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗的制备方法一实施方式的流程示意图；

图2是本申请基板一实施方式的结构示意图；

图3是本申请图1中步骤S200对应状态的结构示意图；

图4是图1中步骤S300对应的一实施方式的流程示意图；

图5是图4中步骤S303对应状态的结构示意图；

图6是图1中步骤S400对应的一实施方式的流程示意图；

图7是图6中步骤S401对应状态的结构示意图；

图8是图6中步骤S402对应状态的结构示意图；

图9是图6中步骤S403对应状态的结构示意图；

图10是本申请基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗一实施方式的结构示意图；

图11是本申请实施例1的基板的结构示意图；

图12是本申请实施例2的基板的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本申请进行详细描述。但该等实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

目前，针对各种设备的电磁防护技术要求越来越高，如在可见或红外光学窗口领域，既需有优异的光学性能，同时也需有强的电磁屏蔽性能，在保证工作人员人眼信息观察或红外探测器信息获取的同时，也要避免宇宙射线、卫星、电视、广播等外部电磁波信号对系统内部工作器件产生干扰等。

用于光学窗口的透明电磁屏蔽材料主要有ITO金属氧化物，但ITO在红外波段具有强的吸收，且导电性差，还无法实现在红外波段高透光率与强电磁屏蔽的兼容，同时成本高。

为了实现红外波段高透光率与强电磁屏蔽的兼容，还有一种方法是在可见或红外光学窗上形成金属网栅结构，通过金属网栅镂空的特有属性，使其在宽波段范围内具有高的透光率和导电性。但现有技术中采用电子束沉积或电场驱动3D打印方法在衬底上获得金属网栅结构，前者成本过高，并且需要高真空环境，后者获得的金属线宽较宽，肉眼可见，对透光率有影响。

为了解决上述问题，申请人提供了一种基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗及其制备方法，该方法采用先预制导电网格，再将导电网格与光学窗复合的方式，能够在可见和红外波段实现高透光率与强电磁屏蔽的兼容，同时有效减少光学窗的制备成本和制作工序。

具体地，请参阅图1，图1是本申请基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗的制备方法一实施方式的流程示意图。

该方法包括：

S100、提供一基板。

具体地，基板1上设有凹槽网格结构2，请参阅图2，图2是本申请基板一实施方式的结构示意图。

基板1上凹槽网格结构2与需要制备的导电网格匹配，因此能够该凹槽网格结构2快速制备导电网格。凹槽网格结构2的凹槽宽度以及凹槽的深度可以根据需求的导电网格的线宽和厚度来决定。

S200、在凹槽网格结构内形成导电网格。

请参阅图3，图3是本申请图1中步骤S200对应状态的结构示意图。在凹槽网格结构2的凹槽内设置导电材料，能够快速制备得到导电网格3，并且能够自由设计线宽，从而能够得到线宽小于5μm、深宽比达到2:1以下的导电网格，有效提高透光性和导电性，提高视觉效果和屏蔽能效。

导电网格3的形式和材料可以自由选择，导电网格3可以由块金属组成，也可以由导电聚合物、金属纳米颗粒、金属纳米颗粒、碳材料等组合，也可以由上述多种材料复合组成，能够实现良好的导电性能即可实现本实施方式的效果。

在一个应用场景中，可以通过将导电材料刮涂在凹槽网格结构2内制备导电网格，在其他应用场景中，也可以采用喷涂、打印或电沉积的方法在凹槽网格结构2内设置导电材料以形成导电网格3，均能够实现本实施方式的效果。

S300、将导电网格由基板上转移至中转膜上。

导电网格3制备完成后，由基板1上剥离并转移至中转膜4上，从而有助于后续导电网格3与光学窗的复合。

具体的，请参阅图4，图4是图1中步骤S300对应的一实施方式的流程示意图。

将导电网格由基板上转移至中转膜上的方法包括：

S301、对基板进行绕折操作。

对基板1进行绕折操作的目的在于降低导电网格与基板之间的附着力，为了保证绕折操作的效果，优选基板为柔性基板，例如PET基板等。

在一个应用场景中，可以采用直径1～10mm的滚轴对基板1进行绕折操作，在其他应用场景中，也可采用其他装置对基板1进行绕折，均能够实现本实施方式的效果。

S302、将基板放置在中转膜表面，使导电网格与中转膜接触。

S303、压合基板和中转膜，使导电网格粘合在中转膜上，揭下基板。

请参阅图5，图5是图4中步骤S303对应状态的结构示意图。

基板1完成绕折后，可以放置在中转膜4表面，使导电网格3与中转膜4 接触，再进行压合以提高导电网格3与中转膜4的粘合力，同时进一步减少导电网格3与基板1之间的附着力。

为了保证导电网格1与中转膜4之间的附着，中转膜4可以采用聚合物薄膜，在一个应用场景中，中转膜4可以具体采用聚氨酯(PU)膜，在其他应用场景中，中转膜4也可以采用聚酰亚胺(PI)膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)膜、热塑性聚氨酯橡胶(TPU)膜或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)膜，均能够实现本实施方式的效果。

S400、将导电网格由中转膜上转移至光学窗表面固定，得到电磁屏蔽光学窗。

导电网格3转移至中转膜4上后，能够完全显露在外，从而有助于导电网格3与光学窗5的固定。

具体地，请参阅图6，图6是图1中步骤S400对应的一实施方式的流程示意图。

将导电网格由中转膜上转移至光学窗表面固定的方法包括：

S401、在光学窗表面设置粘合剂层。

首先，在光学窗5上设置用于粘合导电网格的粘合剂6，请参阅图7，图 7是图6中步骤S401对应状态的结构示意图。

为了保证粘合效果，同时避免粘合剂过多在粘合时溢出并影响光学窗的光学效果，粘合剂层6应当设置的较薄，例如粘合剂层6的厚度可以选择为 50nm～5μm。

在一个应用场景中，为了减少粘合剂层6的厚度，可以通过涂胶旋涂的方式形成粘合剂层6，在其他应用场景中，也可以采用喷涂或者打印的方式形成粘合剂层，均可以实现本实施方式的效果。

为了保证导电网格3的粘合效果，可选的，粘合剂可以采用PVB、聚乙烯醇PVA、PET、PU、TPU、双组分环氧树酯等材质中的一种或几种组合，均能够实现本实施方式的效果。

S402、将中转膜放置在光学窗表面，使导电网格与粘合剂层接触。

请参阅图8，图8是图6中步骤S402对应状态的结构示意图。

S403、热压使得导电网格粘合在粘合剂层上，揭下中转膜。

将中转膜4放置在光学窗5上后，热压中转膜4，能够有效提高导电网格 3与粘合剂层6的粘合力，之后揭下中转膜4，即可实现导电网格3转移至光学窗5上，制备得到能够同时保证高透光率和电磁屏蔽效果的光学窗，请参阅图9，图9是图6中步骤S403对应状态的结构示意图。

热压的温度和时间可以根据实际工况进行选择，例如当中转膜4为PVB 膜，粘合剂层6采用PVB材质时，热压温度可以为100℃，热压时间可以是 5min，以将导电网格转移至光学窗上；当中转膜4为PET膜，粘合剂层6采用PU材质时，热压温度可以为120℃，热压时间可以是10min，以将导电网格转移至光学窗上。

在一个应用场景中，可以采用加热滚筒对中转膜4进行压合，以加快导电网格3与粘合剂层6的粘合，并同步加速导电网格3与中转膜4的分离。加热滚筒的温度可以根据实际工况选择，例如针对PET材质的中转膜4，可以用70～150℃的滚筒热压多次，以使导电网格脱离中转膜4粘合在光学窗5 上。

可以理解的，本申请的制备方法中光学窗的材质无需限定，可根据具体产品的应用场景进行选择，例如当应用至380nm-800nm波段时，可采用普通的硅酸盐玻璃作为光学窗；当应用至100nm-4μm波段时，可采用蓝宝石衬底作为光学窗；当应用至7μm-14μm波段时，可采用锗系玻璃作为光学窗，等等，均能够实现本实施方式的效果，从而能够有效提高电磁屏蔽光学窗的应用范围。

在一个实施方式中，在一些对光学窗的透光性要求较高的应用场景中，为了进一步提高光学窗的透光性，上述步骤S400之后还包括：

去除粘合剂层与导电网格的镂空处对应的部分，以露出光学窗。

可以理解的，由于粘合剂层6是满涂在光学窗5表面，当导电网格3与光学窗5复合后，与导电网格3的镂空处对应的部分粘合剂层会露出，会在一定程度上影响光学窗的透光性。

因此，可以通过将与导电网格3的镂空处对应的部分粘合剂层去除，以进一步提高透光率。

具体地，上述去除粘合剂层6的方式可以采用刻蚀工艺。在一个应用场景中，可以通过等离子刻蚀法将露出的粘合剂层6刻蚀掉，以露出光学窗；在其他应用场景中，也可以采用溶液法刻蚀、派瑞林介质刻蚀和ICP刻蚀等刻蚀方式将露出的粘合剂层6刻蚀掉，均能够实现本实施方式的效果。

本申请还提供了采用上述制备方法制备的基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗，请参阅图10，图10是本申请基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗一实施方式的结构示意图。

该电磁屏蔽光学窗包括光学窗5以及粘合固定在光学窗5表面的导电网格3，导电网格3与光学窗5之间设有粘合剂层6。

在一个实施方式中，该电磁屏蔽光学窗的导电网格的线宽为2～10μm，深宽比为1：2～2：1。

该电磁屏蔽光学窗在100nm-14μm波段范围内透光率为20～90％，方阻为0.01～10Ω/方块，在300MHz-40GHz频段屏蔽能效为10～100dB。

下面结合具体实施方式对本申请进行详细阐述。

实施例1:

一种基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗，采用以下步骤制备：

1、提供一基板1，如图11所示，该基板1为PET基板，基板1表面设有六边形网格的凹槽网格结构2，凹槽线宽3μm，凹槽深度4μm，网格周期 100μm；

2、通过刮涂方式在基板1的凹槽网格结构2内形成1μm厚的银纳米颗粒层，之后通过电沉积法在银纳米颗粒层表面沉积金属铜，直至凹槽网格结构被完全填满，并凸出凹槽2μm，形成银和铜复合的金属网格；

3、采用直径10mm的滚轴对基板1进行绕折操作，绕折1次之后，将基板1放置在PU膜表面，并使金属网格与PU膜完全接触；揭下基板1，金属网格转移至PU膜表面；

4、在石英玻璃表面旋转300nm厚的PVB粘合剂层，将PVB膜放置在石英玻璃表面，并使金属网格与PVB粘合剂层接触；

5、对PU膜以100℃热压5min，揭下PU膜，金属网格粘合固定在石英玻璃表面，形成高透光率的金属网格/石英玻璃一体化的透明电磁屏蔽光学窗。

对实施例1制备的光学窗进行检测，该光学窗在200nm-3300nm波段内，透光率大于80％，方阻低至0.5Ω/方块，在X波段电磁屏蔽效率达到20dB以上；能够在包括可见光的较广波段内同时实现高透光率和高电磁屏蔽效果。

实施例2：

一种基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗，采用以下步骤制备：

1、提供一基板1，如图12所示，该基板1为PET基板，基板1表面设有正方形网格的凹槽网格结构2，凹槽线宽5μm，凹槽深度8μm，网格周期 200μm；

2、通过刮涂方式在基板1的凹槽网格结构2内形成铜颗粒层，再通过电沉积方式在铜颗粒表面形成8μm厚的镍金属层，形成铜/镍复合的金属网格；

3、采用直径5mm的滚轴对基板1进行绕折操作，绕折3次之后，将基板1放置在PET膜表面，并使金属网格与PET膜完全接触；

4、在锗片表面旋涂1μm厚的PU粘合剂层，将PET膜放置在锗片表面，并使金属网格与PU粘合剂层接触；

5、对PET膜以120℃热压10min，揭下PET膜，金属网格粘合固定在锗片表面；

6、采用等离子体刻蚀法去除粘合剂层与导电网格的镂空处对应的部分，以露出锗片，刻蚀功率600W，刻蚀时间5min，形成高透光率的金属网格/锗片一体化的红外透明电磁屏蔽光学窗。

对本实施例的光学窗进行检测，本实施例制备的光学窗在7μm-14μm波段内，透光率大于60％，方阻达到0.1Ω/方块，在X波段电磁屏蔽效率达到40dB以上；能够在红外波段能够实现高透光率和高电磁屏蔽效果。

本公开内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，将本文所对应的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (10)

1.一种基于导电网格转印的电磁屏蔽光学窗的制备方法，其特征在于，包括：

提供一基板，所述基板上设有凹槽网格结构；

在所述凹槽网格结构内形成导电网格；

将所述导电网格由所述基板上转移至中转膜上；

将所述导电网格由所述中转膜上转移至光学窗表面固定，得到电磁屏蔽光学窗。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将所述导电网格由所述基板上转移至中转膜上的步骤包括：

对所述基板进行绕折操作；

将所述基板放置在所述中转膜表面，使所述导电网格与所述中转膜接触；

压合所述基板和所述中转膜，使所述导电网格粘合在所述中转膜上，揭下所述基板。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将所述导电网格由所述中转膜上转移至光学窗表面固定的步骤包括：

在所述光学窗表面设置粘合剂层；

将所述中转膜放置在所述光学窗表面，使所述导电网格与所述粘合剂层接触；

热压使得所述导电网格粘合在所述粘合剂层上，揭下中转膜。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述在所述光学窗表面设置粘合剂层的步骤具体为：采用旋涂、喷涂或打印法在所述光学窗表面形成所述粘合剂。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述粘合剂层的厚度为50nm-5μm，所述粘合剂层的材料包括PVB、PVB，PVA、PET，PU、TPU和双组分环氧树酯中的一种或几种组合。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热压使得所述导电网格粘合在所述粘合剂层上，揭下中转膜的步骤之后，还包括：

去除所述粘合剂层与所述导电网格的镂空处对应的部分，以露出所述光学窗。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述去除所述粘合剂层与所述导电网格的镂空处对应的部分的步骤具体为采用刻蚀工艺去除与导电网格的镂空处对应的部分所述粘合剂层，所述刻蚀工艺包括等离子体刻蚀、溶液法刻蚀、派瑞林介质刻蚀和ICP刻蚀等的一种或多种组合。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述中转膜为聚合物薄膜，且中转膜为PU膜、PI膜、PET膜、TPU膜或PVB膜。

9.一种采用权利要求1至8任一所述的制备方法制备得到的电磁屏蔽光学窗。

10.根据权利要求9所述的电磁屏蔽光学窗，其特征在于，所述电磁屏蔽光学窗的导电网格的线宽为2～10μm，深宽比为1：2～2：1，所述电磁屏蔽光学窗在100nm-14μm波段范围内透光率为20～90％，方阻为0.01～10Ω/方块，在300MHz-40GHz频段屏蔽能效为10～100dB。

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