CN105005106A - 一种蜂窝状微凸光栅及其制备方法和应用 - Google Patents

一种蜂窝状微凸光栅及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蜂窝状微凸光栅及其制备方法和应用，该光栅具有由正六边形微透镜360°连续排列的微透镜阵列层，所述正六边形微透镜的凸起面为球形曲面。采用蜂窝状微凸，达到了微凸3D立体成像无死角盲点的效果。微凸光栅的材料透光率95%以上，从而使后期立体成像清晰度大大提升。表面涂布有UV光固化层，使材料的表面硬度达到了2H以上，而PC、PET、PTU、PVC等与光栅配合使用的基材物理性能不会改变，韧性、拉伸性能等依然保持良好状态，可广泛应用于大量工业产品的imd塑料制品模内注塑，制作光学防伪元件。

Description

一种蜂窝状微凸光栅及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及三维立体图像制作技术领域，具体涉及一种蜂窝状微凸光栅及其制备方法和应用。
背景技术
现有光栅按特殊透镜形式分为平面透镜光栅、柱面透镜光栅和球面透镜光栅三种，它们按各自特定规则排列制成的光栅材料称为狭缝光栅、柱镜光栅和球面光栅(或圆点光栅)。其中，狭缝光栅由于光栅种类单一，且需要额外光源辅助才能产生效果等原因，不适合大批量用于立体印刷；而柱镜光栅效果丰富，不需要额外光源即可产生效果，且适于大批量印刷制作。所以，目前，立体图案制作一般采用柱镜光栅，但柱镜光栅的观看方向极其严格，只有一个垂直方向，应对人们阅读随意性有着不可克服的缺陷。而球面光栅(圆点光栅)，可以全方位观察立体影像，也是可见光下自然全息立体展示的技术核心，是今后光栅技术发展的方向。
圆点光栅是由若干个圆点整齐排列组成的特殊光栅。每一个圆点都是一个微型的放大镜。跟常用的柱镜光栅不同，柱镜光栅是竖条纹。圆点光栅是一个个分离的独立的圆点。用圆点光栅制作的立体图上下左右前后都有立体感，可以让人的视觉在全方位看到立体图像。
但圆点光栅也存在一些缺点，例如圆点直径通常为0.3mm以上，生产制造加工精度以及印刷精度（dpi分辨率）较低，产品质量存在瑕疵，且圆点的形状为正圆形阵列（如图1所示），这种阵列形状的光栅有立体盲角。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种蜂窝状微凸光栅。
该蜂窝状微凸光栅，具有由正六边形微透镜360°连续排列的微透镜阵列层，所述正六边形微透镜的凸起面为球形曲面。微凸光栅厚度可以根据微凸的设计大小尺寸焦距确定材基的厚度，正面是微凸，底面是平面。基材可以选择现有技术中常用的例如PC、PET、PTU、PVC等与光栅配合使用的材料。
作为优选，上述蜂窝状微凸光栅中，所述微透镜阵列层的表面涂布有UV光固化层。
作为优选，上述蜂窝状微凸光栅中，所述正六边形微透镜的六边形底面直径为0.008mm。
作为优选，上述蜂窝状微凸光栅中，光栅分辨率为4800dpi。该微凸光栅采用聚镜放大镜原理，光栅弦长球面高度为聚焦焦距弧面，光栅分辨率最佳为4800dpi。
本发明还提供了一种以上所述的蜂窝状微凸光栅的制备方法，包括以下步骤：
    （1）模具CAD图设计：以直径20μm的正六边形进行阵列，阵列角度为60°，形成蜂窝状微凸光栅的模具CAD图档；
（2）按照设计好的CAD图档，用25400dpi分辨率精度输出光绘菲林或铬版；
（3）用光绘菲林晒版，进行光刻蚀刻母版，过程依次包括沉积、光刻和蚀刻； 
（4）用蚀刻好的蜂窝状圆点母版进行UV转印至光栅基材上，制成蜂窝状微凸光栅。
本发明还提供了一种360°全景立体图，是由以上所述的蜂窝状微凸光栅制备而成。
本发明还提供了上述360°全景立体图的制备方法，包括以下步骤：
（1）以分辨率为线宽5微米的线宽进行3D全景图设计；
（2）设计稿完成后，用矢量文件按照25400dpi的分辨率输出，线宽为5微米的加密3D图案鉻版；
（3）调配彩色光刻胶，以 C. M. Y. K. 4色调配出需要的色彩；
（4）将调配好的彩色光刻胶涂布在权利要求1~4任一所述的蜂窝状微凸光栅反面；
（5）涂布好彩色光刻胶的蜂窝状微凸光栅进行120℃烤箱烘烤20分钟；
（6）待自然冷却至常温，将鉻版放在光栅上用平行光曝光15秒，用2(wt)%碳酸钠喷射显影；
（7）彩色光刻胶通过平行光显影后，得到正、负胶的特性，得到所述360°全景立体图。
本发明还提供以上任一所述的蜂窝状微凸光栅在制作光学防伪原件中的应用。
本发明的微凸光栅在彩色曝光显影中精度达到纳米级，防伪标签被复制难度极高，微凸全息数字信息设计可以是加密文档，通过彩色光刻胶显影达到微凸全息数字加密标签，用于制作光学防伪原件非常实用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的蜂窝状微凸光栅根据物理光学45°/60°阵列微凸立体显像原理（由N单位个微凸阵列作用于对应的数码坐标图形，进行点阵微凸放大形成360°立体图像）为研发依据，采用蜂窝状微凸，达到了微凸3D立体成像无死角盲点的效果。微凸光栅的材料透光率95%以上，从而使后期立体成像清晰度大大提升。
表面涂布有UV光固化层，使材料的表面硬度达到了2H以上，耐高温（模内注塑），防刮伤，而PC、PET、PTU、PVC等与光栅配合使用的基材物理性能不会改变，韧性、拉伸性能等依然等保持良好状态，可广泛应用于大量的工业产品的imd塑料制品模内注塑。
2、本发明蜂窝状微凸光栅的制备方法，设计文件为54000dpi高分辨率的光刻CAD文件，然后制造出纳米级的光罩（铬版），进行感光蚀刻电铸模具，通用性很强，可以在任意材料上生产出高分辨率的微凸光栅（1200目以上）以及直纹光栅（200lpi以上） 生产节能显著，光栅材料采用光刻模具进行涂布线生产，耗电能源消耗只有拉板机制造光栅材料能耗30%不到。淘汰了落后的机床机械加工的低精度和昂贵加工成本，精度高，时效快。
采用纳米级光刻蚀刻制造模具达到纳米微凸，从而达到了真正意义上的材料高防伪的等级。蜂窝微凸圆直径为0.008mm，微凸阵列的精度提高了37.5倍（与现有非蜂窝状普通微凸光栅比较）。
采用光固化涂布技术，可多样化的进行生产，淘汰了传统工艺中3D材料的单一性（传统的光栅生产工艺是拉板机，一种机器只能生产一种固定光栅数据的材料）。
3、本发明的360°全景立体图采用彩色光刻胶显影立体成像，取代了传统的油墨印刷，实现了超高分辨率不能印刷的瓶颈，绿色环保的光刻胶替代了化学溶剂有污染的印刷油墨。因光刻胶显影无需消耗电力资源，从而达到了环保节能的效果。
附图说明
图1是现有圆点光栅平面阵列结构示意图；
图2是现有圆点光栅平面阵列结构立体盲点死角示意图；
图3是本发明蜂窝状微凸光栅平面阵列结构示意图；
图4是本发明蜂窝状微凸光栅纵向剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步解释和说明，以使本领域技术人员能够更好地理解本发明并予以实施，实施例不作为对本发明的限制。
实施例1
1、蜂窝状微凸光栅材料制造
（1） (模具CAD图设计)以制造精度为0.02mm (20μm)蜂窝形状圆点进行阵列，阵列角度为60°最佳，形成360°全景3D材料模具CAD图档。
（2）按照设计好的CAD图档，用25400dpi分辨率精度输出光绘菲林，要求更高的可以出线宽5微米的鉻版。
（3）用光绘菲林晒版，进行光刻蚀刻母版。（沉积-光刻-蚀刻）
（4）用蚀刻好的蜂窝状圆点母版进行UV转印(pk)。
（5）360°全景3D蚀刻模板可以在PUC、PET、TU、PU等透明材基上转印(uv/pk)出360°全景光栅材料。
2、360°全景立体图设计制作
（1）以分辨率为线宽5微米的线宽进行3D全景图设计。
（2）设计稿完成后，用矢量文件按照25400dpi的分辨率输出，线宽为5微米的加密3D图案鉻版。
（3）调配彩色光刻胶，以 C. M. Y. K. 4色调配出任意色彩。
（4）将彩色光刻胶涂布在制作好的360°蜂窝状圆点光栅反面。
（5）涂布好彩色光刻胶材料进行120°烤箱烘烤20分钟。
（6）待自然冷却至常温,将鉻版放在光栅上用平行光曝光15秒，用2(wt)%碳酸钠喷射显影。
（7）彩色光刻胶通过平行光显影后，得到正、负胶的特性，一张彩色360°全景3D高清3D图就制造成型了。

Claims (8)

1.一种蜂窝状微凸光栅，其特征在于，具有由正六边形微透镜360°连续排列的微透镜阵列层，所述正六边形微透镜的凸起面为球形曲面。
2.根据权利要求1所述的蜂窝状微凸光栅，其特征在于，所述微透镜阵列层的表面涂布有UV光固化层。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝状微凸光栅，其特征在于，所述正六边形微透镜的六边形底面直径为0.008mm。
4.根据权利要求1或2所述的蜂窝状微凸光栅，其特征在于，光栅分辨率为4800dpi。
5.权利要求1~4任一所述的蜂窝状微凸光栅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
    （1）模具CAD图设计：以直径20μm的正六边形进行阵列，阵列角度为60°，形成蜂窝状微凸光栅的模具CAD图档；
（2）按照设计好的CAD图档，用25400dpi分辨率精度输出光绘菲林或铬版；
（3）用光绘菲林晒版，进行光刻蚀刻母版，过程依次包括沉积、光刻和蚀刻；
（4）用蚀刻好的蜂窝状圆点母版进行UV转印至光栅基材上，制成蜂窝状微凸光栅。
6.一种360°全景立体图，其特征在于，由权利要求1~4任一所述的蜂窝状微凸光栅制备而成。
7.权利要求6所述的360°全景立体图的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）以分辨率为线宽5微米的线宽进行3D全景图设计；
（2）设计稿完成后，用矢量文件按照25400dpi的分辨率输出，线宽为5微米的加密3D图案鉻版；
（3）调配彩色光刻胶，以 C. M. Y. K. 4色调配出需要的色彩； 
（4）将调配好的彩色光刻胶涂布在权利要求1~4任一所述的蜂窝状微凸光栅反面；
（5）涂布好彩色光刻胶的蜂窝状微凸光栅进行120℃烤箱烘烤20分钟；
（6）待自然冷却至常温，将鉻版放在光栅上用平行光曝光15秒，用2(wt)%碳酸钠喷射显影；
（7）彩色光刻胶通过平行光显影后，得到正、负胶的特性，得到所述360°全景立体图。
8.权利要求1~4任一所述的蜂窝状微凸光栅在制作光学防伪原件中的应用。
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