CN108828700A - 一种基于微透镜阵列和微图形阵列的可沿某一方向移动的动态图形的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微透镜阵列和微图形阵列的可沿某一方向移动的动态图形的制备方法，包括：(1)一层微透镜阵列的设计，其设计内容包括：设计微透镜阵列的排布方式为矩形排布，选取的微透镜为方口径微透镜，确定微透镜的矢高以及微透镜阵列的周期大小。(2)一层微图形阵列的设计，具体内容包括：微图形的图像设计，阵列周期的设计，微图形阵列与微透镜阵列夹角的设计。(3)微结构载体的选取，选用合适厚度的塑料薄膜作为动态图形的承载物。(4)微结构的复合，即将上述微透镜阵列和微图形阵列采用模压或粘合的方式重叠在一起，完成整体微结构的设计。本发明的视觉效果独特，能达到让设计图形沿着某一方向移动的效果。
Description
技术领域
本发明涉及微结构动态显示的技术领域，具体涉及一种可沿某一方向移动的基于微透镜阵列和微图形阵列的动态图形的制备方法，该方法得到的动态图形效果明显，且可以看到多个图形沿着不同方向移动，对比鲜明，该结构可用于增加商品吸引力或用于商品防伪中。
背景技术
微透镜阵列由于自身的体积小、重量轻、便于集成等特点，可以实现很多传统光学元件无法实现的功能。随着微加工技术的发展，现在微透镜阵列已经被用于光信息处理、光计算、光数据传输等领域。制作微透镜阵列的方法有很多，微透镜阵列元件的加过技术也在不断提高，如离子交换、电子束直写、光刻、刻蚀、复制技术等等。
把两个空间频率稍有不同的光栅重叠在一起，其差频分量形成的条纹叫做莫尔条纹。当这两个光栅存在相对移动时，莫尔条纹也随之移动。莫尔条纹已经成为一种光学防伪技术，被许多文章报道过。然而许多莫尔纹都是仅限于光栅形成的条纹图形，设计简单，并且图案移动方式单一，在实际运用中受到了极大的限制。
为进一步发展莫尔纹技术，现有技术中出现了微透镜阵列配合微图形阵列，形成了多图案的动态图形，其效果比光栅形成的莫尔纹亮度更高，图案更丰富，制备技术要求也更高，其用于防伪标签上往往能达到难以模仿的效果。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能肉眼观察的可沿某一方向运动的图形的微结构制备方法，其采用优化的微结构参数和材料，最终在承载薄膜上得到的动态图形可被清晰观察，并且随着视角的变化，图案会发生相对移动。其相对于现有的光学动态图形，具有鲜明的特点，图案内容丰富，可实现正交、平行等方向运动，制备技术要求较高等。此结构可用于商品包装和防伪领域。
为达到上述目的，本发明提出的一种基于微透镜阵列和微图形阵列的可沿某一方向移动的动态图形的制备方法，其具体步骤包括：
(1)微透镜阵列的制备；初步估计莫尔纹的放大效果从而确定微透镜的周期为D，透镜矢高为h，按矩形排列，采用接触式光刻的方法进行制备；
(2)微图形阵列的制备；设计微图形阵列，周期为d，均按矩形排列，微图形阵列与微透镜阵列(水平方向)重叠的夹角θ根据下式确定：
其中γ为动态图形与水平方向夹角，D、d分别为微透镜阵列和微图形阵列的周期，θ为微图形阵列与水平方向的夹角，根据所选择的D、d和γ计算出微图形阵列的θ角，并采用接触式光刻的方法进行制备；
(3)选用厚度的大小等于透镜焦距的PE膜或PVC膜，一面作为微透镜阵列的载体，将另一面与印有微图形阵列的PE膜或PVC膜胶合。
本发明的有益效果，是提供了一种新颖的图形移动方式，增强了人眼视觉感受，另一方面，其设计制备具有一定的技术性，难以被模仿。
附图说明
图1是本发明微结构的示意图，图中1为微透镜阵列，2为微图形阵列；
图2是本发明微透镜阵列的放大示意图，微透镜阵列的周期为50μm；
图3是本发明微图形阵列的放大示意图，两种微图形阵列的排列方向与水平方向成0.46°，或两图形阵列之间夹角为0.92度；
图4是本发明最终的视觉效果示意图，视角变化时，“A”阵列沿着水平方向移动，点阵列沿着竖直方向移动。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
本实施例中设计制备了点阵列图形和“A”阵列图形，并将其胶合获得两图形正交运动的微结构，如附图1所示。具体按以下步骤实施：
(1)微透镜阵列的设计制备
首先根据莫尔纹的周期公式：
确定动态图形的周期；其中T为动态图形的周期，D为微透镜阵列周期，d为微图形阵列周期，θ为微图形阵列与微透镜阵列的夹角，这里选择微透镜阵列的周期为50μm，如附图2所示。再确定微透镜的矢高为5μm，进而可以通过下式得到微透镜的曲率半径：
其中r为曲率半径，h为透镜矢高，D为微透镜阵列周期。
然后采用光刻的方法得到微透镜阵列，其具体步骤是：
清洗石英基片；
旋涂光刻胶，厚度为7—8μm，光刻胶选用AZ1500；
前烘，放在热板上90℃烘5分钟；
曝光，取下基片待温度下降后，置于光刻机上曝光，光刻机移动台移动距离设置x、y向移动100μm，移动速度为13μm/s；
显影，将基片置于AZ1500显影液中约30s后用去离子水清洗；
后烘，置于热板上120℃烘10分钟。
之后，将基片上的微透镜阵列转移到PDMS上，其具体参数为PDMS与固化剂的质量比为15比1，烘箱温度和时间设为110℃、60min。
最后采用UV胶压印的方式将微透镜压印在PE薄膜上。
(2)微图形阵列的设计制备
设计两种微图形阵列，点阵列和“A”阵列，各自的周期均为50.4μm，均按矩形排列，两个图形阵列与微透镜阵列(水平方向)重叠的夹角根据下式确定：
其中动态图形与水平方向夹角γ为±45°，即两动态图形阵列方向正交，D、d分别为微透镜阵列和微图形阵列的周期，θ为微图形阵列与水平方向的夹角，两个微图形阵列的θ角分别为±0.46°，即两微图形阵列之间的夹角为0.92°；利用L-edit软件绘制微图形阵列，如附图3所示。
采用光刻的方法得到微图形阵列，其具体步骤是：
清洗石英基片；
旋涂光刻胶，厚度为7—8μm，光刻胶选用AZ1500；
前烘，放在热板上90℃烘5分钟；
曝光，取下基片待温度下降后，置于光刻机上静态曝光6s；
显影，将基片置于AZ1500显影液中约30s后用去离子水清洗；
后烘，置于热板上120℃烘10分钟。
之后，将基片上的微图形阵列转移到PDMS上，其具体参数为PDMS与固化剂的质量比为15比1，烘箱温度和时间设为110℃、60min。
最后采用UV胶压印的方式将微图形阵列压印在PE薄膜上。
(3)利用UV胶将两微结构薄膜胶合在一起，从而获得最终的可正交移动的图形，如附图4所示。
以上设计制备的正交移动图形只是一种实施方式，本发明的微透镜阵列与微图形阵列均不限于以上的参数设计，可满足设计公式的阵列参数均可采用。
压印材料和参数也不限于实施例中所提及的材料和参数，满足相应制备目的压印方式均可以采用。
本实施例中的胶合材料和方式也不限于所提及的材料和方式，能满足相应制备目的的胶合材料和方式均可以采用。
上述的具体实施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本发明的方法，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，所有具体拓展均属本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于微透镜阵列和微图形阵列的可沿某一方向移动的动态图形的制备方法，其特征在于：具体步骤包括：
(1)微透镜阵列的制备；初步估计莫尔纹的放大效果从而确定微透镜的周期为D，透镜矢高为h，并采用接触式光刻的方法进行制备；
(2)微图形阵列的制备；设计微图形阵列，周期为d，均按矩形排列，微图形阵列与微透镜阵列水平方向重叠的夹角θ根据下式确定：
其中γ为动态图形与水平方向夹角，D、d分别为微透镜阵列和微图形阵列的周期，θ为微图形阵列与水平方向的夹角，根据所选择的D、d和γ计算出微图形阵列的θ角，并采用接触式光刻的方法进行制备；
(3)选用厚度等于透镜焦距的PE膜或PVC膜，一面作为微透镜阵列的载体，将另一面与印有微图形阵列的PE膜或PVC膜胶合。
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