一种果冻胶、制备方法及其制备的光学微透镜阵列

技术领域

本发明涉及G02B3/00领域，更具体地，本发明涉及一种果冻胶、制备方法及其制备的光学微透镜阵列。

背景技术

LED是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在照明领域应用广泛。LED可高效地将电能转化为光能，在现代社会具有广泛的用途，如照明、平板显示、医疗器件等。LED发光芯片是LED灯的核心组件，随着便携终端的小型化、薄型化、以及便携终端的普及，对搭载于LED发光芯片上的光学透镜单元也要求进一步的小型化，薄型化，并且要求生产率好。微透镜阵列是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，可以很好的应用于小型化、精密化的LED发光芯片上。

CN104401002A公开了一种基于3D打印的曲面微透镜阵列制作方法，采用3D打印设备沿曲面微透镜阵列的曲面的直导线方向依序打印构成曲面微透镜阵列的各弧形截面层，层叠形成立着的曲面微透镜阵列。但是该专利公开的3D打印的曲面微透镜阵列制作方法，采用“分层制造，层层叠加”的增材制造工艺，层与层之间的结合再紧密，也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美，并且在规模化生产方面尚不具备优势。

CN112596134B公开了一种光波导微透镜阵列的制备，将聚二甲基硅氧烷与固化剂混合倒入光刻胶微透镜阵列，固化剥离后得到凹透镜阵列反模具；然后将凹透镜阵列反模具覆于加热的SU 8表面并快速压印，冷却剥离后得到SU 8微透镜阵列；再用紫外光直接照射SU 8微透镜阵列，制得光波导微透镜阵列，能够简单快速的提供直径40μm，高度为10μm的平面微透镜阵列样片。该专利只适用于平面微透镜阵列样片制备，对于复杂形状的制作工艺受限，并且在规模化生产方面同样不具备优势。

发明内容

为了解决上述问题，本发明一方面公开了一种果冻胶，按质量份计，所述果冻胶包括：35-60份树脂粉、35-90份活性单体、2-10份光引发剂、5-15份光稳定剂。

进一步，所述树脂粉制备方法至少包括以下步骤：

S1：有机酸酯本体聚合，聚合物平均分子量为25w-35w；

S2：研磨过筛。

进一步，所述甲基丙酸酯选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙酸乙烯酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙酸丙烯酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙酸丁烯酯、甲基丙酸戊烯酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙酸己烯酯中的一种或多种。

进一步，所述树脂粉研磨过筛，保证树脂粉粒子间最大粒径与最小粒径差值小于30nm。

本发明人发现，树脂粉平均粒径对最终一次成型的光学微透镜阵列的光学性能有重要影响，当树脂粉粒径不均一，粒子间最大粒径与最小粒径差值大于30nm，会导致透镜出现光的散射现象，可能的原因是光在透镜中传播时，粒径不同的树脂粉产生了不同的散射光，导致散射光与入射光是不相干的，大量散射光不能在入射光方向上与入射光叠加，改变了决定该光波在物质中的相速度，从而使得光通过透镜时产生了光的色散，因此本发明必须严格控制树脂粉粒径，保证树脂粉平均粒径均一，树脂粉粒子间最大粒径与最小粒径差值小于30nm。

进一步，所述树脂粉平均粒径小于1μm。

本发明意外发现，树脂粉平均粒径必须小于1μm，本发明所述的果冻胶在制备过程中，需要在混炼后通过定制的螺旋挤出机，当树脂粉平均粒径必须大于1μm时，挤出果冻胶过程容易发生堵塞问题，并且制备得到的光学微透镜阵列会出现光的散射现象，发明人认为可能的原因是，当树脂粉平均粒径大于1μm时，挤出过程外侧树脂粉磨损，粒径发生改变，从而导致了透镜出现光的散射现象。

进一步，所述活性单体选自丙烯酸异辛酯、丙烯酸异十八酯、苯基苯酚乙氧基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸四氢呋喃、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酯异冰片酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、甲氧基三丙二醇单丙烯酸酯、甲氧基丙氧基新戊二醇单丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、丙氧基化甘油三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、有机硅改性丙烯酸酯、氢化双环戊二烯丙烯酸酯单体中的一种或多种。

进一步，所述活性单体折射率与树脂粉末折射率差值控制为(0-0.01)。

优选的一种方案，当所述树脂粉由甲基丙烯酸甲酯本体聚合，聚合物平均分子量为30w，研磨过筛，筛选平均粒径为1μm的树脂粉。

优选的一种方案，所述活性单体优选为氢化双环戊二烯丙烯酸酯和丙烯酸异辛酯。

进一步，所述氢化双环戊二烯丙烯酸酯和丙烯酸异辛酯质量比为(8-10)：1。

进一步，所述树脂粉与活性单体质量比为(4-5)：(5-6)。

本发明人在实验过程中，发现树脂粉与活性单体添加质量份对果冻胶性能有巨大影响，尤其是树脂粉与活性单体质量比为(4-5)：(5-6)时，可以在固化前任意塑形，用手摸不粘手，不沾粘成型模具，可以随意成型，可能的原因是，本发明树脂粉粒径小，比表面积大，分布窄，可以吸附在活性单体表面，从而实现了用手摸不粘手，不沾粘成型模具的技术效果，但是，树脂粉质量份过多时，果冻胶将无法粘合，而树脂粉质量份过少时，果冻胶会沾粘成型模具，无法随意成型。

所述光引发剂包括但不限于1-羟基环己基苯基甲酮、2–羟基–4–甲氧基二苯甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮中的一种或多种。

优选的一种方案，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，购自于IGM公司，型号为光引发剂1173。

所述光稳定剂包括但不限于光稳定剂770、光稳定剂3853、光稳定剂944、光稳定剂292、光稳定剂2020中的一种或多种。

优选的一种方案，所述光稳定剂为光稳定剂770，购自于巴斯夫(中国)有限公司，型号为UV770。

本发明另一方面公开了所述的果冻胶的制备方法，至少包括以下步骤：

S1：加入树脂粉与活性单体密炼机混炼；

S2：加入光引发剂与光稳定剂，通过螺杆挤出机挤出即得。

进一步，所述S1步骤具体为：将树脂粉与活性单体加入到密炼机，进行热塑性的可控聚合，温度为85-95℃，时间为1-3h，使得混合物处于熔解与未熔解状态。

进一步，所述S2步骤具体为：混合物处于熔解与未熔解状态后加入光引发剂与光稳定剂，温度为85-95℃，时间为0.5-2h，通过螺杆挤出机挤出即得所述果冻胶。

一种根据所述的果冻胶制备得到的光学微透镜阵列的制备方法，至少包括以下步骤：

S1：点胶；

S2：模具压制；

S3：移除模具；

S4：UV光照射。

进一步，所述S1步骤具体为：将果冻胶一次性批量喷胶加在PCBA基板的芯片上，所述果冻胶喷加在芯片上为半球形状。

进一步，所述S2和S3步骤具体为：使用模具对半球形果冻胶顶部进行压制微塑形后并移除模具。

进一步，所述S4步骤具体为：使用紫外光源辐射设备进行照射固化成型，即得一次成型的光学微透镜阵列。

有益效果：

1、本发明通过使用超高平均分子量的有机酸酯聚合物树脂粉制备得到的果冻胶，可替代塑料透镜，固化前可任意塑形且不粘于各类金属或塑料模具，固化后对玻璃或PCBA基板粘接力强，胶体坚韧，抗形变。

2、本发明通过控制树脂粉粒子间最大粒径与最小粒径差值小于30nm，保证一次成型的光学微透镜阵列的光学性能好，不发生光的色散现象。

3、本发明通过加入羟基酮引发剂，以及光稳定剂，可高效的完成固化效果且不影响透镜的透光率，制备得到的一次成型的光学微透镜阵列性能好，透光率大于92％。

4、本发明通过控制树脂粉与活性单体质量比为(4-5)：(5-6)，并且控制混炼温度，保证胶体与基材表面达到更好的亲合效果，以及保证胶体本身强度，使整体达到一个高坚韧形的效果。

5、通过本发明所述的果冻胶制备得到一次成型的光学微透镜阵列优点众多，首先，透过率好，雾度好，抗黄变性能好，第二，可在光学微透镜阵列形成的同时完成对芯片的封装，第三，可以依据工艺要求，任意塑形，得到需要的光学微透镜阵列，第四，加工效率大大提高。

具体实施方式

实施例1

本实施例1一方面公开了一种果冻胶，按质量份计，所述果冻胶包括：35份树脂粉、35份活性单体、2份光引发剂、5份光稳定剂。

所述树脂粉由甲基丙烯酸甲酯本体聚合，聚合物平均分子量为25w。

所述树脂粉粒子间最大粒径与最小粒径差值小于30nm。

所述树脂粉平均粒径为1μm。

所述活性单体为氢化双环戊二烯丙烯酸酯和丙烯酸异辛酯质量比为8：1。

所述氢化双环戊二烯丙烯酸酯购自于日立化成工业株式会社，型号为FA-512AS。

所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，购自于IGM公司，型号为光引发剂1173。

所述光稳定剂为光稳定剂770，购自于巴斯夫(中国)有限公司，型号为UV770。

本实施例1另一方面公开了所述的果冻胶的制备方法，步骤如下：

S1：将树脂粉与活性单体加入到密炼机，进行热塑性的可控聚合，温度为95℃，时间为1h，使得混合物处于熔解与未熔解状态。

S2：混合物处于熔解与未熔解状态后，加入光引发剂与光稳定剂，温度为95℃，时间为0.5h，通过螺杆挤出机挤出即得所述果冻胶。

实施例2

本实施例2一方面公开了一种果冻胶，按质量份计，所述果冻胶包括：60份树脂粉、90份活性单体、10份光引发剂、15份光稳定剂。

所述树脂粉由甲基丙烯酸甲酯本体聚合，聚合物平均分子量为35w。

所述树脂粉粒子间最大粒径与最小粒径差值小于30nm。

所述树脂粉平均粒径为0.5μm。

所述活性单体为氢化双环戊二烯丙烯酸酯和丙烯酸异辛酯质量比为10：1。

所述氢化双环戊二烯丙烯酸酯购自于日立化成工业株式会社，型号为FA-512AS。

所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，购自于IGM公司，型号为光引发剂1173。

所述光稳定剂为光稳定剂770，购自于巴斯夫(中国)有限公司，型号为UV770。

本实施例2另一方面公开了所述的果冻胶的制备方法，步骤如下：

S1：将树脂粉与活性单体加入到密炼机，进行热塑性的可控聚合，温度为85℃，时间为3h，使得混合物处于熔解与未熔解状态。

S2：混合物处于熔解与未熔解状态后，加入光引发剂与光稳定剂，温度为85℃，时间为2h，通过螺杆挤出机挤出即得所述果冻胶。

实施例3

本实施例3一方面公开了一种果冻胶，按质量份计，所述果冻胶包括：50份树脂粉、50份活性单体、8份光引发剂、7.2份光稳定剂。

所述树脂粉由甲基丙烯酸甲酯本体聚合，聚合物平均分子量为30w。

所述树脂粉粒子间最大粒径与最小粒径差值小于30nm。

所述树脂粉平均粒径为1μm。

所述活性单体为氢化双环戊二烯丙烯酸酯和丙烯酸异辛酯质量比为9：1。

所述氢化双环戊二烯丙烯酸酯购自于日立化成工业株式会社，型号为FA-512AS。

所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，购自于IGM公司，型号为光引发剂1173。

所述光稳定剂为光稳定剂770，购自于巴斯夫(中国)有限公司，型号为UV770。

本实施例1另一方面公开了所述的果冻胶的制备方法，步骤如下：

S1：将树脂粉与活性单体加入到密炼机，进行热塑性的可控聚合，温度为90℃，时间为2h，使得混合物处于熔解与未熔解状态。

S2：混合物处于熔解与未熔解状态后，加入光引发剂与光稳定剂，温度为90℃，时间为1h，通过螺杆挤出机挤出即得所述果冻胶。

对比例1

按质量份计，所述果冻胶包括：70份树脂粉、50份活性单体、8份光引发剂、7.2份光稳定剂，其余同实施例3。

对比例2

所述树脂粉由甲基丙烯酸甲酯本体聚合，聚合物平均分子量为3w，其余同实施例3。

对比例3

所述树脂粉粒子间最大粒径与最小粒径差值为100nm，所述树脂粉平均粒径为2μm，其余同实施例3。

对比例4

所述活性单体选自为氢化双环戊二烯丙烯酸酯和丙烯酸异辛酯质量比为1：1，其余同实施例3。

对比例5

果冻胶制备原料同同实施例3

所述的果冻胶的制备方法如下：

S1：将树脂粉与活性单体加入到密炼机，进行热塑性的可控聚合，温度为100℃，时间为2h，使得混合物处于熔解与未熔解状态。

S2：混合物处于熔解与未熔解状态后，加入光引发剂与光稳定剂，温度为100℃，时间为1h，通过螺杆挤出机挤出即得所述果冻胶。

性能测试：

将实施例1-3，对比例1-5制备得到的果冻胶制备成一次成型的光学微透镜阵列，步骤如下：

S1：将果冻胶滴加在PCBA基板上；

S2：使用直径3-4mm，高度1-1.5mm的半圆形透镜模具压制成型；

S3：移离模具；

S4：使用紫外光源辐射设备进行照射。

对上述制备得到的光学树脂微透镜阵列进行性能测试。

1、剥离强度测试：采用万能试验机进行剥离强度测试，结果计入表1。

2、高温高湿测试：湿度为85、温度为85℃，维持500小时后，测试光学透镜黄变值，评价标准：A、黄变值<0.3；B、0.3<黄变值<1；C：黄变值>1，计入表1。

3、冷热冲击测试：-40℃—85℃，500个循环，测试表面是否有开裂现象，评价标准：A未出现开裂；B：轻微开裂；C：明显裂纹，计入表1。

4、光学透过率：利用透光率测试仪SDR4010B对实施例1-3，对比例1-4所得光学透镜进行测试，计入表1。

5、黄变值：将样品放入QUV黄变试验箱的转盘中，温度为50℃，最强光源，照射24h，根据GB/T250变色卡进行评级，评价标准：A、黄变值<0.3；B、0.3<黄变值<1；C：黄变值>1，计入表1。

6、雾度：根据ASTM D1003-92透明塑料雾度和透光性测试方法，对实施例1-3，对比例1-4经过黄变测试的光学透镜进行测试，评价标准：A、雾度<0.3；B、0.3<雾度<1；C：雾度>1，计入表1。

表1

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