Brevet FR2960820A1 — publié le 20111209

Fabrication de structures en relief par procédés d'impression Domaine technique La présente invention concerne la fabrication de structures en relief comme par exemple des lentilles convexes de tous types, cylindriques ou sphériques, à pupilles circulaires, hexagonales ou carrées, des fibres optiques, des guides d'ondes, des coupleurs, des mélangeurs et des interrupteurs placés sur toutes sortes de substrats pour créer des circuits optiques et optoélectroniques. so Elle met en oeuvre des techniques d'impression connues et bon marché comme l'offset, l'héliographie, la flexographie, la sérigraphie, la tampographie et le jet d'encre par exemple. Le problème à résoudre est de bien séparer des structures imprimées voisines, et de ne pas avoir à repérer trop finement l'impression de plusieurs couches successives. 25 Technique antérieure On connaît plusieurs documents qui concernent l'une des principales applications de la présente invention, la fabrication de lentilles optiques, dont en particulier les suivants. - US 7,609,451 Joel Scott Scarbrough [US] Printed article for displaying images having improved definition and depth (27/10/2009), 20 - WO 9509372 (Al) Yoshihide Yumoto [JP] Procédé de fabrication de lentilles, procédé de fabrication d'un article avec lentille, article avec lentille et composition de résine formant séparation (publié le 06/04/1995), - et PCT/FR/2009/050883 Franck Guigan [FR] Eléments optiques imprimés (13 mai 2009) 25 Certaines de ces techniques permettent effectivement de réaliser des structures en relief par impression. La présente invention permet de réaliser des structures en relief très proches les unes des autres, voire contigües, en plusieurs couches successives, sans avoir à repérer la seconde couche avec une très grande précision. 2960-820 2 Exposé de l'invention La présente invention est un procédé d'impression consistant successivement : - à déposer sur un sous-ensemble dit « surface S1 », d'une surface à imprimer dite surface SO, un matériau liquide ou poudreux M1, 5 - à durcir par un moyen connu ledit matériau M1, - à déposer sur tout ou partie de ladite surface SO un matériau liquide M2 qui a, à l'état liquide, une tension superficielle supérieure à celle qu'a ladite surface S1 ainsi solidifiée, - et à durcir par un moyen connu ledit matériau M2, caractérisé par le fait qu'on fait baisser la tension superficielle dudit matériau M1 entre le dépôt des deux couches de matériau M1 et M2, de telle sorte que ledit matériau M1 ait : - avant durcissement une tension superficielle supérieure à celle du support d'impression, - et après durcissement une tension superficielle inférieure à celle du support d'impression. étant précisé que l'on entend ci-avant par « durcissement » d'un matériau aussi bien son passage de l'état liquide à l'état solide que son passage de l'état de poudre à celui d'un bloc de matière. La présente invention est aussi un dispositif obtenu par ce procédé. Description sommaire des dessins L'invention sera bien comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est illustrée par les dessins annexés, sur lesquels les figures la à 1f illustrent les étapes successives du procédé. Toutes ces figures sont des vues en perspective qui montrent un support d'impression 1, des structures à imprimer 111, 121 et suivantes, et un ensemble 2 de surfaces de séparation de structures à imprimer. 2960'820 3 Description détaillée de modes particuliers de réalisation de l'invention La présente invention utilise une méthode d'impression connue, qui fait appel à la différence entre la tension superficielle du support d'impression et celle de l'encre. Lorsque l'encre a une tension nettement supérieure à celle du support d'impression, elle 5 se rétracte pour occuper la surface minimale. Il en résulte une impression plus précise. Cette méthode est bien connue des imprimeurs. Yoshihide Yumoto [JP] - dans WO 9509372 (Al) - la met en oeuvre en imprimant dans une première étape des lignes de séparation des structures à imprimer, et ensuite les structures elles mêmes avec une encre qui a une tension superficielle encore 1 o supérieure. Il commence en effet par imprimer des lignes de séparation de lentilles et imprime ensuite un à-plat qui est repoussé par ces lignes et se fixe au support. L'encre de cet à-plat est repoussée parce que l'encre utilisée pour l'impression préalable des lignes de séparation de lentilles a une tension superficielle inférieure à celle du support. Ceci est d'ailleurs confirmé par le fait qu'il indique que l'angle recherché entre le 15 support et l'encre servant à imprimer les lignes de séparation de lentilles est « d'au moins 6 degrés ». Ce document explique que l'angle de contact recherché entre les structures à imprimer (qui pour lui sont des lentilles optiques) et des lignes de séparation de lentilles préalablement imprimées, est « d'au moins 15 degrés ». 20 L'objectif poursuivi par la présente invention est beaucoup plus ambitieux : réaliser des structures en relief formant avec le support un angle nettement supérieur à 45°. Il faut pour cela non seulement à la fois que le média ne refuse pas le matériau M2, et que le matériau M2 soit très fortement repoussé par le matériau M1 solidifié. La présente invention a pour originalité de faire baisser la tension superficielle de la 25 première couche, à un point tel qu'elle devienne inférieure - si possible nettement inférieure et la plus basse possible - à la tension superficielle du support d'impression. Cette modification a lieu entre l'impression des deux couches. L'encre de la seconde couche est ainsi nettement plus repoussée par les lignes de séparation que par le support d'impression lui-même. Une telle baisse de tension superficielle du matériau M1 est facile à obtenir par l'homme de l'art. Elle peut par exemple être obtenue en ajoutant des composants siliconés au matériau servant à réaliser la première couche. En pratiquant un séchage rapide et fort (par exemple avec un puissant rayon UV), les composants siliconés remontent alors à la surface, en faisant baisser sa tension superficielle. D'autres agents de tension connus permettent d'obtenir cette baisse de tension, qui avec certains d'entre eux est d'autant plus forte que le durcissement est rapide. A l'issue de ce séchage, la première couche a ainsi une tension superficielle qui - selon la présente invention - devient inférieure à celle du support, et la seconde couche vient naturellement se placer sur l'espace non recouvert de la première couche. Rien ne s'oppose à ce que l'écart de tensions superficielles entre première couche 10 solidifiée et seconde couche liquide soit très élevé, ce qui permet de faire des protubérances très hautes. Un augmentation de température peut être provoquée pour obtenir le durcissement du matériau M1, ou peut résulter des réactions chimiques qui s'opèrent lors du durcissement, par exemple lors de l'application d'un rayonnement ultra-violet. Dans le 15 cas où le matériau M1 est un polymère, Il est avantageux de le chauffer d'avantage après son dépôt. En effet, la tension superficielle des polymères baisse avec la température. Ce chauffage supplémentaire aura aussi pour effet de chauffer le support d'impression, mais on peut choisir ce dernier de telle sorte que sa tension superficielle baisse moins avec la hausse de température que celle du matériau M1. 20 La seconde couche peut être directement superposée à la première, et ne concerner que la partie de la surface SO qui n'est pas déjà recouverte du matériau M1, mais il peut aussi s'agir d'un simple à-plat déposé sur toute la surface S0, puisque cet à-plat est refusé par la surface Si. Pour la première couche, on peut utiliser aussi bien de l'encre en poudre que de l'encre 25 liquide, mais le liquide offre l'avantage de réagir fortement à l'écart de tension superficielle entre l'encre et le support d'impression. La surface S1, objet de l'impression de la première couche avec le matériau M1, peut aussi bien être l'ensemble 2 des surfaces de séparation, que celui des structures à imprimer. Les deux solutions sont possibles. 30 Lorsque la surface Si est l'ensemble 2 des surfaces de séparation , la surface S1 peut être constituée de lignes, mais elle peut aussi être constituée de surfaces plus larges 2960'820 5 que des lignes, afin de pouvoir ensuite multiplier les couches d'impression après le dépôt de M2 tout en continuant à bénéficier de l'avantage qu'il y a à ce que la partie située entre les structures à imprimer repousse le matériau M2.. Les deux techniques permettent de réaliser des réseaux de lentilles optiques et/ou de 5 fibres optiques. Il suffit pour cela que les structures à imprimer soient transparentes à l'état solide. Les surfaces de séparation des structures à imprimer peuvent aussi être transparentes, mais elles sont avantageusement opaques lorsqu'elles ne sont pas entièrement recouvertes par les structures transparentes. Le procédé objet de la présente invention peut être mis en oeuvre par l'application de deux couches uniquement, la première sous forme de surfaces précises, et la seconde sous forme d'un à-plat sur les surfaces ayant déjà reçu la première couche. L'un des avantages de l'invention est que cette seconde couche n'a pas besoin d'être repérée avec une précision très grande, et qu'il est ainsi possible de réaliser des structures en relief très fines, comme par exemple des réseaux de micro-lentilles optiques, tout en utilisant des moyens d'impression à faible repérage. Dans un mode perfectionné, illustré par les figures lb à 1f, on peut multiplier les à-plats successifs pour faire croître progressivement les structures en relief. Les applications de la présente invention se situent dans les domaines de l'imprimerie, et en particulier de l'imprimerie d'art ou fantaisie, dans le domaine des réseaux lenticulaires, des circuits optiques, des fibres optiques, des écrans vidéo, des luminaires, des capteurs optiques, de l'optoélectronique, etc. REVENDICATIONS1. Procédé d'impression de structures en relief 111, 121 et suivantes consistant successivement : o à déposer sur un sous-ensemble dit « surface S1 », d'une surface à imprimer dite surface SO, un matériau liquide ou poudreux M1, o à durcir par un moyen connu ledit matériau M1, o à déposer sur tout ou partie de ladite surface SO un matériau liquide M2 qui a, à l'état liquide, une tension superficielle supérieure à celle qu'a ladite surface S1 ainsi solidifiée, o et à durcir par un moyen connu ledit matériau M2, caractérisé par le fait qu'on fait baisser la tension superficielle dudit matériau M1 entre le dépôt des deux couches de matériau M1 et M2, de telle sorte que ledit matériau M1 ait : o avant durcissement une tension superficielle supérieure à celle du support d'impression, o et après durcissement une tension superficielle inférieure à celle du support d'impression étant précisé que l'on entend ci-avant par « durcissement » d'un matériau aussi bien son passage de l'état liquide à l'état solide que son passage de l'état de poudre à celui d'un bloc de matière. 2. Procédé d'impression selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit matériau M2 est appliqué sous forme d'une couche comprenant un ou plusieurs à-plats. 3. Procédé d'impression selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit matériau M1 est liquide et a avant durcissement une tension superficielle supérieure à celle du support d'impression. 4. Procédé d'impression selon la revendication 1 caractérisé par le fait que, la surface SI est constituée par l'ensemble de la surface Si diminuée des surfaces desdites structures en relief 111, 121 et suivantes à imprimer.7 5. Procédé d'impression selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la surface S1 est constituée par l'ensemble desdites structures en relief 111, 121 et suivantes à imprimer. 6. Procédé d'impression selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le matériau de la surface S1, à l'emplacement l'ensemble desdites structures en relief 111, 121 et suivantes à imprimer desdites structures à imprimer 111, 121 et suivantes, est transparent à l'état solide. 7. Procédé d'impression selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la surface si, à l'exception de l'emplacement desdites structures en relief 111, 121 et 1 o suivantes à imprimer, est opaque à l'état solide. 8. Procédé d'impression selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on chauffe le matériau M1 après son dépôt sur le support d'impression, plus que cela n'est nécessaire pour obtenir son durcissement. Procédé d'impression selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on 15 imprime au moins une couche supplémentaire après le dépôt du matériau M2