專利名稱：一種具有較小像差的微透鏡陣列的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微透鏡陣列，尤其是涉及一種具有較小像差的微透鏡陣列。
背景技術：
申請人在申請專利200710133932.3、200810018937.6、200810024528.7、200710022982.4、 200810100750.0、 200810100754.9中公開了多種基于電潤濕的液體透鏡陣列，上述液體透鏡 陣列具有超薄，可彎曲，實現三維立體顯示的特點。透鏡陣列中每個液體透鏡單元由油和 水組成，外加電壓可以調節油和水接觸面的曲率半徑，從而實現液體透鏡焦距的變化。但 是上述液體透鏡單元只包括一層油和水，即只有一個單球面鏡，為了實現較短的焦距，通 常需要使油和水接觸面形成的單球面具有較小的半徑，而較小的半徑則會產生較大的像差。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述焦距范圍和像差的矛盾，提供一種微透鏡陣列，其在實 現較短焦距的同時具有較小像差。
本發明通過以下技術方案來實現上述發明目的
本發明的具有較小像差的微透鏡陣列，該微透鏡陣列由聚合物透鏡和液體透鏡組成， 聚合物透鏡位于液體透鏡的上側或下側；液體透鏡包括第一基板、網狀電極、疏水層、網
狀隔斷、無極性油、電解質水、透明電極、第二基板，其中第一基板下表面覆蓋有疏水層， 疏水層下表面制備有均勻分布的網狀隔斷，在疏水層的上表面對應網狀隔斷的位置相應設 置網狀電極，相鄰兩個網狀隔斷形成的空間內裝有無極性油，網狀隔斷與第二基板之間設 置電解質水，第二基板上表面制備有透明電極。
本發明的具有較小像差的微透鏡陣列，網狀電極和疏水層之間制備有絕緣層。
本發明的具有較小像差的微透鏡陣列，網狀隔斷為金屬網孔。 本發明的具有較小像差的微透鏡陣列，聚合物透鏡和液體透鏡分別為單透鏡，且光軸
3重合。 有益效果
本發明的具有較小像差的微透鏡陣列，該微透鏡陣列中的每個液體透鏡單元由兩個共 軸的聚合物透鏡和液體透鏡組成，聚合物透鏡的焦距固定，液體透鏡的焦距可調，透鏡單 元的整體屈光度是聚合透鏡和液體透鏡的和，從而在實現較大屈光度的同時，液體透鏡具 有較大曲率半徑和較小像差。另外聚合物透鏡和液體透鏡結構簡單，生產成本低。
圖1:微透鏡陣列剖面結構圖。
以上圖中有聚合物透鏡l，網狀電極2，第一基板3，網狀隔斷4，疏水層5，無極性
油6，電解質水7，透明電極8，第二基板9。
具體實施例方式
圖1所示是本發明微透鏡陣列優選方案的剖面結構圖，微透鏡陣列主要由聚合物透鏡1 和液體透鏡組成。聚合物透鏡1具有固定焦距，可以采用紫外光固化液晶二丙烯酸酯單體 (the UV-curable LC diacrylate monomers)構成具有梯度折射率的薄膜透鏡(參考文獻l: 'Flat polymeric microlens array ， ， Optics Communications 261 (2006) 296~299 )，液晶分子會 根據外加電場的強度發生偏轉，另外由于液晶分子具有雙折射特性，從而不同的偏轉角度 對光線的折射率就不同，當外加電場具有旋轉對稱結構時，就可以形成具有圖1中所示的 梯度折射率薄膜透鏡。液體透鏡具有可變焦距，第一基板3是透明基板，可以是平面玻璃 或樹脂，第一基板3上有網狀電極2，可以是導電金屬薄膜，例如銅或鋁膜，或是透明導電 電極，例如ITO電極，網狀電極2的每個網孔對應一個液體透鏡單元，網孔可以是圓形， 或六邊形等具有對稱結構的圖形，從而形成旋轉對稱的空間場強分布，網孔呈行列矩陣式 排列，還可以是品字狀排列，網狀電極2的上面覆蓋疏水層5，疏水層5同時起絕緣層的作 用，使網狀電極2與電解質水7相隔離，為提高網狀電極2和電解質水7的絕緣性，可以 在疏水層5上先覆蓋一層絕緣層，例如聚酰亞胺，或氧化硅等絕緣材料，疏水層5上是網 狀隔斷4，網狀隔斷4可以采用親水的光刻膠制備，或是聚酰亞胺薄膜，或PET薄膜，網 狀隔斷4還可以采用金屬網孔，例如采用鐵制備的網狀孔，在其表面再覆蓋一層絕緣層，
4例如聚酰亞胺，或氧化硅，或氧化鋁等絕緣材料，網狀隔斷4使無極性油6分別隔離在單 元網孔內，無極性油6可以是硅油等有機油，無極性油6下是電解質水7，電解質水7可以 是摻雜有NaCl， KC1等無機鹽的去離子水，電解質水7與透明電極8相接觸，透明電極8 可以是ITO導電電極，透明電極8制備在第二基板9上，第二基板9可以是透明的平板玻 璃或樹脂。液體透鏡的焦距由加載在網狀電極2和透明電極8之間的電壓進行調整，未加 載電壓時，電解質水7與第一基板3不接觸，無極性油6和電解質水7的接觸面由網狀隔 斷4的表面特性決定，當電解質水7與網狀隔斷4的接觸角為90度時，無極性油6和電解 質水7的接觸面為平面，此時微透鏡陣列的焦距為聚合物透鏡1的焦距，在網狀電極2和 透明電極8之間加載電壓時，疏水層5由疏水轉變為親水，電解質水7與第一基板3相接 觸，無極性油6和電解質水7形成旋轉對稱的曲面，由于無極性油6和電解質水7的折射 率不同，通常無極性油6的折射率大于電解質水7，從而形成凸透鏡，此時微透鏡陣列的屈 光度為聚合物透鏡1的屈光度與液體透鏡屈光度之和，當網狀隔斷4采用金屬網時，網狀 隔斷4上可以加載電壓，當網狀隔斷4和透明電極8之間存在電壓差時，電解質水7與網 狀隔斷4的潤濕性也會隨之改變，從而可以控制電解質水7與網狀隔斷4的接觸角，實現 無極性油6和電解質水7形成的液體透鏡焦距的連續調節。
圖1中網狀電極2還可以通過增加薄膜晶體管陣列來實現每個液體透鏡單元電極的單獨
調整，薄膜晶體管陣列可以采用目前液晶顯示屏的成熟工藝進行制備，圖中簡略未畫出薄 膜晶體管陣列。
圖1中第二基板9的結構可以改變為與第一基板3相同，形成雙液體透鏡單元，即第一 基板3和第二基板9上各有一個液體透鏡單元，由于兩個液體透鏡單元的焦距可以分別調 整，從而可以進一步增加微透鏡陣列的焦距調整范圍，并獲得較小的像差。圖中簡略未畫 出。
圖1所示結構還可以形成仿真人眼光學成像特點的單透鏡，其中聚合物透鏡1為固定焦 距的單透鏡，仿真人眼的角膜，第一基板3和第二基板9之間的液體透鏡仿真人眼晶狀體， 焦距可以連續調節，兩個透鏡的光軸重合。
本領域內研究人員還可以根據需要改變聚合物透鏡1和液體透鏡的相對位置，例如聚 合物透鏡1可以位于第二基板9之下，由于液體透鏡的焦距可以動態調整，從而可以實現 光學功能上與圖l類似的微透鏡陣列，或將聚合物透鏡l，單液體透鏡，雙液體透鏡，薄膜 晶體管陣列等進行多種組合。
權利要求
1、一種具有較小像差的微透鏡陣列，其特征在于該微透鏡陣列由聚合物透鏡(1)和液體透鏡組成，聚合物透鏡(1)位于液體透鏡的上側或下側；液體透鏡包括第一基板(3)、網狀電極(2)、疏水層(5)、網狀隔斷(4)、無極性油(6)、電解質水(7)、透明電極(8)、第二基板(9)，其中第一基板(3)下表面覆蓋有疏水層(5)，疏水層(5)下表面制備有均勻分布的網狀隔斷(4)，在疏水層(5)的上表面對應網狀隔斷(4)的位置相應設置網狀電極(2)，相鄰兩個網狀隔斷(4)形成的空間內裝有無極性油(6)，網狀隔斷(4)與第二基板(9)之間設置電解質水(7)，第二基板(9)上表面制備有透明電極(8)。
2、 根據權利要求1所述的具有較小像差的微透鏡陣列，其特征在于網狀電極(2) 和疏水層(5)之間制備有絕緣層。
3、 根據權利要求1所述的具有較小像差的微透鏡陣列，其特征在于網狀隔斷(4) 為金屬網孔。
4、 根據權利要求l所述的具有較小像差的微透鏡陣列，其特征在于聚合物透鏡(1) 和液體透鏡分別為單透鏡，且光軸重合。
全文摘要
本發明公開了一種具有較小像差的微透鏡陣列，該微透鏡陣列由聚合物透鏡(1)和液體透鏡組成，聚合物透鏡(1)位于液體透鏡的上側或下側；液體透鏡包括第一基板(3)、網狀電極(2)、疏水層(5)、網狀隔斷(4)、無極性油(6)、電解質水(7)、透明電極(8)、第二基板(9)，本發明的聚合物透鏡(1)的焦距固定，液體透鏡的焦距可調，透鏡單元的整體屈光度是聚合透鏡(1)和液體透鏡之和，從而在實現較大的屈光度的同時，液體透鏡具有較大曲率半徑和較小像差。
文檔編號G02B3/12GK101482627SQ20091002508
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月17日 優先權日2009年2月17日
發明者軍 夏, 尹涵春 申請人:東南大學