微透镜阵列是在自动立体显示、光通信、波前传感、积分成像等领域具有前景的关键元件之一。例如,微透镜阵列是积分成像中的关键部件,用于采集和显示图像。在大多数情况下,由于所使用的微透镜阵列的焦距固定,积分成像中的图像深度受到限制。

科学家使用简单的PSCOF方法展示了电可调微透镜阵列

具有电学、光学或声学可调谐折射的液晶(LC)已被广泛用于可调谐微透镜阵列。由于微透镜阵列的可调谐性,可以探索图像深度。然而,液晶微透镜阵列(LC-MLA)的设计和制备通常涉及多个制造工艺,增加了制造复杂性和成本。

在《光:先进制造》上发表的一篇新论文中,由中国深圳南方科技大学电气与电子工程系刘彦军教授领导的科学家团队与来自中国深圳的南方科技大学电气与电子工程系的Yan-QingLu教授合作中国南京大学工程与应用科学学院及其同事提出了一种只需一步曝光即可制备大面积LC-MLA的简单方法。

LC-MLA通过聚合物/液晶复合材料内部的光聚合诱导相分离(PIPS)形成,产生相邻的液晶和聚合物层,称为相分离复合薄膜(PSCOF)。复合膜的形貌可以通过灰度光掩模来控制。

LC-MLA具有高聚焦和成像质量,具有偏振相关的电可调聚焦特性。在不施加电压的情况下,由于其固有的梯度折射率分布,微透镜的自然焦距为8毫米。当施加的电压超过阈值时,液晶会发生重新取向,微透镜的焦距逐渐增加。研究人员展示了利用所制备的微透镜阵列在3D显示器中实现图像采集和电可调中心深度平面。

这种制造技术与已报道的喷墨印刷、压缩成型、光刻胶热回流和三维印刷等技术有本质的不同,具有简便、一步、低成本、高产量的特点。

此外,通过专门设计的光掩模,该技术可以作为制造具有其他功能的液晶微光学器件的通用平台,例如液晶柱镜微透镜阵列、液晶闪耀光栅等。