基于浸润性调控液滴排布技术制备微透镜阵列的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hhl20020922
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微透镜阵列作为一种重要的微光学元件,在立体显示、光信息存储、光通信等领域有着重要的应用价值和广阔前景。然而微透镜阵列的加工问题成为制约其快速发展及应用的重要因素。因此微透镜阵列的低成本、高效率、大批量的制备技术成为众多学者研究的课题。本文主要提出利用浸润性调控液滴排布技术制备微透镜阵列的方法。该方法能够高效、快速制备大面积、高通量的微透镜阵列,并且实现透镜单元的形状、尺寸、位置、曲率的精确调控。主要研究内容如下:(1)研究了利用光刻涂覆法在基底表面制备出圆孔状亲疏水图案化修饰层,接触角测量仪表征圆孔内外的接触角的结果表明:圆孔内为亲水区域,表面能为71.45 m N/m;圆孔外为疏水区域,表面能为13.19 m N/m。利用圆孔内外浸润性差异,使用刮涂法将聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)溶液涂覆在亲疏水图案化表面。PVA溶液在表面张力的作用下从疏水区域流入亲水区域形成微液滴,而已在亲水区域的PVA溶液被疏水边界围困住。待加热使PVA溶液中的溶剂完全挥发后,即可得到大面积、均一化的PVA微透镜阵列。通过原位观察法观察圆孔内PVA溶液受热挥发过程中接触角的变化发现:随着溶剂的挥发,圆孔内PVA溶液接触半径不变,表观接触角逐渐减小,液滴的外轮廓曲率半径逐渐增大。(2)深入研究了影响PVA表面轮廓的工艺参数。通过调控PVA溶液的浓度,调控PVA微透镜的曲率半径。表面轮廓测试发现:随着PVA溶液浓度的增加,PVA微透镜的曲率半径减小,但PVA溶液浓度过高,会增加刮涂难度。通过调控刮涂PVA溶液的体积,可以调控PVA微透镜的曲率半径。接触角测试结果发现:由于线张力的存在,随着刮涂溶液体积的增加,圆孔内PVA溶液的接触角变大。通过设计掩模版的结构,制备出不同孔径、不同填充率的圆孔状亲疏水图案化表面,进而制备出不同孔径、不同填充率的PVA微透镜阵列。通过调节光刻涂覆法的工艺参数,可在柔性聚酯基底表面修饰亲疏水图案化层,制备柔性PVA微透镜阵列。(3)利用PVA使液晶分子垂直于基板表面排列,以及PVA的折射率与液晶E7的相近这两个特点,制备可电控调焦的液晶微透镜阵列。通过搭建光学测试系统,对该微透镜阵列进行光电性能表征,测试液晶微透镜阵列的电控聚焦能力。液晶透镜的光电性能测试发现:当电压从0调节到0.6 Vrms时,液晶微透镜的焦距从-4.5 cm变化到无穷大,为具有发散功能的液晶微透镜阵列。
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