CN101672936A - 一种聚合物透镜阵列 - Google Patents

Abstract

一种聚合物透镜阵列，由透明基板(1)，隔断(2)，第一疏水层(3)和聚合物(4)组成，透明基板(1)上制备隔断(2)，隔断(2)上制备第一疏水层(3)，隔断(2)包括有网孔，网孔内填充聚合物(4)。第一疏水层(3)将聚合物(4)分割在每个网孔内，聚合物与空气的接触面为曲面，形成透镜单元。本发明的微透镜阵列由透明聚合物构成，无需曲面加工工艺，加工时间短，成本低，误差小。

Description

一种聚合物透镜阵列

技术领域

本发明涉及一种透镜阵列，尤其是涉及一种由透明聚合物构成的透镜阵列。

背景技术

传统光学透镜通过在玻璃或透明树脂等材料上加工圆球状曲面来实现。加工过程复杂，且加工完成的曲面存在误差。采用这种传统加工方法来制备微透镜阵列则存在加工时间长，成本高，曲面误差大等问题。本发明针对上述问题，提出一种微透镜阵列的制备方法，其利用表面张力使聚合物表面自然收缩为曲面，从而形成微透镜阵列，省去了曲面加工过程，加工时间短，成本低，误差小。

发明内容

技术问题：为了克服现有微透镜阵列加工时间长，成本高，误差大等问题，本发明提供一种聚合物透镜阵列，微透镜由透明聚合物构成，无需曲面加工工艺，加工时间短，成本低，误差小。

技术方案：本发明的一种聚合物透镜阵列，其特征是：该透镜阵列由透明基板，隔断，第一疏水层和聚合物组成，在透明基板上制备隔断，隔断上制备第一疏水层，隔断为网孔状，网孔内填充聚合物。第一疏水层将聚合物分割在每个网孔内，聚合物与空气的接触面为曲面，形成透镜单元。

所述的透明基板是柔性基板。

所述隔断的网孔呈行列矩阵排列、品字状排列。

所述隔断的网孔是圆孔、碗状孔、梯形孔、长方形孔。

所述的聚合物通过紫外、加热进行固化。

所述的聚合物上填充液体，并用透明平板材料密封。

所述隔断的内壁包含有第二疏水层。

有益效果：本发明利用透明聚合物表面张力自然收缩形成的曲面实现微透镜阵列，无需曲面加工工艺，加工成本低，误差小。

附图说明

图1是聚合物透镜阵列的结构示意图。

图2是图1中a-b剖面的结构示意图。

图3是聚合物透镜阵列的结构示意图。

以上图中有：透明基板1、隔断2、第一疏水层3、聚合物4、第二疏水层5。

具体实施方式

图1所示是本发明优选的聚合物透镜阵列结构示意图。主要由透明基板1，隔断2，第一疏水层3和聚合物4组成。透明基板1可以是玻璃或树脂等透明板，还可以是柔性透明基板，例如PET等。透明基板上制备有网状隔断2。网状隔断2可以通过光刻的方法进行制备，例如采用SU-8光刻胶通过甩胶、图案曝光、显影等步骤形成三维孔状结构，隔断2也可以采用其它材料进行预先制备，然后粘附在透明基板1上，例如在PET膜或聚酰亚胺薄膜上先制备网状孔，然后粘附在透明基板1上。隔断2的每一个网孔对应一个透镜单元。隔断2上制备有一层第一疏水层3，第一疏水层3可以是聚四氟乙烯或其他具有低表面自由能的材料，例如杜邦公司的Teflon，旭硝子的Cytop等。具有低粘度系数的液状聚合物4涂覆在隔断2之上，例如Norland公司的紫外固化光学胶NOA73、NOA74、NOA75等具有低粘度的紫外固化聚合物，由于第一疏水层3的表面自由能较低，液状聚合物4会流延和收缩到表面自由能较高的隔断2网孔内，如图1中所示，聚合物4被第一疏水层3分开，分割为独立的液体单元。聚合物4与第一疏水层3的边缘相接触，其接触角由每个网孔内聚合物4的量来决定。每个网孔内聚合物4的体积略大于网孔的容积，其多出的体积位于网孔顶部，在表面自由能的作用下，聚合物4与空气的接触面为曲面，从而形成透镜。此时，进一步增加聚合物4的体积可以缩小曲面的曲率半径，减小透镜的焦距。当聚合物4与第一疏水层3所在平面的接触角达到杨氏润湿方程所决定的空气、聚合物4、第一疏水层3三相接触角时，为本发明透镜的最小曲率半径状态，如果进一步增加聚合物4的体积将使聚合物4逐步覆盖第一疏水层3，并最终导致相邻网孔中的聚合物4联通。涂覆的聚合物4通过紫外灯照射进行固化，并通过加温老化，从而形成固态的透镜阵列。第一疏水层3将聚合物4分割在每个网孔内，聚合物与空气的接触面为曲面，形成透镜单元。

图2所示是图1中a-b剖面的结构示意图。图2中隔断2为圆孔结构，圆孔呈行列矩阵排列，每个圆孔内的聚合物4利用表面张力在圆孔的顶部形成一个球面(如图1中的圆弧线所示)，从而实现一个透镜单元。隔断2中的圆孔还可以是品字状排列。每个圆孔可以是图1和图2中所示的圆柱状，还可以是碗状、梯状(即顶部和底部的圆孔直径不相等)。图2中隔断2的开孔还可以是长方形(图2中简略为画出)，从而形成柱状棱镜。本领域的研究人员可以根据需要设计各种形状，从而利用第一疏水层3和聚合物4的表面张力形成各种形状的透镜阵列。

图3中所示隔断2的内壁可以增加一层第二疏水层5，例如聚四氟乙烯或其他具有低表面自由能的材料，例如杜邦公司的Teflon，旭硝子的Cytop等，或隔断2由疏水材料制备，例如聚四氟乙烯或其他具有低表面自由能的材料。聚合物4与内壁的接触角满足杨氏润湿方程。

图1中所示上表面为凸凹的曲面，为实现上表面为平面，还可以采用与聚合物4折射率不同的液体填充在上表面，例如去离子，并用透明平板材料将其密封，例如平板玻璃，从而形成上、下表面都是平面的透镜阵列。

Claims (7)

1.一种聚合物透镜阵列，其特征是：该透镜阵列由透明基板(1)，隔断(2)，第一疏水层(3)和聚合物(4)组成，在透明基板(1)上制备隔断(2)，隔断(2)上制备第一疏水层(3)，隔断(2)为网孔状，网孔内填充聚合物(4)。

2.根据权利要求1所述的聚合物透镜阵列，其特征是：透明基板(1)是柔性基板。

3.根据权利要求1所述的聚合物透镜阵列，其特征是：隔断(2)的网孔呈行列矩阵排列或品字状排列。

4.根据权利要求1所述的聚合物透镜阵列，其特征是：隔断(2)的网孔是圆孔、碗状孔、梯形孔或长方形孔。

5.根据权利要求1所述的聚合物透镜阵列，其特征是：聚合物(4)通过紫外或加热进行固化。

6.根据权利要求1所述的聚合物透镜阵列，其特征是：聚合物(4)上填充液体，并用透明平板材料密封。

7.根据权利要求1所述的聚合物透镜阵列，其特征是：隔断(2)的内壁包含有第二疏水层(5)。

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