CN103399368B - 一种微透镜、微透镜阵列结构及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亚像素微透镜液体透镜阵列结构，以红绿蓝亚像素为视点对微透镜子图的重排，通过重新排列亚像素进行透镜制备；本发明的微透镜阵列结构中单个透镜为矩形，行与行之间可以错开。透镜物理结构包括一个底层基板，基板上层筑有腔体结构，腔体中有凝固液体。每一个腔体结构侧壁的上表面有疏水区域；该疏水区域具有与液体互相排斥的物理性质，以保证腔体中的液体不会滑落到侧壁之上；本发明还提供了一种亚像素微透镜液体透镜阵列结构的制作工艺流程，此结构易于实现，并且造价低廉，具有很强的实用性。

Description

一种微透镜、微透镜阵列结构及其制作工艺

技术领域

本发明涉及亚像素微透镜液体透镜阵列结构，尤其涉及一种以红绿蓝亚像素为视点对微透镜子图进行重排后的亚像素微透镜液体透镜阵列结构。

背景技术

集成成像技术日益成熟，但当前集成成像显示仍旧存在一些关键技术问题：在获取过程中，制备大尺寸、均匀焦距，串扰大是制约集成成像立体显示一个关键技术。在重现过程中，微透镜阵列重建的真三维图像存在景深范围小、视角窄、分辨率低等问题。

现有成像技术普遍采用RGB色彩模式，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，（以下简称RGB），这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的颜色系统之一。通常将RGB三色构成一个完整的像素，单个的R，G，B分别为一个亚像素，三个不同的亚像素构成一个视场。根据立体视觉原理，观察者的左右眼分别看到同一场景的两幅视差图像，就可以感受立体效果，只要观察者在不同的观看位置看到这幅视差图像中的两幅就可以感知到立体效果，且随着水平移动时看到物体的不同侧面。目前三维成像技术往往采用多视点技术来获得更好的立体效果，并采用传统的以像素作为视点的微透镜阵列，将三个相邻的亚像素构成一个视场，但这种阵列结构容易产生图像区分不完全的情况，从而造成串扰，且分辨率较低。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种微透镜、微透镜阵列结构及其制作工艺，以红绿蓝亚像素为视点对微透镜子图的重排，降低图像串扰，提高分辨率，从而达到优良的显示效果。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种亚像素微透镜液体透镜阵列结构，每个视场在单个微透镜中只取一个亚像素，相邻的三个微透镜构成一个视场所需红绿蓝三色亚像素。

本发明将传统的以像素作为视点的微透镜阵列改进以为亚像素为视点微透镜阵列。结合亚像素原理，假设点亮一个视点，改进后的合成的像素来自不同微透镜的RGB三个亚像素，像素宽度的是传统微透镜像素的三分之一。而改进后的视点之间的距离也为传统的视点距离的三分之一。由此可见改进后的微透镜阵列的多视点技术所形成的新像素点点距更小，从而使图像更加细腻，区分更加明显，有效地降低了串扰，提高分辨率。

本发明每个重排RGB组合的亚像素来自三个不同的单体微透镜，因此每个重排的RGB组合可以以任意亚像素开始排列，如RGB、GBR等。并且亚像素微透镜液体透镜阵列结构中每个重排RGB组合的亚像素可组成任意形状，如三角式、斜三角式、对角线式。

更进一步的，垂直方向上每个微透镜内部的RGB三色亚像素分别与相邻微透镜内部的RGB三色亚像素对齐；水平方向上每个微透镜内部的亚像素与相邻微透镜内部的亚像素对齐，且每行亚像素中RGB三色亚像素交替排列。

更进一步的，RGB三色亚像素在微透镜中偏移量相等，如均为单个透镜中的第四个像素。

更进一步的，RGB三色亚像素在微透镜中偏移角度相等。

本发明还提出一种亚像素微透镜液体透镜阵列结构的微透镜，该微透镜为矩形，包括底层基板，所述底层基板上筑有腔体结构，所述腔体结构中设有凝固液体；所述腔体结构侧壁的上表面设有疏水区域。

微透镜液体透镜阵列结构中微透镜行与行之间可以错开，也可以重合，且每个微透镜矩形长宽比任意，如微透镜高长度是宽一半、微透镜高长度近似宽大小、微透镜高长度比宽大。

本发明还提出一种亚像素微透镜液体透镜阵列结构的工艺流程，其特征在于：

（1）压膜，采用1.5mm厚度的光学玻璃作为玻璃基板，清洁玻璃基板并将其裁成所需的尺寸规格，然后在玻璃基板上用压膜机压上20微米蓝膜；

（2）掩模刻蚀，在压膜后的玻璃基板上放置形状定制的胶片，并将玻璃和胶片进行紫外曝光；然后将曝光后的玻璃基板放入显影机中进行显影，显影液将固化好的地方保留，未经光照固化的洗掉形成腔体结构；最后烘干；

（3）涂疏水层，在掩模刻蚀后仍旧固化的蓝膜上涂上一层特氟龙溶液作为疏水层；

（4）涂胶，在掩模刻蚀后未固化形成腔体结构中涂上NOA73溶液；

（5）紫外固化，采用紫外光固化，使液体透镜转变成固体聚合物透镜。

有益效果：（1）本发明的亚像素微透镜液体透镜阵列结构以RGB亚像素为视点对微透镜子图的重排，并且RGB亚像素来自三个不同的微透镜，降低了串扰，使显示的分辨率大大提高；（2）本发明通过凝固液体的方法，减少了重力、气温等元素对透镜质量的影响；（3）本发明整体结构简单，造价低廉，特性稳定；（4）本发明疏水区域具有与液体互相排斥的物理性质，保证腔体结构中的液体不会滑落到腔体结构侧壁之上，提高了亚像素微透镜液体透镜阵列结构稳定性；（5）本发明为研究亚像素形成的多视点技术对集成成像串扰的影响铺垫基础，并通过测量传统以像素为视点的微透镜阵列的亮度空间分布，进而分析和评估亚像素微透镜阵列和传统微透镜阵列串扰情况。

附图说明

图1为本发明亚像素微透镜液体透镜阵列结构的单个微透镜剖面示意图。

图2为本发明亚像素微透镜液体透镜阵列结构的俯视示意图。

图3为本发明微透镜高长度是宽一半尺寸示意图。

图4为本发明微透镜高长度近似宽大小尺寸示意图。

图5为本发明微透镜高长度比宽大尺寸示意图。

图6为本发明三角式亚像素排列示意图。

图7为本发明斜三角式亚像素排列示意图。

图8为本发明对角线式排列示意图。

图9为本发明提供的微透镜的新像素。

图10为传统微透镜的像素。

图11为本发明亚像素微透镜液体透镜阵列结构的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明提出的亚像素微透镜液体透镜阵列结构的微透镜的物理结构剖面图，包括底层基板（1），所述底层基板（1）上筑有腔体结构（2），所述腔体结构（2）中设有凝固液体（3）；所述腔体结构（2）侧壁的上表面设有疏水区域（4）。如图2所示，该微透镜为矩形，并且微透镜矩形长宽比任意，如微透镜高长度是宽一半、微透镜高长度近似宽大小、微透镜高长度比宽大。

本发明提供了一种亚像素微透镜液体透镜阵列结构，如图2所示，每个视场在单个微透镜中只有一个亚像素，相邻的三个微透镜构成一个视场的RGB三色亚像素。每个重排RGB组合的亚像素来自三个不同的单体微透镜，因此每个重排的RGB组合可以以任意像素开始排列，如RGB、GBR等。并且亚像素微透镜液体透镜阵列结构中每个重排RGB组合的亚像素可组成任意形状，如三角式（如图3）、斜三角式（如图4）、对角线式（如图5）。图中的黑框表示一个微透镜，由于透镜成像的光学作用，假设16视点透镜的4视点被点亮（颜色填充），即每个微透镜的相应的第4个视点被点亮。并且，RGB三色亚像素在微透镜中偏移量和偏移角度相等，如均为单体透镜中的第四个像素。该亚像素微透镜液体透镜阵列结构中行与行之间可以错开，但是在垂直方向上每个单体透镜内部的RGB亚像素与单体透镜间的RGB亚像素均一直对齐。

如图10所示，传统微透镜像素均是直线排列，从1到12，RGB亚像素交替排列，如图9所示，本发明提供的微透镜采用三角等不同结构进行像素重排。

观察图9，假设点亮4视点，改进后的合成的像素来自不同微透镜的红绿蓝三个子像素，像素宽度的是传统微透镜像素(图10)的三分之一。而改进后的视点之间的距离也为传统的视点距离的三分之一。由此可见改进后的微透镜阵列的多视点技术所形成的新像素点点距更小，相邻视点峰值间距L更小。

通过分析不同视点的红绿蓝光的亮度分布，由于显示屏的亚像素点是按照红绿蓝亚像素顺序依次排列的，因此三光峰值的分布有所偏移，从而造成白光的单像素亮度D比较大。而改进后的红绿蓝三像素在同一个视点空间内显示，经过透镜作用，红绿蓝光峰值保持一致。考虑到传统微透镜阵列里红绿蓝光的不一致性和点距更大因素，改进后合成的白光的峰值光强增大，单像素亮度宽度D减小，相邻曲线的峰值间距L减小为原来的三分之一越为1°。由于双目瞳距为7cm左右，因此在观看改进后的微透镜阵列时，左右眼所在在视点区相差很远，则左右眼相互干扰的亮度也减少。与传统的微透镜阵列相比，串扰相应的也减少。

根据子像素排列的设计和理论分析，不同的子像素重排会导致显示莫尔条纹效应不同，莫尔条纹最小，串扰最小，分辨率越高，显示效果越好。

微透镜阵列是在三维立体显示中广泛应用的光学器件。微透镜阵列运用在集成成像获取阶段和重现阶段中，它的尺寸、形状、焦距等参数对于图像显示质量有重要的影响。因此制备符合要求的微透镜阵列对集成成像的研究十分关键。本发明制作过程主要有五个步骤，在制作流程中，每一个步骤都需要较高精确度，这样制作出来的微透镜阵列才能拥有很好的均匀性和一致的光学特性。实施方法如下所述：

（一）压膜

微透镜阵列一般是在玻璃基板上进行制作的，首先是清洁玻璃基板并将其裁成所需的尺寸规格。然后在玻璃基板上用压膜机压上光致刻蚀剂。

该底层基板（1）要求具有一定硬度、耐热、抗腐蚀、良好的透明性，本实例中采用1.5mm厚度的光学玻璃。

该腔体结构（2）要求有良好的粘合性和均匀性，能一次成型做出各种不同结构，厚度在微米级别，并且起到支撑液体的作用。本实例中采用20微米蓝膜。

（二）掩模刻蚀

在压膜的玻璃基板上放置形状定制的胶片。将玻璃和胶片一起进行紫外曝光，紫外光照到的地方将被固化。将曝光好的玻璃放入显影机中进行显影，显影液将固化好的地方保留，未经光照固化的将被洗掉。经过烘干之后留下来的就是所需的形状。

该掩膜图案中单个透镜为矩形，阵列排布每行可以错开，如图2所示为一例。

该掩膜图案中单个透镜的长宽比任意，如微透镜高长度是宽一半（图3）、微透镜高长度近似宽大小（图4）、微透镜高长度比宽大（图5）。

该掩膜图案中亚像素排列可以设计成任意结构，如三角式（图6）、斜三角式（图7）、对角线式（图8）。

（三）涂疏水层

在刻蚀后仍旧固化的蓝膜上涂上一层疏水层，疏水层可以阻止液体沾到蓝膜上从而分离相邻液体透镜。

该疏水区域（4）由透明材质制成。该疏水区域覆盖腔体结构（2）的上表面。该疏水区域具有与液体互相排斥的物理性质，以保证腔体中的液体不会滑落到侧壁之上，如图11所示。本实例中利用特氟龙溶液。

（四）涂胶

涂胶是整个制备过程中最重要的一环。涂胶的相关参数关系到液体透镜的接触角和形状，从而影响透镜的焦距。

该凝固液体（3）要求是透明溶液，不易挥发，没有毒性并且容易被固化。本实例中采用NOA73溶液。

（五）紫外固化

涂胶后的液体透镜不稳定，需要再进行一次紫外光固化，从而使液体透镜转变成固体聚合物透镜。

最后，综合单个透镜的尺寸及亚像素排列可以得到各种尺寸和结构的亚像素微透镜液体透镜阵列，如三角式-微透镜高长度是宽一半（图6）、斜三角式-微透镜高长度是宽一半（图7）、对角线式-微透镜高长度是宽一半（图8）、三角式-微透镜高长度近似宽大小、斜三角式-微透镜高长度比宽大、对角线式-微透镜高长度与宽相等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种亚像素微透镜液体透镜阵列结构的制作工艺流程，该亚像素微透镜液体透镜阵列结构中，每个视场在单个微透镜中只取一个亚像素，相邻的三个微透镜构成一个视场的红绿蓝三色亚像素；纵向方向上每个微透镜内部的红绿蓝三色亚像素分别与相邻微透镜内部的红绿蓝三色亚像素对齐；横向方向上每个微透镜内部的亚像素与相邻微透镜内部的亚像素对齐，且每行亚像素中红绿蓝三色亚像素交替排列；所述红绿蓝三色亚像素在微透镜中偏移量相等；所述红绿蓝三色亚像素在微透镜中偏移角度相等；其特征在于：包括如下步骤：

(1)压膜，采用1.5mm厚度的光学玻璃作为玻璃基板，清洁玻璃基板并将其裁成所需的尺寸规格，然后在玻璃基板上用压膜机压上20微米蓝膜；

(2)掩模刻蚀，在压膜后的玻璃基板上放置形状定制的胶片，并将玻璃和胶片进行紫外曝光；然后将曝光后的玻璃基板放入显影机中进行显影，显影液将固化好的地方保留，未经光照固化的洗掉形成腔体结构；最后烘干；

(3)涂疏水层，在掩模刻蚀后仍旧固化的蓝膜上涂上一层特氟龙溶液作为疏水层；

(4)涂胶，在掩模刻蚀后未固化形成腔体结构中涂上NOA73溶液；

(5)紫外固化，采用紫外光固化，使液体透镜转变成固体聚合物透镜。