CN112540489A - 大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法 - Google Patents

大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液晶微透镜阵列，具体是一种大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法。本发明解决了采用球面镜所设计的传统电子内窥镜视场角小的问题。大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，该方法是采用如下步骤实现的：步骤S1：选取两个玻璃衬底，并将两个玻璃衬底进行清洗和烘干；步骤S2：制备下电极板；步骤S3：制备上电极板；步骤S4：组装上电极板和下电极板。本发明适用于大视场电子内窥镜的设计开发。

Description

大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法
技术领域
本发明涉及液晶微透镜阵列，具体是一种大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法。
背景技术
采用球面镜所设计的传统电子内窥镜的视场角一般在90°左右，存在视场角小的问题，由此带来的问题是：医生对病人进行检查时，需要在病人体内大幅移动电子内窥镜以获得病灶部位清晰图像，不仅给病人带来极大的痛苦感，而且导致检查时间长。基于此，有必要发明一种大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，以解决采用球面镜所设计的传统电子内窥镜视场角小的问题。
发明内容
本发明为了解决采用球面镜所设计的传统电子内窥镜视场角小的问题，提供了一种大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：选取两个玻璃衬底，并将两个玻璃衬底进行清洗和烘干；
步骤S2：制备下电极板；具体步骤如下：
步骤S2.1：在第一个玻璃衬底的上表面溅射第一个ITO膜层；
步骤S2.2：在第一个ITO膜层的上表面溅射第一个SiO2膜层；
步骤S2.3：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺在第一个SiO2膜层上刻蚀形成N个上下贯通且呈圆形的窗口，N个窗口共同构成第一个窗口阵列，第一个ITO膜层通过第一个窗口阵列暴露出来，由此形成N个暴露区域；N为正整数，且N≥2；
步骤S2.4：在第一个ITO膜层的N个暴露区域中央一一对应地溅射N个呈圆形的镍膜层，N个镍膜层共同构成第一个镍膜层阵列；
步骤S2.5：在第一个SiO2膜层的上表面和第一个镍膜层阵列的上表面共同溅射第二个ITO膜层；
步骤S2.6：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺在第二个ITO膜层上刻蚀形成N个上下贯通且呈圆形的窗口，N个窗口共同构成第二个窗口阵列，第二个窗口阵列与第一个窗口阵列一一正对；
步骤S2.7：在第一个镍膜层阵列的上表面一一对应地溅射N个呈圆形的镍膜层，N个镍膜层共同构成第二个镍膜层阵列；
步骤S2.8：在第二个ITO膜层的上表面和第二个镍膜层阵列的上表面共同溅射第二个SiO2膜层；
步骤S2.9：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺在第二个SiO2膜层上刻蚀形成2N个上下贯通且呈圆形的窗口，2N个窗口共同构成第三个窗口阵列，第三个窗口阵列的其中N个窗口与第二个窗口阵列一一正对，第二个ITO膜层通过第三个窗口阵列的剩余N个窗口暴露出来，由此形成N个暴露区域；
步骤S2.10：在第二个ITO膜层的N个暴露区域中央和第二个镍膜层阵列的上表面一一对应地溅射2N个呈圆形的镍膜层，2N个镍膜层共同构成第三个镍膜层阵列；
步骤S2.11：在第二个SiO2膜层的上表面和第三个镍膜层阵列的上表面共同溅射第三个ITO膜层；
步骤S2.12：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺将第三个ITO膜层刻蚀成为2N个彼此独立且呈圆形的ITO膜层，2N个ITO膜层一一对应地位于第三个镍膜层阵列的上方，2N个ITO膜层共同构成ITO膜层阵列；其中，与第一个ITO膜层电连接的N个ITO膜层共同构成ITO膜层阵列的第一个子阵列，与第二个ITO膜层电连接的N个ITO膜层共同构成ITO膜层阵列的第二个子阵列；
步骤S2.13：在ITO膜层阵列的上表面和第二个SiO2膜层的暴露区域共同涂覆第一个聚酰亚胺膜层，由此制得下电极板；
步骤S3：制备上电极板；具体步骤如下：
步骤S3.1：在第二个玻璃衬底的下表面溅射第四个ITO膜层；
步骤S3.2：在第四个ITO膜层的下表面涂覆第二个聚酰亚胺膜层，由此制得上电极板；
步骤S4：组装上电极板和下电极板；具体步骤如下：
步骤S4.1：采用粘结剂将第一个聚酰亚胺膜层的上表面左、右边缘与第二个聚酰亚胺膜层的下表面左、右边缘粘结在一起，由此使得第一个聚酰亚胺膜层的上表面和第二个聚酰亚胺膜层的下表面之间形成空腔；
步骤S4.2：将上电极板和下电极板直立放置，由此使得空腔的一端开口朝上，另一端开口朝下；然后，采用针管蘸取液晶，并将液晶滴入空腔内，液晶因重力作用和毛细扩张效应逐渐充满空腔；
步骤S4.3：将上电极板和下电极板水平放置，并采用粘结剂将第一个聚酰亚胺膜层的上表面前、后边缘与第二个聚酰亚胺膜层的下表面前、后边缘粘结在一起，由此将液晶密封于空腔内，从而制得大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列。
所述步骤S1中，清洗和烘干的具体步骤如下：先将玻璃衬底放入盛有无水丙酮溶液、无水乙醇溶液、去离子水的玻璃器皿中，再将玻璃器皿放入超声清洗机中进行清洗，清洗时间为6min，然后采用电热板将玻璃衬底进行烘干，烘干时间为8min，电热板的表面温度设定为110℃。
所述步骤S2~步骤S3中，溅射是采用真空镀膜机进行的，真空镀膜机的真空度设定为1.3×103Pa~1.3×10-1Pa。
所述步骤S2中，紫外光刻工艺的步骤依次为：涂胶、前烘、曝光、显影；湿法刻蚀工艺的步骤依次为：腐蚀、去胶；涂胶时，匀胶机先以1000r/min的转速转动3min，再以3500r/min的转速转动3min；前烘时间为10min；曝光时间为15s；显影时间为2min；腐蚀时间为3min。
所述步骤S2~步骤S3中，涂覆聚酰亚胺膜层的具体步骤如下：先采用匀胶机旋涂聚酰亚胺膜层，再采用电热板将聚酰亚胺膜层进行烘干；旋涂聚酰亚胺膜层时，匀胶机先以800r/min的转速转动3min，再以2500r/min的转速转动4min；烘干时，先将电热板的表面温度设定为80℃，烘干5min，再将电热板的表面温度设定为230℃，烘干30min。
所述步骤S4中，粘结剂由环氧树脂、聚酰胺树脂、直径为40μm的玻璃微球按质量比1:1:0.05混合而成。
每个ITO膜层的厚度、每个SiO2膜层的厚度、每个镍膜层的厚度均为100nm；ITO膜层阵列的2N个ITO膜层的直径均为60μm~80μm；每个窗口的直径均为40μm~50μm；每个镍膜层的直径均为20μm~30μm。
所述ITO膜层阵列呈蜂巢式排布。
本发明所制产品（即大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列）的工作原理如下：将第一个ITO膜层、第四个ITO膜层分别与第一个外部交流电源的两端连接。将第二个ITO膜层、第四个ITO膜层分别与第二个外部交流电源的两端连接。第一个外部交流电源输出幅值可调的第一交流电压，使得ITO膜层阵列的第一个子阵列与第四个ITO膜层之间产生第一交变电场。第二个外部交流电源输出幅值可调的第二交流电压，使得ITO膜层阵列的第二个子阵列与第四个ITO膜层之间产生第二交变电场。通过独立调节第一交流电压的幅值、第二交流电压的幅值（二者的幅值各不相同），可以分别使得第一交变电场区域内的液晶折射率、第二交变电场区域内的液晶折射率发生改变，由此使得本发明所制产品由两种能够相互独立调节焦距的液晶微透镜阵列组成。因此，与采用球面镜所设计的传统电子内窥镜相比，采用本发明所制产品所设计的电子内窥镜能够充分利用每一个液晶微透镜单元可以单独传输光学图像的特性，由此达到增大电子内窥镜的视场角、简化电子内窥镜的光学结构的目的，从而带来如下优点：医生对病人进行检查时，只需在病人体内小幅移动电子内窥镜即可获得病灶部位清晰图像，由此不仅显著减轻了病人的痛苦感，而且显著缩短了检查时间。
本发明有效解决了采用球面镜所设计的传统电子内窥镜视场角小的问题，适用于大视场电子内窥镜的设计开发。
附图说明
图1是本发明中步骤S2.1的示意图。
图2是本发明中步骤S2.2的示意图。
图3是本发明中步骤S2.3的示意图。
图4是本发明中步骤S2.4的示意图。
图5是本发明中步骤S2.5的示意图。
图6是本发明中步骤S2.6的示意图。
图7是本发明中步骤S2.7的示意图。
图8是本发明中步骤S2.8的示意图。
图9是本发明中步骤S2.9的示意图。
图10是本发明中步骤S2.10的示意图。
图11是本发明中步骤S2.11的示意图。
图12是本发明中步骤S2.12的示意图。
图13是本发明中步骤S2.13的示意图。
图14是本发明中步骤S3.1的示意图。
图15是本发明中步骤S3.2的示意图。
图16是本发明中步骤S4的示意图。
图17是本发明中ITO膜层阵列的示意图。
图中：1-玻璃衬底，2-ITO膜层，3-SiO2膜层，4-镍膜层，5-聚酰亚胺膜层，6-粘结剂，7-液晶；U1表示第一交流电压；U2表示第二交流电压；C1表示ITO膜层阵列的第一个子阵列；C2表示ITO膜层阵列的第二个子阵列。
具体实施方式
大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：选取两个玻璃衬底1，并将两个玻璃衬底1进行清洗和烘干；
步骤S2：制备下电极板；具体步骤如下：
步骤S2.1：在第一个玻璃衬底1的上表面溅射第一个ITO膜层2；
步骤S2.2：在第一个ITO膜层2的上表面溅射第一个SiO2膜层3；
步骤S2.3：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺在第一个SiO2膜层3上刻蚀形成N个上下贯通且呈圆形的窗口，N个窗口共同构成第一个窗口阵列，第一个ITO膜层2通过第一个窗口阵列暴露出来，由此形成N个暴露区域；N为正整数，且N≥2；
步骤S2.4：在第一个ITO膜层2的N个暴露区域中央一一对应地溅射N个呈圆形的镍膜层4，N个镍膜层4共同构成第一个镍膜层阵列；
步骤S2.5：在第一个SiO2膜层3的上表面和第一个镍膜层阵列的上表面共同溅射第二个ITO膜层2；
步骤S2.6：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺在第二个ITO膜层2上刻蚀形成N个上下贯通且呈圆形的窗口，N个窗口共同构成第二个窗口阵列，第二个窗口阵列与第一个窗口阵列一一正对；
步骤S2.7：在第一个镍膜层阵列的上表面一一对应地溅射N个呈圆形的镍膜层4，N个镍膜层4共同构成第二个镍膜层阵列；
步骤S2.8：在第二个ITO膜层2的上表面和第二个镍膜层阵列的上表面共同溅射第二个SiO2膜层3；
步骤S2.9：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺在第二个SiO2膜层3上刻蚀形成2N个上下贯通且呈圆形的窗口，2N个窗口共同构成第三个窗口阵列，第三个窗口阵列的其中N个窗口与第二个窗口阵列一一正对，第二个ITO膜层2通过第三个窗口阵列的剩余N个窗口暴露出来，由此形成N个暴露区域；
步骤S2.10：在第二个ITO膜层2的N个暴露区域中央和第二个镍膜层阵列的上表面一一对应地溅射2N个呈圆形的镍膜层4，2N个镍膜层4共同构成第三个镍膜层阵列；
步骤S2.11：在第二个SiO2膜层3的上表面和第三个镍膜层阵列的上表面共同溅射第三个ITO膜层2；
步骤S2.12：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺将第三个ITO膜层2刻蚀成为2N个彼此独立且呈圆形的ITO膜层2，2N个ITO膜层2一一对应地位于第三个镍膜层阵列的上方，2N个ITO膜层2共同构成ITO膜层阵列；其中，与第一个ITO膜层2电连接的N个ITO膜层2共同构成ITO膜层阵列的第一个子阵列，与第二个ITO膜层2电连接的N个ITO膜层2共同构成ITO膜层阵列的第二个子阵列；
步骤S2.13：在ITO膜层阵列的上表面和第二个SiO2膜层3的暴露区域共同涂覆第一个聚酰亚胺膜层5，由此制得下电极板；
步骤S3：制备上电极板；具体步骤如下：
步骤S3.1：在第二个玻璃衬底1的下表面溅射第四个ITO膜层2；
步骤S3.2：在第四个ITO膜层2的下表面涂覆第二个聚酰亚胺膜层5，由此制得上电极板；
步骤S4：组装上电极板和下电极板；具体步骤如下：
步骤S4.1：采用粘结剂6将第一个聚酰亚胺膜层5的上表面左、右边缘与第二个聚酰亚胺膜层5的下表面左、右边缘粘结在一起，由此使得第一个聚酰亚胺膜层5的上表面和第二个聚酰亚胺膜层5的下表面之间形成空腔；
步骤S4.2：将上电极板和下电极板直立放置，由此使得空腔的一端开口朝上，另一端开口朝下；然后，采用针管蘸取液晶7，并将液晶7滴入空腔内，液晶7因重力作用和毛细扩张效应逐渐充满空腔；
步骤S4.3：将上电极板和下电极板水平放置，并采用粘结剂6将第一个聚酰亚胺膜层5的上表面前、后边缘与第二个聚酰亚胺膜层5的下表面前、后边缘粘结在一起，由此将液晶7密封于空腔内，从而制得大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列。
所述步骤S1中，清洗和烘干的具体步骤如下：先将玻璃衬底1放入盛有无水丙酮溶液、无水乙醇溶液、去离子水的玻璃器皿中，再将玻璃器皿放入超声清洗机中进行清洗，清洗时间为6min，然后采用电热板将玻璃衬底1进行烘干，烘干时间为8min，电热板的表面温度设定为110℃。
所述步骤S2~步骤S3中，溅射是采用真空镀膜机进行的，真空镀膜机的真空度设定为1.3×103Pa~1.3×10-1Pa。
所述步骤S2中，紫外光刻工艺的步骤依次为：涂胶、前烘、曝光、显影；湿法刻蚀工艺的步骤依次为：腐蚀、去胶；涂胶时，匀胶机先以1000r/min的转速转动3min，再以3500r/min的转速转动3min；前烘时间为10min；曝光时间为15s；显影时间为2min；腐蚀时间为3min。
所述步骤S2~步骤S3中，涂覆聚酰亚胺膜层5的具体步骤如下：先采用匀胶机旋涂聚酰亚胺膜层5，再采用电热板将聚酰亚胺膜层5进行烘干；旋涂聚酰亚胺膜层5时，匀胶机先以800r/min的转速转动3min，再以2500r/min的转速转动4min；烘干时，先将电热板的表面温度设定为80℃，烘干5min，再将电热板的表面温度设定为230℃，烘干30min。
所述步骤S4中，粘结剂6由环氧树脂、聚酰胺树脂、直径为40μm的玻璃微球按质量比1:1:0.05混合而成。
每个ITO膜层2的厚度、每个SiO2膜层3的厚度、每个镍膜层4的厚度均为100nm；ITO膜层阵列的2N个ITO膜层2的直径均为60μm~80μm；每个窗口的直径均为40μm~50μm；每个镍膜层4的直径均为20μm~30μm。
所述ITO膜层阵列呈蜂巢式排布。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：选取两个玻璃衬底（1），并将两个玻璃衬底（1）进行清洗和烘干；
步骤S2：制备下电极板；具体步骤如下：
步骤S2.1：在第一个玻璃衬底（1）的上表面溅射第一个ITO膜层（2）；
步骤S2.2：在第一个ITO膜层（2）的上表面溅射第一个SiO2膜层（3）；
步骤S2.3：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺在第一个SiO2膜层（3）上刻蚀形成N个上下贯通且呈圆形的窗口，N个窗口共同构成第一个窗口阵列，第一个ITO膜层（2）通过第一个窗口阵列暴露出来，由此形成N个暴露区域；N为正整数，且N≥2；
步骤S2.4：在第一个ITO膜层（2）的N个暴露区域中央一一对应地溅射N个呈圆形的镍膜层（4），N个镍膜层（4）共同构成第一个镍膜层阵列；
步骤S2.5：在第一个SiO2膜层（3）的上表面和第一个镍膜层阵列的上表面共同溅射第二个ITO膜层（2）；
步骤S2.6：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺在第二个ITO膜层（2）上刻蚀形成N个上下贯通且呈圆形的窗口，N个窗口共同构成第二个窗口阵列，第二个窗口阵列与第一个窗口阵列一一正对；
步骤S2.7：在第一个镍膜层阵列的上表面一一对应地溅射N个呈圆形的镍膜层（4），N个镍膜层（4）共同构成第二个镍膜层阵列；
步骤S2.8：在第二个ITO膜层（2）的上表面和第二个镍膜层阵列的上表面共同溅射第二个SiO2膜层（3）；
步骤S2.9：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺在第二个SiO2膜层（3）上刻蚀形成2N个上下贯通且呈圆形的窗口，2N个窗口共同构成第三个窗口阵列，第三个窗口阵列的其中N个窗口与第二个窗口阵列一一正对，第二个ITO膜层（2）通过第三个窗口阵列的剩余N个窗口暴露出来，由此形成N个暴露区域；
步骤S2.10：在第二个ITO膜层（2）的N个暴露区域中央和第二个镍膜层阵列的上表面一一对应地溅射2N个呈圆形的镍膜层（4），2N个镍膜层（4）共同构成第三个镍膜层阵列；
步骤S2.11：在第二个SiO2膜层（3）的上表面和第三个镍膜层阵列的上表面共同溅射第三个ITO膜层（2）；
步骤S2.12：采用紫外光刻工艺和湿法刻蚀工艺将第三个ITO膜层（2）刻蚀成为2N个彼此独立且呈圆形的ITO膜层（2），2N个ITO膜层（2）一一对应地位于第三个镍膜层阵列的上方，2N个ITO膜层（2）共同构成ITO膜层阵列；其中，与第一个ITO膜层（2）电连接的N个ITO膜层（2）共同构成ITO膜层阵列的第一个子阵列，与第二个ITO膜层（2）电连接的N个ITO膜层（2）共同构成ITO膜层阵列的第二个子阵列；
步骤S2.13：在ITO膜层阵列的上表面和第二个SiO2膜层（3）的暴露区域共同涂覆第一个聚酰亚胺膜层（5），由此制得下电极板；
步骤S3：制备上电极板；具体步骤如下：
步骤S3.1：在第二个玻璃衬底（1）的下表面溅射第四个ITO膜层（2）；
步骤S3.2：在第四个ITO膜层（2）的下表面涂覆第二个聚酰亚胺膜层（5），由此制得上电极板；
步骤S4：组装上电极板和下电极板；具体步骤如下：
步骤S4.1：采用粘结剂（6）将第一个聚酰亚胺膜层（5）的上表面左、右边缘与第二个聚酰亚胺膜层（5）的下表面左、右边缘粘结在一起，由此使得第一个聚酰亚胺膜层（5）的上表面和第二个聚酰亚胺膜层（5）的下表面之间形成空腔；
步骤S4.2：将上电极板和下电极板直立放置，由此使得空腔的一端开口朝上，另一端开口朝下；然后，采用针管蘸取液晶（7），并将液晶（7）滴入空腔内，液晶（7）因重力作用和毛细扩张效应逐渐充满空腔；
步骤S4.3：将上电极板和下电极板水平放置，并采用粘结剂（6）将第一个聚酰亚胺膜层（5）的上表面前、后边缘与第二个聚酰亚胺膜层（5）的下表面前、后边缘粘结在一起，由此将液晶（7）密封于空腔内，从而制得大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列。
2.根据权利要求1所述的大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，清洗和烘干的具体步骤如下：先将玻璃衬底（1）放入盛有无水丙酮溶液、无水乙醇溶液、去离子水的玻璃器皿中，再将玻璃器皿放入超声清洗机中进行清洗，清洗时间为6min，然后采用电热板将玻璃衬底（1）进行烘干，烘干时间为8min，电热板的表面温度设定为110℃。
3.根据权利要求1所述的大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，其特征在于：所述步骤S2~步骤S3中，溅射是采用真空镀膜机进行的，真空镀膜机的真空度设定为1.3×103Pa~1.3×10-1Pa。
4.根据权利要求1所述的大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，紫外光刻工艺的步骤依次为：涂胶、前烘、曝光、显影；湿法刻蚀工艺的步骤依次为：腐蚀、去胶；涂胶时，匀胶机先以1000r/min的转速转动3min，再以3500r/min的转速转动3min；前烘时间为10min；曝光时间为15s；显影时间为2min；腐蚀时间为3min。
5.根据权利要求1所述的大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，其特征在于：所述步骤S2~步骤S3中，涂覆聚酰亚胺膜层（5）的具体步骤如下：先采用匀胶机旋涂聚酰亚胺膜层（5），再采用电热板将聚酰亚胺膜层（5）进行烘干；旋涂聚酰亚胺膜层（5）时，匀胶机先以800r/min的转速转动3min，再以2500r/min的转速转动4min；烘干时，先将电热板的表面温度设定为80℃，烘干5min，再将电热板的表面温度设定为230℃，烘干30min。
6.根据权利要求1所述的大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，粘结剂（6）由环氧树脂、聚酰胺树脂、直径为40μm的玻璃微球按质量比1:1:0.05混合而成。
7.根据权利要求1所述的大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，其特征在于：每个ITO膜层（2）的厚度、每个SiO2膜层（3）的厚度、每个镍膜层（4）的厚度均为100nm；ITO膜层阵列的2N个ITO膜层（2）的直径均为60μm~80μm；每个窗口的直径均为40μm~50μm；每个镍膜层（4）的直径均为20μm~30μm。
8.根据权利要求1所述的大视场电子内窥镜用双焦距液晶微透镜阵列的制备方法，其特征在于：所述ITO膜层阵列呈蜂巢式排布。
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