科學(xué)家利用簡單的 PSCOF 方法展示了電可調(diào)微透鏡陣列

a) 紫外線曝光和相分離過程示意圖。上圖是帶有微透鏡陣列圖案的灰度掩膜。下圖是由聚合物層和具有微透鏡陣列形態(tài)的液晶層組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)液晶池。當(dāng)裝滿液晶層和預(yù)聚物混合物的電池受到正常入射的準(zhǔn)直紫外激光束照射時，由于電池對紫外光的強烈吸收，電池內(nèi)部會產(chǎn)生紫外光強度梯度。通過添加設(shè)計好的光掩膜，還可以在電池的 x-y 平面上產(chǎn)生額外的強度梯度。高強度區(qū)域的單體將首先發(fā)生聚合反應(yīng)。低強度區(qū)域的單體和低聚物將向高強度區(qū)域擴散，以保持其相對濃度。在特意設(shè)定的照射條件下，足夠長的紫外線照射時間最終會消耗掉所有單體，并導(dǎo)致低聚物從聚合體積中移出。與此同時，低聚物分子也會被對準(zhǔn)層定向。b) 在交叉偏振鏡下拍攝的面積為 5 cm ′ 5 cm 的典型樣品。照亮光罩的白色光源用作顯示面板。LC-MLA 放置在光罩前面。物體 "3 "和 "D "在中心深度平面附近重建。中心深度平面可通過 LC-MLA 進(jìn)行調(diào)整。資料來源：蔡文峰、孔德來、馬宗軍、岑孟佳、王嘉偉、袁丹丹、李可、程明、徐少林、羅丹、盧彥青和劉彥軍

微透鏡陣列是在自動立體顯示、光通信、波前傳感、整體成像等領(lǐng)域大有可為的關(guān)鍵元件之一。例如，微透鏡陣列是積分成像的關(guān)鍵元件，用于采集和顯示圖像。在大多數(shù)情況下，由于所用微透鏡陣列的焦距固定，整體成像的圖像深度受到限制。

具有電、光或聲可調(diào)折射率的液晶（LC）已被廣泛用于可調(diào)微透鏡陣列。借助微透鏡陣列的可調(diào)性，可以探索圖像深度。然而，液晶微透鏡陣列（LC-MLAs）的設(shè)計和制備通常涉及多個制造過程，從而增加了制造的復(fù)雜性和成本。

在發(fā)表于《Light： 先進(jìn)制造》（Light: Advanced Manufacturing）上發(fā)表的一篇新論文中，由中國深圳南方科技大學(xué)電氣與電子工程系劉彥軍教授領(lǐng)銜的科學(xué)家團隊與中國南京大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院陸燕青教授及合作者合作，提出了一種只需一步曝光就能制備大面積液晶微透鏡陣列的簡單方法。

LC-MLA是在聚合物/LC復(fù)合材料內(nèi)部通過光聚合誘導(dǎo)相分離（PIPS）形成的，它產(chǎn)生相鄰的LC層和聚合物層，稱為相分離復(fù)合膜（PSCOF）。復(fù)合薄膜的形態(tài)可由灰度光掩模控制。

LC-MLA 具有極化依賴性和電可調(diào)聚焦特性，具有很高的聚焦和成像質(zhì)量。在不施加電壓的情況下，由于其固有的梯度指數(shù)曲線，微透鏡的自然焦距為 8 毫米。當(dāng)外加電壓超過閾值時，LC 會發(fā)生重新定向，微透鏡的焦距會逐漸增加。研究人員展示了利用所制備的微透鏡陣列在三維顯示器中實現(xiàn)圖像采集和電可調(diào)中央深度面的情況。

這種制造技術(shù)與已報道的噴墨打印、壓縮成型、光刻膠熱回流和三維打印等技術(shù)有著本質(zhì)區(qū)別，它具有生產(chǎn)簡便、一步到位、成本低和產(chǎn)量高等特點。

此外，通過專門設(shè)計的光掩模，該技術(shù)還可作為一個通用平臺，用于制造具有其他功能的液晶微光學(xué)器件，如液晶透鏡微透鏡陣列、液晶熾光光柵等。

參考資料

Wenfeng Cai et al, Optically anisotropic, electrically tunable microlens arrays formed via single-step photopolymerization-induced phase separation in polymer/liquid-crystal composite materials, Light: Advanced Manufacturing (2023). DOI: 10.37188/lam.2023.028