柔性微透镜阵列的光学特性调控及其曲面集成成像性能研究

Flexible display and naked stereoscopic display are two important development trends of future display technology, while flexible integral imaging three-dimensional (3D) display composites these two characteristics, and is becoming the frontier and focus of current research of novel display technology. The fabrication of flexible micro-lens arrays and regulation of its optical performances, as well as the effects of bending on the optical performance of micro-lens and the imaging characteristics remain the technical and theoretical problems that desiderate to solve. In this project, we would combine the screen printing and the controllable hydrodynamics process of UV resin with high viscosity, to realize large-scale, high performance flexible micro-lens arrays. We would focus on the investigation of the effects of the wettability of PET substrate and the deformation process of UV resin on the morphology and optical performances (focus length, numerical aperture and focusing ability et. al.) of micro-lens arrays, to reveal the formation mechanism of micro-lens and create the related physical model. Meanwhile, we would build a curved integral imaging 3D display system, and investigate the deformation and change of optical characteristics of micro-lens during bending process, as well as the influences of lens shift on the imaging performance, and establish the corresponding compensation methods. This project aims to achieve high performance, flexible micro-lens arrays with controllable optical characteristics, and high-definition curved integral imaging 3D display system, providing the technologic and theoretical support for the industrialization of flexible 3D display.

柔性集成成像三维（3D）显示综合了柔性显示和裸眼立体显示两个未来显示技术发展趋势，是新型显示技术的研究前沿与热点。柔性微透镜阵列制备和光学特性调控以及弯曲对微透镜光学性能和成像特性的影响是该研究亟需解决的关键技术和理论难题。本项目拟结合丝网印刷工艺和高黏度UV树脂的流体动力学过程调控，实现大面积、高性能柔性微透镜阵列的可控制备，重点研究柔性PET基板表面亲疏水性和UV树脂静置变形过程参数对微透镜阵列形貌和焦距、数值孔径、聚焦能力等光学特性的影响规律，揭示柔性微透镜形成机制，建立相关物理模型。同时，构建曲面集成成像3D显示器件，研究弯曲过程中微透镜阵列的形变和光学特性变化，以及微透镜阵列和曲面2D显示屏的相对位移变化对显示性能的影响规律，建立相应的光学和位移补偿机制。本项目旨在获得光学特性可控的高性能柔性微透镜阵列和高清晰曲面集成成像3D显示系统，为未来柔性三维显示实用化提供理论和技术支持。

柔性集成成像三维（3D）显示综合了柔性显示和裸眼立体显示两个未来显示技术发展趋势 ，是新型显示技术的研究前沿与热点。柔性微透镜阵列制备和光学特性调控以及弯曲对微透镜 光学性能和成像特性的影响是该研究亟需解决的关键技术和理论难题。本项目以柔性微透镜阵列为研究对象，以提升柔性微透镜阵列的形貌、均匀性、光学特性和集成成像3D显示特性为研究目标，具体开展了微透镜阵列的结构优化与仿真、柔性微透镜阵列的丝网印刷工艺优化、柔性微透镜阵列的光学特性调控与集成成像3D显示性能研究、柔性PET基底上微透镜阵列的形成机制与物理模型研究四个方面研究，取得一系列研究成果。采用丝网印刷工艺，在玻璃衬底上制备出大面积微透镜阵列，并实现20英寸集成成像3D显示样机；同时不断研究和厘清丝网印刷微透镜阵列的形成机制，对丝网印刷制备微透镜阵列工艺进行优化，成功在PET衬底上实现大面积柔性微透镜阵列，并实现31英寸曲面集成成像3D显示样机。在多焦距微透镜阵列提高集成成像3D显示的景深、柔性2D/3D自适应显示液晶光栅和液晶微透镜阵列也开展了一些工作。在基金资助下，共发表学术论文22篇，其中以第一作者和通讯作者发表SCI论文9篇，授权国家发明专利6件。本项目发展了一种丝网印刷制备大面积柔性微透镜阵列的新工艺，有望为未来柔性三维显示实用化提供理论和技术支持。