3D显示视觉更加自然逼真,是未来显示技术的一个重要发展趋势。集成成像3D显示具有提供全视差、连续视点的真三维实时立体图像等优点,已成为3D显示领域中的重要研究课题。本文围绕微透镜阵列结构优化和制备展开研究,旨在获得大面积、高性能集成成像3D显示样机。具体研究内容包括:(1)针孔/微透镜组合阵列的制备及其集成成像特性分析。为减少杂散光对集成成像3D显示系统重构图像的影响,本文提出针孔/微透镜组合阵列结构,结合喷墨打印和光刻技术成功制备出高对齐度、高均匀性且具有良好光学聚焦性能的组合微透镜阵列,同时研究喷墨打印工艺对微透镜阵列光学性能的影响,搭建集成成像3D显示样机。数据分析表明,当每个光刻凹槽打印2个墨滴时,其直径为419.3±0.49μm,高度为27.4±1.17μm,焦距均值为1.60mm,所制备微透镜阵列最适合用于集成成像3D显示;针孔阵列能有效减少杂散光对重构图像的影响,获得高清晰重构图像,但图像亮度有所下降。(2)方形微透镜阵列的制备及其集成成像特性分析。为解决组合微透镜阵列降低图像亮度问题,本文对方形微透镜阵列进行结构优化,采用丝网印刷技术成功制备出高性能方形微透镜阵列,通过优化网版参数、光刻胶回流变形时间等工艺对微透镜阵列的光学性能进行调控,搭建集成成像3D显示样机。实验结果表明,采用丝网印刷技术制备的方形微透镜阵列高度和边长均匀性分别达到5.4%和1.4%;微透镜占空比接近90%,聚焦后光斑面积为方形微透镜面积的0.27%,焦距为3.1μm,表现出良好的光学聚焦性能。采用方形微透镜阵列的3D显示样机,其亮度比采用组合微透镜阵列获得重构图像的亮度增加了 28.9%。(3)大面积微透镜阵列的制备及其集成成像特性分析。通过优化丝网印刷工艺,获得了基板亲疏水特性、网版参数和印刷工艺参数对微透镜阵列形貌和光学特性的影响规律。结果表明,微液滴外扩程度与基板接触角大小成反比,与UV树脂的静置变形时间成正比;本文最终成功制备出大面积(20英寸)微透镜阵列,获得高性能、大面积集成成像3D显示样机。综上所述,本文结合计算机仿真和喷墨打印、光刻、丝网印刷等先进微加工技术,对微透镜阵列的结构和制备工艺进行不断优化,成功制备出具有良好光学性能的微透镜阵列,获得大面积、高性能集成成像3D显示样机,有效解决了当今集成成像3D显示中,大面积微透镜阵列的制备难题。