[發明專利]一種可用于立體顯示器像元的光發射角度調制裝置

有效

• 申請號: 201410022592.7
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103926699A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 徐蔚青;李海波;徐抒平;王海;谷玥嬌;陳剛;趙冰;周向華
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠

技術領域

本發明屬于裸眼三維立體顯示技術領域，特別涉及一種可作為三維立體顯示器像元的利用表面等離激元調制的光發射角度調制裝置。

背景技術

三維立體顯示的原理是利用人的左眼和右眼觀察到的圖像的差異，即雙眼視差，來形成立體感。裸眼三維顯示技術指不用佩戴特殊眼鏡就可以觀察到三維圖像的技術。現有的裸眼三維顯示技術一般通過在顯示面板前方加裝一些光學裝置，如視差柵欄，透鏡陣列等，使圖像在發射方向上左右分開，從而使人的左右眼觀察到不同的圖像，形成立體感。這種僅由兩種圖像形成的立體顯示技術只能提高立體視差，不能提供運動視差，即頭部運動時不能提供視景變化，與真實的物體形成的立體感有顯著差異。此外，長時間觀看這類常規立體顯示的圖像容易產生視覺疲勞，這是由于觀看這類立體顯示圖像與觀察真實的立體物體時人的用眼習慣不同，因為觀察常規立體顯示圖像時，人眼需要聚焦到屏幕上而不是現實觀察時聚焦到物體上。要形成自然逼真的立體顯示效果，需要將多幅圖像以不同角度投射出來，如YASUHIRO?TAKAKI（PROCEEDINGS?OF?THE?IEEE,VOL.94,NO.3,2006）報道的采用多條定向發射的光束以不同角度下發射。然而這種顯示技術也存在很大缺陷，如會顯著降低屏幕的分辨率，技術很復雜等。全息顯示技術也是一種自然逼真的三維顯示技術，其顯示過程的原理是利用衍射原理將記錄在底片上的物體散射光場還原，即將物體的空間發射的光場再現，形成一個三維立體的虛像。

光發射方向的調制是實現三維顯示技術的關鍵和難點所在。傳統的平面顯示器只能顯示圖像的位置和亮度，而要形成3D顯示效果必須對光的發射方向進行調制。通常光發射方向是借助反射鏡的轉動等實現，然而在微觀領域，如微納米尺度的像元上，只能借助光的干涉或者衍射實現光發射方向的調控。

表面等離激元（surface?plasmons，也稱作表面等離子體）是一種金屬表面電子的自由震蕩形成的電子疏密波，可以通過光在特定耦合條件下（如在周期結構或者棱鏡作用下）在金屬表面激發出來。由于其可以在亞波長尺度下有效調控光，近年來受到廣泛的研究。表面等離激元作為一種可以在微納領域下有效調控光的一種載體，利用其對周圍折射率敏感的特性，借助電光調制材料，如液晶，可以實現電信號對光的調控。

本發明根據表面等離激元誘導的異常光透過（Nature1998,391,667-669）及液晶調控表面等離激元進而調控光波的（J.Phys.Chem.C2013,117,19154-19159，Applied?Physics?Letters2013,102,051107）原理，設計了一種可以用電信號自由調控光發射方向的裝置，可以作為三維立體顯示器的像元。所謂的表面等離激元誘導的異常光透過是指對于不透明的金屬膜（厚度大于100nm）光的透過率很低，而在金屬膜上修飾有周期結構的納米條帶或者孔，其透過率會大大增強，其原因是由于周期結構使光能通過衍射激發在金屬表面產生表面等離激元，通過表面等離激元的作用可以增加光的透過率，由于表面等離激元具有角度依賴性，因此只有特定角度的光可以透過。所謂的液晶調控表面等離激元進而調控光波的原理是根據表面等離激元對環境折射率的敏感，而液晶的折射率可以通過電信號調節，因此利用表面等離激元與液晶為媒介可以通過電信號來調節光信號。

本專利與以往的三維立體顯示的專利有很大不同，如專利CN200610107609.4，及CN200610103070.5等，都是基于傳統的視差柵欄，透鏡陣列等方式形成兩幅不同畫面，然后將這兩幅畫面發射方向分開并分別入射到人的左右兩眼，其像元并不能自由的控制光發射方向。

本專利與文章中報道的全息成像，如SPIE-OSA-IEEE，2009，763576350M等報道通過空間相位調制器調控光束等原理與結構也不同。本專利是結合了表面等離激元引起的異常光透過與液晶調控表面等離激元的原理，是基于電信號調制表面等離激元這一新科學發現而設計提出的一種新型電信號自由調控光發射方向的裝置，具有構造簡單，與現有液晶顯示器生產工藝匹配性好等優點，易于實現產業化。

發明內容

本發明提供了一種基于液晶和表面等離激元調制的光發射角度調制裝置，可以實現用電信號對光發射角度的調控。本發明裝置可以用于三維顯示器的像元，以達到自然逼真立體顯示效果。