裸眼3D光场显示器

人们对显示的追求是不断提高的,从黑白显示到彩色显示,从模拟显示到数字显示,从低分辨率到高分辨率,从平面显示(2D显示)到立体显示(3D显示),显示技术呈现的效果逐渐接近于人眼最适合的观看效果。裸眼3D显示不需要佩戴任何助视设备即可获得三维效果,更符合人们的观察需求,受到业界高度关注。
目前智能移动终端的显示屏分辨率已逐步提升至2K、4K,图像显示的品质空前提高。人们不禁要问:下一代智能移动终端的显示技术是什么?答案是显然的:裸眼3D显示。国际著名大学和知名企业不断加大在解决方案、关键材料、光学部件和视觉跟踪等技术方面的研发投入,并已取得重要进步。近年来已有许多商用的裸眼3D显示设备面世,3D成像效果虽然逼真,但图像分辨率低、用户体验不佳、观察视觉疲劳没有实质性解决。因此,裸眼3D显示仍然是业界渴望解决的的重大难题。
 
纳米结构光场3D显示
 
在国家863计划重大项目的资助下,苏大维格课题组经过几年的不断努力,将全息显示与纳米制造技术结合,制作了由像素型纳米光栅组成的超颖材料用于实现光场调控,将其与液晶或其他显示屏幕结合,实现了大视场、全视差、高分辨率的动态彩色裸眼3D显示。该技术可颠覆基于柱状透镜阵列或视差屏障法的裸眼3D显示技术,解决其视疲劳问题,实现裸眼光场再现。
 
贴有基于像素型纳米光栅的导光板的5.5英寸液晶显示屏
 
动态单色3D图像显示
 
 
动态彩色3D图像显示
 
小知识背景:过去的100多年,裸眼3D显示在原理上没有取得根本性的突破,依然是视障原理和柱面透镜光栅原理,这两种裸眼3D显示最大问题是视觉疲劳,至今仍没有在工业界得到普遍应用。另一方面,1972年获得诺比尔物理奖的全息技术有与自然界相似的真实感,没有视觉疲劳,但是,如采用全息原理进行侧向导光再现3D图像,其结构尺度在百纳米水平,而且结构变化复杂。国际上,由于无合适技术手段(硬件和软件算法)在大范围上实现这样的纳米结构,至今未能在动态裸眼3D显示的研究上取得重大突破。
苏大维格课题组通过将表达光场的振幅信息与相位信息分离,达到压缩所需刷新数据量的目的。通过多年在纳米光刻工艺装备、纳米导光结构和纳米压印技术的深度研发,实现了100nm特征尺寸以上的微纳米结构高效加工技术与工艺装备(NanoCrystal200),攻克了大幅面纳米结构高精度制备的国际重大难题。为实现基于位相调制超颖薄膜的裸眼3D显示奠定了工艺基础。
LCD的技术在不断进步,目前5.5英寸的智能手机屏幕的分辨率到达2K,像素尺寸仅20微米,如用九个像素构成9视角的体像素,那么3D图像显示分辨率仍可达Retina水准。该技术不仅可用于手机、PAD等对体积要求极高的移动消费电子终端,还可应用于游戏机、展示柜等大屏幕显示器领域。业内人士认为,该技术成果的深化研究和产业链深度合作研究,有望为下一代智能移动终端的裸眼3D显示提供更可行的、革命性的技术解决方案。
 
参考文献:
1、 Efficient fabrication method of nano-grating for 3D holographic display with full parallax views, Wenqiang Wan, 21 Mar 2016, Vol. 24, No. 6, OPTICS EXPRESS
2、 Multiview holographic 3D dynamic display by combining a nano-grating patterned phase plate and LCD, Wenqiang Wan, 23 Jan 2017, Vol. 25, No. 2, OPTICS EXPRESS

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