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裸眼3D光場顯示器

人們對顯示的追求是不斷提高的,從黑白顯示到彩色顯示,從模擬顯示到數字顯示,從低分辨率到高分辨率,從平面顯示(2D顯示)到立體顯示(3D顯示),顯示技術呈現的效果逐漸接近于人眼最適合的觀看效果。裸眼3D顯示不需要佩戴任何助視設備即可獲得三維效果,更符合人們的觀察需求,受到業界高度關注。
目前智能移動終端的顯示屏分辨率已逐步提升至2K、4K,圖像顯示的品質空前提高。人們不禁要問:下一代智能移動終端的顯示技術是什么?答案是顯然的:裸眼3D顯示。國際著名大學和知名企業不斷加大在解決方案、關鍵材料、光學部件和視覺跟蹤等技術方面的研發投入,并已取得重要進步。近年來已有許多商用的裸眼3D顯示設備面世,3D成像效果雖然逼真,但圖像分辨率低、用戶體驗不佳、觀察視覺疲勞沒有實質性解決。因此,裸眼3D顯示仍然是業界渴望解決的的重大難題。
 
納米結構光場3D顯示
 
在國家863計劃重大項目的資助下,蘇大維格課題組經過幾年的不斷努力,將全息顯示與納米制造技術結合,制作了由像素型納米光柵組成的超穎材料用于實現光場調控,將其與液晶或其他顯示屏幕結合,實現了大視場、全視差、高分辨率的動態彩色裸眼3D顯示。該技術可顛覆基于柱狀透鏡陣列或視差屏障法的裸眼3D顯示技術,解決其視疲勞問題,實現裸眼光場再現。
 
貼有基于像素型納米光柵的導光板的5.5英寸液晶顯示屏
 
動態單色3D圖像顯示
 
 
動態彩色3D圖像顯示
 
小知識背景:過去的100多年,裸眼3D顯示在原理上沒有取得根本性的突破,依然是視障原理和柱面透鏡光柵原理,這兩種裸眼3D顯示最大問題是視覺疲勞,至今仍沒有在工業界得到普遍應用。另一方面,1972年獲得諾比爾物理獎的全息技術有與自然界相似的真實感,沒有視覺疲勞,但是,如采用全息原理進行側向導光再現3D圖像,其結構尺度在百納米水平,而且結構變化復雜。國際上,由于無合適技術手段(硬件和軟件算法)在大范圍上實現這樣的納米結構,至今未能在動態裸眼3D顯示的研究上取得重大突破。
蘇大維格課題組通過將表達光場的振幅信息與相位信息分離,達到壓縮所需刷新數據量的目的。通過多年在納米光刻工藝裝備、納米導光結構和納米壓印技術的深度研發,實現了100nm特征尺寸以上的微納米結構高效加工技術與工藝裝備(NanoCrystal200),攻克了大幅面納米結構高精度制備的國際重大難題。為實現基于位相調制超穎薄膜的裸眼3D顯示奠定了工藝基礎。
LCD的技術在不斷進步,目前5.5英寸的智能手機屏幕的分辨率到達2K,像素尺寸僅20微米,如用九個像素構成9視角的體像素,那么3D圖像顯示分辨率仍可達Retina水準。該技術不僅可用于手機、PAD等對體積要求極高的移動消費電子終端,還可應用于游戲機、展示柜等大屏幕顯示器領域。業內人士認為,該技術成果的深化研究和產業鏈深度合作研究,有望為下一代智能移動終端的裸眼3D顯示提供更可行的、革命性的技術解決方案。
 
參考文獻:
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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