[发明专利]基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换显示装置

权利要求书

1.一种基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换集成成像显示装置,其特征在于：在背光源(1)光出射方向设置有透射式液晶面板(2)，透射式液晶面板(2)光出射方向上设置有四分之一波片(3)，四分之一波片(3)光出射方向上设置有液晶可变波片(4)，液晶可变波片(4)的光出射方向上设置有介质超透镜阵列(5)；

所述的介质超透镜阵列(5)为：在基底(5-2)上由x轴方向上1000～2000个介质(5-1)、y轴方向上1000～2000个介质(5-1)阵列构成单元透镜，单元透镜是长度p为0.8mm的正方形结构，单元透镜的焦距f_LCP＝0.8mm；x轴方向上设置2M+1个单元透镜、y轴方向上设置2N+1个单元透镜构成介质超透镜阵列(5)，其中，M、N为5～100的正整数；

所述的介质超透镜阵列(5)对右旋圆偏振入射光的相位无调制作用，相位调制量为

透射式液晶面板(2)调制光的强度，实现2D显示；其中，x是介质(5-1)在x轴上的位置坐标，y是介质(5-1)在y轴上的位置坐标；

介质超透镜阵列(5)对左旋圆偏振入射光的相位具有调制作用，相位调制量为

透射式液晶面板(2)显示单元图像阵列，实现集成成像3D显示；其中，λ是入射光波长，f_LCP是单元透镜的焦距，p是单元透镜的长度，M是(单元透镜在x方向的个数-1)/2，N是(单元透镜在y方向的个数-1)/2，δ为冲击函数。

2.根据权利要求1所述的基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换集成成像显示装置，其特征在于所述的透射式液晶面板(2)为：光出射方向上依次设置起偏器、液晶层、检偏器，起偏器与检偏器的偏振方向互相垂直。

3.根据权利要求2所述的基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换集成成像显示装置，其特征在于：所述的四分之一波片(3)快轴与透射式液晶面板(2)的检偏器振动方向之间的夹角为45°。

4.根据权利要求1所述的基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换集成成像显示装置，其特征在于：所述的介质超透镜阵列(5)与透射式液晶面板(2)之间的距离为0.8～1.0mm。

5.根据权利要求1所述的基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换集成成像显示装置，其特征在于：所述的基底(5-2)材料为Al₂O₃；介质(5-1)材料为GaN。

6.根据权利要求1所述的基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换集成成像显示装置，其特征在于：所述的介质(5-1)为长方体结构，设定长方体介质(5-1)对应的基底(5-2)的周期为T，且满足T＜λ，高度为H、长度为L、宽度为W，L的取值范围为T/2≤L≤(T-30nm)，宽度W的取值范围为50nm≤W≤T/2，同时改变长方体结构的长度L和宽度W，通过电磁计算软件可以得到不同长方体结构对x偏振态入射光和y偏振态入射光的相位响应，长方体介质的高度H应满足

其中，为通过电磁仿真计算软件计算得出的长方体介质(5-1)对于x偏振态入射光的相位响应；为通过电磁仿真计算软件计算得出的长方体介质(5-1)对于y偏振态入射光的相位响应；

在坐标轴上(x,y)位置处长方体介质(5-1)的长度L和宽度W由下式确定

其中，i为虚数单位，T_xp(L,W)为通过电磁仿真计算软件计算得出的长方体介质(5-1)对于x偏振态入射光的透过率响应；T_yp(L,W)过电磁仿真计算软件计算得出的长方体介质(5-1)对于y偏振态入射光的透过率响应；为针对入射光波长λ确定的传输相位调制量。

7.根据权利要求1所述的基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换集成成像显示装置，其特征在于：所述的介质(5-1)在(x，y)位置处绕自身中心逆时针旋转角度θ

其中，为针对入射光波长λ确定的几何相位调制量。

8.根据权利要求6所述的基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换集成成像显示装置，其特征在于：所述的传输相位调制量几何相位调制量