[发明专利]基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换显示装置

说明书

一种基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换显示装置,在背光源光出射方向设置有透射式液晶面板，透射式液晶面板光出射方向上设置有四分之一波片，四分之一波片光出射方向上设置有液晶可变波片，液晶可变波片的光出射方向上设置有介质超透镜阵列，该装置对右旋圆偏振入射光的相位无调制作用，焦距无穷大，透射式液晶面板调制光的强度，实现2D显示，对左旋圆偏振入射光的相位具有调制作用，透射式液晶面板显示单元图像阵列，实现集成成像3D显示；通过偏振态调控改变介质超透镜阵列的焦距，以实现2D/3D显示模式切换，可推广应用到图像显示技术领域。

技术领域

本发明属于图像显示装置或设备技术领域，具体涉及到一种基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换显示装置。

背景技术

目前，2D显示器的分辨率很高，已突破人眼的极限角分辨率。但2D显示器只能再现平面图像，缺乏物理深度信息。3D显示能够直接再现空中飘浮的三维画面，是下一代显示技术的必然发展趋势。集成成像3D显示技术采用透镜阵列将单元图像阵列调制成四维光场信息，具有全彩色、连续视差、不存在调焦-辐辏冲突效应等优点，可供多人同时观看。受制于显示器件的发展，现阶段集成成像3D显示的分辨率较低。现阶段的集成成像3D显示技术尚不能完全替代2D显示。

2D/3D可切换集成成像显示能够根据用户观看需求，实现2D显示模式与集成成像3D显示模式之间的切换。为实现2D/3D显示模式切换功能，需要调节透镜阵列的焦距。透镜阵列是集成成像3D显示系统的核心器件。折射型透镜阵列均依靠光程积分调控光传输方向，体积较大，无法调节焦距。液晶透镜阵列能够通过电控方式改变焦距，实现2D/3D显示模式切换功能，但液晶透镜阵列制作工艺复杂，且需要外加电压控制信号。超透镜阵列依靠纳米结构单元的相位突变效应实现对光传输的控制，具有重量轻，结构紧凑等优点。介质超透镜阵列在可见光波段具有较高透射率。但超透镜阵列的焦距与纳米结构单元的结构参数、空间排布相关。当纳米结构单元结构参数和空间排布不变时，介质超透镜阵列的焦距难以改变。因此，传统介质超透镜阵列无法用于2D/3D可切换集成成像显示。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足,提供一种结构简单、体积小、重量轻的基于介质超透镜阵列的2D/3D可切换显示装置。

解决上述技术问题采用的技术方案是：在背光源光出射方向设置有透射式液晶面板，透射式液晶面板光出射方向上设置有四分之一波片，四分之一波片光出射方向上设置有液晶可变波片，液晶可变波片的光出射方向上设置有介质超透镜阵列。

本发明的透射式液晶面板为：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。

本发明的四分之一波片快轴与透射式液晶面板的检偏器振动方向之间的夹角为45°。

本发明的介质超透镜阵列与透射式液晶面板之间的距离为0.8～1.0mm。

本发明的介质超透镜阵列为：在基底上由x轴方向上1000～2000个介质、y轴方向上1000～2000个介质阵列构成单元透镜，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，其中，M、N为5～100的正整数。

本发明的基底材料为Al₂O₃；介质材料为GaN。

本发明的介质超透镜阵列对右旋圆偏振入射光的相位无调制作用，相位调制量为

透射式液晶面板调制光的强度，实现2D显示；其中，x是介质在x轴上的位置坐标，y是介质在y轴上的位置坐标；

介质超透镜阵列对左旋圆偏振入射光的相位具有调制作用，相位调制量为