[发明专利]一种可同时实现振幅和相位调制的液晶全息显示屏

说明书

本发明涉及一种可同时实现振幅和相位调制的液晶全息显示屏，属于电子器件领域。该显示屏包括Cell1和Cell2；Cell1包括：像素电极一、公共电极一、液晶分子一和控制电极一；Cell2包括：像素电极二、公共电极二、液晶分子二和控制电极二；Cell1和Cell2相邻；依次排列为公共电极一、像素电极一、液晶分子一、控制电极一、公共电极二、像素电极二、液晶分子二和控制电极二；液晶分子一与像素电极一平行或垂直；液晶分子一和液晶分子二相互垂直。像素电极控制液晶分子面内旋转，可调制入射光相位，控制电极控制液晶分子垂直转动，可调制入射光强度，当二者匹配时，可实现相位和强度的双重调制。

技术领域

本发明属于电子器件领域，涉及一种可同时实现振幅和相位调制的液晶全息显示屏。

背景技术

液晶作为相位型空间光调制器的电光材料具有调制电压低、效率高等优点，在全息显示中应用广泛，最常见的工作模式是Electrically Controlled Birefringence(ECB)。但是为达到2π的相位调制能力，传统结构的液晶厚度至少达到一个完整的波片。较厚的液晶层限制了调制速度的提升，还使得相位调制像素单元的尺寸无法进一步缩小，限制了显示全息图像的观察视角。同时，该种结构只能进行相位调制无法对振幅进行调制。

本发明是一种三层电极结构的双盒边缘场转换液晶全息显示，属于光学系统和器件设计领域。

全息显示采用空间光调制器(Space Light Modulator，SLM)产生显示需要的光波前，根据原理不同，现有的SLM可分为两种：一种是对光的振幅进行调制，典型的器件是数字微反射镜(DMD)，这种SLM用于全息显示会损失大量的光能量，效率不高；另外一种是对光的相位进行调制，如LCOS，利用电光效应来改变入射光的相位，这种方法能量利用率高。

传统相位调制型液晶器件，如LCOS，液晶分子通常的工作模式为：在电场的作用下，液晶取向由平行于器件表面向垂直于器件表面方向连续偏转，使得入射线偏光感受到的有效折射率逐渐降低，当液晶平行于器件表面时，其有效折射率为ne，当液晶垂直器件表面时，其感受到的折射率为no，因此，器件的相位调制范围为其中k0为入射光在真空中的波矢，d为液晶的厚度。由于全息显示通常需要达到2π的相位调制能力，因此液晶厚度需要满足：

k0·(ne-n0)·d≥2π

即液晶厚度至少达到一个完整的波片。

传统液晶相位全息需要较厚的液晶层，不仅不利于调制速度的提升，还使得相位调制像素单元的尺寸无法进一步缩小，限制了显示全息图像的观察视角。同时，该种结构只能进行相位调制无法对振幅进行调制。

Geometric Phase也叫作PB相，是光在各向异性介质中传播时，偏振态改变产生的一种相位延迟，GP的调制大小与入射光波长和介质的厚度无关，由波片的光轴决定。当一束入射光(左旋圆偏光或右旋圆偏振光，分别以|L和|R表示)入射到一面内旋转液晶取向器件(液晶厚度为d，分子指向与x轴夹角为α)，出射光将同时包含|L和|R分量。假设入射光为完全的左旋圆偏光，其出射光|L、|R的复振幅分别为β_L和β_R，即：

|E_out＝β_L|L+β_R|R (1)

利用琼斯矩阵，可以算出经过液晶后：