CN106292239B - 一种复振幅调制液晶显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复振幅调制液晶显示器件，包括液晶显示屏、第一功能薄膜、第二功能薄膜、相干光场，所述液晶显示屏的每个像素单元与其相邻的像素单元的出射光偏振方向垂直。通过将复振幅分解成两个振幅分量，即实部和虚部，并在同一个液晶显示屏上进行同步调制，从而实现单个振幅型液晶显示屏调制复振幅全息光场。该技术结构简单，与现有液晶显示器兼容性好，易于实现彩色动态全息显示。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器件，尤其是涉及一种可调制复振幅的液晶显示器件。
背景技术
全息显示通过重建物光波的波前信息来实现三维场景的真实重现。物光波的波前传播到全息成像平面时包含了振幅和相位的复振幅信息，传统全息胶片利用参考光将复振幅变成了振幅或相位的单一信息进行记录，然而，这种参考光记录方式也带来了直流分量和共轭像问题。对于动态全息显示而言，直接对复振幅进行调制有助于抑制直流分量和共轭像，获得高衍射效率的三维显示。
目前全息动态显示普遍采用液晶显示屏，液晶显示屏可以分别对振幅或是相位进行调制，但是无法同时实现振幅和相位的复振幅调制。因此将复振幅调制分解成振幅或是相位信息再进行调制是当前解决的办法。例如double phase的方法将复振幅分解成两个纯相位函数的相加，从而利用相位调制器件实现全息显示。三星和SeeReal公司就是采用的这种方法。Double phase方法通常需要多个透镜组成的光学调制器件，系统结构复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种复振幅调制液晶显示器件，以解决目前的液晶显示器件只能单独对振幅或是相位进行调制，无法同时调制振幅和相位，不能满足全息显示对三维复振幅光场调制的需求的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种复振幅调制液晶显示器件，包括液晶显示屏、第一功能薄膜、第二功能薄膜、相干光场，所述液晶显示屏的每个像素单元与其相邻的像素单元的出射光偏振方向垂直。
所述像素单元是单个像素，或者是由多个像素组成的正方形的单元。
本发明提供了以下两种优选技术方案：
在第一个优选技术方案中，所述液晶显示屏位于第一功能薄膜和第二功能薄膜之间，相干光场依次经过第一功能薄膜、液晶显示屏和第二功能薄膜。
其中，所述相干光场是平面波，或是球面波，相干光场是线偏振光。
所述第一功能薄膜是四分之一波片。
所述第二功能薄膜是偏振片，或是四分之一波片。
在第二个优选技术方案中，所述第二功能薄膜位于液晶显示屏和第一功能薄膜之间，所述相干光场依次经过液晶显示屏、第二功能薄膜、第一功能薄膜。
其中，所述相干光场是线偏振光。
所述第二功能薄膜是四分之一波片。
所述第一功能薄膜是偏振片，或是四分之一波片。
有益效果：本发明提出一种复振幅调制液晶显示器件，通过将复振幅分解成两个振幅分量，即实部和虚部，并在同一个液晶显示屏上进行同步调制，从而实现单个振幅型液晶显示屏调制复振幅全息光场。该技术结构简单，与现有液晶显示器兼容性好，易于实现彩色动态全息显示。
附图说明
图1为本发明的第一个实施例的结构示意图；
图2为本发明的液晶显示屏的结构示意图；
图3为本发明的第二个实施例的结构示意图；
图中，1-相干光场，2-第一功能薄膜，3-液晶显示屏，4-第二功能薄膜。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
图1所示是本发明优选的复振幅调制液晶显示屏第一个实施例结构示意图。一种复振幅调制液晶显示器件，包括液晶显示屏3、第一功能薄膜2、第二功能薄膜4、相干光场1，液晶显示屏3的每个像素单元与其相邻的像素单元的出射光偏振方向垂直。液晶显示屏3位于第一功能薄膜2和第二功能薄膜4之间，相干光场1依次经过第一功能薄膜2、液晶显示屏3和第二功能薄膜4。相干光场1是由激光或LED等相干光源发出的相干光，相干光场1可以是经过准直后的平面波，也可以是非准直的球面波，或是本领域设计人员设计出的规则光波；相干光场1是偏振光，例如可以是准直后的激光光源通过线偏振片后获得；第一功能薄膜2是四分之一波片，即将线偏振的相干光场1转换成圆偏振光；液晶显示屏3是振幅型液晶显示屏，其出射光的偏振态与传统的液晶显示屏不同，图2所示是液晶显示屏3的部分像素出射光的偏振态示意图，图2中每个小正方形代表一个像素单元，正方形内部的箭头方向表示了出射光的偏振方向，即每个像素与其相邻的像素偏振方向垂直，本领域的设计人员还可以进一步设计出类似的规则结构，例如将显示屏分成相邻四个像素组成的正方形的小单元，每个单元具有相同的偏振方向，与其相邻的单元具有垂直的偏振方向，图2中的小正方形像素单元内还可以包含3个红、绿、蓝子像素；第二功能薄膜4是偏振片，其偏振方向与水平方向成45度或135度夹角，即与图2中的水平方向和垂直方向偏振的出射光同时成45度夹角。
实施例1的复振幅调制液晶显示屏的工作原理是：线偏振的相干光场1经过第一功能薄膜2后成为圆偏振光，圆偏振光可以分解成水平和垂直方向的线偏振光，其相位差为π/2。对于一个复振幅信息而言，复振幅可以表示成实部和虚部和，如下式所示：
comp＝real+i·img (1)
其中，comp表示一个复数，real和img分别表示该复数的实部和虚部，虚部所乘的i表示虚部和实部之间有π/2的相位差，此处实部和虚部之间的相位差正好与圆偏振光的垂直和水平方向的线偏振分解相一致，因此对于一个复振幅的全息图像而言只需要将每个像素分解成实部和虚部，并将实部和虚部信息加载到液晶显示屏3，则满足了复振幅调制所需的π/2相位差，本领域的研究人员可以对第一功能薄膜2和液晶显示屏3进行多种组合，即第一功能薄膜2可以是左旋或右旋的圆偏振光，液晶显示屏3的实部可以加载在水平偏振方向的像素上，或是垂直方向的像素上，虚部则加载在偏振方向与其垂直的另外像素上。经过液晶显示屏3调制的复振幅实部和虚部满足了π/2相位差，但是此时实部和虚部具有垂直的偏振方向，因此第二功能薄膜4通过将偏振方向与实部和虚部的夹角保持45度，从而将实部和虚部的偏振方向调整到一致，最终实现复振幅调制。
图1中所示的第二功能薄膜4还可以是四分之一波片，此时波片的快轴与液晶显示屏3的实部和虚部像素单元的夹角保持45度，即实部和虚部分别转换成了左旋和右旋的圆偏振光，左旋和右旋圆偏振光相位差π/2，从而实现复振幅调制；还可以看成是实部和虚部分别在快轴和慢轴上分解成两个变量，在快轴和慢轴上都满足复振幅调制。
实施例2
图3所示是本发明优选的第二个实施例。一种复振幅调制液晶显示器件，包括液晶显示屏3、第一功能薄膜2、第二功能薄膜4、相干光场1，液晶显示屏3的每个像素单元与其相邻的像素单元的出射光偏振方向垂直。第二功能薄膜4位于液晶显示屏3和第一功能薄膜2之间，相干光场1依次经过液晶显示屏3、第二功能薄膜4、第一功能薄膜2。其中相干光场1是线偏振光，其偏振方向与水平方向成45度或135度夹角，即相干光场1的偏振方向与液晶显示屏3像素单元的偏振方向成45度，从而是光场能量均匀的分解到垂直方向和水平方向偏振的像素单元。液晶显示屏3具有图2所示的棋盘格形状的偏振方向分布，复振幅的实部和虚部分别加载在两个偏振相垂直的像素单元上。第二功能薄膜4是四分之一波片，其快轴方向与水平方向平行，或是与垂直方向平行，从而使液晶显示屏3的实部和虚部像素单元的相位差调整为π/2。第一功能薄膜2是偏振片或是四分之一波片，当为偏振片时，偏振片的方向与水平方向成45度或135度夹角，从而使实部和虚部调制为偏振方向一致；当为四分之一波片时，快轴方向与实部和虚部像素单元的夹角保持45度，即实部和虚部分别转换成了左旋和右旋的圆偏振光，左旋和右旋圆偏振光相位差π/2，从而实现复振幅调制。
本发明提出的实施例1和2中，实部和虚部分别对应图2中的不同像素单元，因此在实现公式1时，仍然存在差异，一种改进的方法是在显示屏的后面增加透镜和空间滤波器。
本发明提出的复振幅调制器件，结构简单，可以用于全息显示，或是其他需要对光场进行复振幅调控的应用领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种复振幅调制液晶显示器件，其特征在于：包括液晶显示屏（3）、第一功能薄膜（2）、第二功能薄膜（4）、相干光场（1），所述液晶显示屏（3）的每个像素单元与其相邻的像素单元的出射光偏振方向垂直；
所述液晶显示屏（3）位于第一功能薄膜（2）和第二功能薄膜（4）之间，相干光场（1）依次经过第一功能薄膜（2）、液晶显示屏（3）和第二功能薄膜（4）；
所述第一功能薄膜（2）是四分之一波片，第二功能薄膜（4）是偏振方向与水平方向成45度或135度夹角的偏振片。
2.根据权利要求1所述的复振幅调制液晶显示器件，其特征在于：所述像素单元是单个像素，或者是由多个像素组成的正方形的单元。
3.根据权利要求1所述的复振幅调制液晶显示器件，其特征在于：所述相干光场（1）是平面波，或是球面波，相干光场（1）是线偏振光。
4.一种复振幅调制液晶显示器件，其特征在于：包括液晶显示屏（3）、第一功能薄膜（2）、第二功能薄膜（4）、相干光场（1），所述液晶显示屏（3）的每个像素单元与其相邻的像素单元的出射光偏振方向垂直；
所述第二功能薄膜（4）位于液晶显示屏（3）和第一功能薄膜（2）之间，所述相干光场（1）依次经过液晶显示屏（3）、第二功能薄膜（4）、第一功能薄膜（2）；
所述第一功能薄膜（2）是偏振方向与水平方向成45度或135度夹角的偏振片或快轴方向与实部和虚部像素单元的夹角保持45度的四分之一波片，第二功能薄膜（4）是快轴方向与水平或垂直方向平行的四分之一波片。
5.根据权利要求4所述的复振幅调制液晶显示器件，其特征在于：所述像素单元是单个像素，或者是由多个像素组成的正方形的单元。
6.根据权利要求4所述的复振幅调制液晶显示器件，其特征在于：所述相干光场（1）是线偏振光。
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