CN106940486A - 一种显示装置及其显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种显示装置及其显示方法，属于显示技术领域。其中，显示装置包括：光学器件，所述光学器件包括多个相互独立的光学单元，所述光学单元能够对入射的相干长度较大的线偏振光进行调制(如激光)，所述光学单元的透光率和/或折射率可调；位于所述光学器件的入光侧的激光光源，用于发出与待显示的全息图像对应的激光光束；与所述光学器件连接的驱动电路；与所述驱动电路连接的全息图像数据存储单元；所述驱动电路用于从所述全息图像数据存储单元获取待显示的全息图像的图像数据，根据所述图像数据调整每一光学单元的透光率和/或折射率。本发明的技术方案能够实现全息图像的动态显示。

Description

一种显示装置及其显示方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是指一种显示装置及其显示方法。
背景技术
传统的全息干板是将物光束中的振幅和位相信息以干涉条纹的反差和明暗变化的形式记录下来，形成不规则的干涉条纹。感光后的全息干板，经显影、定影等处理得到的全息照片，相当于一个振幅型衍射光栅。在利用参考光束照射全息干板时，人眼在投射光中观看全息干板，便可观看到与原物形状相同的再现图像。
现有技术的不足之处在于全息干板记录的是静态的图像，无法通过全息干板观看到动态的全息图像。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种显示装置及其显示方法，能够实现全息图像的动态显示。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种显示装置，包括：
光学器件，所述光学器件包括多个相互独立的光学单元，所述光学单元能够对入射的线偏振光进行调制，所述光学单元的透光率和/或折射率可调；
位于所述光学器件的入光侧的激光光源，用于发出与待显示的全息图像对应的激光光束；
与所述光学器件连接的驱动电路；
与所述驱动电路连接的全息图像数据存储单元；
所述驱动电路用于从所述全息图像数据存储单元获取待显示的全息图像的图像数据，根据所述图像数据调整每一光学单元的透光率和/或折射率。
进一步地，所述光学器件具体包括：
相对设置的第一透明基板和第二透明基板；
位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间的液晶盒；
所述液晶盒包括多个相互独立的液晶单元；
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别位于不同透明基板上或位于同一透明基板上，所述第一电极和第二电极之间能够产生驱动所述液晶单元中的液晶分子偏转的电场；
每一液晶单元及其对应的第一电极和第二电极组成所述光学单元。
进一步地，所述待显示的全息图像包括多个亮度不同的条纹；
所述光学器件包括与每一条纹对应的光学单元；
所述驱动电路具体用于根据条纹的亮度调整对应光学单元的透光率。
进一步地，还包括：
贴附在所述光学器件的入光侧的第一偏光片，所述液晶单元中液晶分子的初始配向方向与所述第一偏光片的透光轴平行；
贴附在所述光学器件的出光侧的第二偏光片，所述第二偏光片的透光轴方向与所述第一偏光片的透光轴方向垂直。
进一步地，所述待显示的全息图像包括多个亮度不同的条纹；
所述光学器件包括与每一条纹对应的光学单元；
所述驱动电路具体用于根据条纹的亮度调整对应光学单元的折射率。
进一步地，还包括：
贴附在所述光学器件的入光侧的第三偏光片，所述液晶单元中液晶分子的初始配向方向与所述第三偏光片的透光轴平行。
进一步地，所述驱动电路包括：
计算单元，用于根据所述图像数据确定待显示的全息图像对应的全息干板，并调整第四光学单元的折射率使入射的线偏振光在液晶盒中产生的光程差与入射的线偏振光在所述全息干板中的光程差等效；
其中，待显示的全息图像对应的全息干板在宽度方向上从中心到两侧边缘分别包括有1,2，…，M个区域，其中，第2k个区域为与第四光学单元对应的光栅槽，光栅槽的深度为h，nh-h＝ned-nod，每一光栅槽内包括有N个台阶，N＝2^m，相邻台阶的相位差为2π/N，每一台阶高度为λ/N*(n-1)，λ为可见光波长，n为全息干板的折射率，d为液晶盒的厚度，M为大于1的整数，m为大于等于0的整数，k为大于0不大于M的整数。
进一步地，所述显示装置还包括：
位于所述激光光源和所述光学器件之间的激光准直扩束结构，能够将所述激光光源发出的准直光束的直径扩大。
进一步地，所述激光光源具体用于发出与待显示的全息图像对应的参考光束；或发出与待显示的全息图像对应的参考光束的共轭光束。
进一步地，在所述光学器件的入光侧未贴附偏光片时，所述激光光源具体用于发出线偏振光，且激光的光束的振动方向与所述光学单元中液晶分子的初始配向方向平行。
本发明实施例还提供了一种显示方法，应用于如上所述的显示装置，所述显示方法包括：
获取待显示的全息图像的图像数据；
控制所述激光光源发出与待显示的全息图像对应的激光光束，并根据所述图像数据调整每一光学单元的透光率和/或折射率。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，在进行全息图像显示时，激光光源发出与待显示的全息图像对应的激光光束，光学单元能够对入射的线偏振光进行调制，光学单元的透光率和/或折射率可调，这样通过控制光学单元的透光率和/或折射率，能够使激光光束在光学器件中产生的光程差与激光光束在普通全息干板中的光程差等效，从而能够实现全息图像的显示，同时由于光学单元的折射率可进行动态调节，这样利用参考光束照射光学器件时，即可呈现动态的全息图像。
附图说明
图1为形成传统全息干板的示意图；
图2为传统全息干板进行成像的示意图；
图3为本发明一具体实施例显示装置的结构示意图；
图4为物体上一点对应的菲涅耳波带示意图；
图5为菲涅耳波带的具体形式示意图；
图6为人眼到像面的观看距离示意图；
图7为本发明另一具体实施例显示装置的结构示意图；
图8为相位型全息干板的计算物理模型示意图；
图9为液晶的偏转状态示意图；
图10为相位型全息干板的另一计算物理模型示意图。
附图标记
1第一偏光片 2第一透明基板 3液晶盒
4第二透明基板 5第一电极 6第二电极
7第二偏光片 8第三偏光片
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，传统的全息干板将物光中的振幅和位相信息以干涉条纹的反差和明暗变化的形式记录下来，经显影、定影等处理形成不规则的干涉条纹，即全息照片，它相当于一个振幅型衍射光栅，其成像方式如图2所示，利用参考光或与参考光相同的光束照射全息干板，人眼在投射光中观看全息干板，便可在全息干板后原物处观看到与原物形状相同的再现图像。
现有技术的不足之处在于全息干板记录的是静态的图像，无法通过全息干板观看到动态的全息图像。
为了解决上述问题，本发明的实施例提供一种显示装置及其显示方法，能够实现全息图像的动态显示。
本发明实施例提供了一种显示装置，包括：
光学器件，所述光学器件包括多个相互独立的光学单元，所述光学单元能够对入射的线偏振光进行调制，所述光学单元的透光率和/或折射率可调；
位于所述光学器件的入光侧的激光光源，用于发出与待显示的全息图像对应的激光光束；
与所述光学器件连接的驱动电路；
与所述驱动电路连接的全息图像数据存储单元；
所述驱动电路用于从所述全息图像数据存储单元获取待显示的全息图像的图像数据，根据所述图像数据调整每一光学单元的透光率和/或折射率。
本实施例中，在进行全息图像显示时，激光光源发出与待显示的全息图像对应的激光光束，光学单元能够对入射的线偏振光进行调制，光学单元的透光率和/或折射率可调，这样通过控制光学单元的透光率和/或折射率，能够使激光光束在光学器件中产生的光程差与激光光束在普通全息干板中的光程差等效，从而能够实现全息图像的显示，同时由于光学单元的折射率和/或折射率可进行动态调节，这样利用参考光束照射光学器件时，即可呈现动态的全息图像。
具体地，上述光学器件可以通过液晶面板来实现，所述光学器件具体包括：
相对设置的第一透明基板和第二透明基板；
位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间的液晶盒，所述液晶盒包括多个相互独立的液晶单元；
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别位于不同透明基板上或位于同一透明基板上，所述第一电极和第二电极之间能够产生驱动所述液晶单元中的液晶分子偏转的电场；
每一液晶单元及其对应的第一电极和第二电极组成所述光学单元。
一具体实施例中，可以通过调整光学单元的透光率使得光学器件等效全息干板，如图3所示，显示装置包括激光光源21、激光准直扩束结构22和光学器件，激光准直扩束结构22位于激光光源21和光学器件之间，能够将激光光源21发出的准直光束的直径扩大，激光光源21具体用于发出与待显示的全息图像对应的参考光束；或发出与待显示的全息图像对应的参考光束的共轭光束，在激光光源发出与待显示的全息图像对应的参考光束时，人眼能够看到位于光学器件的入光侧的全息图像的再现虚像；在激光光源发出与待显示的全息图像对应的参考光束的共轭光束时，能够在位于光学器件的出光侧的观察屏上看到全息图像的再现实像。
如图3所示，光学器件具体包括：
相对设置的第一透明基板2和第二透明基板4；
位于所述第一透明基板2和所述第二透明基板4之间的液晶盒3，所述液晶盒3包括多个相互独立的液晶单元；
第一电极5和第二电极6，所述第一电极5和所述第二电极6分别位于不同透明基板上或位于同一透明基板上，所述第一电极5和第二电极6之间能够产生驱动所述液晶单元中的液晶分子偏转的电场，具体地，本实施例中，如图3所示，第一电极5可以位于第一透明基板2上，第二电极6可以位于第二透明基板4上；
每一液晶单元及其对应的第一电极和第二电极组成所述光学单元。
进一步地，所述待显示的全息图像包括多个亮度不同的条纹；
所述光学器件包括与每一条纹对应的光学单元；
所述驱动电路具体用于根据条纹的亮度调整对应光学单元的透光率。此时的光学器件即相当于振幅型衍射光栅，包括有多个不同透光率的光学单元。
具体地，对于每一物点来说，其全息图像包括多个交替排布的第一条纹和第二条纹，所述第一条纹和第二条纹的亮度不同，第一条纹的亮度大于第二条纹的亮度，在多个物点的全息图像叠加后，得到多个不同亮度的条纹，其中，第一条纹叠加处的透光率最大，可以设为1；第二条纹叠加处的透光率最小，可以设为0；第一条纹和第二条纹叠加处的透光率处于0～1的中间值，需要针对条纹叠加的数量进行归一化计算来得到第一条纹和第二条纹叠加处的透光率。
在通过调整光学单元的透光率使得光学器件等效全息干板时，还需要在光学器件的入光侧和出光侧都贴附偏光片，如图3所示，显示装置还包括：
贴附在所述光学器件的入光侧的第一偏光片1，所述液晶单元中液晶分子的初始配向方向与所述第一偏光片的透光轴平行；
贴附在所述光学器件的出光侧的第二偏光片7，所述第二偏光片的透光轴方向与所述第一偏光片的透光轴方向垂直。
如图3所示的显示装置中，液晶盒用来实现透光率分布，该透光率分布与待显示的全息图像的干涉条纹明暗分布相同，明纹处透光率最大，暗纹处透光率为0。并且该液晶盒实现透光率控制的方式可以是TN(扭曲向列型)模式、IPS(平面转换)模式或FFS(边缘场开关技术)模式等。
待显示的全息图像的干涉条纹明暗分布的计算方式如下：
如图4所示，物体上一个点的全息图像对应的就是一幅菲涅耳波带。对于给定的衍射距离上的同一平面的所有物点，若采用平面波照明,它们的菲涅耳波带是相同的,因此只要将一个点的菲涅耳波带在全息图像上经过一定平移、迭加就可形成一幅全息图像，图4中只示意了一个点对应的菲涅耳波带。
当然不同衍射距离上的物点的菲涅耳波带是不同的，其菲涅耳波带的具体形式如图5所示，菲涅耳各波带的半径为：
其中j为菲涅耳波带数，D为衍射距离，λ为参考光的波长。
各个菲涅耳波带宽度为：
dj＝rj-rj-1 (2)
由上式可知，菲涅耳波带的分布形式与衍射距离D密切相关，表1给出了不同距离下的部分菲涅耳波带宽度，其中λ取0.55μm，表中数据单位：μm。
表1
d1(μm) d2(μm) d3(μm) d4(μm)
D＝10mm 74.16 30.72 23.57 19.87
D＝100mm 234.52 97.14 74.54 62.84
D＝200mm 331.66 137.38 105.41 88.87
D＝300mm 406.20 168.25 129.11 108.84
由表中数据可知，菲涅耳波带分布形式是，里疏外密，其空间频率里低外高。设ξ为菲涅耳波带的空间频率，则：
其中，Λ为菲涅耳波带空间周期，即相邻两个亮条纹之间的距离。
根据奈奎斯特采样定理，当ξmax≤ξLCD/2时，液晶盒才能对应完整的全息条纹信息的透光率分布。其中，Δx为液晶盒亚像素的宽度，根据这一定理再结合(3)式可得
Λmin≥2Δx，Λmin＝dj+dj-1 (4)
由式(4)可知，在物距D一定的前提下，全息条纹的数量或菲涅耳波带的数量限制可由此求出。
例：设Δx＝50μm，当D＝300mm时，菲涅耳各波带宽度如表2所示，单位：μm。
表2
由表中数据再结合式(4)可知，当液晶盒亚像素的宽度为50μm时，物距为300mm的成像点所对应的菲涅耳波带数量为17个，且各个波带的宽度如表2所示。
上述波带中，奇数波带对应亮条纹，偶数波带对应暗条纹，当用与参考光相同的光束照射等效全息干板的液晶盒时，可实现全息图像显示，由于可以对液晶盒不同光学单元的透光率进行动态调节，从而实现动态全息显示。
上述计算中，只针对一个成像物点进行分析，但本领域技术人员应当得知，一幅成像画面是由多个物点组合而成，对于其它成像物点所对应的全息图像分析过程是相同的，只要将所有物点的菲涅耳波带在全息图像上迭加就可形成一幅全息图像。另外，为了使显示一幅图像相对于人眼观看具有连续性，所采样的成像物点间隔需要小于人眼的极限分辨率，这样的再现像面上，观看者用眼睛观看时会感觉这些物点是连续的而非离散的。
下面举例来说明相邻物点的取样规则，如图6所示，设人眼到像面的观看距离为L，人眼的极限分辨角α一般取1′～2′，在全息再现条件下可以取2′。设人眼的极限分辨率ε：
ε＝α*L (5)
取L＝600mm，则ε＝348μm，即当再现像面上两个像点间距小于348μm时,观看者会感觉这两个点是连续的而非离散的。因此对目标物计算全息图像时，在600mm的成像距离上可以采样原物点的间距为0.3mm。
另一具体实施例中，可以通过调整光学单元的折射率使得光学器件等效全息干板。如图7所示，显示装置包括激光光源21、激光准直扩束结构22和光学器件，激光准直扩束结构22位于激光光源21和光学器件之间，能够将激光光源21发出的准直光束的直径扩大，激光光源21具体用于发出与待显示的全息图像对应的参考光束；或发出与待显示的全息图像对应的参考光束的共轭光束，在激光光源发出与待显示的全息图像对应的参考光束时，人眼能够看到位于光学器件的入光侧的全息图像的再现虚像；在激光光源发出与待显示的全息图像对应的参考光束的共轭光束时，能够在位于光学器件的出光侧的观察屏上看到全息图像的再现实像。
如图7所示，光学器件具体包括：
相对设置的第一透明基板2和第二透明基板4；
位于所述第一透明基板2和所述第二透明基板4之间的液晶盒3，所述液晶盒3包括多个相互独立的液晶单元；
第一电极5和第二电极6，所述第一电极5和所述第二电极6分别位于不同透明基板上或位于同一透明基板上，所述第一电极5和第二电极6之间能够产生驱动所述液晶单元中的液晶分子偏转的电场，具体地，本实施例中，如图3所示，第一电极5可以位于第一透明基板2上，第二电极6可以位于第二透明基板4上；
每一液晶单元及其对应的第一电极和第二电极组成所述光学单元。
进一步地，所述待显示的全息图像包括多个亮度不同的条纹；
所述光学器件包括与每一条纹对应的光学单元；
所述驱动电路具体用于根据条纹的亮度调整对应光学单元的折射率。此时的光学器件即相当于相位型衍射光栅，包括有多个不同折射率的光学单元。
具体地，对于每一物点来说，其全息图像包括多个交替排布的第一条纹和第二条纹，所述第一条纹和第二条纹的亮度不同，第一条纹的亮度大于第二条纹的亮度，在多个物点的全息图像叠加后，得到多个不同亮度的条纹，其中，第一条纹叠加处的透光率最大，可以设为1；第二条纹叠加处的透光率最小，可以设为0；第一条纹和第二条纹叠加处的透光率处于0～1的中间值，需要针对条纹叠加的数量进行归一化计算来得到第一条纹和第二条纹叠加处的透光率。
在通过调整光学单元的折射率使得光学器件等效全息干板时，还需要在光学器件的入光侧贴附偏光片，如图7所示，显示装置还包括：
贴附在所述光学器件的入光侧的第三偏光片8，所述液晶单元中液晶分子的初始配向方向与所述第三偏光片的透光轴平行，可以看出，本实施例省去了光学器件出光侧的偏光片。
通过调整光学单元的折射率使得光学器件等效全息干板是利用液晶的双折射性质，一束线偏振光经过液晶盒时，其不同的液晶偏转状态对应光束不同的折射率，若液晶长轴方向与光束振动方向平行，此时光束在液晶盒内的折射率为ne；若液晶长轴方向与光束振动方向垂直，此时光束在液晶盒内的折射率为no，其中ne＞no。利用这一特性，可使光束在液晶盒中传播时，其相位分布与计算所得到的相位型衍射光栅相位分布等效，从而使液晶盒对光束的调制等效于一个相位型全息干板对光束的调制，利用这一性质，可使得该液晶盒在性质上等效于全息干板。
其中，相位型衍射光栅的相位分布的计算方式如下：
如图8所示，其原理只需将图5中的振幅型衍射光栅的暗纹处的不透光部分让其透光，并且相位型全息干板的计算物理模型变为图8所示的台阶结构。其中，相邻台阶的相位差：π；台阶高度：(λ为波长，n为干板的折射率)。
通过控制施加在第一电极5和第二电极6上的电压对液晶盒中的液晶分子进行驱动，可使光束在液晶盒中的相位分布等效于上述计算所得的相位型全息干板的相位分布，其液晶的偏转状态如图9所示。等效原则为使光波在液晶盒中产生的光程差与光波在上述计算所得的相位全息干板中的光程差等效。将图8和图9做比较可得到计算全息干板与液晶盒的对应光学关系：
nh-h＝ned-nod
其中，h为台阶高度，ne和no分别为图9中液晶盒相应位置的相对于偏振光的折射率，d为液晶盒的盒厚。
本领域技术人员应当得知，相位型衍射光栅的衍射效率要高于振幅型衍射光栅的衍射效率，因此利用液晶盒来等效相位型衍射光栅的全息干板，可获得高光效的全息显示。通过控制线偏振光的在液晶盒中折射率分布，从而动态控制液晶盒中入射线偏振光的相位分布，利用与待显示的全息图像对应的全息干板对应的参考光照射，可实现高光效的动态全息显示。
进一步地，在图8的基础上增加台阶的数量，可提高相位型衍射光栅的衍射效率。具体结构如图10所示：
台阶数目：N＝2^m(m＝1、2、3……)；相邻台阶的相位差：2π/N；台阶高度：设多台阶的相位型衍射光栅的台阶宽度为tj，它的宽度与菲涅耳波带环的奇偶相关。具体地：
上式中，当j取偶数时，具有N-1个相同的tj宽度的台阶；当j取奇数时，只有一个tj宽度的台阶；dj为各波带宽度。
通过驱动液晶偏转状态，可使光束在液晶盒中传播的折射率除了具有ne和no之外，还有介于ne和no之间的多种折射率，利用这一性质可使光束在液晶盒中传播时，其相位分布与计算所得到的多台阶相位型衍射光栅相位分布等效，从而使液晶盒对光束的调制等效于一个多台阶相位型全息干板对光束的调制。通过控制线偏振光的在液晶盒中折射率分布，从而动态控制液晶盒中入射线偏振光的相位分布，利用与待显示的全息图像对应的全息干板对应的参考光照射，可实现高光效的动态全息显示。
进一步地，在通过调整光学单元的折射率使得光学器件等效全息干板时，所述驱动电路包括：
计算单元，用于根据所述图像数据确定待显示的全息图像对应的全息干板，并调整第四光学单元的折射率使入射的线偏振光在液晶盒中产生的光程差与入射的线偏振光在所述全息干板中的光程差等效；
其中，待显示的全息图像对应的全息干板在宽度方向上从中心到两侧边缘分别包括有1,2，…，M个区域，其中，第2k个区域为与第四光学单元对应的光栅槽，光栅槽的深度为h，nh-h＝ned-nod，每一光栅槽内包括有N个台阶，N＝2^m，相邻台阶的相位差为2π/N，每一台阶高度为λ/N*(n-1)，λ为可见光波长，n为全息干板的折射率，d为液晶盒的厚度，M为大于1的整数，m为大于等于0的整数，k为大于0不大于M的整数。
上述实施例中，激光光源发出的都是非偏振态的激光，进一步地，激光光源还可以发出线偏振光，这样可以省去在光学器件的入光侧贴附偏光片，且线偏振光的光束的振动方向与所述光学单元中液晶分子的初始配向方向平行。
本发明实施例还提供了一种显示方法，应用于如上所述的显示装置，所述显示方法包括：
获取待显示的全息图像的图像数据；
控制所述激光光源发出与待显示的全息图像对应的激光光束，并根据所述图像数据调整每一光学单元的透光率和/或折射率。
本实施例中，在进行全息图像显示时，激光光源发出与待显示的全息图像对应的激光光束，光学单元能够对入射的线偏振光进行调制，光学单元的透光率和/或折射率可调，这样通过控制光学单元的透光率和/或折射率，能够使激光光束在光学器件中产生的光程差与激光光束在普通全息干板中的光程差等效，从而能够实现全息图像的显示，同时由于光学单元的折射率可进行动态调节，这样利用参考光束照射光学器件时，即可呈现动态的全息图像。
进一步地，根据所述图像数据调整每一光学单元的透光率和/或折射率包括：
根据所述图像数据确定每一光学单元的透光率和/或折射率；
根据所确定的透光率和/或折射率驱动光学单元中的液晶分子偏转。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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 (11)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：
光学器件，所述光学器件包括多个相互独立的光学单元，所述光学单元能够对入射的线偏振光进行调制，所述光学单元的透光率和/或折射率可调；
位于所述光学器件的入光侧的激光光源，用于发出与待显示的全息图像对应的激光光束；
与所述光学器件连接的驱动电路；
与所述驱动电路连接的全息图像数据存储单元；
所述驱动电路用于从所述全息图像数据存储单元获取待显示的全息图像的图像数据，根据所述图像数据调整每一光学单元的透光率和/或折射率。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光学器件具体包括：
相对设置的第一透明基板和第二透明基板；
位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间的液晶盒，所述液晶盒包括多个相互独立的液晶单元；
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别位于不同透明基板上或位于同一透明基板上，所述第一电极和第二电极之间能够产生驱动所述液晶单元中的液晶分子偏转的电场；
所述光学单元包括液晶单元及其对应的第一电极和第二电极。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述待显示的全息图像包括多个亮度不同的条纹；
所述光学器件包括与每一条纹对应的光学单元；
所述驱动电路具体用于根据条纹的亮度调整对应光学单元的透光率。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，还包括：
设置在所述光学器件的入光侧的第一偏光片，所述液晶单元中液晶分子的初始配向方向与所述第一偏光片的透光轴平行；
设置在所述光学器件的出光侧的第二偏光片，所述第二偏光片的透光轴方向与所述第一偏光片的透光轴方向垂直。
5.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述待显示的全息图像包括多个亮度不同的条纹；
所述光学器件包括与每一条纹对应的光学单元；
所述驱动电路具体用于根据条纹的亮度调整对应光学单元的折射率。
6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，还包括：
设置在所述光学器件的入光侧的第三偏光片，所述液晶单元中液晶分子的初始配向方向与所述第三偏光片的透光轴平行。
7.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述驱动电路包括：
计算单元，用于根据所述图像数据确定待显示的全息图像对应的全息干板，并调整第四光学单元的折射率使入射的线偏振光在液晶盒中产生的光程差与入射的线偏振光在所述全息干板中的光程差等效；
其中，待显示的全息图像对应的全息干板在宽度方向上从中心到两侧边缘分别包括有1,2，…，M个区域，其中，第2k个区域为与第四光学单元对应的光栅槽，光栅槽的深度为h，nh-h＝ned-nod，每一光栅槽内包括有N个台阶，N＝2^m，相邻台阶的相位差为2π/N，每一台阶高度为λ/N*(n-1)，λ为可见光波长，n为全息干板的折射率，d为液晶盒的厚度，M为大于1的整数，m为大于等于0的整数，k为大于0不大于M的整数。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：
位于所述激光光源和所述光学器件之间的激光准直扩束结构，能够将所述激光光源发出的准直光束的直径扩大。
9.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，
所述激光光源具体用于发出与待显示的全息图像对应的参考光束；或发出与待显示的全息图像对应的参考光束的共轭光束。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，在所述光学器件的入光侧未设置偏光片时，所述激光光源具体用于发出线偏振光，且激光的光束的振动方向与所述光学单元中液晶分子的初始配向方向平行。
11.一种显示方法，其特征在于，应用于如权利要求1-10中任一项所述的显示装置，所述显示方法包括：
获取待显示的全息图像的图像数据；
控制所述激光光源发出与待显示的全息图像对应的激光光束，并根据所述图像数据调整每一光学单元的透光率和/或折射率。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108196437A (zh) * 2018-01-04 2018-06-22 京东方科技集团股份有限公司 一种全息成像显示方法、装置、设备及存储介质
WO2018196314A1 (zh) * 2017-04-25 2018-11-01 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置及其显示方法
CN108874124A (zh) * 2018-05-23 2018-11-23 京东方科技集团股份有限公司 一种虚拟种植系统及虚拟种植方法
CN113376905A (zh) * 2021-06-28 2021-09-10 厦门天马微电子有限公司 一种显示面板及显示装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2586512B (en) * 2019-08-23 2021-12-08 Dualitas Ltd Holographic projection

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002268051A (ja) * 2001-03-13 2002-09-18 Seiko Epson Corp 液晶装置およびその製造方法
JP2008015125A (ja) * 2006-07-05 2008-01-24 Nikon Corp 表示素子、表示装置およびカメラ
CN102540489A (zh) * 2012-03-23 2012-07-04 浙江大学 一种可调孔阑三维显示装置及方法
CN103513431A (zh) * 2012-06-27 2014-01-15 北京理工大学 单色全视差全息三维一步打印机光路结构
CN106154800A (zh) * 2016-09-09 2016-11-23 京东方科技集团股份有限公司 全息显示装置及其全息显示方法
CN106338905A (zh) * 2016-10-31 2017-01-18 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置及其显示方法
CN206057815U (zh) * 2016-09-09 2017-03-29 京东方科技集团股份有限公司 全息显示装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2728823B2 (ja) * 1992-01-31 1998-03-18 シチズン時計株式会社 ホログラフィｔｖ装置
JP4442000B2 (ja) * 2000-07-19 2010-03-31 ソニー株式会社 画像再生装置及び画像再生方法
KR100596031B1 (ko) * 2000-07-24 2006-07-03 엘지.필립스 엘시디 주식회사 횡전계 방식의 액정표시장치
JP3722028B2 (ja) * 2001-07-05 2005-11-30 ソニー株式会社 画像再生装置及び画像照明装置
CN1184511C (zh) * 2002-05-23 2005-01-12 上海交通大学 电控可变波长滤波器及其制备方法
JP3926824B2 (ja) * 2004-11-29 2007-06-06 日東電工株式会社 液晶パネル及び液晶表示装置
GB2436676B (en) * 2006-03-28 2008-02-20 Light Blue Optics Ltd Holographic display devices
US9274349B2 (en) * 2011-04-07 2016-03-01 Digilens Inc. Laser despeckler based on angular diversity
WO2013180693A1 (en) * 2012-05-30 2013-12-05 Empire Technology Development Llc Holographic imaging device and method
KR102028987B1 (ko) * 2013-03-29 2019-10-07 엘지디스플레이 주식회사 홀로그램 영상 표시 장치
CN103278994A (zh) * 2013-05-28 2013-09-04 上海理工大学 一种基于牛顿环干涉全息记录的电控菲涅尔透镜制备方法
KR102262214B1 (ko) * 2014-09-23 2021-06-08 삼성전자주식회사 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치 및 방법
CN105807349B (zh) * 2016-06-02 2019-02-01 宁波万维显示科技有限公司 双折射透镜光栅的折射率匹配检测方法、制造装置及制造方法
CN106227017B (zh) * 2016-09-09 2018-12-25 京东方科技集团股份有限公司 一种反射式全息显示装置及其显示方法
CN205992124U (zh) * 2016-09-09 2017-03-01 京东方科技集团股份有限公司 一种反射式全息显示装置
CN106940486B (zh) * 2017-04-25 2022-06-24 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置及其显示方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002268051A (ja) * 2001-03-13 2002-09-18 Seiko Epson Corp 液晶装置およびその製造方法
JP2008015125A (ja) * 2006-07-05 2008-01-24 Nikon Corp 表示素子、表示装置およびカメラ
CN102540489A (zh) * 2012-03-23 2012-07-04 浙江大学 一种可调孔阑三维显示装置及方法
CN103513431A (zh) * 2012-06-27 2014-01-15 北京理工大学 单色全视差全息三维一步打印机光路结构
CN106154800A (zh) * 2016-09-09 2016-11-23 京东方科技集团股份有限公司 全息显示装置及其全息显示方法
CN206057815U (zh) * 2016-09-09 2017-03-29 京东方科技集团股份有限公司 全息显示装置
CN106338905A (zh) * 2016-10-31 2017-01-18 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置及其显示方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018196314A1 (zh) * 2017-04-25 2018-11-01 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置及其显示方法
US10795191B2 (en) 2017-04-25 2020-10-06 Boe Technology Group Co., Ltd. Display device including optical element having adjustable refractive index and display method
CN108196437A (zh) * 2018-01-04 2018-06-22 京东方科技集团股份有限公司 一种全息成像显示方法、装置、设备及存储介质
CN108196437B (zh) * 2018-01-04 2020-11-10 京东方科技集团股份有限公司 一种全息成像显示方法、装置、设备及存储介质
US10948874B2 (en) 2018-01-04 2021-03-16 Boe Technology Group Co., Ltd. Holographic imaging method, holographic imaging device, holographic imaging system, and storage medium
CN108874124A (zh) * 2018-05-23 2018-11-23 京东方科技集团股份有限公司 一种虚拟种植系统及虚拟种植方法
CN113376905A (zh) * 2021-06-28 2021-09-10 厦门天马微电子有限公司 一种显示面板及显示装置
CN113376905B (zh) * 2021-06-28 2023-05-12 厦门天马微电子有限公司 一种显示面板及显示装置

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US10795191B2 (en) 2020-10-06
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WO2018196314A1 (zh) 2018-11-01

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