CN110596949B - 液晶空间光调制器以及三维显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种液晶空间光调制器以及三维显示装置。液晶空间光调制器包括衬底基板以及阵列排布的多个像素单元。每个像素单元包括一个像素电极，像素电极位于衬底基板上。每个像素单元包括遮光结构，遮光结构被配置为将每个像素单元划分为多个像素区。本公开实施例中的遮光结构起到遮光作用，遮光结构可以将每个像素单元划分为多个像素区，每个像素区都会作为一个开口区对入射光进行调制，以达到提高出射光的衍射角度的目的，从而增大该液晶空间光调制器再现的像点的视场角。

Description

液晶空间光调制器以及三维显示装置
技术领域
本公开至少一个实施例涉及一种液晶空间光调制器以及三维显示装置。
背景技术
全息显示技术因其能够提供所有视点和距离上的深度感知而成为理想的三维显示技术。动态三维全息显示技术同时重建物体光波的振幅和相位，理论上能够完美呈现三维场景中所有物体的位置、角度、颜色、细节特征等丰富信息，具有连续视场角和空间深度感，符合人眼的观看习惯。空间光调制器是加载全息图实现动态全息显示的关键器件。
发明内容
本公开的至少一实施例提供一种液晶空间光调制器以及三维显示装置。
本公开至少一实施例提供一种液晶空间光调制器，包括：衬底基板以及阵列排布的多个像素单元。每个像素单元包括一个像素电极，像素电极位于衬底基板上。每个像素单元包括遮光结构，遮光结构被配置为将每个像素单元划分为多个像素区。
在一些示例中，每个像素区沿平行于衬底基板的方向的最大尺寸不大于3微米。
在一些示例中，沿相邻像素区的中心连线的方向，位于该相邻像素区之间的遮光结构的最大尺寸不大于1微米。
在一些示例中，沿中心连线的方向，位于该相邻像素区之间的遮光结构的最大尺寸小于像素区的最大尺寸。
在一些示例中，沿垂直于衬底基板的方向，遮光结构的厚度为50纳米～5微米。
在一些示例中，液晶空间光调制器还包括：黑矩阵，黑矩阵在衬底基板上的正投影位于相邻像素单元在衬底基板上的正投影之间。黑矩阵与遮光结构同层设置且材料相同。
在一些示例中，黑矩阵和遮光结构为一体结构。
在一些示例中，液晶空间光调制器包括：对置基板，与衬底基板相对设置；以及液晶层，位于对置基板和衬底基板之间。每个像素单元中的像素电极被配置为驱动该像素单元中的多个像素区对应的液晶分子。
在一些示例中，遮光结构和黑矩阵均位于液晶层的出光侧。
在一些示例中，每个像素单元被配置为独立驱动。
在一些示例中，多个像素单元均匀分布在衬底基板上。
在一些示例中，每个像素单元在平行于衬底基板的方向的最大尺寸小于30微米。
在一些示例中，像素区的形状包括多边形或者圆形。
在一些示例中，每个像素单元包括的像素区的数量相同且均匀分布。
本公开至少一实施例提供一种三维显示装置，包括处理器、光源以及上述液晶空间光调制器。处理器与液晶空间光调制器连接以将预设三维全息图的信号加载到空间光调制器中，光源发出的光入射到液晶空间光调制器上，液晶空间光调制器被配置为根据信号对入射光进行相位调制以再现与预设三维全息图的信号对应的三维图像。
在一些示例中，三维图像为实像。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为一种液晶空间光调制器的局部平面结构示意图；
图2为图1所示的空间光调制器对单点成像的示意图；
图3为一个像素单元单方向的尺寸与其再现的像点的最大视场角之间的关系图；
图4为根据本公开一实施例提供的液晶空间光调制器的局部平面结构示意图；
图5A为沿图4中的A’A’线所截的截面图；
图5B为图4所示的空间光调制器对单点成像的示意图；
图6为沿图4中的B’B’线所截的截面图；
图7-9为根据本公开一实施例的一些示例提供的像素单元的平面结构示意图；以及
图10为根据本公开实施例提供的三维显示装置的局部结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
图1为一种液晶空间光调制器(liquid crystal spatial light modulator，LCSLM)的局部平面结构示意图。如图1所示，该液晶空间光调制器12包括衬底基板10以及位于衬底基板10上的多个像素单元20。液晶空间光调制器12由多个独立的像素单元20组成，多个像素单元20在空间上呈一维或二维阵列排布，每个像素单元20都可以独立的接受光学信号或者电学信号的控制，以改变该像素单元对应的液晶分子的偏转角度，从而对照明在液晶分子上的光波的位相、偏振等进行调制。
根据光学衍射理论，空间光调制器的像素单元(每个像素单元也称为空间光调制单元，每个空间光调制单元作为一个开口区)的尺寸以及相邻像素单元之间的间距决定了该空间光调制器用于全息三维显示时的视场角。如图1所示，以像素单元20的形状为矩形为例，每个像素单元20沿X方向的尺寸为ax，沿Y方向的尺寸为ay。沿X方向，每个像素单元20的尺寸与相邻两个像素单元20之间的间距之和为dx；沿Y方向，每个像素单元20的尺寸与相邻两个像素单元20之间的间距之和为dy。像素单元20沿X方向的尺寸与相邻像素单元20之间的间距之和dx，以及像素单元20沿Y方向的尺寸与相邻像素单元20之间的间距之和dy直接决定了像素单元20出射光的衍射角。例如，像素单元20在X方向上的最大衍射角满足βmax＝sin-1(λ/dx)，其中的λ为入射光的波长。例如，沿X方向，在像素单元20的尺寸ax与相邻像素单元之间的距离相等时，像素单元20在X方向上的最大衍射角满足βmax＝sin-1(λ/(2ax))。
如图1所示，为了保证光的透射率或者反射率，一般要求ax和ay尽量接近dx和dy。但由于电路工艺以及加工条件的限制，很难降低dx和dy的值。
图2为图1所示的空间光调制器对单点成像的示意图。如图2所示，当准直光束30入射到液晶空间光调制器12后，液晶空间光调制器12中的每个像素单元都会对入射光进行调制以再现像点40，再现的像点40的最大视场角θ由液晶空间光调制器12的像素单元的最大衍射角βmax决定，而像素单元的最大衍射角βmax由像素单元的尺寸以及相邻像素单元之间的间距决定，例如dx和dy决定。
图3为一个像素单元单方向的尺寸与其再现的像点的最大视场角之间的关系图。如图3所示，入射到像素单元的光为波长为445纳米的入射光A时，随着像素单元尺寸的减小，其再现的像点的最大视场角逐渐增大。当像素单元的尺寸小于1微米时，其再现的像点的最大视场角不小于25度。入射到像素单元的光为波长为532纳米的入射光B时，随着像素单元尺寸的减小，其再现的像点的最大视场角逐渐增大。当像素单元的尺寸小于1微米时，其再现的像点的最大视场角不小于30度。入射到像素单元的光为波长为671纳米的入射光C时，随着像素单元尺寸的减小，其再现的像点的最大视场角逐渐增大。当像素单元的尺寸小于1微米时，其再现的像点的最大视场角不小于35度。随着入射光波长的增加，像素单元再现的像点的最大视场角也会增加。由图3可知，在像素单元的尺寸小于1微米时，其再现的像点的视场角基本可以满足人眼对三维物体的观看需求。
在研究中，本申请的发明人发现：空间光调制器中像素单元的尺寸，例如ax和ay一般为几微米～几十微米，再现的全息图像的视场角不大于10度，难以满足人眼的观看需求。空间光调制器根据功能不同，可以分为强度调制和位相调制。目前，商用的纯位相型液晶空间光调制器中像素单元的最小尺寸为3.74微米，其产生的全息三维图像的视场角较小，例如视场角仅为几度。由于工艺和液晶材料的限制，要降低空间光调制器的单个像素单元的尺寸仍然是一个难题。
为了增大全息显示图像的视场角，目前常用空间复用和分时复用两种方法。空间复用的方法需要多个空间光调制器进行弧形拼接以增大衍射角度，但该方法增加了系统复杂度以及成本。分时复用的方法需要利用刷新频率较高的空间光调制器件分时的加载不同视场角的全息图，然后通过多光束不同角度分时入射以将不同视场角的图像投射出去，根据人眼的视觉暂留效应实现大视场角三维图像的视觉效果，但该方法面临着系统复杂以及无缝拼接的问题。
本公开的实施例提供一种液晶空间光调制器以及三维显示装置。液晶空间光调制器包括衬底基板以及阵列排布的多个像素单元。每个像素单元包括一个像素电极，像素电极位于衬底基板上。每个像素单元包括遮光结构，遮光结构被配置为将每个像素单元划分为多个像素区。本公开实施例中的遮光结构起到遮光作用，遮光结构可以将每个像素单元划分为多个像素区，每个像素区都会作为一个开口区对入射光进行调制，以达到提高出射光的衍射角度的目的，从而增大该液晶空间光调制器再现的像点的视场角，以基本满足人眼对三维物体的观看需求。并且，本公开实施例提供的液晶空间光调制器结构简单，可以有效降低成本。
下面结合附图对本公开实施例提供的液晶空间光调制器以及三维显示装置进行描述。
图4为根据本公开一实施例提供的液晶空间光调制器的局部平面结构示意图。如图4所示，液晶空间光调制器1000包括衬底基板100和多个像素单元200。多个像素单元200阵列排布，例如，多个像素单元200可以沿X方向和Y方向阵列排布，本公开实施例不限于此，多个像素单元200也可以一维阵列排布。如图4所示，每个像素单元200包括一个像素电极201，像素电极201位于衬底基板100上。每个像素单元200包括遮光结构220，遮光结构220被配置为将每个像素单元200划分为多个像素区210。液晶空间光调制器中的遮光结构起到遮光作用，遮光结构可以将每个像素单元划分为多个像素区，每个像素区都会作为一个开口区对入射光进行调制，以达到提高出射光的衍射角度的目的，从而增大该液晶空间光调制器再现的像点的视场角，以基本满足人眼对三维物体的观看需求。
例如，液晶空间光调制器的像素单元也可以称为空间光调制单元，每个空间光调制单元可以独立控制以对照射到相应空间光调制单元上的光进行调制。像素区也可以称为空间光调制区，每个空间光调制区作为一个开口区以对照射到该空间光调制区的光进行调制。
例如，如图4所示，遮光结构220在衬底基板100上的正投影与像素电极201在衬底基板100上的正投影有交叠。例如，如图4所示，每个像素单元200中，遮光结构220位于相邻的像素区210之间以将像素区210彼此分隔。这里以及后面出现的“相邻的像素区”指两个像素区的中心的连线没有经过其他像素区时，这两个像素区即为相邻的像素区。例如，如图4所示，对于像素区P1，像素区P2、像素区P3以及像素区P4均是与像素区P1相邻的像素区。
在一些示例中，图5A示出了沿图4中的A’A’线所截的截面图中的部分结构。如图5A所示，液晶空间光调制器包括与衬底基板100相对设置的对置基板400以及位于对置基板400和衬底基板100之间的液晶层500。每个像素单元200中的像素电极201被配置为驱动该像素单元200中的多个像素区210对应的液晶分子。例如，每个像素单元200被配置为独立驱动。也就是，每个像素单元200为独立的像素单元，通过对每个像素单元200包括的一个像素电极201施加电压，使得每个像素单元200可以独立的接收电学信号的控制，以对照明在该像素单元中的液晶分子上的光波的振幅或强度，相位、偏振等进行调制。
本公开实施例提供的液晶空间光调制器可以用于再现计算机制全息体视图，构建三维显示系统。液晶空间光调制器是一种基于液晶分子电致双折射效应的有源波面变换器件，具有位相调制功能。
例如，可以利用光场相机采集一个三维物体或三维场景的强度信息和深度信息，然后将强度信息和深度信息输入到计算机，从而获得全息图。
例如，计算机可以通过视频接口与液晶空间光调制器相连，以将计算的三维物体全息图加载到空间光调制器中。例如，液晶空间光调制器包括电寻址的纯位相液晶空间光调制器，其通过控制电压改变液晶层中的液晶分子的空间指向达到控制液晶的双折射，以实现对光波的相位面进行调控。纯位相液晶空间光调制器中的向列相液晶是一种单轴双折射晶体，光轴平行于液晶分子长轴方向。当对液晶施加外部电场时，液晶分子发生倾斜，使得入射到液晶层的入射光与该入射光经过液晶层后的出射光产生了相位差。由此，在各个像素单元中的像素电极上施加不同的电压时，被像素电极驱动而发生偏转的液晶分子会对入射光进行相应的相位调制。
例如，半导体激光器发射的激光经过准直、扩束后，照射在空间光调制器上，光束被全息图调制后，空间光调制器出射的衍射光通过透镜成像供人眼观察。例如，再现的像的大小与再现光的波长、空间光调制器中像素单元的尺寸和像素单元的间距、再现距离以及成像透镜的焦距相关。
在一些示例中，如图4和图5A所示，每个像素单元200在平行于衬底基板100的方向的最大尺寸小于30微米。例如，每个像素单元200在平行于衬底基板100的方向的最大尺寸小于10微米。例如，每个像素单元200在平行于衬底基板100的方向的最大尺寸小于4微米。
例如，本示例中的像素单元的形状及尺寸可以与图1所示的液晶空间光调制器中的像素单元的形状及尺寸相同。例如，本示例和图1所示的液晶空间光调制器中的像素单元均为矩形，且每个像素单元沿X方向的尺寸均为ax，沿Y方向的尺寸均为ay时，图1中的液晶空间光调制器中，每个像素单元整体作为一个开口区以对入射光进行调制而产生衍射光，像素单元的整体尺寸决定了衍射光的衍射角；而本公开的实施例采用遮光结构将每个像素单元划分为多个像素区，每个像素区都会作为一个开口区对入射光进行调制以产生衍射光，每个像素区的尺寸决定了衍射光的衍射角。由于本公开实施例中的像素区的尺寸小于图1所示的像素单元的尺寸，相当于减小了像素点的尺寸，提高了出射光的衍射角度，从而增大了该液晶空间光调制器再现的像点的视场角。
图5B为图4所示的空间光调制器对单点成像的示意图。如图5B所示，当准直光束30入射到液晶空间光调制器1000后，液晶空间光调制器1000中的每个像素单元都会对入射光进行调制以再现像点40’，再现的像点40’的最大视场角θ’由液晶空间光调制器1000的像素单元的最大衍射角β’max决定。图5B中的虚线箭头表示每个像素单元没有设置遮光结构时，其整体作为一个开口区以对入射光进行调制而产生的衍射光(即图2中的衍射光)。该衍射光再现了像点40，衍射光的最大衍射角为βmax，由此该像点40的视场角为θ。图5B中的实线箭头表示每个像素单元被遮光结构划分为多个像素区，每个像素区作为一个开口区以对入射光进行调制而产生的衍射光。该衍射光再现了像点40’，衍射光的最大衍射角为β’max。由于衍射角β’max大于衍射角βmax，所以该像点40’的视场角θ’大于视场角θ，由此，本公开实施例提供的液晶空间光调制器可以增大再现的像点的视场角。
例如，如图4所示，每个像素单元200沿X方向的尺寸为ax，沿Y方向的尺寸为ay。每个像素区210的形状可以为矩形，像素区210沿X方向的尺寸为ex，沿Y方向的尺寸为ey，则每个像素区210为被遮光结构220划分的尺寸为ex*ey的开口区。沿X方向，每个像素区210的尺寸与相邻像素区210之间的间距之和为fx，沿Y方向，每个像素区210的尺寸与相邻像素区210之间的间距之和为fy。
在一些示例中，如图4和图5A所示，每个像素区210沿平行于衬底基板100的方向的最大尺寸不大于3微米。例如，每个像素区210沿平行于衬底基板100的方向的最大尺寸不大于2微米。
例如，每个像素区210沿平行于衬底基板100的方向的最大尺寸不大于1.5微米。由此，参考图3所示的像素单元单方向尺寸与再现像点的最大视场角之间的关系，以入射光的波长为532纳米为例，在矩形的像素区210的边长不大于1微米时，液晶空间光调制器再现的像点的最大视场角可以达到30度以上。即，像素区210沿X方向的尺寸ex和沿Y方向的尺寸ey可以均不大于1微米，以使沿X方向和Y方向，液晶空间光调制器再现的像点的视场角均可达到30度以上，以满足人眼对三维物体的观看需求。
在一些示例中，沿相邻像素区210的中心连线的方向，位于该相邻像素区210之间的遮光结构220的最大尺寸不大于1微米。
例如，如图4所示，像素区P1和像素区P2的中心连线的延伸方向为X方向，则位于像素区P1和像素区P2之间的遮光结构220沿X方向的最大尺寸不大于1微米。
例如，如图4所示，假设像素区P1和像素区P3的中心连线的延伸方向为S方向，则位于像素区P1和像素区P3之间的遮光结构220沿S方向的最大尺寸不大于1微米。
例如，如图4所示，遮光结构220包括多个条状遮光子结构，多个条状遮光子结构彼此交叉以将像素单元200划分为阵列排布的多个像素区210。每个条状遮光子结构的线宽不大于1微米。
在一些示例中，沿相邻像素区210的中心连线的方向，位于该相邻像素区210之间的遮光结构220的最大尺寸小于像素区210的最大尺寸。本公开实施例中，将相邻像素区之间的遮光结构的宽度设置的较小可以保证每个像素单元的透光率。
例如，沿相邻像素区210的中心连线的方向，位于该相邻像素区210之间的遮光结构220的最大尺寸为0.1～0.5微米。
例如，沿相邻像素区210的中心连线的方向，位于该相邻像素区210之间的遮光结构220的最大尺寸为0.3～0.8微米。
例如，像素单元200沿X方向的尺寸ax为7微米，沿Y方向的尺寸ay为7微米，像素区210沿X方向的尺寸ex为1微米，沿Y方向的尺寸ey为1微米，且像素区210和与其相邻的遮光结构220沿X方向的尺寸之和fx为2微米，沿Y方向的尺寸之和fy为2微米。若像素单元200没有设置遮光结构220，其整体为一开口区，则根据最大衍射角βmax公式，波长为532纳米的入射光通过像素单元200时产生的最大衍射角度约为2.18度，则没有设置遮光结构的液晶空间光调制器进行全息成像的最大视场角约为4.36度。而在像素单元200被划分为9个像素区210时，各像素区210为一开口区，波长为532纳米的入射光入射到像素区210时产生的最大衍射角度约为15.43度，则设置有遮光结构的液晶空间光调制器进行全息成像的视场角约为30.86度。由此，相对于没有在像素单元中设置遮光结构的液晶空间光调制器，本公开实施例通过在像素单元中设置遮光结构以将每个像素单元划分为多个像素区，可以有效提升液晶空间光调制器用于全息成像时的视场角。
例如，在设计像素区的尺寸时，可以考虑沿X方向以及Y方向，像素单元的尺寸既是像素区尺寸的整数倍，又是像素区之间间隔尺寸的整数倍；或者沿X方向以及Y方向，像素单元的尺寸是像素区尺寸与像素区之间间隔尺寸之和的整数倍以方便设计。
在一些示例中，如图5A所示，沿垂直于衬底基板100的方向，即Z方向，遮光结构220的厚度为50纳米～5微米。
例如，遮光结构220可以采用金属材料或者其他吸光材料以实现遮光效果。
在一些示例中，如图5A所示，液晶空间光调制器还包括黑矩阵300。黑矩阵300在衬底基板100上的正投影位于相邻像素单元200在衬底基板100上的正投影之间。也就是，黑矩阵300用于将液晶空间光调制器划分为多个彼此分隔的像素单元200。黑矩阵300可以与遮光结构220同层设置且材料相同。这里的“同层”指同一材料在经过同一步骤(例如一步图案化工艺)后形成的多个膜层之间的关系。这里的“同层”并不总是指多个膜层的厚度相同或者多个膜层在截面图中的高度相同。例如，黑矩阵300和遮光结构220采用同一步图案化工艺形成以节省工艺步骤。当然，本公开实施例不限于黑矩阵和遮光结构同层设置和/或材料相同，两者也可以位于不同层和/或材料不同。
在一些示例中，如图5A所示，遮光结构220和黑矩阵300均位于液晶层500的出光侧。以图5A所示的结构为例，入射光从衬底基板100远离液晶层500的一侧入射到液晶层500，在像素电极201被施加电压后，像素单元200中的液晶分子发生偏转以对入射光的相位进行调制，经液晶分子调制相位的光从黑矩阵300以及遮光结构220形成的开口区(像素区210)出射时发生衍射以实现再现图像。
图6为沿图4中的B’B’线所截的截面图。如图6所示，本公开实施例的一示例中，黑矩阵300和遮光结构220为一体结构。即位于像素单元200边缘的遮光结构220与黑矩阵300连接为一体，以方便用于制作黑矩阵和遮光结构的掩模板的制作。例如可以采用具有开口如像素区的掩模制作遮光结构220和黑矩阵300。
在一些示例中，如图4-6所示，多个像素单元200均匀分布在衬底基板100上。也就是，设置有多个像素区210的像素单元200既分布在衬底基板100的边缘，也分布在衬底基板100的中心以保证再现图像的均匀性。
在一些示例中，每个像素单元200包括的像素区210的数量相同且均匀分布，从而保证液晶空间光调制器再现强度均匀的三维图像。
例如，在像素单元的形状为矩形，且像素区的形状也为矩形时，像素单元的两条直角边可以与像素区的两条直角边分别平行以方便设计与显示。
例如，液晶空间光调制器还包括公共电极(未示出)，多个像素单元200可以共用一个公共电极。公共电极可以位于衬底基板100上，也可以位于对置基板400上，只要公共电极与像素电极被施加电场后可以作用于相应像素单元中的液晶分子即可。
例如，对置基板400面向衬底基板100的一侧，以及衬底基板100面向对置基板400的一侧都设置有配向膜(未示出)，以对液晶层500中的液晶分子进行配向。
例如，对置基板400远离衬底基板100的一侧，以及衬底基板100远离对置基板400的一侧都设置有偏光片(未示出)，且这两个偏光片的偏光方向垂直。
图7-9为根据本公开一实施例的一些示例提供的像素单元的平面结构示意图。如图7所示，与图4所示的示例中的不同之处在于，本示例中的像素单元200包括的像素区210的形状为三角形。
例如，像素区210沿平行于衬底基板的方向的最大尺寸不大于3微米。例如，像素区210的边长不大于1微米。
如图7所示，相邻像素区210之间设置有遮光结构220。例如，沿相邻像素区210的中心连线的方向，位于该相邻像素区210之间的遮光结构220的最大尺寸不大于1微米。例如，如图7所示，对于像素区P5，像素区P6-像素区P10均是与像素区P5相邻的像素区。以像素区P5和像素区P7为例，沿两个像素区的中心连线P的延伸方向，像素区P5和像素区P7之间的遮光结构220的最大尺寸不大于1微米。以像素区P5和像素区P9为例，沿这两个像素区的中心连线Q的延伸方向，像素区P5和像素区P9之间的遮光结构220的最大尺寸不大于1微米。
本示例提供的液晶空间光调制器的其他结构特征与图4-6所示的液晶空间光调制器的结构特征相同，在此不再赘述。
如图8所示，与图4所示的示例中的不同之处在于，本示例中的像素单元200包括的像素区210的形状为六角形。
例如，像素区210沿平行于衬底基板的方向的最大尺寸不大于3微米。例如，像素区210的边长不大于1微米。
如图8所示，相邻像素区210之间设置有遮光结构220。例如，沿相邻像素区210的中心连线的方向，位于该相邻像素区210之间的遮光结构220的最大尺寸不大于1微米。例如，如图8所示，对于像素区P5，像素区P6-像素区P10均是与像素区P5相邻的像素区。以像素区P5和像素区P7为例，沿这两个像素区的中心连线P的延伸方向，像素区P5和像素区P7之间的遮光结构220的最大尺寸不大于1微米。
本示例提供的液晶空间光调制器的其他结构特征与图4-6所示的液晶空间光调制器的结构特征相同，在此不再赘述。
如图9所示，与图4所示的示例中的不同之处在于，本示例中的像素单元200包括的像素区210的形状为圆形。
例如，像素区210沿平行于衬底基板的方向的最大尺寸不大于3微米。例如，像素区210的直径不大于1微米。
如图9所示，相邻像素区210之间设置有遮光结构220。例如，沿相邻像素区210的中心连线的方向，位于该相邻像素区210之间的遮光结构220的最大尺寸不大于1微米。例如，如图9所示，对于像素区P5，像素区P6-像素区P10均是与像素区P5相邻的像素区。以像素区P5和像素区P7为例，这两个像素区的中心连线P的延伸方向，像素区P5和像素区P7之间的遮光结构220的最大尺寸不大于1微米。
本示例提供的液晶空间光调制器的其他结构特征与图4-6所示的液晶空间光调制器的结构特征相同，在此不再赘述。
本公开实施例不限于像素区的形状为图4-9所示的形状，例如，像素区的形状可以为多边形或者非规则图形等，只要像素区沿平行于衬底基板的最大尺寸不大于3微米即可。
本公开另一实施例提供一种三维显示装置，图10为根据本公开实施例提供的三维显示装置的局部结构示意图。如图10所示，三维显示装置包括处理器3000、光源2000以及图4-9所述实施例提供的液晶空间光调制器1000。处理器3000与液晶空间光调制器1000连接以将预设三维全息图的信号加载到空间光调制器1000中，光源2000发出的光入射到液晶空间光调制器1000上，液晶空间光调制器1000被配置为根据预设三维全息图的信号对入射光进行相位调制以再现与预设三维全息图的信号对应的三维图像。本实施例提供的三维显示装置可以增大该液晶空间光调制器再现的像点的视场角，以基本满足人眼对三维物体的观看需求。并且，本公开实施例提供的三维显示装置结构简单，可以有效降低成本。
在一些示例中，通过液晶空间光调制器1000所成的三维图像为实像。
例如，可以利用光场相机采集一个三维物体或三维场景的强度信息和深度信息，然后将强度信息和深度信息输入到处理器3000，从而获得全息图。
例如，处理器3000可以被配置为运行非暂时性计算机可读指令，非暂时性计算机可读指令被处理器运行时执行上述合成三维物体全息图的过程。
例如，处理器3000可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或程序执行能力的其它形式的处理单元，例如图像处理单元(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)或张量处理单元(TPU)等。
例如，处理器3000可以为计算机中的处理器，计算机可以通过视频接口与液晶空间光调制器1000相连，以将计算的三维物体全息图加载到空间光调制器1000中。例如，液晶空间光调制器包括电寻址的纯位相液晶空间光调制器，其通过控制电压改变液晶层中的液晶分子的空间指向达到控制液晶的双折射，以实现对光波的相位面进行调控。纯位相液晶空间光调制器中的向列相液晶是一种单轴双折射晶体，光轴平行于液晶分子长轴方向。当对液晶施加外部电场时，液晶分子发生倾斜，使得入射到液晶层的入射光与该入射光经过液晶层后的出射光产生了相位差。由此，在各个像素单元中的像素电极上施加不同的电压时，被像素电极驱动而发生偏转的液晶分子会对入射光进行相应的相位调制。
例如，光源2000可以为激光器，或者发光二极管等单色光源。
例如，光源2000发射的光经过准直、扩束后，照射在空间光调制器1000上，光束被全息图调制后，空间光调制器1000出射的衍射光通过透镜(未示出)成三维图像供人眼观察。
例如，可以采用多个不同颜色的单色光源照射空间光调制器以实现彩色成像。例如，可以采用红色光源、绿色光源、蓝色光源以及分别与上述三种颜色的光源一一对应的三个空间光调制器实现彩色成像。例如，也可以采用红色光源、绿色光源、蓝色光源以及一个分时复用的空间光调制器实现彩色成像。
有以下几点需要说明：
(1)本公开的实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开的同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (15)

1.一种液晶空间光调制器，包括：
衬底基板；
阵列排布的多个像素单元，每个所述像素单元包括一个像素电极，所述像素电极位于所述衬底基板上，
其中，每个所述像素单元包括遮光结构，所述遮光结构被配置为将每个所述像素单元划分为多个像素区，
其中，每个所述像素单元在平行于所述衬底基板的方向的最大尺寸小于30微米，像素单元的尺寸是像素区尺寸的整数倍，且是像素区之间间隔尺寸的整数倍。
2.根据权利要求1所述的液晶空间光调制器，其中，每个所述像素区沿平行于所述衬底基板的方向的最大尺寸不大于3微米。
3.根据权利要求2所述的液晶空间光调制器，其中，沿相邻所述像素区的中心连线的方向，位于该相邻所述像素区之间的所述遮光结构的最大尺寸不大于1微米。
4.根据权利要求3所述的液晶空间光调制器，其中，沿所述中心连线的方向，位于该相邻所述像素区之间的所述遮光结构的最大尺寸小于所述像素区的最大尺寸。
5.根据权利要求3所述的液晶空间光调制器，其中，沿垂直于所述衬底基板的方向，所述遮光结构的厚度为50纳米～5微米。
6.根据权利要求1所述的液晶空间光调制器，还包括：
黑矩阵，所述黑矩阵在所述衬底基板上的正投影位于相邻所述像素单元在所述衬底基板上的正投影之间，
其中，所述黑矩阵与所述遮光结构同层设置且材料相同。
7.根据权利要求6所述的液晶空间光调制器，其中，所述黑矩阵和所述遮光结构为一体结构。
8.根据权利要求6所述的液晶空间光调制器，包括：
对置基板，与所述衬底基板相对设置；以及
液晶层，位于所述对置基板和所述衬底基板之间，
其中，每个所述像素单元中的像素电极被配置为驱动该像素单元中的多个所述像素区对应的液晶分子。
9.根据权利要求8所述的液晶空间光调制器，其中，所述遮光结构和所述黑矩阵均位于所述液晶层的出光侧。
10.根据权利要求1-9任一项所述的液晶空间光调制器，其中，每个所述像素单元被配置为独立驱动。
11.根据权利要求1-9任一项所述的液晶空间光调制器，其中，多个所述像素单元均匀分布在所述衬底基板上。
12.根据权利要求1-9任一项所述的液晶空间光调制器，其中，所述像素区的形状包括多边形或者圆形。
13.根据权利要求1-9任一项所述的液晶空间光调制器，其中，每个所述像素单元包括的所述像素区的数量相同且均匀分布。
14.一种三维显示装置，包括处理器、光源以及权利要求1-13 任一项所述的液晶空间光调制器，其中，所述处理器与所述液晶空间光调制器连接以将预设三维全息图的信号加载到所述空间光调制器中，所述光源发出的光入射到所述液晶空间光调制器上，所述液晶空间光调制器被配置为根据所述信号对入射光进行相位调制以再现与所述预设三维全息图的信号对应的三维图像。
15.根据权利要求14所述 的三维显示装置，其中，所述三维图像为实像。
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