CN115705006A - 一种全息显示装置及其显示方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种全息显示装置及其显示方法，全息显示装置包括背光模组和两个液晶模组。背光模组用于提供相干光；两个液晶模组位于背光模组的出光侧，两个液晶模组叠层设置；其中，两个液晶模组中的其中一个液晶模组用于对入射光线进行振幅调制，另一个液晶模组用于对入射光线进行位相调制。由此实现对出射光的复振幅进行调整，提高重建图像的质量。

Description

一种全息显示装置及其显示方法

技术领域

本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种全息显示装置及其显示方法。

背景技术

三维立体显示技术能提供更加真实、立体的临场感，近年来成为显示领域的研究热点。目前广泛应用的三维显示是利用双眼视差经过大脑融合形成立体显示效果。然而基于视差的三维显示还存在分辨率低、视场角小、易产生辐辏冲突等问题。全息显示通常记录和再现物光波的形式可以重建出具有深度信息的三维图像，更加符合人眼的观看习惯。

然而，目前全息显示只能针对振幅或位相进行调制，重建图像的质量有待提高。

发明内容

本公开实施例的第一方面，提供一种全息显示装置，包括：

背光模组，用于提供相干光；和

两个液晶模组，位于所述背光模组的出光侧，所述两个液晶模组叠层设置；其中，所述两个液晶模组中的其中一个所述液晶模组用于对入射光线进行振幅调制，另一个所述液晶模组用于对入射光线进行位相调制。

本公开一些实施例中，用于对入射光线进行振幅调制的所述液晶模组为第一液晶模组；用于对入射光线进行位相调制的所述液晶模组为第二液晶模组；

所述第一液晶模组位于所述背光模组的出光侧，所述第二液晶模组位于所述第一液晶模组背离所述背光模组的一侧。

本公开一些实施例中，所述两个液晶模组包括：

第一基板；

第二基板，与所述第一基板相对设置；

第三基板，位于所述第二基板背离所述第一基板的一侧；

第一液晶层，位于所述第一基板与所述第二基板之间；和

第二液晶层，位于所述第二基板与所述第三基板之间。

本公开一些实施例中，所述两个液晶模组还包括：

第一偏光层，位于所述第一液晶模组背离所述第二液晶模组的一侧；和

第二偏光层，位于所述第二液晶模组背离所述第一液晶模组的一侧；

其中，所述第一偏光层和所述第二偏光层的偏振化方向相互垂直。

本公开一些实施例中，所述两个液晶模组还包括：分别位于所述第一液晶层两侧的第一取向层和第二取向层，以及分别位于所述第二液晶层两侧的第三取向层和第四取向层；

其中，所述第一取向层和所述第二取向层的配向相互垂直，所述第三取向层和所述第四取向层的配向相互平行；

所述第一取向层的配向平行于所述第一偏光层的偏振化方向；所述第四取向层的配向平行于所述第二偏光层的偏振化方向。

本公开一些实施例中，所述第二基板的厚度小于200μm。

本公开一些实施例中，所述第一液晶模组还包括多个第一子像素单元，所述第二液晶模组还包括多个第二子像素单元；

其中，一个所述第一子像素单元对应至少一个所述第二子像素单元。

本公开一些实施例中，所述第一子像素单元对应的各所述第二子像素单元以该第一子像素单元的中心点呈中心对称分布。

本公开一些实施例中，所述第一子像素单元的开口区的中心点在所述背光模组的正投影与对应的各所述第二子像素单元中位于中心的所述第二子像素单元的开口区的中心点在所述背光模组的正投影重合。

本公开一些实施例中，所述第一子像素单元的开口区尺寸大于所述第二子像素单元的开口区尺寸。

本公开一些实施例中，所述第一子像素单元的开口区尺寸大于或等于3μm，所述第二子像素单元的开口区尺寸大于或等于3μm。

本公开一些实施例中，所述两个液晶模组还包括：

遮光层，位于所述第三基板面向所述第二液晶层的一侧；所述遮光层包括多个暴露各所述第二子像素单元的开口区的开口；

多个遮光性支撑柱，位于所述第二基板与所述第三基板之间；各所述遮光性支撑柱按照所述遮光层的图形沿着所述第二子像素单元开口区的边缘排列。

本公开一些实施例中，所述遮光层在所述第二基板的正投影完全覆盖各所述遮光性支撑柱在所述第二基板的正投影。

本公开一些实施例中，所述遮光层的开口的图形为方形、菱形、圆形或正六边形。

本公开一些实施例中，所述第一基板、所述第二基板和所述第三基板的同一侧边缘设置有定位孔，所述第一基板、所述第二基板和所述第三基板的定位孔在所述背光模组的正投影重叠。

本公开一些实施例中，所述背光模组的出射光为激光。

本公开一些实施例中，所述背光模组至少提供两种颜色的激光，所述背光模组用于分时出射不同颜色的激光。

本公开一些实施例中，还包括：

处理器，分别连接所述背光模组和所述两个液晶模组；所述处理器用于根据全息图像数据控制所述背光模组按照设定时序出射相干光，向所述两个液晶模组提供驱动信号，以使所述两个液晶模组按照所述驱动信号驱动相应的所述液晶模组对入射光线进行调制，实现全息显示。

本公开实施例的第二方面，提供一种全息显示装置的显示方法，包括：

在进行全息显示时，接收待显示图像的全息图像数据；

背光模组提供相干光；

两个液晶模组分别根据全息数据对入射光线进行振幅调制和位相调制，以显示相应的重建图像。

本公开一些实施例中，所述全息显示装置包括分别与所述背光模组和所述两个液晶模组连接的处理器；

所述处理器用于接收待显示图像的全息数据，根据所述全息数据生成用于控制所述背光模组和所述两个液晶模组的驱动信号；

所述背光模组根据所述处理器提供的驱动信号按照设定的时序出射相干光；

所述两个液晶模组根据所述处理器提供的驱动信号分别对所述背光模组的入射光进行振幅调制和位相调制。

本公开一些实施例中，所述背光模组用于出射至少两种颜色的激光，用于对入射光线进行振幅调制的所述液晶模组为第一液晶模组，用于对入射光线进行位相调制的所述液晶模组为第二液晶模组；所述第一液晶模组包括多个第一子像素单元，所述第二液晶模组包括多个第二子像素单元；

所述背光模组根据所述处理器提供的驱动信号按照设定的时序出射相干光，包括：

针对每帧显示图像，所述背光模组根据所述处理器提供的驱动信号按照设定的时序分时的出射不同颜色的激光；

所述两个液晶模组根据所述处理器提供的驱动信号分别对所述背光模组的入射光进行振幅调制和位相调制，包括：

针对每帧显示图像，所述第一液晶模组根据所述处理器提供的驱动信号分别向各所述第一子像素单元施加与当前出射颜色的激光对应的驱动信号，以使所述第一液晶模组对所述背光模组出射的激光进行多次振幅调制；其中，所述第一液晶模组进行振幅调制的次数与所述背光模组出射的激光的颜色种类的数量相同；

所述第二液晶模组根据所述处理器提供的驱动信号向各所述第二子像素单元施加对应的驱动信号，以使所述第二液晶模组对所述背光模组出射的激光进行一次位相调制。

本公开一些实施例中，所述两个液晶模组包括相对而置的第一基板和第二基板，以及位于所述第二基板背离所述第一基板一侧的第三基板；所述第一基板、所述第二基板和所述第三基板的同一侧边缘设置有定位孔；对所述两个液晶模组包括的各基板进行对位，包括：

在所述第一基板背离所述第二基板的一侧设置接收器，在所述第三基板背离所述第二基板的一侧设置发射器；

控制所述发射器通过所述第一基板、所述第二基板和所述第三基板的定位孔向所述接收器出射激光；

在所述接收器接收的激光强度与所述激光发射器出射的激光强度的差值小于预设阈值时，完成所述两个液晶模组的各基板的对位操作。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对本公开实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的全息显示的原理示意图；

图2为本公开实施例提供的全息显示装置的结构示意图之一；

图3为本公开实施例提供的全息显示装置的结构示意图之二；

图4为本公开实施例提供的全息显示装置的结构示意图之三；

图5为本公开实施例提供的位相调制曲线；

图6为本公开实施例提供的光线经过两个液晶模组的透过率曲线图；

图7为本公开实施例提供的两个液晶模组的结构示意图；

图8为本公开实施例提供的计算视场角的原理图；

图9a-9d为本公开实施例提供的第二子像素单元的开口区的形状示意图；

图10为本公开实施例提供的第二子像素单元和遮光性支撑柱的排列示意图；

图11本公开实施例提供的第一子像素单元和第二子像素单元的对应关系示意图；

图12为本公开实施例提供的全息显示装置的结构示意图之四；

图13为本公开实施例提供的全息显示装置的显示方法的流程图。

具体实施方式

为使本公开的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本公开做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本公开中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本公开保护范围内。本公开的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

三维立体显示技术能提供更加真实、立体的临场感，近年来成为显示领域的研究热点。目前广泛应用的三维显示是利用双眼视差经过大脑融合形成立体显示效果。然而基于视差的三维显示还存在分辨率低、视场角小、易产生辐辏冲突等问题。全息显示通常记录和再现物光波的形式可以重建出具有深度信息的三维图像，更加符合人眼的观看习惯。

图1为本公开实施例提供的全息显示的原理示意图。

如图1所示，传统的全息技术包括两个过程。图1中的过程(a)为记录过程，图1中的过程(b)为重建过程。在记录阶段采用一束参考光波Ur与物光波Uo发生干涉，物光波Uo与参考光波Ur发生干涉产生的图案记录在感光材料H上，该干涉图案携带着物体的表面特征相关信息。在重建阶段采用相同的参考光波Ur照射感光材料H的干涉图像，从而重建出与原物相同的图像。

全息技术既可以应用于二维图像显示，也可以应用于三维图像显示。

随着计算机技术和显示技术的不断发展，全息图的记录过程可以通过建模和算法实现得到全息函数，在重建过程中采用相干光照射显示媒介即可显示出重建图像。

然而目前的全息图只能对振幅或者相位中的一个维度进行调制，重建图像质量有待提高。

有鉴于此，本公开实施例提供一种全息显示装置可以在重建时对复振幅进行调制，从而提高重建图像的图像质量。

图2为本公开实施例提供的全息显示装置的结构示意图之一。

如图2所示，全息显示装置包括：背光模组100和两个液晶模组。

背光模组100位于两个液晶模组的入光侧。背光模组100用于提供相干光，作为重建图像的参考光波。

两个液晶模组分别为第一液晶模组201和第二液晶模组202，第一液晶模组201和第二液晶模组202叠层设置。两个液晶模组中的其中一个液晶模组用于对入射光线进行振幅调制，另一个液晶模组用于对入射光线进行位相调制。

全息图可表示复数形式：

其中A表示振幅，

表示位相。在对全息图重建时对复振幅进行调制得到的重建图像的图像质量优于仅对位相进行调制得到的重建图像的图像质量；仅对位相进行调制得到的重建图像的图像质量优于仅对振幅进行调制得到的重建图像的图像质量。

本公开实施例通过在背光模组的出光侧设置两个叠层设置的液晶模组，采用两个液晶模组分别对振幅和位相进行调制，从而实现对全息图的复振幅进行调制，由此有效提高重建图像的图像质量。

如果将用于对入射光线进行振幅调制的液晶模组称之为第一液晶模组201，将用于对入射光线进行位相调制的液晶模组为第二液晶模组202。那么在具体实施时，如图2所示，第一液晶模组201可以位于背光模组100的出光侧，第二液晶模组202位于第一液晶模组201背离背光模组100的一侧。

背光模组100出射的相干光在入射到第一液晶模组201之后，第一液晶模组201仅对入射光的振幅进行调制，因此经过第一液晶模组201的调制之后，出射光线仅具有强度的变化，出射光仍然为相干光，保持其波前一致性。在经过第一液晶模组201调制后的光线入射到第二液晶模组202之后，第二液晶模组202仅对入射光的位相进行调制，并不会对出射光的强度进行改变。因此光线在经过第一液晶模组201和第二液晶模组202进行的振幅调制和位相调制之后，出射光既包含的物光波的振幅信号也包含了位相信息，从而使得重建图像的图像质量明显提高。

在一些实施例中，也可以将第二液晶模组202设置在背光模组100的出光侧，将第一液晶模组201设置在第二液晶模组202背离背光模组100的一侧。第一液晶模组201仅用于对入射光线进行振幅调制，第二液晶模组202仅用于对入射光线进行位相调制，因此本公开实施例并不对第一液晶模组201和第二液晶模组202的位置进行限定。

图3为本公开实施例提供的全息显示装置的结构示意图之二。

如图3所示，第一液晶模组201和第二液晶模组202均可以采用液晶盒。具体包括：第一基板21、第二基板22、第三基板23、第一液晶层24和第二液晶层25。

其中，第一基板21和第二基板22相对设置，第一基板21和第二基板22之间相距设定距离。第三基板23位于第二基板22背离第一基板21的一侧，第三基板23与第二基板22相对设置，第三基板23与第二基板22之间相距设定距离。第一液晶层24位于第一基板21与第二基板22之间；第二液晶层25位于第二基板22与第三基板23之间。

第一基板21、第一液晶层24和第二基板22构成第一液晶模组201；第二基板22、第二液晶层25和第三基板23构成第二液晶模组202。第一液晶模组201和第二液晶模组202共用第二基板22，由此可以减薄全息显示装置的整体厚度，还可以使第一液晶层24和第二液晶层25之间的距离缩短，减小光衍射对全息图像显示带来的影响。

在一些实施例中，第一液晶模组201和第二液晶模组202也可以不共用基板，分别采用两个相对而置的基板中间夹持一层液晶的形式。当采用两个独立的液晶模组时，需要将两个液晶模组相邻的基板进行粘合。

本公开实施例以两个液晶模组采用三个基板的情形为例，对两个液晶模组的结构进行具体说明。

图4为本公开实施例提供的全息显示装置的结构示意图之三。

如图4所示，两个液晶模组还包括：第一偏光层p1、第二偏光层p2、第一取向层r1、第二取向层r2、第三取向层r3、第四取向层r4、第一电极层e1、第二电极层e2、第三电极层e3和第四电极层e4。

其中，第一偏光层p1位于第一液晶模组背离第二液晶模组的一侧，具体位于第一基板21背离第二基板22的一侧。第二偏光层p2位于第二液晶模组背离第一液晶模组的一侧，具体位于第三基板23背离第二基板22的一侧。

本公开实施例仅在两个液晶模组的入光侧和出光侧分别设置两个偏光层，且第一偏光层p1和第二偏光层p2的偏振化方向相互垂直。

第一取向层r1和第二取向层r2分别位于第一液晶层24的两侧，第三取向层r3和第四取向r4分别位于第二液晶层25的两侧。

其中，第一取向层r1和第二取向层r2的配向相互垂直，第三取向层r3和第四取向层r4的配向相互平行；第一取向层r1的配向平行于第一偏光层p1的偏振化方向；第四取向层r4的配向平行于第二偏光层p2的偏振化方向。

第一液晶层24两侧的第一取向层r1和第二取向层r2的配向相互垂直，第一液晶层24中的液晶分子在靠近第一取向层r1的一侧沿着第一取向层r1的配向方向排列，沿着远离第一取向层r1的方向液晶分子发生旋转，最终在靠近第二取向层r2的一侧沿着第二取向层r2的配向方向排列，由此形成扭曲向列型(Twisted Nematic，简称TN)液晶模组。TN液晶模组只会对入射光的振幅进行调制，不会使入射光的位相发生改变，从而保持出射光波的波前一致性。

第二液晶层25两侧的第三取向层r3和第四取向层r4的配向相互平行，第二液晶层25中的液晶分子均沿着第三取向层r3和第四取向层r4的配向方向排列，由此形成电控双折射型(Electrically controller Birefringence，简称ECB)液晶模组。ECB液晶模组是利用液晶分子的介电各向异性，在加电压时液晶分子发生翻转，从而使第二液晶层的折射率发生变化，从而对入射光的位相进行调制。ECB液晶模组没有方位角的扭转，液晶分子的折射率利用率大。ECB液晶模组用于实现0～2π的位相调制。

图5为本公开实施例提供的位相调制曲线。

如图5所示，当入射光线为671nm的红光，ECB液晶模组采用SLC123320型号液晶时，折射率差为0.299，驱动电压为8V可实现2π的位相调制。

ECB液晶模组只会对入射光的位相进行调制，而不会改变入射光的强度。

图6为本公开实施例提供的光线经过两个液晶模组的透过率曲线图。其中，实线表示光线仅经过第一液晶模组(即TN液晶模组)的透过率曲线；虚线表示光线经过第一液晶模组(即TN液晶模组)和第二液晶模组(即ECB液晶模组)的透过率曲线。

由图6可以看出，在光线单独经过第一液晶模组，以及光线先经过第一液晶模组再经过第二液晶模组时，透过率曲线基本重合，由此说明ECB液晶模组并不会对入射光线的强度产生影响。

第一液晶模组201仅用于对入射光线的振幅(即强度)进行调制，第二液晶模组202仅用于对入射光线的位相进行调制，两者之间互不影响，因此可以允许第二液晶层25中的液晶分子的配向方向第一液晶层24靠近第二基板22一侧的液晶分子的配向方向具有一定夹角，由此可以降低第一液晶层和第二液晶层的装配难度，只需要保证第二液晶模组上的第二偏光层p2的透过轴(即偏振化方向)与第二液晶模组中的第二液晶层25的液晶分子的配向方向相互平行，这样可以使经过第二液晶模组的光线可以直接出射，避免在经过第二偏光层p2时产生亮度损失。

在具体实施时，第一偏光层p1和第二偏光层p2即可以采用吸收型偏光层，也可以采用反射型偏光层。当采用吸收型偏光层(Polarizer，简称POL)时，可以利用传统的偏光片直接贴附在第一基板21和第三基板23的表面。当采用反射弄偏光层时，具体可以采用金属线栅偏光片(Wire Grid Polarizer，简称WGP)，可以在第一基板21和/或第三基板23的表面直接制作金属线栅以使其具有偏光功能。需要注意的是，由于WGP对入射光线进行反射的作用，如果在第三基板23的表面设置WGP可能会造成反光，影响观看者的体验，因此可以将WGP仅设置在第一基板21的一侧，第三基板23一侧的偏光层仍然采用传统的偏光片即可。

再参照图4，第一液晶模组还包括第一电极层e1和第二电极层e2，第一电极层e1位于第一基板21和第一取向层r1之间，第二电极层e2位于第二基板22和第二取向层r2之间。

第二液晶模组还包括第三电极层e3和第四电极层e4，第三电极层e3位于第二基板22与第三取向层r3之间，第四电极层e4位于第三基板23与第四取向层r4之间。

第一液晶层24和第二液晶层25两侧分别设置电极，因此第一液晶模组(TN液晶模组)和第二液晶模组(ECB液晶模组)均采用垂直电场进行驱动。

第一电极层e1和第二电极层e2中一个电极层为像素电极层，另一个电极层为公共电极层。第三电极层e3和第四电极层e4中一个电极层为像素电极层，另一个电极为公共电极层。为了防止第二基板22两侧的电场互相影响，将第二基板22两侧的电极层均采用公共电极层，第一液晶模组的像素电极层设置于第一基板21一侧，第二液晶模组的像素电极层设置于第三基板23一侧。

其中，像素电极层可以采用图案化电极，以使一个像素电极与一个子像素单元对应。公共电极层可以整层设置。

图7为本公开实施例提供的两个液晶模组的结构示意图。

如图7所示，第一液晶模组201还包括多个第一子像素单元px1，第二液晶模组202还包括多个第二子像素单元px2。其中，一个第一子像素单元px1对应至少一个第二子像素单元px2。

背光模组的出射光先经过各第一子像素单元px1进行振幅调制，再入射到各第二子像素单元px2进行位相调制。由于第一子像素单元px1和第二子像素单元px2对于入射光的波长来说相近，因此背光模组的出射光在入射第一子像素单元px1和第二子像素单元px2时均会发生小孔衍射。

然而如果第一子像素单元px1和第二子像素单元px2的开口区之间的距离过大时，则会造成图像紊乱的问题。如果将第一液晶层24靠近第二基板24的位置至第二液晶层25靠近第二基板25的位置的垂直距离作为第一子像素单元px1和第二子像素单元px2的开口区之间的距离，那么最理想的情况是将第一子像素单元px1和二子像素单元px2之间的距离设置为0。但是在实际应用时，第一液晶层24和第二液晶层25之间至少设置有第二基板22，无法将第一子像素单元px1和二子像素单元px2之间的距离缩小至0。经过对出射光的强度和位相进行仿真模拟发现当第一子像素单元px1和二子像素单元px2之间的距离超过200μm时，由于衍射的作用，强度和位相都发生变化，偏离了原来的设计。因此在本公开实施例中，将第一子像素单元px1和二子像素单元px2之间的距离设置为小于200μm。当采用如图3和图4所示的双层液晶模组结构时，两个液晶模组共用一个基板，省略一个基板的使用，由此可以有效减小第一子像素单元px1和二子像素单元px2之间的距离。此时，只需要将第二基板22的厚度减薄至200μm以下即可满足成像需要。在具体实施时可以将第二基板22的厚度设置为150μm、100μm等，在此不做限定。

本公开实施例提供的全息显示装置对入射光进行复振幅调制，要求第一子像素单元px1和第二子像素单元px2均具有较小的尺寸。其中，第一子像素单元px1具有较小的尺寸，可以增加第一子像素单元px1的数量，从而提高图像分辨率。第二子像素单元px2具有较小的尺寸，有利于在第二子像素单元px2发生小孔衍射，从而在衍射的作用下增大视场角。

图8为本公开实施例提供的计算视场角的原理图。

如图8所示，当全息显示装置的尺寸为H，全息重建图像的尺寸为D，全息显示装置与重建图像之间的距离为L，第二子像素单元px2的开口区尺寸为p，第二子像素单元px2的开口区的衍射角为βmax时，衍射角和视场角满足以下关系：

βmax＝arctan(λ/p)；

根据上述公式，按照重建图像尺寸是全息显示装置尺寸的一半进行计算，当第二子像素单元px2的开口区尺寸为3μm时，若入射光的波长为550nm，则计算可得衍射角2βmax＝20°，视场角θ＝13.8°；若入射光的波长为650nm，则计算可得衍射角2βmax＝24°，视场角θ＝16.9°；若入射光的波长为473nm，则计算可得衍射角2βmax＝17.9°，视场角θ＝12.3°。

当全息显示装置应用于近眼显示时，视场角在10°以上具有较好的显示效果。由上述计算结果可以看出利用红色、绿色和蓝色的三基色光进行图像显示的时，不同颜色光产生的视场角均可以满足需求。

考虑到目前的工艺限制，第二基板22最小可以减薄到30μm左右，综合第一子像素单元px1和第二子像素单元px2的衍射作用，以及目前的刻蚀工艺限制，第一子像素单元px1和第二子像素单元px2的开口区尺寸均大于或等于3μm。

在具体实施时，第一子像素单元px1的开口区尺寸大于第二子像素单元px2的开口区尺寸。将第一子像素单元px1的开口区的尺寸设置得较大，可以提高透光率，提升显示图像的整体亮度。将第二子像素单元px2的开口区尺寸设置得较小，则是利用第二子像素单元px2的衍射作用，增大视场角。

在实际应用中，可以将第一子像素单元px1的开口区尺寸设置在几十微米量级，将第二子像素单元px2的开口区尺寸设置在几微米量级，例如，第一子像素单元px1的开口区尺寸为24.5μm，第二子像素单元px2的开口区尺寸为3μm，本公开实施例不对子像素单元开口区设置得具体数值进行限定。

如图7所示，两个液晶模组还包括：遮光层。遮光层分为第一遮光层和第二遮光层。其中，第一遮光层bm1位于第二基板22面向第一液晶层的一侧；第二遮光层bm2位于第三基板23面向第二液晶层的一侧。

在具体实施时，遮光层的制作方法可以参见液晶显示面板中彩膜基板的制作方法，第一遮光层bm1包括多个开口，只有开口位置透光，其它位置遮光，第一遮光层bm1的各开口图形与第一子像素单元px1的开口区图形一致；同样地，第二遮光层bm2包括多个开口，只有开口位置透光，其它位置遮光，第二遮光层bm2的各开口图形与第二子像素单元px2的开口区图形一致。由此通过设置遮光层的开口的形状和尺寸来调整子像素单元的开口区的形状尺寸。

图9a-9d为本公开实施例提供的第二子像素单元的开口区的形状示意图。

在具体实施时，如图9a所示，可以将第二子像素单元px2的开口区设置为菱形；或者，如图9b所示，也可将第二子像素单元px2的开口区设置为方形；或者，如图9c所示，也可以将第二子像素单元px2的开口区设置为正六边形；或者，如图9d所示，还可以将第二子像素单元px2的开口区设置为圆形。

第二子像素单元px2的开口区的形状设置主要取决于全息显示装置最终需要的方位角。

当第二子像素单元px2的开口区图形采用如图9a所示的菱形时，可以根据实际应用中哪个方向的视场较大，即可设置菱形的长对角线与该方向平行。另外，采用菱形结构更有利于子像素单元的紧密排列。

当第二子像素单元px2的开口区图形采用如图9b所示的方形时，对应于方形四个角方向的视场角更大，且视场的分布呈中心对称结构。采用方形结构与传统的像素结构一致，工艺上可以直接匹配使用。

当第二子像素单元px2的开口区图形采用如图9c所示的正六边形时，对应于方形六个角方向的视场角更大，且视场分布呈中心对称结构。采用正六边形结构有利于子像素单元的紧密排列。以一个子像素单元为中心，可以同时设置六个子像素单元分别沿着位于中心的子像素单元的侧边进行排列。由此可以增加子像素单元的数量，有利于提高图像分辨率。

当第二子像素单元px2的开口区图形采用如图9d所示的圆形时，各方向的视场角相等，适应于各方向观看图像的视场均相等的场景。

当第二子像素单元px2紧密排列时，可能会造成像素间的串扰，为了避免像素串扰的问题，本公开实施例在第二基板22和第三基板23之间还设置有多个遮光性支撑柱，采用遮光性支撑柱阻挡光线入射到相邻的第二子像素单元的开口区。

图10为本公开实施例提供的第二子像素单元和遮光性支撑柱的排列示意图。

如图10所示，各遮光性支撑柱bps按照第二遮光层bm2的图形沿着第二子像素单元px2开口区的边缘排列。采用遮光性支撑柱bps沿着第二子像素单元px2开口区的边缘排列，可以使第二子像素单元px2的开口区形成类似闭合的挡墙，从而可以阻挡相邻的第二子像素单元的光线相互串扰。同时，遮光性支撑柱bps还起到了保持第二基板和第三基板具有固定间距的作用，从而可以保持各位置的第二液晶层的厚度相等。

在图10中的(a)图中可见第二子像素单元px2的开口区为菱形，因此可以设置多个遮光性支撑柱排列成菱形，形成菱形的轮廓，具体参见图10中的(b)图。当第二子像素单元px2采用其它图形时，遮光性支撑柱可以相应地排列成对应的图形，在此不做限定。

通常情况下，将遮光性支撑柱bps均设置在第二遮光层bm2的下方，第二遮光层bm2在第二基板的正投影完全覆盖各遮光性支撑柱bps在第二基板的正投影。这样可以避免遮光性支撑柱影响第二子像素单元的开口区的光线出射。

遮光性支撑柱可以采用黑色或深色树脂材料，例如黑色光刻胶等材料进行制作，在此不做限定。

在一些实施例中，如果第一子像素单元px1的排列较为紧密，也可以相应地在第一遮光层bm1的下方也设置遮光性支撑柱，其排列规则可以沿着第一子像素单元px1的边缘进行排列，从而起到避免相邻的第一子像素单元px1之间的光线串扰问题。

本公开实施例中的一个第一子像素单元px1对应至少一个第二子像素单元px2。一个第一子像素单元px1对应一个第二子像素单元px2可以有效对对应位置出射光线的振幅和位相进行控制。一个第一子像素单元px1对应多个第二子像素单元px2可以提高光线的利用率。

考虑到第一子像素单元px1的出射光需要被至少一个第二子像素单元px2再次进行光学调制，在本公开实施例中，第一子像素单元px1和第二子像素单元px2的形状可以相同或大致相同。

图11为本公开实施例提供的第一子像素单元和第二子像素单元的对应关系示意图。

通常情况下，第一子像素单元px1的开口区可以制作成中心对称的图形，那么光线在经过第一子像素单元px1之后的光分布也呈中心对称分布。如图11所示，在本公开实施例中，第一子像素单元px1所对应的第二子像素单元px2为第一子像素单元px1的出射光在照射到第二基板22上的光斑范围内的多个第二子像素单元px2，并且第一子像素单元px1对应的各第二子像素单元px2以该第一子像素单元px1的中心点呈中心对称分布。

如图11所示，第一子像素单元px1的开口区的中心点O1在背光模组的正投影与对应的各第二子像素单元中位于中心的第二子像素单元px2的开口区的中心点O2在背光模组的正投影重合。

以图11所示的像素排列结构为例，当第二子像素单元px2的开口区为菱形时，相应地第一子像素单元px1的开口区也可以设置为菱形。一个第一子像素单元px1的开口区的中心点O1与位于中心的第二子像素单元px2的开口区的中心点O2重合，与此同时，该第一子像素单元px1的出射光可以覆盖3×3阵列的第二子像素单元px2，即在水平方向a、竖直方向b和两个对角线方向c1和c2，一个第一子像素单元px1均对应三个第二子像素单元px2。

图12为本公开实施例提供的全息显示装置的结构示意图之四。

如图12所示，两个液晶模组中的第一基板21、第二基板22和第三基板33的同一侧边缘设置有定位孔20，第一基板21、第二基板22和第三基板33的定位孔在背光模组的正投影重叠。

在具体实施时，需要全处显示装置具有较高的PPI，对位精度需求2μm以下。采用图12所示的定位孔结构，在第三基板23一侧向定位孔20出射对位激光光束，在第一基板21的一侧设置接收器T，通过调整第一基板21、第二基板22和第三基板23之间的相对位置，直到接收器T接收到对位光束能量的100％或接近100％，此时可以认为完成基板的对位。由此提高对位的准确性。

全息显示的参考光为相干光，因此本公开实施例中的背光模组用于出射激光，第一液晶模组201用于对背光模组出射的激光进行振幅调制，第二液晶模组202再对第一液晶模组201的出射光进行位相调制，从而实现对全息图像进行复振幅调制，提高全息重建图像的图像质量。

本公开实施例提供的上述全息显示装置还设置有图中未示出的处理器，处理器分别与背光模组、第一液晶模组和第二液晶模组连接。处理器可以根据全息数据控制背光模组按照设定时序出射相干光，同时向第一液晶模组和第二液晶模组提供驱动信号，以使第一液晶模组按照驱动信号对入射光进行振幅调制，使第二液晶模组按照驱动信号对入射光线进行位相调制，从而实现高质量的全息显示。

在一些实施例中，可以分时地出射不同颜色的激光，例如，背光模组可以分时地出射红色激光、绿色激光和蓝色激光。此时处理器可以控制背光模组出射红色、绿色和蓝色三色激光的时序，其中红色、绿色和蓝色激光的切换频率需要大于人眼的可分辨频率。与此同时，在背光模组出射红色激光时，向第一液晶模组和第二液晶模组分别提供驱动第一驱动信号用于对红色激光进行振幅和位相的调制；在背光模组出射绿色激光时，向第一液晶模组和第二液晶模组分别提供驱动第二驱动信号用于对绿色激光进行振幅和位相的调制；在背光模组出射蓝色激光时，向第一液晶模组和第二液晶模组分别提供驱动第三驱动信号用于对蓝色激光进行振幅和位相的调制。由此实现全息显示装置的全彩显示。

另一方面，本公开实施例提供一种基于上述任一全息显示装置的显示方法。图13为本公开实施例提供的全息显示装置的显示方法的流程图。

如图13所示，全息显示装置的显示方法，包括：

S10、在进行全息显示时，接收待显示图像的全息数据；

S20、背光模组提供相干光；

S30、两个液晶模组分别根据全息数据对入射光线进行振幅调制和位相调制，以显示相应的重建图像。

本公开实施例提供的全息显示装置通过叠层设置两个液晶模组，从而可以控制其中一个液晶模组对背光模组出射的相干光，也是全息显示的参考光进行振幅调制，控制另一个液晶模组对背光模组出射的相干光进行位相调制，从而达到对全息图像进行复振幅调制，通过在两个维度信息的调制，显著提升重建图像的图像质量。

在具体实施时，全息显示装置包括背光模组和位于背光模组出光侧的两个叠层设置的液晶模组，其中用于对入射光进行振幅调制的液晶模组为第一液晶模组，用于对入射光进行位相调制的液晶模组为第二液晶模组。全息显示装置还包括处理器，该处理器分别与背光模组、第一液晶模组和第二液晶模组连接。那么在进行全息显示时，处理器接收图像处理器发送的待显示的全息数据，根据该全息数据向背光模组输出驱动信号，以使背光模组按照设定的时序出射相干光，与此同时根据全息数据分离出对光线进行振幅调制以及进行位相调制的驱动信号，处理器将对光线进行振幅调制的驱动信号提供给第一液晶模组，将对光线进行位相调制的驱动信号提供给第二液晶模组，第一液晶模组和第二液晶模组采用接收的驱动信号分别对背光模组出射的相干光进行振幅和位相调制，从而达到对参考光进行复振幅调制的效果，以使经过调制后形成的重建图像的图像质量有所提升。

背光模组的出射光可以为激光，激光具有较好相干性，适用于全息显示。本公开实施例提供的全息显示装置既可以实现单色显示，也可以实现全彩显示。当进行单色显示时，背光模组只需要提供一种颜色激光；当进行全彩显示时，背光模组需要提供至少两种颜色的激光。通常情况下，背光模组可以分别出射红色激光、绿色激光和蓝色激光，采用三基色颜色配比的方式实现全彩显示。

在进行全彩显示时，处理器在控制背光模组出射激光时可以向背光模组提供驱动信号，背光模组则在驱动信号的控制下按照设定的时序出射不同颜色的激光。

可以理解的是，当背光模组分时地出射红色激光、绿色激光和蓝色激光时，第一液晶模组和第二液晶模组中的像素单元可以分别对三种颜色激光进行调制，再利用人眼的滞留效应来实现全彩显示。而由于每个像素单元分别快速切换显示红色、绿色和蓝色，因此并不需要在一个像素单元中设置多个子像素单元，换言之传统意义上的每个子像素单元均可以作为一个像素单元来使用，由此可以提高像素单元的排列数量，从而提高显示分辨率。

针对每帧显示图像，背光模组根据处理器提供的驱动信号按照设定的时序分时的出射不同颜色的激光。相应地，第一液晶模组根据处理器提供的驱动信号分别向各第一子像素单元施加与当前出射颜色的激光对应的驱动信号，以使第一液晶模组对背光模组出射的激光进行多次振幅调制；第二液晶模组根据处理器提供的驱动信号向各第二子像素单元施加对应的驱动信号，以使第二液晶模组对背光模组出射的激光进行一次位相调制。其中，第一液晶模组进行振幅调制的次数与背光模组出射的激光的颜色种类的数量相同。

仍以背光模组针对每帧图像依次出射红色激光、绿色激光和蓝色激光为例进行说明。在进行图像显示时，最小的显示单元为像素单元，第一液晶模组和第二液晶模组需要对每个像素单元的出射光进行调制。而对于振幅调制来说，在进行全彩显示时需要分别对红色光、绿色光和蓝色光进行强度调制，才能实现三基色光不同强度以实现相应的颜色。对于位相调制来说，对于一个像素单元产生的位相是相同的，因此一个像素单元在出射红色光、绿色光和蓝色光时并不需要分别进行位相调制，只需要保持相同的位相调制状态即可。

那么针对每帧图像而言，在背光模组出射红色激光时，第一液晶模组中的各第一子像素单元需要对红色激光进行一次振幅调制；与此同时，第二液晶模组中的各第二子像素单元需要对红色激光进行位相调制。在背光模组出射绿色激光时，第一液晶模组中的各第一子像素单元需要再对绿色激光进行一次振幅调制，而此时第二液晶模组中的各第二子像素单元只需要保持对红色激光进行位相调制时的相同状态即可。在背光模组出射蓝色激光时，第一液晶模组中的各第一子像素单元需要再对蓝色激光进行一次振幅调制，而此时第二液晶模组中的各第二子像素单元只需要仍然保持对红色激光进行位相调制时的相同状态即可。由此可见，在对一帧图像时行调制时，第一液晶模组需要施加三次驱动信号，而第二液晶模组只需要施加一次驱动信号即可，且第二液晶模组施加一次驱动信号的时长等于第一液晶模组施加三次驱动信号的总和。

本公开实施例提供的全息显示装置具有较高PPI的前提是能够进行精确的对位。因此本公开实施例还提供了对全息显示装置进行对位的方法。

具体地，第一液晶模组和第二液晶模组可以采用三个基板的设置，其中，第一液晶模组包括相对而置的第一基板和第二基板，第二液晶模组包括相对而置的第二基板和第三基板。第一液晶模组和第二液晶模组共用第二基板。在第一基板、第二基板和第三基板的同一侧边缘设置有定位孔。在对上述三个基板进行对位时，可以在第一基板背离第二基板的一侧设置接收器，在第三基板背离第二基板的一侧设置发射器；控制发射器通过第一基板、第二基板和第三基板的定位孔向接收器出射对位激光；在接收器接收的激光强度与激光发射器出射的激光强度的差值小于预设阈值时，完成两个液晶模组的各基板的对位操作。

在具体实施时，当接收器接收的激光强度为发射器出射的激光强度的100％或接近100％时，可以认为三个基板对位达到标准。

在实际应用过程中，也可以先对第一基板进行对位，在第一基板对位完成之后再设置第二基板，通过移动第二基板的位置使第二基板完成对位；再设置第三基板，通过移动第三基板的位置使第三基板完成对位。

上述的第一液晶模组和第二液晶模组也可以分别设置两个基板相对设置，此时则需要对四个基板进行对位，其对位操作可以参见上述过程，此处不再赘述。

尽管已描述了本公开的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本公开范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (22)

1.一种全息显示装置，包括：

背光模组，用于提供相干光；和

两个液晶模组，位于所述背光模组的出光侧，所述两个液晶模组叠层设置；其中，所述两个液晶模组中的其中一个所述液晶模组用于对入射光线进行振幅调制，另一个所述液晶模组用于对入射光线进行位相调制。

2.如权利要求1所述的全息显示装置，其中，用于对入射光线进行振幅调制的所述液晶模组为第一液晶模组；用于对入射光线进行位相调制的所述液晶模组为第二液晶模组；

所述第一液晶模组位于所述背光模组的出光侧，所述第二液晶模组位于所述第一液晶模组背离所述背光模组的一侧。

3.如权利要求2所述的全息显示装置，其中，所述两个液晶模组包括：

第一基板；

第二基板，与所述第一基板相对设置；

第三基板，位于所述第二基板背离所述第一基板的一侧；

第一液晶层，位于所述第一基板与所述第二基板之间；和

第二液晶层，位于所述第二基板与所述第三基板之间。

4.如权利要求3所述的全息显示装置，其中，所述两个液晶模组还包括：

第一偏光层，位于所述第一液晶模组背离所述第二液晶模组的一侧；和

第二偏光层，位于所述第二液晶模组背离所述第一液晶模组的一侧；

其中，所述第一偏光层和所述第二偏光层的偏振化方向相互垂直。

5.如权利要求4所述的全息显示装置，其中，所述两个液晶模组还包括：分别位于所述第一液晶层两侧的第一取向层和第二取向层，以及分别位于所述第二液晶层两侧的第三取向层和第四取向层；

其中，所述第一取向层和所述第二取向层的配向相互垂直，所述第三取向层和所述第四取向层的配向相互平行；

所述第一取向层的配向平行于所述第一偏光层的偏振化方向；所述第四取向层的配向平行于所述第二偏光层的偏振化方向。

6.如权利要求3所述的全息显示装置，其中，所述第二基板的厚度小于200μm。

7.如权利要求3所述的全息显示装置，其中，所述第一液晶模组还包括多个第一子像素单元，所述第二液晶模组还包括多个第二子像素单元；

其中，一个所述第一子像素单元对应至少一个所述第二子像素单元。

8.如权利要求7所述的全息显示装置，其中，所述第一子像素单元对应的各所述第二子像素单元以该第一子像素单元的中心点呈中心对称分布。

9.如权利要求8所述的全息显示装置，其中，所述第一子像素单元的开口区的中心点在所述背光模组的正投影与对应的各所述第二子像素单元中位于中心的所述第二子像素单元的开口区的中心点在所述背光模组的正投影重合。

10.如权利要求7-9任一项所述的全息显示装置，其中，所述第一子像素单元的开口区尺寸大于所述第二子像素单元的开口区尺寸。

11.如权利要求10所述的全息显示装置，其中，所述第一子像素单元的开口区尺寸大于或等于3μm，所述第二子像素单元的开口区尺寸大于或等于3μm。

12.如权利要求7-11任一项所述的全息显示装置，其中，所述两个液晶模组还包括：

遮光层，位于所述第三基板面向所述第二液晶层的一侧；所述遮光层包括多个暴露各所述第二子像素单元的开口区的开口；

多个遮光性支撑柱，位于所述第二基板与所述第三基板之间；各所述遮光性支撑柱按照所述遮光层的图形沿着所述第二子像素单元开口区的边缘排列。

13.如权利要求12所述的全息显示装置，其中，所述遮光层在所述第二基板的正投影完全覆盖各所述遮光性支撑柱在所述第二基板的正投影。

14.如权利要求12所述的全息显示装置，其中，所述遮光层的开口的图形为方形、菱形、圆形或正六边形。

15.如权利要求2-14任一项所述的全息显示装置，其中，所述第一基板、所述第二基板和所述第三基板的同一侧边缘设置有定位孔，所述第一基板、所述第二基板和所述第三基板的定位孔在所述背光模组的正投影重叠。

16.如权利要求1-15任一项所述的全息显示装置，其中，所述背光模组的出射光为激光。

17.如权利要求16所述的全息显示装置，其中，所述背光模组至少提供两种颜色的激光，所述背光模组用于分时出射不同颜色的激光。

18.如权利要求1-17任一项所述的全息显示装置，还包括：

处理器，分别连接所述背光模组和所述两个液晶模组；所述处理器用于根据全息图像数据控制所述背光模组按照设定时序出射相干光，向所述两个液晶模组提供驱动信号，以使所述两个液晶模组按照所述驱动信号驱动相应的所述液晶模组对入射光线进行调制，实现全息显示。

19.一种全息显示装置的显示方法，包括：

在进行全息显示时，接收待显示图像的全息图像数据；

背光模组提供相干光；

两个液晶模组分别根据全息数据对入射光线进行振幅调制和位相调制，以显示相应的重建图像。

20.如权利要求19所述的显示方法，其中，所述全息显示装置包括分别与所述背光模组和所述两个液晶模组连接的处理器；

所述处理器用于接收待显示图像的全息数据，根据所述全息数据生成用于控制所述背光模组和所述两个液晶模组的驱动信号；

所述背光模组根据所述处理器提供的驱动信号按照设定的时序出射相干光；

所述两个液晶模组根据所述处理器提供的驱动信号分别对所述背光模组的入射光进行振幅调制和位相调制。

21.如权利要求20所述的显示方法，其中，所述背光模组用于出射至少两种颜色的激光，用于对入射光线进行振幅调制的所述液晶模组为第一液晶模组，用于对入射光线进行位相调制的所述液晶模组为第二液晶模组；所述第一液晶模组包括多个第一子像素单元，所述第二液晶模组包括多个第二子像素单元；

所述背光模组根据所述处理器提供的驱动信号按照设定的时序出射相干光，包括：

针对每帧显示图像，所述背光模组根据所述处理器提供的驱动信号按照设定的时序分时的出射不同颜色的激光；

所述两个液晶模组根据所述处理器提供的驱动信号分别对所述背光模组的入射光进行振幅调制和位相调制，包括：

针对每帧显示图像，所述第一液晶模组根据所述处理器提供的驱动信号分别向各所述第一子像素单元施加与当前出射颜色的激光对应的驱动信号，以使所述第一液晶模组对所述背光模组出射的激光进行多次振幅调制；其中，所述第一液晶模组进行振幅调制的次数与所述背光模组出射的激光的颜色种类的数量相同；

所述第二液晶模组根据所述处理器提供的驱动信号向各所述第二子像素单元施加对应的驱动信号，以使所述第二液晶模组对所述背光模组出射的激光进行一次位相调制。

22.如权利要求19-21任一项所述的显示方法，所述两个液晶模组包括相对而置的第一基板和第二基板，以及位于所述第二基板背离所述第一基板一侧的第三基板；所述第一基板、所述第二基板和所述第三基板的同一侧边缘设置有定位孔；对所述两个液晶模组包括的各基板进行对位，包括：

在所述第一基板背离所述第二基板的一侧设置接收器，在所述第三基板背离所述第二基板的一侧设置发射器；

控制所述发射器通过所述第一基板、所述第二基板和所述第三基板的定位孔向所述接收器出射激光；

在所述接收器接收的激光强度与所述激光发射器出射的激光强度的差值小于预设阈值时，完成所述两个液晶模组的各基板的对位操作。

Images