CN116300134A - 基于二元纳米光栅的2d/3d可切换立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，包括：偏振可控光源、光线准直器、像素阵列光调制器和二元纳米光栅相位调制板；从偏振可控光源中出射的光源经过光线准直器进行准直，从光线准直器中出射的准直光经过像素阵列光调制器，进入二元纳米光栅相位调制板；当TM光开启，TE光关闭时，二元纳米光栅对TM光不产生偏折，像素阵列光调制器提供平面图像，实现2D显示；当TE光开启，TM光关闭时，二元纳米光栅对TE光产生光线偏折，通过二元纳米光栅周期、高度、深宽比调控TE光光线的相位，进而调控光线的偏折角度和汇聚位置，实现3D显示。该器件结构简单，裸眼3D显示视场角宽，亮度大，切换简便快速。

Description

基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置

技术领域

本发明涉及光电显示技术领域，尤其涉及一种基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置。

背景技术

视差型立体显示是当前广泛应用的三维显示技术，它通过特定分离方式使显示器显示的左、右视图分别提供给观众的左、右眼观察，利用人们的双眼视觉融像而产生立体感知。视差型立体显示分成两大类：一类人们需要借助于特殊眼镜(或其它器具)才能获得立体感知。另一类是裸眼即可观看的自体视立体显示。裸眼显示因为自由度大的优点，往往被认为是更有前景的一类视差型立体显示。但是裸眼显示存在视觉疲劳这一问题，这往往被认为是由于辐辏调解矛盾引起的。而视点增多往往被认为是解决这一问题的一个重要方法。

常见的2D、3D可切换显示器使用液晶关阀或液晶透镜实现视点调控作用，但是液晶器件存在的响应速度慢这一重要问题事实上已经很难适应新型显示器件。

基于二元纳米光栅的3D显示具有集成性强、光场调控能力好等优势，可以很好地解决视觉疲劳这一重要矛盾。但是针对目前的二元纳米光栅的3D立体显示技术尚不可实现2D、3D可切换这一重要功能。

针对上述问题，本发明依据二元纳米光栅对入射光偏振态的敏感性，提出一种基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，该器件结构简单，裸眼3D显示视场角宽，亮度大，切换简便快速。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，包括：

偏振可控光源，包括可切换的TE光光源和TM光光源；

光线准直器；

像素阵列光调制器，用于对入射光线的亮度和颜色进行调节，以提供2D显示画面；

二元纳米光栅相位调制板，用于对像素光线的角度进行调控；

从偏振可控光源中出射的光源经过光线准直器进行准直，从光线准直器中出射的准直光经过像素阵列光调制器，进入二元纳米光栅相位调制板；当TM光开启，TE光关闭时，二元纳米光栅对TM光不产生偏折，像素阵列光调制器提供平面图像，实现2D显示；当TE光开启，TM光关闭时，二元纳米光栅对TE光产生光线偏折，通过二元纳米光栅周期、高度、深宽比调控TE光光线的相位，进而调控光线的偏折角度和汇聚位置，实现3D显示；光场显示的视点数由二元纳米光栅相位调制板的周期结构决定。

进一步地，所述偏振可控光源中，TE光为横电波，在传播方向上有磁场分量但无电场分量，TM光为横磁波，在传播方向上有电场分量而无磁场分量，两者可自由快速切换。

进一步地，所述光线准直器为棱镜光栅、微纳结构光栅光线准直器或超构表面光线准直器。

进一步地，所述像素阵列光调制器为透射式光调制器或反射式光调制器。

进一步地，所述二元纳米光栅的每个像素光线的偏折角度由d×sinθ _b=m×λ，m=0、±1、±2 ……决定，θ _b为偏折角度，d为二元纳米光栅周期长度，m为衍射级次，λ为光线波长；每个周期长度内的二元纳米光栅包括n个子周期，n为不等于0的自然数，每个子周期长度为d/n，子周期光栅占空比为a，0.1≤a≤0.9，通过调控二元纳米光栅的材料折射率、光栅高度、光栅宽度、子周期光栅占空比对衍射效率进行调控。

进一步地，所述二元纳米光栅材料为透明介质材料，折射率为1.2~3.8，通过改变介质材料折射率以获得更小的高宽比。

进一步地，所述二元纳米光栅中，光栅方向根据光线汇聚方向进行排列，二元纳米光栅在TE光入射时，电场分量方向与光栅方向垂直，调节光栅结构参数，使某个衍射级次的角度刚好等于该像素光线的所需偏折角度，并且该衍射级次的光衍射效率最大，实现3D显示；在TM光入射时，电场分量方向和光栅方向平行，0度偏折角的0级光衍射效率最大，实现2D显示。

进一步地，像素阵列光调制器上方放置二元纳米光栅相位调制板，像素阵列光调制器单个像素点对应不同周期二元纳米光栅衍射单元，主衍射级次效率为20%-80%，光线偏折角在0-60°，裸眼3d显示可视角度范围0-120°。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：相对于传统2D/3D可切换器件，本发明引入了二元闪耀二元纳米光栅，其主衍射级次的具有高效率和大角度可调性，可以实现角宽、亮度大的裸眼3D显示效果。而仅仅通过偏振态的切换，就可以实现2D、3D显示的快速切换，切换简便、快速。

附图说明

图1为本发明实施例的基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中偏振可控光源的一种结构示意图。

图3为本发明实施例中五周期二元纳米光栅结构示意图。

图4为本发明实施例中光栅高度对衍射效率影响的仿真结果图。

图5为本发明实施例中光栅材料对光栅高度选定的影响以及对衍射效率的影响仿真结果图。

图6为本发明实施例中二元纳米光栅在不同偏振态下的衍射效果图。

图7为本发明实施例中不同偏振态光经过二元纳米光栅调制后的不同偏折效果图。

图8为本发明实施例中在四视点条件下的裸眼3D显示原理图。

图9为本发明实施例中在四视点条件下的2D显示原理图。

图10为本发明实施例中3D显示效果下水平垂直多视点示意图。

图11为本发明实施例的基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置的垂直剖面图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供了一种基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，该器件至少包含偏振可控光源100、光线准直器101、像素阵列光调制器102、二元纳米光栅相位调制板103。偏振可控光源100包括可切换的TE光光源和TM光光源。从偏振可控光源100中出射的偏振光经过光线准直器101进行准直，从光线准直器中出射的准直光经过像素阵列光调制器102，出射光相对于入射光，亮度颜色均进行了调节，在入射制器102则是提供平面视图。二元纳米光栅相位调制板103对于不同偏振态的光会产生不同偏折效果。当TM光开启，TE光关闭，即入射为TM光时，二元纳米光栅对TM光不产生偏折，像素阵列光调制器102提供平面图像，实现2D显示；当TE光开启，TM光关闭，即入射为TE光时，二元纳米光栅对TE光产生光线偏折，像素阵列光调制器102提供多个视差图像，通过二元纳米光栅周期、高度、深宽比调控TE光光线的相位，进而调控光线的偏折角度和汇聚位置，实现3D显示。光场显示的视点数由二元纳米光栅相位调制板的周期结构决定。

所述偏振可控光源100中，TE光为横电波，在传播方向上有磁场分量但无电场分量，TM光为横磁波，在传播方向上有电场分量而无磁场分量，两者可自由快速切换。图2为本实施例中所述偏振可控光源的一种结构。如图2所示，该偏振可控光源由以下模块构成：发光二极管1001、人造偏振片1002、背光板1003。发光二极管1001提供非偏振光源，用来照明被动发光显示装置。人造偏振片1002可以将入射自然光转变为线偏振光，并可以调整人造偏振片的旋转角度，调整线偏振光的偏振方向，分别实现TE、TM光的出射。一般来说，两种互为相互垂直的线偏振光，只需将人造偏振片旋转90°可以实现偏振态的转化。背光板1003和调光网点10031用于将发光二极管1001发出的并经过人造偏振片起偏后的出射光线转换为均匀出射的偏振光。

光线准直器将将入射的光线进行准直，棱镜光栅、微纳结构光栅光线准直器、超构表面光线准直器都可以实现准直功能，棱镜光栅结构简单，微纳结构光栅准直器和超够表面光线准直器则有便于集成，实现超薄显示器件的独特优势。

像素阵列光调制器包括显示面板、驱动电路、控制系统等。像素阵列光调制器包含多个体像素，体像素均匀分布于像素阵列光调制器上，每个体像素包含多个子像素经过显示面板的光线携带图像信息。像素阵列光调制器可以为透射式光调制器或反射式光调制器

二元纳米光栅相位调制板103位于像素阵列光调制器102上方，从调制器中出射的光线经过二元纳米光栅相位调制板103后，或被汇聚到特定视点或直接出射，可以实现2D、3D两种不同的视觉效果。

二元纳米光栅是一种能将单个刻槽面衍射的中央极大和诸槽面间干涉零级主极大分开的相位光栅型.由于它具有零级分光和易满足缺级的特性。衍射效率很高;根据二元光学元件理论计算,当光栅一个周期内台阶的数目为8时,在衍射的＋1级次 ,其衍射效率可以到达95%。

所述二元纳米光栅的结构参数包括周期长度(d)、子周期长度、光栅高度、光栅宽度和光栅材料折射率，由3D显示所需的每个像素光线的偏折角度决定。

为了对二元纳米光栅进行进一步说明，以五周期二元纳米光栅为例，其结构如图3所示，图三为两个五周期二元纳米光栅1021左侧为二元三周期二元纳米光栅模型，对于左边的单个五周期二元纳米光栅1021，单个纳米立柱表示的是其切面图，理想情况下其长度为无限长，宽和高为设计大小。对于单个五周期二元纳米光栅，图中1为第0子周期，其长度为d*（1/5）；2为第一子周期，其长度为d*（1/5）；3为第二子周期，长度为d*（1/5）；4为第三子周期，其长度为d*（1/5）；5为第四子周期，其长度为d*（1/5）。光栅的宽度则需要通过其在子周期中的来占空比进行计算；其公式如下：

其中m为对应的子周期数字（从0到M-1），M为子周期个数，n为光栅介质的折射率。

对于介质材料选用二氧化硅的（折射率为1.5）五周期二元纳米光栅，光栅在第0子周期占空比为0，光栅在第一子周期的光栅占空比为0.2125，光栅在第二子周期占空比为0.4499，光栅在第三子周期占空比为0.71225，光栅在第四子周期占空比为1。

显然，对于任意一个二元M周期二元纳米光栅，周期长度为d，在介质材料固定后，在周期数M不变的条件下，每个光栅在子周期中的占空比f_(m)是不变的，因此对任何一个二元M周期二元纳米光栅，光栅在子周期的占空比f_(m)确认后，可以得到任意一个光栅的宽度为f_(m)*d*(1/M)。

在入射波长一定的条件下，二元纳米光栅闪耀角度由二元纳米光栅的周期决定。闪耀角度根据多缝干涉主极大的光栅方程：

d×sinθ _b=m×λ, m=0 ±1，±2…

其中θb为m级次的衍射角，d为周期，m为衍射级次，λ为入射光波长。

以五周期二元纳米光栅为例子，在0~10°的偏折角下，在偏折角度为1°时，大周期为28.649um；在偏折角度为2°时，大周期为14.327um；在偏折角度为3°时，大周期为9.554um；在偏折角度为4°时，大周期为7.168um；在偏折角度为5°时，大周期为5.740um；在偏折角度为6°时，大周期为4.7834um；在偏折角度为7°时，大周期为4.1028um；在偏折角度为8°时，大周期为3.5926um；在偏折角度为9°时，大周期为3.196um；在偏折角度为10°时，大周期为2.879um。不同的偏折角度对应不同的大周期，对应着子周期的长度也就得到确定。可以在不同位置设置不同周期的二元纳米光栅结构，使得光线向着对应的位置发生偏折，汇聚形成视点。

在确定了大周期和子周期的长度后。通过仿真可以调整二元纳米光栅的高度H来获得较高的闪耀角衍射效率。对于五周期二元纳米光栅10°调制条件下，对光栅高度H的仿真结果如图4所示，可以发现，在确定了周期参数后光栅高度对于闪耀角度的衍射效率的作用是有周期性的，衍射最高效率可以达到50%以上。可以通过仿真软件确定闪耀角度衍射效率最高的光栅高度H。

事实上，根据前面所提的二元纳米光栅子周期占空比可以看到，事实上介质折射率对于二元纳米光栅子周期占空比存在一定影响。与此同时，介质折射率对于光栅高度和衍射效率均有影响，仿真结果如图5所示，1024为介质折射率对最高效率条件下二元纳米光栅高度的影响，可以看到随着介质折射率变大，最高效率条件下二元纳米光栅高度减小了；1025为介质折射率对于最高衍射率的影响，显然，对于介质折射率在1.5~2这一区域范围内，所提出的二元纳米光栅的最高衍射效率达到50%左右，这一情况条件是符合预期目标的。

为了实现2D/3D可切换光场显示，本文提出的二元纳米光栅对TE、TM光具有不同的调制效果，不同衍射效率如图6所示，可以看到，对于TE1023入射光，设计好的二元纳米光栅可以实现预期级次的闪耀角度出射，而其他衍射级次的效率很低。而对于TM1022入射光，则可以观察到该结构对于光线没有了调制效果，衍射最高处于0级，即按入射方向传播，而其他衍射级次的效率很低。可以看到，正是这种对于偏振光的敏感性，以及二元纳米光栅本身衍射效果好，使得其可以被应用于2D、3D可切换显示当中。

必须说明的是，对于所提出的二元纳米光栅，偏振光的偏振方向和光栅狭缝的方向由严格要求如图7所示，在TE光入射条件下，二元纳米光栅的电场方向与光栅狭缝方向严格平行，闪耀角在图7所示的平面上，而在TM光入射条件下，二元纳米光栅的电场方向与光栅狭缝方向严格垂直，而出射方向不变。因此，必须保证电场和狭缝的几何关系必须是垂直或者平行，也就是说，二元纳米光栅阵列中，光栅排列的方向是固定的的。这降低了光栅制备和排列的难度，而在确定了介质材料和子周期个数后，只需要通过改变光栅阵列的周期、对应光栅宽度以及高度，就可以获得。方向上的大范围高效角度调制，也就是宽视角3D显示效果。

二元纳米光栅相位调制板的结构和像素阵列光调制器的结构相对应，也就是说，像素阵列光调制器每一个子像素在二元纳米光栅相位调制版中都有对应的二元纳米光栅结构与之对应，不同位置的子像素，可以通过调节二元纳米光栅的周期、高度等等参数条件来灵活地实现对于光线的调节，使得各个不同位置的子像素在入射光为TE光地条件下汇聚到设计的视点上。

为了更清楚地展示所提出的2D、3D可切换光场显示在3D显示下的工作原理，这里以一种四视点3D光场显示为例进行说明，如图8所示：图中包含A1，A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4,C1,C2,C3,C4,D1,D2,D3,D4十六个横向排布的小方块，A1、B1、C1、D1为一个体像素，以此类推，图中共有4个体像素1022，每个体像素分别有4个子像素，以十六个像素为代表说明裸眼3D是如何实现的。可以看到每个相位调制版体像素包含4个子像素，每个相位调制板子像素和像素阵列光调制器的子像素是一一对应的。在TE光入射条件下，可以看到，入射到每个体像素的左上角子像素单元A1，A2，A3，A4的光线汇聚到了同一个设定好的视点上，同B1，B2，B3，B4也汇聚到了另一个视点上，C1，C2，C3，C4汇聚第三个视点上，D1，D2，D3，D4则汇聚到了第四视点上。而在裸眼3D显示时候，经过像素阵列光调制器后，输出到每个视点的图像是不同的，因此形成了视差，给人三维立体显示的效果。可以发现，对于每个体像素的同一位置的子像素，随着位置的不同，需要偏折的空间角度也不相同，因此需要每个二元纳米光栅相位调制板的每个子像素设计不同周期来实现不同的偏转效果。

同样的，需要对2D显示下的工作原理进行说明，具体情况如图9所示，图中包含A1，A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4,C1,C2,C3,C4,D1,D2,D3,D4十六个小方块，A1、B1、C1、D1为一个体像素，以此类推，图中共有4个体像素1022，每个体像素分别有4个子像素，以十六个像素为代表说明2D显示是如何实现的。可以看到每个相位调制版体像素包含4个子像素，每个相位调制板子像素和像素阵列光调制器的子像素是一一对应的。在TM光入射条件下，可以看到，入射到每个体像素的第一个像素单元A1，A2，A3，A4的光线并没有产生汇聚作用，同样的B1，B2，B3，B4也没有产生汇聚作用，C1，C2，C3，C4没有产生汇聚作用，D1，D2，D3，D4则同样保持准直光出射。而在2D显示时候，经过像素阵列光调制器后，输出的为一个平面视图，而二元纳米光栅相位调制器对TM光不起调制作用，光线准直出射，人双眼获得的信息是相同的，也就是实现了2D显示。

对于本文中提出的2D、3D可切换立体显示装置，可以实现超多视点多方向3D显示，如图10所示，在水平方向视点设置为4，而如果垂直方向存在的像素有n排，则总视点个数为4*n，以此类推，若在水平方向上视点数量为a，则总视点个数为a*n。

本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了清楚放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。

以下为本发明的具体实施例：

实施例一

在本实施例中，偏振可切换光源100为基于侧入式导光板结构的，光线准直器101为超构表面光线准直器，像素阵列光调制器102选用透射型，二元纳米光栅相位调制板103选用的是基于氟磷玻璃介质材料（折射率1.43）的五周期二元纳米光栅阵列。

参考图11，一种基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，具体结构如下：

偏振可切换光源100为基于侧入式导光板结构的，在导光板1003左右两侧分别是TE光源10011和TM光源10010，导光板底部为调光网点10031。

偏振可切换光源100上方放置超构表面光线准直器101，超构表面光线准直器件101和偏振可切换100之间存在一定间隔。

超构表面光线准直器101上方有放置透射式像素阵列光调制器102。像素阵列光调制器102和超构表面光线准直器件101为一体式的集成器件。

在像素阵列光调制器102上方为二元纳米光栅相位调制板。二元纳米光栅为基于氟磷玻璃介质材料（折射率1.43）的五周期二元纳米光栅阵列。

五周期二元纳米光栅阵列各项参数：

对于五周期二元纳米光栅阵列，若想要在1°~ 60°范围内进行调制，在1°时取得闪耀对应大周期为28.649um，在60°时对应的大周期为0.585um，对应各个不同位置的调制点，大周期在0.585~28.649um之间，依据多缝干涉主极大的光栅方程可以进行计算。

对于上述五周期二元纳米光栅阵列，第二子周期占空比为0.0425，第三子周期占空比为0.08998，第四子周期占空比为0.14248，第五子周期占空比为0.2000。

对于上述五周期二元纳米光栅阵列，在调制角为1°时，高度为1.64um，调制角为60°时，高度为0.3um，随着调制角度的增大高度下降。

实施例二

在本实施例中，偏振可切换光源100为基于侧入式导光板结构的，光线准直器101为微纳表面光线准直器，像素阵列光调制器102选用透射型，二元纳米光栅相位调制板103选用的是基于冕牌玻璃K6介质材料（折射率1.5）的四周期二元纳米光栅阵列。

参考图11，一种基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，具体结构如下：

偏振可切换光源100为基于侧入式导光板结构的，在导光板1003左右两侧分别是TE光源10011和TM光源10010，导光板底部为调光网点10031。

偏振可切换光源100上方放置微纳表面光线准直器101，超构表面光线准直器件101和偏振可切换100之间存在一定间隔。

微纳表面光线准直器101上方有放置透射式像素阵列光调制器102。像素阵列光调制器102和微纳表面光线准直器件101为一体式的集成器件。

在像素阵列光调制器102上方为二元纳米光栅相位调制板。二元纳米光栅为基于氟磷玻璃介质材料（折射率1.5）的四周期二元纳米光栅阵列。

四周期二元纳米光栅阵列各项参数：

对于四周期二元纳米光栅阵列，若想要在1°~ 60°范围内进行调制，在1°时取得闪耀对应大周期为28um，在60°时对应的大周期为0.564um，对应各个不同位置的调制点，大周期在0.585~28.649um之间，依据多缝干涉主极大的光栅方程可以进行计算。

对于上述四周期二元纳米光栅阵列，第二子周期占空比为0.0722，第三子周期占空比为0.1556，第四子周期占空比为0.2500。

对于上述四周期二元纳米光栅阵列，在调制角为1°时，高度为1.5um，调制角为60°时，高度为0.3um，随着调制角度的增大高度下降。

实施例三

在本实施例中，偏振可切换光源100为基于侧入式导光板结构的，光线准直器101为超构表面光线准直器，像素阵列光调制器102选用透射型，二元纳米光栅相位调制板103选用的是基于重冕玻璃ZK6介质材料（折射率1.61）的二元三周期二元纳米光栅阵列

参考图11，一种基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，具体结构如下

偏振可切换光源100为基于侧入式导光板结构的，在导光板1003左右两侧分别是TE光源10011和TM光源10010，导光板底部为调光网点10031。

偏振可切换光源100上方放置超构表面光线准直器101，超构表面光线准直器件101和偏振可切换100之间存在一定间隔。

超构表面光线准直器101上方有放置透射式像素阵列光调制器102。像素阵列光调制器102和超构表面光线准直器件101为一体式的集成器件。

在像素阵列光调制器102上方为二元纳米光栅相位调制板。二元纳米光栅为基于重冕玻璃ZK6介质材料（折射率1.61）的四周期二元纳米光栅阵列。

二元三周期二元纳米光栅阵列各项参数：

对于五周期二元纳米光栅阵列，若想要在1°~ 60°范围内进行调制，在1°时取得闪耀对应大周期为26.8um，在60°时对应的大周期为0.5469um，对应各个不同位置的调制点，大周期在0.5469~26.8um之间，依据多缝干涉主极大的光栅方程可以进行计算。

对于上述五周期二元纳米光栅阵列，第二子周期占空比为0.1466，第三子周期占空比为0.3333。

对于上述五周期二元纳米光栅阵列，在调制角为1°时，高度为26.8um，调制角为60°时，高度为0.65um，随着调制角度的增大高度下降。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，其特征在于，包括：

偏振可控光源，包括可切换的TE光光源和TM光光源；

光线准直器；

像素阵列光调制器，用于对入射光线的亮度和颜色进行调节，以提供2D显示画面；

二元纳米光栅相位调制板，用于对像素光线的角度进行调控；

从偏振可控光源中出射的光源经过光线准直器进行准直，从光线准直器中出射的准直光经过像素阵列光调制器，进入二元纳米光栅相位调制板；当TM光开启，TE光关闭时，二元纳米光栅对TM光不产生偏折，像素阵列光调制器提供平面图像，实现2D显示；当TE光开启，TM光关闭时，二元纳米光栅对TE光产生光线偏折，通过二元纳米光栅周期、高度、深宽比调控TE光光线的相位，进而调控光线的偏折角度和汇聚位置，实现3D显示；光场显示的视点数由二元纳米光栅相位调制板的周期结构决定。

2.根据权利要求1所述的基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，其特征在于，所述偏振可控光源中，TE光为横电波，在传播方向上有磁场分量但无电场分量，TM光为横磁波，在传播方向上有电场分量而无磁场分量，两者可自由快速切换。

3.根据权利要求1所述的基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，其特征在于，所述光线准直器为棱镜光栅、微纳结构光栅光线准直器或超构表面光线准直器。

4.根据权利要求1所述的基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，其特征在于，所述像素阵列光调制器为透射式光调制器或反射式光调制器。

5.根据权利要求1所述的基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，其特征在于，所述二元纳米光栅的每个像素光线的偏折角度由d×sinθ _b=m×λ，m=0、±1、±2 ……决定，θ _b为偏折角度，d为二元纳米光栅周期长度，m为衍射级次，λ为光线波长；每个周期长度内的二元纳米光栅包括n个子周期，n为不等于0的自然数，每个子周期长度为d/n，子周期光栅占空比为a，0.1≤a≤0.9，通过调控二元纳米光栅的材料折射率、光栅高度、光栅宽度、子周期光栅占空比对衍射效率进行调控。

6.根据权利要求1所述的基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，其特征在于，所述二元纳米光栅材料为透明介质材料，折射率为1.2~3.8，通过改变介质材料折射率以获得更小的高宽比。

7.根据权利要求1所述的基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，其特征在于，所述二元纳米光栅中，光栅方向根据光线汇聚方向进行排列，二元纳米光栅在TE光入射时，电场分量方向与光栅方向垂直，调节光栅结构参数，使某个衍射级次的角度刚好等于该像素光线的所需偏折角度，并且该衍射级次的光衍射效率最大，实现3D显示；在TM光入射时，电场分量方向和光栅方向平行，0度偏折角的0级光衍射效率最大，实现2D显示。

8.根据权利要求1所述的基于二元纳米光栅的2D/3D可切换立体显示装置，其特征在于，像素阵列光调制器上方放置二元纳米光栅相位调制板，像素阵列光调制器单个像素点对应不同周期二元纳米光栅衍射单元，主衍射级次效率为20%-80%，光线偏折角在0-60°，裸眼3d显示可视角度范围0-120°。

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