專(zhuān)利名稱(chēng)：基于液態(tài)透明膠體的三維顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維顯示，特別是一種基于液態(tài)透明膠體的三維顯示方法。
背景技術(shù)：
從陰極射線顯像管發(fā)明至今，顯示技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了黑白顯示、彩色顯示、數(shù) 字顯示三個(gè)階段。而今隨著激光器的普及，將激光與顯示技術(shù)相結(jié)合已經(jīng)成為該領(lǐng) 域的發(fā)展的趨勢(shì)和主流方向。此外，激光技術(shù)還與目前顯示領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一的全色 三維立體顯示密不可分。
目前實(shí)現(xiàn)三維顯示有多種技術(shù)。如目前已經(jīng)商業(yè)化的三維電影，其原理是將拍 攝于不同角度的兩組圖像，通過(guò)偏振方向不同的光再現(xiàn)到二維屏幕上，觀察者通過(guò) 佩帶裝有與之對(duì)應(yīng)的偏振片的偏振眼鏡，從而左眼和右眼接受到不同角度拍攝的圖 像，產(chǎn)生立體感覺(jué)。該方法存在圖形顯示更新頻率低，動(dòng)態(tài)顯示效果差等缺點(diǎn)。還 有一種廣為報(bào)道的三維顯示全息顯示。該方法利用光的干涉和衍射原理實(shí)現(xiàn)圖形 的記錄和再現(xiàn)，需要特定的全息記錄介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)成像，該方法難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的三維 顯示。
體三維顯示不同于以上兩種三維顯示技術(shù)，該方法依賴(lài)于空間分布的固體、液 體或氣體的發(fā)光或光散射來(lái)實(shí)現(xiàn)三維立體顯示，得到的是真實(shí)存在的三維圖像。目 前，實(shí)現(xiàn)體三維顯示主要有兩種方法，其一是通過(guò)激光掃描在一定空間內(nèi)快速往復(fù) 移動(dòng)的二維顯示面，從而在一定體積內(nèi)呈現(xiàn)立體圖像，但是該方法掃描的死區(qū)太多， 并且系統(tǒng)要求穩(wěn)定性高，因此動(dòng)態(tài)顯示圖像質(zhì)量較差。其二是基于一定體積的固體、 液體或氣體，通過(guò)控制激光掃描軌跡，在這些介質(zhì)中呈現(xiàn)立體圖像。該方法成為目 前動(dòng)態(tài)三維立體顯示的主要發(fā)展方向。在固體介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)三維立體顯示最初報(bào)道于
1996年，該方法使用摻有不同稀土離子的雙頻上轉(zhuǎn)化發(fā)光實(shí)現(xiàn)三維顯示。但是因玻 璃材料制作手段上的制約，該方法難以實(shí)現(xiàn)較大空間的三維顯示。此外，最近邱建 榮等提出以含有倍頻晶體納米顆粒的固體為顯示體的三維顯示方法，在脈沖紅外激 光照射下，焦點(diǎn)處的納米顆粒會(huì)出現(xiàn)可見(jiàn)的倍頻光，通過(guò)移動(dòng)焦點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)三維顯示。 但是該方法同樣僅能得到較小尺寸的顯示體，制備較大體積的三維顯示體十分困難。 通過(guò)氣體本身發(fā)光，或分散在氣體中液滴或固體顆粒的光散射的三維顯示可以方便 地在較大空間的三維成像，但是由于氣體的流動(dòng)性使其成像質(zhì)量難以得到保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)以上各種三維顯示技術(shù)的不足，提供一種基于液態(tài)透明膠體 的三維顯示方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種基于液態(tài)透明膠體的三維顯示方法，其特點(diǎn)是該方法以裝有液態(tài)透明膠體 的玻璃容器為顯示體，膠體中含有一種或多種具有上轉(zhuǎn)化發(fā)光的納米顆粒，顆粒尺 寸為10-100納米，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紅外激光的焦點(diǎn)的掃描軌跡，在紅外激光的焦點(diǎn) 處出現(xiàn)可見(jiàn)的上轉(zhuǎn)化發(fā)光，在膠體內(nèi)部形成三維圖像，從而實(shí)現(xiàn)有顏色的三維立體 顯示。
所述的膠體的溶劑為水、酒精、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜或環(huán) 己烷。
所述的上轉(zhuǎn)化納米顆粒為摻有稀土離子的氟化物，其分子式為Rei.xMxF3，或 NaRei-xMxF4，其中Re為Y，La,Gd或Lu稀土元素，M為激活離子，包括Ce3+， Eu3+， Tb3+， Er3+， Tm3+， Yb3+中的一種或幾種離子。所述的x的值在0.01到0.99之間。
所述的膠體中所述的納米顆粒的含量為0.01wt%~lwt%。
在紅外激光的激發(fā)下，這些納米顆粒顯示出各種顏色的上轉(zhuǎn)化發(fā)光。如在980nm 的半導(dǎo)體激光器激發(fā)下，通過(guò)制備特定成分的納米顆粒，可以分別得到純的紅，綠， 藍(lán)上轉(zhuǎn)化發(fā)光，此外，通過(guò)混合不同顏色上轉(zhuǎn)化發(fā)光納米顆粒于膠體中，可以得到 具有各種中間色，如黃，青，紫和白色上轉(zhuǎn)化發(fā)光的膠體。
將以上摻有稀土離子的上轉(zhuǎn)化納米顆粒分散在溶劑中，形成膠體。納米顆粒的 質(zhì)量百分含量為0.01%~1%，粒徑為10-100納米。顆粒尺寸過(guò)大或者含量過(guò)高會(huì)導(dǎo) 致膠體散射光增強(qiáng)，從而使其透明度降低，影響三維顯示的效果。此外溶劑的選取 應(yīng)考慮到折射率與納米顆粒的折射率接近，這也是為降低膠體的光散射，增強(qiáng)其透 明度。
本發(fā)明技術(shù)效果
(1) 液態(tài)膠體的尺寸幾乎不受限制，克服了固態(tài)三維顯示難以規(guī)?；娜秉c(diǎn)， 可以方便實(shí)現(xiàn)大空間范圍的三維立體顯示。
(2) 可通過(guò)摻入一種或幾種不同的上轉(zhuǎn)化發(fā)光納米顆粒，方便的配置所需發(fā)光 顏色的膠體，所需的設(shè)備也極簡(jiǎn)單。
(3) 由于只需將少量納米顆粒分散在一定的溶劑中便可得到顯示介質(zhì)，因此該 三維顯示設(shè)備的制作，運(yùn)輸與維護(hù)相當(dāng)方便。
(4)將應(yīng)用于固態(tài)三維顯示的掃描系統(tǒng)稍作改動(dòng)就可應(yīng)用到此膠體三維顯示 器，因此在設(shè)備上要求不高，可以方便實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。


圖l為在980納米激光照射下，含有不同的納米顆粒的溶液在焦點(diǎn)處出現(xiàn)不同 顏色的發(fā)光。譜線a， b和c分別對(duì)應(yīng)于藍(lán)色，綠色和紅色的上轉(zhuǎn)化發(fā)光。
圖2為在980納米激光照射下，通過(guò)不同納米顆粒的組合配制膠體，在980納
米激光照射下，在焦點(diǎn)處呈現(xiàn)a:白色、b:紫色和C:青色。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
實(shí)施例1
將平均粒徑為30納米的NaYo.8Ybcu8Er().()2F4納米顆粒約0. 5克，通過(guò)超聲方法 分散到1000毫升乙二醇中形成透明膠體。將此膠體灌入一 10cmxlOcmxl5cm的玻璃 容器中作為顯示介質(zhì)。激發(fā)光源為980納米波長(zhǎng)，功率為200毫瓦的半導(dǎo)體激光器， 通過(guò)計(jì)算機(jī)控制激光焦點(diǎn)的掃描軌跡，在膠體中得到綠色的三維圖像。
實(shí)施例2
將平均粒徑為50納米的GdQ.8YbQ.19TmaQ1F3的納米顆粒約10克，通過(guò)超聲方法 分散到1000毫升二甲基亞砜中形成透明膠體。將此膠體灌入一10cmxl0cmxl5cm的 玻璃容器中作為顯示介質(zhì)。激發(fā)光源為980納米波長(zhǎng)、功率為200毫瓦的半導(dǎo)體激 光器，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制激光焦點(diǎn)的掃描軌跡，在膠體中得到紅色的三維圖像。
實(shí)施例3
將平均粒徑為10納米的NaGdo.5Ybo.499Tmo扁F4納米顆粒約2克，通過(guò)超聲方法 分散到1000毫升酒精中形成透明膠體。將此膠體灌入一10cmxl0cmxl5cm的玻璃容 器中作為顯示介質(zhì)。激發(fā)光源為980納米波長(zhǎng)、功率為300毫瓦的半導(dǎo)體激光器， 通過(guò)計(jì)算機(jī)控制激光焦點(diǎn)的掃描軌跡，在膠體中得到藍(lán)色的三維圖像。
實(shí)施例4
將平均粒徑為100納米的Lao.98Er<n)2F3的納米顆粒約0. 1克，通過(guò)超聲方法分散 到IOOO毫升環(huán)己烷中形成透明膠體。將此膠體灌入一 10cmxlOcmxl5cm的玻璃容器 中作為顯示介質(zhì)。激發(fā)光源為810納米波長(zhǎng)、功率為300毫瓦的半導(dǎo)體激光器，通 過(guò)計(jì)算機(jī)控制激光焦點(diǎn)的掃描軌跡，在膠體中得到綠色的三維圖像。
實(shí)施例5
將平均粒徑為100納米的Luo.99Tbo.dF3的納米顆粒約0. 1克，通過(guò)超聲分散到 1000毫升N,N-二甲基甲酰胺中形成透明膠體。將此膠體灌入一 10cmxl0cmxl5cm 的玻璃容器中作為顯示介質(zhì)。激發(fā)光源為一波長(zhǎng)為800納米，脈寬為120飛秒的脈沖 激光，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制激光焦點(diǎn)的掃描軌跡，在膠體中得到綠色的三維圖像。
實(shí)施例6
將平均粒徑為約為50納米的Ya98Eu,F3的納米顆粒約1克，通過(guò)超聲方法分 散到1000毫升水中形成透明膠體。將此膠體灌入一 10cmxl0cmxl5cm的玻璃容器中 作為顯示介質(zhì)。激發(fā)光源為一波長(zhǎng)為800納米，脈寬為120飛秒的脈沖激光，通過(guò)計(jì) 算機(jī)控制激光焦點(diǎn)的掃描軌跡，在膠體中得到紅色的三維圖像。
實(shí)施例7
將平均粒徑為20納米的Lao.98CeaQ2F3的納米顆粒約2克，通過(guò)超聲分散到1000 毫升水中形成透明膠體。將此膠體灌入一 10cmxl0cmxl5cm的玻璃容器中作為顯示 介質(zhì)。激發(fā)光源為一波長(zhǎng)為800納米,脈寬為120飛秒的脈沖激光，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制 激光焦點(diǎn)的掃描軌跡，在膠體中得到藍(lán)色的三維圖像。
實(shí)施例8
將平均粒徑為20納米，成分為NaLao.78Ybo.2Ero.02F4的納米顆粒約2克，以及成 分為NaGdo.79Yba2Tma(uF4的納米顆粒1克，通過(guò)超聲方法分散到1000毫升環(huán)己垸 中形成透明膠體。將此膠體灌入一 10cmxl0cmxl5cin的玻璃容器中作為顯示介質(zhì)。激 發(fā)光源為一波長(zhǎng)為980納米的半導(dǎo)體激光器，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制激光焦點(diǎn)的掃描軌跡， 在膠體中得到青色的三維圖像。
-實(shí)施例9
將平均粒徑為20納米的，成分為NaLaa78Yba2Era()2F4的納米顆粒約2克，成分 為NaGdo^Yb^TmaoA的納米顆粒1克以及成分為NaLaa48Yba5Ero.o2F4的納米顆粒 1.5克，通過(guò)超聲方法分散到1000毫升二甲基亞砜中形成透明膠體。將此膠體灌入 一 10cmxlOcmxl5cm的玻璃容器中作為顯示介質(zhì)。激發(fā)光源為一波長(zhǎng)為980納米的半 導(dǎo)體激光器，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制激光焦點(diǎn)的掃描軌跡，在膠體中得到白色的三維圖像。
以上實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明提出的以含上轉(zhuǎn)化發(fā)光納米顆粒的透明膠體為 顯示介質(zhì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紅外激光的掃描來(lái)得到三維圖像，實(shí)現(xiàn)立體顯示。與以 往的三維立體顯示方法相比，在材料制備，可操作性，以及產(chǎn)業(yè)化前景方面有優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1、一種基于液態(tài)透明膠體的三維顯示方法，其特征在于該方法以裝有液態(tài)透明膠體的玻璃容器為顯示體，膠體中含有一種或多種具有上轉(zhuǎn)化發(fā)光的納米顆粒，顆粒尺寸為10-100納米，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紅外激光的焦點(diǎn)的掃描軌跡，在紅外激光的焦點(diǎn)處出現(xiàn)可見(jiàn)的上轉(zhuǎn)化發(fā)光，在膠體內(nèi)部形成三維圖像，從而實(shí)現(xiàn)有顏色的三維立體顯示。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液態(tài)透明膠體的三維顯示方法，其特征在于所述 的膠體的溶劑為水、酒精、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜或環(huán)己烷。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液態(tài)透明膠體的三維顯示方法，其特征在于所述 的上轉(zhuǎn)化納米顆粒為摻有稀土離子的氟化物，其分子式為Rei.xMxF3，或 NaRei-xMxF4，其中Re為Y, La, Gd或Lu稀土元素，M為激活離子，包括Ce3+， Eu3+， Tb3+， Er3+， Tm3+， Yb"中的一種或幾種離子，x的值在0.01到0.99之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液態(tài)透明膠體的三維顯示方法，其特征在于所述 的膠體中所述的納米顆粒的含量為0.01wt%~lwt%。
全文摘要
一種基于液態(tài)透明膠體的三維顯示方法，該方法以裝有液態(tài)透明膠體的玻璃容器為顯示體，膠體中含有一種或多種具有上轉(zhuǎn)化發(fā)光的納米顆粒，顆粒尺寸為10-100納米，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紅外激光的焦點(diǎn)的掃描軌跡，在紅外激光的焦點(diǎn)處出現(xiàn)可見(jiàn)的上轉(zhuǎn)化發(fā)光，在膠體內(nèi)部形成三維圖像，從而實(shí)現(xiàn)有顏色的三維立體顯示。本發(fā)明在成像質(zhì)量，顯示尺寸等方面有優(yōu)勢(shì)，因此具有較大的產(chǎn)業(yè)化前景。
文檔編號(hào)G02B27/22GK101382661SQ20081020120
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者喬延波, 劉小峰, 董國(guó)平, 邱建榮, 陳丹平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所