數(shù)字全息圖顯示設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，該數(shù)字全息圖顯示設(shè)備通過使用復(fù)合調(diào)制來將3D圖像顯示為全息圖。該數(shù)字全息圖顯示設(shè)備包括：空間光調(diào)制器，其包括第一像素和第二像素，所述第一像素通過調(diào)制第一平面偏振光的相位來輸出第一調(diào)制光，所述第二像素通過調(diào)制所述第一平面偏振光的相位來輸出第二調(diào)制光，其中，所述第二像素與所述第一像素相鄰；和光組合器，其改變從所述第一像素輸出的所述第一調(diào)制光的路徑，使得所述第一調(diào)制光的路徑對應(yīng)于從所述第二像素輸出的所述第二調(diào)制光的路徑，以將所述第一調(diào)制光和所述第二調(diào)制光組合在一起，其中，所述第一調(diào)制光的相位與所述第二調(diào)制光的相位不同。
【專利說明】數(shù)字全息圖顯示設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及一種數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，該數(shù)字全息圖顯示設(shè)備通過使用空間光調(diào)制器來顯示3D圖像。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在積極進(jìn)行針對三維(3D)圖像和實(shí)現(xiàn)3D圖像的研究。3D圖像技術(shù)為觀看者提供與對象的完全真實(shí)外觀相對應(yīng)的3D圖像，而二維(2D)圖像技術(shù)提供與對象的平面圖相對應(yīng)的圖像。因此，實(shí)現(xiàn)3D圖像的技術(shù)是最終技術(shù)。
[0003]已知三種代表性的用于再現(xiàn)3D圖像的方法:立體方法、全息方法和整體成像方法。全息方法使用激光束，使得可以利用肉眼觀看3D圖像。全息方法是最理想的方法，因?yàn)樗哂袃?yōu)良的視覺立體特性并且觀看者沒有任何疲勞地觀看3D圖像。
[0004]全息方法在膠片上記錄從對象光束和參考光束的疊加所獲得的光學(xué)干涉。對象光束指的是通過照射具有高相干性的激光束而從對象分散(distract)的光束，并且參考光束指的是具有高相干性的光束。更具體地說，光學(xué)干涉可以是包括光波的強(qiáng)度信息和相位信息的一系列干涉條紋(fringe )，并且膠片可以是標(biāo)準(zhǔn)的感光膠片。因此，在標(biāo)準(zhǔn)的感光膠片上記錄干涉條紋。干涉條紋在膠片上形成一種衍射光柵，這稱為全息圖。因此，全息方法可以通過將參考光束照射到干涉條紋來再現(xiàn)3D圖像。
[0005]已存在計(jì)算機(jī)生成全息術(shù)(CGH)的新進(jìn)展，所述計(jì)算機(jī)生成全息術(shù)(CGH)是一種數(shù)字地生成干涉條紋的方法。例如，可以通過數(shù)字地計(jì)算干涉條紋并將其打印到掩?；蚰z片上以由適當(dāng)?shù)南喔晒庠措S后照射來生成全息干涉圖案。近來，開發(fā)用于顯示動態(tài)圖像以及靜態(tài)圖像的計(jì)算機(jī)生成全息術(shù)。
[0006]計(jì)算機(jī)生成全息術(shù)向諸如LCSLM (液晶空間光調(diào)制器)的空間光調(diào)制器(在下文中，稱為SLM)發(fā)送全息干涉圖案數(shù)據(jù)。接著，SLM顯示全息干涉圖案，并且通過向SLM照射參考光束將全息干涉圖案再現(xiàn)為3D圖像。
[0007]圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的使用計(jì)算機(jī)生成全息術(shù)的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。參照圖1，計(jì)算機(jī)10生成將在SLM20上顯示的全息干涉圖案數(shù)據(jù)，并向SLM20發(fā)送全息干涉圖案數(shù)據(jù)。SLM20可以實(shí)現(xiàn)為LCSLM。在該情況中，SLM20可以是透射型液晶顯示設(shè)備。SLM20可以呈現(xiàn)全息干涉圖案。在SLM20的一側(cè)，設(shè)置用于生成參考光束的激光源30。為了將參考光束90從激光源30輻射到SLM20的全部表面上，可以順序地布置擴(kuò)展器40和透鏡系統(tǒng)50。從激光源30輸出的參考光束90穿過擴(kuò)展器40和透鏡系統(tǒng)50而輻射到SLM20的一側(cè)。由于SLM20是透射型液晶顯示設(shè)備，所以將在SLM20的另一側(cè)再現(xiàn)全息干涉圖案。
[0008]美國專利號5，416, 618公開一種使用兩個(gè)透射型液晶顯不器的全息方法的3D圖像顯示設(shè)備。更具體地說，美國專利號5，416，618使用用于調(diào)制光的相位的第一 SLM和用于調(diào)制光的振幅的第二 SLM以使光的干涉最大化。因此，美國專利號5，416，618通過光的干涉將3D圖像實(shí)現(xiàn)為全息圖。但是，美國專利號5，416，618具有如下4個(gè)缺點(diǎn):(1)難以將第一 SLM和第二 SLM對準(zhǔn)，(2)由于兩個(gè)SLM導(dǎo)致用于制造3D圖像顯示設(shè)備的成本增加，
(3)3D圖像顯不設(shè)備的厚度較厚，和(4) 3D圖像顯不設(shè)備的驅(qū)動復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]實(shí)施方式涉及一種數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，該數(shù)字全息圖顯示設(shè)備包括:空間光調(diào)制器，其包括第一像素和第二像素，所述第一像素通過調(diào)制第一平面偏振光的相位來輸出第一調(diào)制光，所述第二像素通過調(diào)制所述第一平面偏振光的相位來輸出第二調(diào)制光，其中，所述第二像素與所述第一像素相鄰；和光組合器，其改變從所述第一像素輸出的所述第一調(diào)制光的路徑，使得所述第一調(diào)制光的路徑對應(yīng)于從所述第二像素輸出的所述第二調(diào)制光的路徑，以將所述第一調(diào)制光所述第二調(diào)制光組合在一起，其中，所述第一調(diào)制光的相位與所述第二調(diào)制光的相位不同。
[0010]在該
【發(fā)明內(nèi)容】
中描述的特征和優(yōu)點(diǎn)以及下面的詳細(xì)描述不是為了限制。根據(jù)附圖、說明書和權(quán)利要求，多個(gè)附加的特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是明顯的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的使用計(jì)算機(jī)生成全息術(shù)的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2是示出數(shù)字全息圖顯示設(shè)備的示意圖的框圖。
[0013]圖3是詳細(xì)示出圖2的空間光調(diào)制器的截面圖。
[0014]圖4A至4C是空間光調(diào)制器的像素的截面圖。
[0015]圖5是示出圖2的背光單元、空間光調(diào)制器、相位延遲板、光組合器和偏振器的截面圖。
[0016]圖6是示出光組合器的第一光束路徑轉(zhuǎn)換膜和第二光束路徑轉(zhuǎn)換膜的示例示圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0017]下面參照附圖更全面地描述實(shí)施方式。在整個(gè)說明書中相同的標(biāo)號指示相同的元件。在下面的描述中，如果確定與實(shí)施方式相關(guān)的公知功能或配置的詳細(xì)描述使主題不清楚，則將省略詳細(xì)的描述。
[0018]本公開涉及通過使用復(fù)合(complex)調(diào)制來將3D圖像顯示為全息圖的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備。復(fù)合調(diào)制表示調(diào)制光的相位和振幅二者。光的干涉可以通過復(fù)合調(diào)制而被最大化。
[0019]圖2是示出數(shù)字全息圖顯示設(shè)備的示意圖的框圖。參照圖2，根據(jù)示例實(shí)施方式的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備包括空間光調(diào)制器(在下文中，稱為SLM) 100、SLM驅(qū)動器110、背光單元200、背光驅(qū)動器210、光組合器300、相位延遲板400、偏振器500和控制器600。
[0020]SLM100實(shí)現(xiàn)為透射型液晶面板，該透射型液晶面板在上基板和下基板之間包括液晶層。像素按照矩陣形式設(shè)置在由數(shù)據(jù)線和選通線的交叉結(jié)構(gòu)限定的單元區(qū)域中。每個(gè)像素連接到薄膜晶體管。響應(yīng)于通過選通線提供的選通脈沖，薄膜晶體管將經(jīng)由數(shù)據(jù)線提供的數(shù)據(jù)電壓傳送給像素的下電極。每個(gè)像素通過由下基板的下電極和上基板的上電極之間的電場驅(qū)動液晶層的液晶來控制光的透射率。根據(jù)示例實(shí)施方式的SLM100實(shí)現(xiàn)為電控雙折射(ECB)模式。但是，實(shí)施方式不限于此，SLMlOO實(shí)現(xiàn)為諸如扭曲向列(TN)模式、垂直配向(VA)模式、面內(nèi)切換(IPS)模式和邊緣場切換(FFS)模式的任何液晶模式。
[0021]SLM100的像素被劃分成第一像素和第二像素。第一像素限定為在SLM100的奇數(shù)行上形成的像素，并且第二像素限定為在SLM100的偶數(shù)行上形成的像素。尤其是，第一像素與第二像素相鄰。另外，由第一像素調(diào)制的光的相位不同于由第二像素調(diào)制的光的相位。即，第一像素輸出第一調(diào)制光，第二像素輸出第二調(diào)制光，并且第一調(diào)制光的相位不同于第二調(diào)制光的相位。將參照圖3和圖4A至4C更具體地描述用于調(diào)制第一像素和第二像素的相位的方法。
[0022]SLM驅(qū)動器110包括選通驅(qū)動器和數(shù)據(jù)驅(qū)動器。數(shù)據(jù)驅(qū)動器從控制器600接收數(shù)字視頻數(shù)據(jù)DATA。在控制器600的控制下，數(shù)據(jù)驅(qū)動器將數(shù)字視頻數(shù)據(jù)DATA轉(zhuǎn)換為模擬數(shù)據(jù)電壓。數(shù)據(jù)驅(qū)動器向SLM100的數(shù)據(jù)線提供模擬數(shù)據(jù)電壓。選通驅(qū)動器向SLM100的選通線順序地提供與數(shù)據(jù)電壓同步的選通脈沖。
[0023]SLM布置在背光單元200上。背光單元200包括多個(gè)光源。光源可以實(shí)現(xiàn)為激光二極管或準(zhǔn)直發(fā)光二極管(LED)。另外，光源可以實(shí)現(xiàn)為多種顏色的組合(例如，紅色、綠色和藍(lán)色的組合)或諸如白色的一種顏色。背光驅(qū)動器210在控制器600的控制下向背光單元200提供驅(qū)動電流以開啟和關(guān)閉背光單元200的光源。
[0024]光組合器300改變從第一像素輸出的第一調(diào)制光的路徑，使得第一調(diào)制光的路徑對應(yīng)于從第二像素輸出的第二調(diào)制光的路徑。因此，光組合器300將第一調(diào)制光和第二調(diào)制光組合在一起。將參照圖5和圖6更具體地描述光組合器300。
[0025]相位延遲板400布置在SLM100和光組合器300之間。相位延遲板400包括光通過層和半波層，所述光通過層使得從第一像素輸出的第一調(diào)制光按照原樣通過，所述半波層延遲從第二像素輸出的第二調(diào)制光的相位。偏振器500布置在光組合器300上。偏振器500的透射層和第一調(diào)制光的偏振方向或第二調(diào)制光的偏振方向之間的差是45°。將參照圖5更具體地描述相位延遲板400和偏振器500。
[0026]同時(shí)，根據(jù)示例實(shí)施方式的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備還包括物鏡和眼睛跟蹤單元。物鏡布置在偏振器500上。物鏡可以使從偏振器500輸出的光聚集到一點(diǎn)。另外,針對眼睛跟蹤單元，需要用戶檢測器。
[0027]控制器600通過控制SLM驅(qū)動器110來驅(qū)動SLM100?？刂破?00從外部計(jì)算機(jī)或外部視頻處理單元接收數(shù)字視頻數(shù)據(jù)DATA和定時(shí)信號?？刂破?00通過將補(bǔ)償數(shù)據(jù)與數(shù)字視頻數(shù)據(jù)DATA相加來計(jì)算數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)DATA’。控制器600向數(shù)據(jù)驅(qū)動器輸出數(shù)字視頻數(shù)據(jù)DATA和數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)DATA’。將參照圖5更具體地描述數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)DATA’和補(bǔ)償數(shù)據(jù)。定時(shí)信號可以包括垂直同步信號、水平同步信號、數(shù)據(jù)使能信號和時(shí)鐘信號。控制器600生成用于控制選通驅(qū)動器的選通控制信號GCS和用于控制數(shù)據(jù)驅(qū)動器的數(shù)據(jù)控制信號DCS?？刂破?00向選通驅(qū)動器輸出選通控制信號GCS,并向數(shù)據(jù)驅(qū)動器輸出數(shù)據(jù)控制信號DCS。另外,控制器600向背光驅(qū)動器210輸出背光控制數(shù)據(jù)Dbl以控制背光驅(qū)動器210。
[0028]圖3是詳細(xì)示出圖2的空間光調(diào)制器的截面圖。參照圖3，多個(gè)像素按照矩陣形式形成在SLM100中。SLM100包括上基板US、下基板LS以及在上基板US與下基板LS之間的液晶層LC。上電極UE形成在上基板US的與下基板LS相對的第一表面的全部上。下電極LE形成在下基板LS的與上基板US相對的第一平面上。每一個(gè)下電極LE連接到薄膜晶體管。響應(yīng)于選通線的選通脈沖，薄膜晶體管向下電極提供數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)電壓?？梢栽陔娍仉p折射(ECB)模式中驅(qū)動液晶層LC。在ECB模式中驅(qū)動的液晶層LC可以在O到2 π的范圍內(nèi)調(diào)制光的相位?？梢酝ㄟ^將液晶的折射率各向異性與液晶層LC的厚度相乘在一起來確定液晶的相位調(diào)制值。液晶層LC的厚度與單元間隙d相同。
[0029]SLM100還包括涂敷在上電極UE上的上絕緣體層ΠΝ。上絕緣體層ΠΝ可以用作用于設(shè)置液晶的預(yù)傾角的配向?qū)?。SLM100還包括涂敷在下電極LE上的下絕緣體層LIN。下絕緣體層LIN可以用作配向?qū)印?br> [0030]圖4A至4C是空間光調(diào)制器的像素的截面圖。根據(jù)上電極UE和下電極LE之間的電壓差的液晶的排列示出在圖4A至4C中。液晶的排列根據(jù)在上電極UE和下電極LE之間的電壓差而改變。
[0031 ] 在ECB模式中驅(qū)動的液晶通過根據(jù)上電極UE和下電極LE之間的電壓差控制液晶的角度而生成折射率各向異性。折射率各向異性可以用下面的等式表達(dá):
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，該數(shù)字全息圖顯示設(shè)備包括: 空間光調(diào)制器，其包括第一像素和第二像素，所述第一像素通過調(diào)制第一平面偏振光的相位來輸出第一調(diào)制光，所述第二像素通過調(diào)制所述第一平面偏振光的相位來輸出第二調(diào)制光，其中，所述第二像素與所述第一像素相鄰；和 光組合器，其改變從所述第一像素輸出的所述第一調(diào)制光的路徑，使得所述第一調(diào)制光的路徑對應(yīng)于從所述第二像素輸出的所述第二調(diào)制光的路徑，以將所述第一調(diào)制光所述第二調(diào)制光組合在一起， 其中，所述第一調(diào)制光的相位與所述第二調(diào)制光的相位不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，該數(shù)字全息圖顯示設(shè)備還包括: 背光單元，其包括向所述空間光調(diào)制器照射所述第一平面偏振光的光源，其中，所述空間光調(diào)制器布置在所述背光單元上；和 相位延遲板，其包括光通過層和半波層，所述光通過層使得從所述第一像素輸出的所述第一調(diào)制光按照原樣通過，所述半波層延遲從所述第二像素輸出的所述第二調(diào)制光的相位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備， 其中，所述光通過層與所述第一像素相對，并且所述半波層與所述第二像素相對。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，該數(shù)字全息圖顯示設(shè)備還包括偏振器，所述偏振器布置在所述光組合器上，其中，所述偏振器的透射層和所述第一調(diào)制光的偏振方向之間的差是45°，并且所述透射層和所述第二調(diào)制光的偏振方向之間的差是45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，其中，所述第一調(diào)制光是水平偏振光， 其中，所述第二調(diào)制光是垂直偏振光， 其中，所述偏振器的透射層透射+45°或-45°的偏振光。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，其中，所述光組合器包括: 第一光轉(zhuǎn)換膜，其將所述第一調(diào)制光的路徑改變?yōu)樗龅诙{(diào)制光的路徑的方向；和 第二光轉(zhuǎn)換膜，其改變所述第一調(diào)制光的路徑，使得所述第一調(diào)制光被輸出為與所述第二調(diào)制光平行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，其中，所述光組合器還包括間隔體，所述間隔體在所述第一光轉(zhuǎn)換膜和第二光轉(zhuǎn)換膜之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，其中，黑色圖案在第二光轉(zhuǎn)換膜上形成為與所述第一像素相對，以阻擋所述第一調(diào)制光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，其中，所述第一平面偏振光、所述第一調(diào)制光和所述第二調(diào)制光是平行光線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，其中，所述光源發(fā)射激光束。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，其中，所述第一像素形成在所述空間光調(diào)制器的奇數(shù)行上，并且所述第二像素形成在所述空間光調(diào)制器的偶數(shù)行上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，其中，所述空間光調(diào)制器在上基板和下基板之間包括液晶層，其中，所述液晶層在O到2 π的范圍內(nèi)改變所述第一平面偏振光的相位。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息圖顯示設(shè)備，該數(shù)字全息圖顯示設(shè)備還包括控制器，所述控制器通過將補(bǔ)償數(shù)據(jù)與輸入數(shù)字視頻數(shù)據(jù)相加來計(jì)算數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，進(jìn)行控制以將所述輸入數(shù)字視頻數(shù)據(jù)提供給所述第一像素，并將所述數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)提供給所述第二像素， 其中，所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)是考慮所述第一調(diào)制光的行程范圍和所述第二調(diào)制光的行程范圍為了延遲所述第二調(diào)制光的相位而計(jì)算的。
【文檔編號】G03H1/22GK103792826SQ201310369752
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月31日
【發(fā)明者】尹珉郕, 金善宇, 辛?xí)F泳 申請人:樂金顯示有限公司