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一種彩色全息聚合物分散液晶光柵的制備方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510407609.5

申請日:

2015.07.13

公開號:

CN105044962A

公開日:

2015.11.11

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||專利申請權的轉移IPC(主分類):G02F 1/1334登記生效日:20180503變更事項:申請人變更前權利人:上海理工大學變更后權利人:上海理工大學變更事項:地址變更前權利人:200093 上海市楊浦區軍工路516號變更后權利人:200093 上海市楊浦區軍工路516號變更事項:申請人變更后權利人:上海羅曼照明科技股份有限公司|||實質審查的生效IPC(主分類):G02F 1/1334申請日:20150713|||公開
IPC分類號: G02F1/1334; G02B5/18; G02B27/22 主分類號: G02F1/1334
申請人: 上海理工大學
發明人: 王康妮; 鄭繼紅; 高輝; 陸飛躍; 李道萍; 桂坤; 陳軼陽; 王青青; 鄭拓; 莊松林
地址: 200093上海市楊浦區軍工路516號
優先權:
專利代理機構: 上海申匯專利代理有限公司31001 代理人: 吳寶根
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510407609.5

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.06.26|||2018.05.22|||2015.12.09|||2015.11.11

法律狀態類型:

授權|||專利申請權、專利權的轉移|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種彩色全息聚合物分散液晶光柵的制備方法,搭建多波段曝光光路,使用反射式液晶空間光調制器,在其上加載不同黑白條紋圖片,制備不同子光柵,實現在曝光時無需對光路的器件做任何的移動,方便快捷,重復率高;另外由于采用紅綠藍三原色激光曝光,并且曝光角度保持不變,根據全息記錄和再現原理,使得顯示器上R、G、B三種顏色光均能以相同的出射角度出射,實現無色差的立體顯示圖像分束;使用的聚合物分散液晶材料為多光引發劑與協引發劑共同作用的材料,最終所得的聚合物分散液晶材料具有可在紅光632.8nm、綠光532nm、藍光441.6nm等多波段曝光的特性。實現立體顯示中的左、右眼圖像分束功能。具有較高的圖像分束效果且完全無色差的優點。

權利要求書

1.一種彩色全息聚合物分散液晶光柵的制備方法,其特征在于,具體包括如下步驟:1)搭建多路激光光束合一光路:將輸出波長為632.8nm的He-Ne激光器、第一分光棱鏡、第二分光棱鏡同軸依次搭建,并與平臺始終保持水平,再將輸出波長為532nm的半導體泵浦固體激光器、輸出波長為441.6nm的He-Cd激光器分別放置在兩個分光棱鏡的一側,兩束激光分別打在兩個分光棱鏡上,并且兩束激光方向與He-Ne激光器的輸出激光方向垂直,調整三個激光器和兩個分光棱鏡的位置,使He-Ne激光器、半導體泵浦固體激光器、He-Cd激光器通過兩個分光棱鏡的透射或反射后三束光重合在同一光路上出射;2)搭建激光擴束、調制光路:三束重合光出射后依次通過與兩個分光棱鏡同軸線的小孔濾波器和準直鏡,調節小孔濾波器,使出射光為均勻的光斑,調節準直鏡與小孔濾波器之間的距離,使光斑為平行光出射,光斑經反射式液晶空間光調制器反射,反射式液晶空間光調制器由電腦控制,加載所需的黑白條紋圖像,將光斑調制成所需的光束;3)搭建曝光光路:使用第三分光棱鏡,第三分光棱鏡置于轉動旋轉臺上,第三分光棱鏡可被轉動旋轉臺帶動旋轉位置,反射式液晶空間光調制器輸出的調制光束通過第三分光棱鏡分成兩束,其中一束為透射光束,另一束反射光再經第一反射鏡或第二反射鏡反射后與透射光束重合,輻照在待曝光的液晶盒上,兩個反射鏡以第三分光棱鏡為中心,對稱置于第三分光棱鏡的兩側,經第一反射鏡或第二反射鏡反射的反射光與第三分光棱鏡的透射光的夾角θ相等;4)液晶盒在曝光光路中進行全息曝光具體步驟如下:A:進行左眼光柵的曝光,通過第三分光棱鏡的反射光通過第一反射鏡反射,打開He-Ne激光器,在反射式液晶空間光調制器上加載對應左眼R像素位置的黑白條紋,通過調節空間調制器的對比度,使得白條紋處激光通過,黑條紋處激光不通過,經過第三分光棱鏡的兩束光在液晶盒上對應顯示器的左眼R像素位置上進行全息曝光,經過10分鐘后制備得到632.8nm曝光的左眼分束子光柵,關閉He-Ne激光器;B:打開半導體泵浦固體激光器,在反射式液晶空間光調制器上加載對應左眼G像素位置的黑白條紋,對液晶盒進行曝光1min,在對應顯示器的左眼G像素的位置上制備得到532nm曝光的左眼分束子光柵,關閉半導體泵浦固體激光器;C:打開He-Cd激光器,在反射式液晶空間光調制器上加載對應左眼B像素位置的黑白條紋,對液晶盒進行曝光20min,在對應顯示器的左眼B像素的位置上制備得到441.6nm曝光的左眼分束子光柵,關閉He-Cd激光器,完成左眼的三種子光柵曝光;D:進行右眼光柵的曝光,轉動旋轉臺順時針旋轉90°,帶第三動分光棱鏡旋轉90°,通過第三分光棱鏡的反射光通過第二反射鏡反射,同理依次打開三個激光器,同時更換反射式液晶空間光調制器上加載的圖片,完成右眼分束的三種子光柵的制備,最終得到彩色全息聚合物分散液晶光柵。2.根據權利要求1所述彩色全息聚合物分散液晶光柵的制備方法,其特征在于,所述夾角θ為人眼看明視距離物體時左右眼視線的半角度,將顯示器屏幕與制備完成的光柵與相貼合,人眼距顯示器的距離為L,人眼瞳距為D,根據幾何關系可計算出。3.根據權利要求1、2所述彩色全息聚合物分散液晶光柵的制備方法,其特征在于,所述液晶盒的制備方法:第一步:聚合物分散液晶材料的制備:聚合物分散液晶材料按質量百分比計算,其原料組成及含量如下:光引發劑1為孟加拉紅RoseBengal,含量0.15%;光引發劑2為亞甲基藍Methyleneblue,含量0.15%;協引發劑1為N-Phenylglycine,含量0.4%;協引發劑2為對甲苯磺酸一水合物p-Toluenesulfonicacidmonohydrate,含量0.4%;交聯劑為1-Vinyl-2-pyrrolidinone,含量10%;表面活化劑為POE(20)sorbitanmonooleate,含量10%;納米金屬顆粒為納米銀顆粒,含量0.05%;聚合物為丙烯酸單體EB8301,含量43.85%;向列液晶為99.9%TEB50+0.1%CB15的混合液晶,含量35%;可用于多波段曝光的聚合物分散液晶材料通過如下方法配置:將光引發劑1、光引發劑2、協引發劑1、協引發劑2、交聯劑、表面活化劑、納米金屬顆粒、聚合物以及向列液晶在避光的條件下用超聲乳化儀混合加熱均勻,在暗室中靜置24-48小時后,制得聚合物分散液晶材料;所述的混合加熱的溫度優選控制為47℃;第二步:含有聚合物分散液晶材料的液晶盒的制備:在一片選用的透明玻璃中央滴入一滴第一步制備的聚合物分散液晶材料,再覆蓋上另一片同樣大小的透明玻璃,待材料在兩片玻璃之間均勻擴散后即制備得到含有聚合物分散液晶材料的液晶盒;透明玻璃片的大小根據實際顯示器的尺寸來裁剪,以使得所制備的光柵尺寸與顯示器尺寸相匹配。4.根據權利要求1、2所述彩色全息聚合物分散液晶光柵的制備方法,其特征在于,所述加載的黑白條紋中黑條紋和白條紋的寬度比例為5:1,白條紋的寬度為顯示器一個子像素的寬度。

說明書

一種彩色全息聚合物分散液晶光柵的制備方法

技術領域

本發明涉及一種立體顯示器技術,特別涉及一種實現立體顯示圖像分束功能的彩色全息聚合物分散液晶光柵制備方法。

背景技術

人的雙眼瞳孔在水平方向上的間距大約為65mm,因此在觀察同一物體時,將會存在兩個稍有不同的視角,由于光學的投影,距離觀察者不同的像點落在左右眼視網膜相應的不同位置上,這種雙眼視網膜上的水平位差被稱為雙目視差,通過神經網絡的融合在人腦中形成立體視覺。

目前,大部分的立體顯示系統都是依據雙目感知立體信息的機理來獲取立體視覺。早期的立體顯示器都需要佩戴特定的眼鏡才能觀看,雖然可以獲得立體視覺,但是佩戴眼鏡阻礙了人的自然視覺感受。

不需要借助輔助工具觀看三維立體影像的技術滿足了人們追求裸眼觀看3D效果的需求,目前主流的技術包括基于視差的自動立體顯示、全息顯示和體積顯示。

基于雙目視差原理成像的裸眼立體顯示有雙液晶物鏡顯示、反射顯示、菲涅爾透鏡、狹縫式視差光柵和柱面透鏡等分光方法。而目前主流的方法有兩種,即狹縫式視差光柵式和微柱面透鏡陣列式顯示器。前者使用一系列簡單的垂線來阻擋從被選擇的組成像素發出的光線達到用戶的眼睛。通過仔細選擇屏障形狀,可以調節觀看窗口的位置和角度。視差屏障的主要缺點是屏障將分別進入左右兩眼的光線各阻擋了二分之一,故不可避免的造成顯示亮度的損失。而為了彌補這一損失,顯示器背光單元則必須將其功率至少提升至原來的兩倍,這也帶來了功率、散熱和成本等一系列問題。不僅如此,狹縫式視差光柵立體顯示器的顯示面板中的金屬配線的延伸方向會和光柵狹縫的方向重合,會造成疊紋效應,即觀看者會觀察到屏幕上明暗的紋路,嚴重影響觀賞效果。而后者,微柱面透鏡式立體顯示器,則不存在上述問題,這一技術利用柱面透鏡將兩側子像素發出的光線分別偏折向不同方向來實現雙眼視差。因此,這一類型的立體顯示器非常適合低功耗、薄厚度的發展趨勢。

然而,基于傳統技術的微柱面透鏡式立體顯示器也存在著一些問題。首先是加工難度大:以長寬比16:10的19寸液晶顯示器面板為例,其實際橫向長度為408.24mm,橫向像素共排1440列,即每列僅0.2835mm寬。如果采用傳統透鏡的制作方法,如采用光學玻璃或樹脂材料,則在如此窄小的半徑上高精度的塑形,其對工藝和設備要求是非常高的。其次,微透鏡必須與每列像素精確匹配對準,微小的誤差都會造成相鄰像素間的嚴重串擾,這就對成品率造成了很大的影響。上述的這些成本和功能性方面的問題都不可避免的弱化了微柱面透鏡式立體顯示器的優勢。

雖然我們曾經提出采用電控全息聚合物分散液晶光柵實現立體顯示功能,但是通常的光柵是僅對于532nm綠激光曝光,并不能實現632.8nm紅激光和441.6nm藍激光的曝光,因此不能解決顯示器系統存在的色差問題。

發明內容

本發明是針對現在傳統彩色立體顯示分束器存在的問題,提出了一種彩色全息聚合物分散液晶光柵的制備方法,本發明提出的多光引發劑和協引發劑共同作用的新型聚合物分散液晶材料制備的光柵能滿足632.8nm、532nm和441.6nm三種波段激光同時曝光,并且具有較好的分光效果。因此,基于此提出的能夠實現立體顯示圖像分束功能的全息聚合物分散液晶光柵能有效解決顯示器系統的色差問題。

本發明的技術方案為:一種彩色全息聚合物分散液晶光柵的制備方法,具體包括如下步驟:

1)搭建多路激光光束合一光路:將輸出波長為632.8nm的He-Ne激光器、第一分光棱鏡、第二分光棱鏡同軸依次搭建,并與平臺始終保持水平,再將輸出波長為532nm的半導體泵浦固體激光器、輸出波長為441.6nm的He-Cd激光器分別放置在兩個分光棱鏡的一側,兩束激光分別打在兩個分光棱鏡上,并且兩束激光方向與He-Ne激光器的輸出激光方向垂直,調整三個激光器和兩個分光棱鏡的位置,使He-Ne激光器、半導體泵浦固體激光器、He-Cd激光器通過兩個分光棱鏡的透射或反射后三束光重合在同一光路上出射;

2)搭建激光擴束、調制光路:三束重合光出射后依次通過與兩個分光棱鏡同軸線的小孔濾波器和準直鏡,調節小孔濾波器,使出射光為均勻的光斑,調節準直鏡與小孔濾波器之間的距離,使光斑為平行光出射,光斑經反射式液晶空間光調制器反射,反射式液晶空間光調制器由電腦控制,加載所需的黑白條紋圖像,將光斑調制成所需的光束;

3)搭建曝光光路:使用第三分光棱鏡,第三分光棱鏡置于轉動旋轉臺上,第三分光棱鏡可被轉動旋轉臺帶動旋轉位置,反射式液晶空間光調制器輸出的調制光束通過第三分光棱鏡分成兩束,其中一束為透射光束,另一束反射光再經第一反射鏡或第二反射鏡反射后與透射光束重合,輻照在待曝光的液晶盒上,兩個反射鏡以第三分光棱鏡為中心,對稱置于第三分光棱鏡的兩側,經第一反射鏡或第二反射鏡反射的反射光與第三分光棱鏡的透射光的夾角θ相等;

4)液晶盒在曝光光路中進行全息曝光具體步驟如下:

A:進行左眼光柵的曝光,通過第三分光棱鏡的反射光通過第一反射鏡反射,打開He-Ne激光器,在反射式液晶空間光調制器上加載對應左眼R像素位置的黑白條紋,通過調節空間調制器的對比度,使得白條紋處激光通過,黑條紋處激光不通過,經過第三分光棱鏡的兩束光在液晶盒上對應顯示器的左眼R像素位置上進行全息曝光,經過10分鐘后制備得到632.8nm曝光的左眼分束子光柵,關閉He-Ne激光器;

B:打開半導體泵浦固體激光器,在反射式液晶空間光調制器上加載對應左眼G像素位置的黑白條紋,對液晶盒進行曝光1min,在對應顯示器的左眼G像素的位置上制備得到532nm曝光的左眼分束子光柵,關閉半導體泵浦固體激光器;

C:打開He-Cd激光器,在反射式液晶空間光調制器上加載對應左眼B像素位置的黑白條紋,對液晶盒進行曝光20min,在對應顯示器的左眼B像素的位置上制備得到441.6nm曝光的左眼分束子光柵,關閉He-Cd激光器,完成左眼的三種子光柵曝光;

D:進行右眼光柵的曝光,轉動旋轉臺順時針旋轉90°,帶第三動分光棱鏡旋轉90°,通過第三分光棱鏡的反射光通過第二反射鏡反射,同理依次打開三個激光器,同時更換反射式液晶空間光調制器上加載的圖片,完成右眼分束的三種子光柵的制備,最終得到彩色全息聚合物分散液晶光柵。

所述夾角θ為人眼看明視距離物體時左右眼視線的半角度,將顯示器屏幕與制備完成的光柵與相貼合,人眼距顯示器的距離為L,人眼瞳距為D,根據幾何關系可計算出。

所述彩色全息聚合物分散液晶光柵的制備方法,其特征在于,所述液晶盒的制備方法:

第一步:聚合物分散液晶材料的制備:

聚合物分散液晶材料按質量百分比計算,其原料組成及含量如下:

光引發劑1為孟加拉紅RoseBengal,含量0.15%;

光引發劑2為亞甲基藍Methyleneblue,含量0.15%;

協引發劑1為N-Phenylglycine,含量0.4%;

協引發劑2為對甲苯磺酸一水合物p-Toluenesulfonicacidmonohydrate,含量0.4%;

交聯劑為1-Vinyl-2-pyrrolidinone,含量10%;

表面活化劑為POE(20)sorbitanmonooleate,含量10%;

納米金屬顆粒為納米銀顆粒,含量0.05%;

聚合物為丙烯酸單體EB8301,含量43.85%;

向列液晶為99.9%TEB50+0.1%CB15的混合液晶,含量35%;

可用于多波段曝光的聚合物分散液晶材料通過如下方法配置:將光引發劑1、光引發劑2、協引發劑1、協引發劑2、交聯劑、表面活化劑、納米金屬顆粒、聚合物以及向列液晶在避光的條件下用超聲乳化儀混合加熱均勻,在暗室中靜置24-48小時后,制得聚合物分散液晶材料;所述的混合加熱的溫度優選控制為47℃;

第二步:含有聚合物分散液晶材料的液晶盒的制備:在一片選用的透明玻璃中央滴入一滴第一步制備的聚合物分散液晶材料,再覆蓋上另一片同樣大小的透明玻璃,待材料在兩片玻璃之間均勻擴散后即制備得到含有聚合物分散液晶材料的液晶盒;透明玻璃片的大小根據實際顯示器的尺寸來裁剪,以使得所制備的光柵尺寸與顯示器尺寸相匹配。

所述加載的黑白條紋中黑條紋和白條紋的寬度比例為5:1,白條紋的寬度為顯示器一個子像素的寬度。

本發明的有益效果在于:本發明彩色全息聚合物分散液晶光柵的制備方法,使用反射式液晶空間光調制器LCOS,在反射式液晶空間光調制器上加載多組黑白條紋圖片,在制備不同子光柵時改變加載的圖片,可以實現在曝光時無需對光路的器件做任何的移動,方便快捷,重復率高;另外由于采用紅綠藍三原色激光曝光,并且曝光角度保持不變,根據全息記錄和再現原理,使得顯示器上R、G、B三種顏色光均能以相同的出射角度出射,因此能夠實現無色差的立體顯示圖像分束;使用的聚合物分散液晶材料為多光引發劑與協引發劑共同作用的材料,最終所得的聚合物分散液晶材料具有可在紅光632.8nm、綠光532nm、藍光441.6nm等多波段曝光的特性。實現立體顯示中的左、右眼圖像分束功能。相較于現有技術中的彩色立體顯示圖像分束,本技術具有較高的圖像分束效果且完全無色差的優點。

附圖說明

圖1為本發明實現立體顯示圖像分束功能的光柵制備光路圖;

圖2為光柵制備光路中曝光角度計算關系圖;

圖3為本發明中反射式液晶空間光調制器LCOS上加載的用于制備632.8nm曝光的左眼分束光柵的圖片;

圖4為本發明中反射式液晶空間光調制器LCOS上加載的用于制備532nm曝光的左眼分束光柵的圖片;

圖5為本發明中反射式液晶空間光調制器LCOS上加載的用于制備441.6nm曝光的左眼分束光柵的圖片;

圖6為本發明中反射式液晶空間光調制器LCOS上加載的用于制備632.8nm曝光的右眼分束光柵的圖片;

圖7為本發明中反射式液晶空間光調制器LCOS上加載的用于制備532nm曝光的右眼分束光柵的圖片;

圖8為本發明中反射式液晶空間光調制器LCOS上加載的用于制備441.6nm曝光的右眼分束光柵的圖片;

圖9為本發明制備的光柵進行圖像分束測試的光路圖;

圖10為本發明中用于圖像分束測試的分束圖樣;

圖11為本發明圖樣分束效果圖。

具體實施方式

如圖1所示為全息聚合物分散液晶光柵制備的光路圖,實現立體顯示圖像分束功能的全息聚合物分散液晶光柵的制備步驟如下:

1、搭建多路激光光束合一光路:將He-Ne激光器101(波長為632.8nm)、分光棱鏡201、203同軸依次搭建,并與平臺始終保持水平,再將半導體泵浦固體激光器102(波長為532nm)、He-Cd激光器103(波長為441.6nm)分別放置在兩個分光棱鏡201、202的一側,兩束激光分別打在分光棱鏡201、202上,并且兩束激光方向與He-Ne激光器101的輸出激光方向垂直,仔細調整激光器101、102、103和分光棱鏡201、202的位置,使He-Ne激光器101、半導體泵浦固體激光器102、He-Cd激光器103通過分光棱鏡201、202的透射或反射后三束光重合在同一光路上出射;

2、搭建激光擴束、調制光路:三束重合光出射后依次通過與分光棱鏡201、202同軸線的小孔濾波器3和準直鏡4,調節小孔濾波器3,使出射光為均勻的光斑,調節準直鏡4與小孔濾波器3之間的距離,使光斑為平行光出射,光斑經反射式液晶空間光調制器LCOS5反射,LCOS5由電腦6控制,加載所需的黑白條紋圖像,從而將光斑調制成所需的光束;

3、搭建曝光光路:使用分光棱鏡203,分光棱鏡203置于轉動旋轉臺7上,分光棱鏡203可被轉動旋轉臺7帶動旋轉位置,將反射式液晶空間光調制器LCOS5輸出的調制光束分成兩束,其中一束為經過分光棱鏡203透射的光束,另一束反射光再經反射鏡801或反射鏡802反射后與透射光束重合,輻照在待曝光的液晶盒9上,反射鏡801和反射鏡802以分光棱鏡203為中心,對稱置于分光棱鏡203的兩側,經反射鏡801或反射鏡802反射的反射光與分光棱鏡203的透射光的夾角θ相等,該夾角的大小取決于左眼和右眼的圖像分束角度,可根據人眼距離顯示屏的位置和人眼瞳孔距離進行幾何計算,圖1中所示夾角θ為8°,為人眼看明視距離物體時左右眼視線的半角度,幾何關系如圖2所示,將顯示器屏幕10與制備完成的光柵11與相貼合,人眼12距顯示器的距離為L,人眼瞳距為D,則根據幾何關系可計算出,此處L取值為25cm,D取值為7cm,則θ為8°。

具體制備六種子光柵時,首先進行左眼光柵的曝光,首先打開He-Ne激光器101,在反射式液晶空間光調制器LCOS5上加載出所需圖像如圖3所示,激光束經過加載黑白條紋的反射式液晶空間光調制器LCOS5后,通過調節空間調制器LCOS5的對比度,可以使得白條紋處激光通過,黑條紋處激光不通過,黑條紋和白條紋的寬度比例為5:1,白條紋的寬度為顯示器一個子像素的寬度,因此經過分光棱鏡203的兩束光在液晶盒9上對應顯示器的左眼R像素位置上進行全息曝光,經過10分鐘后制備得到632.8nm曝光的左眼分束子光柵。曝光完成后,關閉He-Ne激光器101,更換反射式液晶空間光調制器LCOS5加載的圖片如圖4所示,打開半導體泵浦固體激光器102,對液晶盒9進行曝光1min,在對應顯示器的左眼G像素的位置上制備得到532nm曝光的左眼分束子光柵。曝光完成后,關閉半導體泵浦固體激光器102,更換反射式液晶空間光調制器LCOS5加載的圖片如圖5所示,打開He-Cd激光器103,對液晶盒15進行曝光20min,在對應顯示器的左眼B像素的位置上制備得到441.6nm曝光的左眼分束子光柵。當左眼分束的三種子光柵曝光結束后,將轉動旋轉臺7順時針旋轉90°,帶動分光棱鏡203旋轉90°,使得激光經過分光棱鏡203后的一束反射光束經過反射鏡802后與透射光束在液晶盒9上進行全息曝光,此時按照左眼分束光柵的制備方法,依次打開He-Ne激光器101、半導體泵浦固體激光器102和He-Cd激光器103,同時更換反射式液晶空間光調制器LCOS5上加載的圖片如圖6、7和8所示,完成右眼分束的三種子光柵的制備。其中,反射式液晶空間光調制器LCOS5上加載的黑白條紋圖片中白條紋的寬度取決于顯示器中一個R、G或者B子像素的寬度,黑白條紋組的個數取決于顯示器中左眼或者右眼像素的個數,一組黑白條紋中黑條紋和白條紋的寬度比例為5:1,圖3、4、5、6、7和8所示的黑白條紋僅表示顯示器中只有一個左眼像素和一個右眼像素的最簡單情況。此處由于使用的反射式液晶空間光調制器LCOS5的分辨率是1920×1200,單一像素尺寸是8.1×8.1μm,顯示尺寸為15.552×9.72mm,因此為了將黑白條紋圖片完整加載到反射式液晶空間光調制器LCOS5上,圖3、4、5、6、7和8的分辨率也為1920×1200,其中白條紋寬度為2.592mm,黑條紋寬度為12.96mm。由于反射式液晶空間光調制器LCOS5上加載的圖片很容易更改,因此可以根據實際中顯示器的尺寸改變黑白條紋的個數和寬度。

待曝光的液晶盒9的制備方法:

第一步:聚合物分散液晶材料的制備:聚合物分散液晶材料按質量百分比計算,其原料組成及含量如下:

光引發劑10.15%

光引發劑20.15%

協引發劑10.4%

協引發劑20.4%

交聯劑10%

表面活化劑10%

納米金屬顆粒0.05%

聚合物43.85%

向列液晶35%

所述的光引發劑1為孟加拉紅RoseBengal(RB);

所述的光引發劑2為亞甲基藍Methyleneblue(Mb);

所述的協引發劑1為N-Phenylglycine(NPG);

所述的協引發劑2為對甲苯磺酸一水合物p-Toluenesulfonicacidmonohydrate(PTSAM);

所述的交聯劑為1-Vinyl-2-pyrrolidinone(NVP);

所述的表面活化劑為POE(20)sorbitanmonooleate(S-271);

所述的納米金屬顆粒是納米銀顆粒;

所述的聚合物為丙烯酸單體EB8301;

所述的向列液晶為99.9%TEB50+0.1%CB15的混合液晶;

上述的可用于多波段曝光的聚合物分散液晶材料通過如下方法配置:將光引發劑1、光引發劑2、協引發劑1、協引發劑2、交聯劑、表面活化劑、納米金屬顆粒、聚合物以及向列液晶在避光的條件下用超聲乳化儀混合加熱均勻,在暗室中靜置24-48小時后,制得聚合物分散液晶材料;所述的混合加熱的溫度優選控制為47℃;

第二步:含有聚合物分散液晶材料的液晶盒的制備:在一片2cm*1cm的透明玻璃中央滴入一滴第一步制備的聚合物分散液晶材料,再覆蓋上另一片2cm*1cm的透明玻璃,待材料在兩片玻璃之間均勻擴散后即制備得到含有聚合物分散液晶材料的液晶盒;透明玻璃片的大小可根據實際顯示器的尺寸來裁剪,以使得所制備的光柵尺寸與顯示器尺寸相匹配,由于此處使用的反射式液晶空間光調制器LCOS5的顯示尺寸為15.552×9.72mm,因此此處僅以2cm*1cm為例。

將制得的含有聚合物分散液晶材料的液晶盒9放置在25-30℃的條件下的如圖1所示的同軸曝光光路中進行全息曝光,實現液晶和聚合物的兩相分離后,即制得能夠實現立體顯示中左右眼圖像分束功能的全息聚合物分散液晶光柵。

所述的全息曝光過程中,He-Ne激光器曝光時間控制為10min,激光曝光光強控制為50mW,經過反射式液晶空間光調制器LCOS5后的曝光光束尺寸為2.592mm×1cm;半導體泵浦固體激光器曝光時間控制為1min,激光曝光光強控制為1W,經過反射式液晶空間光調制器LCOS5后的曝光光束尺寸為2.592mm×1cm;He-Cd激光器曝光時間控制為20min,激光曝光光強控制為75mW,經過反射式液晶空間光調制器LCOS5后的曝光光束尺寸為2.592mm×1cm。曝光尺寸取決于反射式液晶空間光調制器LCOS5上加載的圖片中白條紋的寬度,此處僅以2.592mm×1cm為例。

將上述制備的光柵進行圖像分束測試,如圖9所示分束光路,三種激光經過分光棱鏡后混合成為白光,依次經過貼有紅、綠、藍濾色片的分束圖樣13(如圖10所示)、全彩色立體顯示光柵11,被接收屏14接收,分束效果圖見圖11。圖10中15、16、17依次對應左眼分束的三種子光柵,18、19、20依次對應右眼分束的三種子光柵,15、18處貼上紅色濾色片并分別與He-Ne激光器101曝光的兩個子光柵重合,16、19處貼上綠色濾光片并與半導體泵浦固體激光器102曝光的兩個子光柵重合,17、20處貼上藍色濾光片并與He-Cd激光器103曝光的兩個子光柵重合。此處僅以圖10所示的貼有相應顏色濾色片的分束圖樣代替顯示器,實際中可根據顯示器尺寸,制備相應尺寸的全息聚合物分散液晶光柵,并與顯示器相貼合。

圖11中,中間能量最高的六個條紋為透射光,左邊下方較亮的條紋為三個左眼分束光柵的正一級衍射光,右邊上方較亮的條紋為右眼分束光柵的正一級衍射光,由此可以看出,分別位于分束圖樣的上方和下方的六條條紋經過全息光柵后以同樣的角度向左右眼方向進行分束,并進入人的左眼和右眼,為實現立體顯示提供了新的左右眼圖像分束方法。此外,需要說明的是,左邊上方較弱的條紋為右眼分束光柵的負一級衍射光,右邊下方較弱的條紋為左眼分束光柵的負一級衍射光,通過提高光柵的衍射效率,這兩處的光強將會下降,因此對較強的正一級衍射光將不產生影響。

綜上所述,本發明是通過借助一種新的聚合物分散液晶材料實現在632.8nm、532nm、441.6nm三種光場下的全息光柵曝光,在同一片液晶盒的不同區域制備六種不同的子光柵,并能夠實現立體顯示中的左、右眼圖像分束功能。相較于現有技術中的彩色立體顯示圖像分束,本技術具有較高的圖像分束效果且完全無色差的優點。

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一種 彩色 全息 聚合物 分散 液晶 光柵 制備 方法
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