CN106227017B - 一种反射式全息显示装置及其显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反射式全息显示装置及其显示方法，包括：用于提供参考光的前置光源模组，用于调节参考光的相位信息的相位板，以及用于调节参考光的振幅信息的显示面板；其中，前置光源模组位于显示面板的出光侧；显示面板具有反射层；相位板位于反射层的出光侧。由于本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中设置有前置光源模组、相位板和显示面板，通过调节显示面板上的灰阶和颜色，以及和相位板上相位的匹配，可实现不同亮度、颜色和景深图像的切换，从而实现反射式的动态三维全息显示，实现物体在空间的真实呈现。

Description

一种反射式全息显示装置及其显示方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤指一种反射式全息显示装置及其显示方法。
背景技术
全息显示图像属于一种最基本的全息显示图像。记录时利用相干光照射物体，物体表面的反射光和散射光到达记录干板后形成物光波；同时引入另一束参考光波(平面光波或球面光波)照射记录干板。对记录干板曝光后便可获得干涉图形，即全息显示图像。再现时，利用与参考光波相同的光波照射记录干板，人眼在透射光中观看全息板，便可在板后原物处观看到与原物完全相同的再现像，此时该像属于虚像。假如利用与参考光波的共轭光波相同的光波照射记录干板，即从记录干板右方射向记录干板而会聚一点的球面光波，则经记录干板衍射后会聚而形成原物的实像。
但是现有技术中，全息干板形成之后，相位和强度信息都已经固定，只能显示一幅图像，通过相位干板的叠加也只能形成几幅图像，无法实现动态显示。
因此，如何实现动态三维全息显示，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种反射式全息显示装置及其显示方法，可以实现不同亮度、颜色和景深图像的切换，从而实现反射式的动态三维全息显示。
因此，本发明实施例提供了一种反射式全息显示装置，包括：用于提供参考光的前置光源模组，用于调节所述参考光的相位信息的相位板，以及用于调节所述参考光的振幅信息的显示面板；其中，
所述前置光源模组位于所述显示面板的出光侧；
所述显示面板具有反射层；
所述相位板位于所述反射层的出光侧。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，所述显示面板包括多个像素单元组；各所述像素单元组包括至少一个独立驱动的子像素；
同一所述像素单元组中的各所述子像素显示的颜色相同。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，所述相位板具有多个与各所述像素单元组一一对应的相位板单元；各所述相位板单元分成多个子区域；
同一所述相位板单元中的各所述子区域对应的相位板的高度不同；或，同一所述相位板单元中的各所述子区域对应的相位板的折射率不同。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，在一个所述像素单元组和与所述像素单元组对应的相位板单元中，各所述子像素与各所述子区域一一对应；或，
一个所述子像素与多个所述子区域对应。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，所述显示面板包括阵列基板；所述反射层设置在所述阵列基板上。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，所述相位板直接设置在所述反射层的出光侧。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，所述显示面板还包括与所述阵列基板相对而置的对向基板；
所述相位板设置在所述对向基板面向所述阵列基板的一侧；或，
所述相位板设置在所述对向基板远离所述阵列基板的一侧。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，所述相位板设置在所述前置光源模组远离所述显示面板的一侧；或，
所述相位板设置在所述前置光源模组面向所述显示面板的一侧。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，所述显示面板的出光侧设置有偏光片；所述相位板设置在所述偏光片上。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，所述前置光源模组包括导光板，以及位于所述导光板入光侧的发光二极管；或，
所述前置光源模组包括背板，以及位于所述背板上且靠近所述显示面板出光侧的发光二极管。
本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置的显示方法，包括：
前置光源模组提供参考光；
相位板调节所述参考光的相位信息，以在设定的位置呈现全息显示；
显示面板调节所述参考光的振幅信息，以呈现动态全息图像。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种反射式全息显示装置及其显示方法，在反射式全息显示装置中设置了用于提供参考光的前置光源模组，用于调节参考光的相位信息的相位板，以及用于调节参考光的振幅信息的显示面板；其中，前置光源模组位于显示面板的出光侧；显示面板具有反射层；相位板位于反射层的出光侧。由于本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中设置有前置光源模组、相位板和显示面板，通过调节显示面板上的灰阶和颜色，以及和相位板上相位的匹配，可实现不同亮度、颜色和景深图像的切换，从而实现反射式的动态三维全息显示，实现物体在空间的真实呈现。
附图说明
图1为本发明实施例提供的反射式全息显示装置的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的反射式全息显示装置的结构示意图之二；
图3为本发明实施例提供的反射式全息显示装置的结构示意图之三；
图4为本发明实施例提供的反射式全息显示装置的结构示意图之四；
图5为本发明实施例提供的反射式全息显示装置的结构示意图之五；
图6为本发明实施例提供的反射式全息显示装置的结构示意图之六；
图7为本发明实施例提供的反射式全息显示装置的结构示意图之七；
图8为本发明实施例提供的反射式全息显示装置的原理示意图；
图9为本发明实施例提供的反射式全息显示装置中子像素与子区域之间的对应关系示意图之一；
图10为本发明实施例提供的反射式全息显示装置中子像素与子区域之间的对应关系示意图之二；
图11为本发明实施例提供的反射式全息显示装置的显示方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的反射式全息显示装置及其显示方法的具体实施方式进行详细地说明。
其中，附图中各膜层的厚度和形状不反映反射式全息显示装置的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供了一种反射式全息显示装置，如图1至图7所示，包括：用于提供参考光的前置光源模组1，用于调节参考光的相位信息的相位板2，以及用于调节参考光的振幅信息的显示面板3；其中，
前置光源模组1位于显示面板3的出光侧；
显示面板3具有反射层31；
相位板2位于反射层31的出光侧。
需要说明的是，附图1至图7中的显示面板3均为液晶显示面板，附图中的32为液晶层。而本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中的显示面板不仅仅可以设置为液晶显示面板，也可以设置为其它显示面板，不仅仅限于本发明附图中涉及到的结构，对于显示面板的种类，在此不做限定。另外，显示面板用于调节参考光的振幅信息，该振幅信息可以包括灰阶信息和颜色信息。
在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中设置了用于提供参考光的前置光源模组，用于调节参考光的相位信息的相位板，以及用于调节参考光的振幅信息的显示面板；其中，前置光源模组位于显示面板的出光侧；显示面板具有反射层；相位板位于反射层的出光侧。如图8所示，由于本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中设置有前置光源模组1、相位板2和显示面板3，灰阶信息和颜色信息由显示面板3提供，相位信息由相位板2提供，通过前置光源模组1提供参考光，再经显示面板3和相位板2的调节，实现全息图像的成像，通过调节显示面板3上的灰阶和颜色，以及和相位板2上相位的匹配，可实现不同亮度、颜色和景深图像的切换，从而实现反射式的动态三维全息显示，实现物体在空间的真实呈现。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，如图1至图4所示，显示面板包括阵列基板；反射层31可以设置在阵列基板上。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，当相位板位于阵列基板上时，如图1和图2所示，相位板2可以直接设置在反射层31的出光侧。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，显示面板还包括与阵列基板相对而置的对向基板；当相位板位于对向基板上时，如图3所示，相位板2可以设置在显示面板的对向基板面向阵列基板的一侧；或，如图4所示，相位板2可以设置在液晶显示面板的对向基板远离阵列基板的一侧。
需要说明的是，显示面板还可以包括彩膜层，而彩膜层可以设置在对向基板上，或者，也可以设置在阵列基板上。具体地，当彩膜层在对向基板上时，以图1和图4为例，彩膜层33直接设置在对向基板上，而相位板2可以直接设置在反射层31上，或者，相位板2可以设置在对向基板远离的一侧；当彩膜层在阵列基板上时，以图2和图3为例，彩膜层33设置在阵列基板的反射层31上，此时相位板2可以设置在彩膜层33和反射层31之间，或者，相位板2可以设置在对向基板面向阵列基板的一侧。当然，彩膜层和相位板的位置关系可以有多种，不仅仅限于附图1至图4中的位置关系，例如相位板2可以直接设置在彩膜层33上等等。
需要说明的是，在附图1至图4中，优选的结构为图2中的结构，该结构可以降低混色风险，防止产生色偏现象。
另外，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，当相位板位于前置光源模组上时，如图5所示，相位板2可以设置在前置光源模组1远离显示面板3的一侧；或，如图6所示，相位板2可以设置在前置光源模组1面向显示面板3的一侧。
或者，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，显示面板的出光侧可以设置有偏光片；如图7所示，相位板还可以设置在偏光片4上。
需要说明的是，如图5至图7所示，彩膜层33均设置在对向基板上。当然，彩膜层也可以设置在阵列基板上。此时，彩膜层和相位板的位置关系也可以有多种，不仅仅限于附图5至图7中的位置关系。在附图5至图7中，，优选的结构为图5中的结构，该结构中光线只需要经过一次位相板，光路更简单。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，显示面板包括多个像素单元组；各像素单元组包括至少一个独立驱动的子像素；同一像素单元组中的各子像素显示的颜色相同。将子像素的个数设定为N个，N≥2，N值越大，重现的图像越清晰。如图9和图10所示，将一个像素单元组分成了9个大小相同的子像素，分别为P1～P9。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，相位板可以具有多个与各像素单元组一一对应的相位板单元；各相位板单元可以分成多个子区域；同一相位板单元中的各子区域的相位不同，具体可以理解为，同一相位板单元中的各子区域对应的相位板的高度不同；或，同一相位板单元中的各子区域对应的相位板的折射率不同，这样选择不同的相位，可以实现出射光的相位不同，不同相位的光波汇聚到人眼，进而可以实现不同的景深。如图9和图10所示，左边示出的像素单元组与右边示出的相位板单元一一对应，相位板单元分成了9个大小相同的子区域，分别为R1～R9。
需要说明的是，本发明实施例提供的上述相位板一般是由衍射光栅构成，按照工作方式的不同，可以分为透射型和反射型。反射型光栅是在金属镜上刻画一道道痕迹，刻痕上发生全反射，未刻处在反射光方向发生衍射，相当于一组衍射光栅；透射型光栅是在光学平玻璃上刻画出一道道等间距的刻痕，刻痕处不透光，未刻出是透光的狭缝。
理论上光栅的m级衍射波的衍射角θ仅由光栅周期P、入射波的波长λ以及入射角θ0决定，
sinθ-sinθ0＝mλ/P(m＝0,±1,±2,…) (1)
一般情况下透射光栅的0级和一级衍射的衍射强度比较大，高阶的衍射级次相比前两者要小得多；0级衍射波是沿入射光方向的，一级衍射波的衍射方向可以由光栅的周期进行调控，所以此处对光线角度的调节一般使用的是一级衍射波(当出光方向等于或很接近入射波时，也可以使用零级衍射波)。当出光方向给定后，不同色光对应的光栅周期则由公式(1)决定。占空比一般为0.5，但在实际产品设计中可以偏离此值(比如出于调节出光的强度，平衡显示面板不同位置亮度的差异、工艺条件等原因)。光栅的高度，一般为300nm左右，可以稍微大一些如1um，也可以稍微小一些如200nm。出于消除、减弱或增强某种色光零级衍射波的目的，光栅的高度可以针对该波长进行设计，由于入射角是固定的，当该色波在光栅的栅条和空隙上的位相差为半波长奇数倍时，零级衍射波出现相干相消，零级波相干减弱，一级波增强；当位相差为波长整数倍时，零级波相干增强，一级波减弱。不同的色光可以选择不同的光栅高度，也可以选择相同的。
上述相位板可以是透射光栅，反射光栅，闪耀光栅，阶梯光栅，理论上都可以用上述公式解释。闪耀光栅也是一种反射型光栅，不同之处在于它的刻槽面与光栅面不平行，两者之间有一夹角γ，从而使单个槽面(相当于单缝)衍射的中央极大和各个槽面间的干涉零级主极大分开，将光能量从干涉零级主极大转移并集中到某一级光谱上去，实现该级光谱的闪耀。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，具体地，在一个像素单元组和与该像素单元组对应的相位板单元中，如图9所示，各子像素与各子区域一一对应，即P1与R1对应，P2与R2对应，P3与R3对应，P4与R4对应，P5与R5对应，P6与R6对应，P7与R7对应，P8与R8对应，P9与R9对应，此时参考光优选为准直光；或，如图10所示，一个子像素与多个子区域对应，即P5分别与R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9对应，此时参考光优选为具有一定发散角的入射光。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中，前置光源模组可以设置为侧入式入光或者直下式入光。当前置光源模组为侧入式入光时，具体可以包括导光板，以及位于导光板入光侧的发光二极管；或，当前置光源模组为直下式入光时，具体可以包括背板，以及位于背板上且靠近显示面板出光侧的发光二极管。优选地，该前置光源模组设置为直下式入光。
需要说明的是，参考光可以为面光源或点光源，准直光或非准直光，优选地，该参考光设置为准直相干光。参考光的获取，可以在全息图像录入时将全息干板换成电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)图像传感器，将CCD或CMOS获取的中的物体表面三维形貌转化为数字全息信息，作为参考光的信息。
在具体实施时，本发明实施例提供的反射式全息显示装置中一般还会具有诸如黑矩阵层、绝缘层等其他膜层结构，以及在衬底基板上还一般形成有薄膜晶体管、栅线、数据线等结构，这些具体结构可以有多种实现方式，在此不做限定。对于该反射式全息显示装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置的显示方法，由于该方法解决问题的原理与前述一种反射式全息显示装置相似，因此该方法的实施可以参见反射式全息显示装置的实施，重复之处不再赘述。
在具体实施时，本发明实施例提供的反射式全息显示装置的显示方法，如图11所示，具体包括以下步骤：
S1101、前置光源模组提供参考光；
S1102、相位板调节参考光的相位信息，以在设定的位置呈现全息显示；
S1103、显示面板调节参考光的振幅信息，以呈现动态全息图像。
本发明实施例提供的一种反射式全息显示装置及其显示方法，在反射式全息显示装置中设置了用于提供参考光的前置光源模组，用于调节参考光的相位信息的相位板，以及用于调节参考光的振幅信息的显示面板；其中，前置光源模组位于显示面板的出光侧；显示面板具有反射层；相位板位于反射层的出光侧。由于本发明实施例提供的上述反射式全息显示装置中设置有前置光源模组、相位板和显示面板，通过调节显示面板上的灰阶和颜色，以及和相位板上相位的匹配，可实现不同亮度、颜色和景深图像的切换，从而实现反射式的动态三维全息显示，实现物体在空间的真实呈现。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种反射式全息显示装置，其特征在于，包括：用于提供参考光的前置光源模组，用于调节所述参考光的相位信息的相位板，以及用于调节所述参考光的振幅信息的显示面板；其中，
所述前置光源模组位于所述显示面板的出光侧；
所述显示面板具有反射层；所述显示面板包括阵列基板；
所述相位板位于所述反射层的出光侧。
2.如权利要求1所述的反射式全息显示装置，其特征在于，所述显示面板包括多个像素单元组；各所述像素单元组包括至少一个独立驱动的子像素；
同一所述像素单元组中的各所述子像素显示的颜色相同。
3.如权利要求2所述的反射式全息显示装置，其特征在于，所述相位板具有多个与各所述像素单元组一一对应的相位板单元；各所述相位板单元分成多个子区域；
同一所述相位板单元中的各所述子区域对应的相位板的高度不同；或，同一所述相位板单元中的各所述子区域对应的相位板的折射率不同。
4.如权利要求3所述的反射式全息显示装置，其特征在于，在一个所述像素单元组和与所述像素单元组对应的相位板单元中，各所述子像素与各所述子区域一一对应；或，
一个所述子像素与多个所述子区域对应。
5.如权利要求1所述的反射式全息显示装置，其特征在于，所述反射层设置在所述阵列基板上。
6.如权利要求5所述的反射式全息显示装置，其特征在于，所述相位板直接设置在所述反射层的出光侧。
7.如权利要求5所述的反射式全息显示装置，其特征在于，所述显示面板还包括与所述阵列基板相对而置的对向基板；
所述相位板设置在所述对向基板面向所述阵列基板的一侧；或，
所述相位板设置在所述对向基板远离所述阵列基板的一侧。
8.如权利要求5所述的反射式全息显示装置，其特征在于，所述相位板设置在所述前置光源模组远离所述显示面板的一侧；或，
所述相位板设置在所述前置光源模组面向所述显示面板的一侧。
9.如权利要求5所述的反射式全息显示装置，其特征在于，所述显示面板的出光侧设置有偏光片；所述相位板设置在所述偏光片上。
10.如权利要求1-9任一项所述的反射式全息显示装置，其特征在于，所述前置光源模组包括导光板，以及位于所述导光板入光侧的发光二极管；或，
所述前置光源模组包括背板，以及位于所述背板上且靠近所述显示面板出光侧的发光二极管。
11.一种如权利要求1-10任一项所述反射式全息显示装置的显示方法，其特征在于，包括：
前置光源模组提供参考光；
相位板调节所述参考光的相位信息，以在设定的位置呈现全息显示；
显示面板调节所述参考光的振幅信息，以呈现动态全息图像。
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