纳米技术的裸眼3D显示研进展

裸眼3D显示的研究受到业界高度关注，智能手机的显示屏幕分辨率已提升到2K，对于5.5寸的屏幕，像素尺寸达20微米，显示的品质提高。像人们不禁要问：下一代智能手机和平板电脑的显示技术是什么？答案也是显然的：裸眼3D显示。大学和企业不断加大了研发投入，在解决方案、关键材料、光学部件和视觉跟踪技术等方面，取得重要进步。但是，不幸的，裸眼3D显示原理上，100年来，基本没有形成新突破，普遍采用的视障法（parallex barrier）与视觉跟踪技术、柱面透镜光栅(lenticular grating)光场成像法，虽工艺改进显著，3D成像效果也非常逼真，但其用户体验不佳，观察视觉疲劳没有实质性解决。因此，裸眼3D显示仍然是业界渴望解决的的重大难题。

在国家863计划重大项目资助下，苏大维格课题组经近几年研发，将全息显示与纳米制造技术相结合，通过纳米结构的光场成像原理、纳米光刻、纳米压印和侧向导光技术，研制成功“多视点指向性背光源的纳米导光板”验证样品，原理上证明了通过纳米导光实现裸眼3D显示的可行性。

（a）（b）（c）

上图中（a）为平面显示的多视角图像，处于模糊状态；（b）为纳米导光板指向性光场；（c）将平面显示图像（a）与指向性光源（b）叠加。直接用人眼观察的3D图像。

将平面显示器与纳米导光板紧贴，点光源从背光源的纳米导光板的侧向入射，指向性背光源从不同方向上出射指向性光场，将平面显示器上多视角图像从不同空间角分离，并在人眼观察的明视距离附近会聚形成观察窗口，不佩戴眼镜观察，图像立体逼真，亮度高，无观察视觉疲劳。更换平面显示的多视角图像，再现出的3D图像也随之改变。

同一个纳米导光板、不同的3D图像显示

在小知识背景：过去的100年，裸眼3D显示在原理上没有取得根本性突破，依然是视障原理和柱面透镜光栅原理，这两种裸眼3D显示zui大问题是易导致视觉疲劳.至今仍没有在工业界得到普遍应用。另一方面，1972年获得诺比尔物理奖的全息技术，原理上，全息显示有与自然相似的真实感，没有视觉疲劳，但是，如采用全息原理进行侧向导光再现3D图像，那么，其结构尺度在数百纳米水平，而且，结构变化复杂。上，由于无合适技术手段（硬件和软件算法）在大范围上实现这样的纳米结构，至今未能在超薄裸眼全息3D显示的研究上取得重大突破。

苏大维格的课题组通过多年在纳米光刻工艺装备、纳米导光结构和纳米压印技术的深度研发，实现了100nm特征尺寸以上的微纳米结构加工技术与工艺装备（NanoCrystal200），攻克了大尺寸纳米结构高精度制备的上的重大难题。为研究基于全息显示原理的裸眼3D显示，奠定了技术基础。

由于LCD的技术进步，如用九个亚像素构成9视角像素，那么，3D图像显示分辨率仍可达Retina水准。本项研究的裸眼3D显示的设计构架的zui大特点是，不改变现有LCD的显示模式和构架，只需将现有的扩散型背光源更换为指向性纳米背光源，同时提高LCD的显示分辨率，有利于今后本项成果的实际应用。课题组已有能力研制不同尺寸的纳米指向性导光板，从3英寸到7.9寸，与现有的智能手机和平板电脑的显示尺寸匹配。下一步就是指向性背光源的彩色化导光板的方案和准直侧向光源设计优化，仍然有不少科学技术难题需研究并加以解决，*，必要提高LCD的图像分辨率，研发具有准直效果LED灯条或OLED。另一种彩色化的途径就是将侧光源与量子点（QD）技术相结合。实现多视角彩色化指向性导光板及其相互的影响因素也需深入研究。

业内人士认为，该技术成果的深化研究和产业链深度合作研究，有望为下一代移动终端的裸眼3D显示提供更可行的、革命性的技术解决方案。