得益于激光亮度高、單色性好等特點(diǎn)，激光顯示能夠最真實(shí)地再現(xiàn)自然界中豐富絢麗的色彩，被認(rèn)為是繼陰極射線管顯示、液晶顯示、發(fā)光二極管顯示之后的下一代顯示技術(shù)。利用左右眼分別接收不同的激光顯示畫面，經(jīng)過大腦對(duì)圖像信息進(jìn)行疊加重生，可構(gòu)成一個(gè)具有前-后、上-下、左-右、遠(yuǎn)-近等立體方向效果的影像。這種基于激光的3D顯示能夠?yàn)槿祟愄峁┙K極視覺體驗(yàn)，是下一代顯示技術(shù)的重要分支之一。偏振是光的本征屬性，已經(jīng)成功用于構(gòu)筑3D顯示。其中圓偏振激光因其獨(dú)特旋光特性，能夠顯著提高3D激光顯示的對(duì)比度和舒適性，為人類帶來更好的觀感。然而，由于缺乏像素化的自發(fā)光圓偏振微激光陣列作為顯示面板，自發(fā)光的3D平板激光顯示的發(fā)展受到了阻礙。
圖1 膽甾相液晶微陣列及圓偏振激光性能研究。(a) 噴墨打印法制備紅綠藍(lán)三色圓偏振微納激光陣列面板的示意圖。(b) 微加工制得的聚合物模板的明場(chǎng)圖像。標(biāo)尺為100 微米。(c) 制得的紅綠藍(lán)三色圓偏振激光陣列的明場(chǎng)圖像。(d) 單個(gè)像素點(diǎn)的熒光顯微圖像。每個(gè)像素點(diǎn)由左旋及右旋的紅綠藍(lán)子像素組成。(e) 單個(gè)像素點(diǎn)的圓偏振激光發(fā)射光譜。(f) 出射激光的強(qiáng)度隨角度的變化關(guān)系
趙永生研究員團(tuán)隊(duì)近年來一直致力于有機(jī)微納激光材料與器件方面的研究，首次提出了構(gòu)建紅綠藍(lán)（RGB）三色有機(jī)微激光陣列的主動(dòng)發(fā)光激光顯示面板，并在后續(xù)開展了一系列系統(tǒng)的研究工作。最近，他們構(gòu)筑了膽甾相液晶微陣列作為顯示面板，實(shí)現(xiàn)了基于圓偏振激光的全色3D激光顯示。他們提出模板噴墨打印的方法，利用染料摻雜的膽甾相液晶制備了RGB微激光像素陣列（圖1），該陣列是由兩組具有正交圓偏振激光發(fā)射的子像素構(gòu)成的。由于膽甾相液晶高度組裝的周期性螺旋結(jié)構(gòu)，所制備的微結(jié)構(gòu)單元能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的RGB圓偏振激光（gem = 1.6）。
圖2 基于圓偏振激光的全色3D激光顯示。(a-d) 不同子像素組合的激光發(fā)射光譜及對(duì)應(yīng)的熒光顯微圖像。標(biāo)尺為100 微米。(e) 制得的單個(gè)像素點(diǎn)的色域覆蓋范圍。(f) 不同子像素組合的“ICCAS”的遠(yuǎn)場(chǎng)顯示圖像，表明制備的像素點(diǎn)很好的混色效果。標(biāo)尺為1毫米。(g) 基于27×27的像素陣列實(shí)現(xiàn)的3D激光顯示原型。標(biāo)尺為1毫米。(h) g圖紅色方框中像素點(diǎn)的熒光圖像。左右兩個(gè)圖像分別透過左旋和右旋圓偏振光后獲得。
在制得的面板上，每相鄰的RGB膽甾相液晶微單元構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的顯示像素，通過適當(dāng)調(diào)整激發(fā)方式實(shí)現(xiàn)了全色可調(diào)圓偏振激光（圖2）。這種打印的膽甾相液晶微激光陣列作為顯示面板，能夠提供具有正交圓偏振發(fā)射的兩個(gè)圖像。利用3D眼鏡將這兩個(gè)圖像分別送達(dá)左右眼，由于存在雙目視差，觀察者在其腦海中會(huì)將兩個(gè)圖像融合在一起，從而生成立體圖像。該工作為下一代3D顯示設(shè)備的創(chuàng)新開新途徑。
這一研究成果近期發(fā)表在Advanced Materials (Adv. Mater. 2021, 33, 2104418)。論文的第一作者為化學(xué)所博士生戰(zhàn)秀芹，通訊作者為趙永生研究員和閆永麗研究員。
論文鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202104418
