平板显示中的全息技术及光学器件研究

摘要

全息技术,通过使用记录材料记录两路相干光束的干涉条纹,从而能够从强度和相位两个方面再现被记录的光束。在光学领域,一直是一个重要的研究课题,被广泛的用于光场整形,光场记录,波前重构等方向。近年来,由于微加工技术的进步,特别是空间光调制器的出现,使得全息技术能够摆脱记录材料的束缚,实现自由的光场强度和相位调制。在此项技术问世之前,3D显示领域虽然通过双眼视差技术的运用,取得了一定的成果,并在3D电影,3D电视等领域有了一定的应用,但是这些应用都并不是真正的3D显示。而空间光调制器的出现使得人们看到了实现“终极显示”,即全息3D显示的希望,通过空间光调制器对光场的强度和相位进行调制,使得真实物体和场景的光场被重构再现,能够产生身临其境的3D显示效果。因此,对基于空间光调制器的全息3D显示关键技术进行深入研究,具有重要的理论和实际价值,并且在未来的显示领域中会有广阔的应用前景。
　　本文首先对基于空间光调制器的全息3D显示系统的研究现状进行概述,分析了目前已有的全息3D显示系统的系统构架及相关研究的重要结论,并在此基础上深入探讨了基于空间光调制器的全息3D显示系统对背光模组的要求,以此为依据提出了适合平板化整机设计的相干背光模组;在传统显示领域,利用干涉原理的器件实现了对现有显示设备对比度性能的提升;在有机发光二极管显示领域,利用全息技术提出了能够提高有机发光二极管在环境光下对比度的解决方案。
　　在背光模组的设计方面,针对目前已有的全息3D显示系统,深入地分析了各自系统构架的特点,着重研究了已有系统中的背光模组构成,并研习了相关研究对背光模组性能的重要结论,最后明确了满足全息3D显示的背光模组的性能要求,以及现有全息3D显示系统中制约其平板化整机设计的主要因素。以此为依据,提出了一个适合平板化整机设计的相干背光模组设计方案,并通过实验,对其中关键元件的可行性进行了验证。
　　在有机发光二极管显示领域,主要利用了全息原理提出了能够提高有机发光二极管在环境光下对比度的解决方案。通过深入分析目前有机发光二极管环境光下对比度问题的重要影响因素,得出了问题的根本所在,从而突破了传统的提升有机发光二极管环境光对比度的思路,创新性的利用了全息原理针对有机发光二极管发射光和环境光在光学特性上的区别,设计出能有效抑制环境光反射进入可视区同时又不影响可视区内有机发光二极管出射光的光学结构,为解决有机发光二极管在环境光下对比度的问题提出了全新的途径。
　　在传统显示领域,主要为现有的LED显示屏提出了一个改善外观并同时提高环境光下对比度的设计方案。已有方案大多需要牺牲LED显示屏的开态亮度,导致变相的提高了显示屏的功耗。因此本文通过对外观问题的实质进行深入的研究,提出了利用干涉原理的器件使得环境光大部分被反射而LED显示屏出射光又不会受到严重影响的解决方案,不但成功改善了LED显示屏的关态外观,而且仿真结果表明,其开态的环境光对比度会得到大幅的提升。

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表 目 录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 全息3D显示技术的发展

1.3本课题的研究背景和内容

1.4 文章内容安排

第二章 全息原理与干涉型光学元件概述

2.1 引言

2.2 全息原理

2.3 干涉型光学元件

2.4本章小结

第三章 基于空间光调制器的全息3D显示系统背光模组设计

3.1 引言

3.2 现有的全息3D显示系统分析

3.3 相干背光模组的设计

3.4 验证性实验

3.5 结果与分析

3.6 本章小结

第四章 改善OLED环境光对比度的全息滤光片设计

4.1引言

4.2 OLED环境光对比度问题及相关分析

4.3 全息滤光片设计

4.4 本章小结

第五章 改善LED屏显示性能的新型滤光片核心技术研究

5.1 引言

5.2 LED显示屏存在的问题及相关分析

5.3 利用干涉型光学器件进行滤光片设计

5.4本章小结

第六章全文总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 研究展望

参考文献

附录一 主要英文缩略语表

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文