几何相位光学元件和包括其的三维显示装置的制作方法

1.本公开涉及几何相位光学元件和包括其的三维显示装置。


背景技术：

2.几何相位光学元件可以经由液晶的相位差而用作透镜或偏转器。与一般光学透镜相比，几何相位光学元件具有更大的屈光度变化，更适合于大面积显示，并且具有更高的响应速率。此外，当几何相位光学元件用作偏转器时，与一般光学偏转器相比，几何相位光学元件具有更大的偏转角和更高的效率。几何相位光学元件可以被制造为薄的并且可以在各种显示装置中使用。


技术实现要素：

3.提供了一种能够调节偏转角的几何相位光学元件。
4.提供了一种包括几何相位光学元件的三维显示装置。
5.另外的方面将在以下描述中被部分地阐述，并将部分地自该描述明显，或者可以通过实践本公开的实施方式而被了解。
6.根据一实施方式的一方面，一种几何相位光学元件包括：其上布置液晶的液晶层；根据本公开的一方面，几何相位光学元件包括：液晶层，液晶布置在液晶层中并且光透过液晶层；在液晶层的一表面上的第一电极；以及在液晶层的另一表面上的第二电极，其中，当没有向第一电极和第二电极施加电压时，在具有第一偏振态的第一光与具有垂直于第一偏振态的第二偏振态的第二光之间的取决于液晶的排列的相位差为π，并且透射光以第一偏转角衍射，其中，当向第一电极和第二电极施加第一电压时，取决于液晶的排列的相位差为π/2，并且透射光以第二偏转角衍射，其中，当向第一电极和第二电极施加第二电压时，取决于液晶的排列的相位差为0，并且透射光以第三偏转角衍射，其中第一偏转角大于第二偏转角，以及其中第二偏转角大于第三偏转角。
7.第一偏转角可以满足以下等式：sinθ1＝2λ/p，其中θ1表示第一偏转角，λ表示透射光的波长，p表示与液晶层的液晶排列周期对应的节距。
8.第二偏转角可以满足以下等式：sinθ2＝(λ/p)，其中θ2表示第二偏转角，λ表示透射光的波长，p表示与液晶层的液晶排列周期对应的节距。
9.第三偏转角可以为0。
10.当施加第一电压并且入射光为左旋圆偏振光时，透射光可以发散。
11.透射光可以相对于入射光具有的相位差，其中表示液晶层的液晶排列周期的方向与液晶的排列的晶轴之间的角度。
12.当施加第一电压并且入射光为右旋圆偏振光时，透射光可以会聚。
13.透射光可以相对于入射光具有的相位差，其中表示液晶层的液晶排列周期的方向与液晶的排列的晶轴之间的角度。
14.一种几何相位光学元件结构可以包括多个根据本公开的上述方面的几何相位光
学元件。
15.当所述多个几何相位光学元件的数量为n时，由几何相位光学元件衍射的光的不同偏转角的数量为3
n-n 1。
16.液晶层可以包括电控双折射(ecb)模式、垂直配向(va)模式、混合模式和扭曲向列(tn)模式之中的至少一种。
17.根据本公开的一方向，一种三维显示装置包括：光源；导光板，配置为引导从光源入射的光束；至少一个几何相位光学元件，配置为改变从导光板入射的光的偏转角；以及空间光调制器，配置为使用透过所述至少一个几何相位光学元件的光来形成全息图图像，其中所述至少一个几何相位光学元件包括其中布置液晶并且入射光透过其的液晶层、在液晶层的一表面上的第一电极以及在液晶层的另一表面上的第二电极，其中，当没有向第一电极和第二电极施加电压时，在具有第一偏振态的第一光与具有垂直于第一偏振态的第二偏振态的第二光之间的取决于液晶的排列的相位差为π，并且透过液晶层的光以第一偏转角衍射，其中，当向第一电极和第二电极施加第一电压时，取决于液晶的排列的相位差为π/2，并且透射光以第二偏转角衍射，其中，当向第一电极和第二电极施加第二电压时，取决于液晶的排列的相位差为0，并且透射光以第三偏转角衍射，其中第一偏转角大于第二偏转角，以及其中第二偏转角大于第三偏转角。
18.第一偏转角可以满足以下等式：sinθ1＝2λ/p，其中θ1表示第一偏转角，λ表示透射光的波长，p表示与液晶层的液晶排列周期对应的节距。
19.第二偏转角可以满足以下等式：sinθ2＝(λ/p)，其中θ2表示第二偏转角，λ表示透射光的波长，p表示与液晶层的液晶排列周期对应的节距。
20.第三偏转角可以为0。
21.当施加第一电压并且入射光是左旋圆偏振光时，透射光可以发散。
22.透射光可以相对于入射光具有的相位差，其中表示液晶层的液晶排列周期的方向与液晶的排列的晶轴之间的角度。
23.当施加第一电压并且入射光是右旋圆偏振光时，透射光可以会聚。
24.透射光可以相对于入射光具有的相位差，其中表示液晶层的液晶排列周期的方向与液晶的排列的晶轴之间的角度。
25.所述至少一个几何相位光学元件可以包括多个几何相位光学元件。
26.当所述多个几何相位光学元件的数量为n时，由所述多个几何相位光学元件衍射的光的不同偏转角的数量为3
n-n 1。
27.根据本公开的一方面，一种几何相位偏转器包括：液晶层；以及控制器，配置为向液晶层施加电压，其中，基于控制器向液晶层施加第一电压，入射光没有偏转地通过液晶层，其中，基于控制器向液晶层施加第二电压，液晶层使左旋圆偏振入射光以第一角度偏转，并使右旋圆偏振入射光以第二角度偏转，其中，基于控制器向液晶层施加第三电压，液晶层使左旋圆偏振入射光以第三角度偏转，并使右旋圆偏振入射光以第四角度偏转，其中第一电压、第二电压和第三电压彼此不同，以及其中第一角度、第二角度、第三角度和第四角度彼此不同。
28.第一角度和第二角度可以关于入射光的光轴对称，以及第三角度和第四角度可以
关于入射光的光轴对称。
29.根据本公开的一方面，一种几何相位透镜包括：液晶层；以及控制器，配置为向液晶层施加电压，其中，基于控制器向液晶层施加第一电压，入射光没有偏转地通过液晶层，其中，基于控制器向液晶层施加第二电压，液晶层使右旋圆偏振入射光衍射以在第一正焦点处会聚，并且使左旋圆偏振入射光衍射以从第一负焦点发散，其中，基于控制器向液晶层施加第三电压，液晶层使右旋圆偏振入射光衍射以在第二正焦点处会聚，并且使左旋圆偏振入射光衍射以从第二负焦点发散，其中第一电压、第二电压和第三电压彼此不同，以及其中第一正焦点、第一负焦点、第二正焦点和第二负焦点彼此不同。
30.第一正焦点和第一负焦点可以与液晶层等距，第二正焦点和第二负焦点可以与液晶层等距。
附图说明
31.本公开的某些实施方式的以上及其他的方面、特征和优点将由以下结合附图的描述更加明显，附图中：
32.图1示出了根据一实施方式的没有向几何相位光学元件施加电压的情况；
33.图2示出了根据一实施方式的向几何相位光学元件施加电压(v＝vq)以产生π/2的相位差的情况；
34.图3示出了根据一实施方式的向几何相位光学元件施加电压(v＝vs)以产生π的相位差的情况；
35.图4示出了根据一实施方式的图1的几何相位光学元件的a-a剖视图；
36.图5示出了根据一实施方式的图1的几何相位光学元件的a-a剖视图；
37.图6示出了当向几何相位光学元件施加电压(v＝0)时，取决于几何相位光学元件的位置的相位变化；
38.图7a和图7b示出了当向几何相位光学元件施加电压(v＝0，v＝vs)时，透过几何相位光学元件的光的偏转角的变化；
39.图8示出了根据一实施方式的取决于几何相位光学元件的电压的相位变化；
40.图9示出了当向几何相位光学元件施加电压(v＝vq)时，取决于几何相位光学元件的位置的相位变化；
41.图10a、图10b和图10c示出了当向几何相位光学元件施加电压(v＝0，v＝vq，v＝vs)时，右旋圆偏振光透过几何相位光学元件之后的路径图；
42.图11a、图11b和图11c示出了当向几何相位光学元件施加电压(v＝0，v＝vq，v＝vs)时，左旋圆偏振光透过几何相位光学元件之后的路径图；
43.图12a、图12b和图12c示出了根据一实施方式的其中堆叠多个几何相位光学元件的结构；
44.图13示意性地示出了根据一实施方式的三维显示装置；以及
45.图14示意性地示出了根据一示例实施方式的三维显示装置。
具体实施方式
46.现在将详细参照实施方式，其示例在附图中示出，其中，同样的附图标记始终指代
同样的元件。就此而言，这里的实施方式可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于这里阐述的描述。因此，下面通过参照附图仅描述实施方式来说明各方面。如在此所使用地，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列举项目的任何及所有组合。诸如
“……
中的至少一个”的表述当在一列元素之后时，修饰整列元素而不修饰该列中的个别元素。
47.在下文中，通过参照附图，根据各种实施方式，将详细描述几何相位光学元件和包括其的三维显示装置。在下文的附图中，同样的附图标记指代同样的元件，并且为了清楚和便于说明，附图中每个元件的尺寸可以被夸大。将理解，尽管术语“第一”、“第二”等在此可用于描述各种部件，但是这些部件不应受这些术语限制。这些部件仅用于将一个部件与另一部件区分开。
48.除非上下文清楚地另行指示，否则单数形式“一”和“该”旨在还包括复数形式。当一部分“包括”某个元件时，除非另外特别提及，否则该部分可以还包括另一部件，并且可以不排除所述另一部件。此外，当某个材料层被描述为在基板或另一个层上时，该材料层可以通过与其直接接触而在所述基板或所述另一个层上，或者可以在该材料层与所述基板或所述另一个层之间布置第三层。此外，下面将描述的实施方式中的每个层中包括的材料仅是示例，并且也可以使用其他材料。
49.此外，诸如“单元”或“模块”的术语应被理解为处理至少一个功能或操作并且可以以硬件方式、软件方式或硬件方式和软件方式的组合来体现的单元。
50.在实施方式中描述的特定实施方案是示例，并且不以任何方式限制技术范围。为了简洁起见，可以不描述常规的电子器件、控制系统、软件开发和系统的其他功能方面。此外，在所呈现的各个附图中示出的连接线或连接器旨在表示各个元件之间的示例功能关系和/或物理或逻辑联接。应注意，实际设备中可以存在许多备选的或附加的功能关系、物理连接或逻辑连接。
51.除非另外明确地矛盾，否则可以按任何合适的顺序来执行在此描述的所有方法的操作。除非另外声明，否则在此提供的任何和所有示例或示例语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本公开，并且不对本公开的范围构成限制。
52.图1示出了根据一示例实施方式的几何相位光学元件100。
53.几何相位光学元件100可以包括其中布置液晶21的液晶层20、在液晶层20的表面上的第一电极31、以及在液晶层20的另一个表面上的第二电极32。第一基板11可以提供在第一电极31上，第二基板12可以提供在第二电极32上。第一电极31和第二电极32可以包括透明电极。第一基板11和第二基板12可以包括例如透明基板。
54.图1示出了当没有向第一电极31和第二电极32施加电压时液晶21的排列。液晶21的晶轴cx可以与光的入射表面(图1中的x-y平面)平行。液晶21可以排列为使得液晶21的晶轴cx的方向在通过第一电极31和第二电极32施加电压时例如从晶轴cx与入射表面(x-y平面)平行的状态改变。液晶21可以排列为使得当向液晶层20施加电压时，液晶层20的相位差取决于电压而出现在0度至360度的范围内。换言之，液晶21可以用作波片，其中在具有第一偏振态的第一光与具有垂直于第一偏振态的第二偏振态的第二光之间的在离开液晶21时的相位差可以取决于施加的电压而变化。液晶21的排列将在下面被描述。当电压断开时，取决于液晶21的排列的相位差可以为π。在这种情况下，几何相位光学元件100可以用作半波片。当电压断开时，由于液晶层20的空间相位差，几何相位光学元件100可以经由偏转效果
而用作透镜或偏转器。
55.在图1所示的示例中，几何相位光学元件100可以用作具有第一焦距f1的透镜或具有第一偏转角θ1的偏转器。例如，在几何相位光学元件100用作透镜的情况下，当入射光li透过几何相位光学元件100时，透射光lt可以聚焦在第一焦距f1处。备选地，在几何相位光学元件100用作偏转器的情况下，当入射光li透过几何相位光学元件100时，透射光lt可以以第一偏转角θ1衍射。
56.图2示出了向第一电极31和第二电极32施加第一电压vq的情况，该第一电压vq使取决于液晶21的排列的相位差变为π/2。在这种情况下，几何相位光学元件100可以用作四分之一波片。因此，当入射到几何相位光学元件100中的光为左旋或右旋圆偏振时，透射光可以被转换为线偏振(lp)光。
57.在这种情况下，液晶层20可以具有第二焦距f2。第二焦距f2可以大于第一焦距f1。此外，液晶层20可以用作具有第二偏转角θ2的偏转器。第二偏转角θ2可以小于第一偏转角θ1。例如，在几何相位光学元件100用作透镜的情况下，当入射光li透过几何相位光学元件100时，透射光lt可以聚焦在第二焦距f2处。备选地，在几何相位光学元件100用作偏转器的情况下，当入射光li透过几何相位光学元件100时，透射光lt可以以第二偏转角θ2衍射。
58.图3示出了向第一电极31和第二电极32施加第二电压vs的情况，该第二电压vs使液晶层20的相位差变为0。在这种情况下，光直接透过液晶层20。
59.图4示出了图1的a-a剖视图的示例。图4示出了几何相位光学元件100a用作透镜的示例。当向第一电极31和第二电极32施加第一电压vq时，液晶21可以排列为使得其排列的方向在同心圆上逐渐改变，并且液晶21的相位差可以变为π/2。换言之，液晶21的排列方向可以在圆周方向和径向方向两者上逐渐改变，如图4所示。当液晶21排列在同心圆上时，线b-b可以是同心圆的直径的延长线。
60.图5示出了图1的a-a剖视图的另一示例。图5示出了几何相位光学元件100b用作偏转器的示例。当液晶21被布置为使得液晶21的晶轴cx在图5中的方向(例如，图5中的x方向)上逐渐改变时，x方向上的节距p可以对应于晶轴cx以360度角旋转的周期。这里，x轴被称为参考轴。参考轴可以是指例如参照其来表示液晶分子的晶轴cx的角度的轴。换言之，参考轴可以与所有液晶21的晶轴cx共面，如图5所示。参考轴可以在液晶排列周期的方向上延伸。在图5中，表示液晶分子的晶轴cx与参考轴(x轴)之间的角度。可以取决于液晶21的排列方向的变化而出现相位差。可以取决于施加到液晶层20的电压来调节液晶21的排列方向的变化。
61.液晶层20可以包括例如电控双折射(ecb)模式、垂直配向(va)模式、混合模式和扭曲向列(tn)模式中的至少一种。
62.接下来，将参照图5描述在v＝0、v＝vq、v＝vs的情况下几何相位光学元件100b的操作原理。
63.参照图5，液晶21的晶轴cx的角度可以如下在等式1中表示。
64.<等式1>
[0065][0066]
这里，x可以表示液晶21基于参考轴(x轴)的位置，p可以表示节距。
[0067]
接下来，左旋圆偏振(lcp)入射光的琼斯矢量和右旋圆偏振(rcp)入射光的琼斯矢量可以如下在等式2中表示。
[0068]
<等式2>
[0069][0070]
这里，e

可以表示lcp入射光的琼斯矢量，e
_
可以表示rcp入射光的琼斯矢量。
[0071]
在v＝0的情况下，也就是，当电压断开时，对应于半波片的液晶层20的琼斯矩阵j
gpd
可以如下在等式3中表示，该液晶层20被排列为具有基于参考轴(x轴)的晶轴cx的角度
[0072]
<等式3>
[0073][0074]
透过液晶层20的光的琼斯矢量e'
±
可以如下在等式4中表示为琼斯矩阵j
gpd
和琼斯矢量e
±
的乘积。
[0075]
<等式4>
[0076][0077]
参照图5，当入射光是lcp光时，透射光可以变为rcp光并且可以发生的相位变化，使得透射光可以在底部方向上衍射，如图7a所示。当入射光是rcp光时，透射光可以变为lcp光，并且可以发生的相位变化，使得透射光可以在上部方向上衍射，如图7a所示。
[0078]
在v＝0的情况下，入射的lcp光可以以第一角度偏转并且rcp光可以以第二角度偏转，第二角度关于入射光的光轴与第一角度对称。在v＝vq的情况下，入射的lcp光可以以不同于第一角度的第三角度偏转，并且rcp光可以以第四角度偏转，第四角度关于入射光的光轴与第三角度对称。在v＝vs的情况下，入射的lcp光和入射的rcp光可以都不偏转地通过。
[0079]
图6示出了在v＝0的情况下取决于液晶的位置的相位变化。实线可以表示lcp光，虚线可以表示rcp光。可以相对于lcp入射光发生的相位变化，因此，参照等式1，并且图6示出了相对于(x/p)的(相位变化/π)。例如，当相对于lcp入射光(x/p)＝0.5时，相位变化可以变为0，当相对于lcp入射光(x/p)＝0.25时，相位变化可以变为π。
[0080]
相对于rcp入射光可以发生的相位变化，因此，参照等式1，并且图6示出了相对于(x/p)的(相位变化/π)。例如，当相对于rcp入射光(x/p)＝0.5时，相位变化可以变为0，当相对于rcp入射光(x/p)＝0.25时，相位变化可以变为-π。
[0081]
当电压断开时，偏转角θ可以因此如下在等式5中表示。
[0082]
<等式5>
[0083][0084]
这里，opd可以表示通过点x＝0(晶轴的角度在此处为0)的透射光与通过点x＝x1
(晶轴的角度在此处为)的透射光之间的光程差，λ可以表示光的波长，p可以表示液晶的排列的节距，可以表示液晶的晶轴的角度。参照等式5，当电压断开时，可以基于光的波长λ和液晶的排列的节距p来确定偏转角θ。
[0085]
接下来，当向液晶层施加电压使得液晶分子垂直地排列时，相位变化可以变为0，因此，光可以直接透过几何相位光学元件，如图7b所示。
[0086]
参照图8，几何相位光学元件可以具有取决于施加到其的电压的相位差变化。参照图8，可以向几何相位光学元件施加电压vq，使得相位差可以变为π/2。在这种情况下，几何相位光学元件可以用作四分之一波片。
[0087]
接下来，当向液晶层施加电压vq使得相位差变为π/2时的琼斯矩阵如下在等式6中表示。
[0088]
<等式6>
[0089][0090]
这里，透射光的琼斯矢量可以如下在等式7中计算。
[0091]
<等式7>
[0092][0093]
这里，e'

可以表示lcp入射光的琼斯矢量，e'
_
可以表示rcp入射光的琼斯矢量。
[0094]
基于等式7，当入射光为rcp光时，透射光可以变为lp光，并且可以出现的相位差，如图10c所示。
[0095]
图10a示出了在v＝0的情况下rcp入射光以第一偏转角θ1透射以会聚在第一正焦点处。图10b示出了在v＝vs的情况下rcp入射光直接透射(在这种情况下，偏转角为0)。图10c示出了在v＝vq的情况下rcp入射光以第二偏转角θ2透射以会聚在与第一正焦点不同的第二正焦点处。第二偏转角θ2可以具有为第一偏转角θ1的一半的值。
[0096]
参照等式7，当入射光为rcp光时，透射光可以变为lp光并且可以出现的相位差，当入射光为lcp光时，透射光可以变为lp光，并且可以出现的相位差。
[0097]
通过点x＝0(晶轴的角度在此处为0)的透射光和通过点x＝x1(晶轴的角度在此处为)的透射光的光程差(opc)如下在等式(8)中表示。
[0098]
<等式8>
[0099][0100]
因此，偏转角θ可以如下在等式9中表示。
[0101]
<等式9>
[0102]
[0103]
将对应于v＝0的等式5与对应于v＝vq的等式9进行比较，对应于v＝vq的sinθ可以变得减小到对应于v＝0的sinθ的一半。因此，在v＝vq的情况下，偏转角θ可以减小到在v＝0的情况下的偏转角θ的约一半。此外，在v＝vq的情况下的第二焦距可以大于在v＝0的情况下的第一焦距。
[0104]
图9示出了当向几何相位光学元件施加电压v＝vq时取决于几何相位光学元件的位置x的相位变化。
[0105]
参照等式1，在v＝vq的情况下，相对于rcp入射光出现的相位差，因此，等式1可以如下在等式10中被修改。
[0106]
<等式10>
[0107][0108][0109]
参照等式1，在v＝vq的情况下，相对于lcp入射光出现的相位差，因此，等式1可以如下在等式11中被修改。
[0110]
<等式11>
[0111][0112][0113]
如上所述，可以向几何相位光学元件100、100a和100b施加引起π/2的相位差的电压vq，使得在第一偏转角与第二偏转角之间进一步存在第三偏转角。备选地，当几何相位光学元件100、100a和100b用作透镜时，在第一焦距与第二焦距之间可以进一步存在第三焦距。此外，因为在相位变化中不存在拐点，所以根据示例实施方式的几何相位光学元件100、100a和100b可以具有提高的偏转效率。
[0114]
图10a示出了当在v＝0的情况下rcp光的光入射时，透过几何相位光学元件100的光可以被转换成lcp光并且可以以偏转角θ1衍射。
[0115]
图10b示出了在v＝vs的情况下，几何相位光学元件100的液晶层20的相位差可以变为0，并且rcp光可以直接透过几何相位光学元件100。
[0116]
图10c示出了在v＝vq的情况下，几何相位光学元件100的液晶层20的相位差可以变为π/2，并且rcp光可以被转换为lp光并且可以以θ2(θ2<θ1)的偏转角衍射。这里，vs>vq。在这种情况下，光束可以会聚。
[0117]
图11a示出了当在v＝0的情况下lcp光入射时，透过几何相位光学元件100的光可以被转换为rcp光并且可以以-θ1的偏转角衍射以从第一负焦点发散，其中第一负焦点和第一正焦点与几何相位光学元件100等距。
[0118]
图11b示出了在v＝vs的情况下，几何相位光学元件100的液晶层20的相位差可以变为0，并且lcp光可以直接透过几何相位光学元件100。
[0119]
图11c示出了在v＝vq的情况下，几何相位光学元件100的液晶层20的相位差可以变为π/2，并且lcp光可以被转换为lp光并且可以以-θ2(θ2<θ1)的偏转角衍射以从第二负焦点发散，其中第二负焦点和第二正焦点与几何相位光学元件100等距。在这种情况下，光束可以发散。
[0120]
图12a、图12b和图12c示出了根据一示例实施方式的可以存在两个或更多个几何相位光学元件的情况。换言之，图12a、图12b和图12c示出了可包括多个几何相位光学元件的几何相位光学元件结构。
[0121]
图12a示出了第一几何相位光学元件110。入射光li可以取决于施加的电压v1作为第一透射光l
11
、第二透射光l
12
和第三透射光l
13
透过第一几何相位光学元件110。在v1＝vs1的情况下，第一透射光l
11
可以以第一偏转角θ11透射。在v1＝vq1的情况下，第二透射光l
12
可以以第二偏转角θ12透射。在v1＝0的情况下，第三透射光l
13
可以以第三偏转角θ13透射。这里，vq1<vs1，其中vq1可以是使第一几何相位光学元件110的液晶层的相位差变为π/2的电压。这里，θ11<θ12<θ13。这里，偏转角可以表示与第一几何相位光学元件110的法线的角度。第一透射光l
11
可以是直接透射的光。换言之，第一偏转角θ11可以为0度。
[0122]
图12b示出了第二几何相位光学元件120。入射光li可以取决于施加的电压v2作为第四透射光l
21
、第五透射光l
22
和第六透射光l
23
透过第二几何相位光学元件120。在v2＝vs2的情况下，第四透射光l
21
可以以第四偏转角θ21透射，在v2＝vq2的情况下，第五透射光l
22
可以以第五偏转角θ22透射，在v2＝0的情况下，第六透射光l
23
可以以第六偏转角θ23透射。这里，vq2<vs2，其中vq2可以是使第二几何相位光学元件120的液晶层的相位差变为π/2的电压。这里，θ21<θ22<θ23。第四透射光l
21
可以是直接透射的光。换言之，第四偏转角θ21可以为0度。
[0123]
参照等式9，可以取决于光的波长λ和液晶层的节距p来改变偏转角θ。因此，取决于第一几何相位光学元件110和第二几何相位光学元件120的液晶层的节距p，透射光可以具有不同的偏转角。
[0124]
参照图12c，当第一几何相位光学元件110和第二几何相位光学元件120堆叠在一起时，第一电压v1施加到第一几何相位光学元件110，并且第二电压v2施加到第二几何相位光学元件120，可以产生具有五种偏转角的透射光。这里，直接透过第一几何相位光学元件110的透射光l
11
和直接透过第二几何相位光学元件120的透射光l
21
可以都具有0度的偏转角。
[0125]
例如，当堆叠n个几何相位光学元件时，偏转角的数量可以为3
n-n 1。可以通过使用多个几何相位光学元件来更详细地改变偏转角。
[0126]
图13是根据一实施方式的三维显示装置200的示意性结构的剖视图。
[0127]
三维显示装置200可以包括配置为提供光束l的光源210、配置为引导由光源210提供的光束l的导光板220、配置为使光束l衍射的几何相位光学元件250以及配置为形成全息图图像的空间光调制器260。
[0128]
光源210可以发射包括多个波长范围的相干光。为了提供具有高相干性的光，例如，可以使用激光二极管(ld)作为光源210。然而，当光具有一定的空间相干性时，光可以被空间光调制器260衍射和调制。因此，也可以使用例如发光二极管(led)作为光源210。除了led之外，可以使用配置为发射具有空间相干性的光的其他光源。此外，在图13中，为了方便起见，光源210仅被示出为一个块。然而，光源210可以包括点光源的多个阵列。例如，光源210可以包括多个红色发射激光器、多个绿色发射激光器和多个蓝色发射激光器。
[0129]
导光板220可以包括透明玻璃或透明塑料。例如，可以使用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)作为导光板220的材料。导光板220可以具有例如立方体形状，以用作用于传输光束
的光波导。入射到导光板220的一端中的光束l可以经由全内反射传输到导光板220的另一端。
[0130]
几何相位光学元件250可以改变光的偏转角，这允许三维显示装置200的视点变化。可以应用参照图1至图12c描述的几何相位光学元件100、100a和100b以及第一几何相位光学元件110和第二几何相位光学元件120中的任何一个作为几何相位光学元件250。
[0131]
空间光调制器260可以配置为取决于全息图信号形成全息图图案用于衍射和调制入射光束。可以使用配置为仅执行相位调制的相位调制器、配置为仅执行幅度调制的幅度调制器以及配置为执行相位调制和幅度调制两者的复合调制器中的任何一种作为空间光调制器260。在图13中，空间光调制器260被示出为透射式空间光调制器。然而，也可以使用反射式空间光调制器。作为透射式空间光调制器，空间光调制器260可以包括例如基于化合物半导体(诸如gaas)的半导体调制器或液晶装置(lcd)。作为反射式空间光调制器，空间光调制器260可以包括例如数字微镜器件(dmd)或硅上液晶(lcos)。
[0132]
导光板220还可以包括输入耦合器230和输出耦合器240，输出耦合器240配置为发射通过被导光板220引导而前进的光束。输入耦合器230可以提高导光板220的光耦合效率。输出耦合器240可以包括光栅。光栅可以通过利用所发射的光的衍射效率来提高光学输出效率。
[0133]
通过导光板220发射的定向光束可以经由几何相位光学元件250入射到空间光调制器260中。空间光调制器260可以形成具有用于调制入射光束的干涉条纹的全息图图案。入射光束可以经由由空间光调制器260形成的全息图图案而被衍射和调制，因此，可以在某个观看位置产生全息图图像。可以在左手位置和右手位置分别产生左手全息图图像(left-handed hologram image)和右手全息图图像(right-handed hologram image)。
[0134]
图14是根据一实施方式的三维显示装置300的示意性结构的剖视图。
[0135]
三维显示装置300可以包括配置为提供光束的光源310、配置为引导来自光源310的光束的导光板330、配置为改变光束的偏转角的几何相位光学元件350以及配置为形成全息图图像的空间光调制器360。此外，三维显示装置300还可以包括控制器370，该控制器370配置为控制几何相位光学元件350以改变偏转角。此外，配置为跟踪观看者的位置的位置检测传感器380也可以被包括在三维显示装置300中。导光板330还可以包括输入耦合器331和输出耦合器332。
[0136]
光源310可以与参照图13描述的光源210基本相同，因此将省略其详细描述。
[0137]
导光板330可以包括透明玻璃或透明塑料。例如，可以使用pmma作为导光板330的材料。几何相位光学元件350可以改变光的偏转角，这允许三维显示装置300的视点变化。可以应用参照图1至图12c描述的几何相位光学元件100、100a和100b以及第一几何相位光学元件110和第二几何相位光学元件120中的任何一个作为几何相位光学元件350。
[0138]
空间光调制器360可以取决于从图像信号处理器390提供的全息图信号来形成用于衍射和调制入射光束的全息图图案。
[0139]
位置检测传感器380可以跟踪观看者的位置并将观看者的位置发送到控制器370。取决于观看者的位置，控制器370可以控制几何相位光学元件350以将所发送的光束朝向观看者的眼睛引导。
[0140]
参照图14，相对于导光板330，光源310可以在与几何相位光学元件350相同的方向
上布置。
[0141]
控制器370和图像信号处理器390可以使用硬件、软件或硬件和软件的任何组合来实现。图14所示的元件，包括控制器370和图像信号处理器390，可以单独地或组合地实现。
[0142]
虽然已经参照本公开的示例实施方式具体示出和描述了本公开，但是它们是出于说明的目的而提供，并且本领域普通技术人员将理解，可以由本公开作出各种修改和等同的其他实施方式。
[0143]
根据示例实施方式的几何相位光学元件可以通过施加电压来调节光的偏转角。几何相位光学元件可以通过具有简单的结构来调节偏转角，并且可以增加偏转角的数量。
[0144]
根据示例实施方式的几何相位光学元件可以应用于三维显示装置。三维显示装置可以调节光的偏转角并且可以在各个位置上显示三维图像。
[0145]
应理解，在此描述的实施方式应仅在描述性意义上考虑，而不是出于限制的目的。对每个实施方式内的特征或方面的描述通常应被认为可用于其他实施方式中的其他类似的特征或方面。虽然已经参照附图描述了一个或更多个实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在不背离如由所附权利要求限定的精神和范围的情况下可以进行在形式和细节上的各种改变。
[0146]
本技术基于2020年3月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0035809号并要求享有其优先权，其公开内容通过引用全文在此合并。