[发明专利]一种基于超构表面的像素化动态全息显示器件及实现方法

说明书

本发明公开了一种基于超构表面的像素化动态全息显示器件及实现方法。该器件由底层透明介质衬底、第一层像素化的氧化铟锡透明电极、电介质纳米柱结构阵列、聚甲基丙烯酸甲酯、电介质材料包覆层、第一层光致取向层、向列相液晶、第二层光致取向层和第二层氧化铟锡透明电极，以及顶层透明介质衬底组成。该基于超构表面的像素化动态全息显示器件通过底层的超构表面对入射光相位进行人为的调控，再通过对上下两层的氧化铟锡透明电极施加电压，从而使得向列相液晶的取向发生变化，调制超构表面出射光的相位。通过对各个超构表面像素分别施加不同的电压值，实现不同的全息显示效果。本发明具备集成度高，体积小，可像素化调控，易加工，像素小等优点。

技术领域

本发明涉及一种基于超构表面的像素化动态全息显示器件及实现方法，属于微纳光学器件技术领域。

背景技术

超构表面是近些年来一种新型的基于广义斯涅耳定律的平面光学调控元件，由亚波长尺寸大小和间隔的散射体在二维平面上周期或非周期排列构成。通过对散射体的形状、大小、位置和方向进行调整，几乎可以实现光的相位、振幅、偏振和频率的任意调控。利用超构表面灵活的结构设计和新颖的机制，可以设计出紧凑的动态光学元器件，目前已经实现了光束偏折、平面透镜、全息显示等功能，具有广阔的应用前景。近年来研究人员对各类驱动机制的动态超构表面器件也做了许多有价值的研究，但是，目前的研究仍然面临着诸多的难题和挑战。如今实现超构表面动态调控的方法主要局限于同步调谐所有超构表面单元，不能实现像素化分区域调节，限制了超构表面进一步广泛应用。因而，实现一种像素化调控的超构表面，可以进一步扩展超构表面在光学显示、空间光调制器以及激光雷达等方面的应用，凭借其轻薄、紧凑、功耗低的特点革新许多新兴技术。

传统的全息显示技术需要通过干涉光记录实际物体来获取目标全息图，光路系统复杂并且不能实现现实中不存在体的重建，在实际应用中收到了巨大的约束。目前，基于超构表面的全息显示技术的由于具有分辨率高，视场角大，易制作等优点得到了研究人员的广泛关注，但是目前的基于超构表面的全息显示技术智能实现静态显示，并且单个器件无法实现多个全息图案的显示，难以满足产品日益增长的需求，因此迫切需要新技术的突破，实现像素化动态全息显示，以达到应用标准。

发明内容

本发明可用于光学显示模组，公开了一种基于超构表面的像素化动态全息显示器件及实现方法。该器件由底层透明介质衬底、第一层像素化的氧化铟锡透明电极(ITO)、电介质纳米柱结构阵列、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、电介质材料包覆层、第一层光致取向层、向列相液晶、第二层光致取向层和第二层氧化铟锡透明电极，以及顶层透明介质衬底组成。该基于超构表面的像素化动态全息显示器件通过底层的超构表面对入射光相位进行人为的调控，再通过对上下两层的氧化铟锡透明电极施加电压，从而使得向列相液晶的取向发生变化，调制超构表面出射光的相位。通过对各个超构表面像素分别施加不同的电压值，实现不同的全息显示效果。该器件的实现方法主要包括两大部分：超构表面的设计制造和液晶的封装。相比较现有的全息显示器件而言，本发明具备集成度高，体积小，可像素化调控，易加工，像素小等优点。

本发明的目的是提供一种基于超构表面的像素化动态全息显示器件及实现方法，通过将ITO电极像素化，并将设计的超构表面设于像素化电极之上，再与液晶进行集成，对不同的像素化电极分别施加不同的电压控制液晶的取向，从而调控超构表面出射光的相位，实现全息显示器件像素化动态可调。

本发明的技术方案如下：

一种基于超构表面的像素化动态全息显示器件，该像素化动态全息显示器件由底层透明介质衬底5、第一层氧化铟锡透明电极6、电介质纳米柱结构阵列7、聚甲基丙烯酸甲酯8、电介质材料包覆层9、第一层光致取向层10、向列相液晶11、第二层光致取向层12和第二层氧化铟锡透明电极13，以及顶层透明介质衬底14 组成。所述电介质纳米结构阵列包含多个纳米柱结构。