得益于激光亮度高、單色性好等特點，激光顯示能夠最真實地再現自然界中豐富絢麗的色彩，被認為是繼陰極射線管顯示、液晶顯示、發光二極管顯示之后的下一代顯示技術。利用左右眼分別接收不同的激光顯示畫面，經過大腦對圖像信息進行疊加重生，可構成一個具有前-后、上-下、左-右、遠-近等立體方向效果的影像。這種基于激光的3D顯示能夠為人類提供終極視覺體驗，是下一代顯示技術的重要分支之一。偏振是光的本征屬性，已經成功用于構筑3D顯示。其中圓偏振激光因其獨特旋光特性，能夠顯著提高3D激光顯示的對比度和舒適性，為人類帶來更好的觀感。然而，由于缺乏像素化的自發光圓偏振微激光陣列作為顯示面板，自發光的3D平板激光顯示的發展受到了阻礙。
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圖像。標尺為100 微米。(c) 制得的紅綠藍三色圓偏振激光陣列的明場圖像。(d) 單個像素點的熒光顯微圖像。每個像素點由左旋及右旋的紅綠藍子像素組成。(e) 單個像素點的圓偏振激光發射光譜。(f) 出射激光的強度隨角度的變化關系
趙永生研究員團隊近年來一直致力于有機微納激光材料與器件方面的研究，首次提出了構建紅綠藍（RGB）三色有機微激光陣列的主動發光激光顯示面板，并在后續開展了一系列系統的研究工作。最近，他們構筑了膽甾相液晶微陣列作為顯示面板，實現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射的子像素構成的。由于膽甾相液晶高度組裝的周期性螺旋結構，所制備的微結構單元能夠實現高質量的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射光譜及對應的熒光顯微圖像。標尺為100 微米。(e) 制得的單個像素點的色域覆蓋范圍。(f) 不同子像素組合的“ICCAS”的遠場顯示圖像，表明制備的像素點很好的混色效果。標尺為1毫米。(g) 基于27×27的像素陣列實現的3D激光顯示原型。標尺為1毫米。(h) g圖紅色方框中像素點的熒光圖像。左右兩個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成一個單獨的顯示像素，通過適當調整激發方式實現了全色可調圓偏振激光（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射的兩個圖像。利用3D眼鏡將這兩個圖像分別送達左右眼，由于存在雙目視差，觀察者在其腦海中會將兩個圖像融合在一起，從而生成立體圖像。該工作為下一代3D顯示設備的創新開新途徑。
這一研究成果近期發表在Advanced Materials (Adv. Mater. 2021, 33, 2104418)。論文的第一作者為化學所博士生戰秀芹，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
