[发明专利]基于液晶的可电控双通道显示方法

说明书

本发明公开了一种基于液晶的可电控双通道显示方法。该液晶单元结构由五层材料构成，包括中间部分的向列型液晶层、上层的光控取向层和玻璃层、以及底部同样的光控取向层和玻璃层，能够在透射空间分别产生一幅平面显示灰度图像和一幅全息图像，实现双通道的信息显示，这两个通道相互独立且互不影响。另外，通过调节外部施加电压的大小，该液晶多功能器件能够实现光开关的转换和工作波长的动态选择。本发明在光学信息的存储、显示、传输以及光谱测量等领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于信息光学技术领域，具体涉及一种基于液晶的可电控双通道显示方法。

背景技术

液晶显示技术作为一种成熟的显示技术，一直以其独特的技术特点和优越的物理性能广泛地应用在生活中的方方面面，成为现代显示技术的重要研究内容之一。然而，目前现有的LCD显示技术大多是基于光的强度或偏振态进行调制，局限性比较强，仅能针对光的某一种特性(强度或偏振态)进行设计，即只能同时呈现一幅图像，导致信息密度较低且功能较单一。因此，液晶显示技术亟待一种可调控更多光参量的新技术的出现。

传统显示技术多采用调制强度或偏振态的方式进行光强操控，并外加不同电压以实现可电控的调制，从而达到图像显示的目的。但是这种传统的液晶显示方式作为一种普遍的单光参量调制技术，信息通道单一，导致性能也比较单一。近年来，几何相位作为新兴的相位调制机理，以其优越的光学性能受到越来越多的关注，而液晶材料作为一种各向异性的材料，具有对外界环境刺激的高度灵敏性，将这两者结合以实现可电控的双通道图像显示。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于液晶的可电控双通道显示方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于液晶的可电控双通道显示方法，包括以下步骤：

S1、设定液晶单元的结构参数

设定工作波长λ，入射光束沿长轴和短轴产生的相位延迟量δ可表示为

其中，d为向列型液晶层的厚度，n_o为液晶分子慢轴方向的折射率，n_e为液晶分子快轴方向的折射率。通过设定向列型液晶层的厚度d，确定相位延迟与液晶的各向异性及其工作波长之间的动态关系。

S2、确定液晶分子平面内转向角的选择范围

向列型液晶层由250×250个上述设定好的液晶单元结构在X轴、Y轴方向上等间隔排列构成。选择由250×250个像素组成的一幅灰度图像作为通道一的目标图像。根据马吕斯定律，该液晶器件中透射光的归一化强度可表示为

I＝I₀sin²(2θ). (2)

其中，I₀为入射光的强度，θ为液晶分子的平面内转向角。该液晶器件可以实现连续的强度调制，其透射光的强度和液晶分子的平面内转向角之间存在一到四的映射关系，即目标图像每一个像素的强度I都有对应的四个转角θ、π/2–θ、π/2+θ、π–θ可供选择。因此，由通道一目标图像的强度，能够计算出对应的液晶分子平面内转向角的选择范围。

S3、确定液晶分子的平面内转向角

选择由250×250个像素组成的一幅全息图像作为通道二的目标图像。根据几何相位原理，液晶器件中透射光束的相位延迟为Ψ＝±2θ(对于左旋圆偏光入射取正，右旋圆偏光入射取负)，即对于左旋圆偏光的入射，液晶分子的这四个转角θ、π/2–θ、π/2+θ、π–θ对应的相位延迟分别为2θ、π–2θ、π+2θ、2π–2θ。因此，由通道二目标图像的相位分布，利用模拟退火算法进行迭代计算，最终确定液晶分子的平面内转向角，通过诱导剂将向列型液晶分子按照优化后的平面内转向角分布进行排列。

S4、动态调节液晶分子的平面外转向角