Light field glasses-free three-dimensional display technology based on micro-nano photonic devices

Zhong-wen XIA; Jian-yu HUA; Lin-sen CHEN; Wen QIAO

doi:10.37188/CJLCD.2022-0043

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Light field glasses-free three-dimensional display technology based on micro-nano photonic devices

Light Field 3D Display | 更新时间：2022-06-22

- Light field glasses-free three-dimensional display technology based on micro-nano photonic devices
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 37, Issue 5, Pages: 562-572(2022)
- 作者机构：
  
  苏州大学光电科学与工程学院，江苏苏州 215006
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key Research and Development Program of China(2021YFB3600500);National Natural Science Foundation of China General Program(61975140;62075145);Key Research and Development Project in Jiangsu Province(BE2021010);Leading Technology of Jiangsu Basic Research Plan(BK20192003);Project of the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions（No.PAPD）
- DOI：10.37188/CJLCD.2022-0043
  CLC： TN141;TN948.57
- Received：30 January 2022，
  
  Revised：12 March 2022，
  
  Published：05 May 2022
- 稿件说明：
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Zhong-wen XIA, Jian-yu HUA, Lin-sen CHEN, et al. Light field glasses-free three-dimensional display technology based on micro-nano photonic devices[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(5): 562-572.
DOI：

Zhong-wen XIA, Jian-yu HUA, Lin-sen CHEN, et al. Light field glasses-free three-dimensional display technology based on micro-nano photonic devices[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(5): 562-572. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0043.

摘要

裸眼3D显示是“元宇宙”的入口，是可以重新定义人机交互方式的变革性技术。经过百余年发展，裸眼3D显示已取得显著进步，但仍然存在视场角小、分辨率下降严重、运动视差受限和视疲劳等问题。光场裸眼3D显示本质上是多视角光场调控技术和方法研究。最近研究表明，微纳光子器件（衍射光栅、衍射透镜、超表面等）对光的强度、相位、偏振等参量具有灵活而精确的调控能力，有望解决裸眼3D显示长期存在的难题。然而，数英寸至上百英寸显示幅面的微纳光子器件在设计与制备层面都面临巨大挑战。本文具体分析了基于几何光学的裸眼3D显示局限性，从器件设计和微纳制备两方面详细介绍了基于平面光学的裸眼3D显示最新研究进展。最后总结了裸眼3D显示的未来发展方向和潜在应用领域。

Abstract

Glasses-free three-dimensional （3D） display is the gateway to the “metaverse” and it is a transformative technology that can redefine the way human interact with information. After more than a hundred years’ development， glasses-free 3D display has made significant progress， but there are still a bunch of problems， such as limited field of view （FOV）， severe resolution degradation， limited movement parallax and visual fatigue. Recent studies have shown that micro/nano photonic devices （diffractive gratings， diffractive lens and metasurfaces） have flexible and accurate manipulating capability on the intensity， phase， polarization and other parameters of lightwave. It is expected that nanophotonics can solve the intrinsic bottleneck of glasses-free 3D display. However， micro-nano photonic devices face significant challenges at both the design and fabrication levels. In this paper， the limitations of glasses-free 3D display based on geometric optics are analyzed， and the latest research progress of glasses-free 3D display based on planar optics is introduced in detail from the aspects of device design and micro-nano fabrication. Finally， we highlight the future direction and potential applications of glasses-free 3D display.

关键词

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