得益于激光亮度高、单色性好等特点，激光显示能够最真实地再现自然界中丰富绚丽的色彩，被认为是继阴极射线管显示、液晶显示、发光二极管显示之后的下一代显示技术。利用左右眼分别接收不同的激光显示画面，经过大脑对图像信息进行叠加重生，可构成一个具有前-后、上-下、左-右、远-近等立体方向效果的影像。这种基于激光的3D显示能够为人类提供终极视觉体验，是下一代显示技术的重要分支之一。偏振是光的本征属性，已经成功用于构筑3D显示。其中圆偏振激光因其独特旋光特性，能够显著提高3D激光显示的对比度和舒适性，为人类带来更好的观感。然而，由于缺乏像素化的自发光圆偏振微激光阵列作为显示面板，自发光的3D平板激光显示的发展受到了阻碍。
图1 胆甾相液晶微阵列及圆偏振激光性能研究。(a) 喷墨打印法制备红绿蓝三色圆偏振微纳激光阵列面板的示意图。(b) 微加工制得的聚合物模板的明场图像。标尺为100 微米。(c) 制得的红绿蓝三色圆偏振激光阵列的明场图像。(d) 单个像素点的荧光显微图像。每个像素点由左旋及右旋的红绿蓝子像素组成。(e) 单个像素点的圆偏振激光发射光谱。(f) 出射激光的强度随角度的变化关系
赵永生研究员团队近年来一直致力于有机微纳激光材料与器件方面的研究，首次提出了构建红绿蓝（RGB）三色有机微激光阵列的主动发光激光显示面板，并在后续开展了一系列系统的研究工作。最近，他们构筑了胆甾相液晶微阵列作为显示面板，实现了基于圆偏振激光的全色3D激光显示。他们提出模板喷墨打印的方法，利用染料掺杂的胆甾相液晶制备了RGB微激光像素阵列（图1），该阵列是由两组具有正交圆偏振激光发射的子像素构成的。由于胆甾相液晶高度组装的周期性螺旋结构，所制备的微结构单元能够实现高质量的RGB圆偏振激光（gem = 1.6）。
图2 基于圆偏振激光的全色3D激光显示。(a-d) 不同子像素组合的激光发射光谱及对应的荧光显微图像。标尺为100 微米。(e) 制得的单个像素点的色域覆盖范围。(f) 不同子像素组合的“ICCAS”的远场显示图像，表明制备的像素点很好的混色效果。标尺为1毫米。(g) 基于27×27的像素阵列实现的3D激光显示原型。标尺为1毫米。(h) g图红色方框中像素点的荧光图像。左右两个图像分别透过左旋和右旋圆偏振光后获得。
在制得的面板上，每相邻的RGB胆甾相液晶微单元构成一个单独的显示像素，通过适当调整激发方式实现了全色可调圆偏振激光（图2）。这种打印的胆甾相液晶微激光阵列作为显示面板，能够提供具有正交圆偏振发射的两个图像。利用3D眼镜将这两个图像分别送达左右眼，由于存在双目视差，观察者在其脑海中会将两个图像融合在一起，从而生成立体图像。该工作为下一代3D显示设备的创新开新途径。
这一研究成果近期发表在Advanced Materials (Adv. Mater. 2021, 33, 2104418)。论文的第一作者为化学所博士生战秀芹，通讯作者为赵永生研究员和闫永丽研究员。
论文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202104418
