自立体显示器因其高显示质量、简单、紧凑和低成本而备受关注。透镜片是自动立体显示器的重要组成部分，用于放大和调制从特定子像素发射到所需区域的光线。目前，实现这一功能的方法主要有两种:视差屏障和透镜微透镜阵列。相比之下，视差屏障易于制作和实现。但它们阻挡了大部分的照明，效率很低。由于有效孔径比的显著降低，多视点三维显示尤其容易受到亮度退化的影响。透镜微透镜阵列可以代替视差障碍，提供高效率，使其成为多视图3D显示的更好选择。

通常，由于空间复用的原因，三维图像的分辨率明显低于二维图像。在实践中，某些类型的信息，如文字和图片，在2D模式下显示效果更好，以获得更高的分辨率。因此，在实际应用中，自动立体显示器能够在2D和3D模式之间切换是非常重要的。为了实现2D/3D可切换的自动立体显示，可以选择使用自适应微透镜阵列这一种简单的方法。液晶透镜微透镜阵列(lcd lenticular microlens arrays, LCLMLAs)作为可调光学元件广泛应用于2D/3D可切换显示。一般来说，液晶微透镜阵列可以分为两种类型。一种是在均匀的LC层中，由带有图案的电极产生空间非均匀电场。另一种是将透镜状微透镜与LC层结合，形成双层复合结构。但二者在制备过程中都存在一定的困难，从而降低微透镜的光学性能。

为了克服制备的困难，本文提出了制备LCLMLAs的全新方法。本文在LC细胞内实现了高质量的LC排列和透镜状聚合物层的表面形貌。LCLMLAs具有偏振依赖性和电可调聚焦特性。根据细胞间隙的不同，LCLMLAs的焦距从650到1000µm不等。本文通过理论计算和实验结果表明，制备的LCLMLAs具有高质量、近衍射限制聚焦的特点。同时，本文还构建了一个14视图2D/3D可切换显示器的原型，由2D LCD面板和制备的LCLMLA组成。观测角度为14°，最佳观测位置的串扰为46.2%。与已有报道的LCLMLAs相比，本文的LCLMLAs具有制作简单、高质量的LC对准、大面积可生产性和低成本等明显优势，可以在2D/3D可切换显示器的发展中发挥关键作用。

图1 (a) LCLMLAs制作示意图 (b)聚合物与lc相分离过程示意图   (c)所设计的灰度掩模的典型形态(d)准直UV光束穿过灰度掩模时400µm传播距离处的光强分布       (e)沿着(d)中红色虚线的实验测量和抛物线拟合强度分布

图2 当lc的对准方向为(a1 - c1) 0°和(a2 - c2) 45°时，制备的样品在(a1, a2) 15、(b1, b2) 20和(c1, c2) 25µm时的POM图像(其中插图为半透镜微透镜的放大图像)

图3 (a)用于研究LCLMLAs偏振相关和电可调聚焦特性的实验装置示意图     (b -d)三种不同细胞间隙(b1 - b4) 15、(c1 - c4) 20和(d1 - d4) 25µm时LCLMLAs的偏振依赖性聚焦

图8 (a) 2D/3D可切换自动立体显示器样机图片    (b)样机的元件布置

图11 在自由立体显示器上所测量的14个视图的水平强度分布

图12 样机的2D/3D切换功能
(a) 2D和(b) 3D内容在3D模式下的捕获图像   (c) 2D和(d) 3D内容在2D模式下的捕获图像

文献来源：Wenfeng Cai, Ming Cheng, Delai Kong, Zongjun Ma, and Yan Jun Liu, "Switchable liquid crystal lenticular microlens arrays based on photopolymerization-induced phase separation for 2D/3D autostereoscopic displays," Opt. Express 32, 625-638 (2024)

https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-32-1-625&id=544716