中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)莊濤濤教授課題組和俞書宏院士研究團隊基于設(shè)計的高性能圓偏振發(fā)光器件，構(gòu)筑了新型電控3D顯示面板，并在信息交互領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)功能應(yīng)用。相關(guān)成果以“Self-positioning microdevices enable adaptable spatial displaying”為題于5月14日發(fā)表在國際期刊《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）上，并選為當(dāng)期封面（圖1）。
圖1.Science Advances封面
具有空間成像功能的自適應(yīng)顯示，在科學(xué)研究、遠(yuǎn)程醫(yī)療、救援和空間探索等領(lǐng)域都是不可或缺的，促進(jìn)了非傳統(tǒng)形式要求的擴展現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展。然而，目前的手性光源在通電顯示過程中難以獲得足夠的電致發(fā)光不對稱性。如何通過低成本、簡單工藝實現(xiàn)具有高感知體驗的3D顯示系統(tǒng)，并進(jìn)一步打造獨特的深度信息交互核心技術(shù)是當(dāng)前迫在眉睫的任務(wù)。圓偏振光相較于非偏振光，可顯著提升信息密度與交互維度?；趫A偏振光的3D顯示技術(shù)，可大幅減少視覺疲勞并達(dá)到更大觀察范圍內(nèi)的高質(zhì)量立體成像。相較于使用物理光學(xué)方法產(chǎn)生圓偏振光，具有圓偏振發(fā)光（CPL）特性的手性發(fā)光材料在可加工性和器件集成方面展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。目前，基于CPL的靜態(tài)3D成像技術(shù)已取得進(jìn)展，但如何通過數(shù)字信號輸入對發(fā)光單元進(jìn)行實時動態(tài)調(diào)控（即：實現(xiàn)基于CPL的電控3D顯示），仍難以實現(xiàn)。
研究人員通過開發(fā)的自定位合成技術(shù)并結(jié)合微電子打印，實現(xiàn)CPL微器件的集成化制備，構(gòu)筑了一系列不同尺寸的3D顯示面板。在交流電場驅(qū)動下，其最大發(fā)光不對稱因子（glum，CPL性能關(guān)鍵評估參數(shù)）可達(dá)1.0。研究人員進(jìn)一步基于雙目視差原理，搭建深度信息檢測設(shè)備，實現(xiàn)了深度信息的重構(gòu)與可視化。在被困人員救援場景應(yīng)用模擬中，基于3D顯示器提供的深度信息，“沉浸式”地完成機器手臂的遠(yuǎn)程操縱，實現(xiàn)了對被困“人員”的成功營救。這項研究提出的基于CPL的深度信息交互應(yīng)用方式，為虛擬與現(xiàn)實的連接搭建了溝通橋梁（圖2）。
這項研究報道的適應(yīng)性空間顯示技術(shù)彌合了虛擬與現(xiàn)實之間的鴻溝，在手性發(fā)光領(lǐng)域為擴展的現(xiàn)實和超越現(xiàn)實進(jìn)行了新的嘗試。所展示的沉浸式人機交互，成功模擬了災(zāi)難場景中理想的安全救援，在現(xiàn)實世界和數(shù)字宇宙之間架起了一座橋梁。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系博士生郭啟與碩士生李澤一為共同第一作者，莊濤濤教授和俞書宏院士為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院率先行動、安徽省杰出青年基金、新基石科學(xué)基金會等項目的資助支持。
圖2.(a)電控圓偏振發(fā)光器件的層級結(jié)構(gòu)設(shè)計；(b)圓偏振發(fā)光性能；(c)大尺寸、柔性3D顯示面板；(d)雙目立體視覺原理圖；(e)深度信息；(f)基于深度信息的遠(yuǎn)程救援示例
