专利名称：基于液态透明胶体的三维显示方法
技术领域：
本发明涉及三维显示，特别是一种基于液态透明胶体的三维显示方法。
背景技术：
从阴极射线显像管发明至今，显示技术的发展经历了黑白显示、彩色显示、数 字显示三个阶段。而今随着激光器的普及，将激光与显示技术相结合已经成为该领 域的发展的趋势和主流方向。此外，激光技术还与目前显示领域的热点之一的全色 三维立体显示密不可分。
目前实现三维显示有多种技术。如目前已经商业化的三维电影，其原理是将拍 摄于不同角度的两组图像，通过偏振方向不同的光再现到二维屏幕上，观察者通过 佩带装有与之对应的偏振片的偏振眼镜，从而左眼和右眼接受到不同角度拍摄的图 像，产生立体感觉。该方法存在图形显示更新频率低，动态显示效果差等缺点。还 有一种广为报道的三维显示全息显示。该方法利用光的干涉和衍射原理实现图形 的记录和再现，需要特定的全息记录介质来实现成像，该方法难以实现动态的三维 显示。
体三维显示不同于以上两种三维显示技术，该方法依赖于空间分布的固体、液 体或气体的发光或光散射来实现三维立体显示，得到的是真实存在的三维图像。目 前，实现体三维显示主要有两种方法，其一是通过激光扫描在一定空间内快速往复 移动的二维显示面，从而在一定体积内呈现立体图像，但是该方法扫描的死区太多， 并且系统要求稳定性高，因此动态显示图像质量较差。其二是基于一定体积的固体、 液体或气体，通过控制激光扫描轨迹，在这些介质中呈现立体图像。该方法成为目 前动态三维立体显示的主要发展方向。在固体介质中实现三维立体显示最初报道于
1996年，该方法使用掺有不同稀土离子的双频上转化发光实现三维显示。但是因玻 璃材料制作手段上的制约，该方法难以实现较大空间的三维显示。此外，最近邱建 荣等提出以含有倍频晶体纳米颗粒的固体为显示体的三维显示方法，在脉冲红外激 光照射下，焦点处的纳米颗粒会出现可见的倍频光，通过移动焦点来实现三维显示。 但是该方法同样仅能得到较小尺寸的显示体，制备较大体积的三维显示体十分困难。 通过气体本身发光，或分散在气体中液滴或固体颗粒的光散射的三维显示可以方便 地在较大空间的三维成像，但是由于气体的流动性使其成像质量难以得到保证。
发明内容
本发明的目的针对以上各种三维显示技术的不足，提供一种基于液态透明胶体 的三维显示方法。
本发明的技术解决方案如下
一种基于液态透明胶体的三维显示方法，其特点是该方法以装有液态透明胶体 的玻璃容器为显示体，胶体中含有一种或多种具有上转化发光的纳米颗粒，颗粒尺 寸为10-100纳米，通过计算机控制红外激光的焦点的扫描轨迹，在红外激光的焦点 处出现可见的上转化发光，在胶体内部形成三维图像，从而实现有颜色的三维立体 显示。
所述的胶体的溶剂为水、酒精、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或环 己烷。
所述的上转化纳米颗粒为掺有稀土离子的氟化物，其分子式为Rei.xMxF3，或 NaRei-xMxF4，其中Re为Y，La,Gd或Lu稀土元素，M为激活离子，包括Ce3+， Eu3+， Tb3+， Er3+， Tm3+， Yb3+中的一种或几种离子。所述的x的值在0.01到0.99之间。
所述的胶体中所述的纳米颗粒的含量为0.01wt%~lwt%。
在红外激光的激发下，这些纳米颗粒显示出各种颜色的上转化发光。如在980nm 的半导体激光器激发下，通过制备特定成分的纳米颗粒，可以分别得到纯的红，绿， 蓝上转化发光，此外，通过混合不同颜色上转化发光纳米颗粒于胶体中，可以得到 具有各种中间色，如黄，青，紫和白色上转化发光的胶体。
将以上掺有稀土离子的上转化纳米颗粒分散在溶剂中，形成胶体。纳米颗粒的 质量百分含量为0.01%~1%，粒径为10-100纳米。颗粒尺寸过大或者含量过高会导 致胶体散射光增强，从而使其透明度降低，影响三维显示的效果。此外溶剂的选取 应考虑到折射率与纳米颗粒的折射率接近，这也是为降低胶体的光散射，增强其透 明度。
本发明技术效果
(1) 液态胶体的尺寸几乎不受限制，克服了固态三维显示难以规模化的缺点， 可以方便实现大空间范围的三维立体显示。
(2) 可通过掺入一种或几种不同的上转化发光纳米颗粒，方便的配置所需发光 颜色的胶体，所需的设备也极简单。
(3) 由于只需将少量纳米颗粒分散在一定的溶剂中便可得到显示介质，因此该 三维显示设备的制作，运输与维护相当方便。
(4)将应用于固态三维显示的扫描系统稍作改动就可应用到此胶体三维显示 器，因此在设备上要求不高，可以方便实现产业化。
图l为在980纳米激光照射下，含有不同的纳米颗粒的溶液在焦点处出现不同 颜色的发光。谱线a， b和c分别对应于蓝色，绿色和红色的上转化发光。
图2为在980纳米激光照射下，通过不同纳米颗粒的组合配制胶体，在980纳
米激光照射下，在焦点处呈现a:白色、b:紫色和C:青色。
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护 范围。
实施例1
将平均粒径为30纳米的NaYo.8Ybcu8Er().()2F4纳米颗粒约0. 5克，通过超声方法 分散到1000毫升乙二醇中形成透明胶体。将此胶体灌入一 10cmxlOcmxl5cm的玻璃 容器中作为显示介质。激发光源为980纳米波长，功率为200毫瓦的半导体激光器， 通过计算机控制激光焦点的扫描轨迹，在胶体中得到绿色的三维图像。
实施例2
将平均粒径为50纳米的GdQ.8YbQ.19TmaQ1F3的纳米颗粒约10克，通过超声方法 分散到1000毫升二甲基亚砜中形成透明胶体。将此胶体灌入一10cmxl0cmxl5cm的 玻璃容器中作为显示介质。激发光源为980纳米波长、功率为200毫瓦的半导体激 光器，通过计算机控制激光焦点的扫描轨迹，在胶体中得到红色的三维图像。
实施例3
将平均粒径为10纳米的NaGdo.5Ybo.499Tmo扁F4纳米颗粒约2克，通过超声方法 分散到1000毫升酒精中形成透明胶体。将此胶体灌入一10cmxl0cmxl5cm的玻璃容 器中作为显示介质。激发光源为980纳米波长、功率为300毫瓦的半导体激光器， 通过计算机控制激光焦点的扫描轨迹，在胶体中得到蓝色的三维图像。
实施例4
将平均粒径为100纳米的Lao.98Er<n)2F3的纳米颗粒约0. 1克，通过超声方法分散 到IOOO毫升环己烷中形成透明胶体。将此胶体灌入一 10cmxlOcmxl5cm的玻璃容器 中作为显示介质。激发光源为810纳米波长、功率为300毫瓦的半导体激光器，通 过计算机控制激光焦点的扫描轨迹，在胶体中得到绿色的三维图像。
实施例5
将平均粒径为100纳米的Luo.99Tbo.dF3的纳米颗粒约0. 1克，通过超声分散到 1000毫升N,N-二甲基甲酰胺中形成透明胶体。将此胶体灌入一 10cmxl0cmxl5cm 的玻璃容器中作为显示介质。激发光源为一波长为800纳米，脉宽为120飞秒的脉冲 激光，通过计算机控制激光焦点的扫描轨迹，在胶体中得到绿色的三维图像。
实施例6
将平均粒径为约为50纳米的Ya98Eu,F3的纳米颗粒约1克，通过超声方法分 散到1000毫升水中形成透明胶体。将此胶体灌入一 10cmxl0cmxl5cm的玻璃容器中 作为显示介质。激发光源为一波长为800纳米，脉宽为120飞秒的脉冲激光，通过计 算机控制激光焦点的扫描轨迹，在胶体中得到红色的三维图像。
实施例7
将平均粒径为20纳米的Lao.98CeaQ2F3的纳米颗粒约2克，通过超声分散到1000 毫升水中形成透明胶体。将此胶体灌入一 10cmxl0cmxl5cm的玻璃容器中作为显示 介质。激发光源为一波长为800纳米,脉宽为120飞秒的脉冲激光，通过计算机控制 激光焦点的扫描轨迹，在胶体中得到蓝色的三维图像。
实施例8
将平均粒径为20纳米，成分为NaLao.78Ybo.2Ero.02F4的纳米颗粒约2克，以及成 分为NaGdo.79Yba2Tma(uF4的纳米颗粒1克，通过超声方法分散到1000毫升环己垸 中形成透明胶体。将此胶体灌入一 10cmxl0cmxl5cin的玻璃容器中作为显示介质。激 发光源为一波长为980纳米的半导体激光器，通过计算机控制激光焦点的扫描轨迹， 在胶体中得到青色的三维图像。
-实施例9
将平均粒径为20纳米的，成分为NaLaa78Yba2Era()2F4的纳米颗粒约2克，成分 为NaGdo^Yb^TmaoA的纳米颗粒1克以及成分为NaLaa48Yba5Ero.o2F4的纳米颗粒 1.5克，通过超声方法分散到1000毫升二甲基亚砜中形成透明胶体。将此胶体灌入 一 10cmxlOcmxl5cm的玻璃容器中作为显示介质。激发光源为一波长为980纳米的半 导体激光器，通过计算机控制激光焦点的扫描轨迹，在胶体中得到白色的三维图像。
以上实施例的实验表明，本发明提出的以含上转化发光纳米颗粒的透明胶体为 显示介质，通过计算机控制红外激光的扫描来得到三维图像，实现立体显示。与以 往的三维立体显示方法相比，在材料制备，可操作性，以及产业化前景方面有优势。
权利要求
1、一种基于液态透明胶体的三维显示方法，其特征在于该方法以装有液态透明胶体的玻璃容器为显示体，胶体中含有一种或多种具有上转化发光的纳米颗粒，颗粒尺寸为10-100纳米，通过计算机控制红外激光的焦点的扫描轨迹，在红外激光的焦点处出现可见的上转化发光，在胶体内部形成三维图像，从而实现有颜色的三维立体显示。
2、 根据权利要求1所述的基于液态透明胶体的三维显示方法，其特征在于所述 的胶体的溶剂为水、酒精、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或环己烷。
3、 根据权利要求1所述的基于液态透明胶体的三维显示方法，其特征在于所述 的上转化纳米颗粒为掺有稀土离子的氟化物，其分子式为Rei.xMxF3，或 NaRei-xMxF4，其中Re为Y, La, Gd或Lu稀土元素，M为激活离子，包括Ce3+， Eu3+， Tb3+， Er3+， Tm3+， Yb"中的一种或几种离子，x的值在0.01到0.99之间。
4、 根据权利要求1所述的基于液态透明胶体的三维显示方法，其特征在于所述 的胶体中所述的纳米颗粒的含量为0.01wt%~lwt%。
全文摘要
一种基于液态透明胶体的三维显示方法，该方法以装有液态透明胶体的玻璃容器为显示体，胶体中含有一种或多种具有上转化发光的纳米颗粒，颗粒尺寸为10-100纳米，通过计算机控制红外激光的焦点的扫描轨迹，在红外激光的焦点处出现可见的上转化发光，在胶体内部形成三维图像，从而实现有颜色的三维立体显示。本发明在成像质量，显示尺寸等方面有优势，因此具有较大的产业化前景。
文档编号G02B27/22GK101382661SQ20081020120
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月15日 优先权日2008年10月15日
发明者乔延波, 刘小峰, 董国平, 邱建荣, 陈丹平 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所