中国科大3D显示器突破人机交互技术

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中国科学技术大学庄涛涛教授团队与俞书宏院士研究组合作，基于设计的高性能圆偏振发光器件，开发出一种新型电控3D显示面板，并成功应用于信息交互领域。相关研究成果以“Self-positioning microdevices enable adaptable spatial displaying”为题，于5月14日发表在国际期刊《科学·进展》（Science Advances）上，并被选为当期封面（图1）。

图1. Science Advances封面

具备空间成像能力的自适应显示技术，在科研、远程医疗、应急救援及深空探测等多个领域具有广泛应用前景，推动了对扩展现实技术非传统形式的需求增长。然而，目前的手性光源在通电状态下难以实现足够强的电致发光不对称性。如何通过低成本、简易工艺实现高质量、沉浸感强的3D显示系统，并进一步发展独特的深度信息交互核心技术，成为亟待解决的问题。相比普通光源，圆偏振光能显著提升信息容量和交互维度。基于圆偏振光的3D显示技术可有效缓解视觉疲劳，并在更宽视角下呈现优质立体图像。相比于传统的光学方法产生圆偏振光，具备圆偏振发光（CPL）特性的手性发光材料在加工性和器件集成方面更具优势。虽然基于CPL的静态3D成像已有一定进展，但如何通过数字信号控制发光单元实现动态调控（即：基于CPL的电控3D显示），仍是当前一大挑战。

研究人员利用自主研发的自定位合成技术并结合微电子打印手段，实现了CPL微器件的集成化制备，构建了多种尺寸的3D显示面板。在交流电场驱动下，其发光不对称因子（glum，CPL性能关键参数）最高可达1.0。在此基础上，研究人员依据双目视差原理，搭建了深度信息采集设备，完成了深度信息的还原与可视化。在模拟被困人员救援场景中，操作者借助3D显示器提供的深度信息，“沉浸式”操控机械臂，成功完成对“受困人员”的营救任务。本研究所提出的基于CPL的深度信息交互方式，为虚拟世界与现实世界的连接提供了全新路径（图2）。

该研究展示的空间显示技术有效弥合了虚拟与现实之间的差距，在手性发光材料领域为拓展现实乃至超越现实的应用进行了有益探索。所实现的沉浸式人机交互系统，在灾难应急救援等高风险场景中展现出巨大潜力，为现实世界与数字空间的深度融合搭建了桥梁。

本论文共同第一作者为中国科学技术大学化学系博士生郭启与硕士生李泽一，通讯作者为庄涛涛教授与俞书宏院士。项目获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院率先行动计划、安徽省杰出青年基金、新基石科学基金会等多项资助支持。

图2. (a) 电控圆偏振发光器件的结构层级设计；(b) 圆偏振发光性能表现；(c) 大尺寸柔性3D显示面板；(d) 双目立体视觉示意图；(e) 深度信息获取；(f) 基于深度信息的远程救援演示

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