專利名稱：一種高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種三維立體顯示器，特別涉及一種實現(xiàn)高分辨率的立體顯示
O
背景技術(shù)：
觀看者在使用快門眼鏡觀看立體圖像時，需要佩戴一副快門式眼鏡，其左、右兩塊鏡片與顯示器屏幕的圖像切換頻率同步，當顯示器在某一時刻顯示左眼圖像時，左眼鏡片通光，右眼鏡片關(guān)閉，這時，人腦中形成了左眼的視覺；在很短的時間內(nèi)(一般為1/120秒)， 左右眼鏡片開關(guān)狀態(tài)互換，此時，顯示器改為顯示右眼圖像，人腦中形成右眼視覺。通過視覺暫留原理，人腦潛意識中認為，左右眼視覺是同時接收到的，這樣，在人腦中就自然將兩幅帶有視差的二維圖像合成為三維立體視覺?？扉T式立體顯示技術(shù)存在著兩大問題，第一、該技術(shù)屬于體式顯示技術(shù)，即需要佩戴眼鏡才能觀賞，影響了觀賞者的自然感受，并限制了觀看人數(shù)。第二、目前普通的液晶顯示器還沒有辦法達到120HZ的刷新頻率。刷新速率是表征像素開關(guān)速度的一個參數(shù)，它的快、慢直接影響著顯示器對動態(tài)圖像的顯示能力。由于液晶是一種具有一定粘度的材料，在扭轉(zhuǎn)過程中會有一定的阻力，因此傳統(tǒng)液晶顯示器存在刷新速率慢的缺點，換而言之，在觀看3D影像時，觀看者將會看到閃爍且畫面并不連續(xù)的情況。相較于目前主流的自體式顯示技術(shù)，如狹縫式光柵立體顯示器和微柱面透鏡式立體顯示器，快門式立體顯示也具有它自身的優(yōu)勢-分辨率高。從成像原理上分析，上述兩種自體式顯示在2D顯示時，每一個畫面上的像素均對應(yīng)一個顯示面板上的像素，即分辨率與像素比為1:1 ；而在3D模式下，相鄰兩個像素則被拆分為左眼像素和右眼像素，及在人腦中的立體視覺，每一個像素點需要由顯示面板上的兩個像素來提供，即分辨率與像素之比為 1:2。換而言之，當上述兩型立體顯示器由2D模式切換至3D模式時，其分辨率將立即下降至原有的50%以下。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是針對立體顯示器由2D模式切換至3D模式時分辨率會下降的問題， 提出了一種高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)，可在2D-3D間快速轉(zhuǎn)換；同時，3D模式下的顯示分辨率與2D模式相同。并可以根據(jù)使用者所在方位進行動態(tài)跟蹤調(diào)整，兼容現(xiàn)有的液晶面板制造技術(shù)，保證切換后具有相同的高分辨率。本實用新型的技術(shù)方案為一種高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)，由下至上包括背光源模塊、灰度控制模塊、像素控制模塊、電控全息分像光柵模塊和電控柱面透鏡模塊組成，所述電控全息分像光柵模塊由第一分像光柵、第二分像光柵和時序控制電路組成，所述分像光柵在不加電時，通過顯示面板的光線分別向左、右兩個方向衍射；當?shù)谝环窒窆鈻抨P(guān)、第二分像光柵開時，光線經(jīng)第一分像光柵后向左側(cè)以布拉格衍射角出射；經(jīng)過單位時間間隔，第一、二分像光柵開關(guān)狀態(tài)互換，即當?shù)谝环窒窆鈻砰_、第二分像光柵關(guān)時，光線經(jīng)第二分像光柵后以向右側(cè)的布拉格衍射角出射，電控柱面透鏡模塊采用電控聚合物分散液晶可變焦透鏡。所述灰度控制模塊由透明導(dǎo)電膜、聚合物分散液晶盒與玻璃基板組成，其中，透明導(dǎo)電層由ITO導(dǎo)電膜、像素電極和驅(qū)動晶體管組成，控制電極通過對子像素的液晶施加電壓使液晶分子轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，實現(xiàn)刷新率480HZ的高速灰度控制。所述像素控制模塊由透明導(dǎo)電膜，彩色濾波器和玻璃基板組成，彩色濾波器中每個RGB三色單元以形如品字形的結(jié)構(gòu)為單位依次排列，即一個完整的像素單元三個方形 RGB子像素以及形狀、面積與單個子像素相同微控制電路組成，共計四個正方形微結(jié)構(gòu)單元對齊排列構(gòu)成一個完整的像素結(jié)構(gòu)，每個子像素單元對應(yīng)于RGB三基色中的一種。本實用新型的有益效果在于本實用新型高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)，系統(tǒng)工作模式可在二維顯示于三維顯示間快速切換；顯示亮3 D模式與2 D模式具有相同的高亮度；顯示器3 D模式與2 D模式具有相同的高分辨率；顯示器具有高屏幕刷新率，3 D 模式下無畫面閃爍。

圖1為本實用新型高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)顯示面板微觀像素結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實用新型高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)電控全息分像光柵衍射光路示意圖；圖4為本實用新型電控全息分像光柵某時刻向左側(cè)分像時，第一分像光柵關(guān)，第二分像光柵開示意圖；圖5為本實用新型電控全息分像光柵某時刻向左側(cè)分像時，第一分像光柵開，第二分像光柵關(guān)示意圖；圖6為本實用新型高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)時序電路的時序圖；圖7為本實用新型模式控制邏輯圖；圖8為本實用新型高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)柱面透鏡狀電場分布示意圖；圖9為本實用新型高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)電控聚合物分散液晶全息光柵制作光路圖；圖10為本實用新型預(yù)制可拆卸式柱面透鏡模塊安裝圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)，擬采用疊加式分像光柵作為關(guān)鍵控制部件。其結(jié)構(gòu)包括準直性背光源、高速灰度控制液晶模塊、品字形像素結(jié)構(gòu)的顯示面板、全息分像光柵和電控柱面透鏡。工作模式可在2D與3D間快速切換。在3D模式下，在高速灰度控制模塊的支持下，全息分像光柵將同一像素的出射光以高于120HZ的速率分別衍射向不同方向，再由電控柱面透鏡分別聚焦于左右兩眼，使人眼觀看到具有視差的圖像，并在人腦中形成立體視覺。聚合物分散液晶(PolymerDispersed Liquid Crystal-PDLC)膜是一種非均質(zhì)，多相(兩相)材料，聚合物為主體，液晶為分散相。此系統(tǒng)在初始時是聚合物與液晶的均勻混合物，在一定的臨界溫度或曝光強度下引發(fā)聚合，此時互溶性被打破，混合物不能再以單一相存在，液晶因而被析出，以小微滴分散在聚合物網(wǎng)絡(luò)中。一般地，液晶微滴的尺寸在微米量級，其中的液晶分子隨機排列，這樣會產(chǎn)生強烈的光散射。通過外加電場，微滴中液晶分子將重新取向，足夠強的電場可以使分子完全沿電場方向排列。如果液晶尋常光折射率與聚合物基體折射率相匹配，膜將完全變成光學透明體。從不透明到透明的開關(guān)特性形成了 PDLC在顯示領(lǐng)域中應(yīng)用的基礎(chǔ)。美國空軍實驗室在1993年首次提出了全息聚合物分散液晶光柵，這一將全息技術(shù)Holographic Technique與聚合物分散液晶材料H-PDLC相結(jié)合的新型技術(shù)，發(fā)展出了基于高衍射效率H-PDLC光柵的電控布拉格光柵Electrically Switchable Bragg Gratings-ESBG 技術(shù)。一般來說，H-PDLC材料的尺寸相較于傳統(tǒng)PDLC材料要小得多，只有大約 IO-IOOnm0納米級的液晶微滴對可見光波段和紅外波段的光線沒有散射或吸收。H-PDLC的獨特性質(zhì)是基于它特殊的有效折射率差值，這個差值是指在聚合物聚集區(qū)條紋的有效折射率與液晶聚集區(qū)的有效折射率之間的差值可以在外加電場的作用下發(fā)生改變。這意味著其衍射效率將可以通過外部直流電場的開關(guān)而可調(diào)。這一性質(zhì)極大地擴展了 H-PDLC材料的應(yīng)用領(lǐng)域。當處于不加電狀態(tài)時，ESBG處于激活狀態(tài)，此時布拉格全息盒處于最大衍射效率。為了使得布拉格全息盒處于光學透明的非激活狀態(tài)，即等效于衍射效率下降為0，必須施加一個外加電場。這一電場由處于液晶盒內(nèi)壁兩側(cè)的透明ITO導(dǎo)電膜產(chǎn)生。所施加的電壓必須為交流電壓，以保持盒內(nèi)的直流電壓的平衡，典型的施加頻率介于100HZ至2000HZ。 在其線性范圍內(nèi)，液晶盒的衍射效率隨著電壓成正比改變，若要使衍射效率降到0，則需要在足夠電壓驅(qū)動情況下，液晶微滴的尋常折射率同周圍聚合物基質(zhì)的有效折射率完全匹配。如上文所述，傳統(tǒng)液晶顯示器之所以無法適應(yīng)3D顯示的要求，主要是由于其屏幕刷新速率不夠高而引起的，而刷新速率由直接由液晶的電-光特性決定。液晶的電-光特性是指，當給液晶施加一定電壓(2 3V)時，液晶分子在電場作用下重新排列，用液晶分子的扭曲角度所形成的光透過率隨外加電場變化。液晶顯示器的發(fā)光原理是在背光源的作用下，利用液晶分子在電場作用下去向的不同實現(xiàn)圖像的灰度顯示。由于液晶分子取向時存在弛豫響應(yīng)，因此發(fā)光時間總是滯后于施加激勵電壓的時間。在規(guī)定激勵電壓加入后，亮度由10%變化到90%為上升時間，切斷電壓后，亮度由90%變化到10%為下降時間。理論上計算響應(yīng)時間的公式
權(quán)利要求1.一種高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)，由下至上包括背光源模塊、灰度控制模塊、像素控制模塊、電控全息分像光柵模塊和電控柱面透鏡模塊組成，其特征在于，所述電控全息分像光柵模塊由第一分像光柵、第二分像光柵和時序控制電路組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)，其特征在于，所述灰度控制模塊由透明導(dǎo)電膜、聚合物分散液晶盒與玻璃基板組成，其中，透明導(dǎo)電層由ITO導(dǎo)電膜、 像素電極和驅(qū)動晶體管組成，控制電極通過對子像素的液晶施加電壓使液晶分子轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，實現(xiàn)刷新率480HZ的高速灰度控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)，其特征在于，所述像素控制模塊由透明導(dǎo)電膜，彩色濾波器和玻璃基板組成，彩色濾波器中每個方形RGB三色單元以形如品字形的結(jié)構(gòu)為單位依次排列，即一個完整的像素單元三個方形RGB子像素以及形狀、面積與單個子像素相同微控制電路組成，共計四個正方形微結(jié)構(gòu)單元對齊排列構(gòu)成一個完整的像素結(jié)構(gòu)，每個子像素單元對應(yīng)于RGB三基色中的一種。
專利摘要本實用新型涉及一種高分辨率的新型立體顯示器系統(tǒng)，由下至上包括背光源模塊、灰度控制模塊、像素控制模塊、電控全息分像光柵模塊和電控柱面透鏡模塊組成，所述電控全息分像光柵模塊由第一分像光柵、第二分像光柵和時序控制電路組成，通過時序控制電路來控制通過顯示面板后的出光方向，電控柱面透鏡模塊采用電控聚合物分散液晶可變焦透鏡。系統(tǒng)工作模式可在二維顯示于三維顯示間快速切換；顯示亮３Ｄ模式與２Ｄ模式具有相同的高亮度；顯示器３Ｄ模式與２Ｄ模式具有相同的高分辨率；顯示器具有高屏幕刷新率，３Ｄ模式下無畫面閃爍。
文檔編號G02B27/22GK202189203SQ201120232348
公開日2012年4月11日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者孫立嘉, 莊松林, 鄭繼紅 申請人:上海理工大學