专利名称：一种高分辨率的新型立体显示器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维立体显示器，特别涉及一种实现高分辨率的立体显示器。
背景技术：
观看者在使用快门眼镜观看立体图像时，需要佩戴一副快门式眼镜，其左、右两块镜片与显示器屏幕的图像切换频率同步，当显示器在某一时刻显示左眼图像时，左眼镜片通光，右眼镜片关闭，这时，人脑中形成了左眼的视觉；在很短的时间内(一般为1/120秒)， 左右眼镜片开关状态互换，此时，显示器改为显示右眼图像，人脑中形成右眼视觉。通过视觉暂留原理，人脑潜意识中认为，左右眼视觉是同时接收到的，这样，在人脑中就自然将两幅带有视差的二维图像合成为三维立体视觉。快门式立体显示技术存在着两大问题，第一、该技术属于体式显示技术，即需要佩戴眼镜才能观赏，影响了观赏者的自然感受，并限制了观看人数。第二、目前普通的液晶显示器还没有办法达到120HZ的刷新频率。刷新速率是表征像素开关速度的一个参数，它的快、慢直接影响着显示器对动态图像的显示能力。由于液晶是一种具有一定粘度的材料，在扭转过程中会有一定的阻力，因此传统液晶显示器存在刷新速率慢的缺点，换而言之，在观看3D影像时，观看者将会看到闪烁且画面并不连续的情况。相较于目前主流的自体式显示技术，如狭缝式光栅立体显示器和微柱面透镜式立体显示器，快门式立体显示也具有它自身的优势-分辨率高。从成像原理上分析，上述两种自体式显示在2D显示时，每一个画面上的像素均对应一个显示面板上的像素，即分辨率与像素比为1:1 ；而在3D模式下，相邻两个像素则被拆分为左眼像素和右眼像素，及在人脑中的立体视觉，每一个像素点需要由显示面板上的两个像素来提供，即分辨率与像素之比为 1:2。换而言之，当上述两型立体显示器由2D模式切换至3D模式时，其分辨率将立即下降至原有的50%以下。
发明内容
本发明是针对立体显示器由2D模式切换至3D模式时分辨率会下降的问题，提出了一种高分辨率的新型立体显示器系统，可在2D-3D间快速转换；同时，3D模式下的显示分辨率与2D模式相同。并可以根据使用者所在方位进行动态跟踪调整，兼容现有的液晶面板制造技术，保证切换后具有相同的高分辨率。本发明的技术方案为一种高分辨率的新型立体显示器系统，由下至上包括背光源模块、灰度控制模块、像素控制模块、电控全息分像光栅模块和电控柱面透镜模块组成， 所述电控全息分像光栅模块由第一分像光栅、第二分像光栅和时序控制电路组成，所述分像光栅在不加电时，通过显示面板的光线分别向左、右两个方向衍射；当第一分像光栅关、 第二分像光栅开时，光线经第一分像光栅后向左侧以布拉格衍射角出射；经过单位时间间隔，第一、二分像光栅开关状态互换，即当第一分像光栅开、第二分像光栅关时，光线经第二分像光栅后以向右侧的布拉格衍射角出射，电控柱面透镜模块采用电控聚合物分散液晶可变焦透镜。所述灰度控制模块由透明导电膜、聚合物分散液晶盒与玻璃基板组成，其中，透明导电层由ITO导电膜、像素电极和驱动晶体管组成，控制电极通过对子像素的液晶施加电压使液晶分子转动相应的角度，实现刷新率480HZ的高速灰度控制。所述像素控制模块由透明导电膜，彩色滤波器和玻璃基板组成，彩色滤波器中每个RGB三色单元以形如品字形的结构为单位依次排列，即一个完整的像素单元三个正方形 RGB子像素以及形状、面积与单个子像素相同微控制电路组成，共计四个正方形微结构单元对齐排列构成一个完整的像素结构，每个子像素单元对应于RGB三基色中的一种。所述聚合物分散液晶是一种非均质，多相材料，聚合物为主体，液晶为分散相，此液晶在初始时是聚合物与液晶的均勻混合物，在临界温度或曝光强度下引发聚合，此时互溶性被打破，液晶因而被析出，以小微滴分散在聚合物网络中，液晶分子随机排列，会产生强烈的光散射，通过外加电场强电场，分子将完全沿电场方向排列，如果液晶光折射率与聚合物基体折射率相匹配，聚合物分散液晶将完全变成光学透明体，衍射效率为零。本发明的有益效果在于本发明高分辨率的新型立体显示器系统，系统工作模式可在二维显示于三维显示间快速切换；显示亮3 D模式与2 D模式具有相同的高亮度；显示器3 D模式与2 D模式具有相同的高分辨率；显示器具有高屏幕刷新率，3 D模式下无画面闪烁。
图1为本发明高分辨率的新型立体显示器系统结构示意图2为本发明高分辨率的新型立体显示器系统显示面板微观像素结构图； 图3为本发明高分辨率的新型立体显示器系统电控全息分像光栅衍射光路示意图； 图4为本发明电控全息分像光栅某时刻向左侧分像时，第一分像光栅关，第二分像光栅开示意图5为本发明电控全息分像光栅某时刻向右侧分像时，第一分像光栅开，第二分像光栅关示意图6为本发明高分辨率的新型立体显示器系统时序电路的时序图； 图7为本发明模式控制逻辑图8为本发明高分辨率的新型立体显示器系统柱面透镜状电场分布示意图； 图9为本发明高分辨率的新型立体显示器系统电控聚合物分散液晶全息光栅制作光路图10为本发明预制可拆卸式柱面透镜模块安装图。
具体实施例方式本发明提供了一种高分辨率的新型立体显示器系统，拟采用叠加式分像光栅作为关键控制部件。其结构包括准直性背光源、高速灰度控制液晶模块、品字形像素结构的显示面板、全息分像光栅和电控柱面透镜。工作模式可在2D与3D间快速切换。在3D模式下，在高速灰度控制模块的支持下，全息分像光栅将同一像素的出射光以高于120HZ的速率分别衍射向不同方向，再由电控柱面透镜分别聚焦于左右两眼，使人眼观看到具有视差的图像， 并在人脑中形成立体视觉。聚合物分散液晶(PolymerDispersed Liquid Crystal-PDLC)膜是一种非均质， 多相(两相)材料，聚合物为主体，液晶为分散相。此系统在初始时是聚合物与液晶的均勻混合物，在一定的临界温度或曝光强度下引发聚合，此时互溶性被打破，混合物不能再以单一相存在，液晶因而被析出，以小微滴分散在聚合物网络中。一般地，液晶微滴的尺寸在微米量级，其中的液晶分子随机排列，这样会产生强烈的光散射。通过外加电场，微滴中液晶分子将重新取向，足够强的电场可以使分子完全沿电场方向排列。如果液晶寻常光折射率与聚合物基体折射率相匹配，膜将完全变成光学透明体。从不透明到透明的开关特性形成了 PDLC在显示领域中应用的基础。美国空军实验室在1993年首次提出了全息聚合物分散液晶光栅，这一将全息技术Holographic Technique与聚合物分散液晶材料H-PDLC相结合的新型技术，发展出了基于高衍射效率H-PDLC光栅的电控布拉格光栅Electrically Switchable Bragg Gratings-ESBG 技术。一般来说，H-PDLC材料的尺寸相较于传统PDLC材料要小得多，只有大约 IO-IOOnm0纳米级的液晶微滴对可见光波段和红外波段的光线没有散射或吸收。H-PDLC的独特性质是基于它特殊的有效折射率差值，这个差值是指在聚合物聚集区条纹的有效折射率与液晶聚集区的有效折射率之间的差值可以在外加电场的作用下发生改变。这意味着其衍射效率将可以通过外部直流电场的开关而可调。这一性质极大地扩展了 H-PDLC材料的应用领域。当处于不加电状态时，ESBG处于激活状态，此时布拉格全息盒处于最大衍射效率。为了使得布拉格全息盒处于光学透明的非激活状态，即等效于衍射效率下降为0，必须施加一个外加电场。这一电场由处于液晶盒内壁两侧的透明ITO导电膜产生。所施加的电压必须为交流电压，以保持盒内的直流电压的平衡，典型的施加频率介于100HZ至2000HZ。 在其线性范围内，液晶盒的衍射效率随着电压成正比改变，若要使衍射效率降到0，则需要在足够电压驱动情况下，液晶微滴的寻常折射率同周围聚合物基质的有效折射率完全匹配。如上文所述，传统液晶显示器之所以无法适应3D显示的要求，主要是由于其屏幕刷新速率不够高而引起的，而刷新速率由直接由液晶的电-光特性决定。液晶的电-光特性是指，当给液晶施加一定电压(2 3V)时，液晶分子在电场作用下重新排列，用液晶分子的扭曲角度所形成的光透过率随外加电场变化。液晶显示器的发光原理是在背光源的作用下，利用液晶分子在电场作用下去向的不同实现图像的灰度显示。由于液晶分子取向时存在弛豫响应，因此发光时间总是滞后于施加激励电压的时间。在规定激励电压加入后，亮度由10%变化到90%为上升时间，切断电压后，亮度由90%变化到10%为下降时间。响应时间的计算公式如下
权利要求
1.一种高分辨率的新型立体显示器系统，由下至上包括背光源模块、灰度控制模块、像素控制模块、电控全息分像光栅模块和电控柱面透镜模块组成，其特征在于，所述电控全息分像光栅模块由第一分像光栅、第二分像光栅和时序控制电路组成，所述分像光栅在不加电时，通过显示面板的光线分别向左、右两个方向衍射；当第一分像光栅关、第二分像光栅开时，光线经第一分像光栅后向左侧以布拉格衍射角出射；经过单位时间间隔，第一、二分像光栅开关状态互换，即当第一分像光栅开、第二分像光栅关时，光线经第二分像光栅后以向右侧的布拉格衍射角出射，电控柱面透镜模块采用电控聚合物分散液晶可变焦透镜。
2.根据权利要求1所述高分辨率的新型立体显示器系统，其特征在于，所述灰度控制模块由透明导电膜、聚合物分散液晶盒与玻璃基板组成，其中，透明导电层由ITO导电膜、 像素电极和驱动晶体管组成，控制电极通过对子像素的液晶施加电压使液晶分子转动相应的角度，实现刷新率480HZ的高速灰度控制。
3.根据权利要求1所述高分辨率的新型立体显示器系统，其特征在于，所述像素控制模块由透明导电膜，彩色滤波器和玻璃基板组成，彩色滤波器中每个RGB三色单元以形如品字形的结构为单位依次排列，即一个完整的像素单元三个正方形RGB子像素以及形状、 面积与单个子像素相同微控制电路组成，共计四个正方形微结构单元对齐排列构成一个完整的像素结构，每个子像素单元对应于RGB三基色中的一种。
4.根据权利要求1所述高分辨率的新型立体显示器系统，其特征在于，所述聚合物分散液晶是一种非均质，多相材料，聚合物为主体，液晶为分散相，此液晶在初始时是聚合物与液晶的均勻混合物，在临界温度或曝光强度下引发聚合，此时互溶性被打破，液晶因而被析出，以小微滴分散在聚合物网络中，液晶分子随机排列，会产生强烈的光散射，通过外加电场强电场，分子将完全沿电场方向排列，如果液晶光折射率与聚合物基体折射率相匹配， 聚合物分散液晶将完全变成光学透明体，衍射效率为零。
全文摘要
本发明涉及一种高分辨率的新型立体显示器系统，由下至上包括背光源模块、灰度控制模块、像素控制模块、电控全息分像光栅模块和电控柱面透镜模块组成，所述电控全息分像光栅模块由第一分像光栅、第二分像光栅和时序控制电路组成，通过时序控制电路来控制通过显示面板后的出光方向，电控柱面透镜模块采用电控聚合物分散液晶可变焦透镜。系统工作模式可在二维显示于三维显示间快速切换；显示亮３Ｄ模式与２Ｄ模式具有相同的高亮度；显示器３Ｄ模式与２Ｄ模式具有相同的高分辨率；显示器具有高屏幕刷新率，３Ｄ模式下无画面闪烁。
文档编号G02F1/133GK102243387SQ20111018509
公开日2011年11月16日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者孙立嘉, 庄松林, 郑继红 申请人:上海理工大学