一种新型立体显示器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种新型立体显示器系统，工作模式可在2D与3D间快速切换。在3D模式下，全息分像光栅将不同像素的出射光分别衍射向不同方向，再由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。在外加电场的切换作用下，分像光栅可视为平板玻璃，柱面透镜效应亦可拆除，从而显示系统恢复到2D显示状态。系统在分像的过程中的亮度损失不高于10%，相较于狭缝光栅式立体显示器具有高亮度的优势；相较于微柱面透镜式立体显示器具有成本优势，其制造工艺兼容现有的液晶面板制造技术，工艺简单，成本低廉；低功耗，适用于小功率便携式显示终端。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种立体显示器。
技术介绍
三维立体显示技术又称3D技术，即可以显示客体和场景的深度信息的显示技术， 相较于传统的二维显示技术，其所携带的信息量更大，更加逼真，且富有渲染力，已经成为未来显示技术发展的主流方向。目前，大部分的立体显示系统都是依据双目感知立体信息的机理来获取立体视觉。早期的立体显示器都需要佩戴特定的眼睛才能观看，虽然可以获得立体视觉，但是佩戴眼睛阻碍了人的自然视觉感受。不需要借助辅助工具观看三维立体影响的技术满足了人们追求裸眼观看3D效果的需求，目前主流的技术包括狭缝式视差光栅和柱面透镜等分光方法。这两种利用双目视差原理实现裸眼立体显示的设备，其核心思想是使左、右眼分别看到独立而带有视差的图像。对于传统二维显示器而言，由于显示面板上的每一个像素所发出的光线发散角很大，因此任意一个像素所发出的光线都能同时被左眼和右眼接收。换而言之，左眼和右眼看到的是同一幅图像，并不存在视差，所以不能产生立体视觉。目前，主流的裸眼立体显示器，其核心设计思想都是将左、右眼图像分割并交错排列在同一显示面板上，再通过光学上的处理，例如遮挡和折射，使其相互分开，再分别射向左眼和右眼，从而形成立体视觉。常见的裸眼立体显示器有两种，即狭缝式视差光栅式(如图1所示)和微柱面透镜阵列式(如图2所示)显示器。这两种裸眼3D显示都存在明显的缺点。例如造成光线的亮度损失，分辨率降低，加工困难等问题。
技术实现思路
本专利技术是针对现在立体显示器存在的问题，提出了一种新型立体显示器系统，实现裸眼3D的显示实现方法，即基于电控光栅分像的3D系统，该显示实现方法可以克服以往方法的缺点，而且容易实现工作模式在二维和三维显示的兼容和快速切换。本专利技术的技术方案为一种新型立体显示器系统，由下至上依次包括准直性背光模块、灰度控制模块、像素控制模块、电控分像光栅模块和电控柱面透镜模块，灰度控制模块紧贴于背光模块，以使透过该模块的光线具有较高准直度，灰度控制模块由内侧镀有ITO 透明导电层的上、下玻璃基板和夹在其间的液晶材料组成；像素控制模块由彩色滤波片组成；分像光栅模块由分像光栅及其ITO玻璃控制电极组成；柱面透镜模块由液晶和上、下层透明非对称电极构成，所述电控分像光栅模块由下方像素控制模块垂直入射光通过后，以布拉格衍射角θ^π θ2向左眼侧和右眼侧射出，全息光栅条纹的延伸方向与光栅法线所成角分别等于1/2 θ :和1/2 θ 2，即布拉格衍射角平分线方向，单个光栅的尺寸等于像素宽度。所述ITO透明导电层由ITO导电膜、像素电极和驱动晶体管组成。所述像素控制模块由彩色滤波片组成，彩色滤波片为RGB三色单元阵列组成的滤波片，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方形RGB子像素以及形状、面积与单个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。所述电控柱面透镜模块由上玻璃基板、线形透明电极、液晶材料、ITO导电膜和下玻璃基板组成，在上方玻璃基板上刻有线形透明电极；在下方玻璃基板内侧的整个表面上均勻地涂覆有ITO导电膜。所述电控分像体全息光栅是通过全息掩膜曝光方法制作，即分步曝光法，通过完全涂黑的遮住左眼信息部分的掩模板紧紧扣住聚合物分散液晶盒，曝光右眼信息所需的部分光栅；再通过完全遮掩右眼信息部分的掩模板，曝光制作针对左眼方向衍射所需的左向倾斜方向的光栅结构。本专利技术的有益效果在于本专利技术新型立体显示器系统，其工作模式可在2D与3D间转换；系统在分像的过程中的亮度损失不高于10%，相较于狭缝光栅式立体显示器具有高亮度的优势；相较于微柱面透镜式立体显示器具有成本优势，其制造工艺兼容现有的液晶面板制造技术，工艺简单，成本低廉；低功耗，适用于小功率便携式显示终端。附图说明图1为视差光栅式立体显示器原理图； 图2为微柱面透镜式立体显示器原理图； 图3为本专利技术立体显示器系统结构示意图4本专利技术立体显示器系统中GB子像素成品字形排列图5本专利技术立体显示器系统中全息分像光栅衍射示意图6本专利技术立体显示器系统中光栅衍射的微观光路图7本专利技术立体显示器系统中电控柱面透镜模块结构示意图8本专利技术立体显示器系统中加载电场时的电控液晶柱面透镜纵剖图9本专利技术立体显示器系统原理结构示意图。具体实施例方式如图3所示立体显示器系统结构图，包括准直性背光模块6、灰度控制模块、像素控制模块和电控分像光栅模块和电控柱面透镜模块1。其中灰度控制模块由内侧镀有ITO 透明导电层2的上、下玻璃基板3和夹在其间的液晶5材料组成。像素控制模块由彩色滤波片6组成。分像光栅模块由分像光栅7及其ITO玻璃控制电极8组成，柱面透镜模块1 由液晶和上、下层透明非对称电极构成。灰度控制模块紧贴于背光模块，以使透过该模块的光线具有较高准直度。灰度控制模块由带有ITO透明导电层2的上下玻璃基板3和普通液晶盒5组成。其中，透明导电层2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，实现灰度的控制。显示器采用屏幕长宽比16 10的19寸面板，其实际横向长度为408. M毫米，纵向宽度为255. 15毫米，像素间距为0. 567毫米，有效分辨率为720 X 900dpi。像素控制模块由彩色滤波片6组成。如图4所示，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方形RGB子像素以及形状、面积与单个像取a=550nm(白光平均波长)，j =则制作时候夹角为5= 9.46°(布拉格衍射角)，m=l (衍射光强极大值条纹)。分像光栅的作用是在3D模式下，改变显示面板不同像素光线的光路，即所有左眼图像所对应的光线均向左衍射，并形成平行光；所有右眼图像所对应的光线均向右侧衍射，亦形成平行光。如图5示，通过光栅分像作用，左眼图像与右眼图像得以分开。不仅如此，由于所有左眼图像所对应的衍射角相同，因此，所有衍射方向同侧的光线均互相平行，这就为通过下文所述之柱面透镜分别聚焦于左右两眼提供了可能。经过柱面透镜的聚焦作用，在保证双眼间距离为65mm的同时，将信息聚焦于离笔记本观察距离为300mm左右的位置为双眼所在平面位置。对于左眼和右眼像素的垂直方向入射，光栅分像模块将产生对称的左右眼分像作用，衍射角度与垂直方向夹角为10°左右，左右两边对称。这样大量从左右眼像素出射的衍射光就在各自的衍射方向上平行，再通过聚焦柱面透镜的电控作用，分别聚焦成像于人眼的左右两个位置。电控分像体全息光栅的具体制作过程是通过全息掩膜曝光方法制作。所谓掩膜曝光就是分步曝光法，即通过完全涂黑的遮住左眼信息部分的掩模板紧紧扣住聚合物分散液晶盒，曝光右眼信息所需的部分光栅；再通过完全遮掩右眼信息部分的掩模板，曝光制作针对左眼方向衍射所需的左向倾斜方向的光栅结构。具体步骤首先配置聚合物分散液晶材料，其配制流程为1、将液晶材料、聚合物单体、适量的交联剂、活化剂和引发剂按照一定比例(参见参考文献)，在遮光条件下混合加热到60 70°C，使其处于各向同性的状态。2、在充分搅拌并用超声波乳化使其均勻混合从而制备出聚合物分散液晶预聚物混合材料，3、将光致固化预聚物和液晶材料组成的混合物注入液本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种新型立体显示器系统，由下至上依次包括准直性背光模块、灰度控制模块、像素控制模块、电控分像光栅模块和电控柱面透镜模块，灰度控制模块紧贴于背光模块，以使透过该模块的光线具有较高准直度，灰度控制模块由内侧镀有ＩＴＯ透明导电层的上、下玻璃基板和夹在其间的液晶材料组成；像素控制模块由彩色滤波片组成；分像光栅模块由分像光栅及其ＩＴＯ玻璃控制电极组成；柱面透镜模块由液晶和上、下层透明非对称电极构成，其特征在于，所述电控分像光栅模块由下方像素控制模块垂直入射光通过后，以布拉格衍射角θ１和θ２向左眼侧和右眼侧射出，全息光栅条纹的延伸方向与光栅法线所成角分别等于１／２θ１和１／２θ２，即布拉格衍射角平分线方向，单个光栅的尺寸等于像素宽度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑继红，庄松林，孙立嘉，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：31