无串扰和无分辨率损失的自由3D显示器设计

发布时间：2020-01-21 09:10

【摘要】：柱镜光栅式自由3D显示器的串扰问题和分辨率下降问题是影响其广泛应用的主要因素。采用定向背光方案,通过设计一种蝶形单元液晶显示屏光开关面板实现自由3D显示器的无串扰和无分辨率损失。详细推导了定向背光柱镜光栅面板的参数计算公式,给出了55in(1in=2.54cm)4K3D电视屏的定向背光模块结构参数,并采用TracePro软件仿真优化了设计参数。仿真结果表明,设计的自由3D显示器最低串扰小于0.01%,近似无串扰,并且与现有眼镜快门开关式3D视频图像完全兼容,图像无分辨率损失。
【图文】：

原理图,透镜阵列,面板,柱状

，传统方法在特定视点位置可以实现很低的串扰，但在全视角很难保持低串扰［１２］，因此定向背光３Ｄ显示技术在宽视角低串扰等方面还需要进一步优化。Ｆａｎ等［１３］提出自由曲面背光源结合时空控制来实现分辨率不损失的方法，得到了串扰低于２．３％的智能背光自由３Ｄ定向结构。本文提出另一种简单液晶开关结构的定向背光３Ｄ解决方案，与现有眼镜快门开关式３Ｄ视频图像完全兼容，不但解决了视频源问题，同时图像无串扰，无分辨率损失。２无串扰柱镜光栅定向背光３Ｄ显示原理图１ＬＣＤ面板和柱状透镜阵列的定向背光原理图Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆＬＣＤｐａｎｅｌａｎｄｌｅｎｔｉｃｕｌａｒａｒｒａｙｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｂａｃｋｌｉｇｈｔ采用液晶显示屏（ＬＣＤ）光开关面板和柱状透镜阵列的定向背光３Ｄ模块原理图如图１所示，根据柱透镜阵列的光学性质，ＬＣＤ光开关面板中的列对应着特定的光投射方向。图１中显示了一个６个方向的背光设计，，ＬＣＤ光开关面板上对应每个小柱透镜有两个列Ｌ和Ｒ，它们都在设定的方向上产生一个准直光束。在眼睛视点位置，所有Ｌ列（或Ｒ列）产生的光束完全重叠，而Ｌ列和Ｒ列的光束之间完全不重叠。为了使视点位置的光强分布均匀，光束应接近平顶光束，所以将ＬＣＤ光开关面板中的列单元设计成纵向上中间窄两边宽的蝶形结构，如图１所示。图１中Ｌ列对应ｂ１、ｂ３和ｂ５光束，Ｒ列对应ｂ２、ｂ４和ｂ６光束。轮流打开ＬＣＤ光开关面板的Ｌ列和Ｒ列，就能产生轮流变化方向的背光输出，将另一个带有图像信息的ＬＣＤ面板放置在背光输出的光

示意图,单折射,柱面,成像

菱形区域中心，则相邻两幅图像的像素列光束就会在Ｒ＊和Ｌ＊处的菱形区域出现交叠，从而对菱形视点区域内的视点图像造成不可避免的干扰，也就是不同视点图像之间的串扰。因此，要实现视点位置Ｒ＊和Ｌ＊处观看图像的无串扰，首先要保证光束宽度Ｄ≤Ｓ，同时准确控制光束中心线（光轴线）经过Ｒ＊或Ｌ＊处菱形区域中心点。在图１所示的定向背光３Ｄ显示系统中，准直光束的光源为ＬＣＤ光开关面板的一个列，具有一定宽度ｄ；柱透镜阵列若采用常规柱透镜，其横截面为圆弧，图３为ＬＣＤ光开关面板的一个列经过偏心的单折射柱面成像示意图，由图可见ＬＣＤ光开关面板中的列与柱透镜组成偏轴光学系统［１４－１５］。图２ＬＣＤ屏幕相邻两幅图像的像素列光束投射光路示意图Ｆｉｇ．２ＬｉｇｈｔｐａｔｈｄｉａｇｒａｍｏｆｐｉｘｅｌｃｏｌｕｍｎｂｅａｍｓｏｆｔｗｏａｄｊａｃｅｎｔｉｍａｇｅｓｐｒｏｊｅｃｔｉｎｇｏｎＬＣＤｓｃｒｅｅｎ图３偏心的单折射柱面成像示意图Ｆｉｇ．３Ｉｍａｇｉｎｇｄｉａｇｒａｍｏｆｂｉａｓｓｉｎｇｌｅｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｕｒｆａｃｅ０４１２０１－３

【参考文献】