1 簡介
近來,，三維顯示" title="三維顯示">三維顯示技術(shù)受到了極大的關(guān)注,，并有可能在將來帶來一個(gè)可觀的市場。三維顯示依據(jù)實(shí)現(xiàn)方法分為多種,，例如：偏振眼鏡法式,、頭盔式、障柵式,、棱鏡式,、體三維、全息立體等等,。目前的立體顯示技術(shù),，仍然存在著很多的問題，例如：分辨率不高,、串?dāng)_較大,、均勻度有待提高等等。正是因?yàn)檫@些問題的存在,，目前立體三維顯示器還未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣,。
在三維立體顯示當(dāng)中，液晶透鏡這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用,，主要原因是其具有很高的靈活性,，只需要在液晶層控制相應(yīng)的電極的電壓分布，液晶透鏡的折射率分布就會(huì)相應(yīng)的改變,，從而對(duì)像素出射光的分布進(jìn)行控制,，2D/3D轉(zhuǎn)換大多數(shù)就是利用液晶透鏡來實(shí)現(xiàn)的,。傳統(tǒng)液晶透鏡實(shí)現(xiàn)的三維立體顯示的基本原理是利用改變液晶層電極上的電壓分布，使折射率的分布呈現(xiàn)類似于固態(tài)透鏡的分布,，控制一組像素出射光的分布,，從而達(dá)到三維效果，其缺點(diǎn)是液晶透鏡的盒厚較大,，會(huì)導(dǎo)致制備工藝問題,，且嚴(yán)重影響切換速度；同時(shí)它仍然會(huì)引起顯示器分辨率的降低,。
本文中,，我們提出了在單個(gè)像素上形成獨(dú)立液晶透鏡的方式，如圖1所示,。通過動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)液晶層的電極,，使所有屏幕像素發(fā)出的所有光線在某個(gè)時(shí)間指向同一個(gè)視場（例如視場1），在下一個(gè)時(shí)間指向另一個(gè)視場（例如視場N）,，這樣就可以利用時(shí)序信號(hào)在不降低空間分辨率的前提下實(shí)現(xiàn)三維顯示,。
本文提出的基于單像素透鏡的三維立體顯示方法，可以解決傳統(tǒng)方式帶來的分辨率降低問題,。由于一個(gè)液晶透鏡控制一個(gè)像素的光線,，能實(shí)現(xiàn)更加精確的控制，從而能提高3D顯示的串?dāng)_,、均勻性等性能,。
2 建模與仿真
2.1 模型的建立
本文的模型如圖2所示，其基本結(jié)構(gòu)是在常規(guī)的LCD面板上方加上一層液晶層來實(shí)現(xiàn)液晶透鏡,。
2.2 仿真分析
由于液晶透鏡與固態(tài)透鏡的等效性,，前期仿真時(shí)以球面單像素固態(tài)透鏡建模，光源為瑯勃光源,，單像素寬度0.08mm,，透鏡焦距選擇1.23mm，可以得到像素發(fā)出的光在觀察面上的分布如圖3（a）所示,。由圖可得,，其光分布的范圍很寬。這是因?yàn)?，根?jù)模型尺寸,，透鏡與對(duì)應(yīng)像素的夾角很小，即像素發(fā)出的角度為180度的出射光線,，其中很大部分通過相鄰?fù)哥R出射,，從而導(dǎo)致光線分散。當(dāng)減小發(fā)散角到2度,，仿真結(jié)果如圖3（b）所示,，可以看到光線的分布十分的集中。由此可見,，像素出射光的發(fā)散角度對(duì)單像素液晶透鏡" title="單像素液晶透鏡">單像素液晶透鏡立體顯示有著很大的影響,。
為了便于控制與研究，取單像素液晶透鏡折射率分布為線性分布,，光線發(fā)散角為2度,。對(duì)于不同視場，單像素液晶透鏡中的折射率取不同的線性分布,，以使光線聚焦到市場中心,。以此仿真，得到九視場立體顯示器的仿真光強(qiáng)分布如圖4所示,。從圖中可知,，基于單像素透鏡的三維立體顯示技術(shù)能夠極大的降低串?dāng)_" title="低串?dāng)_">低串?dāng)_。
為驗(yàn)證方案可實(shí)施性,，對(duì)液晶層折射率控制進(jìn)行了建模,，如圖5所示。其中,，電極寬度4um,，間隔4um，10個(gè)電極作為一個(gè)單像素透鏡的電極單元,，采用ECB驅(qū)動(dòng)模式,，其液晶層的配向方向與液晶面板出射光的偏振方向相同。
通過仿真,，在不同的電極上施加不同的電壓,，可以得到液晶層內(nèi)的折射率分布。圖6（a）為某一時(shí)刻液晶層內(nèi)部分區(qū)域的理想的線性折射率分布,。當(dāng)在電極上加不同的電壓時(shí)（分別為：6.55V,，15.3V，12.74V,，11.9V,，11.28V，10.73V,，10.2V,，9.66V，9.12V,，8.29V）,，液晶層折射率分布如圖6（b）所示，與理想的折射率分布近似,，因此說明通過此種方式可以實(shí)現(xiàn)液晶折射率的控制,，以達(dá)到三維顯示的目的,。
3 結(jié)論
通過上述仿真分析可知，基于單像素透鏡的3D顯示技術(shù)能夠大大地減小3D顯示的串?dāng)_,，并可使顯示器解析度無降低,。由于此動(dòng)態(tài)液晶透鏡三維顯示的特定使用原理，需要液晶透鏡具有快速切換能力,，而本文提出的單像素液晶透鏡,，由于透鏡節(jié)距小，液晶盒厚低,，有助于提高液晶透鏡的響應(yīng)速度,。在本文的仿真結(jié)果中，單像素透鏡三維顯示技術(shù)所要求的像素光線的入射角度很窄,，且光強(qiáng)分布有一定的非均勻性,。這些可以通過后續(xù)設(shè)計(jì)相應(yīng)背光模塊和優(yōu)化液晶透鏡中的折射率分布來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。