盧海笑

南京中電熊貓液晶顯示科技有限公司

液晶材料與3D顯示技術分析

盧海笑

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與傳統(tǒng)的2D圖像相比，3D圖像提供更加豐富的視覺信息，觀看者通過屏幕呈現(xiàn)的畫面，可以真實的感知到物體的遠近、縱深等立體信息，給人身臨其境的立體感和沉浸感。液晶顯示器是被動發(fā)光式顯示器，由于液晶顯示屏本身是不發(fā)光的，所以為液晶顯示模組提供所有光源的背光源扮演著十分重要的作用。基于此，文章就液晶材料與3D顯示技術進行簡要的分析，希望可以提供一個有效的借鑒。

液晶材料；3D顯示技術；應用

1 、3D技術簡介

3D是Three-dimensional的縮寫，即三維顯示。3D技術是一種利用計算機的運算實現(xiàn)聽覺、視覺等方面具有立體效果的虛擬三維技術。由于兩眼瞳孔在水平方向上有一定距離，所以目標物在左右兩眼視網(wǎng)膜上的成像是不完全一樣的，在角度與深度上存在的差異。這樣可以分辨出物體的遠近，經(jīng)大腦綜合產(chǎn)生立體效果。3D電影就是基于雙眼立體效果的原理，將一幅圖像進行分為兩幅圖像，分離后的圖像分別進入人的左右眼后，圖像經(jīng)大腦處理形成具有影深感的影像，觀看著即可體會到電影的立體感。與二維圖像對比，3D技術能夠將畫面變的立體逼真，圖像可以走出屏幕，讓觀眾有身臨其境的感覺。

目前，市場上主流的3D顯示技術有色差式、偏光式、快門式及發(fā)展中的裸眼3D等技術，各種技術的實現(xiàn)原理、顯示效果、所需成本的不同，每種技術占有的市場份額各不相同。

2 、3D顯示技術分類

2.1 色差式3D技術

被動式紅一藍(或者紅一青、紅一綠)濾色3D眼鏡是早期(20世紀70～80年代)的色差式3D技術在應用過程中需要配合使用的。這種技術具有十分簡單的成像原理，以及十分悠久的歷史，用兩種不同的顏色將來源于兩臺不同視角上拍攝的影像在同一幅畫面中完成印制便是色差式3D顯示，也可以稱為分色立體成像技術。若想看到立體效果，必須使用對應的紅藍等立體眼鏡，否則肉眼觀看到的圖像是重影且模糊的，這是因為藍色通過藍色鏡片，而紅色的影像通過紅色鏡片，即過濾了藍色和紅色這兩種色彩，那么大腦便可以重疊兩只眼睛看到的不同影像，從而出現(xiàn)3D立體效果，電影制作領域應經(jīng)逐漸淘汰這一技術了，這是因為容易引起視覺疲勞構成其最大的弱點。

2.2 指向光源式3D技術

3M公司在指向廣義3D技術中投入了大量的資金和精力，通過設計背光模塊，指向光源3D技術搭配兩組發(fā)光二極管(LED)光源，結合獨特的驅動方法以及能夠迅速反應的液晶面板，借用序列將影像顯示在快速反應的面板上，通過光學設計使左右眼分別接收到來自3D顯光源的投影，3D效果則是由雙眼互相交替產(chǎn)生視差形成的，其原理和主動快門眼鏡技術非常相似，但是有著不一樣的實現(xiàn)方式。其中3M公司自主研發(fā)的光學膜是該技術的關鍵，只有借助這個光學膜才能保證左右眼精準的接收到來自3D光源的影像。但是由于技術仍處于研究開發(fā)階段，產(chǎn)品尚未面世。

2.3 多層顯示式3D技術

美國Pure–Depth公司研發(fā)了多層顯示式3D(MLD)技術，該技術是由中間有一定間隔的雙層液晶面板制作而成。由于圖像的亮度和尺寸在兩層面板上有差別，因此不需要3D眼鏡，立體感豐富的畫面就能夠呈現(xiàn)在觀看者眼前，并且通過調(diào)整可以實現(xiàn)2D、3D畫面的顯示。在拉斯維加斯的老虎機以及日本柏青歌賭博機上都應用了該技術研發(fā)的顯示屏，但是雙層屏幕也增加了制造成本和屏幕厚度。

2.4 裸眼3D技術

目前大多處于研發(fā)階段，它的研發(fā)分兩個方向，一是硬件設備的研發(fā)，二為顯示內(nèi)容的處理研發(fā)。第二種已經(jīng)開始小范圍的商業(yè)運用。所以大眾消費者接觸的不多。裸眼式3D技術最大的優(yōu)勢便是擺脫了眼鏡的束縛，但是分辨率、可視角度和可視距離等方面還存在很多不足。

3 用液晶面板實現(xiàn)3D顯示對液晶材料的要求

液晶材料在3D顯示中有兩類應用，一是制作用來顯示的液晶面板，二是制作實現(xiàn)2D/3D效果轉換的輔助器件如液晶快門眼鏡、液晶光柵和液晶透鏡等。

對于液晶面板而言，無論準備應用的是哪一種3D顯示方式，出于最終用戶為了追求更加流暢的觀賞效果(尤其是對體育節(jié)目，賽車類游戲)的要求，降低液晶的響應時間暨使液晶面板擁有更快的刷新頻率是廠家不斷追求的重要目標。

在液晶材料當中，要縮小響應時間，可以從4個方面進行努力。減小液晶材料的旋轉黏度；減小液晶單元盒間隙；增大液晶單元盒驅動電壓；增大液晶材料的介電各向異性系數(shù)。這其中，通過提高工藝制程，可以減小液晶單元盒的間隙，間隙的減小增加了取向層對液晶的錨定力，使液晶分子可以更快地扭轉到位，這樣有助于提高響應速度。而增大液晶單元盒驅動電壓也可以使液晶分子更快地扭轉到位以提高響應速度，但是同時增加耗電量和提高驅動模塊成本。

而液晶材料的旋轉黏度和液晶材料的介電各向異性系數(shù)都是直接與液晶材料本身的特性相關的，研發(fā)人員需要經(jīng)過反復試驗，多方面對比測試，才能確定一種穩(wěn)定而又可以滿足低響應時間要求的液晶材料，這方面需要液晶材料研發(fā)人員不斷的努力。

比如被廣泛應用在TN、IPS顯示模式下的兼具高介電各向異性系數(shù)和低旋轉黏度的CF2O橋類液晶材料，最初是由德國Merck公司開發(fā)，并由日本Chisso公司加以發(fā)展。CF2O橋的引入對于增大液晶材料的介電各向異性系數(shù)，降低旋轉黏度，降低熔點，增加液晶的溶解性，具有較為明顯的效果。但同時我們也要看到對于高速響應液晶來說，即使是帶有CF2O橋鍵的極性液晶化合物其黏度也是較高的，所以在配置混合液晶時通常搭配非常低黏度的端烯類液晶化合物使用。

總之，目前3D技術仍未成熟，特別是在分辨率、可視角度和可視距離等許多方面還存在不足，但相信，隨著技術的發(fā)展，在不久的將來大家都可以輕松體驗到更加逼真的3D效果。

[1]陳天奕，姜修允，岑剡.基于柱鏡光柵的裸眼3D顯示技術[J].物理實驗，2015，04：37-41.

[2]吳莉芳.3D顯示技術之視覺疲勞初步研究[J].企業(yè)技術開發(fā)，2015，15：3-5.

[3]趙天奇.祼眼3D內(nèi)容生成和顯示若干關鍵技術研究[D].北京郵電大學，2015.