液晶材料与3D显示技术分析

卢海笑

南京中电熊猫液晶显示科技有限公司

液晶材料与3D显示技术分析

卢海笑

南京中电熊猫液晶显示科技有限公司

与传统的2D图像相比，3D图像提供更加丰富的视觉信息，观看者通过屏幕呈现的画面，可以真实的感知到物体的远近、纵深等立体信息，给人身临其境的立体感和沉浸感。液晶显示器是被动发光式显示器，由于液晶显示屏本身是不发光的，所以为液晶显示模组提供所有光源的背光源扮演着十分重要的作用。基于此，文章就液晶材料与3D显示技术进行简要的分析，希望可以提供一个有效的借鉴。

液晶材料；3D显示技术；应用

1 、3D技术简介

3D是Three-dimensional的缩写，即三维显示。3D技术是一种利用计算机的运算实现听觉、视觉等方面具有立体效果的虚拟三维技术。由于两眼瞳孔在水平方向上有一定距离，所以目标物在左右两眼视网膜上的成像是不完全一样的，在角度与深度上存在的差异。这样可以分辨出物体的远近，经大脑综合产生立体效果。3D电影就是基于双眼立体效果的原理，将一幅图像进行分为两幅图像，分离后的图像分别进入人的左右眼后，图像经大脑处理形成具有影深感的影像，观看着即可体会到电影的立体感。与二维图像对比，3D技术能够将画面变的立体逼真，图像可以走出屏幕，让观众有身临其境的感觉。

目前，市场上主流的3D显示技术有色差式、偏光式、快门式及发展中的裸眼3D等技术，各种技术的实现原理、显示效果、所需成本的不同，每种技术占有的市场份额各不相同。

2 、3D显示技术分类

2.1 色差式3D技术

被动式红一蓝(或者红一青、红一绿)滤色3D眼镜是早期(20世纪70～80年代)的色差式3D技术在应用过程中需要配合使用的。这种技术具有十分简单的成像原理，以及十分悠久的历史，用两种不同的颜色将来源于两台不同视角上拍摄的影像在同一幅画面中完成印制便是色差式3D显示，也可以称为分色立体成像技术。若想看到立体效果，必须使用对应的红蓝等立体眼镜，否则肉眼观看到的图像是重影且模糊的，这是因为蓝色通过蓝色镜片，而红色的影像通过红色镜片，即过滤了蓝色和红色这两种色彩，那么大脑便可以重叠两只眼睛看到的不同影像，从而出现3D立体效果，电影制作领域应经逐渐淘汰这一技术了，这是因为容易引起视觉疲劳构成其最大的弱点。

2.2 指向光源式3D技术

3M公司在指向广义3D技术中投入了大量的资金和精力，通过设计背光模块，指向光源3D技术搭配两组发光二极管(LED)光源，结合独特的驱动方法以及能够迅速反应的液晶面板，借用序列将影像显示在快速反应的面板上，通过光学设计使左右眼分别接收到来自3D显光源的投影，3D效果则是由双眼互相交替产生视差形成的，其原理和主动快门眼镜技术非常相似，但是有着不一样的实现方式。其中3M公司自主研发的光学膜是该技术的关键，只有借助这个光学膜才能保证左右眼精准的接收到来自3D光源的影像。但是由于技术仍处于研究开发阶段，产品尚未面世。

2.3 多层显示式3D技术

美国Pure–Depth公司研发了多层显示式3D(MLD)技术，该技术是由中间有一定间隔的双层液晶面板制作而成。由于图像的亮度和尺寸在两层面板上有差别，因此不需要3D眼镜，立体感丰富的画面就能够呈现在观看者眼前，并且通过调整可以实现2D、3D画面的显示。在拉斯维加斯的老虎机以及日本柏青歌赌博机上都应用了该技术研发的显示屏，但是双层屏幕也增加了制造成本和屏幕厚度。

2.4 裸眼3D技术

目前大多处于研发阶段，它的研发分两个方向，一是硬件设备的研发，二为显示内容的处理研发。第二种已经开始小范围的商业运用。所以大众消费者接触的不多。裸眼式3D技术最大的优势便是摆脱了眼镜的束缚，但是分辨率、可视角度和可视距离等方面还存在很多不足。

3 用液晶面板实现3D显示对液晶材料的要求

液晶材料在3D显示中有两类应用，一是制作用来显示的液晶面板，二是制作实现2D/3D效果转换的辅助器件如液晶快门眼镜、液晶光栅和液晶透镜等。

对于液晶面板而言，无论准备应用的是哪一种3D显示方式，出于最终用户为了追求更加流畅的观赏效果(尤其是对体育节目，赛车类游戏)的要求，降低液晶的响应时间暨使液晶面板拥有更快的刷新频率是厂家不断追求的重要目标。

在液晶材料当中，要缩小响应时间，可以从4个方面进行努力。减小液晶材料的旋转黏度；减小液晶单元盒间隙；增大液晶单元盒驱动电压；增大液晶材料的介电各向异性系数。这其中，通过提高工艺制程，可以减小液晶单元盒的间隙，间隙的减小增加了取向层对液晶的锚定力，使液晶分子可以更快地扭转到位，这样有助于提高响应速度。而增大液晶单元盒驱动电压也可以使液晶分子更快地扭转到位以提高响应速度，但是同时增加耗电量和提高驱动模块成本。

而液晶材料的旋转黏度和液晶材料的介电各向异性系数都是直接与液晶材料本身的特性相关的，研发人员需要经过反复试验，多方面对比测试，才能确定一种稳定而又可以满足低响应时间要求的液晶材料，这方面需要液晶材料研发人员不断的努力。

比如被广泛应用在TN、IPS显示模式下的兼具高介电各向异性系数和低旋转黏度的CF2O桥类液晶材料，最初是由德国Merck公司开发，并由日本Chisso公司加以发展。CF2O桥的引入对于增大液晶材料的介电各向异性系数，降低旋转黏度，降低熔点，增加液晶的溶解性，具有较为明显的效果。但同时我们也要看到对于高速响应液晶来说，即使是带有CF2O桥键的极性液晶化合物其黏度也是较高的，所以在配置混合液晶时通常搭配非常低黏度的端烯类液晶化合物使用。

总之，目前3D技术仍未成熟，特别是在分辨率、可视角度和可视距离等许多方面还存在不足，但相信，随着技术的发展，在不久的将来大家都可以轻松体验到更加逼真的3D效果。

[1]陈天奕，姜修允，岑剡.基于柱镜光栅的裸眼3D显示技术[J].物理实验，2015，04：37-41.

[2]吴莉芳.3D显示技术之视觉疲劳初步研究[J].企业技术开发，2015，15：3-5.

[3]赵天奇.祼眼3D内容生成和显示若干关键技术研究[D].北京邮电大学，2015.