简析液晶材料与3D显示

薛松 宓春君

摘 要 随着人们对3D显示提出了越来越高的要求，液晶材料的发展和其在3D显示中的应用也随之越来越受到人们的重视。本文通过对液晶材料、3D显示的概念、3D显示的分类进行介绍，使人们首先对这两个概念有了更全面的认识，然后介绍了液晶材料在3D显示中的应用，并重点介绍了液晶材料用于柱状透镜技术和缩短响应时间两个方面具有重要意义。

关键词 液晶材料；3D显示；双目视差法；真3D显示法

前言

在科技快速发展的今天，人们认识世界、欣赏世界和融入世界所采用 的一个重要途径就是3D显示技术。在3D显示出现之前的图像都是二維的，信息不够完整，经过近些年的发展3D显示技术越来越成熟。尤其是近几年液晶材料逐渐发展并在3D显示中广泛应用，更加速了3D显示技术的发展。

1 液晶材料介绍

液晶作为一种新型材料，不是完全规则的状态也不是无规则状态，而是介于两者之间的一种中间态物质。液晶材料具有双折射特性，与晶体类似，在光学调制、显示等领域的应用非常广[1]。N.Konfbni等人通过外加电压，改变了位相延迟，并提出借助向列型液晶进行空间光相位调制器的制作，为液晶技术的发展奠定了基础。K.Hirabayashi等人制作的液晶材料，其位相延迟会伴随外加电压变化而呈现相应变化，通过对上下基片之间电压进行大小调节，大幅度扩大了位相延迟范围，能在90～630度范围内变化[2]。液晶材料优异的双折射性能，不仅调节范围广，响应时间短，还能连续调节，精度也非常高。液晶材料还具有优异的兼容性，应用范围很广，除了本文提到的应用于3D显示，还在通信、激光测量、偏振光学系统等方面有重要应用，是一类非常重要的材料。

2 3D显示技术介绍

2.1 3D显示定义

3D也就是所说的三维立体影像，因为人的两只眼观察到的图像并不是完全相同的，大脑会对图像进行处理，呈现出立体视觉，让我们可以观察出距离感。所以，让两只眼睛接受有差异图像就是3D显示的原理[3]。与2D画面相比，3D画面呈现出更强的纵深感，同时也更加逼真，让观众产生身临其境的感觉。

2.2 3D显示的分类

（1）双目视差法 。人的两眼之间有一段距离，叫作瞳距，因此人在进行观察时，两只眼睛观察到的物体有一定差异，这就是双目视差。双目视差会造成不同眼睛的视网膜形成略有不同的图像，这就使得大脑在进行处理后，得到立体视觉。以这种原理为基础，双目视差法通过提供同一场景的不同的视差图像，然后借助光学技术手段，使左右眼分别接收各自的视差图像，进而感知到立体图像。

（2）真3D显示法。真3D显示，顾名思义就是提供给人们真实的3D显示，对于观察者来说，感觉看到的就是真实物体，几乎辨别不出影像和真实物体的差别。相比于双目视差法，真3D显示同时给人们提供了心理和物理景深，为人们构建出空间3D影像，所以这种真3D情况下，不会出现观看视疲劳。这种技术还有一个非常突出的优点，就是观察者可以在任意角度观察，而不受观察位置的限制。

3 液晶材料在3D显示中的应用

3.1 应用概述

液晶材料在3D显示中有两个方面的应用，一是用于显示液晶面板的制作，二是用于辅助器件的制作，比如用于转化2D/3D效果的液晶快门眼镜，或者液晶透镜和液晶光栅等。对液晶面板来说，不管选用的3D显示技术是哪种，为了终端用户能够或者最流畅、最真实的观赏效果，都对液晶的响应时间提出了要求。所以，液晶材料在3D显示中应用时，如何降低响应时间，实现刷新频率的快速提升，是所有研究人员追求的目标。在这一方面，CF2O桥类液晶材料对于各向异性技术的增加具有重要作用，它同时还能降低熔点和旋转黏度，增加溶解性。

3.2 液晶材料应用于3D显示柱状透镜技术

作为液晶材料的一项重要应用，用于主动快门眼镜的液晶光栅和液晶光阀早已不是新型应用，液晶材料的另一应用，也就是柱状透镜技术，目前正在快速发展过程中。液晶材料具有优异的折射效果，因此在柱状透镜中应用时，能够转换2D/3D显示。在使用时需要另外再加一个液晶盒对光学折射进行控制，所以液晶盒的厚度要做得足够小，这样能降低整个器材的厚度，另外，光学透镜的响应时间也更短。当透光率相同时，液晶盒厚度随光学各向异性系数的增加而减少，因此为满足厚度要求，要增大各向异性系数，这就需要液晶分子增加离域共轭π键数量。这样做的结果是液晶材料的溶解性变差，此时需要引入氟原子，使近晶相压缩，熔点降低，从而增加溶解度。

3.3 液晶材料应用于缩短响应时间

响应时间包括液晶扭转和回复两个时间段，分别用上升时间和下降时间表示。要实现响应时间的缩小，需要选用旋转黏度小的液晶材料，降低液晶单元盒的距离，提高驱动液晶单元盒的电压，最后增大各向异性系数。其中，工艺制程的提高能实现液晶单元盒的间隙减少，间隙的减少又会使取向层增加了对液晶的锚定力，促使液晶分子扭转到位的速度更快，但是这也同时会造成耗电量的增加以及驱动模块成本的增加。对于液晶材料来说，其本身的特性决定了其旋转黏度和介电各向异性系数。这个需要通过研发人员的反复试验和对比测试，最终找到符合要求的液晶材料。

4 结束语

综上所述，液晶材料本身具有优异的性能，其在越来越受到重视的3D显示中的应用也非常多，同时也发挥了重要作用。但是本文由于篇幅限制并未对液晶材料在柱状透镜技术和缩短相应时间方面进行更为详细的介绍，在后期的工作中会继续相关工作的研究，为液晶材料在3D显示中更好的应用，贡献自己的力量。

参考文献

[1] 李继扬，谈宜东，吴季，等.基于激光回馈效应的液晶双折射特性测量[J].红外与激光工程，2017，46（3）：1061-1066.

[2] 金慧然，王志辉，张立静，等.黏土及类黏土液晶材料的研究进展[J].硅酸盐通报，2017，36（4）：1234-1240.

[3] 吴非，王琼华，吕国皎.针孔阵列厚度对集成成像3D显示观看视角的影响[J].工程科学与技术，2017，49（2）：186-189.