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可觀的市場,。三維顯示依據(jù)實現(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,、串擾較大、均勻度有待提高等等,。正是因為這些問題的存在,，目前立體三維顯示器還未能實現(xiàn)大規(guī)模推廣。
在三維立體顯示當中,，液晶透鏡這種技術(shù)被廣泛應用,，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的電極的電壓分布,，液晶透鏡的折射率分布就會相應的改變,，從而對像素出射光的分布進行控制,，2D/3D轉(zhuǎn)換大多數(shù)就是利用液晶透鏡來實現(xiàn)的。傳統(tǒng)液晶透鏡實現(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，從而達到三維效果,，其缺點是液晶透鏡的盒厚較大,，會導致制備工藝問題，且嚴重影響切換速度,；同時它仍然會引起顯示器分辨率的降低,。
本文中，我們提出了在單個像素上形成獨立液晶透鏡的方式,，如圖1所示,。通過動態(tài)驅(qū)動液晶層的電極，使所有屏幕像素發(fā)出的所有光線在某個時間指向同一個視場（例如視場1）,，在下一個時間指向另一個視場（例如視場N）,，這樣就可以利用時序信號在不降低空間分辨率的前提下實現(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,。由于一個液晶透鏡控制一個像素的光線，能實現(xiàn)更加精確的控制,，從而能提高3D顯示的串擾,、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,。這是因為，根據(jù)模型尺寸,，透鏡與對應像素的夾角很小,，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透鏡出射,，從而導致光線分散,。當減小發(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)能夠極大的降低串擾" title="低串擾">低串擾,。
為驗證方案可實施性,，對液晶層折射率控制進行了建模，如圖5所示,。其中,，電極寬度4um，間隔4um,，10個電極作為一個單像素透鏡的電極單元,，采用ECB驅(qū)動模式，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）為某一時刻液晶層內(nèi)部分區(qū)域的理想的線性折射率分布,。當在電極上加不同的電壓時（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現(xiàn)液晶折射率的控制,，以達到三維顯示的目的。
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顯示的串擾,，并可使顯示器解析度無降低。由于此動態(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,，且光強分布有一定的非均勻性。這些可以通過后續(xù)設計相應背光模塊和優(yōu)化液晶透鏡中的折射率分布來實現(xiàn)調(diào)節(jié),。