簡析液晶材料與3D顯示

薛松 宓春君

摘 要 隨著人們對3D顯示提出了越來越高的要求，液晶材料的發展和其在3D顯示中的應用也隨之越來越受到人們的重視。本文通過對液晶材料、3D顯示的概念、3D顯示的分類進行介紹，使人們首先對這兩個概念有了更全面的認識，然后介紹了液晶材料在3D顯示中的應用，并重點介紹了液晶材料用于柱狀透鏡技術和縮短響應時間兩個方面具有重要意義。

關鍵詞 液晶材料；3D顯示；雙目視差法；真3D顯示法

前言

在科技快速發展的今天，人們認識世界、欣賞世界和融入世界所采用 的一個重要途徑就是3D顯示技術。在3D顯示出現之前的圖像都是二維的，信息不夠完整，經過近些年的發展3D顯示技術越來越成熟。尤其是近幾年液晶材料逐漸發展并在3D顯示中廣泛應用，更加速了3D顯示技術的發展。

1 液晶材料介紹

液晶作為一種新型材料，不是完全規則的狀態也不是無規則狀態，而是介于兩者之間的一種中間態物質。液晶材料具有雙折射特性，與晶體類似，在光學調制、顯示等領域的應用非常廣[1]。N.Konfbni等人通過外加電壓，改變了位相延遲，并提出借助向列型液晶進行空間光相位調制器的制作，為液晶技術的發展奠定了基礎。K.Hirabayashi等人制作的液晶材料，其位相延遲會伴隨外加電壓變化而呈現相應變化，通過對上下基片之間電壓進行大小調節，大幅度擴大了位相延遲范圍，能在90～630度范圍內變化[2]。液晶材料優異的雙折射性能，不僅調節范圍廣，響應時間短，還能連續調節，精度也非常高。液晶材料還具有優異的兼容性，應用范圍很廣，除了本文提到的應用于3D顯示，還在通信、激光測量、偏振光學系統等方面有重要應用，是一類非常重要的材料。

2 3D顯示技術介紹

2.1 3D顯示定義

3D也就是所說的三維立體影像，因為人的兩只眼觀察到的圖像并不是完全相同的，大腦會對圖像進行處理，呈現出立體視覺，讓我們可以觀察出距離感。所以，讓兩只眼睛接受有差異圖像就是3D顯示的原理[3]。與2D畫面相比，3D畫面呈現出更強的縱深感，同時也更加逼真，讓觀眾產生身臨其境的感覺。

2.2 3D顯示的分類

（1）雙目視差法 。人的兩眼之間有一段距離，叫作瞳距，因此人在進行觀察時，兩只眼睛觀察到的物體有一定差異，這就是雙目視差。雙目視差會造成不同眼睛的視網膜形成略有不同的圖像，這就使得大腦在進行處理后，得到立體視覺。以這種原理為基礎，雙目視差法通過提供同一場景的不同的視差圖像，然后借助光學技術手段，使左右眼分別接收各自的視差圖像，進而感知到立體圖像。

（2）真3D顯示法。真3D顯示，顧名思義就是提供給人們真實的3D顯示，對于觀察者來說，感覺看到的就是真實物體，幾乎辨別不出影像和真實物體的差別。相比于雙目視差法，真3D顯示同時給人們提供了心理和物理景深，為人們構建出空間3D影像，所以這種真3D情況下，不會出現觀看視疲勞。這種技術還有一個非常突出的優點，就是觀察者可以在任意角度觀察，而不受觀察位置的限制。

3 液晶材料在3D顯示中的應用

3.1 應用概述

液晶材料在3D顯示中有兩個方面的應用，一是用于顯示液晶面板的制作，二是用于輔助器件的制作，比如用于轉化2D/3D效果的液晶快門眼鏡，或者液晶透鏡和液晶光柵等。對液晶面板來說，不管選用的3D顯示技術是哪種，為了終端用戶能夠或者最流暢、最真實的觀賞效果，都對液晶的響應時間提出了要求。所以，液晶材料在3D顯示中應用時，如何降低響應時間，實現刷新頻率的快速提升，是所有研究人員追求的目標。在這一方面，CF2O橋類液晶材料對于各向異性技術的增加具有重要作用，它同時還能降低熔點和旋轉黏度，增加溶解性。

3.2 液晶材料應用于3D顯示柱狀透鏡技術

作為液晶材料的一項重要應用，用于主動快門眼鏡的液晶光柵和液晶光閥早已不是新型應用，液晶材料的另一應用，也就是柱狀透鏡技術，目前正在快速發展過程中。液晶材料具有優異的折射效果，因此在柱狀透鏡中應用時，能夠轉換2D/3D顯示。在使用時需要另外再加一個液晶盒對光學折射進行控制，所以液晶盒的厚度要做得足夠小，這樣能降低整個器材的厚度，另外，光學透鏡的響應時間也更短。當透光率相同時，液晶盒厚度隨光學各向異性系數的增加而減少，因此為滿足厚度要求，要增大各向異性系數，這就需要液晶分子增加離域共軛π鍵數量。這樣做的結果是液晶材料的溶解性變差，此時需要引入氟原子，使近晶相壓縮，熔點降低，從而增加溶解度。

3.3 液晶材料應用于縮短響應時間

響應時間包括液晶扭轉和回復兩個時間段，分別用上升時間和下降時間表示。要實現響應時間的縮小，需要選用旋轉黏度小的液晶材料，降低液晶單元盒的距離，提高驅動液晶單元盒的電壓，最后增大各向異性系數。其中，工藝制程的提高能實現液晶單元盒的間隙減少，間隙的減少又會使取向層增加了對液晶的錨定力，促使液晶分子扭轉到位的速度更快，但是這也同時會造成耗電量的增加以及驅動模塊成本的增加。對于液晶材料來說，其本身的特性決定了其旋轉黏度和介電各向異性系數。這個需要通過研發人員的反復試驗和對比測試，最終找到符合要求的液晶材料。

4 結束語

綜上所述，液晶材料本身具有優異的性能，其在越來越受到重視的3D顯示中的應用也非常多，同時也發揮了重要作用。但是本文由于篇幅限制并未對液晶材料在柱狀透鏡技術和縮短相應時間方面進行更為詳細的介紹，在后期的工作中會繼續相關工作的研究，為液晶材料在3D顯示中更好的應用，貢獻自己的力量。

參考文獻

[1] 李繼揚，談宜東，吳季，等.基于激光回饋效應的液晶雙折射特性測量[J].紅外與激光工程，2017，46（3）：1061-1066.

[2] 金慧然，王志輝，張立靜，等.黏土及類黏土液晶材料的研究進展[J].硅酸鹽通報，2017，36（4）：1234-1240.

[3] 吳非，王瓊華，呂國皎.針孔陣列厚度對集成成像3D顯示觀看視角的影響[J].工程科學與技術，2017，49（2）：186-189.