RU2512095C1 - Быстродействующие низковольтные жидкокристаллические стереоочки - Google Patents

Быстродействующие низковольтные жидкокристаллические стереоочки Download PDF

Info

Publication number
RU2512095C1
RU2512095C1 RU2012147959/28A RU2012147959A RU2512095C1 RU 2512095 C1 RU2512095 C1 RU 2512095C1 RU 2012147959/28 A RU2012147959/28 A RU 2012147959/28A RU 2012147959 A RU2012147959 A RU 2012147959A RU 2512095 C1 RU2512095 C1 RU 2512095C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid crystal
clock
helicoidal
ferroelectric liquid
electronic controller
Prior art date
Application number
RU2012147959/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Николаевич Компанец
Александр Львович Андреев
Василий Александрович ЕЖОВ
Александр Георгиевич Соболев
Original Assignee
Игорь Николаевич Компанец
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Николаевич Компанец filed Critical Игорь Николаевич Компанец
Priority to RU2012147959/28A priority Critical patent/RU2512095C1/ru
Priority to PCT/RU2013/001011 priority patent/WO2014077737A1/ru
Priority to US14/439,047 priority patent/US9532037B2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2512095C1 publication Critical patent/RU2512095C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/332—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD]
    • H04N13/341—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD] using temporal multiplexing
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/22—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the stereoscopic type
    • G02B30/24—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the stereoscopic type involving temporal multiplexing, e.g. using sequentially activated left and right shutters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/141—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent using ferroelectric liquid crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/332—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD]
    • H04N13/337—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD] using polarisation multiplexing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N2213/00—Details of stereoscopic systems
    • H04N2213/008—Aspects relating to glasses for viewing stereoscopic images

Abstract

Изобретение относится к области оптоэлектроники и дисплейной техники и может быть использовано в быстродействующих стереоочках при работе практически с любым типом 3D дисплея, спроектированного для работы с активными стереоочками со стандартной (60-160 Гц), высокой (сотни герц) и сверхвысокой (до нескольких килогерц) кадровой частотой. Согласно изобретению в оптических затворах быстродействующих жидкокристаллических стереоочков используют слой негеликоидального сегнетоэлектрического жидкого кристалла (СЖК) с оптимизированными физическими параметрами. Технический результат - увеличение оптического контраста СЖК затворов, снижение амплитуды управляющего напряжения. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к области трехмерных (3D) дисплеев, точнее к стереоскопическим дисплеям, и может быть использовано для создания жидкокристаллических (ЖК) стереоочков, обеспечивающих высокое качество стереоизображения при работе с различными релевантными 3D дисплеями на стандартных (60-160 Гц), высоких (сотни герц) и сверхвысоких (до несколько килогерц) кадровых частотах.
Предшествующий уровень техники
Основным достоинством 3D стереоскопических дисплеев с использованием активных стереоочков (далее - стереоочков) является полноэкранное разрешение в наблюдаемом стереоизображении (в каждом из двух ракурсов 3D сцены, попеременно воспроизводимых на экране) при отсутствии ограничений как для числа наблюдателей, так и для их положения относительно экрана, что является пока недостижимым практически для всех типов существующих безочковых (авто стереоскопических) дисплеев.
Известны жидкокристаллические (ЖК) стереоочки [1] с двумя активными оптическими затворами, выполненными на нематическом жидком кристалле (НЖК). Оптические НЖК затворы стереоочков попеременно переключаются между состояниями «открыто» и «закрыто» под действием управляющих сигналов электронного контроллера, воспринимающего выходной сигнал декодера синхросигнала, получаемый от приемника синхросигнала. Источником синхросигнала является встроенный в 3D дисплей передатчик синхросигнала либо внешний передатчик, информационно связанный с 3D дисплеем. Синхросигнал несет информацию о моментах взаимной смены изображений двух (левого и правого) ракурсов 3D сцены на экране 3D дисплея.
Известные стереоочки с оптическими НЖК затворами не обеспечивают высокого качества стереизображения при высоких кадровых частотах, при малой длительности воспроизведения ракурсов стереоизображения. Действительно, для недопущения мерцаний при наблюдении широкоугольного стереоизображения (либо обычного стереоизображения в присутствии постороннего света в боковом поле зрения наблюдателя) частота кадров стереоизображения должна быть не менее 140-200 Гц (в зависимости от интенсивности бокового света) вследствие повышенной чувствительности периферической части зрения к мерцаниям света. В известных стереоочках имеет место паразитная засветка (перекрестные помехи - crosstalk) НЖК затвора в течение времени 2-2,5 мс, равного времени релаксации НЖК слоя [2] в соседнем затворе с момента снятия (обнуления) на нем управляющего напряжения. Поскольку при рассматриваемой кадровой частоте время предъявления каждого ракурса составляет около 5-7 мс, то на границе каждого кадра наблюдается паразитный градиент яркости изображения, занимающий около 25-30% площади кадра и соответствующий изменению величины пропускания НЖК затвора в течение указанного времени релаксации. Во избежание перекрестных помех для жидкокристаллических компьютерных 3D мониторов в составе ноутбуков и стационарных компьютеров, работающих с видеокартами nVidia, получил широкое распространение метод [3] воспроизведения ракурсов в самом конце каждого кадра - за время всего 2 мс при кадровой частоте 100-120 Гц (основная часть кадра здесь используется только для развертки изображения). При формировании стереоизображения по такому методу с помощью известных стереоочков с НЖК-затворами яркость каждого кадра наблюдаемого стереоизображение снижается в 1,5÷2 раза, поскольку в течение воспроизведения ракурса с длительностью 2 мс каждый НЖК затвор на время релаксации 2-2,5 мс остается только частично открытым в течение всего времени воспроизведения ракурса.
Это означает, что не только при 140-200 Гц, но даже при стандартной кадровой частоте 100-120 Гц востребованы стереоочки с достаточно крутыми фронтами переключения оптического состояния (не хуже долей миллисекунды), чтобы при длительности 2-7 мс светового потока изображения ракурса избежать перекрестных помех между наблюдаемыми в стереоочках ракурсами, а также чтобы предотвратить сильное падение яркости всего кадра стереоизображения или его части.
Кроме того, автономный источник питания в известных стереоочках с НЖК-затворами имеет напряжение не ниже 12-30 В (в зависимости от вида НЖК-структуры), чтобы обеспечить работу НЖК затворов с достаточным контрастом (достаточной сепарацией ракурсов) во избежание заметных перекрестных помех в стереоизображении.
Наиболее близкими по технической сущности к заявленному устройству (прототипом) являются быстродействующие низковольтные стереоочки [4], содержащие низковольтный источник питания, приемник синхросигнала, декодер синхросигнала, электронный контроллер и два оптических затвора на геликоидальном сегнетоэлектрическом жидком кристалле (СЖК, эквивалентный английский термин FLC - Ferroelectric Liquid Crystals), электрические входы первого и второго из которых подключены соответственно к первому и второму выходам электронного контроллера, вход которого подключен к выходу декодера синхросигнала, вход которого подключен к выходу приемника синхросигнала, а выход низковольтного источника питания соединен с выводами питания приемника синхросигнала, декодера синхросигнала и электронного контроллера.
Известные быстродействующие низковольтные стереоочки позволяют наблюдать стереоизображения без образования градиента яркости либо снижения общей яркости наблюдаемых ракурсов при кадровой частоте до нескольких килогерц, соответствующей предельной частоте переключения оптических затворов на геликоидальных СЖК, при этом амплитуда биполярного напряжения управления для данных затворов составляет ±3В.
Однако при работе известных быстродействующих стереоочков качество стереоизображения снижено из-за рассеяния света в слое геликоидального СЖК в случае неоптимальных физических параметров последнего, выбранных без учета конкретных временных параметров кадров, в которых воспроизводятся ракурсы. Причина в том, что управляющее электрическое поле в общем случае вызывает деформацию геликоида СЖК, достаточную для образования сегнетоэлектрических доменов, способных стать центрами ± поляризации геликоидального СЖК. Наличие центров рассеяния света приводит к его частичной деполяризации и к соответствующему уменьшению оптического контраста оптических затворов на геликоидальных СЖК, т.е. к снижению качества стереоизображения. Чем выше частота кадров и короче время воспроизведения ракурсов, тем больше вероятность образования (плотность) рассеивающих центров и тем сильнее их влияние на снижение качества стереоизображения.
Негативное влияние рассеивающих центров на качество стереоизображения минимизируется за счет тщательного подбора физических параметров слоя геликоидального СЖК для заданных кадровой частоты и длительности воспроизведения ракурсов стереоизображения. Однако при работе с произвольными временными параметрами воспроизведения ракурсов стереоизображения проблематично обеспечить отсутствие рассеивающих центров в слое геликоидального СЖК в оптическом затворе с фиксированными физическими параметрами, т.е. проблематично обеспечить одинаково высокое качество наблюдаемого стереоизображения в известных быстродействующих стереоочках при работе с различными релевантными 3D дисплеями, характеризующимися различными кадровыми частотами и меняющейся длительностью воспроизведения ракурсов.
Поскольку известные быстродействующие стереоочки оптимальны для работы только с определенным видом релевантного 3D дисплея с заданными временными параметрами воспроизведения ракурсов, поэтому декодер синхросигнала здесь рассчитан только на один протокол (одну логическую форму) сигнала синхронизации.
Задачей изобретения является повышение качества стереоизображения для любых временных параметров воспроизведения ракурсов при работе стереоочков с произвольным релевантным 3D дисплеем.
Сущность изобретения
Поставленная задача в быстродействующих низковольтных жидкокристаллических стереоочках, содержащих низковольтный источник питания, приемник синхросигнала, декодер синхросигнала, электронный контроллер и два затвора на СЖК, электрические входы первого и второго из которых подключены к первому и второму выходам электронного контроллера, вход которого подключен к выходу декодера синхросигнала, вход которого подключен к выходу приемника синхросигнала, а выход низковольтного элемента питания соединен с выводами питания приемника синхросигнала, декодера синхросигнала и электронного контроллера, решается тем, что слой СЖК выполнен негеликоидальным, удовлетворяющим условию q0=2π/р0→0, где q0 - волновой вектор геликоида и р0 - шаг геликоида, причем величина γϕ вращательной вязкости негеликоидального СЖК выбрана в интервале 0,3<γϕ<1,0 пуаз, величина спонтанной поляризации Ps не превышает 50 нКл/см2, а значение модуля К упругости, определяющего пространственную периодическую деформацию директора СЖК вдоль смектических слоев негеликоидального СЖК, находится в интервале (1÷3)·10-12 ньютон, при этом предельная рабочая частота приемника синхросигнала, декодера синхросигнала и электронного контроллера выбрана не ниже предельной частоты переключения оптического затвора на негеликоидальном СЖК.
Повышение качества стереоизображения обеспечивается за счет достижения первого технического результата - увеличения оптического контраста СЖК затворов. Увеличение оптического контраста связано с отсутствием в слое негеликоидального СЖК сегнетоэлектрических доменов, способных рассеивать свет, что, в свою очередь, обусловлено, во-первых, отсутствием самого геликоида (т.е. начальной деформации СЖК, способствующей образованию сегнетоэлектрических доменов), во-вторых, существенным уменьшением величины спонтанной поляризации в слое негеликоидального СЖК, способной вызвать появление сегнетоэлектрических доменов.
Второй технический результат - снижение амплитуды управляющего напряжения до ±1,5 В для оптических затворов на негеликоидальном СЖК. Оба технических результата взаимосвязаны, поскольку снижение (практически вдвое) величины управляющего напряжения также способствует отсутствию (наведенных электрическим полем) деформаций директора негеликоидального СЖК, которые могли бы привести к образованию в нем сегнетоэлектрических доменов, рассеивающих свет.
Снижение величины управляющего напряжения оптическими затворами также приводит к существенному улучшению энергоэкономичности стереоочков, поскольку мощность их потребления (пропорциональна квадрату напряжения) в основном определяется электрической мощностью, потребляемой оптическими затворами при их переключении, причем она пропорциональна квадрату напряжения переключения.
В конкретном примере выполнения оптических затворов толщина слоя негеликоидального СЖК находится в интервале 1,3÷1,8 мкм, что обеспечивает получение ахроматического (без заметных цветовых искажений) стереоизображения. Геликоидальная закрутка директора в объеме СЖК подавлялась (компенсировалась) за счет взаимодействия хиральных (оптически активных) добавок с противоположными знаками оптической активности.
В частном варианте выполнения устройства с мультиспектральным мультипротокольным приемопередатчиком обеспечивается решение задачи изобретения при совместной работе стереоочков с любым релевантным 3D дисплеем, поскольку без обеспечения совместной работы невозможно технически реализовать работу стереоочков с произвольными временными параметрами воспроизведения ракурсов, характерными для всевозможных релевантных типов 3D дисплеев с различными протоколами и физической формой реализации синхросигнала.
Краткое описание чертежей
На чертежах представлены:
Фиг. 1 - общая структурная схема стереоочков.
Фиг. 2 - поперечное сечение оптического затвора стереоочков.
Фиг. 3 - структура слоя негеликоидального СЖК с планарной ориентацией директора и пространственной периодической деформацией смектических слоев: а - общая картина и б - фрагмент структуры.
Фиг. 4 - график частотной зависимости показателя двулучепреломления негеликоидального СЖК.
Фиг. 5 - структурная схема стереоочков с автономным мультиспектральным мультипротокольным приемопередатчиком синхросигнала.
Фиг. 6 - осциллограмма электрооптического отклика оптического затвора с негеликоидальным СЖК.
Описание изобретения
Быстродействующие низковольтные жидкокристаллические стереоочки (фиг.1) содержат низковольтный источник 1 питания, приемно-декодирующий модуль 2, состоящий из приемника 21 синхросигнала и декодера 22 синхросигнала, электронный контроллер 3 и два оптических затвора 4 и 5 с негеликоидальным СЖК, электрические входы первого и второго из которых подключены к первому и второму выходам электронного контроллера 3, вход которого подключен к выходу приемно-декодирующего модуля 2 синхросигнала, а выход низковольтного источника 1 питания соединен с выводами питания приемно-декодирующего модуля 2 синхросигнала и электронного контроллера 3, при этом каждый из оптических затворов 4, 5 выполнен (фиг.2) в виде последовательно оптически связанных первого линейного поляризатора 6, первой прозрачной диэлектрической пластины 7, слоя 8 СЖК, второй прозрачной диэлектрической пластины 9 и второго линейного поляризатора 10, причем на внутренние стороны первой и второй прозрачных диэлектрических пластин 7 и 9 нанесены первый и второй прозрачные электроды 11 и 12, на которые нанесены прозрачные диэлектрические покрытия 13 и 14, поверх по крайней мере одного из которых нанесено прозрачное ориентирующее анизотропное покрытие 15 и/или 16. При этом физические параметры слоя 8 негеликоидального СЖК выбраны следующими:
- волновой вектор q0 стремится к нулю (q0→0), причем q0=2π/р0, где р0 - шаг геликоида;
- величина вращательной вязкости γϕ удовлетворяет соотношению 0,3<γϕ< 1,0 пуаз (сокращенно П);
- величина спонтанной поляризации Ps≤50 нКл/см2;
- значение модуля упругости K, определяющего пространственную периодическую деформацию директора негеликоидального СЖК вдоль его смектических слоев, находится в интервале (1÷3)·10-12 ньютон.
При этом также полагаем, что предельные частоты переключения приемно-декодирующего модуля 2 и электронного контроллера 3 не меньше предельной частоты переключения каждого из оптических затворов 4, 5 с негеликоидальным СЖК.
При указанных физических параметрах слоя 8 негеликоидального СЖК в нем, в отсутствие внешнего управляющего электрического поля, скомпенсирован объемный заряд, создаваемый спонтанной поляризацией Ps, и имеет место пространственная периодическая деформация директора негеликоидального СЖК с периодом i вдоль смектических слоев 17 негеликоидального СЖК (фиг.3), где Θ0 - угол наклона молекул в смектических слоях 17, Ψ - угол наклона каждого из смектических слоев 17, Ps - вектор спонтанной поляризации, d - толщина слоя негеликоидального СЖК. В присутствие управляющего электрического поля периодические деформации директора негеликоидального СЖК служат физической причиной как изменения показателя Δn двулучепреломления слоя негеликоидального СЖК, так и его характерной зависимости от частоты изменения поля (фиг.4). Этим негеликоидальные СЖК отличаются от геликоидальных, в которых изменение показателя Δn двулучепреломления связано с деформацией геликоида (без изменения его шага) в электрическом поле. Наличие пространственных периодических деформаций директора негеликоидального СЖК вдоль его смектических слоев 17 означает, что в смектических слоях 17 молекулы негеликоидального СЖК, исходно наклоненные на угол Θ0 относительно нормали к слою 8 негеликоидального СЖК в данной точке, дополнительно отклонены на некоторый угол Ψ относительно оси z, и соответственно изменена проекция директора негеликоидального СЖК на плоскость ху. Взаимодействие знакопеременного электрического поля Е, приложенного вдоль координаты х, со спонтанной поляризацией Ps изменяет распределение угла Ψ, характеризующего пространственную периодическую деформацию директора негеликоидального СЖК вдоль его смектических слоев 17.
Физически это означает также изменение типа диссипации энергии и переход (в смысле характеристики диссипации) от коэффициента вращательной вязкости γϕ к коэффициенту сдвиговой вязкости γΨ. Развитие данного процесса взаимодействия электрического поля со слоем негеликоидального СЖК во времени приводит к появлению цуга солитонов [5], представляющего собой волновой пакет с локализованной в нем периодической волной. Если значение вращательной вязкости γϕ выбрано ниже 0,3П, то при увеличении частоты переключения оптического состояния слоя 8 негеликоидального СЖК сдвиговая вязкость γΨ не достигается, и солитонный механизм ориентации директора негеликоидального СЖК не реализуется. При γϕ>1,0П значительно увеличивается время оптического отклика слоя негеликоидального СЖК не только на малых, но и на больших частотах переключения, когда ответственной за диссипацию энергии становится сдвиговая вязкость γΨ. При увеличении значения спонтанной поляризации Ps выше значения 50 нКл/см2 повышается напряжение насыщения и, следовательно, увеличивается рабочее напряжение СЖК затвора. Наконец, диапазон значений (1÷3)·10-12 ньютон для модуля упругости К характеризуют интервал, в котором смектические слои 17 с одной стороны устойчивы, а с другой - податливы к образованию периодических пространственных деформаций директора негеликоидального СЖК в отсутствие электрического поля.
В частном варианте устройства толщина слоя негеликоидального СЖК каждого из оптических затворов 3,4 находится в интервале 1,3÷1,8 мкм.
Конкретным примером выполнения низковольтного источника 1 питания является одиночный серебряно-цинковый элемент напряжением около 1,5 вольт.
В частном варианте выполнения устройства мультиспектральный приемник 21 синхросигнала и декодер 22 синхросигнала выполнены в виде автономного приемопередатчика 18 синхросигнала (фиг.5), выходом которого является выход декодера 22 синхросигнала, соединенный беспроводным двухсторонним каналом связи 19 с входом электронного контроллера 3, при этом предельная частота передачи информации по двухстороннему каналу связи 19 не менее предельной частоты переключения оптических затворов 4, 5 с негеликоидальным СЖК. Вход автономного приемопередатчика 18 сопряжен с выходом передатчика сигнала синхронизации, информационно связанного с 3D дисплеем, по мультиспектральному информационному каналу 20. Двухсторонний канал связи 19 является односпектральным и однопротокольным.
Устройство работает следующим образом. Сигнал синхронизации с любым информационным протоколом и любой физической формы реализации (ИК-сигнал, радиосигнал или синхросигнал в составе видимого излучения), полученный от произвольного релевантного 3D дисплея, поступает на вход приемно-декодирующего модуля 2 синхросигнала, который усиливает и декодирует его с получением логического сигнала смены оптического состояния затворов 4, 5, поступающего на вход электронного контроллера 3, который вырабатывает напряжение управления оптическими затворами 4, 5, обеспечивающее открытие левого 4 и правого 5 из них в процессе развертки на экране 3D дисплея изображения соответственно левого и правого ракурсов отображаемой 3D сцены. Зритель, снабженный стереоочками, попеременно воспринимает левым и правым глазами соответственно левый и правый ракурсы, что в силу бинокулярных свойств зрения ведет к восприятию наблюдателем объемного (стереоскопического) изображения воспроизводимой 3D сцены.
На фиг.6 представлена осциллограмма оптического отклика (сглаженные импульсы, ноль на линии 1) затвора 4 или 5 с негеликоидальным СЖК на управляющее электрическое напряжение в виде знакопеременного меандра (импульсы прямоугольной формы, ноль на линии 3, цена большого деления по вертикали 1 В) амплитудой ±1,5 В и частотой 3542 Гц. В рассматриваемом примере конкретного выполнения оптического затвора 4 или 5 диэлектрическое покрытие нанесено на одной подложке, толщина d слоя СЖК составляет 1,7 мкм. Верхний уровень оптического отклика - закрытое состояние, нижний - открытое состояние затвора 4, 5. Видно, что время τ0,1-0,9 по переднему фронту (Rise) равно 34,9 микросекунды, по заднему фронту (Fall) - 35,1 микросекунды. В сравнении с аналогичным откликом оптического затвора с геликоидальным СЖК [4] переходное время в оптическом затворе 4, 5 с негеликоидальном СЖК уменьшилось на 15-20 микросекунд при обеих полярностях приложенного напряжения, а оптический контраст увеличился примерно на 50%.
В итоге быстродействующие стереоочки с оптическими затворами на негеликоидальном СЖК в рассмотренном конкретном примере выполнения характеризуются увеличенным на 50% контрастом (сепарацией ракурсов), переходным временем переключения 35 мкс и предельной частотой переключения 3,5 кГц при биполярном напряжении управления амплитудой ±1,5 В.
Тем самым достигаются улучшение качества стереоизображения (обусловлено увеличением контраста за счет устранения рассеяния света и снижением переходных помех за счет короткого переходного времени переключения оптического состояния), улучшение быстродействия за счет увеличения предельной частоты переключения оптических затворов 4, 5 с негеликоидальным СЖК, а также повышение энергоэкономичности за счет снижения вдвое напряжения питания (что соответствует снижению потребляемой мощности стереоочков в 4 раза на предельной частоте переключения).
В конкретном варианте выполнения устройства питание стереоочков, включая электронику управления оптическими затворами 3, 4, осуществляется напрямую от одиночного серебряно-цинкового элемента (СЦЭ) напряжением ±1,55 В, характеризующегося стабильным напряжением вплоть до конца разряда, и который в случае минимальной емкости (например, СЦЭ типа SR63) имеет в несколько раз меньший объем по сравнению с трехвольтовым литиевым элементом CR2032, традиционно используемым для питания стереоочков, что позволяет минимизировать габариты стереоочков.
При работе частного варианта устройства (фиг.5) в автономном приемопередатчике 18 синхросигнала автоматически переключается как рабочая спектральная частота (предпочтительно в пределах спектрального диапазона видимого, ИК и РЧ излучения), так и протокол приема синхросигнала за счет электронной адаптации автономного приемопередатчика 18 к соответствующим параметрам синхросигнала конкретного 3D дисплея. По двухстороннему каналу связи 19 (например, с использованием РЧ излучения) от автономного приемопередатчика 18 к электронному контроллеру 3 подается сигнал управления оптическими затворами 4, 5 стереоочков (один и тот же протокол и спектр сигнала синхронизации для всех экземпляров одновременно работающих стереоочков). В свою очередь, от электронного контроллера 3 каждой пары стереоочков к общему автономному приемопередатчику 18 периодически передается, например, информация о текущем напряжении низковольтного источника 1 питания каждого экземпляра стереоочков. Это позволяет на индикаторе автономного приемопередатчика 18 одновременно отобразить текущее напряжение источника питания для каждого экземпляра стереоочков с целью постоянного параллельного дистанционного контроля работоспособности источников питания во всех экземплярах стереоочков.
Промышленная применимость
Быстродействующие низковольтные жидкокристаллические стереоочки с оптическими затворами на негеликоидальном СЖК характеризуются:
- рекордно высокой (по сравнению с любыми известными стереоочками) частотой переключения 3,5 кГц, позволяющей работать в широком диапазоне кадровых частот стереоизображений;
- высоким контрастом из-за отсутствия паразитного рассеяния света;
- широким угловым полем зрения из-за малой толщины слоя СЖК (малым паразитным набегом фазы для всех направлений просмотра, отличных от нормали к слою СЖК);
- низким напряжением питания ±1,5В и низким потреблением мощности;
- диапазоном рабочих температур, соответствующим нормальным условиям эксплуатации,
- схожестью технологии изготовления оптических затворов на негеликоидальном СЖК с хорошо отработанной технологией НЖК-затворов.
Быстродействующие низковольтные стереоочки с оптическими затворами на негеликоидальном СЖК позволяют, например, более чем в полтора раза увеличить яркость наблюдаемого стереоизображения по сравнению со стереоочками 3D Vision производства nVidia в случае использования в качестве источника изображения ЖК компьютерных 3D мониторов в режиме воспроизведения ракурсов в конце кадра в течение 2 мс [3]. В быстродействующих стереоочках с оптическими затворами на негеликоидальном СЖК каждый из них открыт полностью в течение всего времени воспроизведения ракурса, обеспечивая максимальную яркость наблюдаемого стереоизображения, и полностью закрыт за пределами этого времени, обеспечивая одинаково высокую степень сепарации ракурсов (отсутствие перекрестных помех) по всему полю изображения.
При этом быстродействующие стереоочки с автономным мультиспектральным мультипротокольным приемопередатчиком автоматически работают от любых релевантных 3D дисплеев, например, от 3D видеопроекторов по протоколу DLP-Link сигнала синхронизации, передаваемого в световом потоке изображения в видимом спектре излучения, от 3D ЖК телевизоров производства Sony серии KDL с сигналом синхронизации по ИК каналу, от 3D плазменных телевизоров производства Panasonic серии ТХ с сигналом синхронизации по РЧ каналу.
Литература
1. В.MacNaughton, D.W.Alien, R.W.Kimmell. System for controlling the operation of a pair of 3D glasses having left and right liquid crystal viewing shutters. - Патент США № 8233103, опублик. 31.07.2012.
2. Deng-Ke Yang, Shin-Tson Wu. Fundamentals of liquid crystal devices. - John Wiley and Sons, 2006, pp.199-242.
3. G.Slavenbwg, T.Fox, J.D.Cook. System, method and computer program product for controlling stereo glasses shutters. - Патент США № 7724211, опублик. 25.05.2010.
4. А.Л.Андреев, В.А.Ежов, И.Н.Компанец, А.Г.Соболев. Активные жидкокристаллические стереоочки. Патент РФ № 2456649, дата приоритета 29.11.2010, опублик. 20.07.2012 (прототип).
5. Т.Б.Федосенкова, А.Л.Андреев, Е.П.Пожидаев, И.Н.Компанец. Управляемое внешним электрическим полем двулучепреломление в негеликоидальных сегнетоэлектрических жидких кристаллах. - Краткие сообщения по физике, 2002, №3, с.45-52.

Claims (3)

1. Быстродействующие низковольтные жидкокристаллические стереоочки, содержащие низковольтный источник питания, приемник синхросигнала, декодер синхросигнала, электронный контроллер и два оптических затвора на сегнетоэлектрическом жидком кристалле, электрические входы первого и второго из которых подключены к первому и второму выходам электронного контроллера, вход которого подключен к выходу декодера синхросигнала, выход которого подключен к входу приемника синхросигнала, а выход низковольтного источника питания соединен с выводами питания приемника синхросигнала, декодера синхросигнала и электронного контроллера, при этом каждый из оптических затворов выполнен в виде последовательно оптически связанных первого линейного поляризатора, первой прозрачной диэлектрической пластины, слоя сегнетоэлектрического жидкого кристалла, второй прозрачной диэлектрической пластины и второго линейного поляризатора, на внутренние стороны первой и второй прозрачных диэлектрических пластин нанесены первый и второй прозрачные электроды, на которые нанесены соответственно первое и второе прозрачные диэлектрические покрытия, поверх по крайней мере одного из которых нанесено прозрачное ориентирующее анизотропное покрытие, а слой сегнетоэлектрического жидкого кристалла выполнен с возможностью электрически индуцированного изменения его оптической анизотропии, отличающиеся тем, что слой сегнетоэлектрического жидкого кристалла выполнен негеликоидальным, удовлетворяющим условию q0→0, где q0 - волновой вектор геликоида, причем q0=2π/р0, где р0 - шаг геликоида, при этом для негеликоидального сегнетоэлектрического жидкого кристалла величина γϕ вращательной вязкости выбрана в интервале 0,3<γϕ<1,0 пуаз, величина спонтанной поляризации Ps не превышает 50 нКл/см2, значение модуля K упругости, определяющего пространственную периодическую деформацию директора негеликоидального сегнетоэлектрического жидкого кристалла вдоль его смектических слоев, находится в интервале (1÷3)·10-12 ньютон, и при этом предельная рабочая частота приемника синхросигнала, декодера синхросигнала и электронного контроллера не меньше предельной частоты переключения оптического затвора с негеликоидальным сегнетоэлектрическим жидким кристаллом.
2. Стереоочки по п.1, отличающиеся тем, что приемник синхросигнала и декодер синхросигнала выполнены в виде автономного мультиспектрального мультипротокольного приемопередатчика синхросигнала, выходом которого является выход декодера синхросигнала, соединенный беспроводным двухсторонним каналом связи с входом электронного контроллера, при этом предельная частота передачи информации по двухстороннему каналу связи не менее предельной частоты переключения оптических затворов с негеликоидальным сегнетоэлектрическим жидким кристаллом.
3. Стереоочки по п.1, отличающиеся тем, что низковольтный источник питания выполнен в виде одиночного серебряно-цинкового элемента.
RU2012147959/28A 2012-11-13 2012-11-13 Быстродействующие низковольтные жидкокристаллические стереоочки RU2512095C1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012147959/28A RU2512095C1 (ru) 2012-11-13 2012-11-13 Быстродействующие низковольтные жидкокристаллические стереоочки
PCT/RU2013/001011 WO2014077737A1 (ru) 2012-11-13 2013-11-13 Быстродействующие низковольтные жидкокристаллические стереоочки
US14/439,047 US9532037B2 (en) 2012-11-13 2013-11-13 Fast-acting low voltage liquid crystal stereo glasses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012147959/28A RU2512095C1 (ru) 2012-11-13 2012-11-13 Быстродействующие низковольтные жидкокристаллические стереоочки

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2512095C1 true RU2512095C1 (ru) 2014-04-10

Family

ID=50438379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012147959/28A RU2512095C1 (ru) 2012-11-13 2012-11-13 Быстродействующие низковольтные жидкокристаллические стереоочки

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9532037B2 (ru)
RU (1) RU2512095C1 (ru)
WO (1) WO2014077737A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697888C1 (ru) * 2018-12-20 2019-08-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) Способ управления сегнетоэлектрическим жидкокристаллическим затвором

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011125462A1 (ja) * 2010-04-09 2011-10-13 シャープ株式会社 アクティブシャッターメガネ及び立体映像認識システム
RU2456649C1 (ru) * 2010-11-29 2012-07-20 Закрытое Акционерное Общество "Мегавижн" Активные жидкокристаллические стереоочки

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012037746A (ja) * 2010-08-09 2012-02-23 Seiko Epson Corp 立体視用メガネ及び立体視用電子機器
WO2013115620A1 (en) * 2012-02-03 2013-08-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Glass apparatus for watching polarized image

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011125462A1 (ja) * 2010-04-09 2011-10-13 シャープ株式会社 アクティブシャッターメガネ及び立体映像認識システム
RU2456649C1 (ru) * 2010-11-29 2012-07-20 Закрытое Акционерное Общество "Мегавижн" Активные жидкокристаллические стереоочки

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697888C1 (ru) * 2018-12-20 2019-08-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) Способ управления сегнетоэлектрическим жидкокристаллическим затвором

Also Published As

Publication number Publication date
US9532037B2 (en) 2016-12-27
US20150304643A1 (en) 2015-10-22
WO2014077737A1 (ru) 2014-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2339864B1 (en) Stereoscopic image display device and method of driving the same
US8184215B2 (en) High-speed liquid crystal polarization modulator
TWI466533B (zh) 快門眼鏡及控制此快門眼鏡之控制系統、控制方法及發送器
CN102103292B (zh) 液晶快门眼镜
JP5852124B2 (ja) 立体ディスプレイシステムと、そのシステムに使用されるメガネおよびそのディスプレイ方法
US20020163600A1 (en) Single cell liquid crystal shutter glasses
US8441585B2 (en) Stereoscopic image display device
US8681280B2 (en) Stereoscopic image display and method for driving the same
KR101753801B1 (ko) 액정 표시장치 및 구동방법
KR101295884B1 (ko) 다중 시각 및 입체 영상 표시장치
US20100302354A1 (en) Stereoscopic image display device
JP2001154640A (ja) 立体表示装置および立体表示方法
US20120127160A1 (en) Three Dimensional Image Display Device and Method of Driving the Same
JP3963564B2 (ja) 画像表示装置
RU2512095C1 (ru) Быстродействующие низковольтные жидкокристаллические стереоочки
US8976306B2 (en) Shutter glasses and related 3D display system
US20130088654A1 (en) Stereoscopic image display
US9236023B2 (en) Liquid crystal display device, driving method, and display apparatus
RU2456649C1 (ru) Активные жидкокристаллические стереоочки
RU2604210C2 (ru) Безочковая стереоскопическая видеосистема с дистанционным бинокулярным фильтром
KR20130061551A (ko) 표시장치
Hartmann et al. Three-dimensional TV with cordless FLC spectacles
RU2702918C1 (ru) Безочковая стереоскопическая видеосистема с жидкокристаллическим дистанционным бинокулярным фильтром
KR101829457B1 (ko) 입체영상표시장치와 이의 구동방법
RU2449332C1 (ru) Способ управления жидкокристаллическим затвором для стереоочков

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151114