电子显示技术11

第九章立体显示及特殊显示器9.1立体显示简介9.2立体显示的课题与展望9.3电泳成像显示器（EPID）9.4磁泳成像显示器9.5电化学显示器9.6颗粒旋转方式显示器9.7静电吸引方式显示器9.8电渗透型显示器9.9头盔显示器1华中科技大学电子科学与技术系9.1立体显示简介立体显示与前面几章所讨论的二维显示相比，信息量更大，感染力更强，更逼真，更富实感性、参与性，作为下一代映像显示技术具有极大的吸引力。近年来在文化、教育、电视广播、娱乐、医疗、通讯、工程技术、军事等十分广泛的领域中，应用与开发十分活跃。立体显示分需戴眼镜观看和不需要戴眼镜观看的两大类。立体照片(anaglyph)方式是在左右眼上分别戴红(蓝)、蓝(红)镜片，使红(蓝)色的左眼像和蓝(红)色的右眼像同时或时分割观看。第九章立体显示及特殊显示器2华中科技大学电子科学与技术系9.1.1偏光眼镜方式这种方式是用2台摄影机拍摄影片或2台摄像机摄像，再用2台放映机或2台VTR同步播放，在放映机或VTR前设置直线偏光或椭圆偏光滤光器，使左眼影像和右眼影像的偏光状态分离，再在屏幕上合成投影。观看者佩戴偏光眼镜，该偏光眼镜使左（右）眼只能看到各自的影像，左（右）眼看到的影像合成为立体像。通过偏光滤光器放映电影、戴偏光眼镜观看的偏光眼镜方式（见图9-1）是全色动画再现立体电影的最普遍方式。第九章立体显示及特殊显示器3华中科技大学电子科学与技术系9.1.2时分割光栅眼镜方式 时分割偏光眼镜方式，是使左眼用和右眼用的显示像的偏光状态在每一帧中交互切换进行显示，即利用所戴的时分割光栅眼镜，对应于左眼(右眼)的显示像为明状态，而同时对应于右眼(左眼)为暗状态，以此实现立体效果。 也可使左眼、右眼对应的自然光画像，在电视播放中，进行每帧转换切变显示，同时佩戴明暗与显示画像同步的光栅眼镜，例如液晶光栅眼镜等，也能实现立体效果。第九章立体显示及特殊显示器4华中科技大学电子科学与技术系9.1.3视差立体图方式

该方式如右图所示，在对应左右眼的条纹状画面(1R)前面，设置纵格子状孔径(视差光栅)，通过该孔径，对L、R画面分离，进行观看。为克服孔径的障目作用，根据人眼的分辨能力，一般认为，格子间距应等于或小于眼睛到显示屏距离的1/3500。第九章立体显示及特殊显示器5华中科技大学电子科学与技术系9.1.4双凸透镜方式

如右图所示，在要显示的画面前方配置鱼鳞状半圆筒形双凸透镜板，用以代替上一节所述的视差光栅，要显示的画面位于双凸透镜的焦平面上，画面分割为条纹状，分别对应于左右眼，当通过该透镜板观察时，借助于透镜板的指向特性，可使左眼和右眼的图像分离，从而能看到立体图像。第九章立体显示及特殊显示器6华中科技大学电子科学与技术系9.2立体显示的课题与展望立体显示的产业应用范围很广。而且，随着液晶显示屏向超小型、高精细化方向进展，配以高密度封装技术，附于眼镜之中的全色超小型立体放映机也将问世。在简易型中，不需要戴眼镜的视差立体图方式及需要戴眼镜的场扫描方式，既可用于直视型，又可用于投影型，但在超大画面应用中，液晶投影型LV的双凸透镜显示屏的放大投影方式将会优先发展。为实现高速、高分辨率，使光导电膜与铁电液晶相组合的光写人型LV将是首选方式。目前开发的重点是，使数米以上的大型平面显示屏与双凸透镜板相组合，以实现平板型立体显示装置。目前已经面市的高清晰度电视系统，因其画面大、精细化程度高、形象逼真、参与性强而深受消费者欢迎，目前开发的热点是实现薄型TV。第九章立体显示及特殊显示器9华中科技大学电子科学与技术系9.3电泳成像显示器9.3.1EPID的原理

在涂料、浆料等液体中加入分散微粒子构成分散系，微粒子与液体之间发生电荷授受，粒子会自动地带正电或负电。对这种分散系施加电压，带电粒子在库仑力作用下会在液体中泳动，这种现象称为电泳。电泳现象可用于显示板，即构成EPID(electrophoreticimagedisplay)，右图是EPID盒的结构。当电压施加在透明电极间的分散系上时，微粒子依外加电压极性，会向不同方向泳动，形成如右图所示的分布。第九章立体显示及特殊显示器10华中科技大学电子科学与技术系第九章立体显示及特殊显示器11华中科技大学电子科学与技术系9.3.1EPID的特征 EPID显示的优点是高对比度、大视角、高显示明度、低价格、容易实现大平面显示等；缺点是可靠性差、阈值特性不容易控制、仅限于反射型显示等，其响应速度决定于带电微粒子的电泳迁移率(μ)、电极间距(d)、施加电压(V)等因素。EPID具有存储功能，即施加电压时，电极上堆积的微粒子层即使取消电压也能长期稳定存在。第九章立体显示及特殊显示器12华中科技大学电子科学与技术系9.3.3矩阵型EPID显示器

EPID盒的辉度一电压特性，一般情况下不具有明确的阈值，即使低电压，长时间施加，微粒子也会发生泳动。这对于矩阵显示来说，增加了很大的难度。为·了实现EPID的矩阵显示，一般需采取下述措施：①通过调整分散系的组成，赋予其阈值特性；②在显示板的结构上导人栅极，赋予其阈值特性；③引入非线性电阻、MIM、辉光管、TFT等非线性元件或开关元件，构成有源矩阵EPID显示板等。 目前正在开发的课题主要有，有源矩阵显示、黑白显示分散系与三色滤光器相结合的反射型矩阵彩色显示等。第九章立体显示及特殊显示器13华中科技大学电子科学与技术系9.3.4光选址EPID 使光致导电体与EPID分散系积层，构成空间光调制元件，试制成了光像及X射线像显示存储板。前者实例的参数为，显示板尺寸：28cm×38cm；图像分辨率：5条/mm；显示对比度：6:1;可进行灰度调节，动态图像显示。对于X射线像显示来说采用1～2.4mR的曝光量，可制成图像分辨率为4条/mm的图像。第九章立体显示及特殊显示器14华中科技大学电子科学与技术系9.3.6离子喷淋方式EPID这种方式不是采用静电记录头在分散系上施加电场，而是在绝缘层上由离子喷淋形成电荷图形，从而对分散系作用相应的电场，引起分散系中微粒子的泳动，最终将电荷像转换为可视像。在图9～17所示的结构中·通过离子控制喷淋电极，使电晕放电产生的离子喷淋在显示盒背面使其选择性地带电，依此进行图像显示。EPID工作中所涉及的现象比较复杂，但其可视性好(大视角、高对比度)，具有存储性、低功耗、容易实现大画面显示等优点，这对于实用来说是十分可贵的。第九章立体显示及特殊显示器15华中科技大学电子科学与技术系第九章立体显示及特殊显示器16华中科技大学电子科学与技术系9.4磁泳成像显示器 磁泳成像显示器(magnetophoreticdisplay，MPD)与电泳成像显示器类似，将磁铁矿矿石等黑色磁性微粒子混入乳白色液体中构成分散系，将其封人透明基板之间，构成显示板。首先，用永磁棒在显示盒表面扫动，当黑色磁性微粒子吸附于背面基板之上时，正面基板就会显示出白色。而后，用磁针笔在正面基板表面写入符号及图形，与此同时，吸附于背面基板之上的黑色微粒子受磁极吸引将向正面基板泳动，形成相应的符号及图形。第九章立体显示及特殊显示器17华中科技大学电子科学与技术系9.5电化学显示器 电化学显示器(electrochromicdisplay，ECD)是一类显示器的总称，这类显示器的共同特点是，通过施加电压，在固体或液体中可引起可逆的色变化。ECD属于自身不能发光的非主动发光型显示器，它是通过对透射光及反射光的强度调制进行显示。 与采用偏光板的液晶显示器相比，ECD不需要偏光板，因此具有显示亮度高、视角大、可视性好等优点。 与液晶显示器相比，鉴于ECD的光透射损失小、对盒间隙等的要求不是很严格，而且具有存储特性，其应用主要涉及到调光玻璃、防眩镜、光阈等方面。第九章立体显示及特殊显示器18华中科技大学电子科学与技术系显示盒的构造如图9—18所示，在ITO等透明电极上利用真空蒸镀法沉积WO3发光膜，在与之相对的电极间充满电解质。背景体材料为多孔白色陶瓷，采用有机薄片密封。第九章立体显示及特殊显示器19华中科技大学电子科学与技术系使透明电极侧为负，当其与相对电极间的电压为1V左右时，来自电解质中的H+离子就会注入到WO3膜中，与此同时，从显示极一侧也会有电子注入，从而生成蓝色的钨青铜(H2WO3)。第九章立体显示及特殊显示器20华中科技大学电子科学与技术系由于WO3膜是无色透明的，由此反应即可发生蓝色着色。当施加反向电压时，显示极发生氧化反应，着色的部分恢复到无色透明的WO3。第九章立体显示及特殊显示器21华中科技大学电子科学与技术系9.6颗粒旋转方式显示器9.6.1分散颗粒旋转型显示器（SPD） 在透明液体中混入胶体状的针状或板状光吸收性粒子组成分散系，将其夹于一对透明电极之间，构成SPD盒（图9-19）。第九章立体显示及特殊显示器22华中科技大学电子科学与技术系未加电压时，分散粒子因布朗运动，沿任意方向取向，入射光受粒子吸收或散射，不能通过SPD盒。而当电极间施加电压(通常为AC)时，粒子沿电场方向发生极化，针状或板状粒子平行于电场方向排列，从而对光的吸收截面激减，光能通过SPD盒。第九章立体显示及特殊显示器23华中科技大学电子科学与技术系9.6.2分色颗粒旋转型显示器（TBD）如图9-20所示，在25~100um厚的透明合成橡胶层中形成直径不等的球形孔洞，其中放置半球表面颜色不同的球形微粒子，孔洞中充满油，球星微粒子可以在球形孔洞中自由旋转。粒子与油的界面上会形成电气双层，粒子颜色不同的一半分别由不同的物质构成，从而粒子的表面电荷因半球而异。因此，粒子因正负电荷不同的两极而存在偶极矩。当外加电场时，粒子受到力矩的作用，使其极化方向趋向于平行于电场的方向，即粒子颜色不同的一半分别面向电场方向。电场反向，粒子反转，即从一种显示色变为另一种显示色。第九章立体显示及特殊显示器24华中科技大学电子科学与技术系TBD中采用的粒子较大，通常球与球形空间壁相接触而处于静止状态，即使取消外加电场粒子也不发生旋转，这意味着显示具有存储功能。TBD显示器的缺点是粒子及显示盒的制作工艺比较复杂，图像分辨率较差；优点是容易实现大画面显示，画面的可视性好，具有存储功能，功耗低等。第九章立体显示及特殊显示器25华中科技大学电子科学与技术系9.6.3磁性颗粒旋转型显示器（MPD） 显示器正面为一透明薄片，其上敷以半球面为白色、半球面为黑色的着色磁化球形粒子，如同河滩上的鹅卵石，并实现微胶囊化，构成显示板。对磁性粒子的寻址方式，类似于磁芯存储器。第九章立体显示及特殊显示器26华中科技大学电子科学与技术系9.7静电吸引方式显示器

静电吸引方式显示器是依靠静电力对箔(foil)的吸引，使其变换位置或变形等，从而改变其对光的反射性，由此进行显示的方式。其中又分为箔吸引型、箔变形型等几类。第九章立体显示及特殊显示器27华中科技大学电子科学与技术系9.8电渗透型显示器 与电泳显示相反，利用电渗透现象进行显示时，固体静止而液体移动。例如，在白色多孔物质中含浸与其折射率相等的透明液体，则光可透过该体系。但若通过电渗透使多孔体内含浸的液体排除时，则光受到多孔物质内壁界面的散射而被截断。基于这种方式的显示器称为电渗透型显示器(electroosmoticdisplay，EOD)。第九章立体显示及特殊显示器28华中科技大学电子科学与技术系第九章立体显示及特殊显示器29华中科技大学电子科学与技术系9.9头盔显示器9.9.1头盔显示器的应用 戴上HMD，不仅可以方便地在现实世界的视场上同时看到需要的数据，而且还能体验视觉图像变化时全身心投入的临场感，极富参与性。HMD可广泛用于模拟训练、3D游戏、远程医疗和手术，或者是利用红外显微镜、电子显微镜来扩展人眼的视觉能力。第九章立体显示及特殊显示器30华中科技大学电子科学与技术系9.9.2头盔显示器的构成 HMD一般由图像显示信息源、成像光学系统、定位传感系统、电路控制及连接系统、头盔及配重装置等几部分构成。第九章立体显示及特殊显示器31华中科技大学电子科学与技术系9.9.3头盔显示器的基本参数 HMD的基本指标参数主要包括：显示模式、显示视野(FOV)、视野双目重叠、显示分辨率、眼到虚拟图像的距离、眼到