研究了狭缝光栅开口率和3D串扰之间的关系。先采用固定式的狭缝光栅显示器件进行实验, 发现2%~4%光栅开口率的增加导致了0.2%~2%串扰的增加, 初步验证了“光栅开口率越高, 3D串扰越大”的规律。考虑到2D显示产品的个体性能差异以及在贴合过程中的操作误差都可能对这个结果产生影响, 又用TN 盒制作成活动式狭缝光栅, 通过改变电压来改变狭缝光栅的开口率, 从而在其他条件都一致的情况下, 测试出狭缝光栅透过率和3D串扰之间的关系。对于2视点的裸眼3D设备, 随着控制电压从4 V增大到15 V, 串扰逐步减小了1.6%, 从而最终确认了“开口率越高, 3D串扰越大”的规律。

利用TracePro仿真软件对狭缝光栅自由立体LED显示器件的串扰进行仿真。首先, 通过对狭缝光栅的设计原理分析, 并基于LED模块的发光像素面积2 mm×2 mm, 黑矩阵的面积1 mm×1 mm, 设定最佳观看距离为5 m的两视点狭缝光栅自由立体LED显示器件, 计算出光栅的狭缝宽度和挡光宽度都为2.87 mm。其次, 利用这些参数, 通过TracePro软件建立狭缝光栅自由立体LED显示器件的仿真模型, 通过仿真运算得到左、右视频的光照度分布图, 并通过归一化发现它们的光照度均匀性较差, 观看时会导致“眩晕”现象。最后, 借助自由立体显示器件串扰的测量方法, 根据仿真左、右视频照度分布图的交叉曲线, 定性分析了仿真结果, 并结合Orign 9.1软件定量对仿真的串扰值进行计算, 得出其串扰值为42.4%。这为进一步优化狭缝光栅自由立体LED显示器件的设计和性能提供了理论依据和技术支持。

常规竖直狭缝光栅和倾斜狭缝光栅的发光二极管(LED)屏裸眼3D显示器分别存在明显的莫尔条纹和立体图像串扰等问题,为此,提出一种弱化莫尔条纹的狭缝光栅LED屏裸眼3D显示器,它由LED屏和错位非均宽透光条的狭缝光栅构成。该狭缝光栅根据LED屏黑矩阵较宽的特点,通过适当增大透光条宽度和移动透光条在其周期中的位置,来增加狭缝光栅周期结构与LED屏像素周期结构之间的差异,降低莫尔条纹中暗带的对比度,并使莫尔条纹变得稀疏,从而达到既能弱化莫尔条纹,又不会明显增加立体图像串扰的目的。制作了所提狭缝光栅LED屏裸眼3D显示器样机,获得了莫尔条纹显著弱化、无明显立体图像串扰的显示效果,验证了理论的正确性。

提出一种双层交错结构的驱动电极控制液晶分子偏转的可控液晶光栅.利用光刻和镀膜工艺在玻璃基板上制作掺铝氧化锌-二氧化硅-掺铝氧化锌双层交错结构的驱动电极, 采用液晶成盒工艺将制备好的驱动电极基板和公共电极基板组装成液晶盒.与传统单层控制电极相比, 双层交错电极实现了基板的无缝覆盖, 避免了各电极存在的空白区, 使得器件的控制区域变得完整与灵活.光学显微镜测试表明, 掺铝氧化锌第一电极和第二电极的宽度为275.8, 两者之间通过SiO2介质层隔离并相互交错覆盖在玻璃基板上.结合液晶光栅驱动电路, 可控液晶光栅能有效地控制遮光区与透光区的比值, 实现不同3D视差图片在同一套系统中的实时切换播放, 在多视点3D实时切换显示领域有一定的应用前景.

设计了一种可实现分光效果的可控液晶光栅.该液晶光栅由双层交错结构的驱动电极来控制液晶偏转,避免了单层控制电极之间的空白区,增加了控制面积,同时还实现了快速切换,补给了因空间分割损失的图像信息,从而使空分与时分结合实现时分全分辨率的自由立体显示.利用光刻和镀膜工艺在玻璃基板上制作氧化铟锡-二氧化硅-掺铝氧化锌双层交错结构的驱动电极,采用液晶成盒工艺将制备好的驱动电极基板和公共电极基板组装成液晶盒.光学显微镜测试表明,氧化铟锡第一电极和掺铝氧化锌第二电极的宽度为275.8 μm,两者之间通过SiO2介质层隔离并相互交错覆盖在玻璃基板上.结合液晶光栅驱动电路,能有效地控制遮光区与透光区的切换,从而实现时分全分辨率可控液晶光栅.

针对光栅型自由立体显示方案易存在串扰和莫尔条纹的问题,提出一种莫尔条纹和可视区域均在可接受范围内的倾斜锯齿交错光栅设计方法,该方法在斜光栅结构基础上以一个像素高度的一半为单位对光栅进行分段,将相邻两段狭缝用对称三角形狭缝代替.该结构与斜光栅相比,减少了通过同一狭缝看到相邻子像素而产生的相互串扰,即减小了斜光栅存在的视点间的串扰,扩大了可视区域范围.仿真及实测结果表明倾斜锯齿交错光栅比斜光栅可视区域增加了25%,而莫尔条纹亮度只减少4.5%,具有一定的实用价值.

对多视点自由立体显示的串扰成因进行了分析，推导出了无串扰观看点与光栅参数之间的关系；然后分别对垂直于显示器方向和平行于显示器方向的串扰进行了分析与计算，得到了屏前三维空间的串扰分布情况.仿真结果表明，沿显示屏幕垂直方向的视区范围大于水平方向的视区范围，而且在水平平行于屏幕的方向上，每一个视点存在多个理论无串扰观测点，但在垂直于屏幕方向上，每个视点只存在一个理论无串扰观测点.最后通过对屏前三维区域视点光强进行仿真，进一步验证了串扰计算的准确性，为自由立体显示系统的最佳设计与具体实现奠定了仿真基础.

应用光栅等分光元件对视差图进行空间分离是实现立体显示的重要方法之一, 介绍了狭缝光栅作为分光元件实现立体显示的原理, 建立了子像素发光经过多个周期狭缝光栅的数学模型, 分析狭缝光栅参数及子像素发光宽度对视区及立体显示器亮度的影响。结果表明, 在对狭缝光栅参数设计过程中需要综合考虑视区特性与显示器亮度, 狭缝的透光比应控制在0.2~0.3, 在样机生产过程中将透光比定为0.25, 采用高亮背光模式以补偿立体显示器亮度, 取得了较好效果。结果对狭缝光栅的参数设计具有指导意义。

光栅式自由立体显示由于易存在莫尔条纹和串扰的问题而影响其显示效果.利用斜光栅可减轻莫尔条纹但增加了视点间的串扰.本文提出一种减轻莫尔条纹的光栅设计方法, 同时对可视区域影响较小.设计中对光栅进行分段, 并将相邻两段狭缝错开一定距离.该方法能减小通过同一狭缝看到两相邻子像素之间的黑条的比例, 获得较宽且较淡的莫尔条纹, 从而减轻了视觉干扰.仿真结果表明该光栅相比传统垂直光栅, 莫尔条纹亮度下降了108.1%, 而可视区域仅减小32.8%, 具有较高的实用价值.

介绍了三维显示技术的研究现状，综述了狭缝光栅和柱面透镜光栅在自由立体显示技术中的重要应用。回顾了各种光栅式自由立体显示系统的结构和原理；提出了如何根据狭缝光栅和柱面透镜光栅的特殊光学性质，在传统的立体显示系统中添加各种光栅形成灵活组合结构来提高立体显示效果，强调了它们在减小串扰、增大视场角、避免摩尔条纹以及提供更全面的三维信息等方面的作用。最后指出基于两种光栅的叠加构成面积大、参数均匀、价格低廉的新型透镜可实现全视差立体显示，对探索自由立体显示技术的研究很有意义。