基于TFT-LCD的高亮度自动立体显示屏背光模块设计

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1、万方数据第23卷第5期2008年10月液晶与显示ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplaysVol-23．NO．50ct．，2008文章编号：1007—2780(2008)05—0599-06基于TFT—I。CD的高亮度自动立体显示屏背光模块设计蒋峰，陈(安徽师范大学物理电信学院，安徽芜湖瑾，朱向冰’241000·E-mailwulijiangfeng(两163．corn)摘要：使用自动立体显示器，用户不需要立体眼镜，裸眼就能看到立体图像。目前主流的液晶自动立体显示器的亮度不够，影响使用。为了提高亮度，需要研究新

2、的背光模块设计方法。采用高亮度发光二极管，用菲涅尔透镜和柱透镜阵列使光线集中在用户眼睛上，大幅度提高图像亮度，由于左右眼看到的图像不一致，产生视差，形成立体感。结合30era(12in)TFT-LCD研制背光模块，选择二极管，设计光路和透镜，对光路仿真，探索出设计方法。该方法对自动立体显示器的设计和制造有指导意义。关键词：液晶显示器；自动立体显示器；视差照明；菲涅尔透镜中图分类号：TNl41．9；0439文献标识码：A1引言当前主流的立体电影或立体电视都需要使用立体眼镜，由于使用不方便，限制了立体影视的推广。目前自动立体显示产品中最成功的、使用最多的

3、技术路线是对普通液晶显示器的改进[1≈]。在背光模块中，仍然采用冷阴极荧光灯发光，在普通液晶屏前面或后面添加一排很细的柱透镜或者狭缝，控制光线方向，一部分像素的光线只能射到一只眼睛，这些像素上的图片只能被一只眼睛看到，同样另一只眼睛只能看到另一幅图片，类似于立体眼镜，两幅图片稍有差异，人脑融合两幅不同的图像，产生立体感和距离感[4’5]。受到体积、功耗和散热的限制，不能使用很多荧光灯，从而显示器的亮度不够，大多数产品的亮度不超过150cd／m2，甚至不到80cd／m2。当户外环境光比显示器亮得多时，显示效果很差，特别是当阳光直接照射显示屏时，根本看不

4、到图像，限制了显示器的使用范围。根据有关标准，室外显示器亮度要达到680cd／m2，室内显示器亮度要达到150cd／m2，当前立体显示器的亮度远远不能满足要求。为了克服现有自动立体显示器功耗大、亮度低的缺点，我们提出一种新的高亮度自动立体显示器背光系统的光学方案陆81，采用高亮度白光LED代替传统的CCFL作为背光源，用菲涅尔透镜和柱透镜使光线集中在用户眼睛附近，该方案不仅能够降低显示器的功耗，而且能有效地提高自动立体显示器的亮度，还可以根据用户的位置，改变光线的方向，适应不同位置观看的需要，为以后的立体显示器研发提供参考。2高亮度背光模块原理自动立

5、体显示器的光学结构分成两大部分，一部分是背光模块，主要用来产生正确的照明光，本方案中由大功率白光二极管、菲涅尔透镜和柱透镜阵列组成；另一部分是以液晶面板为主的显示部分，液晶面板是在两层偏振片中间夹了玻璃，玻璃内封装了液晶像素，各位置分别加上不同的电压，使面板各位置对偏振光的透过率不一样，得到明暗程度不同的图像。原理图是在水平面内的，由一片大功率白光二极管发出的光经过菲涅尔透镜和柱透镜，汇聚在柱透镜和液晶面板之间，形成一排像，每个像(光源)照亮液晶面板中的两列像素(在彩色液晶屏中是两列子像素)，透过奇数列像素的光线恰好照亮左眼，透过偶数列像素的光线恰好

6、照亮右眼。在不同列像素上同时显示两幅图像，类似于立体收稿日期：2008-04-14；修订日期：2008-07—29基金项目：安徽省省级高校自然科学研究项目(No．KJ20078061)；安徽省省级自然科学研究重点项目(No．KJ2008A14ZC)*通讯联系人，E-maillasd05tx@126．corn万方数据600液晶与显示第23卷像素图1基本光学原理图Fig．1Opticalprincipleofbacklightsystem眼镜，两眼得到不同的图片，形成立体感。在以前的方案中，光线的角度没有控制，分布在显示器前面所有方向，即便采用数只冷阴极

7、荧光灯，看到的图像亮度也远远不能满足要求[5]。在本方案中，使用菲涅尔透镜对光线进行控制，使光线主要集中在人的两眼附近，使用1～2片发光二极管就能保证图像亮度明显提高，该亮度能够满足有关标准，当阳光直接照射显示屏时，基本能看清图像。从不同位置、不同角度，观看一个实际物体，看到的图像是不一样的。相应地，用户的位置发生变化时，显示器应该显示不同的立体图像，所以大多数立体显示器都能自动测量用户眼睛的位置。根据测量结果，改变图像，背光模块也做相应的调整，改用另一片发光二极管，继续照亮用户的眼睛。实际上每一片二极管都能照亮一定的空间范围，用户在上下、前后、左右

8、一定范围内运动，照明光都能满足要求，只有上下、左右位置变化太大时，才需要点亮另一片二极管。通过这种方式，用户