摘要：发光二极管(LED)已经成为头盔显示器液晶像源主流背光源。LED发散角较大,大量的光线无法得到有效利用而造成能量的浪费,故需要对LED进行二次光学设计以有效提高光效。背光包括由若干个LED组成的阵列。对单个LED设计了双曲面透镜,形成了8 mm直径的均匀圆形光斑。对单个透镜进行切割,以形成矩形光斑。但由于切割面的全反射,矩形面积内存在亮斑。对透镜进行了优化设计,获得了亮度均匀的矩形光斑。4个矩形透镜拼接成透镜阵列。为消除杂散光斑,对透镜再次进行了优化设计。根据设计结果加工了透镜阵列并对背光进行了实际测试。测试结果表明:和传统背光结构相比,采用两层扩散膜和透镜阵列后,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由39°降低到23°。满足头盔显示器液晶像源背光的要求。

摘要：针对传统的液晶显示器应用于一些驾驶舱时存在的特殊观看视角问题,设计了一种新型的光学膜,以使液晶显示器的最大亮度可根据观看者的位置实现特定角度的偏转。首先,基于现有背光的配光曲线,提出光学膜表面微结构为直角三角形;考虑由于直角边的全反射,半光强视角范围较窄且存在截止角,对微结构进行了棱高和角度的优化设计,使半光强处视角范围得到提高。为消除截止角并进一步增大半亮度视角范围,对微结构再次进行优化设计,提出了双峰折线形非对称的光学膜表面微结构。仿真结果表明:水平视角不变时,偏转膜垂直方向最大亮度在20°处,透过率为87.3%,半亮度视角为(-12.5°,45°)。根据设计结果加工了实际样品并进行了实验测试,测试结果表明:与传统的背光视角相比,偏转膜垂直方向最大亮度由原来的0°偏转到18.9°,半亮度视角由(-24.1°,23.5°)变为(-9.2°,45.3°),透过率为82.0%,满足了特定视角的观看要求。

摘要：针对头盔显示器(HMD)液晶像源的特殊要求,选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源。基于此LED的光强分布曲线,利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列,以期进一步提高背光光效。首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜,形成了亮度均匀的圆形光斑。然后对单个透镜进行切割,形成矩形光斑,并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列。选择了效果最优的透镜进行了加工和测试。结果表明:与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比,采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由37°降低到19°。用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直,易形成高亮度的均匀矩形光斑,满足头盔显示器液晶像源背光的要求。

摘要：针对机载液晶显示的特殊要求,设计了一种四基色发光二极管(LED)背光源。采用了能单独控制亮度的红、绿、蓝、琥珀等4种颜色的LED,以克服现有滤光片方法带来的夜模式下显示色域大幅下降的问题。在昼模式下工作时,4种颜色的LED同时发光,混合成白光;在夜模式下工作时,关闭红色LED以减少红外辐射,而绿、蓝、琥珀等3种颜色LED工作。计算了夜模式下3种颜色的混合配比。将蓝色LED的混光比例作为固定值代入昼模式下计算得到红、绿、琥珀的配比。仿真设计了采用红、绿、蓝三合一LED和单独琥珀色LED的背光源,分析了它们的性能,并开发了实际样品。测试结果表明:昼模式下,背光模块的发光强度为23 515cd/m2(屏前亮度为1 175cd/m2),非均匀性为8.07%,色域为NTSC(National Television Standard Committee)的116.5%;夜模式下,背光模块的发光强度为15.36cd/m2(屏前亮度为0.77cd/m2),非均匀性为15.49%,色域为NTSC的83.5%,满足机载液晶显示的要求。

摘要：针对固态体积式真三维立体显示对高亮度和色温可调的要求,设计了采用大功率、单芯片发光二极管(LED)的投影光源。理论计算了投影光源的亮度,结合液晶光阀对不同波长透过率的影响,对理论设计结果进行了修正。考虑寿命、散热等影响因素,提出了采用大功率红绿蓝LED加白光LED的投影光源方案。针对选取的LED发光特性,采用混合集光方法设计了准直器,并进行了仿真和实际测试。测试结果表明:采用准直器后,LED的发散角从±75°减小为±20°。搭建了真三维显示系统样机,测试其屏前亮度达到149cd/m2,且无闪烁,立体感强,但存在视角较小的问题。实验显示,设计的投影光源满足固态体积式真三维立体显示的要求。

摘要：为了提高固态体积式真三维立体显示器的显示亮度,根据方棒照明系统的特点,设计了一种基于直流驱动、平行光出射的双灯照明系统。该设计根据光学扩展量守恒原理,提出了一种通过延长投影光源汇聚距离的方法以实现双灯照明。通过光学仿真分析,对设计的双灯方棒照明系统进行优化,提高方棒照明系统的光能利用率和照明均匀性。搭建实际系统,并进行了测试。测试结果表明:采用双灯直流汞灯照明后,2层散射态光阀后的成像亮度为41 711cd/m2,是单灯的1.4倍,有效提高了固态体积式真三维显示器的成像质量。

摘要：为了优化固态体积式真三维显示中的闪烁现象,研究了环境光对于显示闪烁的影响。通过傅里叶变换在频域获得环境光与成像光信号叠加后的频域能量分布,分析了环境光影响显示闪烁的原因。同时,设计完成了两组视觉感知实验并进行统计分析。结果显示,环境光的频率、最大光强及占空比对于真三维显示的闪烁程度有显著性影响,显著性差异小于0.001。其中,环境光的频率是影响显示闪烁的首要因素,环境光频率与显示刷新率相匹配是消除环境光对闪烁影响的主要途径;降低最大光强或提高占空比有助于消除闪烁。闪烁程度评价模型的评估结果与实验结果的相关系数大于0.99,研究结果对于基于层叠屏的三维显示闪烁程度优化具有积极的启发和指导作用。

摘要：为了追求更加真实的立体显示效果,实现真正的三维物理空间显示,合肥工业大学研发了第二代固态体积式真三维立体显示器,文章介绍了显示器的整机结构及系统设计,并对显示效果进行了测试。介绍了显示器的各组成部分及作用,主要包括LED光源、方棒积分器、中继系统、全反射棱镜、分色棱镜、三片数字微镜器件、投影镜头、折叠光路、显示体和控制电路等。然后进行了系统设计,包括液晶光阀制作、光源设计和电路模块设计。搭建了样机并测试了整机显示效果,亮度达到123cd/m2,色彩饱和度达到78.43%NTSC色域。显示图像颜色鲜艳,亮度较高,立体感较强。

摘要：合肥工业大学开发的固态体积式真三维立体显示器包括单片DMD、UHP投影光源、RGBRGB六段4倍速色轮、方棒、20层液晶光阀组成的显示体、投影镜头、折叠光路、控制电路等,存在刷新率低、色域小的问题。本文设计了基于LED的投影照明系统,包括RGB三原色LED发光模块、混合聚光镜、X棱镜等,替换样机中的UHP光源和色轮。红、绿、蓝LED顺序发光,光线经准直后进入X棱镜,在方棒的出射端顺序形成红、绿、蓝均匀矩形光斑。LED照明系统无需色轮分色,显示刷新率可达到60Hz。仿真和试验结果证明本文设计的LED照明系统完全满足真三维立体显示的要求。

摘要：固态体积式真三维立体显示器显示体是由多层大尺寸液晶光阀组成,高速投影光学引擎将对应深度的图片投射到对应深度的液晶光阀上成像,经过人眼合成即可实现立体显示,因此驱动显示体使其与高速投影光学引擎相匹配是显示立体图像的重要保证。介绍了单层液晶光阀驱动电路,该电路具有驱动能力强,响应速度快,可实现双极性驱动的特点。在解决多个上述电路并联引起振荡叠加的基础上设计了显示体驱动电路和驱动控制电路。在分析60Hz刷新频率下显示体闪烁的原因之后,基于传统驱动方式提出了一种新的驱动方式,解决闪烁现象。可以实现真三维立体无闪烁显示,对于单层48cm(19in)液晶光阀,上升时间和下降时间之和为0.5ms,实现了快速驱动。满足了固态体积式真三维显示体驱动设计要求,为大尺寸液晶光阀驱动提供了一种方法。