快门眼镜式3D液晶显示3D效果优化方法

摘 要：文章研究了快门眼镜式3D液晶显示的原理，提出了一种新型液晶寻址方式，该方式在未增加成本的前提下有效改善了3D效果，适用于120Hz 3D液晶显示。

关键词： 快门眼镜式；3D；串扰；液晶寻址

中图分类号：TN141 文献标识码：B

The Optimization Method of 3D Effect for the Shutter Glasses 3D LCD Display

ZHANG Shi-li1， LIU Wei-dong1，2， HUANG Shun-ming2

（1. Dept. of Electrical Engineering， Ocean University of China， Qingdao Shandong 266100， China； 2. Hisense Electric Co.， Ltd.， Qingdao Shandong 266071， China）

Abstract： This paper studies the principle of 3D effect for the shutter glasses 3D LCD display， proposes a new method of LCD addressing modes. This method improves 3D effect effectively under the premise of not increasing the cost， and it tapplies to 120Hz 3D LCD display.

Keywords： Shutter glasses； 3D； crosstalk； LCD addressing

引 言

近年来，3D显示技术成为平板显示领域最关心的应用技术之一，其主要分为眼镜式和裸眼式。受产品空间与相关技术限制，裸眼式3D并未得到普遍应用。眼镜式3D又分为偏光式与主动快门式，其中主动快门式3D以其画面清晰度以及可视角度上的优势在终端市场上占据主导地位。而决定其3D显示效果的主要因素取决于Crosstalk（串扰）的大小及3D显示的屏幕亮度，如何在兼顾屏幕亮度的情况下最大限度地减小串扰，实现较好的3D显示效果，是本文的主要研究内容。本文提出了一种3D变频技术，通过控制液晶刷新方式，配合LED背光点亮时序与3D眼镜开关时序，减小串扰，最终达到改善3D显示效果。

1 3D成像原理

由于人的双眼相距约6.5cm，人在用双眼观看物体时，左右眼分别观看到两幅略微不同的图像，左右眼视网膜上所成的像也有不同，经大脑皮层的综合反应便会产生出立体的感觉，即景深。主动快门式3D就是基于同样的原理，将带有景深的左右眼图像分时在屏幕上显示，配合快门式眼镜开关时序，确保左眼只能看到左图像，右眼只能看到右图像，左眼与右眼的不同影像融合在人脑中便形成了3D效果。

2 3D显示性能指标要求及对显示系统的要求

目前由工业和信息产业部牵头制定的《数字电视显示器3D认证技术规范》，对3D显示产品的主要性能指标提出了如表1的要求.

以上指标主要体现在黑白图卡在3D下屏幕上中下三点位置处的亮度和串扰上。

要达到较好的3D显示效果，一般要满足如下要求：

图像处理：左右眼的图像处理完全分离，最大限度消除串扰带来的重影；

液晶屏：提升液晶屏的响应时间来减轻左右眼的串扰；

背光系统：3D下提升背光亮度弥补3D显示时的亮度损失，高敛光性背光设计提升光学的指向性；

快门式眼镜：要有严格的同步以及快速的响应速度，以减小左右眼的串扰。

3 3D变频技术的原理及应用

3.1 传统液晶寻址与背光控制方式

目前市场上120Hz 3D显示技术一般采用逐行刷新的液晶寻址方式，背光采用扫描的控制方式，在液晶屏上显示图像的保持时间（区域）内打开对应区域的背光（其它部分背光不亮）来减轻串扰，其实现原理如图1所示。

假设第N帧为左眼图像，纵方向为液晶显示器的函数，横向为时间轴。TFT打开方式为从第1行到第1，150行逐行刷新，以其中第750行为例，蓝色小块表示该行的TFT打开并加上电压，之后该行的液晶分子开始向目标角度旋转，经过黄色区域代表的反应时间后达到稳态，并保持一定的时间。稳态时间在图中用连续的蓝色块表示，直到第N+1帧重新加上右眼的图像电压，重复刚才的反应时间和稳态时间。从图中可以看到，因为TFT打开是逐行按序进行的，若背光不受控，则必然会同时看到左右的图像。因此需要将背光分区域控制，结合液晶达到稳态的时间尽可能减少左眼眼镜接收到右眼图像的时间。从图中T1、T2和T3所标示的白色框内可以看到稳态的左眼信号（即蓝色区域）、没有达到稳态的左眼信号（即黄色区域）和没有到达稳态的右眼信号（即红色区域），从实践中证明，其包含的稳态左眼信号（即蓝色区域）面积越大，串扰越小。

同时，由于液晶寻址时间大约为7.9ms，为最大限度地降低串扰，背光的打开时间理论上应在对应区域液晶分子的稳态内，即背光的打开时间持续大约7.9ms。而眼镜开关频率为60Hz，单个镜片打开并处于稳态的时间为6.5ms，与背光开关时序产生矛盾。衡量串扰与亮度的损失，最佳方法为保证屏幕中间区域的串扰，将上下部背光打开时序向中间区域背光时序靠近，则由图1可以看出，上下位置处的白色框内液晶处于稳态（即蓝色区域）的面积变小，故损失掉了屏幕上下的3D效果，从而保证了屏幕的整体效果。

3.2 采用3D变频技术的液晶寻址与背光控制方式

为解决上述背光与对应区域液晶响应的理论配合时序与眼镜开关时序的矛盾，优化整个屏幕的3D效果，现研究3D下液晶采用双行刷新的寻址方式，配合背光时序、眼镜开关时序达到最佳3D效果。

3D下采用双行刷新的液晶寻址方式与传统液晶寻址方式各寻址一帧图像的时间对比如图2所示，由图可以看出，传统逐行液晶寻址刷新一帧图像的时间为8.3ms，而采用双行刷新的液晶寻址方式刷新一帧图像的时间为4.15ms。

传统液晶寻址方式与双行刷新的寻址方式下液晶分别处于稳定状态时的时间分布如图3所示，由图可以看出，传统液晶寻址方式下第一行到第1，080行液晶分子的稳定状态总共持续大约7.9ms，受限于眼镜单个镜片打开的稳定时间6.5ms，故背光不可能做到与对应区域液晶响应的最佳配合。而采用双行刷新的寻址方式下，第一行到1，080行液晶分子的稳定状态总共持续4.6ms，背光能够做到与液晶响应、眼镜开关时序的最佳配合，从而做到屏幕整体最佳的3D效果。

另一方面，采用双行刷新的液晶寻址方式，液晶寻址时间相对于传统的寻址方式减少了一半，即相邻行液晶分子处于稳定状态的重合时间增大，故对应区域背光的打开时间可相对增大，从而提高了3D下屏幕的亮度，最终提升了3D效果。

3.3 实验对比

以某型号46英寸液晶电视为例，3D下背光控制方式为双短边分三路扫描，液晶分别采用逐行刷新与双行刷新的寻址方式，将背光与眼镜开关时序均调试至最佳状态，其液晶响应、背光时序及眼镜开关时序配合关系分别如图4所示。

由图4对比可以发现，受限于眼镜开关时序，传统的逐行液晶寻址方式下，屏幕上下端背光打开时间并不能完全控制在对应区域液晶分子的稳态内；而新型双行刷新的液晶寻址方式下，背光可以完全控制在对应区域的液晶分子的稳定状态内，故而可以得到良好的3D串扰及较高的亮度。

播放左黑右白图卡如图5所示，切换到3D状态，用CA-210分别测试两种液晶寻址方式下屏幕上中下三点的串扰及亮度，如表2所示。

由以上测试数据可以看出，双行刷新的新型液晶寻址方式的平台上所测得的实验结果，无论从串扰还是亮度上均优于传统的逐行液晶寻址方式的3D效果。

4 结 论

本文研究了快门眼镜式3D液晶显示的原理，提出了双行刷新的液晶寻址方式，通过实例分析验证了该寻址方式对优化3D效果的可行性，同时该液晶寻址方式目前已成功实现批量应用，实现了使用普通液晶面板实现了较好的3D显示。

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作者简介：张士利（1987-），女，山东临沂人，硕士研究生，研究方向为智能检测，E-mail：Zhang 。