立体显示光学膜与技术

苏大维格的“数码激光成像与显示工程研究中心”,一直致力于解决3D显示与成像中的超精密微柱透镜光栅、微透镜阵列、定向扩散薄膜的制造技术难题,从微结构光学工艺设计、关键技术与装备、到材料特性研究,开发了用于高分辨率移动3D显示的光学材料,为移动智能手机、平板电脑的3D显示、立体印刷和动态光学防伪提供了定制化的光学膜。在3D显示与成像的设计、复制及应用领域,积累了丰富经验,针对不同的应用背景,提供定制化和个性化技术和产品支持。

3D光学膜及其相关技术:微柱透镜光栅(Micro-lenticular lens array, MLLA)和微透镜阵列(Micro-lens arrray, MLA)是裸眼3D显示以及立体印刷中的基础光学器件,高精度、大幅面的微柱透镜光栅和微透镜阵列光学膜的制造与应用一直是业界面临的难题。

我国在“十二五”新型显示科技发展规划总体目标中,明确指出:重点发展激光显示和3D 显示的共性关键技术,增强移动互联网终端显示创新能力,推动产业化进程。

随着智能手机显示屏的显示分辨率不断提升,柱光栅的栅距要求更小,例如,iPhone5具有326dpi的“视网膜”屏,其RGB单元像素为78um,子像素为26um,要求柱透镜光栅的栅距为52um。 苏大维格利用自主研发的高端微纳图形化光刻直写设备和专有工艺技术,能够制备口径为40um-100um的微柱光栅MLLA模具,幅面达25英寸(可制备口径25um-100um的微透镜阵列MLA薄膜。参见用于微图形制备的激光图形化系统:the HoloMakerIIIc, iGrapher200-800 紫外激光高速直写系统)。

在上述目标下,苏大维格继续致力于3D显示事业,研发超精细的裸眼3D光学薄膜,提供从技术服务到参数设计、从配件生产到3D显示系统制造的整体解决方案。

应用领域:

1、智能手机立体显示终端

随着智能手机的不断普及,手机屏幕正成为越来越重要的信息显示终端。裸眼式3D立体显示手机是智能手机屏幕显示的重用发展方向,该技术一旦突破其应用规模巨大,所以备受市场关注。

在智能手机的立体显示终端技术上,苏大维格走在了前列,可根据手机显示的近距离观察特性以及个人观察特性,提供具体的设计方案,实现高质量的3D显示。区别于传统的狭缝视差光栅技术,苏大维格提供基于微柱光栅成像技术的薄膜,具有更高的亮度和图形分辨率,裸眼基本看不到柱光栅。例如,专为iPhone5屏幕设计的52um微米的微柱光栅,通过优化设计可看到显示屏幕的小恐龙等影像跃出屏幕约5cm-10cm,年内进入商业化推进阶段。

智能手机的3D裸眼显示原理见右图。

根据显示屏像素结构和屏幕尺寸; 屏幕表面到图层的距离; 可设计制定型号的3D光学薄膜。

立体成像薄膜的规格和性能参数:

    厚度:0.1um -0.25um
    基材:PET
    柱透镜光栅:52um(326dpi)~ 100um(定制化)

2、立体显示与3D投影

    基于微柱光栅的裸眼3D LCD显示技术被认为是最有可能取代平面高清LCD显示技术的下一代显示技术。其原理是利用微柱面透镜光栅的空间复用功能,将高分辨率显示器平面上不同视角的图像按照特定的角度投射输出,从而,在特定的空间中形成3D图像的观察区域。观察者的双眼将在对应的观察区域内接收到不同角度的图像信息,从而感受到强烈的立体感,最终实现立体观察。3D LCD显示器通常须在液晶面板上再加一层微柱面透镜光栅,微柱光栅参数周期、口径、焦距等参数根据使用环境具体设计并与LCD显示图像的参数相互匹配,最终才能实现逼真3D图像的显示输出。大幅面3D LCD显示器通常要求能在中远观察距离内满足
多人同时观察,可根据具体使用环境为您量身定做相应的3D LCD显示系统。可根据用户要求,定制专用3D显示光学柱透镜膜。需要确定显示屏像素结构和屏幕尺寸; 屏幕表面到图层的距离; 立体成像薄膜的规格和性能参数:

    厚度:0.381um
    基材:PC,
    柱透镜光栅:200um(定制化)

    MLLA制作难点是,其口径必须与LCD像素尺寸相匹
配,其焦距必须与LCD的彩色滤光片的距离匹配,也就是,MLAA的焦距应等于薄膜的厚度加上玻璃盖板和液晶偏振片的厚度之和。这就需要精确设计和加工微米精度的模具。

   在3D投影技术中,普遍采用柱透镜光栅作为多视差图像的垂直扩散,但会产生莫尔条纹,视差图像重叠率偏大。具有随机条状微结构的定向扩散膜是实现3D投影的重要显示材料,具有垂直扩散大,左右扩散小的定向扩散功能,不产生莫尔条纹,也一直是行业的重大难题,需要制备1-5微米的消色差的随机条状的折衍结构,同时消除零级光。苏大维格拥有大幅面紫外激光图形化直写系统、大幅面紫外光刻系统以及宽幅UV纳米压印系统,可研究并制备随机条状结构光学材料,用于真彩色3D投影显示。可与产业单位、高校等结构共同研发支持大尺寸3D投影定向扩散光学膜等。

3、立体印刷

    区别于传统的平面印刷图像,立体印刷图像具有很强的立体感,其前景如飘出画外,背景如深陷画中,富有动感,具有很强的视觉冲击力,可让观看者驻足留恋,留下深刻的印象,给人以真实自然,栩栩如生,呼之欲出的全新视觉享受,具有很高的艺术欣赏价值。由于立体印刷图像视觉效果的特殊性和难以复制性,使得立体印刷图像同时具备了高效的防伪功能。

    立体印刷技术通常需要以微柱光栅或者微透镜阵列为载体,利用高分辨印刷设备实现图像的制作。立体印刷的效果需根据微柱面透镜光栅、微透镜阵列、印刷设备的具体参数进行优化设计。苏大维格发明了基于微纳图形直写和纳米压印的新型3D印刷技术,可以支持最小3微米的单元像素,60微米的柱光栅可支持5-10幅视差图像,立体感强,薄膜厚度仅0.1毫米。提供3D立体印刷制品:

    立体制品薄膜厚度:0.1um - 0.125um
    基材:PET/复合材料
    3D印刷的最大尺寸:A4
    视差图像:2-10幅(单色或者彩虹色)

基本知识简介 (一):3D显示原理

柱透镜光栅裸眼3D技术原理是在液晶面板上再加一层柱透镜光栅,柱透镜焦点正对应着液晶面板像素点,这样,液晶像素点则会向不同方向透射出子像素,经过柱透镜光栅的透射,像素被伸拉放大,画面经过折射形成一定的角度重复投射出,让双眼看到不同的子像素点组成的视差图像。

裸眼立体显示技术包括有狭缝光栅显示技术和柱透镜光栅显示技术。右图(a)所示的是基于狭缝光栅的立体显示系统。图中黑白相间的狭缝光栅起到了视差挡板的作用,通过对不同视角图像的选择性遮挡将不同视角的图像导入观察者的双眼,从而实现立体显示,该系统中的狭缝光栅相对容易制作,但是由于部分光能被遮挡,系统的能量利用率低。右图(b)所示的是基于柱透镜光栅的立体显示系统,该系统利用柱透镜光栅的折射效应将不同视角的图像引入观察者的左右眼,从而实现立体显示。这种系统不存在遮挡,能量利用率高,显示图像亮度高,立体感强。

基本知识简介 (二):新型3D印刷技术

3D印刷技术的应用上有两个难点:第一,印刷图形的分辨率,目前,最好的激光照排系统和印刷设备,均很难达到20微米以上的像素制版与印刷;第二,印刷图文与柱光栅的精确对准的批量化(自动化设备)。比如,60微米栅距的微柱光栅,用5幅视差图像与柱光栅复合,那么,印刷图象的单元像素尺寸12um,对准精度2微米。这是现有印刷技术所不能达到的精度。因此,必须采用新型印刷技术来支持3D印刷技术的应用。苏大维格发明的基于纳米压印和微纳图形化制版技术的新型印刷机书,可实现3微米线宽或者更小的像素结构,以及25英寸幅面的3D图像的制版,主要型号:iGrapher800和HoloMakerIIIc

立体印刷技术根据印刷流程的不同可分为两种:一种是直接在光栅薄膜或者微透镜阵列薄膜后表面进行印刷形成立体图像,这种方法可以通过CCD影像对准的方式,逐一将精密像素图文与柱光栅对准,直接在薄膜后表面进行纳米印刷;另一种是将图像印刷在其它的材料上,然后将光栅薄膜和图像进行对位复合得到立体图像,这种技术需要预先分别进行定位处理。不论那种技术都对柱透镜光栅薄膜的精度和一致性提出了极高的要求。立体印刷以高精度、高质量的柱透镜光栅薄膜材料为基础,通过光栅检测校准、图像处理、对位纳米印刷、精密复合等步骤最终实现立体图像的制作。

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