Способ управления жидкокристаллическим затвором для стереоочков
Изобретение относится к средствам воспроизведения и наблюдения стереоскопических изображений. Подают на электрический вход жидкокристаллического затвора управляющее напряжение с амплитудой напряжения, большей порогового напряжения соответственно первой и второй полярности, где вторая полярность противоположна первой, в n цикле во второй такт, соответствующий состоянию жидкокристаллического затвора с максимальным оптическим пропусканием и в n+1 цикле в четвертый такт, соответствующий состоянию жидкокристаллического затвора с максимальным оптическим пропусканием и подаче нулевого управляющего напряжения, в n цикле длительностью T в первый такт сначала подают управляющее напряжение в виде биполярного прямоугольного сигнала длительностью T1, а затем подают нулевое напряжение в течение времени τ1, где T=T1+τ1, при этом в течение времени T1-τ подают управляющее напряжение первой полярности, а в течение времени τ подают управляющее напряжение второй полярности, а в n+1 цикле длительностью T в третий такт сначала подают управляющее напряжение в виде биполярного прямоугольного сигнала длительностью T1, а затем - нулевое напряжение в течение времени τ1. Технический результат заключается в снижении энергопотребления при сохранении однородности оптического пропускания жидкокристаллического затвора за счет предотвращения появления в его апертуре оптических дефектов для жидкокристаллических структур любого вида. 3 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.
Изобретение относится к средствам воспроизведения и наблюдения стереоскопических (объемных) изображений в телевидении, компьютерной технике, кинопрокате.
Известен способ наблюдения стереоскопических изображений с использованием стереоочков на основе жидкокристаллических (ЖК) затворов для воспроизведения стереоскопических (объемных) изображений (заявка RU №95113463, опубл. 20.04.97, МПК6 G03B 35/00; заявка RU №94039183, опубл. 10.09.96, МПК6 G06K 15/00; патент US №6943852, опубл. 13.09.05, МПК G02F 1/1335; патент US №6388797, опубл. 14.05.02, МПК G02F 1/01, G02F 1/1335; патент US №6266106, опубл. 24.07.01, МПК G02F 1/1335, G09G 3/00 и т.д.). Данный способ наблюдения стереоскопического изображения заключается в том, что на экране компьютерного монитора, телевизора либо на проекционном экране попеременно формируют первое и второе моноскопические («плоские») изображения соответственно левого и правого ракурсов трехмерной сцены с помощью первого и второго жидкокристаллических (ЖК) оптических затворов (световых клапанов, шторок), установленных в левом и правом окнах стереоочков, попеременно прерывают световые потоки синхронно с появлением изображений соответственно левого и правого ракурсов на экране. Поскольку в таком случае левый и правый глаза зрителя, снабженного стереоочками, раздельно воспринимают изображения соответственно левого и правого ракурсов трехмерной сцены, то в силу бинокулярных свойств зрения в сознании зрителя возникает объемное изображение сцены.
В стереоочках наиболее часто используются затворы на основе электрически управляемых нематических (N) жидкокристаллических структур (ЖК-структур), в частности супертвист (STN) структуры с закруткой жидкокристаллических (ЖК) молекул более 90°, которые сами по себе обеспечивают достаточное качество - быстродействие и контраст переключения, а также ЖК структуры без закрутки (быстродействующие π-ячейки), которые обеспечивают достаточный контраст переключения при использовании пленочных оптических компенсаторов. Затвор состоит из двух скрещенных поляризаторов, между которыми расположена ЖК структура, которая меняет состояние поляризации проходящего света под действием управляющего напряжения, и, как следствие, соответственно изменяется интенсивность света, проходящего через затвор. Как правило, высокое значение управляющего напряжения закрывает затвор, низкое (нулевое) значение - открывает. Один цикл переключения (коммутации) стереоочками световых потоков состоит из двух смежных тактов «закрыто-открыто» для каждого окна (затвора) стереоочков.
Оптимально использование беспроводных стереоочков (с батарейным питанием), как наиболее удобный для зрителей и единственно приемлемый вариант для больших залов просмотра. Технические решения по управлению затворами в таких стереочках должны удовлетворять не только условиям высокого качества сепарации ракурсов и долговечности работы ЖК затвора, но и условию экономичности (малого энергопотребления).
Известен способ управления ЖК затвором в стереоочках (см. патент US №4792850, опубл. 20.12.88, МПК: G02F 1/13, H04N 13/00), заключающийся в том, что в каждом цикле переключения в первом такте, соответствующем закрытому состоянию затвора, на него (на его электрический вход) подают закрывающее управляющее напряжение в виде прямоугольного сигнала с несущей (частота fcarrier=1-2 кГц) амплитудой около 40 В, а во втором такте, соответствующем открытому затвору, на него подают нулевое либо минимальное напряжение.
Такое управление обеспечивает высокий контраст переключения и большую долговечность работы ЖК затвора, поскольку время нахождения ЖК структуры под действием постоянного напряжения минимально из-за наличия достаточно высокочастотной несущей в управляющем сигнале. Однако данное управление характеризуется высоким энергопотреблением из-за наличия высокочастотной несущей fcarrier в управляющем сигнале, что вызывает многократную перезарядку электрической емкости ЖК структуры во время одного цикла переключения ЖК затвора. Число актов перезарядки емкости ЖК затвора в этом случае равно отношению частоты fcarrier управляющего сигнала к частоте Fcycle цикла переключения (кадровой частоте). Частота Fcycle цикла переключения ЖК затвора на практике должна быть не ниже 100-144 Гц с тем, чтобы не было мерцаний в наблюдаемом стереоизображении. Таким образом, на практике число актов (кратность) перезарядки емкости ЖК затвора во время одного цикла переключения затвора составляет около 15-20 для данного известного способа, что и ведет к большому среднему за цикл энергопотреблению.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ управления ЖК затворами стереоочков (см. патент US №4792850, опубл. 20.12.88,), заключающийся в том, что в течение двух смежных n и n+1 циклов переключения ЖК затвора на его электрический вход подается следующий четырехтактный сигнал:
- в n и n+1 цикле в первом и третьем тактах, соответствующих закрытому затвору, на него подают прямоугольный сигнал постоянного уровня соответственно первой и второй полярности, причем вторая полярность противоположна первой,
- в n и n+1 цикле во втором и четвертом тактах, соответствующих открытому затвору, на него подают нулевое напряжение.
Данный способ управления без использования несущей является максимально экономичным по энергопотреблению, поскольку перезарядка емкости ЖК затвора осуществляется только один раз за такт (два раза за цикл переключения). Такой способ управления используется в стереоочках производства фирм StereoGraphics Corp., Real D, nVidia (все фирмы - США), Samsung (Корея), XPAND (Словения) и ряда других, как наиболее подходящий для стереоочков с батарейным питанием.
Однако такое управление ведет к появлению существенной неравномерности оптического пропускания в некоторых зонах апертуры затвора. Эта локальная неравномерность есть следствие электрохимических реакций, протекающих в ЖК веществе под действием застойного (остаточного) заряда, образующегося в ЖК затворе, являющемся электрической емкостью, обкладками которой служат прозрачные токопроводящие покрытия - электроды на плоских стеклянных пластинах (подложках) затвора, а диэлектриком - слой ЖК вещества. Различие в оптическом пропускании отдельных зон апертуры вследствие указанной неравномерности может достигать 100%. Это ведет как к появлению визуальных дефектов (артефактов) в апертуре, так и к частичному отсутствию надлежащего перекрытия светового потока изображения в указанных зонах, несмотря на подачу достаточного уровня закрывающего электрическое напряжения на затвор, что вызывает ухудшение качества наблюдаемого стереоизображения из-за недостаточно качественной сепарации левого и правого ракурсов в соответствующих участках изображений на экране. В таких участках экрана зритель наблюдает изображение с пониженным стереоэффектом либо без стереоэффекта. В долговременном плане наличие застойного заряда может привести даже к образованию необратимых оптических дефектов в апертуре затвора вследствие разложения ЖК вещества под действием электрохимических реакций.
Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в снижении энергопотребления при сохранении однородности оптического пропускания ЖК затвора за счет предотвращения появления в его апертуре оптических дефектов для ЖК структур любого вида.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления жидкокристаллическим затвором для стереоочков, заключающемся в подаче на электрический вход жидкокристаллического затвора в смежных n и n+1 циклах переключения четырехтактного сигнала следующей формы: в n цикле в первый такт, соответствующий состоянию жидкокристаллического затвора с минимальным пропусканием и в n+1 цикле в третий такт, соответствующий состоянию жидкокристаллического затвора с минимальным оптическим пропусканием, подаче управляющего напряжения с амплитудой напряжения, большей порогового напряжения соответственно первой и второй полярностей, где вторая полярность противоположна первой, в n цикле во второй такт, соответствующий состоянию жидкокристаллического затвора с максимальным оптическим пропусканием, и в n+1 цикле в четвертый такт, соответствующий состоянию жидкокристаллического затвора с максимальным оптическим пропусканием и подаче нулевого управляющего напряжения, в n цикле длительностью T в первый такт сначала подают управляющее напряжение в виде биполярного прямоугольного сигнала длительностью T1, а затем подают нулевое напряжение в течение времени τ1, где T=T1+τ1, при этом в течение времени T1-τ подают управляющее напряжение первой полярности, а в течение времени τ подают управляющее напряжение второй полярности, а в n+1 цикле длительностью T в третий такт сначала подают управляющее напряжение в виде биполярного прямоугольного сигнала длительностью T1, а затем - нулевое напряжение в течение времени τ1, при этом в течение времени T1-τ подают управляющее напряжение второй полярности, а в течение времени τ подают управляющее напряжение первой полярности, при этом T=T1+τ1, а τ - время, величина которого достаточна для ликвидации действием управляющего напряжения одной полярности первичного заряда в жидкокристаллическом затворе, который образован в данном цикле действием напряжения другой полярности, но величина τ недостаточна для образования вторичного встречного заряда в том же цикле.
Кроме того, время τ выбирают равным времени реакции жидкокристаллического затвора на подачу закрывающего управляющего напряжения; время τ1 выбирают равным времени задержки процесса релаксации жидкокристаллического затвора после снятия закрывающего управляющего напряжения; время τ1 выбирают равным нулю, а время τ выбирают из интервала 0,1…1 мс.
Таким образом, технический результат достигается в предложенном способе тем, что в течение двух смежных циклов n и n+1 переключения ЖК затвора на его электрический вход подают четырехтактный сигнал следующей формы:
- в n цикле длительностью T в первом такте, соответствующем закрытому затвору, на него сначала подают управляющее напряжение в виде биполярного прямоугольного сигнала длительностью T1, а затем - нулевое напряжение в течение времени τ1, где T=T1+τ1, при этом в течение времени T1-τ подают напряжение первой полярности, а в течение времени τ подают напряжение второй полярности, противоположной первой полярности;
- в n цикле во втором такте, соответствующем открытому затвору, на него подают нулевое напряжение;
- в n+1 цикле длительностью T в третий такт, соответствующий закрытому затвору, на него сначала подают напряжение в виде биполярного прямоугольного сигнала длительностью T1, а затем - нулевое напряжение в течение времени τ1, при этом в течение времени T1-τ подают напряжение второй полярности, а в течение времени τ подают напряжение первой полярности;
- в n+1 цикле в четвертый такт, соответствующий открытому затвору, на него подают нулевое напряжение,
при этом T=T1+τ1, а τ - время, величина которого достаточна для ликвидации действием напряжения одной полярности встречного заряда в ЖК структуре, образованного в данном цикле действием напряжения другой полярности, но недостаточна для образования вторичного встречного заряда в том же цикле.
В первом частном варианте способа время τ выбирают равным времени реакции затвора на подачу закрывающего напряжения.
Во втором частном варианте способа время τ1 выбирают равным времени задержки процесса релаксации затвора после снятия закрывающего напряжения.
В третьем частном варианте осуществления способа время τ1=0, а время τ выбирают из интервала 0,1…1 мс.
Описанный способ управления ЖК затвором в силу отсутствия несущей в составе управляющих сигналов обеспечивает минимизацию энергопотребления при сохранении однородности оптического пропускания по апертуре, поскольку указанная форма управляющего сигнала исключает образование застойного (переходящего из одного цикла переключения в другой) заряда в ЖК структуре затвора, который мог бы привести к появлению оптических неравномерностей в его апертуре.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, описанием и примером конкретного исполнения.
На фиг.1 изображены форма управляющего сигнала и оптическое состояние ЖК затвора согласно изобретению.
На фиг.2 изображены форма управляющего сигнала и оптическое состояние ЖК затвора согласно третьему частному варианту способа.
На фиг.3 дан пример электрической схемы согласно изобретению.
На фиг 4 - реальный оптический отклик жидкокристаллического затвора при различных вариантах управления, включая предлагаемый (см. фиг.4а) и прототипный (см. фиг.4б).
На фиг.5 изображены фотографии различных вариантов проявления дефекта при известных способах управления: а, б, в, г.
На фиг.6 изображен рисунок дефекта при способе управления по патенту US №7502003, опубл. 19.01.01, МПК G09G 3/36.
На фиг.7 изображены форма управляющего сигнала и оптический отклик ЖК затвора согласно способу устранения дефекта по патенту US №7502003.
Предлагаемый в данной заявке способ управления жидкокристаллического затвора с устранением неоднородности пропускания основан на анализе причин возникновения данного дефекта. Полученные факты свидетельствуют о том, что его вызывают электрохимические реакции, протекающие в жидкокристаллическом слое за время подачи однополярного меандра. Поскольку при используемом в стереовидении режиме времена T нахождения каждой шторки в открытом и закрытом состояниях равны, причем время релаксации τрл<T и каждый раз молекулы за время паузы успевают вернуться в исходное состояние, то такое управление эквивалентно работе на постоянном токе. Причем это - наихудший из возможных вариантов, так как затвор значительную часть времени находится в переходном состоянии заряда/разряда емкости и через него течет максимальный ток. В результате в жидкокристаллическом слое образовывается вторичный заряженный слой из ориентированных полем молекулярных диполей. Как известно из теории гальваники, плотность тока вблизи краев электрода неуправляемо возрастает из-за того, что ток идет не только по кратчайшему расстоянию, но и через весь объем электролита (см., например, www.polirovanie.ru/chromiumway.php) - каким является жидкий кристалл с находящимися в нем свободными ионами. Поэтому вторичный заряд формируется неравномерно и после замыкания контактов затвора на нулевой потенциал стекает с разной скоростью. Как следствие, в областях с увеличенным накопленным зарядом релаксация (возврат затвора в исходное светлое состояние) проходит со значительной задержкой. Иногда различие во временах релаксации на отдельных участках может быть двукратным. Причина, по которой управление высокочастотным (1…2 кГц) напряжением не дает дефекта неравномерности пропускания, состоит как раз в том, что в этом случае не образовывается устойчивый встречный заряд в жидкокристаллическом веществе.
Предлагаемый способ управления ЖК затвором для стереоочков заключается в следующем (см. фиг.1). В смежных n и n+1 циклах переключения жидкокристаллического затвора на его электрический вход подают четырехтактный сигнал следующей формы:
- в n цикле длительностью T в первом такте, соответствующем закрытому затвору, на него сначала подают управляющее напряжение в виде биполярного прямоугольного сигнала длительностью T1, а затем - нулевое напряжение в течение времени τ1, где T=T1+τ1, при этом в течение времени T1-τ подают напряжение первой (положительной) полярности, а в течение времени τ подают напряжение второй (отрицательной) полярности;
- в n цикле во втором такте, соответствующем открытому затвору, на него подают нулевое напряжение;
- в n+1 цикле длительностью T в третьем такте, соответствующем закрытому затвору, на него сначала подают напряжение в виде биполярного прямоугольного сигнала длительностью T1, а затем - нулевое напряжение в течение времени τ1, при этом в течение времени T1-τ подают напряжение второй (отрицательной) полярности, а в течение времени τ подают напряжение первой (положительной) полярности;
- в n+1 цикле в четвертый такт, соответствующий открытому затвору, на него подают нулевое напряжение,
при этом T=T1+τ1, а τ - время, величина которого достаточна для ликвидации действием напряжения одной полярности встречного заряда в ЖК структуре, образованного в данном цикле действием напряжения другой полярности, но недостаточна для образования вторичного встречного заряда в том же цикле.
Согласно способу в тактах, соответствующих закрытому затвору, сначала прикладывают в течение времени T1-τ напряжение определенной полярности, а затем в течение времени τ действуют на затвор напряжением противоположной полярности, которое за счет быстрой переориентации всего массива ЖК молекул в направлении, противоположном тому, которое они имели до этого в течение времени T1-τ, компенсирует за время τ: встречный поверхностный заряд на обкладках-электродах ЖК затвора, встречный объемный заряд, образованный самими ЖК молекулами, которые являются электрическими диполями, а также дезинтегрирует (рассеивает) возможный встречный объемный заряд в ЖК слое, который может образовываться посторонними ионами-примесями в ЖК веществе. Чтобы вторичный встречный объемный заряд не образовался уже напряжением противоположной полярности, время τ приложения этого напряжения ограничивают только временем, необходимым лишь для компенсации (дезинтеграции) предыдущего заряда.
Если вместо подачи закрывающего напряжения обратной полярности просто соединить между собой электроды ЖК затвора, то будет иметь место ликвидация только поверхностного электронного заряда на обкладках конденсатора, образованного электродами затвора. При этом более инерционный объемный заряд оставался бы в ЖК структуре, образуя переходящий из цикла в цикл застойный заряд, накапливающийся в определенных зонах апертуры затвора. Застойный заряд дезориентирует своим полем молекулы ЖК затвора в те такты циклов, когда для реализации открытого состояния на затвор не подается внешнее напряжение, и снижает в указанных зонах апертуры своим встречным внутренним полем поле внешнего управляющего напряжения в те такты, когда должно реализовываться закрытое состояние затвора по всей апертуре. В результате в указанных зонах происходит задержка релаксации жидкокристаллических молекул по сравнению с остальной площадью апертуры, создавая в итоге существенные оптические неравномерности (дефекты) по апертуре.
В первом частном варианте осуществления способа время τ выбирают равным времени реакции затвора (молекул ЖК структуры) на подачу закрывающего напряжения, что достаточно для компенсации первичного заряда, но недостаточно для образования паразитного вторичного заряда, поскольку в течение этого времени реализуется только быстрая переориентация ЖК молекул в новое состояние без создания условий образования вторичного заряда в объеме ЖК слоя, которые имеют место только при продолжающейся подаче напряжения неизменной полярности на слой ЖК молекул, находящихся в стационарном (уже переориентированном) состоянии.
Во втором частном варианте способа время τ1 выбирают равным времени задержки процесса релаксации затвора после снятия закрывающего напряжения. Известно, что после прекращения подачи напряжения молекулы в течение некоторого времени (в зависимости от амплитуды приложенного напряжения, угла закрутки ЖК-молекул и ориентации их относительно осей поляризации поляроидов - от 0.5 до 5 мс) оптическое пропускание ЖК-дисплея не изменяется.
Согласно второму частному варианту осуществления способа, в тактах, соответствующих закрытому затвору, уменьшают длительность приложения напряжения одной полярности в начале тактов на время τ1, равное времени задержки процесса релаксации затвора после снятия закрывающего напряжения, что уменьшает саму величину встречного заряда, подлежащего уничтожению в данном цикле приложением напряжения противоположной полярности. Очевидно, что сокращение времени подачи закрывающего напряжения на указанное время релаксации не изменяет заметно для глаза в течение этого времени оптическое состояние затвора, поэтому такое сокращение не сказывается на качестве сепарации изображений ракурсов сцены в течение каждого из указанных тактов, т.е. не сказывается на качестве наблюдаемого стереоизображения.
В третьем частном варианте осуществления способа (фиг.2) выбирают время τ1=0, а время τ выбирают из интервала 0,1…1 мс. Такой вариант соответствует управлению ЖК затвором, наиболее простому по форме управляющего сигнала и достаточно эффективному по реализации однородных оптических свойств по апертуре.
На фиг.3 представлена электрическая схема устройства, с помощью которого реализуется форма управляющего напряжения в соответствии с изобретением.
Основной частью устройства управления является генератор сигналов, выполненный на микроконтроллере PIC16F873 (U1), с тактовой частотой 20 МГц, задаваемой кварцевым резонатором (G1).
Микроконтроллер вырабатывает сигналы, необходимые для управления ЖК-затворами, в соответствии с программой, записанной в память контроллера.
С выходов RB0-RB3 контроллера сигналы поступают на входы преобразователей уровня (транзисторы Q1-Q4 и резисторы R1-R4 и R6-R9).
Преобразователи уровня необходимы для согласования уровней сигналов, вырабатываемых контроллером и сигналов управления аналоговыми ключами (U2, U3).
Конкретно управление ЖК затворами производится подключением к контактам затворов напряжений 0 В и V1 (6-15 В) через аналоговые ключи.
На фиг.4 представлены виды оптического отклика ЖК затвора при различных способах управления, включая предлагаемый и прототипный.
На фиг.4а показан отклик ЖК затвора в любом месте апертуры при управлении согласно предлагаемому способу (при значении τ=0,5 мс). Аналогичный вид имеет оптический отклик ЖК затвора на большей части апертуры при управлении согласно прототипу (патенту US №4792850).
На фиг.4б показан отклик того же ЖК затвора при управлении согласно прототипу (см. патент US №4792850) в местах наблюдаемого дефекта - неоднородности пропускания. Из фиг.4 видно, что различие во времени релаксации между управляемой согласно заявляемому изобретению ЖК-затвором (фиг.4а) и областью сформированной неоднородности пропускания (фиг.4б) составляет почти 1.5 мс.
Для сравнения однородности оптического пропускания по апертуре, получаемого с помощью изобретения, с аналогичными параметрами известных технических решений на фиг.5 приведены фотографии вариантов проявления дефекта в виде оптической неравномерности в форме точек, линий рамок, образующихся в апертуре ЖК затвора с использование STN-структуры с 270-градусной закруткой молекул в зависимости от геометрии апертуры затвора и с различной толщиной ЖК слоя при простом биполярном управлении (согласно патенту US №4792850). Напряжение при этом составляло 12 В, частота цикла 100…150 Гц.
Аналогичные дефекты наблюдаются и при других вариантах закрутки жидкокристаллических молекул (на пи-ячейках, на твист-эффекте и т.д.). Характерным поведением является отсутствие какой-либо неравномерности в первые несколько минут эксплуатации, затем дефект начинает проявляться, сначала слабо, затем все сильнее. В этот период он имеет вид параллельных одной, двум или трем сторонам затвора полос, удаленных от края на расстояние от 2 до 8 мм, с усиленным пятном по краям (см. фиг.5а и фиг.5б). В зависимости от величины приложенного напряжения максимальная интенсивность неравномерности пропускания достигается через 15 мин, а в отдельных случаях - даже 2 часа. Затем неравномерность начинает уменьшаться и через некоторое время (обычно - в 3…4 раза превышающее время достижения максимальной неравномерности) остается только в одном из углов в виде вытянутого пятна размером от 2 до 6 мм (см. фиг.5в и фиг.5г). В дальнейшем этот дефект несколько теряет интенсивность, однако, к сожалению, вытягивается в сторону центра шторки. Кроме того, по периметру затвора формируется светлая рамка шириной до 8 мм, а в ограниченной ею центральной части - более темный многоугольник (стороны которого параллельны краям затвора, а одна из вершин содержит упомянутое пятно). Различие в пропускании этих двух участков достигает 50%. На всех стадиях развития дефекта он находится в поле зрения или требует закрытия до 25% краевой площади затвора, что недопустимо.
Аналогичный дефект для затворов на пи-ячейках - изначально отсутствующий, но появляющийся в одном и том же углу через некоторое время (от нескольких минут до часов) - описан в патенте US №7502003 "Method for eliminating pi-cell artifacts", опубл. 10.03.09, МПК G09G 3/36. На фиг.6 представлен рисунок этого дефекта при управлении согласно патенту US №4792850. Он имеет вид треугольников, примыкающих к краям апертуры. Причем при наличии нескольких электродных полос дефект (101) повторяется в одном и том же углу каждой электродной полосы жидкокристаллического затвора (102). По мнению авторов патента US №7502003, причиной дефекта, названного ими «ионная тень» ("ion shadow" defect), являются свободные ионы, загрязняющие жидкокристаллическое вещество.
Для исключения дефекта «ионной тени» авторы патента US №7502003 предложили новый тип формы управляющего сигнала, названный ими Alternating Unipolar Carrier System - система переменной однополярной несущей (частоты).
На фиг.7 изображен этот сигнал (801) и соответствующий ему оптический отклик (802). Отмечается, что с ростом максимальной амплитуды напряжения «ионная тень» уменьшается, однако могут усилиться другие дефекты изображения (уменьшится динамический контраст, резче проявятся границы электродов). Поэтому данный патент предлагает искать компромисс между различными дефектами, т.е. не решает проблему до конца.
Пример. На фиг.4 показан оптический отклик жидкокристаллического затвора с закруткой 270° и толщиной жидкокристаллического слоя 6 мкм. Видно, что при управлении напряжением U=12 В частотой 144 Гц время реакции составляет 0.5 мс. Для ЖК затвора 4-микронной толщины ЖК слоя время реакции 0.3 мс. Время релаксации для 6 мкм затвора составляет примерно 3.5 мс, для 4 мкм - около 2.5 мс, причем время задержки релаксации равно примерно 0.5 мс для 6-микронного зазора и 0.3 мкм - для 4-микронного.
Отсюда для затвора с 6-микронной толщиной жидкокристаллического слоя был выбран вариант с длительностью части импульса противоположной полярности τ=0.5 мс, а для 4-микронной толщины - τ=0.3 мс. В процессе испытаний длительность T варьировалась в пределах 10…6.9 мс (что соответствует стандартному для стереовидения диапазону частот f=100…144 Гц). Амплитуда напряжения составляла 12 В.
При работе в указанном режиме дефект или не образуется, или мало заметен даже после 96 часов непрерывной работы. Важным моментом является то, что затворы, управлявшиеся прямоугольным меандром (по патенту US №4792850) и имеющие сформировавшийся дефект, при управлении в режиме согласно фиг.2 были однородны по пропусканию.
С изменением напряжения U время реакции τр изменяется по формуле
τр~1/(U2-U2 0), где U0 - пороговое напряжение.
Поэтому с уменьшением напряжения длительность τ кратковременного импульса противоположной полярности должна быть увеличена в соответствии с формулой зависимости времени реакции от напряжения. С увеличением напряжения длительность τ кратковременного импульса противоположной полярности должна быть уменьшена в соответствии с формулой зависимости времени реакции от напряжения. Естественно, в некоторых пределах при установленной величине τ допустимы любые колебания напряжений.
В частности, для 6-микронного затвора при длительности кратковременного импульса противоположной полярности τ=0.5 мс дефект неравномерности пропускания отсутствует или малозаметен при колебаниях напряжений от 10.5 до 15 В. Для 4-микронного затвора диапазон допустимых колебаний напряжения еще больше.
Поскольку время реакции экспоненциально зависит от температуры, аналогичное поведение наблюдается и при нагреве/охлаждении затвора. Правда, при охлаждении уменьшается и подвижность свободных ионов, что в какой-то степени компенсирует увеличение τр. По этим причинам диапазон температур, при которых режим был эффективен - от 15° до 40°C. Это перекрывает все возможные колебания температуры внутри отапливаемого/кондиционируемого помещения.
Сравнение степени проявления дефекта неоднородности пропускания («ионной тени») и энергопотреблении затвора при равных длительностях закрытого состояния (кадровой частоте f) и амплитуде приложенного напряжения при различных способах управления приведено в таблице.
| Таблица | ||
| Способ управления | Дефект ионной тени | Относительное энергопотребление |
| Однополярный меандр (патент US 4792850) при кадровой часоте 100 Гц | максимален | 1 |
| Высокочастотный знакопеременный меандр (патент US 4792850) при частоте 1 кГц (2 кГц) | отсутствует | 10 (20) |
| Переменная однополярная несущая частота (патент US7502003) при частоте 1 кГц (2 кГц) | отсутствует или минимален | 7 (14) |
| Согласно предлагаемому способу | отсутствует или минимален | 2 |
Очевидно, что по совокупности параметров лучшее качество жидкокристаллического затвора для стереоочков обеспечивает предлагаемый способ управления.
1. Способ управления жидкокристаллическим затвором для стереоочков, заключающийся в подаче на электрический вход жидкокристаллического затвора в смежных n и n+1 циклах переключения четырехтактного сигнала следующей формы: в n цикле в первый такт, соответствующий состоянию жидкокристаллического затвора с минимальным пропусканием, и в n+1 цикле в третий такт, соответствующий состоянию жидкокристаллического затвора с минимальным оптическим пропусканием, подаче управляющего напряжения с амплитудой напряжения, большей порогового напряжения соответственно первой и второй полярности, где вторая полярность противоположна первой, в n цикле во второй такт, соответствующий состоянию жидкокристаллического затвора с максимальным оптическим пропусканием, и в n+1 цикле в четвертый такт, соответствующий состоянию жидкокристаллического затвора с максимальным оптическим пропусканием и подаче нулевого управляющего напряжения, отличающийся тем, что в n цикле длительностью T в первый такт сначала подают управляющее напряжение в виде биполярного прямоугольного сигнала длительностью T1, а затем подают нулевое напряжение в течение времени τ1, где T=T1-τ1, при этом в течение времени T1-τ подают управляющее напряжение первой полярности, а в течение времени τ подают управляющее напряжение второй полярности, а в n+1 цикле длительностью T в третий такт сначала подают управляющее напряжение в виде биполярного прямоугольного сигнала длительностью T1, а затем - нулевое напряжение в течение времени τ1, при этом в течение времени T1-τ подают управляющее напряжение второй полярности, а в течение времени τ подают управляющее напряжение первой полярности, при этом T=T1+τ1, а τ - время, величина которого достаточна для ликвидации действием управляющего напряжения одной полярности первичного заряда в жидкокристаллическом затворе, который образован в данном цикле действием напряжения другой полярности, но величина τ недостаточна для образования вторичного встречного заряда в том же цикле.
2. Способ управления жидкокристаллическим затвором для стереоочков по п.1, отличающийся тем, что время τ выбирают равным времени реакции жидкокристаллического затвора на подачу закрывающего управляющего напряжения.
3. Способ управления жидкокристаллическим затвором для стереоочков по п.1, отличающийся тем, что время τ1 выбирают равным времени задержки процесса релаксации жидкокристаллического затвора после снятия закрывающего управляющего напряжения.
4. Способ управления жидкокристаллическим затвором для стереоочков по п.1, отличающийся тем, что время τ1 выбирают равным нулю, а время τ выбирают из интервала 0,1…1 мс.
