Версия для слабовидящих
Меняем в жидкокристаллических экранах нематические жидкие кристаллы на смектические Печать Email
Новости об инновациях
08.12.2013

Учёные из ФИАН получили новые жидкокристаллические материалы, позволяющие создать дисплей, в котором трёхмерная 3D картинка визуализируется в объёмной среде.

Наверное, многим из нас знакомо лёгкое ощущение дискомфорта от просмотра 3D фильма. Но откуда оно приходит и как вообще двумерная картинка на плоском экране превращается в трёхмерное изображение? Ответы на эти вопросы связаны между собой.

Обычно 3D фильм содержит два набора перемешанных кадров (стерео пар) – один для левого глаза, а другой для правого. Они несколько отличаются по своим оптическим характеристикам (например, поляризации), и потому правое стекло 3D-очков пропускает только правое изображение, а левое – только левое.

И уже в нашей голове эти кадры одной и той же 3D сцены, увиденной с разных ракурсов, собираются в общую 3D картину.

Так создается иллюзия объёмного изображения, и для ее успешного восприятия очень важно, чтобы кадры одной стерео пары были строго разделены, а все стерео пары чередовались со строгой частотой – иначе малейшие нарушения ставят наш мозг в замешательство, о чём он нам и сигнализирует.

Сегодня подобные стереоскопические 3D дисплеи занимают главенствующее место на рынке. Однако особый интерес для специалистов представляют дисплеи с объёмным экраном, в которых наблюдается наиболее реалистичное 3D изображение сцены. По сути, – световой макет сцены, который можно увидеть без очков, под разными углами, независимо и сразу многими наблюдателями, да еще и с возможностью заглянуть внутрь ее.

Создать такой дисплей можно, используя массив жидкокристаллических светорассеивающих ячеек, на которые поочередно и согласованно будут проецироваться изображения сечений исходной 3D сцены. Однако и в этом подходе есть свои сложности. Комментирует заведующий отделом оптоэлектроники ФИАН доктор физико-математических наук, профессор Игорь Николаевич Компанец:

«Чтобы человеческий глаз воспринимал картинку непрерывной частота кадров должна быть не менее 25 Гц, а значит, длительность каждого кадра – не более 1/25 секунды. Но это в случае одной ячейки. А если мы хотим сделать объёмное изображение, предположим, из ста сечений, т. е. используя сто жидкокристаллических ячеек, то время включения рассеяния света в каждой из них должно быть в сто раз меньше. И соответственно, частота подачи сечений от видеопроектора – уже 2,5 кГц.»

Нематические жидкие кристаллы (НЖК), на основе которых работает большинство современных дисплеев и видеопроекторов, не могут удовлетворить таким требованиям. При приложении электрического напряжения 100 В к ячейкам с НЖК, кристалл достаточно быстро (за время порядка 0,2 миллисекунды) изменяет свое оптическое состояние, но возвращается он к своему исходному состоянию после выключения поля существенно медленнее – под действием упругих сил это происходит за время порядка миллисекунды. В результате, число НЖК-ячеек в объемном экране не может превышать двадцати.

Понятно, что для создания объёмных экранов 3D дисплеев этого недостаточно. Учёные из ФИАН предложили использовать жидкие кристаллы другого типа – смектики.

«В наших ячейках мы используем смектические ЖК, обладающие сегнетоэлектрическими свойствами. Их вектор спонтанной поляризации ориентируется вдоль направления внешнего электрического поля. Такие ЖК очень чувствительны к обоим знакам электрического поля, так что время переключения оптического состояния, причем как рассеивающего свет, так и прозрачного составляет в них всего лишь несколько десятков микросекунд при управляющем напряжении 30 В» – комментирует Игорь Николаевич.

В результате, учёным ФИАН удалось создать экспериментальный макет 3D-дисплея с объёмным экраном, составленным из 5 смектических ЖК-ячеек.

«Принцип его работы очень прост. На каждой из ячеек по очереди включается рассеяние и подаётся картинка. Сначала первая, потом вторая – листаем как бы по слоям, по сечениям, но так быстро, что видим непрерывное объёмное изображение. Получается как бы «аквариум», в котором в реальном времени визуализируются объёмные картинки» – рассказывает Игорь Николаевич.

Количество ячеек можно довести до ста и получить настоящий, уникальный даже для мировой практики объёмный экран. Параметры самих ЖК-ячеек вполне позволяют выполнить эту амбициозную задачу, но здесь есть новая проблема, ведь в составе 3D-дисплея кроме экрана должен быть ещё видеопроектор, способный проецировать на ЖК-ячейки изображения сечений с частотой в несколько килогерц. Но и это можно реализовать с помощью другого сегнетоэлектрического смектического ЖК, который модулирует не рассеяние света, а его поляризацию, а значит, интенсивность света, регистрируемую за поляроидами.

Разработанные в ФИАН ЖК-ячейки на основе такого смектика способны при управляющем напряжении модулировать свет с частотой до 7 кГц, т.е. в 50 раз быстрее, чем с нематическим ЖК.

Игра стоит свеч. Перспективы применения таких дисплеев очень широки, поскольку они не вызывают привычных сегодняшнему зрителю дискомфортных ощущений и способны давать реалистичную трёхмерную картинку объекта с сохранением всех его внешних деталей (а при соответствующем программном обеспечении – и внутренних).

Игорь Николаевич Компанец:

«Подобные дисплеи можно использовать в космической и авиа- навигации, в трёхмерных тренажёрах, в различных интерактивных играх и даже в медицине – для визуализации томографических изображений. Ведь что мы здесь имеем? Сигналы томографа, которые дают информацию о сечениях тела или его органа, которые в итоге регистрируются на плёнке. А у нас плёнка не нужна. Сигналы преобразуются в скоростном видеопроекторе в оптические и сразу поступают на светорассеивающие ЖК-ячейки, формируя в реальном времени трёхмерное изображение органа. Какой простор для диагностики, по сути четырехмерной!»

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2013/menyaem-v-zhidkokristallicheskikh-ekranakh-nematicheskie-zhidkie-kristally-na-smekticheski

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта