裸视3D专业技术.doc

裸视 3D 立体显示技术目前3D显示技术主要可以分为眼睛式和裸视式，眼睛式3D显示技术发展较早，解决方案也比较成熟，在商用领域已经应用多年，今年以来上市的3D平板电视也全部为眼睛式产品。但是眼睛式3D电视需要佩戴定制的3D眼镜，对于已经佩戴眼镜的消费者可能有些不便。裸视式3D因为不需要额外的设备即可让观众欣赏到 3D效果，受到了消费者的普遍欢迎和厂家的重视，裸眼式3D技术是现在3D显示技术的发展方向，各家厂商于是投入不需要配戴特殊眼镜的裸视3D 立体显示技术研发。所谓的“裸视3D 立体显示”，是指在不配戴任何特殊配件的状态下以裸眼视觉就能直接观看到3D 立体显示的效果。虽然基本原理仍旧是让左右眼观看不同画面产生视差来营造立体感，不过前提是不配戴眼镜，因此必须透过特殊设计的荧幕来达成目标。裸视3D 立体显示根据运作模式又分为空间多功式与分时多功式两大类。一、空间多功式裸视 3D 立体显示空间多功式裸视3D 立体显示是在同一个萤幕上，以分割显示区域（空间）同时显示左右两眼画面（多功）来达成3D 立体显示效果的方式，因此被称为空间多功。1、柱状透镜式3D 立体显示（Lenticular Lenses）柱状透镜(Lenticular Lens)技术也被称为双凸透镜或微柱透镜3D技术，其最大的优势便是其亮度不会受到影响。柱状透镜式3D 立体显示萤幕，是在萤幕表面设置垂直排列的圆柱状凸透镜薄膜，透过透镜折射来控制光线行进方向，让左右两眼接受不同影像产生视差呈现立体效果。图1柱状透镜3D显示原理图由于光线在通过凸透镜时，行进方向会折射而产生变化，因此只要将左右眼画面以纵向方式交错排列，再透过一连串紧密排列的柱状透镜，就能让左右眼看到各自的画面。图2 左右眼看到画面示意图柱状透镜方式的历史久远，应用范围也相当广泛，包括平面印刷或是萤幕显示器都能运用此方式来呈现3D 立体画面，市面上常见的立体垫板等产品就是利用相同的原理所制作。除了呈现立体影像之外，柱状透镜还能用来呈现会随观看角度而变化的影像。由于柱状透镜可以在多个角度下产生立体效果，因此可以适用于多人观看的应用，不过在不合适的角度观看时会出现影像重叠的状况。一般的柱状透镜是固定贴附在萤幕表面，而且是以单一方向排列，因此无法切换显示模式，水平解析度会降为原本的一半，画质也会受到透镜折射影响，萤幕旋转90 度时就会无法呈现立体感。不过也有厂商研发在柱状透镜中注入液晶来改变聚焦特性的技术，可关闭透镜的折射效果切换成2D 模式。优点：3D技术显示效果更好，亮度不受到影响缺点：相关制造与现有LCD液晶工艺不兼容，需要投资新的设备和生产线。2、视差屏障式3D 立体显示（Parallax Barriers）视差屏障式3D 立体显示荧幕，是在萤幕表面设置称为“视差屏障”的纵向栅栏状光学屏障来控制光线行进方向，让左右两眼接受不同影像产生视差达成立体显示效果。图3 视差屏障式3D显示原理图由于左右眼视线通过栅栏状视差屏障的角度不同，因此会看到后面萤幕的不同部分，只要将左右眼画面以纵向方式交错排列，就能让左右眼看到各自的画面产生立体感。由于是采用遮蔽方式来达成立体显示效果，必须将萤幕分为左右两画面显示，因此水平解析度会降为原本的一半，而且画面亮度会下降。之外还会还有观看距离、角度与方向的限制，必须在规划的距离与角度内观看，画面转90 度时就会无法呈现立体感。后续厂商研发许多技术来改善视差屏障式3D 立体显示萤幕的先天限制，像是采用可开关的液晶薄膜来充当视差屏障，就能透过液晶屏障的开关来切换2D / 3D 显示模式，液晶屏障排列方式也可以制作成水平与垂直两种方向，配合横拿与直拿的需求切换。图4 可开关的液晶视差屏障视差屏障式3D 立体显示是目前最广泛应用于可携式装置的方式，包括SHARP 与日立都不约而同的在任天堂发表N3DS 后紧接着发表了各自的行动电话用视差屏障式3D 立体显示萤幕。其中SHARP 的产品将液晶屏障与触控薄膜整合在一起，而且同时支援横拿与直拿的应用，比较符合N3DS 的需求，不过目前还无法确定是否会获得任天堂采用。优点：与既有的LCD液晶工艺兼容，因此在量产性和成本上较具优势缺点：画面亮度低，分辨率会随着显示器在同一时间播出影像的增加呈反比降低图5 SHARP 3D 液晶萤幕的产品示意图图6 日立 3D 液晶面板特色解说示意图二、分时多功式裸视 3D 立体显示时间多功式裸视3D 立体显示是在同一个萤幕上，以左右交替分别显示（分时）左右两眼画面（多功）来达成3D 立体显示效果的方式，因此被称为“分时多功”。指向性背光分时式 3D 立体显示指向性背光分时式3D 立体显示，是藉由指向性背光膜搭配左右配置的背光光源，以高速交替方式分别朝左右眼显示不同画面来达成立体显示效果的方式。由于指向性背光膜可以控制光线射出的方向，因此能将左右画面分别投射到观看者的左右眼中。图7指向性背光分时式3D显示原理图当萤幕右侧的背光光源亮起时，就会透过指向性背光膜射出朝左眼方向的光线，用来显示左眼画面。当左侧的背光光源亮起时，就会透过指向性背光膜射出朝右眼方向的光线，用来显示右眼画面。藉由左右画面高速交替显示，就能平顺的显示立体影像。由于指向性背光方式采用分时多功，因此每次都能以面板的完整解析度来显示画面，不像空间多功只能以面板的一半解析度来显示画面，而且只要左右两侧的背光光源同时亮起，就能切换为2D 显示模式。不过由于左右眼画面是以指向性的方式显示，因此只有从萤幕正面观看时才能看到立体影像，而且当萤幕旋转90 度时就无法显示立体影像。指向性背光分时式3D 立体显示产品目前仍处于研发阶段。优点：分辨率、透光率方面能保证，不会影响既有的设计架构，3D显示效果出色缺点：技术尚在开发，产品不成熟三、深度融合式3D 立体显示（Depth-fused 3D）深度融合式3D 立体显示是将两片液晶面板前后重叠在一起，分别在前后两片液晶面板上以不同亮度显示前景与后景的影像，藉由实体的深浅差异来呈现出景深效果。图8 日立研发的深度融合式3D 立体显示萤幕由于深度融合式并不像其他方式是以模拟两眼视差来产生立体感，而是让画面真正具备前景与后景的差别，能让观看者两眼视线的焦点自然落在画面位置并感受到景深，因此观看时眼睛比较不容易感到疲劳。不