3D立体显示技术的现况与展望_陈玲玲

３Ｄ立体显示技术的现况与展望

陈玲玲

（苏州经贸职业技术学院，江苏苏州２１５００６）

摘要：３Ｄ立体显示器利用人类双眼视差以及移动视差的特性，分别提供给双眼不同影像，经大脑合成后形成立体感影像。立体显示技术分为戴眼镜式和裸眼式，在戴眼镜式中，着重比较快门眼镜式和偏光眼镜式；在裸眼式中，着重介绍柱状透镜式、视差遮屏式以及方向性背光源式，本文就其原理和各种技术的优缺点进行分析。关键词：３Ｄ立体显示器；快门眼镜；偏光眼镜；柱状透镜；视差遮屏；方向性背光源ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１０．３０．０１８

Abstract:3Ddisplayproducesthree-dimensionalsenseforhumanbyusingofbinocularparallaxandmotionparallaxwhichgivestwodifferentimagestodifferenteyes.severaldifferentwaystogenerated3Dimageswhetherwithorwithoutglassesareintroducedinthispaper.Forglasstype,Shutterglassandpolarizeringarereviewd.Forwithoutglasstype,bothLenticularlensandParallaxbarrieraswellasDirectionalbacklightaremainlydiscussed.

Keywords:3Ddisplay;Shutterglasses;Polarizingglasses;Lenticularlens;Parallaxbarrier;Directionalbacklight

１

引言

科技始终来自和满足人类的需求，在显示领域，人眼则以偏光眼镜（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄｇｌａｓｓｅｓ）为主，投入厂商以乐金（ＬＧ）及等品牌为主（Ｆｉｇ１）。

的色彩感知细胞促成了黑白电视机演化为彩色电视机，人眼有１０亿个视觉细胞，推动了高清电视的发展，人眼有双眼视差和移动视差，正在促成平面显示向立体显示的转化。所谓双眼视差是指人的左眼及右眼有在水平方向约６．５公分的距离，在观察物体时，角度略有不同，所接收的影像内容略有差异，而移动视差是指当人眼移动时，观察角度随之改变，眼睛接收的内容也有所变化，因此要实现立体显示，需让左右眼分别接收到有些微差异影像。

近年来无论是内容业者，媒介业者，游戏业者还是终端显示业者竞相投入３Ｄ显示技术的研发，３Ｄ立体显示技术已经成为下一代显示器的主流研发项目之一。３Ｄ立体显示技术种类繁多，可分为戴眼镜式和裸眼式。戴眼镜式中又分为主动式和被动式，其中快门眼镜式是典型的主动式，和偏光眼镜式是被动式；裸眼式可分为柱状透镜式、视差遮屏式以及方向性背光源式等，本文将分别阐述［１，２，３］。

图２快门眼镜技术与偏光眼镜技术的比较

快门眼镜利用液晶制成，用电场控制左右眼的开与关，影像播放时，把影像分为奇数影像和偶数影像，若设定奇数影像给右眼接收，利用眼镜将左眼遮住让右眼观看，播放偶数影像时利用相同的原理，如此交替便能看到立体影像。

偏光眼镜式则需在ＬＣＤ面板上增加相位延迟薄膜，产生正交的偏正方向，利用偏光眼镜的解偏，左右眼睛接收到不同偏振方向的图像，合成后即形成立体图像。目前量产的技术是将相位延迟膜通过ＯＣＡ胶贴附在ＬＣＤ上，另有研究机构开发ｉｎｃｅｌｌ的相位延迟膜，从而将相位延迟膜与液晶层的间隙从１ｍｍ减小至数微米，显著增强垂直方向的视角。

快门眼镜是利用时间差创造视差效果，偏光眼镜则是在空间上创造左右眼不同视差，两种技术的性能比较如图２所示。快门眼镜式需要较高的刷新频率，偏光眼镜对ＬＣＤ面板的适用性较广泛，另外在３Ｄ影像品质上，快门眼镜不会牺牲分辨率和垂直视角，但亮度和重影表现较差，而偏光眼镜在动态影像和重影上表现较佳，分辨率表现相对不佳；从眼镜的成本和重量来看，快门眼镜成本较高、重量较重，而偏光眼镜因是目前３Ｄ电影院和背投电视上应用最广的技术，成本

［４］

图１偏光眼镜以及快门眼镜式技术原理示意图

［１，２，３，４，５］

２

戴眼镜式３Ｄ立体显示技术

戴眼镜式３Ｄ立体显示技术大致可分成两大阵营，一大阵营是以快门眼镜（ｓｈｕｔｔｅｒｇｌａｓｓｅｓ）为主，包括三星电子、Ｓｏｎｙ、夏普、东芝、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ等大厂，另一大阵营

收稿日期：２０１０－０９－１１修回日期：２０１０－１０－０６

作者简介：陈玲玲（１９７７－），女，汉族，硕士，讲师，研究方向为材料物理。

38开发应用较低，另外偏光眼镜重量较轻；另外快门眼镜需要电池驱动，偏光眼镜则不需要。

总之从舒适度来看，偏光眼镜略胜一筹。裸眼式立体显示技术

由于配戴眼镜容易产生诸多不便，因此裸视３Ｄ技术是目前业者发展的重心，目前可商业化的产品主要可分为空间多工式的柱状透镜式（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒｌｅｎｓ）和视差遮屏式（ｐａｒａｌｌａｘｂａｒｒｉｅｒ）以及时间多工式的方向性背光源技术。

发展柱状透镜式（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒｌｅｎｓ）技术的代表厂商为日本三洋和飞利浦。三洋最先提出利用立体影像对的方式产生立体影像显示系统，将液晶面板的像素分为奇数像素和偶数像素的影像对，奇数像素对提供给左眼，偶数像素对提供给右眼，利用柱状透镜将光线折射分光，将奇偶影像分别投影至观赏者的左眼和右眼，从而产生立体影像（图３ａ）。飞利浦则在柱状透镜内注入液晶（图３ｂ），利用电场控制柱状透镜的聚焦特性实现２Ｄ／３Ｄ的切换，不加电场，液晶无偏光效果，为３Ｄ显示模式，施加电场，液晶有偏光效果，为２Ｄ显示模式。此技术柱状透镜与液晶面板的对位要十分精准，方能保证影像的准确投射；这项技术由于制造柱状透镜的误差，透镜表面平整度不佳，容易产生散射，透镜的间距在与边缘的大小不均匀，也会造成影像的模糊。

图５

方向性背光源技术示意图

３

［１，２，３，４，５，６］

图４视差遮屏式（ｐａｒｒａｌｌａｘｂａｒｒｉｅｒ）示意图

方向性背光源技术示意图如上所示，包含如下要素：与奇偶像数对同步的左右两组光源，３Ｄ光学膜以及相匹配的导光板（出射角度７０＋／－１０）以及刷新频率１２０Ｈｚ的ＬＣＤ面板。友达光电开发了左右两个快速切换的背光源系统，配合快速切换的液晶层时，可使视角稍有不同的影像对交替投影到左眼或右眼，影像切换速度够快时，大脑合成高解析度的立体影像。另一方面若将两组光源同时打开，可实现３Ｄ向２Ｄ的切换。指向性背光源技术没有制造对位的精度要求，２Ｄ和３Ｄ切换时分辨率不会变化。４结论

依照目前３Ｄ技术的成熟度来看，短期内能够大量商品化的３Ｄ显示器仍是以戴眼镜的快门眼镜和偏光眼镜技术为主，但未来裸眼式３Ｄ将成为时势所趋的发展主流。

参考文献：

［１］Ｈｏｏｎｋａｎｇｅｔａｌ．Ａｎｏｖｅｌｐｏｌａｒｉｚｅｒｇｌａｓｓｅｓｔｙｐｅ３Ｄｄｉｓｐｌａｙｓｗｉｔｈａｐａｔｔｅｒｎｒｅｔａｒｄｅｒ，ＳＩＤ２０１０Ｄｉｇｅｓｔ．［２］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｉｓｐｌａｙｓｅａｒｃｈ．ｃｏｍ．ｃｎ／．

［６］

ａ柱状透镜式（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒｌｅｎｓ）ｂ２Ｄ／３Ｄ切换原理示意图

图３

［３］ＣｈｉｈｗｅｉＣｈｅｎｅｔａｌ．Ｆａｓｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｒｅｓｎｅｌｌｉｑｕｉｄ

ｃｒｙｓｔａｌｌｅｎｓｆｏｒａｕｔｏｓｔｅｒｏｓｃｏｐｉｃ２Ｄ／３Ｄｄｉｓｐｌａｙ，ＳＩＤ２０１０：４２８～４３０．

［４］Ｇｗｏ－ＦｅｎｇＴｓｅｎｇｅｔａｌ，ＴｈｅＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｉｃｒｏｒｅｔａｒｄｅｒ

ｆｏｒＩｎ－ｃｅｌｌＳｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃＬＣＤｕｓｉｎｇＲｅａｃｔｉｖｅＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ，ＳＰＩＥ－ＩＳ＆Ｔ／Ｖｏｌ．６４９０６４９００Ｗ－２．

［５］各公司官方网

站．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｏｎｙｓｔｙｌｅ．ｃｏｍ．ｃｎ／．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｅｌｖｉｓｉｏｎ．

ｃｏｍ／ａｂｏｕｔＵＳ５．ａｓｐｘ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｐｓｌｃｄ．ｃｏｍ／ｉｎｄｅｘ．ｊｓｐ？ｐａｇｅ＝３Ｄｅｔｃ．

［６］ＲｏｂｅｒｔＢｒｏｔｔｅｔａｌ，Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｂａｃｋｌｉｇｈｔｌｉｇｈｔｇｕｉｄｅ

ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓｆｏｒｆｕｌｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｕｔｏｓｔｅｒｏｓｃｏｐｉｃ３Ｄ

ｄｉｓｐｌａｙｓ，ＳＩＤ２０１０：２１８～２２０．

发展视差遮屏技术的代表厂商为日本ｓｈａｒｐ与韩国三星（Ｆｉｇ４）。视差遮屏是以黑色与透明相间的直线条纹，将其置于离液晶面板一段距离，利用小孔成像的原理，让观赏者的双眼分别看到奇偶像素对。为实现２Ｄ／３Ｄ的切换，通常用另一片液晶面板当作视差遮屏，控制液晶面板为全亮状态时，显示２Ｄ影像；明暗相间的状态显示３Ｄ影像对。这项技术对制造的对位精度同样要求较高，用这种方式２Ｄ转３Ｄ时，亮度会减少５０％以上，分辨率也会减少一半以上；另当人眼稍微移动时，图像会错误投射，使得大脑影像无法融合产生立体影像，因此这种技术视点受限。无论是光栅式或是柱状透镜式裸眼３Ｄ技术，若要达到多视角，都会有分辨率严重下降的问题。

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