全分辨率自由立體顯示技術(shù)

　　1前言

　　立體顯示是顯示技術(shù)發(fā)展的重要方向，具有深度和縱深感的立體顯示能使觀看者獲得更加全面和直觀的信息。

　　目前的立體顯示技術(shù)主要分為頭戴式立體昆示和自由立體顯示兩大類。前者需要佩戴諸如快門眼鏡、偏光眼鏡之類的輔助裝置，盡管顯示效果較好，但降低了觀看者舒適度，且在戶外展示、手持設(shè)備等諸多領(lǐng)域并不適用。

　　自由立體顯示技術(shù)無需配戴眼鏡，大大提高了觀看的舒適感，因此成為熱點(diǎn)研究課題。三星、友達(dá)、夏普等般內(nèi)企業(yè)均進(jìn)行了相關(guān)開發(fā)。

　　目前基于平板顯示器的主流自由立體顯示技術(shù)有視差屏障(Parallax Barrier)、視差照明(Parallax IlluminatiON)與柱狀透鏡(Lenticular Lens)等。這些技術(shù)均存在分辨率降低和視角較小的問題。為了增大視角，可以采用多視點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，使視點(diǎn)數(shù)的增加帶來了分辨率的進(jìn)一步降低。因此自由立體顯示要達(dá)到頭戴式立體顯示器的效果，屏幕本身的分辨率成為重要制約因素。

　　為了突破原有的技術(shù)缺陷，諸多業(yè)內(nèi)廠商并發(fā)了一系列全分羧率自由立體顯示技術(shù)，部分技術(shù)已經(jīng)取得突破并成功產(chǎn)品化。

　　根據(jù)使用的原理，目前全分辨率技術(shù)主要有換面刷新頻率加倍與屏幕信息量加倍兩大類。下文將分別介紹目前的各種技術(shù)，并作深入分析。

　　2倍頻類全分辨率技術(shù)

　　2.1改進(jìn)型狹縫光柵

　　普通狹縫光柵式立體顯示器使用空間分割的方式將顯示器屏幕分為兩部分，左右眼分別看到對應(yīng)的屏幕區(qū)域，因此分辨率將減半。

　　改進(jìn)型狹縫光柵使用兩組互補(bǔ)交錯(cuò)排列的光柵。一幀畫面時(shí)間內(nèi)兩組光柵交替開啟，同時(shí)屏幕顯示內(nèi)容也同步變換，左右眼在一幀畫面的前后時(shí)間段內(nèi)分別看到屏幕的不同區(qū)域，達(dá)到了分辨率不損失。

　　該技術(shù)采用了特殊的圖像驅(qū)動(dòng)方式，顯示器刷額頻率需要加倍。圖l是原理圖。

　　目前三星、奇美、勝華等均申請有該類技術(shù)的專利。改進(jìn)型狹縫光柵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)較為容易，但要達(dá)到良好的曼示效果還需要解決兩幀圖像串?dāng)_、同步帶來的閃爍等問題。

　　2.2雙折射板分先技術(shù)

　　除視差屏障技術(shù)外，傳統(tǒng)的祝差照明、柱狀透鏡等技術(shù)也使用類似的空間分割方式，因此均會有分辨率的損失。三星開發(fā)了一系列利用雙折射特性，同時(shí)使用空間分割和時(shí)間分割方式的全分辨率自由立體顯示技術(shù)。這類技術(shù)共同特征是是在上述傳統(tǒng)的自由立體顯示器件上附加了雙折射板和偏振選樣開關(guān)，同時(shí)顯示器刷新頻率加倍。

　　圖2是視差照明技術(shù)結(jié)合雙折射扳分光的示意圖。通過控制偏振選擇開關(guān)(例如TN盒)，可以調(diào)整通過取折射板的光的偏振方向，從而控制成像的位置。通過精確的光學(xué)設(shè)計(jì)，使得兩種偏振狀態(tài)下成像位置互補(bǔ)，結(jié)合時(shí)序圖像驅(qū)動(dòng)達(dá)到全分辨率立體顯示的效果。

　　該方法能應(yīng)用于視差屏障、視籌照明、柱狀透鏡等傳統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)上．但是結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜且大大增加了顯示器的厚度。

　　2.3指向性背光技術(shù)

　　指向性背光是3M公剮09年推出的適用于中小尺寸的全分辨率自由立體顯示技術(shù)。

　　該技術(shù)使用了3M公司丌拄的3D-film和特殊的方向性背光，結(jié)合快速響應(yīng)LCD屏幕實(shí)現(xiàn)自由立體顯示。圖3是指向性背光技術(shù)的示意圖。

　　指向性背光的原理是：背光源有兩組燈芯，當(dāng)單側(cè)燈芯打開時(shí)光線經(jīng)由特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)光板和3D-film被集中到左／右邊一定角度范圍內(nèi)，人眼在特定區(qū)域內(nèi)能看到3D圖像。

　　這項(xiàng)技術(shù)相比狹縫光柵不損失亮度，只需要改進(jìn)背光即可實(shí)現(xiàn)全分辨率立體顯示，具有較好的應(yīng)用前景。缺點(diǎn)在于3D視角較小，在3D觀看區(qū)外看到的是單眼的2D圖像。在SID2009上TMD展出了使用該技術(shù)的樣品。

2.4特殊背光

　　友達(dá)、奇美也分別開發(fā)了利用特殊的背光實(shí)現(xiàn)全分辨率立體顯示的技術(shù)，基本原理與3M的指向件背光技術(shù)類似，都是利用單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的兩組光源將光線分別投射到左右區(qū)域：圖4足友達(dá)的相關(guān)技術(shù)的示意圖。

　　此類技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)與3M相關(guān)技術(shù)類似，也都需要用到倍頻顯示器。但3M技術(shù)相對更為成熟，已有產(chǎn)品發(fā)布。

　　3多屏幕類全分辨率技術(shù)

　　3.1互掩模技術(shù)

　　美國牛魯克公司開發(fā)了一種掩模技術(shù)．使用兩塊或更多塊層疊的LCD屏針，使用一定的尊法從原始的立體圖像對產(chǎn)生兩幅或更多幅圖像．這些圖像被分別顯示在不同培的屏幕上，當(dāng)觀看者觀看倒像時(shí)，雙眼觀看到的疊加圖像分別等于原始的立體像對圖像中的左／右眼剛像。圖5為該技術(shù)示意圖。

　　潑技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)d：¨Ⅱ以配臺頭部跟蹤系統(tǒng)使用。當(dāng)觀暫f者在不同位黃時(shí)，nJ以根據(jù)該忙置掩模戈系重新汁算前后層剛慷，從而得到大視向的爭分辨率訌體顯小設(shè)果。

　　該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以配合頭部跟蹤系統(tǒng)使用。當(dāng)觀察者在不同位置時(shí)，可以根據(jù)該位置掩模關(guān)系重新計(jì)算前后層圖像，從而得到大視角的全分辨率立體顯示效果。

　　該技術(shù)缺點(diǎn)在于，因?yàn)槭褂昧硕鄬覮CD，透過率極低，且容易產(chǎn)生莫爾條紋。另外圖像算法較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)較為困難。

　　多重屏幕技術(shù)說角較寬．但角度過大時(shí)仍會出現(xiàn)重影。且因?yàn)槭褂脙蓧K屏幕，亮度損失比較嚴(yán)重，成本較高。

3.2多重屏幕技術(shù)

　　多重屏幕技術(shù)的原理是利用多層LCD前后排列，分別顯示前景與后景，形成前后深度感。圖6是原理圖。

　　美國的PureDepth與日本NTT擁有此類技術(shù)相關(guān)專利。PureDepth稱其為MLD技術(shù)。NTT稱之為DFD技術(shù)，兩者原理相似。

　　多重屏幕技術(shù)說角較寬．但角度過大時(shí)仍會出現(xiàn)重影。且因?yàn)槭褂脙蓧K屏幕，亮度損失比較嚴(yán)重，成本較高。

　　3.3 HDDP技術(shù)

　　NEC的HDDP技術(shù)原理為TFT的RGB橫向排列，每個(gè)像素分為可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的左右兩部分．2D顯示時(shí)作為1個(gè)像素驅(qū)動(dòng)，3D顯示時(shí)作為兩個(gè)像素。

　　該技術(shù)本質(zhì)是增加了3D狀態(tài)下屏幕像素點(diǎn)的信息量。原理較為簡單，但需要配合特殊的驅(qū)動(dòng)IC。

　　4小結(jié)

　　從自由立體顯示技術(shù)發(fā)展趨勢來看，同時(shí)滿足寬視角、高解析度、高亮度是自由立體顯示技術(shù)的重要發(fā)展目標(biāo)。而全分辨率立體顯示技術(shù)是朝這個(gè)目標(biāo)邁出的重要一步。三星、3M、NEC等業(yè)內(nèi)企業(yè)均進(jìn)行了相關(guān)開發(fā)，并已有相關(guān)產(chǎn)