全解析度自由立體顯示技術

2020-12-01 電子產品世界

　　1前言

　　立體顯示是顯示技術發展的重要方向，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，儘管顯示效果較好，但降低了觀看者舒適度，且在戶外展示、手持設備等諸多領域並不適用。

　　自由立體顯示技術無需配戴眼鏡，大大提高了觀看的舒適感，因此成為熱點研究課題。三星、友達、夏普等般內企業均進行了相關開發。

　　目前基於平板顯示器的主流自由立體顯示技術有視差屏障(Parallax Barrier)、視差照明(Parallax IlluminatiON)與柱狀透鏡(Lenticular Lens)等。這些技術均存在解析度降低和視角較小的問題。為了增大視角，可以採用多視點的設計方案，使視點數的增加帶來了解析度的進一步降低。因此自由立體顯示要達到頭戴式立體顯示器的效果，屏幕本身的解析度成為重要制約因素。

　　為了突破原有的技術缺陷，諸多業內廠商並發了一系列全分羧率自由立體顯示技術，部分技術已經取得突破並成功產品化。

　　根據使用的原理，目前全解析度技術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，並作深入分析。

　　2倍頻類全解析度技術

　　2.1改進型狹縫光柵

　　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的屏幕區域，因此解析度將減半。

　　改進型狹縫光柵使用兩組互補交錯排列的光柵。一幀畫面時間內兩組光柵交替開啟，同時屏幕顯示內容也同步變換，左右眼在一幀畫面的前後時間段內分別看到屏幕的不同區域，達到了解析度不損失。

　　該技術採用了特殊的圖像驅動方式，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的專利。改進型狹縫光柵產品結構簡單，實現較為容易，但要達到良好的曼示效果還需要解決兩幀圖像串擾、同步帶來的閃爍等問題。

　　2.2雙折射板分先技術

　　除視差屏障技術外，傳統的祝差照明、柱狀透鏡等技術也使用類似的空間分割方式，因此均會有解析度的損失。三星開發了一系列利用雙折射特性，同時使用空間分割和時間分割方式的全解析度自由立體顯示技術。這類技術共同特徵是是在上述傳統的自由立體顯示器件上附加了雙折射板和偏振選樣開關，同時顯示器刷新頻率加倍。

　　圖2是視差照明技術結合雙折射扳分光的示意圖。通過控制偏振選擇開關(例如TN盒)，可以調整通過取折射板的光的偏振方向，從而控制成像的位置。通過精確的光學設計，使得兩種偏振狀態下成像位置互補，結合時序圖像驅動達到全解析度立體顯示的效果。

　　該方法能應用於視差屏障、視籌照明、柱狀透鏡等傳統技術的改進上．但是結構相對較複雜且大大增加了顯示器的厚度。

　　2.3指向性背光技術

　　指向性背光是3M公剮09年推出的適用於中小尺寸的全解析度自由立體顯示技術。

　　該技術使用了3M公司丌拄的3D-film和特殊的方向性背光，結合快速響應LCD屏幕實現自由立體顯示。圖3是指向性背光技術的示意圖。

　　指向性背光的原理是：背光源有兩組燈芯，當單側燈芯打開時光線經由特殊設計的導光板和3D-film被集中到左／右邊一定角度範圍內，人眼在特定區域內能看到3D圖像。

　　這項技術相比狹縫光柵不損失亮度，只需要改進背光即可實現全解析度立體顯示，具有較好的應用前景。缺點在於3D視角較小，在3D觀看區外看到的是單眼的2D圖像。在SID2009上TMD展出了使用該技術的樣品。

2.4特殊背光

　　友達、奇美也分別開發了利用特殊的背光實現全解析度立體顯示的技術，基本原理與3M的指向件背光技術類似，都是利用單獨驅動的兩組光源將光線分別投射到左右區域：圖4足友達的相關技術的示意圖。

　　此類技術的優缺點與3M相關技術類似，也都需要用到倍頻顯示器。但3M技術相對更為成熟，已有產品發布。

　　3多屏幕類全解析度技術

　　3.1互掩模技術

　　美國牛魯克公司開發了一種掩模技術．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，當觀看者觀看倒像時，雙眼觀看到的疊加圖像分別等於原始的立體像對圖像中的左／右眼剛像。圖5為該技術示意圖。

　　潑技術的優點d：¨Ⅱ以配臺頭部跟蹤系統使用。當觀暫f者在不同位黃時，nJ以根據該忙置掩模戈系重新汁算前後層剛慷，從而得到大視向的爭解析度訌體顯小設果。

　　該技術的優點在於可以配合頭部跟蹤系統使用。當觀察者在不同位置時，可以根據該位置掩模關係重新計算前後層圖像，從而得到大視角的全解析度立體顯示效果。

　　該技術缺點在於，因為使用了多層LCD，透過率極低，且容易產生莫爾條紋。另外圖像算法較為複雜，實現較為困難。

　　多重屏幕技術說角較寬．但角度過大時仍會出現重影。且因為使用兩塊屏幕，亮度損失比較嚴重，成本較高。

3.2多重屏幕技術

　　多重屏幕技術的原理是利用多層LCD前後排列，分別顯示前景與後景，形成前後深度感。圖6是原理圖。

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

　　多重屏幕技術說角較寬．但角度過大時仍會出現重影。且因為使用兩塊屏幕，亮度損失比較嚴重，成本較高。

　　3.3 HDDP技術

　　NEC的HDDP技術原理為TFT的RGB橫向排列，每個像素分為可單獨驅動的左右兩部分．2D顯示時作為1個像素驅動，3D顯示時作為兩個像素。

　　該技術本質是增加了3D狀態下屏幕像素點的信息量。原理較為簡單，但需要配合特殊的驅動IC。

　　4小結

　　從自由立體顯示技術發展趨勢來看，同時滿足寬視角、高解析度、高亮度是自由立體顯示技術的重要發展目標。而全解析度立體顯示技術是朝這個目標邁出的重要一步。三星、3M、NEC等業內企業均進行了相關開發，並已有相關產

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