全分辨率自由立体显示技术

　　1前言

　　立体显示是显示技术发展的重要方向，具有深度和纵深感的立体显示能使观看者获得更加全面和直观的信息。

　　目前的立体显示技术主要分为头戴式立体昆示和自由立体显示两大类。前者需要佩戴诸如快门眼镜、偏光眼镜之类的辅助装置，尽管显示效果较好，但降低了观看者舒适度，且在户外展示、手持设备等诸多领域并不适用。

　　自由立体显示技术无需配戴眼镜，大大提高了观看的舒适感，因此成为热点研究课题。三星、友达、夏普等般内企业均进行了相关开发。

　　目前基于平板显示器的主流自由立体显示技术有视差屏障(Parallax Barrier)、视差照明(Parallax IlluminatiON)与柱状透镜(Lenticular Lens)等。这些技术均存在分辨率降低和视角较小的问题。为了增大视角，可以采用多视点的设计方案，使视点数的增加带来了分辨率的进一步降低。因此自由立体显示要达到头戴式立体显示器的效果，屏幕本身的分辨率成为重要制约因素。

　　为了突破原有的技术缺陷，诸多业内厂商并发了一系列全分羧率自由立体显示技术，部分技术已经取得突破并成功产品化。

　　根据使用的原理，目前全分辨率技术主要有换面刷新频率加倍与屏幕信息量加倍两大类。下文将分别介绍目前的各种技术，并作深入分析。

　　2倍频类全分辨率技术

　　2.1改进型狭缝光栅

　　普通狭缝光栅式立体显示器使用空间分割的方式将显示器屏幕分为两部分，左右眼分别看到对应的屏幕区域，因此分辨率将减半。

　　改进型狭缝光栅使用两组互补交错排列的光栅。一帧画面时间内两组光栅交替开启，同时屏幕显示内容也同步变换，左右眼在一帧画面的前后时间段内分别看到屏幕的不同区域，达到了分辨率不损失。

　　该技术采用了特殊的图像驱动方式，显示器刷额频率需要加倍。图l是原理图。

　　目前三星、奇美、胜华等均申请有该类技术的专利。改进型狭缝光栅产品结构简单，实现较为容易，但要达到良好的曼示效果还需要解决两帧图像串扰、同步带来的闪烁等问题。

　　2.2双折射板分先技术

　　除视差屏障技术外，传统的祝差照明、柱状透镜等技术也使用类似的空间分割方式，因此均会有分辨率的损失。三星开发了一系列利用双折射特性，同时使用空间分割和时间分割方式的全分辨率自由立体显示技术。这类技术共同特征是是在上述传统的自由立体显示器件上附加了双折射板和偏振选样开关，同时显示器刷新频率加倍。

　　图2是视差照明技术结合双折射扳分光的示意图。通过控制偏振选择开关(例如TN盒)，可以调整通过取折射板的光的偏振方向，从而控制成像的位置。通过精确的光学设计，使得两种偏振状态下成像位置互补，结合时序图像驱动达到全分辨率立体显示的效果。

　　该方法能应用于视差屏障、视筹照明、柱状透镜等传统技术的改进上．但是结构相对较复杂且大大增加了显示器的厚度。

　　2.3指向性背光技术

　　指向性背光是3M公剐09年推出的适用于中小尺寸的全分辨率自由立体显示技术。

　　该技术使用了3M公司丌拄的3D-film和特殊的方向性背光，结合快速响应LCD屏幕实现自由立体显示。图3是指向性背光技术的示意图。

　　指向性背光的原理是：背光源有两组灯芯，当单侧灯芯打开时光线经由特殊设计的导光板和3D-film被集中到左／右边一定角度范围内，人眼在特定区域内能看到3D图像。

　　这项技术相比狭缝光栅不损失亮度，只需要改进背光即可实现全分辨率立体显示，具有较好的应用前景。缺点在于3D视角较小，在3D观看区外看到的是单眼的2D图像。在SID2009上TMD展出了使用该技术的样品。

      2.4特殊背光

　　友达、奇美也分别开发了利用特殊的背光实现全分辨率立体显示的技术，基本原理与3M的指向件背光技术类似，都是利用单独驱动的两组光源将光线分别投射到左右区域：图4足友达的相关技术的示意图。

　　此类技术的优缺点与3M相关技术类似，也都需要用到倍频显示器。但3M技术相对更为成熟，已有产品发布。

　　3多屏幕类全分辨率技术

　　3.1互掩模技术

　　美国牛鲁克公司开发了一种掩模技术．使用两块或更多块层叠的LCD屏针，使用一定的尊法从原始的立体图像对产生两幅或更多幅图像．这些图像被分别显示在不同培的屏幕上，当观看者观看倒像时，双眼观看到的叠加图像分别等于原始的立体像对图像中的左／右眼刚像。图5为该技术示意图。

　　泼技术的优点d：¨Ⅱ以配台头部跟踪系统使用。当观暂f者在不同位黄时，nJ以根据该忙置掩模戈系重新汁算前后层刚慷，从而得到大视向的争分辨率讧体显小设果。

　　该技术的优点在于可以配合头部跟踪系统使用。当观察者在不同位置时，可以根据该位置掩模关系重新计算前后层图像，从而得到大视角的全分辨率立体显示效果。

　　该技术缺点在于，因为使用了多层LCD，透过率极低，且容易产生莫尔条纹。另外图像算法较为复杂，实现较为困难。

　　多重屏幕技术说角较宽．但角度过大时仍会出现重影。且因为使用两块屏幕，亮度损失比较严重，成本较高。

      3.2多重屏幕技术

　　多重屏幕技术的原理是利用多层LCD前后排列，分别显示前景与后景，形成前后深度感。图6是原理图。

　　美国的PureDepth与日本NTT拥有此类技术相关专利。PureDepth称其为MLD技术。NTT称之为DFD技术，两者原理相似。

　　多重屏幕技术说角较宽．但角度过大时仍会出现重影。且因为使用两块屏幕，亮度损失比较严重，成本较高。

　　3.3 HDDP技术

　　NEC的HDDP技术原理为TFT的RGB横向排列，每个像素分为可单独驱动的左右两部分．2D显示时作为1个像素驱动，3D显示时作为两个像素。

　　该技术本质是增加了3D状态下屏幕像素点的信息量。原理较为简单，但需要配合特殊的驱动IC。

　　4小结

　　从自由立体显示技术发展趋势来看，同时满足宽视角、高解析度、高亮度是自由立体显示技术的重要发展目标。而全分辨率立体显示技术是朝这个目标迈出的重要一步。三星、3M、NEC等业内企业均进行了相关开发，并已有相关产品面市。相比较而言，大陆企业自由立体显示技术基础还比较薄弱，在全分辨率等前沿领域与领先企业尚有较大差距。