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3D平面顯示技術發展與實際產品應用現況

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若沒有支援120Hz技術之LCD TV,可能在使用3D影音內容就會出現殘影問題。Sony
若沒有支援120Hz技術之LCD TV,可能在使用3D影音內容就會出現殘影問題。Sony

3D顯示技術在近年成為LCD或是PDP業者最關心的應用技術,但相對前衛的裸眼3D發展現況受產品空間與相關技術限制,而相對成熟、搭配立體眼鏡的3D電視實踐設計,反而成為目前最容易就手、且可以馬上開發量產的應用技術...
3D顯示器的成像,畢竟是利用人眼的錯覺所產生的立體視覺,與真實的視覺產生的立體感,絕對有一定程度的差異,而現有的3D技術,為了讓平面的顯示內容,達到具立體感的水準,自然也必須在視覺和品質做一番權衡,才能達到滿足應用與商品化的要求。

目前的3D成像技術,尤其是基於顯示器方面的應用,仍沒有一個技術可以100%滿足使用者的需求,也正因如此,相關廠商亦不斷提出新的3D成像方法,有的旨在改良現有的量產技術,可能加強3D立體效果的幅度有限,但卻已針對使用的舒適性做大幅改善,或是以新的方法,去呈現更具深度體驗的3D效果。但每種3D顯示技術都有既定的物理極限,但至少都能讓原本平面的影音內容,有更具生動、刺激的臨場效果。

德州儀器的DLP技術,可以讓投影機或背投影電視業者在產品追加3D投影功能支援。(Viewsonic) </div>

德州儀器的DLP技術,可以讓投影機或背投影電視業者在產品追加3D投影功能支援。(Viewsonic)

目前3D顯示經常使用的顯示技術發展多元,但若以觀賞者的應用方式來區分,大致可以分為必須搭配立體眼鏡與裸視3D兩種應用方式,本文將就此兩種應用方式介紹相關應用技術。

立體眼鏡3D顯示技術 兼具成本、效果與商品化優勢

基本上,讓左/右雙眼分別看到各自的影響、同時不互相干擾,透過影像的差異去創造原先平面影像難以呈現的「深度」視覺效果,此即最基本的3D立體成像概念。

早期的作法是利用預先處理過的影片內容,讓同一支影像以固定頻率呈現略微差異的顯示內容,再搭配特製的眼鏡,透過鏡片的影像光學過濾技術,讓兩眼可以各自看到對應的獨立內容,觀看的同時由於人體會將雙眼觀看的影像於大腦中進行融合,只要影音內容與交錯顯示的畫面準確同步,讓雙眼可以用精密的方式看到兩個獨立影像,影像會自然而然成為具深度的立體畫面。

立體眼鏡所呈現的3D技術在原理是相對簡單,也是充分利用到影像立體化的關鍵原理,在實際產品開發上,可以沿用現有的FPD技術(PDP或LCD均可),等於是在既有的成功基礎下發展3D技術,其成功的機率要比需要重新整合顯示器的3D顯示技術更具發展效益,亦能在最短時間推出3D顯示產品。眼鏡式立體視覺,在技術上具備低成本、大視角、影像品質相對好、觀賞人數較無限制等優點,最早在19世紀就有應用出現。

◎Shutter Glasses快門簾立體眼鏡技術

此為在眼鏡設計方面,利用針對左/右區隔的視訊內容,搭配時間差的方式來分離原先混合的左/右眼獨立影像,要成就此立體效果,必須在顯示器方面能夠達到足夠快的畫面更新率,讓更新的速度夠快、快到足夠讓雙眼感受不到閃爍的問題,才能形成相對舒適的立體視覺。

◎Polarization Glasses偏光立體眼鏡技術

此為利用物理光學原理,為使用互相正交處理的偏極光,再搭配偏光眼鏡觀賞內容,藉由偏光鏡的作用來分離提供給左/右眼的獨立影像。傳統應用方面會以2個投射影像,於投影前先以偏光板設置,讓偏光板的偏光方向處於互相正交,觀賞者自然就可以取得兩眼各自獨立的影像、形成立體3D視覺。

◎Anaglyph紅/藍(綠)立體眼鏡技術

此為早期在電影院常見的立體成像技術,由於眼鏡成本相對較低,因此適合用於拋棄式的眼鏡應用方面。運作方式是以右眼影像採紅色表現、左眼影像採藍(或綠)色來表現(亦可對調),利用物理的光譜特性來分離獨立化左/右眼觀看到的視訊內容。

FPD與DLP投影創造的立體視覺

除立體眼鏡衍生的3D顯示成像技術外,這幾年來在FPD與DLP投影技術,也有對應的3D化應用發展,應用也相當多元。

◎微位相差式3D LCD

所謂微位相差膜是1層具有2種Retardation(位相差)區塊的透明光學膜,2種位相差值差l/2,通常是0位相差和l/2位相差,2種相差區域呈水平、條紋狀交錯,至於每條位相差區域寬度,與配合的顯示面板畫素列寬度需相當。由於微位相差光學膜的相差特型可達到改變光偏極方向特性,因此,通過的影像會有互相正交偏極狀態,此時,只要將左/右眼的影像採取Interlace(交錯)顯示,而觀賞者以配戴偏光眼鏡方式觀看,就可看到效果表現不俗的3D影像。

◎120Hz 3D TV

LCD TV已成為平面顯示技術主流,原先在CRT時代大量使用的快門式眼鏡立體3D化技術,轉至LCD TV產品卻因為畫面刷新時間的限制而無法直接沿用!因為CRT與LCD TV在顯示特性方面的差異問題造成,因為CRT採取Impulse Type顯示,至於LCD TV為Hold Type顯示方式,若在LCD TV應用方面無解決技術的根本問題,硬是搭配前述快門式立體眼鏡進行影像立體化應用,則顯示器會呈現嚴重的鬼影現象,120Hz立體液晶顯示器即是位此改善而來的平面顯示技術。

◎雙層液晶面板3D TV

雙層液晶面板的3D TV,重要的代表產品為iZ3D,主要以2層LCD面板組成,此技術並非以2層面板去顯示左/右眼的影像,而是透過後面的LCD面板去顯示左/右眼影像的偏極光方向與亮度,搭配相關周邊去形成更完美的立體影像。

◎立體投影機

此為德州儀器所開發的DLP技術,藉由數位光學處理技術,提供3D投影應用的解決方案,讓採用DLP技術開發投影機產品廠商可輕鬆完成兼具2D和3D投影目的的加值產品。例如,3D-ready DLP背投電視,此為利用德州儀器的DLP 3D投影解決方案,製作而成的背投影架構。

◎INFITEC波長雙工投影立體顯示技術

波長雙工投影立體顯示技術其實與紅/藍眼鏡略微類似,同樣為利用波長,去分離左/右眼獨立影像,但若觀看者以紅/藍眼鏡去進行觀賞,左/右眼可能都僅能觀賞到部分顏色,如左眼會出現看不到藍/綠、右眼看不到紅色,此即影響視覺畫面整體的色彩飽和度。

若將可見的光頻譜在紅/綠/藍部分分割為2塊,再透過干涉鍍膜,去製作Band-pass Filter(濾波片),並裝置於投影機濾波器、眼鏡鏡片,此可使雙眼均可同時看到全彩圖形,在達到兩眼視覺畫面獨立的同時,又能兼顧色彩飽和要求。