信息与通信3D显示器技术简介

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1、 大綱一.3D立體影像原理二.3D顯示器技術種類三.眼鏡式立體顯示系統四.裸眼立體顯示系統五.Cell 原理六.液晶光閘開發評估3D 顯示器的發展 1830s Mirror Stereoscope Viewer,by Wheatstone 1850s 紅藍眼鏡立體影片,by DAlmeida 1920s Shutter式立體影片,by Hammond 1936 MGM推出紅藍眼鏡商業電影 1939 偏極眼鏡立體影片,by ChrystlerCo.1990s 裸眼式立體顯示器萌芽 2003 Sharp推出3D mobile phoneWheatstones Mirror Stereoscope

2、Viewer(1835)3D立體影像原理 1.立體感:雙眼可由光角、視差，來判斷物體的遠 近、層次，即創造物體的立體感。2.光角:(Optical Angle)物體與兩眼所形成的角度稱之為光角 ，我們利用光角來判斷物體的遠近。3.視差:(Parallax)透過我們雙眼各自看到目標物位置的 差 異性。光角愈大其視差也愈大。4.視差變化:(1)正視差:兩眼焦點視線在螢光幕前沒有交叉，其影像呈現在螢光幕後。(2)零視差:兩眼焦點視線的交叉點在螢光幕上，其影像呈現在螢光幕上。(3)負視差:兩眼焦點視線在螢光幕前有交叉，影像呈現在螢光幕前交叉點。3D立體影像原理 5.立體視覺:3D影像是指影像除了平面的

3、x和y軸外，還要有明顯的深度。3維物體可藉由雙眼 視覺視差(如右圖)，在大腦中相互補償融 合而形成立體影像。此種視覺感受稱之為 Stereoscopy(立體視覺)。6.3D 顯示技術:將不同視角拍攝的影像分別投射於左右 眼方能達成立體效果，技術的基本要求是 能讓左、右眼所看到的影像有些許不同。78 3D影像產業相關產品3D顯示器技術分類 目前3D顯示器技術大致可區分為眼鏡式和裸眼式技術：1.眼鏡式3D（with glasses）被動式眼鏡（passive glasses）彩色眼鏡(anaglyph)偏光式眼鏡 (Polarizer glasses)主動式眼鏡（active glasses)快門

4、式眼鏡 (Shutter glasses)2.裸眼式3D（without glasses）空間多工(spatial-multiplexed)視差屏障(Parallax Barrier，光柵式)柱狀透鏡(Lenticular Lens)時間多工(Time-multiplexrd)指向性背光3D膜彩色眼鏡(anaglyph)-紅藍濾色片 3D 眼鏡 早期的 3D 立體電影多採用此方式，分別投射出經紅色濾光與藍色濾光的畫面，利用不同顏色的影像重疊，再讓觀看者配戴紅藍眼鏡來分離過濾重疊影像，達到景深。優點：眼鏡價格低廉 缺點：立體效果較差 、色偏問題偏極光(Polarized Light):光具前進方

5、向、頻率以及振動方向，若針對特定振動方向前進的光則稱之為偏極光。換言之，光為眾多不同之偏極光所集合。偏光片(Polarizer)為讓特定振動方向的光穿透，達到光偏極化(Polarized)效果，如：垂直式偏極光、水平式偏極光、圓偏極光(Circular Polarized Light)光的偏極化-線性偏光光的偏極化-圓偏光 偏光式眼鏡(双機投影)技術原理：以2台偏光投影機(偏光角度互相垂直)於相同投影幕上同時播放左、右視角畫面，觀看者藉由左、右眼偏光角度互相垂直偏光式眼鏡觀看達到立體視覺。投影螢幕需為特殊材質(如：銀)，目的在於偏極光經反射後仍保留其偏極光特性。偏光式眼鏡(單機投影)-Real

6、 D Mode時間分割微相位差膜(Micro-Retarder)相位差膜(Retarder Film)具偏極光旋轉特性：利用光的相位延遲(Phase Retardation)原理，將入射偏極光旋轉一定的偏極角度，如：水平式偏極光穿過1/2相位差膜後則轉為垂直式偏極光。微相位差膜(Micro-Retarder)：利用化學、雷射、熱處理等加工處理方式消除相位差膜某些區域的相位延遲效果，亦即透過微結構形成微相位差膜。偏光式眼鏡(顯示器)技術原理：將左右眼欲看到影像以奇/偶列形成顯示影像，再藉由顯示器表面貼附”微相位差膜(Micro-Retarder)”轉為互相垂直的偏極光，觀賞者透過偏光式眼鏡達到立

7、體視覺感受。顯示器不同區域的畫素分別負責不同方向的偏極光，所感受到的畫面解析度及螢幕亮度僅為播放2D影像的50%。空間分割快門式眼鏡(顯示器)技術原理：顯示器以影片正常播放速度的2倍頻率(Frame Rate)輪流播放左、右眼視角畫面，快門式眼鏡藉由有線/無線裝置與顯示內容同步切換右、左眼，使雙眼分別看見各自視角畫面，達到立體視覺效果。快門式眼鏡(投影機)-XpanD Mode 技術原理：以單一高頻率投影機快速交錯播放左右眼畫面，並以遠紅外線同步配合觀眾所佩帶之主動式液晶快門眼鏡，以極快的速度交錯遮蔽左右眼，讓觀眾的左右眼接近同時各看到不同畫面以達到立體效果。主動快門式眼鏡結構 快門眼鏡鏡片通

8、常以液晶光閘(LC light shutter)控制透光度。主要組成：1.液晶鏡片 2.IR接收器 3.電池 4.塑膠眼鏡框架 5.控制板 IR接收器液晶鏡片電池塑膠框架控制板裸眼立體(Autustereoscopic)所謂祼眼 3D，意指整個技術著眼於顯示螢幕，本身不須戴上立體眼鏡即可看到立體影像。1.空間多工平面裸眼立體顯示系統:視差遮蔽立體顯示(Parallax Barrier）柱狀透鏡立體顯示（Lenticular Lens）2.時間多工平面裸眼立體顯示系統:指向性背光3D膜空間多工顯示系統裸眼式視差屏障(Parallax Barrier，光柵式)技術原理：顯示器同時播放左、右眼影像畫

9、素交叉，再藉由顯示器表面貼附具柵欄結構的屏障片(Barrier)限制光的行進路線，觀賞者於左、右眼影像畫素光線集中之設定區域達到立體視覺感受，若觀賞者於非設定區域會有明顯的畫面干涉(Crosstalk)。最適觀賞區間視差屏障 3D轉2D 若將barrier的製作，改用可切換狀態的 LC Barrier就可做到2D/3D顯示切換模式視差屏障-多視角(Multi-View)視差屏障多視角立體技術為藉由多台Camera 視角拍攝，可讓觀賞者感受不同視角的3D 立體視覺，若3D 採用N 台Camera 拍攝，預期將有(N-1)種3D 立體視覺感受，但觀賞者所感受的影像畫面亮度及解析度皆為2D 畫面的1

10、/N。視差屏障3D 顯示技術關鍵性價值在於“可調焦距式視差屏障”，通常為 液晶式視差屏障(LC Barrier)，觀賞者可依與顯示器距離調整最適柵欄結構，或完全透光觀賞2D畫面。裸眼式柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術原理：顯示器表面貼附凸透鏡，依據聚光及折射原理改變光行進方向，觀賞者於左、右眼影像畫素光線集中之設定區域達到立體視覺感受。“柱狀透鏡”優點為顯示器透光程度較視差屏障式來得佳，然而透鏡精密度及製程要求嚴謹，畫面干涉(crosstalk)情況不易消除。30 柱狀透鏡陣列-多視點(Multi-Point)透鏡分光：利用分光技術達到視差影像，5個 視點，輝度不變 ，解析度下降

11、為2D 畫面的1/N 時間多工-裸眼式指向性背光3D膜此種技術主要是透過與主動式立體液晶螢幕一樣的120HZ高速面板，交錯顯示左右眼畫面，利用兩組背光經過特殊設計，讓光行進的方向，分別投射至兩眼，造成立體效果。技術偏光式快門式光柵式柱狀透鏡式眼鏡被動式偏光眼鏡主動式快門眼鏡不需要不需要架構1.兩台偏光投影機2.單台投影機+LC Shutter3.LCD面板加貼Micro-retarder filmLCD(120Hz=60Hz+60Hz)Barrier layer+LCDLenticular lens+LCD 優點 可切換2D/3D 成本低 可切換2D/3D 解析度不下降 3D景深最佳 可切換2

12、D/3D 多人多視角 成本最低 可切換2D/3D 多人多視角 亮度不下降缺點 需配載眼鏡(軽)垂直解析度下降 視角較窄 需配載眼鏡(重)亮度較低 解析度下降 視角較窄 亮度較低 解析度下降 視角較窄 柱狀透鏡良率 低、成本高特殊材料LC Light Shutter、Micro-retarder filmLC Shutter Glasses、120Hz系統、高速GPU、Dual-link DVIBarrier layer(LCD or film)Lenticular lens (LCD or film)成本乘數1.3X1.6X1.1X1.5X應用LCD監視器、NB、LCD TVLCD監視器、NB

13、、LCD TVDSC、手機、DPF、公共顯示器DSC、手機、DPF、公共顯示器主流3D顯示器技術比較南亞導入3D產品以開發液晶快門眼鏡及投影機液晶光閘產品最合適。3D液晶光閘產品規格項次項目NLK(三星)愛爾得台達電(#174)1 Frame frequency Reflash 120Hz 240Hz240Hz120 Hz Shutter60Hz 120Hz 120Hz 60Hz2 光閘反應速率(25)Tr0.3ms0.3ms0.3ms1msTf3.5ms1.7ms1.7ms2.5ms3 面板 Cell gap 設計4um2um2um4um4 面板驅動電壓 (Volt)9v10v10v20v5 穿透率40%70%35%90%(無偏光片)6 對比(25)300100010007 視角(Deg)02540902550180254027025408 玻璃厚度 (mm)0.4t0.7t1.1t9 偏光片厚度(mm)0.13mm0.2mm10 Warm-up time(預置時間)30sec3D液晶光閘型式基本要求:1.Response Time:Tr+Tf 4ms 2.Contrast:300 3.Clear :穿透率30 4.phase shift=/2目前應用LC Mode:1.TN 2.Cell