3D显示器技术发展历史回顾及新应用

    目前的3D影像显示技术大致可分为两类：戴眼镜式和裸眼式。究其原理通常基于人类以通过右眼和左眼所看到的物体的细微差异来感知物体的深度，从而识别出立体图像的原理。问题的关键在于如何将“右眼用”和“左眼用”两组影视分别分配给左右眼。以往所使用的专用眼镜便是用来解决这一问题的一个工具。其原理是通过把两组图像和镜头分别设为不同的颜色，使其中的一组影视只进入左眼或右眼即可。

    曾经出现的各种立体眼镜有很多，如Anaglyph 3D Glasses——红绿或红蓝眼镜，被用于3D网站、立体电影或电视节目、立体电玩以及立体照片；Polarized 3D Glasses——包含线偏极或圆偏极的3D眼镜，主要用于立体雷射秀、立体动感电影院及3D电影；Pulfrich3D Glasses——由一片深色镜片及一片透明镜片组成，用于立体电视节目、录影带及多媒体电脑影片；Shutter 3D Glasses——包含有线或无线液晶偏极3D眼镜、同步信号发射器等，主要用于立体雷射秀、3D虚拟实境、立体电视节目；HMD头盔式显示器—使用微型显示面板(micro-display)，用于立体电子游戏、3D虚拟实境。

    自2004年夏普及飞利浦等厂商陆续开发并成功量产3D显示器以来，距今已数年，然而始终苦于价差悬殊及缺乏影像内容，难以开拓市场规模。奇美与三星虽相继与PC游戏厂商合作，推出具备3D功能的显示器及PDP TV，但采用传统的技术，消费者仍需配挂特殊眼镜，方能观赏3D影像，也降低了消费者采用意愿。

    飞利浦为无须配挂特殊眼镜的3D显示技术先驱之一，其双凸透镜技术相较于夏普发展的视差障壁技术(parallax barrier)，虽有制程较困难的缺点，但拥有较自然的画质及较高的辉度。此次Digital Signage Expo 2008展场中，飞利浦除展出其早已量产的42英寸及20英寸3D显示器外，还展出由9片42英寸面板拼贴而成，约达126英寸的3D显示器，这些3D显示器均采用双凸透镜技术。其中，42英寸机型在2D模式下分辨率为Full HD(1920×1080)，而在3D模式下，由于飞利浦将上下左右均划分为3个次像素，以提升可观测3D影像的角度，分辨率减为640×360。而126英寸机型由于拥有尺寸较大的优势，相较旧有机型可观测3D效果范围更广。

    曾与飞利浦合资成立LPL的LG，亦展出了同样采用双凸透镜技术的42英寸3D显示器。相较于飞利浦的展品，LG的展品在2D模式下分辨率同样是Full HD，亦为提升可观测3D效果的距离，3D模式下其分辨率降为VGA(640×480)，但可观测3D距离提升为7公尺。另外，LG的展品面板额缘较窄，仅29mm，使显示器整机的重量与体积有效降低。

    2008年，三星又发布了一款46英寸3D液晶显示器，这款液晶显示器也无须佩戴专用的3D眼镜，只用裸眼就可以欣赏到栩栩如生的三维画面了。但在观看3D内容时，需要和显示器保持一段有效距离，在和显示器距离较近时，我们不会看到3D的画面，因此三星没有推出小尺寸、针对桌面用户的3D显示器。

    在美国拉斯维加斯举办的公用显示器展会Digital Signage Expo 2008上，除传统平面显示器外，具备3D显示功能的大尺寸显示器亦吸引了众多厂商目光。除多数厂商均采用由飞利浦开发，且早已量产的双凸透镜(Lenticular)技术外，Provision更展出投影式3D显示器，较一般3D平面显示器更为逼真。美国厂商Provision推出的采用投影式技术的3D显示器，同样无须配挂特殊眼镜，即可看到浮于空中的产品影像，较双凸透镜技术更为逼真。该技术相较于传统将平面影像投射于雾中的投影式3D显示技术，有效观测距离更远，可达30公尺，视角也可达上下左右各60度。至于该投影式3D显示器的主要应用情境，据悉将以Kiosk（广告亭）为主。Provision在Digital Signage Expo 2008展场中的展品即为1台推广饮料的Kiosk，上端透过3D显示器展示该商品包装外观，而在机体侧面的TFT-LCD则展示该商品的商品特性，透过图文双管齐下，吸引消费者购买商品。

    现有3D显示器技术多半利用人类双眼视差，使消费者观测出虚拟景深，但如此一来，长久盯着3D显示器容易产生眼睛疲劳、颈部酸痛现象。另外，现有3D显示技术多将像素分割以制造视差，使3D模式分辨率将减为2D模式的一半，甚至更低，也影响了消费者采购意愿。在这些瓶颈短期内难以突破状况下，公用显示器是否可能成为须需配挂特殊眼镜的3D平面显示技术的另一个天地呢？

    公用显示器与家用显示器在应用上相当不同。首先，为吸引观众目光，公用显示器常尺寸比一般家用电视更大，但由于观测距离较远，公用显示器对分辨率的要求较家用显示器低。其次，公用显示器主要功用为广告，迅速吸引路过民众，而非如家用显示器，以观赏影片为主要目的，因此，前述现行3D显示技术的缺点，在公用显示器的使用情境下重要性降低，故公用显示器亦有可能成为3D显示器迈向规模经济的活路。3D显示器相较一般2D显示器，有更吸引大众目光的优点，带动广告效益能力大幅提升；一般而言，公用显示器采购量大，使经济规模较家用显示器更容易建立，但优越的质量能否抵销悬殊的价差仍将是3D显示器在公用显示器市场能否开疆拓土的重大关键。

    如前述，较适合用于公用显示器的3D显示技术，无论双凸透镜或投影技术，在材料及制程成本上，均远高于一般TFT-LCD，也使3D显示器售价在现阶段尚难降低。约为一般平面显示器的3～4倍，如此一来，虽然3D显示器可呈现一般显示器无法显示的景象，但由于技术仍有进步空间加上价格难以降低，目前仍未成为消费者与广告主认定必须拥有的条件。

    正当业界期盼3D技术能在下一代的电视机上流行时，已有日本厂商考虑先一步开发出把3D影像导入行动电话屏幕的方法。Seiko Epson最近在日本推出了预计在两年内上市的2.57英寸彩色液晶3D显示器。这种3D液晶面板号称不需要采用特殊的玻璃。

    要在手机屏幕上显示3D影像是一项特殊的挑战，最主要障碍在于无法确定用户与屏幕之间的固定观看距离。传统上，3D显示器给每只眼睛呈现稍微不同的影像；影像会首先被分开，然后在液晶面板上被显示出来。透镜的镜头被放置在液晶面板的前面，以便于来自不同角度的影像不会同时抵达同一只眼睛。当LCD面板与观看者的眼睛之间设立了固定的距离时，3D影像的显示就不需要附加的设备。行动电话用户常常要倾斜手机的LCD面板，因而造成观看点的变化。对于这个问题采用的解决方案是从多个角度撷取物体的影像、然后把影像分离并在屏幕上尽可能多地显示多幅图像。对被显示在屏幕上的物体来说，被分离的影像越多，所产生的影像深度就越大。然而，连续地增加“分离”影像的数量，会降低3D影像的分辨率，因为在LCD面板上所采用的像素数是一定的。

    因为3D显示器的发展目前并不十分受消费者需求的驱动，所以关键是把3D显示的影像分辨率维持在与2D显示的分辨率一样。问题在于如何在显示平滑3D影像的同时维持它的高质量。Seiko Epson的解决方案是抵达每一个观看点的变窄的影像宽度，以及在它的LCD显示器上形成的特殊像素队列。当观看点水平地变化时，在观看点上的影像宽度，是由同一影像的可观看范围来定义。通常该范围被设置为62～65mm，类似于右眼和左眼之间的距离。在这个间距上，LCD面板上可显示的3D影像的数量被限制为4个。而Seiko Epson工程师把可观看宽度收窄为31～32.5mm，这就允许8幅经分离的3D影像被显示在LCD面板上，因而创造更为平滑的3D观看效果。这种方法还意味着你能看到的影像分辨率将下降为最初LCD面板影像分辨率的1/8。为解决这个问题，Seiko Epson为形成一个像素的RGB点创造了新的校准方法(alignment)，像是楼梯那样安排各个RGB点，而不是在LCD面板上把每一个RGB点水平地排列。新的校准方法把影像(分辨率)的退化最小化，水平方向减少至3/8，而垂直方向减少至1/3。人眼的特性对于水平分辨率会较敏感；利用一片1024×786像素的(XGA)LCD面板，据研究人员表示，已经能够成功地经由观看点显示384×256像素(QVGA质量)的3D影像。

    在3D显示器方面，为了提高影像的临场感，并减轻长时间观看的视觉疲劳，需要开发解析度高的显示器。