3D显示技术的现状及发展

3D显示技术的现状及发展

摘要：文章介绍了3d显示技术的显示特点及发展趋势，重点介绍了目前3d显示的主要技术类型，包含眼镜式3d技术以及裸眼式3d技术。详细阐述了3d显示技术的基本原理，眼镜式和裸眼式3d技术的基本原理及对比，分析了各类3d显示技术的基本结构组成、原理和各自的优缺点，最后展望了3d显示技术的发展和应用

前景。

关键词： 3d显示；液晶屏；眼镜式；裸眼式

the status and development of 3d display technology

wang yong, sun ke, sun shi-xiang

(faculty of microelectric engineering, nanjing college of information technology, nanjing jiangsu 210046, china) abstract: characteristics and development trends of 3d display technology are introduced in this paper. the main type of 3d display technology are introduced, including glasses type 3d technology and naked eye type 3d technology. 3d display technology, glasses type 3d technology and naked eye type 3d technology basic principle are discussed and compared. components, basic theory, merits and demerits of various 3d display technology are discussed. finally the future of the developments and applications of 3d display technology is previewed.

keywords: 3d display; liquid crystal panel; glasses type; naked eye type

引言

目前现有的平板显示器件绝大多数都只能显示二维信息，为了使显示的场景和物体具有立体感，使观看的效果逼真又清晰，达到身临其境的感受，人们不断对3d显示技术进行研究。3d显示可以表现图像的深度感、层次感和真实性，可广泛应用于影视娱乐、军事、视频通信以及医学等方面。3d显示主要可分为如下两类：眼镜式

3d技术和裸眼式3d技术，眼镜式3d技术的三种主要类型是色差式、偏光式和主动快门式，目前发展相对比较成熟；裸眼式3d技术可分为视差屏障技术、柱状透镜技术和指向光源技术等，是未来的重点发展方向。本文将对上述主要3d显示技术的研究现状进行详细阐述[1-5]。

1 3d显示技术的基本原理

虽然目前3d显示技术种类较多，不过3d显示技术的基本原理是相同的。真实世界是三维立体的，人的双眼观察到的是两幅不同的画面，大脑经过对画面信息进行叠加融合，构成一个具有前-后、左-右、上-下、远-近等立体方向效果的画面，便产生了三维立体感觉，如图1所示，3d显示技术就是通过让双眼感受到不同画面，从而实现立体显示。

2 眼镜式3d技术分析

眼镜式3d技术包含色差式、偏光式和主动快门式。色差式3d技

术是将不同视角方向上的画面，以红蓝两种颜色印制在同一幅画面中，通过红蓝等立体眼镜呈现出3d立体效果。红色的影像可以通过红色镜片，蓝色的影像可以通过蓝色镜片，使一张图片能产生出两幅图像，不同的眼睛看到不同的图像，因此该技术又称为分色立体成像技术。色差式3d技术原理较简单，成本低，但由于画面质量较差，容易使画面边缘产生偏色，目前已经较少采用。

偏光式3d技术利用光线是电磁波，可以分解为垂直和水平振动方向的原理来实现3d显示。偏光式3d显示需要提供两幅画面，两幅画面通过透射轴垂直的两个偏振片形成，因此产生了偏振方向也互相垂直的画面光线。偏光式3d技术的眼镜左右分别采用了透射轴垂直的偏光镜片，不同偏振方向的画面透过相应的偏光镜片，人的左右眼看到的是两组不同的画面，经过大脑合成形成了3d影像，如图2所示。由于偏光式3d技术较容易实现，图像无闪烁感，因此目前3d技术有较大比例采用偏光式技术，但是偏光式3d技术存在画面亮度和分辨率降低的问题。

主动快门式3d显示技术是通过提高屏幕刷新频率，利用红外信号发射器控制快门式3d眼镜两个镜片的开关，使画面交替出现，把图像按帧一分为二实现3d显示，如图3所示。主动快门式3d显示技术要求显示器件刷新频率达到120hz，才能保证3d模式下左右眼分别看到60hz的画面，从而看到连续而不闪烁的3d图像效果。目前主动快门式3d技术因为可以实现全高清3d效果，画面亮度较高，在品牌电视上应用十分广泛。

3 裸眼式3d技术分析

使用眼镜式3d技术时，画面的亮度或分辨率下降，观看3d画面的视野及角度受限制，存在用户容易产生眩晕等不适反应，因此未来裸眼式3d技术将是3d技术的主要发展方向，将带来更加真实和舒适的立体显示。裸眼式3d采用裸眼多视点技术，不通过任何工具左右两只眼睛就可看到两幅具有视差的、有所区别的画面，如图4所示。目前，裸眼式3d技术主要有视差屏障技术、柱状透镜技术和指向光源技术等研究方向。

视差屏障3d技术是通过薄膜晶体管开关液晶屏、偏振片、扭曲向列型液晶板以及背光模组等组件实现，如图5所示。由于液晶不发光，由背光模组提供亮度充足均匀、颜色正确的光线，驱动电路配合开关液晶屏实现图像显示，偏振片和扭曲向列型液晶板形成视差屏障，视差屏障会根据显示任务将开关液晶屏对应区域的图像投射进入左右眼睛，实现立体显示。该技术与既有的tft-lcd液晶面板工艺兼容，因此在量产性和成本上较具优势。但是屏障使画面的亮度及分辨率比显示器固有的性能低一半左右。

柱状透镜3d技术又称为微柱透镜3d技术，是在液晶面板的前面加上柱状凸透镜，使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上，这样在每个柱透镜下面图像的像素被分成几个子像素，透镜就能以不同的方向投影每个子像素。通过柱面镜头的折射，左眼图像聚焦于观察者的左眼，右眼图像聚焦于观察者的右眼，因此产生立体图像的感觉，如图6所示。柱状透镜3d技术最大的优势在于其亮度不会受