裸眼3D 显示屏专利技术分析

2021-08-08李国斌

魅力中国 2021年22期

李国斌

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州 510530）

一、裸眼3D 显示屏技术概述

3D 立体显示技术其显示的原理是因双眼距离大约65mm，同一物体传播图像时，由于双眼间距随之产生两个不同的影像传送到大脑，左右眼看到不同视角影像，在大脑中合成具有3D 的影像。早期的技术要求人们佩戴偏振眼镜才能进行观看，影响了用户体验感，于是裸眼成像概念被提出，人们开始探索裸眼成像的方法，并且逐渐取代了传统的3D 显示技术，成为主流3D显示技术的趋势。目前存在具有最具代表性的4 种方案。

二、裸眼3D 显示屏技术分析

（一）不可调视差屏障式裸眼3D 技术分析

“不可调视差屏障式裸眼3D”技术主要涉及视差屏障划分、间距不可调，即其形成的3D 视点并不能够随着人眼移动进行改变。夏普于2002 年向日本专利局提出了申请号为：JP2002194285A 的专利申请，通过设置便携设备包含对被摄体摄影，获得摄影图像的1 个摄影部；在摄影图像中附加视差信息，作成3D 图像的3D 图像作成部；显示3D 图像的显示部。通过在观察者的右眼只映出右眼用图像，在左眼只映出左眼用图像，因而向观察者的右眼与左眼提供不同的图像，其结果是，观察者可感觉到具有深度扩展感的三维立体图像。索尼公司于2011 年向中国专利局提出了一件申请号为：CN201110060513 的专利申请，通过使用单个液晶面板，可以形成垂直朝向的光屏蔽挡板和水平朝向的光屏蔽挡板，由此使得能够减少组件数量和器件尺寸。深圳超多维光电子有限公司于2012 年向中国专利局提出了一件申请号为：CN201210387190 的专利申请，通过设置狭缝光栅用于立体显示设备实现视差效果，所述狭缝光栅包括若干个重复周期，每个重复周期包括若干个区域，所有区域内具有相同的光栅节距，每个区域的两侧边缘均为遮光部分或均为透光部分，相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距小于或等于区域内部透光部分或遮光部分的宽度，进而可以避免摩尔纹，提高立体显示效果。

（二）可调视差屏障式裸眼3D 技术分析

“可调视差屏障式裸眼3D”技术分支涉及视差屏障的划分、间距可以进行调整，即形成的3D 视点并能够随着人眼移动进行改变，使得人眼可以在人物位置观看到3D 画面而并非仅仅局限在某一固定区域。深圳超多维光电子有限公司于2009 年向中国专利局提出了一件申请号为：CN 200910106309 的专利申请，提供一种能够自动调整立体显示器的观看区域的立体显示系统。索尼公司于2010 年向日本专利局提出了一件申请号为：JP2010058799A 的专利申请，期望提供一种即使当观察者移动时也能仅通过控制屏障而良好的显示3D 视频的显示器件和电子设备。当观察者H 移动时，也仅执行图像透过部的移动，不需要在待显示于液晶面板的像素上的右眼图像R 和左眼图像L 之间进行切换。索尼公司于2011 年向中国专利局提出了一件申请号为：CN201110446925 的专利申请，在多个栅栏组中的光栅栏依次打开并关闭的循环周期内，基于被分成多个彼此不同的组的多视点图像来执行显示操作，提高了裸眼3D 的分辨率。

（三）不可调透镜式裸眼3D 技术分析

在液晶屏前面加上一层柱状透镜，使液晶屏的像平面位于透镜焦平面，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，双眼从不同角度观看显示屏就能看到不同的子像素，实现3D效果。友达光电股份有限公司于2012 年申请的专利申请CN201210204560.X，通过在显示面板前设置柱状透镜，并将柱状透镜相对于像素结构倾斜设置，如此一来可以分散暗带分布的区域，降低类摩尔纹的存在的机率，另外，通过调整柱状透镜的水平宽度与像素结构的水平宽度的比例以及柱状透镜与像素结构的设置角度，可以得到显示质量较佳的立体显示装置。深圳超多维光电子有限公司于2010 年提出的专利申请CN201010602788.5，采用柱状透镜的布置方式，有效地解决了立体图像的亮度分布不均问题，同时解决了左右眼图像之间的亮度串扰问题，提高了立体图像的清晰度。CN201110328417.7为京东方科技集团股份有限公司于2011 年提出的专利申请，提供了一种透镜式裸眼3D 显示装置及显示方法，在同一时刻二维显示屏上所有的像素都用来显示左眼图像或右眼图像，不需要将左、右眼观看的图像用不同的像素来显示，因此，避免了透镜式3D 显示器的分辨率降低。

（四）可调透镜式裸眼3D 技术分析

“可调透镜式”技术主要涉及如何实现裸眼3D 显示用透镜的焦距的调节，也就是说除了能正常实现裸眼3D 显示，还能对透镜的焦距进行调节。CN201110249293.3 为华星光电技术有限公司2011 年提出的专利申请，该发明利用垂直取向型液晶在梯度变化的电场中液晶分子倾倒角度不一样，通过使用电极与反电极之间间距变小的凹陷的曲面结构，实现电场的梯度变化，继而使液晶透镜具有梯度变化的折射率，从而使穿过的光线形成聚焦。将上述透镜与液晶面板组装后实现裸眼3D 显示，同时可以通过调节电场强度来调整焦距。CN201210183246.8 为京东方科技集团股份有限公司于2012 年提出的专利申请，涉及一种液晶透镜及一种2D/3D 可切换的裸眼3D 显示装置，通过调节液晶透镜实现调焦。

（五）指向光源

指向光源3D 技术在显示原理上和上述显示技术基本类似，不同的是该技术在呈现3D 画面时需要两块背景光源。在观众的左右眼同时接收画面时，处在不同方向上的背景光源依次交替点亮，透过3M 公司提供的反射膜交替在观众面前呈现左右眼画面。专利申请CN201180006222 将光交替聚焦于观察者的左、右眼实现裸眼3D。专利申请CN201110075525 将导光板的多个反射区域和多个散射区域布置为形成视差屏障，实现裸眼3D。专利申请JP2011000103626 采用多个光源和透镜相匹配的照明模式来实现裸眼3D。

（六）MLD 多层显示

美国的PureDepth 公司研究开发出来的多层显示技术（MLD）就是一种裸眼3D 显示技术，这种技术的好处是不会让观众产生观看的眩晕等不良反应，同时这种技术还突破了视野以及角度的限制，使得观看场所可以进一步地扩大，最为个性化的一点是使用这种3D 显示技术还可以添加二维的字幕。专利申请CN200910305680 将两块液晶显示屏分别产生图像，通过调节面板之间的距离，使深度信息产生变化，从而产生更丰富的立体图像显示效果。专利申请CN201310398095 将激发投影单元阵列中的光线投影到多层显示阵列中对应的显示单元，激发透明荧光激发薄膜层以显示相应图像，实现叠加成像。专利申请US20020049272 通过使用不同的两个显示屏，形成不同景深的两幅图像，从而实现三维立体显示。