立體顯示技術的發展

偏光眼鏡 (Polarization glasses) 紅綠眼鏡 (Anaglyph glasses) 快門眼鏡 (Shutter glasses) 頭盔式顯示器 (HMD)

全像式 (e-Holography) 體積式 (Volumetric) 多平面式 (Multi-plane) 2D多工式 (Multiplexed-2D)

-空間多工式 (Spatial-multiplexed) -時間多工式 (Time-multiplexed)

圖 三. 3-D 顯示技術的分類圖

(一) 戴眼鏡式:

1. 偏光眼鏡(Polarizing glasses)

偏極式眼鏡的應用可說是現今大家較為熟悉的，現今的立體電影的放映方式便是利

2. 紅藍(綠)眼鏡(Anaglyph)

早在1850 年代 Joseph D'Almeida 就是用紅綠眼鏡來撥放立體電影造成轟動。這是 把左右眼的影像用不同顏色畫在同一畫面中，當戴上紅藍眼鏡後，利用顏色過濾的原

理，左右眼就看到有角度差異的影像了。但缺點是只能看灰階或單一色調的畫面，是因 為顏色會被濾鏡濾掉所造成。

3. 快門眼鏡(Shutter glasses)

在影像撥放時，我們把影像分為奇數影像和偶數影像。其中若我們設定放奇數影像時是 給右眼所接受，我們便利用眼鏡將左眼遮住讓右眼觀看。之後再放偶數影像利用相同的 原理，如此左右交替便能看到立體影像。這種眼鏡本身是利用液晶做成，所以可以控制 左右眼的開與關。但缺點是眼鏡成本較高。並且一般而言需要使用CRT 螢幕。因為 LCD 螢幕的反應速度往往不夠快速。

4. 頭盔式顯示器(Head mounted display)

此一方式便是直接在眼鏡上分別做兩個螢幕直接分別給左右眼觀賞，所以只要分別給兩 邊不同的訊號即可。但缺點便是只能單一觀眾觀賞，並且眼鏡不管是在造價和重量上都 屬最貴重的。

(二)裸眼式:

1. 全像式(e-holographic)

主要是麻省理工學院所發展的，是利用紅、藍、綠三色雷射光源，各自經過聲光調 變器晶體(Acoustic Optical Modulator, AOM)，產生相位型光柵，帶著光柵訊息的雷射光 經過全像片合併之後，利用垂直掃描鏡(Vertical Scanning mirror)及多面鏡(Polygonal mirror)，進行垂直及水平的掃描，進而將立體影像呈現出來[3]，其優點為全像片的取 得容易且技術成熟，然而，影像大小常受限於聲光調變器晶體的大小，且多面鏡的掃描 速度必須與三色雷射光源在晶體傳播速度同步。

圖 四. 全平面式立體影像顯示器。

2. 體積式(Volumetric)

德州儀器(Texas Instrument, TI)提出一種利用雷射掃描立體影像顯示器，又有人稱 之為體積式顯示器。如圖五所示，主要是利用一個快速旋轉的圓盤，配合由底下投影的 雷射光源，藉由雷射光源投射到快速旋轉的旋轉面時，會產生散射的效應，以掃描空間 中的每一點[4]，其缺點是影像中央必須有一個旋轉軸，靠近軸心的影像旋轉速度較慢，

立體影像較不清晰。

圖 五. 體積式顯示器示意圖。

3. 多平面式(Multi-Planar)

日本 NTT 提出一種利用兩個重疊的液晶面板，在兩個面板顯示大小相同的影像，利用 物體離觀賞者的遠近距離不同，會有陰暗及顏色上的差別，進而將前後物體影像重疊在 一起，讓觀賞者產生立體感，其缺點是前後面板的對位困難，且因為是由兩個二維影像 重疊的結果，所以只有在正視方向觀賞，立體效果較佳，其餘觀賞角度則不易顯出立體 效果。

圖 六. 多平面式 3-D 顯示器示意圖。

4. 2D 多工式(Multiplexed 2D)

這一兩年來各家廠商所普遍採用的方式，是在同一個顯示系統上分別提供觀賞者左 右眼各一個視角不同的平面影像，利用大腦可以將左右眼所看到的不同影像，融合在一 起，以產生立體影像的感覺，這種便是所謂立體影像對 2D 多工的方式。而 2D 多工式 又可再細分為空間與時間多工式。

在空間多工式方面，日本的三洋(SANYO)最先提出利用立體影像對的方式來產生立 體影像顯示系統，是將液晶面板的畫素分成若干個奇數畫素及偶數畫素的影像對，奇數 畫素影像對提供觀賞者一眼的影像，偶數畫素影像對則提供觀賞者另一眼的影像，而影 像對的多寡，則決定了視域的多寡，並利用柱狀透鏡(Lenticular lens)將光線分光，進而 將奇數畫素與偶數畫素的影像，分別投影至觀賞者的兩眼[5]，如圖七(a)所示，因此產 生立體的影像。而近年來飛利浦(Philips)公司則是最積極投入此一技術的公司，也是利 用相同的方式製造立體影像對，但其柱狀透鏡內部有注入液晶，因此便可以利用電場控 制其柱狀透鏡的聚焦特性(圖七(b))，而便於 2D/3-D 的切換[6]。所以但缺點在於柱狀透 鏡與液晶面板的對位必須十分精準，才能使奇數畫素對及偶數畫素對的影像準確地投影 至觀賞者的左右眼，但由於製作柱狀透鏡時的誤差，常會使透鏡表面不易平整，容易產 生散射，此外，柱狀透鏡的間距(Pitch)在面板的中央及邊緣大小不一，都會造成部分模 糊的立體影像。

(a)

(b)

圖 七. (a)利用柱狀透鏡產生立體影像對；(b)可切換式液晶柱狀透鏡。

除了柱狀透鏡，日本Sharp 與韓國三星公司則皆是利用視差遮屏(Parallax barrier)來 viewing zone effect)。所以也往往無法提供多人同時觀賞。

相較於空間多工的方式，時間多工具有解析度在進行二維/三維(2D/3-D)影像的切換 時，不會減少的優點，同時，也不需要嚴格的對位，因此，提供了另一種產生立體影像

的顯示方法。所謂時間多工是指，在某一個時間點，立體影像顯示器將影像投影到觀賞 者的左眼，在下一個時間點，則將影像投影到觀賞者的右眼，當左右眼的影像切換夠快 時，大腦將不會感受到影像的切換，而形成左右眼的影像為視角稍不同的立體影像對。

交通大學與友達光電共同開發了左右兩個光源快速切換的背光源系統[9][10]，配合快 速切換的液晶層時，將可使成對的立體影像交替投影到左眼或右眼，以形成具有高解析 度的立體影像。另一方面，如果兩個光源同時亮，又可以切換成二維影像顯示器。不過 此以技術仍需要有快速反應的液晶顯示器搭配方可呈現最佳的顯示品質。

圖 九. 時間多工式雙光源 3-D 顯示器示意圖。

綜觀以上的技術，目前所提出的各種方式都仍有其優缺點，但隨著時間的進步，這 些問題也漸漸的被解決；正如當初的彩色顯示器代替了黑白顯示器、LCD 代替 CRT 一 樣，隨著顯示技術的革新，3-D 顯示技術代替平面顯示技術將是必然趨勢。

在推廣3-D 顯示器方面，日本以顯示器廠商為主，聯合硬體製造商、軟體發展商等 70 多家公司成立了“3-D 聯盟＂， 共同研發 3-D 顯示技術的產品和應用；韓國政府提 出了“2010 年 3-D 視覺＂政策，計畫到 2010 年，實現大多數顯示產品和記錄設備與 3-D 立體格式的轉換。目前，3-D 顯示技術有著非常廣闊的市場前景。除了在醫療、科研、

教學、軍事等專業領域外，在奢侈品以及文物藝術品展示、會展、大企業形象展示、新 媒體等各領域都正在發揮其獨特的視覺作用。我們相信3-D 立體顯示最終仍會普及至每 個家庭中，甚至能做到觀賞者與立體影像互動，使得大眾更能深刻體驗到身歷其境的感 覺。