人眼所看到的自然世界本來就是3D視覺的世界，因此如何讓消費者看到逼真如自然世界的影像顯示畫質，一直都是顯示產業與研究單位持續不斷努力的重點。在技術不斷成熟下，今年3D立體影像顯示應用陸續破繭而出，3D電視結合高解析平面數位電視，成為電視品牌大廠的行銷重點；好萊塢的3D電影特效也已在全球各地影迷心中擴散，影視集團對於3D衛星電視頻道也躍躍欲試，3D顯示熱潮正逐漸擴散開來了。

3D面板和相關光學元件技術也正快速成長當中。友達光電、奇美電子、中華映管等面板廠商、3M等光學元件廠商以及工研院電光所等研究機構均積極投入研發3D顯示技術，相關成果也陸續在各類光電展展出。10月底在日本橫濱舉辦的光電展上，友達光電和華映便展示一系列3D顯示技術產品。華映展示應用在小尺寸手機面板上的液晶透鏡3D顯示技術、應用在筆電和大尺寸電視的光屏障式3D顯示技術，以及配戴眼鏡式Shuttle glasses 3D顯示樣品。友達光電則展示46吋和8吋以柱狀透鏡式技術為基礎的3D顯示樣品、應用在65吋顯示面板的2D/3D切換顯示技術、以及採用友達3D面板的小尺寸數位相框。奇美電子則展示結合3D立體顯示與多點觸控功能之27吋高畫質120Hz液晶顯示面板。

《圖一　華映在日本橫濱光電展所展示應用在37吋液晶電視的光屏障式3D顯示技術》

首波3D顯示應用接踵而來

市場一般認為，動畫和電玩遊戲的3D顯示應用已經成熟，TV會是另一波應用契機。市調機構Display Bank便預測，到2015年3D顯示器市場規模將達到158億美元，年成長率可高達95％；而3D顯示技術在整體顯示器市場的佔有率，也將從目前的千分之一成長到9.2％。現在市場上不僅有3D立體電視出現，3D數位相機也已開始亮相，3D數位相框和支援3D影像的行動裝置也準備就緒。3D立體監視器和3D數位電子看板蓄勢待發，筆電、PS3遊戲機和藍光（Blu-Ray）播放機都將支援3D影像檔案，英美日等國也正在推動3D電視頻道的試播作業。

華映研發中心副總經理陳光郎表示，數位相框、數位相機、電玩遊戲和家庭劇院，會是短期內3D顯示應用的主要領域。3D相片沖印服務會刺激3D數位相框的成長，而3D數位相機的兩組攝像鏡頭設計，則可進一步提供千變萬化的額外附加功能，提高3D數位相機的附加價值，也會順勢帶動3D數位相框的成長。至於電玩遊戲領域，陳光郎指出，其實Wintel已經將3D核心支援架構弄好，現在只是缺少3D顯示螢幕支援。

高畫質3D顯示應用勢在必行

工研院電光所立體影像系統組組長鄭尊仁博士則認為，未來平面顯示產業的技術趨勢，將以超高畫質（UHD）和3D顯示為主。這時，液晶反應速度要跟得上前述顯示應用要求，影像資料進入面板的時間，便攸關液晶面板能否有效反應超高畫質和3D顯示品質的重要關鍵。這也將具體代表液晶面板廠商研發能力的指標和完整性。

《圖二　友達光電顯示器技術研發Cell技術處處長廖唯倫（右）與友達光電Cell製程開發處液晶技術部副理陳昭遠》

3D影像技術各執擅長

友達光電顯示器技術研發Cell技術處處長廖唯倫表示，顯示螢幕要讓人眼感受到逼真的3D影像，主要是讓左右眼各自接收到準確的光訊號，經由大腦合成3D視覺效果。面板廠商開發3D技術最重要的核心，便是利用光學設計將3D顯示光源分別準確地投射至左右眼，彼此不能有干擾，避免crosstalk問題，藉此進一步使人眼接收3D訊號時，不會突兀而舒暢，降低人眼接收3D影像在視覺上的不適與疲勞感，而讓3D感覺更為貼近自然。

目前主要3D顯示技術可分為配戴眼鏡式和裸眼式兩種，前者包含電子式快門眼鏡（Shutter Glasses）和偏振（Polarization）技術，後者以光屏障式（Barrier）和柱狀透鏡（Lenticular）技術為核心。

配戴眼鏡式3D顯示技術

技術原理

Shutter Glasses是利用時間分割方式，在某一時間點將影像一左一右投射單眼、另一眼則不投射來依序顯示，配合人眼視覺暫留的特性產生3D視覺效果。顯示器的畫面頻率至少要60Hz圖框頻率（Frame Rate）的2倍，配合電子快門眼鏡將左右眼影像分開給各別眼睛。偏振則是利用空間分割方式，將左右眼影像在顯示圖框上依奇數列與偶數列垂直穿插排列方式，或是在顯示圖框每一列依左右眼影像水平畫素穿插排列，以某一局部投射左眼、某一局部投射右眼的顯示方式，用偏振眼鏡來過濾左右眼的光源訊號來產生3D視覺效果。

Shutter Glasses的成本較高，利用時間分割方式的問題在於眼鏡需要另一組零件投射光源，因此重量也較重。空間分割方式由於同時以偏振方式各別交替投射3D影像於左右眼，空間分隔左右眼垂直（或水平）影像，螢幕偏極光線條只有一半，因此解析度也會下降一半。

《圖三　中華映管研發中心副總經理陳光郎》

系統設計需周全考量

友達光電在此領域同時開發兩種技術，華映則是以Shutter Glasses為主，其他部分則自身開發的微位相差膜（Microretardation）技術為基礎。陳光郎表示，Shutter Glasses的難處在於顯示頻率速度要比傳統TFT顯示器快上一倍，在充電速度、液晶反應速度、電路頻寬等設計上更為複雜，甚至在TFT結構設計上也會大不相同。而空間分割的微位相差膜在解析度上會比Shutter Glasses大上一倍，但其難度在於在製程上如何內嵌（in-cell）到面板裡，因為做到面板外會有視角上的問題。

配戴眼鏡式3D應用站穩根基

廖唯倫表示，配戴眼鏡式3D顯示技術相對而言較為成熟，所呈現的3D影像效果也比較好，從製造、結構、內容等觀點來看，配戴眼鏡式3D顯示比較容易作，格式標準也較易實現統一。鄭尊仁則指出，配戴眼鏡式3D影像內容的製作，比較能夠控制3D影像品質，可控制觀看者沒有看到的角度，3D內容亦無須考量太多視角問題。陳光郎則進一步表示，現在業界有個不成文的規定，就是3D技術最起碼單眼必須達到高解析視訊效果，以及滿足每秒60張圖幅頻率（60Hz）的反應速度。目前能夠滿足這樣要求的也只有配戴眼鏡式3D顯示技術。

因此業界普遍認為，在家庭劇院或是3D電視領域，特別是在電玩遊戲應用，配戴眼鏡式3D顯示技術應用依舊站穩根基。不過哪種規格會勝出還不一定，兩種技術優缺點兼具，市場普遍認為這兩種技術彼此競爭激烈，但短期內仍會共存，長期來看兩者會漸漸朝向統一規格方向發展。

《圖四　3D立體顯示與多點觸控技術面板操作示意圖 》 資料來源：奇美電子

裸眼式3D顯示技術

技術原理

裸眼式3D技術除了光屏障式（Barrier）和柱狀透鏡（Lenticular）之外，液晶透鏡式和指向背光（directional backlight）技術也開始脫穎而出。一般的柱狀透鏡或光屏障式裸眼式3D顯示，以是兩視域（Two-view）或多視域（Multi-view）的設計為基礎，利用柱狀透鏡凹凸光曲折或利用光屏障遮掩交錯影像方式，在不同空間不同角度來傳遞左右眼不同的影像訊號，在視覺上產生3D影像效果。裸眼式3D影像內容的各種偏角度都需要顧及3D視覺效果，因此需要多視角設計，相關3D內容控制變數就會變多，需要進行複雜的後製才能呈現多角度3D視覺效果，顯示晶片的演算法設計也就比較繁複。

光屏障式（Barrier）

友達光電顯示器技術研發Cell技術處處長廖唯倫表示，友達光電目前便以光屏障式技術作為3D顯示面板的技術基礎，因為Barrier技術與既有的LCD製程相容，因此在量產性和成本上較具優勢。不過廖唯倫和陳光郎不約而同地指出，Barrier技術除了有多視角解析度下降的問題外，因為採取光屏障遮掩交錯影像的方式，透光性也會相對不足，應用面也受到侷限。例如陳光郎便指出，Barrier技術就不太適合應用在手機3D顯示螢幕，其遮光衰減特性會影響手機螢幕亮度。

針對上述課題，友達光電也是藉由提供更高解析度的面板、搭配革新畫素排列設計，讓觀看者所感受的解析度降低幅度不會那麼明顯。此外在提高Barrier技術亮度部分，廖唯倫特別強調，友達光電已開發出獨家專利設計，藉由把Barrier元件做到背光後面的方式，能更有效地回收光源，回收率多出60％，可明顯提高Barrier顯示的亮度。這款革新專利已應用在65吋的3D顯示螢幕樣品上。

柱狀透鏡式（Lenticular）

廖唯倫另特別強調，柱狀透鏡3D顯示技術要比Barrier來的好，透光性也較高，由於採用透鏡折射方式呈現3D效果，因此不會有光效率過低的問題。但是缺點除了解析度還是會下降之外，相關製造與既有LCD製程則不相容，機台、材料、製造都需要開發額外的產線，成本較高，量產性不夠，是影響此技術能否為市場接受的最大難題。

現在額外開發的柱狀透鏡尺寸需要，依據機台設備及應用而定。柱狀透鏡元件架構各家也紛紛殊異。不過大體而言，柱狀透鏡精度設計要求很高。在這方面工研院已有明顯成果，工研院電光所立體影像系統組鄭尊仁組長便指出，電光所在光學鏡面設計上已開發出自有專利，可改變鏡面介質係數，並且也開發出2D/3D切換技術。若不採用切換技術，柱狀透鏡3D顯示技術便可直接應用在數位看板領域。

友達光電則是自行設計開發柱狀透鏡相關光學參數和透鏡形狀，擁有相關重要核心專利。廖唯倫強調，友達光電在透鏡3D顯示技術的製造量產部分已具有獨家專利，接近量產水準，能有效提高良率並降低成本。廖唯倫特別表示，友達光電未來看好柱狀透鏡式3D顯示技術的市場應用潛力，也積極朝向此領域發展，至於哪種技術最終勝出，還是要端賴市場的選擇。

《圖五　華映衍生開發可應用在小尺寸行動裝置的3D液晶透視技術》

液晶透鏡技術

有別於友達的柱狀透鏡3D顯示技術，華映則以液晶透鏡技術為基礎，延伸開發應用在裸眼式3D領域。華映研發中心副總經理陳光郎表示，以往用模造鏡面方式為基礎的柱狀透鏡技術，在2D/3D切換上較為困難，華映則採用液晶透鏡式技術，無須採用模造透鏡的處理方式，以既有的LCD製程便可製造，一方面可達到柱狀透鏡式的顯示效果，一方面又可滿足2D/3D轉換的應用需求。如何設計相關液晶透鏡，華映已自力開發出相關技術，目前華映先將此技術應用在小尺寸手機3D面板上，並已在日本橫濱光電展會上展示。

陳光郎並進一步認為，由於3D顯示技術應用量還不夠大，因此模造鏡面的模具成本相對較高，當市場量夠大時，成本問題不見得是阻礙柱狀透鏡應用的主要因素。況且精密光學的技術仍不斷成長當中，足以克服目前的技術限制。陳光郎指出，模造鏡片3D顯示最大的應用市場，會是在3D數位相機和數位相框領域，若要沖洗3D相片，則可在相片上貼層柱狀顯示膜片即可，目前FujiFilm便已有相關技術可支援。當液晶透鏡式的製造成本可為市場接受、透光性條件又較佳的情況下，陳光郎樂觀預估液晶透鏡技術將會取代Barrier技術。

指向背光技術

另一方面，3M則是推出自行開發指向背光（directional backlight）技術，並以裸眼式3D技術作為最主要的開發對象。

3M顯示光學產品事業群技術經理陳君杰表示，指向背光技術是搭配兩組LED，配合快速反應的LCD面板和驅動方法，讓3D內容以排序（sequential）方式進入觀看者的左右眼互換影像產生視差，進而讓人眼感受到3D立體效果。陳君杰指出，指向背光技術不會影響3D影像的解析度，透光率也能維持，也不會影響既有的設計架構，還可以簡化背光模組的薄膜材質，在3D影像效果上幾可媲美配戴眼鏡式3D顯示技術。

《圖六　3M顯示光學產品事業群技術經理陳君杰》

陳君杰強調，指向背光技術便是利用背光模組在LED的設計，3D光源藉由序列式方式打出，配合反應快速的面板顯示影像，利用光學設計將3D顯示光源分別準確地投射至左右眼，互相交替造成視差而產生3D效果。其中的技術關鍵便在於採用3M自身所開發的光學膜（optical film），藉由光學膜來達到準確投射3D光源於左右眼。

陳君杰認為，指向背光技術將成為裸眼式3D技術的主流之一，但各類技術仍會同時並存。指向背光技術應用在小尺寸和大尺寸上的基本架構大致相同，不過導光板厚度及相關設計會有所不同，光學膜也有相適應的搭配性。陳君杰表示，指向背光3D顯示技術主要將以小尺寸3D顯示螢幕、遊戲機、數位相機、數位相框和其他手持式裝置為主要應用領域。3M目前並沒有計劃要介入諸如3D電視等大尺寸3D顯示應用。在10月中旬於南韓所舉辦的電子展（Korea Electronics Show）上，3M已展示此款3D顯示技術應用在行動裝置的成果。

尋求多視角與解析度平衡非常關鍵

陳光郎表示，裸眼式3D顯示技術的問題在於若視角越多，解析度就會跟著下降；viewing position freedom愈大，視點數就會變多，而解析度就會降低。廖唯倫也指出，裸眼式3D技術需要進一步設計多個視角，才能讓觀看者從不同角度感受更好的3D影像品質，因此裸眼式3D顯示便需要設計更多的視點，但視點多時影像解析度也會因此下降。

如果裸眼式3D顯示需要達到更高解析度的影像要求，原始解析度就必須也隨之提高4倍（1080p×2及1920p×2的解析度），因此面板廠商通常會藉由提供更高解析度的面板、搭配革新畫素排列設計，來提升裸眼式3D顯示技術的高解析度設計要求。

《圖七　3M所開發主要以小尺寸3D顯示螢幕為應用的指向背光3D顯示技術》

裸眼式3D技術應用將成為主流

廖唯倫認為，若要讓消費者習慣裸眼式3D顯示效果，技術上要讓其效果趨近於戴眼鏡的3D顯示效果。長期來看，市場預估大概在2014～2015年，裸眼式3D技術應用將成為主流，業界也看好其在諸如手機、其他可攜式裝置、數位相機、數位相框以及數位電子看板等的發展潛力，友達光電也希望朝向裸眼式3D顯示技術應用為主。3M顯示光學產品事業群技術經理陳君杰表示，小尺寸3D顯示螢幕、遊戲機、數位相機、數位相框和其他手持式裝置等應用領域，都不太適合採用配戴眼鏡的3D顯示技術，上述應用也是3M積極推動3D顯示技術的主要領域，不過在手機領域的3D顯示應用是否會成為必備功能，陳君杰的看法則相對審慎。

革新多視域設計

前面已提到，不論是光屏障式還是柱狀透鏡式的裸眼式3D顯示技術，都是需要多視角設計來達到3D顯示效果。但若視角越多，解析度就會跟著下降，越多視角需要考量的人因設計變數和複雜度也會提高。目前工研院電光所研發的超多視域（Super Multi-View）技術，可提供多達9個視角的3D顯示影像效果，能讓觀看者在更多角度範圍內感受到3D影像，提高3D視域。3M顯示光學產品事業群技術經理陳君杰則表示，多視域設計在視點和視點之間會產生類似灰色地帶的界線，這會讓觀看者在久視3D影像後產生些許不適感。3M在3D視域設計上，則有別於多視域設計，規劃正向角度的視區（viewing zone），超出此範圍便呈現2D影像效果，可進一步提升3D顯示觀看品質。

《圖八　工研院電光所立體影像系統組組長鄭尊仁博士》

2D/3D切換顯示技術不可或缺

另一方面，由於2D文字和3D影像同時並存的應用情境常常出現，例如消費者用行動裝置瀏覽網頁，因此在特定局部範圍內顯示3D立體影像效果非常重要。此外，2D和3D顯示應用也需要並存，才可讓消費者可隨時切換觀看，因此2D和3D全局顯示切換技術也非常關鍵。華映研發中心副總經理陳光郎便指出，家庭劇院顯示螢幕一定要具備2D/3D轉換技術，因為消費者不會一直注視著3D影像，2D/3D切換技術對於3D影像顯示應用的普及化來說，便具有不可或缺的重要性。

在這部分，華映進一步開發3D顯示引擎方案，藉由軟體支援和real time ASIC設計，提供2D轉3D的影像格式，以及不同3D影像格式的前置處理內容。工研院也開發出可動態且局部顯示區域2D/3D模式切換的立體顯示器技術，工研院電光所立體影像系統組組長鄭尊仁表示，工研院在2D/3D切換與同步顯示技術上不斷革新，已經開發出以光屏障式技術為基礎的2D/3D切換技術，可以在局部範圍內顯示3D立體影像效果，而其他部分則同步呈現2D顯示，有助於2D文字和3D影像同步顯示時的效果。此外，工研院電光所也針對3D相機開發雙鏡頭立體拍攝技術，並且也開發出能將2D照片轉成3D照片、以及把2D影片轉成3D影片的技術。

3D顯示軟硬體設計需同步進行

陳君杰和鄭尊仁都認為，3D顯示技術是必定要走的路。不過除了硬體之外，軟體的設計搭配整合也必須同步進行。鄭尊仁特別指出，短期內3D資料儲存格式將會處於百家爭鳴的狀態，規格不一定能夠統一。簡單來說，投射至左右眼的兩張3D影片，儲存格式究竟為左右還是上下擺放，資料儲存格式就不盡相同；3D內容的畫素排列方式，規格也各有殊異，支援與辨識各種3D影像內容和儲存格式的軟硬體設計就非常重要。因此3D顯示播放器在軟硬體設計上，可能如同電信規格在介面部分宣告設計一般，應會朝向辨識不同顯示規格的介面設計為核心。

陳光郎也同意並行開發3D軟體內容的重要性，華映目前便協助B2B封閉系統應用轉換3D繪圖軟體輸出到3D顯示器的設計，搭配多視域技術的研發作業。另外華映透過Wintel平台協助客戶開發電玩遊戲軟體，與nVIDIA合作3D LCD模組和繪圖晶片，建立明確的垂直分工架構。同時華映也與德國軟體廠商和台大資工系三方合作，開發3D內容播放軟體平台，並製造中國廠商佈建3D沖印店和3D數位相機所需的3D面板，積極佈建3D顯示軟硬體分工合作架構。

《圖九　工研院所開發可應用在56吋大螢幕的3D顯示技術 》 資料來源：工研院

加快步伐催生3D顯示軟硬體產業架構

3D顯示產業垂直整合不易，如何架構完整的3D顯示系統價值鏈，並非易事。除了技術之外，3D視訊內容還不夠普及，也會影響3D技術應用的普及化。3D內容也需一併成長，才能整體帶動3D產業。鄭尊仁表示，台灣可發揮面板OEM代工生產基地的既有優勢，進一步努力加強推播3D頻道，持續擴大播映3D內容，應可仿效日、韓、英等國建立3D試播台，培養3D影像專業技術人才，營造3D內容播放的成熟環境，建立觀眾觀看的使用習慣，並結合經濟部技術處力量推動3D技術產業化，才會有助於3D顯示技術應用的普及度。

工研院電光所參與主導的3D互動影像顯示產業聯盟（3D IDA），便是扮演這樣的角色。目前廣達也已經明確表態加入3D IDA，而3D IDA旗下的立體顯示量測標準小組，已經提交3D顯示量測規格標準書給ICDM（International Committee for Display Metrology），作為ICDM擬發行的DMS（Display Measurement Standard）標準參考，這也將有助於台灣在全球3D顯示量測標準的發言地位。鄭尊仁認為，未來3D IDA應擴大邀請系統、零件和經營電視台頻道的廠商與會員加入，3D IDA的代表性應更為充實完整，才能有效協助推動台灣3D顯示產業的發展藍圖。