人眼所看到的自然世界本来就是3D视觉的世界，因此如何让消费者看到逼真如自然世界的影像显示画质，一直都是显示产业与研究单位持续不断努力的重点。在技​​术不断成熟下，今年3D立体影像显示应用陆续破茧而出，3D电视结合高解析平面数位电视，成为电视品牌大厂的行销重点；好莱坞的3D电影特效也已在全球各地影迷心中扩散，影视集团对于3D卫星电视频道也跃跃欲试，3D显示热潮正逐渐扩散开来了。

3D面板和相关光学元件技术也正快速成长当中。友达光电、奇美电子、中华映管等面板厂商、3M等光学元件厂商以及工研院电光所等研究机构均积极投入研发3D显示技术，相关成果也陆续在各类光电展展出。 10月底在日本横滨举办的光电展上，友达光电和华映便展示一系列3D显示技术产品。华映展示应用在小尺寸手机面板上的液晶透镜3D显示技术、应用在笔电和大尺寸电视的光屏障式3D显示技术，以及配戴眼镜式Shuttle glasses 3D显示样品。友达光电则展示46吋和8吋以柱状透镜式技术为基础的3D显示样品、应用在65吋显示面板的2D/3D切换显示技术、以及采用友达3D面板的小尺寸数位相框。奇美电子则展示结合3D立体显示与多点触控功能之27吋高画质120Hz液晶显示面板。

《图一　华映在日本横滨光电展所展示应用在37吋液晶电视的光屏障式3D显示技术》

首波3D显示应用接踵而来

市场一般认为，动画和电玩游戏的3D显示应用已经成熟，TV会是另一波应用契机。市调机构Display Bank便预测，到2015年3D显示器市场规模将达到158亿美元，年成长率可高达95％；而3D显示技术在整体显示器市场的占有率，也将从目前的千分之一成长到9.2％。现在市场上不仅有3D立体电视出现，3D数位相机也已开始亮相，3D数位相框和支援3D影像的行动装置也准备就绪。3D立体显示器和3D数位电子看板蓄势待发,笔电、PS3游戏机和蓝光(Blu-Ray)播放机都将支援3D影像档案,英美日等国也正在推动3D电视频道的试播作业。

华映研发中心副总经理陈光郎表示，数位相框、数位相机、电玩游戏和家庭剧院，会是短期内3D显示应用的主要领域。 3D相片冲印服务会刺激3D数位相框的成长，而3D数位相机的两组摄像镜头设计，则可进一步提供千变万化的额外附加功能，提高3D数位相机的附加价值，也会顺势带动3D数位相框的成长。至于电玩游戏领域，陈光郎指出，其实Wintel已经将3D核心支援架构弄好，现在只是缺少3D显示萤幕支援。

高画质3D显示应用势在必行

工研院电光所立体影像系统组组长郑尊仁博士则认为，未来平面显示产业的技术趋势，将以超高画质（UHD）和3D显示为主。这时，液晶反应速度要跟得上前述显示应用要求，影像资料进入面板的时间，便攸关液晶面板能否有效反应超高画质和3D显示品质的重要关键。这也将具体代表液晶面板厂商研发能力的指标和完整性。

《图二　友达光电显示器技术研发Cell技术处处长廖唯伦（右）与友达光电Cell制程开发处液晶技术部副理陈昭远》

3D影像技术各执擅长

友达光电显示器技术研发Cell技术处处长廖唯伦表示，显示萤幕要让人眼感受到逼真的3D影像，主要是让左右眼各自接收到准确的光讯号，经由大脑合成3D视觉效果。面板厂商开发3D技术最重要的核心，便是利用光学设计将3D显示光源分别准确地投射至左右眼，彼此不能有干扰，避免crosstalk问题，借此进一步使人眼接收3D讯号时，不会突兀而舒畅，降低人眼接收3D影像在视觉上的不适与疲劳感，而让3D感觉更为贴近自然。

目前主要3D显示技术可分为配戴眼镜式和裸眼式两种，前者包含电子式快门眼镜（Shutter Glasses）和偏振（Polarization）技术，后者以光屏障式（Barrier）和柱状透镜（Lenticular）技术为核心。

配戴眼镜式3D显示技术

技术原理

Shutter Glasses是利用时间分割方式，在某一时间点将影像一左一右投射单眼、另一眼则不投射来依序显示，配合人眼视觉暂留的特性产生3D视觉效果。显示器的画面频率至少要60Hz图框频率（Frame Rate）的2倍，配合电子快门眼镜将左右眼影像分开给各别眼睛。偏振则是利用空间分割方式，将左右眼影像在显示图框上依奇数列与偶数列垂直穿插排列方式，或是在显示图框每一列依左右眼影像水平画素穿插排列，以某一局部投射左眼、某一局部投射右眼的显示方式，用偏振眼镜来过滤左右眼的光源讯号来产生3D视觉效果。

Shutter Glasses的成本较高，利用时间分割方式的问题在于眼镜需要另一组零件投射光源，因此重量也较重。空间分割方式由于同时以偏振方式各别交替投射3D影像于左右眼，空间分隔左右眼垂直（或水平）影像，萤幕偏极光线条只有一半，因此解析度也会下降一半。

《图三　中华映管研发中心副总经理陈光郎》

系统设计需周全考量

友达光电在此领域同时开发两种技术，华映则是以Shutter Glasses为主，其他部分则自身开发的微位相差膜（Microretardation）技术为基础。陈光郎表示，Shutter Glasses的难处在于显示频率速度要比传统TFT显示器快上一倍，在充电速度、液晶反应速度、电路频宽等设计上更为复杂，甚至在TFT结构设计上也会大不相同。而空间分割的微位相差膜在解析度上会比Shutter Glasses大上一倍，但其难度在于在制程上如何内嵌（in-cell）到面板里，因为做到面板外会有视角上的问题。

配戴眼镜式3D应用站稳根基

廖唯伦表示，配戴眼镜式3D显示技术相对而言较为成熟，所呈现的3D影像效果也比较好，从制造、结构、内容等观点来看，配戴眼镜式3D显示比较容易作，格式标准也较易实现统一。郑尊仁则指出，配戴眼镜式3D影像内容的制作，比较能够控制3D影像品质，可控制观看者没有看到的角度，3D内容亦无须考量太多视角问题。陈光郎则进一步表示，现在业界有个不成文的规定，就是3D技术最起码单眼必须达到高解析视讯效果，以及满足每秒60张图幅频率（60Hz）的反应速度。目前能够满足这样要求的也只有配戴眼镜式3D显示技术。

因此业界普遍认为，在家庭剧院或是3D电视领域，特别是在电玩游戏应用，配戴眼镜式3D显示技术应用依旧站稳根基。不过哪种规格会胜出还不一定，两种技术优缺点兼具，市场普遍认为这两种技术彼此竞争激烈，但短期内仍会共存，长期来看两者会渐渐朝向统一规格方向发展。

《图四　3D立体显示与多点触控技术面板操作示意图 》 资料来源：奇美电子

裸眼式3D显示技术

技术原理

裸眼式3D技术除了光屏障式（Barrier）和柱状透镜（Lenticular）之外，液晶透镜式和指向背光（directional backlight）技术也开始脱颖而出。一般的柱状透镜或光屏障式裸眼式3D显示，以是两视域（Two-view）或多视域（Multi-view）的设计为基础，利用柱状透镜凹凸光曲折或利用光屏障遮掩交错影像方式，在不同空间不同角度来传递左右眼不同的影像讯号，在视觉上产生3D影像效果。裸眼式3D影像内容的各种偏角度都需要顾及3D视觉效果，因此需要多视角设计，相关3D内容控制变数就会变多，需要进行复杂的后制才能呈现多角度3D视觉效果，显示晶片的演算法设计也就比较繁复。

光屏障式（Barrier）

友达光电显示器技术研发Cell技术处处长廖唯伦表示，友达光电目前便以光屏障式技术作为3D显示面板的技术基础，因为Barrier技术与既有的LCD制程相容，因此在量产性和成本上较具优势。不过廖唯伦和陈光​​郎不约而同地指出，Barrier技术除了有多视角解析度下降的问题外，因为采取光屏障遮掩交错影像的方式，透光性也会相对不足，应用面也受到局限。例如陈光郎便指出，Barrier技术就不太适合应用在手机3D显示萤幕，其遮光衰减特性会影响手机萤幕亮度。

针对上述课题，友达光电也是藉由提供更高解析度的面板、搭配革新画素排列设计，让观看者所感受的解析度降低幅度不会那么明显。此外在提高Barrier技术亮度部分，廖唯伦特别强调，友达光电已开发出独家专利设计，藉由把Barrier元件做到背光后面的方式，能更有效地回收光源，回收率多出60％，可明显提高Barrier显示的亮度。这款革新专利已应用在65吋的3D显示萤幕样品上。

柱状透镜式（Lenticular）

廖唯伦另特别强调，柱状透镜3D显示技术要比Barrier来的好，透光性也较高，由于采用透镜折射方式呈现3D效果，因此不会有光效率过低的问题。但是缺点除了解析度还是会下降之外，相关制造与既有LCD制程则不相容，机台、材料、制造都需要开发额外的产线，成本较高，量产性不够，是影响此技术能否为市场接受的最大难题。

现在额外开发的柱状透镜尺寸需要，依据机台设备及应用而定。柱状透镜元件架构各家也纷纷殊异。不过大体而言，柱状透镜精度设计要求很高。在这方面工研院已有明显成果，工研院电光所立体影像系统组郑尊仁组长便指出，电光所在光学镜面设计上已开发出自有专利，可改变镜面介质系数，并且也开发出2D/3D切换技术。若不采用切换技术，柱状透镜3D显示技术便可直接应用在数位看板领域。

友达光电则是自行设计开发柱状透镜相关光学参数和透镜形状，拥有相关重要核心专利。廖唯伦强调，友达光电在透镜3D显示技术的制造量产部分已具有独家专利，接近量产水准，能有效提高良率并降低成本。廖唯伦特别表示，友达光电未来看好柱状透镜式3D显示技术的市场应用潜力，也积极朝向此领域发展，至于哪种技术最终胜出，还是要端赖市场的选择。

《图五　华映衍生开发可应用在小尺寸行动装置的3D液晶透视技术》

液晶透镜技术

有别于友达的柱状透镜3D显示技术，华映则以液晶透镜技术为基础，延伸开发应用在裸眼式3D领域。华映研发中心副总经理陈光郎表示，以往用模造镜面方式为基础的柱状透镜技术，在2D/3D切换上较为困难，华映则采用液晶透镜式技术，无须采用模造透镜的处理方式，以既有的LCD制程便可制造，一方面可达到柱状透镜式的显示效果，一方面又可满足2D/3D转换的应用需求。如何设计相关液晶透镜，华映已自力开发出相关技术​​，目前华映先将此技术应用在小尺寸手机3D面板上，并已在日本横滨光电展会上展示。

陈光郎并进一步认为，由于3D显示技术应用量还不够大，因此模造镜面的模具成本相对较高，当市场量够大时，成本问题不见得是阻碍柱状透镜应用的主要因素。况且精密光学的技术仍不断成长当中，足以克服目前的技术限制。陈光郎指出，模造镜片3D显示最大的应用市场，会是在3D数位相机和数位相框领域，若要冲洗3D相片，则可在相片上贴层柱状显示膜片即可，目前FujiFilm便已有相关技术可支援。当液晶透镜式的制造成本可为市场接受、透光性条件又较佳的情况下，陈光郎乐观预估液晶透镜技术将会取代Barrier技术。

指向背光技术

另一方面，3M则是推出自行开发指向背光（directional backlight）技术，并以裸眼式3D技术作为最主要的开发对象。

3M显示光学产品事业群技术经理陈君杰表示，指向背光技术是搭配两组LED，配合快速反应的LCD面板和驱动方法，让3D内容以排序（sequential）方式进入观看者的左右眼互换影像产生视差，进而让人眼感受到3D立体效果。陈君杰指出，指向背光技术不会影响3D影像的解析度，透光率也能维持，也不会影响既有的设计架构，还可以简化背光模组的薄膜材质，在3D影像效果上几可媲美配戴眼镜式3D显示技术。

《图六　3M显示光学产品事业群技术经理陈君杰》

陈君杰强调，指向背光技术便是利用背光模组在LED的设计，3D光源藉由序列式方式打出，配合反应快速的面板显示影像，利用光学设计将3D显示光源分别准确地投射至左右眼，互相交替造成视差而产生3D效果。其中的技术关键便在于采用3M自身所开发的光学膜（optical film），藉由光学膜来达到准确投射3D光源于左右眼。

陈君杰认为，指向背光技术将成为裸眼式3D技术的主流之一，但各类技术仍会同时并存。指向背光技术应用在小尺寸和大尺寸上的基本架构大致相同，不过导光板厚度及相关设计会有所不​​同，光学膜也有相适应的搭配性。陈君杰表示，指向背光3D显示技术主要将以小尺寸3D显示萤幕、游戏机、数位相机、数位相框和其他手持式装置为主要应用领域。 3M目前并没有计划要介入诸如3D电视等大尺寸3D显示应用。在10月中旬于南韩所举办的电子展（Korea Electronics Show）上，3M已展示此款3D显示技术应用在行动装置的成果。

寻求多视角与解析度平衡非常关键

陈光郎表示，裸眼式3D显示技术的问题在于若视角越多，解析度就会跟着下降；viewing position freedom愈大，视点数就会变多，而解析度就会降低。廖唯伦也指出，裸眼式3D技术需要进一步设计多个视角，才能让观看者从不同角度感受更好的3D影像品质，因此裸眼式3D显示便需要设计更多的视点，但视点多时影像解析度也会因此下降。

如果裸眼式3D显示需要达到更高解析度的影像要求，原始解析度就必须也随之提高4倍（1080p×2及1920p×2的解析度），因此面板厂商通常会藉由提供更高解析度的面板、搭配革新画素排列设计，来提升裸眼式3D显示技术的高解析度设计要求。

《图七　3M所开发主要以小尺寸3D显示萤幕为应用的指向背光3D显示技术》

裸眼式3D技术应用将成为主流

廖唯伦认为，若要让消费者习惯裸眼式3D显示效果，技术上要让其效果趋近于戴眼镜的3D显示效果。长期来看，市场预估大概在2014～2015年，裸眼式3D技术应用将成为主流，业界也看好其在诸如手机、其他可携式装置、数位相机、数位相框以及数位电子看板等的发展潜力，友达光电也希望朝向裸眼式3D显示技术应用为主。3M显示光学产品事业群技术经理陈君杰表示，小尺寸3D显示萤幕、游戏机、数位相机、数位相框和其他手持式装置等应用领域，都不太适合采用配戴眼镜的3D显示技术，上述应用也是3M积极推动3D显示技术的主要领域，不过在手机领域的3D显示应用是否会成为必备功能，陈君杰的看法则相对审慎。

革新多视域设计

前面已提到，不论是光屏障式还是柱状透镜式的裸眼式3D显示技术，都是需要多视角设计来达到3D显示效果。但若视角越多，解析度就会跟着下降，越多视角需要考量的人因设计变数和复杂度也会提高。目前工研院电光所研发的超多视域（Super Multi-View）技术，可提供多达9个视角的3D显示影像效果，能让观看者在更多角度范围内感受到3D影像，提高3D视域。3M显示光学产品事业群技术经理陈君杰则表示，多视域设计在视点和视点之间会产生类似灰色地带的界线，这会让观看者在久视3D影像后产生些许不适感。 3M在3D视域设计上，则有别于多视域设计，规划正向角度的视区（viewing zone），超出此范围便呈现2D影像效果，可进一步提升3D显示观看品质。

《图八　工研院电光所立体影像系统组组长郑尊仁博士》

2D/3D切换显示技术不可或缺

另一方面，由于2D文字和3D影像同时并存的应用情境常常出现，例如消费者用行动装置浏览网页，因此在特定局部范围内显示3D立体影像效果非常重要。此外，2D和3D显示应用也需要并存，才可让消费者可随时切换观看，因此2D和3D全局显示切换技术也非常关键。华映研发中心副总经理陈光郎便指出，家庭剧院显示萤幕一定要具备2D/3D转换技术，因为消费者不会一直注视着3D影像，2D/3D切换技术对于3D影像显示应用的普及化来说，便具有不可或缺的重要性。

在这部分，华映进一步开发3D显示引擎方案，藉由软体支援和real time ASIC设计，提供2D转3D的影像格式，以及不同3D影像格式的前置处理内容。工研院也开发出可动态且局部显示区域2D/3D模式切换的立体显示器技术，工研院电光所立体影像系统组组长郑尊仁表示，工研院在2D/3D切换与同步显示技术上不断革新，已经开发出以光屏障式技术为基础的2D/3D切换技术，可以在局部范围内显示3D立体影像效果，而其他部分则同步呈现2D显示，有助于2D文字和3D影像同步显示时的效果。此外，工研院电光所也针对3D相机开发双镜头立体拍摄技术，并且也开发出能将2D照片转成3D照片、以及把2D影片转成3D影片的技术。

3D显示软硬体设计需同步进行

陈君杰和郑尊仁都认为，3D显示技术是必定要走的路。不过除了硬体之外，软体的设计搭配整合也必须同步进行。郑尊仁特别指出，短期内3D资料储存格式将会处于百家争鸣的状态，规格不一定能够统一。简单来说，投射至左右眼的两张3D影片，储存格式究竟为左右还是上下摆放，资料储存格式就不尽相同；3D内容的画素排列方式，规格也各有殊异，支援与辨识各种3D影像内容和储存格式的软硬体设计就非常重要。因此3D显示播放器在软硬体设计上，可能如同电信规格在介面部分宣告设计一般，应会朝向辨识不同显示规格的介面设计为核心。

陈光郎也同意并行开发3D软体内容的重要性，华映目前便协助B2B封闭系统应用转换3D绘图软体输出到3D显示器的设计，搭配多视域技术的研发作业。另外华映透过Wintel平台协助客户开发电玩游戏软体，与nVIDIA合作3D LCD模组和绘图晶片，建立明确的垂直分工架构。同时华映也与德国软体厂商和台大资工系三方合作，开发3D内容播放软体平台，并制造中国厂商布建3D冲印店和3D数位相机所需的3D面板，积极布建3D显示软硬体分工合作架构。

《图九　工研院所开发可应用在56吋大萤幕的3D显示技术 》 资料来源：工研院

加快步伐催生3D显示软硬体产业结构

3D显示产业垂直整合不易，如何架构完整的3D显示系统价值链，并非易事。除了技术之外，3D视讯内容还不够普及，也会影响3D技术应用的普及化。 3D内容也需一并成长，才能整体带动3D产业。郑尊仁表示，台湾可发挥面板OEM代工生产基地的既有优势，进一步努力加强推播3D频道，持续扩大播映3D内容，应可仿效日、韩、英等国建立3D试播台，培养3D影像专业技术人才，营造3D内容播放的成熟环境，建立观众观看的使用习惯，并结合经济部技术处力量推动3D技术产业化，才会有助于3D显示技术应用的普及度。

工研院电光所参与主导的3D互动影像显示产业联盟（3D IDA），便是扮演这样的角色。目前广达也已经明确表态加入3D IDA，而3D IDA旗下的立体显示量测标准小组，已经提交3D显示量测规格标准书给ICDM（International Committee for Display Metrology），作为ICDM拟发行的DMS（Display Measurement Standard）标准参考，这也将有助于台湾在全球3D显示量测标准的发言地位。郑尊仁认为，未来3D IDA应扩大邀请系统、零件和经营电视台频道的厂商与会员加入，3D IDA的代表性应更为充实完整，才能有效协助推动台湾3D显示产业的发展蓝图。