裸眼三維立體顯示技術(shù)趨勢值得關(guān)注

耿怡 趙燕

三維顯示技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，是“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分之一。裸眼三維顯示是指不需要眼鏡等輔助設(shè)備，人眼可以直接觀看到具有縱深感的三維立體場景技術(shù)，它更加符合人眼的觀看習慣，是最具發(fā)展?jié)摿Φ娜S顯示技術(shù)，在娛樂、文化、醫(yī)療衛(wèi)生、制造工業(yè)和國防等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著裸眼三維顯示技術(shù)的不斷成熟，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，顯示產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)有格局必將發(fā)生重大變化。

裸眼三維顯示技術(shù)發(fā)展格局初步成形

1.雙目視差顯示技術(shù)發(fā)展最為成熟。雙目視差型顯示技術(shù)是目前最成熟的裸眼三維顯示技術(shù)，其利用光柵、透鏡陣列或微透鏡陣列等分光組件將二維視差圖像透射到觀察者的雙眼，通過人眼的立體視覺融合成三維視覺。從顯示原理看，液晶、OLED、量子點、Micro-LED 等可實現(xiàn)二維圖像的顯示技術(shù)，都可以依托雙目視差技術(shù)實現(xiàn)裸眼三維顯示，但效果會根據(jù)顯示技術(shù)的刷新率、色彩飽和度、分辨率有所差別。雙目視差技術(shù)只使用了人眼感知三維深度暗示中的雙目視差信息，而不是全部的深度暗示，長時間觀看會導致眩暈和眼睛疲勞不適。2011 年日本的索尼、東芝等就曾發(fā)布過裸眼3D 電視，國內(nèi)外眾多企業(yè)隨后也都推出了有關(guān)產(chǎn)品，但由于裸眼3D 電視存在長期觀看不舒適、可視角度小、價格高等問題，2012 年前后推出的多數(shù)裸眼3D 電視機已經(jīng)下架。隨著顯示技術(shù)的發(fā)展和3D 內(nèi)容的豐富，裸眼3D 電視開始再度走到前臺。目前，采用雙目視差原理的裸眼3D 的代表性產(chǎn)品有裸眼3D 電視、裸眼3D 電腦、裸眼3D 手機、LED 裸眼3D 顯示器等。

2.體三維顯示技術(shù)多用于產(chǎn)品展示。體三維顯示技術(shù)是利用人眼視覺暫留原理的真實空間成像的裸眼三維顯示技術(shù)。該技術(shù)主要分為兩種。一種是利用固體或氣體介質(zhì)，激發(fā)介質(zhì)內(nèi)的物質(zhì)形成體素，組成體素陣列形成三維景象；另一種是利用屏幕旋轉(zhuǎn)快速掃出一個成像空間，將多幅二維圖像融合成一個具有深度感的三維景象，利用人眼視覺暫留特性獲得三維立體效果。體三維顯示技術(shù)的局限在于其再現(xiàn)的三維場景是透明的，無法顯示不透明的物體，從而限制了其使用范圍。目前大型場館中對汽車產(chǎn)品、文物產(chǎn)品的裸眼三維顯示多采用體三維顯示技術(shù)。

3.光場顯示、全息顯示最具發(fā)展?jié)摿Α９鈭鲲@示和全息顯示是目前最被業(yè)界認可的裸眼三維立體顯示技術(shù)。光場三維顯示技術(shù)的原理是重建三維物體表面向各個方向發(fā)出的光線來再現(xiàn)光場，通過光場調(diào)控器件（比如定向散射屏或鏡面幕）結(jié)合高速掃描或多個顯示單元，輸出重構(gòu)三維物體的真實光場分布。全息顯示技術(shù)的原理是利用全息圖記錄物光波的振幅和相位信息，利用再現(xiàn)光波照射全息圖得到再現(xiàn)像。光場顯示和全息三維顯示技術(shù)符合人眼的觀看習慣，再現(xiàn)物體具有真實感，但目前相關(guān)產(chǎn)品大多處于實驗室階段。

混合現(xiàn)實/增強現(xiàn)實公司Magic Leap 宣稱采用了光場顯示技術(shù)，但尚未推出正式產(chǎn)品。目前，全息干板這一靜態(tài)全息顯示產(chǎn)品已經(jīng)成熟，動態(tài)的全息顯示技術(shù)受限于顯示器件的分辨率和尺寸、全息圖的技術(shù)速度，還處于實驗室階段。在全息計算算法、顯示器件、光場顯示等方面，清華大學、北京理工大學、東南大學、四川大學、北京郵電大學等已開展研究工作，但尚未形成具有代表性的產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品，技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用推廣仍然任重道遠。

裸眼三維立體顯示將給顯示產(chǎn)業(yè)帶來三方面影響

從創(chuàng)新層面看，技術(shù)演進節(jié)奏明顯加快，研發(fā)能力成為競爭制高點。隨著信息消費需求的持續(xù)升級，顯示技術(shù)作為信息顯示載體和人機交互窗口，升級換代步伐不斷加快，而裸眼三維立體顯示技術(shù)問世再次加快了創(chuàng)新節(jié)奏，競爭焦點開始從產(chǎn)能優(yōu)勢向創(chuàng)新優(yōu)勢轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新能力提升成為各企業(yè)在新形勢下發(fā)展的重中之重。從技術(shù)升級情況來看，顯示產(chǎn)品形態(tài)將從硬屏到軟屏、有屏到無屏的方向轉(zhuǎn)變，產(chǎn)品分辨率將從百級PPI 到千級PPI 升級，技術(shù)升級將推動裸眼三維立體顯示加快普及和應(yīng)用。從競爭話語權(quán)看，核心技術(shù)、知識產(chǎn)權(quán)和人才成為競爭熱點，LuxVue 在Micro-LED 領(lǐng)域的21 項專利是吸引蘋果收購的重要原因。從應(yīng)用來看，在裸眼三維立體顯示時代，顯示技術(shù)升級換代從大規(guī)模替代向長時間滲透、小范圍增長轉(zhuǎn)變，根據(jù)產(chǎn)品、場景、環(huán)境、用途進行個性化設(shè)計成為主流，原始創(chuàng)新、顛覆性產(chǎn)品將不斷涌現(xiàn)。

從企業(yè)層面看，產(chǎn)業(yè)秩序發(fā)生改變，行業(yè)面臨重新洗牌。裸眼三維立體顯示的技術(shù)種類繁多，涉及光學、生物、材料、微納技術(shù)、精細化工、半導體等多門學科種類，其技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)化將會帶動多個行業(yè)的企業(yè)進入，有望改變目前顯示技術(shù)種類單一，行業(yè)專業(yè)性強，企業(yè)集聚度高的現(xiàn)狀。一方面，傳統(tǒng)顯示企業(yè)將積極向三維立體顯示領(lǐng)域發(fā)展，在終端企業(yè)的需求帶動下，在裸眼三維立體顯示方面的投入將不斷加大，利用雙目視差技術(shù)，以液晶、AMOLED、Micro-LED 等顯示器件實現(xiàn)裸眼三維立體效果，這類企業(yè)在競爭中占據(jù)完備供應(yīng)鏈和銷售渠道的優(yōu)勢，將在短期內(nèi)占據(jù)領(lǐng)先地位。另一方面，光場、全息等新興顯示產(chǎn)品實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，新進企業(yè)憑借對技術(shù)的理解優(yōu)勢，有望開發(fā)出具有顛覆潛質(zhì)的裸眼三維立體顯示新產(chǎn)品和新應(yīng)用，搶占價值鏈高端，并使企業(yè)得到迅速發(fā)展，加速培育出新的“巨無霸”或者“小巨人”企業(yè)，從而對原有產(chǎn)業(yè)體系帶來巨大沖擊。因此，裸眼三維立體顯示技術(shù)將給顯示行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域、經(jīng)營模式和應(yīng)用范圍帶來重大改變，有望打破原有產(chǎn)業(yè)秩序，使全行業(yè)再次面臨“群雄逐鹿”的局面。

從市場層面看，應(yīng)用需求不斷拓寬，產(chǎn)業(yè)規(guī)模將進一步增長。隨著裸眼三維立體顯示技術(shù)的深入發(fā)展，其市場需求將日益旺盛，進而將帶動顯示產(chǎn)業(yè)的整體規(guī)模快速增長。例如，在虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域，裸眼三維立體顯示將提升人機交互的效果和質(zhì)量，推動新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。預計，到2025 年，全球虛擬現(xiàn)實市場規(guī)模將達到1100億美元，其中顯示器件市場規(guī)模為400億～500億美元，能實現(xiàn)裸眼三維顯示效果的光場顯示技術(shù)將走向成熟。同時，裸眼三維立體顯示技術(shù)的不斷成熟，也將給視聽娛樂產(chǎn)品帶來舒適、方便、逼真的觀看體驗，推動家居電子產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展，進而帶動產(chǎn)業(yè)和市場持續(xù)增長。此外，在科研、國防、教育、醫(yī)療、制造等專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，裸眼三維立體顯示具有人機交互和圖像處理的先天便利，可推動專業(yè)領(lǐng)域圖像處理技術(shù)的升級換代，在專業(yè)消費領(lǐng)域和中高端消費領(lǐng)域形成新增長點、新動能，成為新的利基市場。在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能與硬件產(chǎn)品深度融合的大背景下，顯示器件的重要作用不斷加強，裸眼三維立體顯示技術(shù)將進一步擴大顯示產(chǎn)品市場應(yīng)用范圍。

裸眼三維立體顯示技術(shù)發(fā)展的對策建議

強化頂層設(shè)計，布局下一代三維顯示技術(shù)。統(tǒng)籌規(guī)劃裸眼三維顯示產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略頂層設(shè)計，搶位發(fā)展具有原始創(chuàng)新的裸眼三維立體顯示技術(shù)。應(yīng)把握三維顯示產(chǎn)業(yè)處于起步階段、核心技術(shù)尚未成熟的機遇期，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)引導作用，培養(yǎng)優(yōu)勢企業(yè)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，進行前瞻技術(shù)研發(fā)和專利布局，推動三維產(chǎn)業(yè)快速成長成成熟產(chǎn)業(yè)。

統(tǒng)籌創(chuàng)新資源，攻克前沿核心技術(shù)。依托國內(nèi)已有的技術(shù)儲備基礎(chǔ)，組織高校、研究院所、重點企業(yè)共同建立三維顯示國家實驗室，協(xié)同多方力量解決關(guān)鍵共性技術(shù)問題，鼓勵開發(fā)具有更好使用體驗的創(chuàng)新型產(chǎn)品。

注重協(xié)同發(fā)展，加快打造產(chǎn)業(yè)鏈體系。在裸眼三維立體顯示領(lǐng)域具有技術(shù)優(yōu)勢的骨干企業(yè)中開展核心材料和關(guān)鍵裝備產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)，扶持下游內(nèi)容和服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的聚集和發(fā)展，以裸眼三維立體顯示“硬件+軟件+內(nèi)容+服務(wù)”為架構(gòu)，打造形成具有國際競爭力的新型顯示產(chǎn)業(yè)生態(tài)。