自由立體顯示技術的專利狀況分析

陳德鋒

（國家知識產權局專利局，北京 100088）

1 引言

自由立體顯示技術因為具有更好的3D效果和體驗感受，已經成為近年來研究的熱點，現階段涉及3D顯示技術的專利申請也集中在這個領域。本文基于自由立體顯示技術領域的專利文獻，介紹了這一領域專利技術的現狀，并針對專利申請量比較大的光屏障式和透鏡式進行了重點分析。

2 自由立體顯示技術概述

與傳統的眼鏡式、頭盔式立體顯示技術不同，自由立體顯示技術使得觀看者不再需要佩戴眼鏡等附屬設備來觀看立體圖像，它解決了佩戴附屬設備帶來的不適感，極大的減輕了觀看者的負擔。按照顯示原理，自由立體顯示技術分為光柵式和真三維自由立體顯示技術[1]。光柵式自由立體顯示技術主要利用的是光線的遮擋或折射原理來實現左右眼視頻圖像的分離，從而產生雙目視差和運動視差來實現三維立體顯示，其主要分為光屏障式、透鏡式和指向光源式[2]。真三維是非基于雙目視差原理的三維立體顯示技術，其主要分為全息立體顯示、集成成像立體顯示和體顯示[3]。

3 自由立體顯示技術的專利分析

在自由立體顯示技術中，指向光源式和真三維立體顯示技術由于受成本和傳輸的限制，目前仍處于技術研發的階段，還不具備大規模產業化和市場化的能力，現階段的專利數量也較為有限，其專利申請人主要集中在科研機構和高校。光屏障式和透鏡式是目前研究和專利申請的主要方向。由于光屏障式和透鏡式將立體圖像對的兩幅圖像同時顯示在屏幕上，因此，屏幕的水平分辨率降低為原來的一半，如何提高3D顯示的分辨率也就成了業界研究的熱點。

眾多的專利都提出了通過時間分割的方式來提高3D顯示的分辨率的技術方案。如圖1所示，早在2003年，株式會社理光的JP2004325494A就提出了在3D圖像顯示裝置中設置光偏轉單元來提高3D顯示分辨率的方案。佳能株式會社的JP2005157033A提出了等效提高分辨率的方案。三星移動顯示器株式會社的JP2009104105A提出了以時間分割的方式在每個障柵的光透射狀態和光阻擋狀態之間進行切換的方案。天馬微電子股份有限公司的CN102354071A提出了兩片液晶光柵分別根據顯示的圖像為第一幀圖像或第二幀圖像而交替開啟以實現了全分辨率的立體顯示功能的方案。索尼公司的CN102547360A在柵欄組之間的不同定時處，打開或關閉被分成多個柵欄組的光柵欄，以提高3D顯示分辨率。華為技術有限公司的WO201500717 A1提出了按照時分方式顯示不同方向的圖像來提高3D顯示分辨率的方案。

通過調制背光來提高分辨率也是近年來的熱點技術。三星電子株式會社的US2008068329A1通過定向背光單元選擇性地向顯示面板提供光來改善多視角3D顯示圖像的分辨率。皇家飛利浦電子股份有限公司的EP2218261A1通過在顯示設備驅動周期的不同部分激勵不同的背光區域來提高3D顯示的分辨率。深圳超多維光電子有限公司的CN101907775A利用改良的背光系統來提高立體顯示的分辨率及顯示效果。瑞爾D股份有限公司的US2015268479A1采用階梯式波導成像定向背光源來提高3D顯示的分辨率。

提高3D顯示分辨率的其他方式也被提出。例如，株式會社東芝的JP2005091623A通過光線控制部控制像素發出的光線來提高分辨率。深圳超多維光電子有限公司的CN101655608A和CN102232200A均采用了時序狹縫光柵。深圳超多維光電子有限公司的CN102967893A提出了具有第一周期的透鏡結構和具有第二周期的透鏡結構。勝華科技股份有限公司的CN1912704A公開了一種三次元液晶顯示器的格柵裝置，通過減少視差柵欄的數目來提高3D圖像的分辨率。三星電子株式會社的US2007035672A1通過設置彼此偏移半個間距的一對光電雙折射層來提高3D顯示的分辨率。上海交通大學的CN103176308A提出了液晶棱鏡陣列分別將不同視點的圖像投射到對應視場來提高3D顯示的分辨率。皇家飛利浦有限公司的WO2016050619A1提出了用射束控制系統和像素化空間光調制器。京東方科技集團股份有限公司的CN106019736A通過兩對相對設置的陣列基板和盒基板來有效提升3D影像的分辨率。京東方科技集團股份有限公司在CN107561721A中還提出了基于OLED來形成立體顯示器件，可以實現高分辨率的真3D顯示功能。

圖1 提高3D顯示分辨率的技術演進

4 結束語

目前，自由立體顯示技術處于快速增長期，專利申請人主要集中在東亞地區，日本以夏普和索尼為代表，韓國以三星為代表，近年來，以京東方、超多維、天馬微電子為代表的中國企業也針對自由立體顯示技術進行了重點研發并申請了大量專利，國內申請人掌握該領域核心技術的情況逐步得到改善。