前言 

　　显示器一直以来是和人们接触最频繁的电子用品，而显示器的进步也代表着人类在追求更真实的视觉享受。从早期的黑白电视到彩色电视，到现在的高画质电视，无一不是追求着更自然、逼真的影像质量。而3D立体显示器的发展也提供了人们更进一步的视觉感官，除了一般的影像与色彩外，更提供了立体空间的感受。人类的大脑可以利用两眼视差(Binocular parallax)，来判断物体的距离感。而这些立体感觉可提供人类在判读影像信息时更高的可靠性，因此，随着显示技术的蓬勃发展，立体影像显示器的应用也越来越多元化。

　　一、立体视觉的原理:

一般而言，立体显示器必须具有两眼视差(Binocular parallax)及移动视差(Motion parallax)的特性[1]，如下图所示。所谓的两眼视差是指观赏者的左眼及右眼有在水平方向约6.5公分的位移(欧美人士的统计结果)，故在观看物体时，由于观看角度略有不同，因此，所接收的影像内容也略有差异。而移动视差则是指观赏者的眼睛位置移动时，由于观赏角度也随之改变，眼睛所接收的内容也有所不同。所以若我们要接受到立体的影像，也就是我们要如何让左眼与右眼分别只接受到有些微差异的个别影像。 

                 两眼视差及移动视差示意图

　　二、3D立体显示技术:

　　3D立体显示技术的发展原始想法也就是来自左右眼分别接受不同的影响。早期的立体影像显示器大部分是戴眼镜的立体显示器，然而，这些立体显示器都需要配戴特殊的仪器，常会阻碍人类的自然视觉，音午近几年来裸眼是的立体影像显示器逐渐多元发展，目前可分为下列几种:

　　(一) 戴眼镜式：

　　1. 偏光眼镜(Polarizing glasses)

　　偏极式眼镜的应用可说是现今大家较为熟悉的，现今的立体电影的放映方式便是利用此一方法。在所配戴的眼镜上左右眼分别使用水平及垂直的偏光镜片。使得一眼只能看见垂直偏振的光另一眼则是水平的。而投影设备则是同时使用两台可以投影出偏振光的投影机。分别投射出水平及垂直的光，分别给左右眼观赏。但缺点则是当头部有微斜时，偏光眼镜往往就会无法完全滤掉另一方向的光。使得眼睛会看到另一眼的影像，有些观众会因此而感到不适。

　　2. 红蓝(绿)眼镜(Anaglyph)

　　早在1850年代Joseph D'Almeida 就是用红绿眼镜来拨放立体电影造成轰动。这是把左右眼的影像用不同颜色画在同一画面中，当戴上红蓝眼镜后，利用颜色过滤的原理，左右眼就看到有角度差异的影像了。但缺点是只能看灰阶或单一色调的画面，是因为颜色会被滤镜滤掉所造成。 

　　3. 快门眼镜(Shutter glasses)

　　在影像拨放时，我们把影像分为奇数影像和偶数影像。其中若我们设定放奇数影像时是给右眼所接受，我们便利用眼镜将左眼遮住让右眼观看。之后再放偶数影像利用相同的原理，如此左右交替便能看到立体影像。这种眼镜本身是利用液晶做成，所以可以控制左右眼的开与关。但缺点是眼镜成本较高。并且一般而言需要使用CRT荧幕。因为LCD荧幕的反应速度往往不够快速。

　　4. 头盔式显示器(Head mounted display)

　　此一方式便是直接在眼镜上分别做两个荧幕直接分别给左右眼观赏，所以只要分别给两边不同的讯号即可。但缺点便是只能单一观众观赏，并且眼镜不管是在造价和重量上都属最贵重的。

　　以上这几种无论成本高低都需要配戴眼镜，但在一般的使用者方面多少都会造成不便的感觉，因此在近几年的技术上均着重于开发不需戴眼镜的裸眼式的3D显示系统。

　　(二) 裸眼式：

　　1. 全像式(e-holographic)

　　主要是麻省理工学院所发展的，是利用红、蓝、绿三色雷射光源，各自经过声光调变器晶体(Acoustic Optical Modulator, AOM)，产生相位型光栅，带着光栅讯息的雷射光经过全像片合并之后，利用垂直扫描镜(Vertical Scanning mirror)及多面镜(Polygonal mirror)，进行垂直及水平的扫描，进而将立体影像呈现出来，其优点为全像片的取得容易且技术成熟，然而，影像大小常受限于声光调变器晶体的大小，且多面镜的扫描速度必须与三色雷射光源在晶体传播速度同步。

　　2. 体积式(Volumetric)

　　德州仪器(Texas Instrument, TI)提出一种利用雷射扫描立体影像显示器，又有人称之为体积式显示器。主要是利用一个快速旋转的圆盘，配合由底下投影的雷射光源，藉由雷射光源投射到快速旋转的旋转面时，会产生散射的效应，以扫描空间中的每一点，其缺点是影像中央必须有一个旋转轴，靠近轴心的影像旋转速度较慢，立体影像较不清晰。

　　                                                        全平面式立体影像显示器

　　                                                        体积式显示器示意图

　　3. 多平面式(Multi-Planar)

　　日本NTT提出一种利用两个重叠的液晶面板，在两个面板显示大小相同的影像，利用物体离观赏者的远近距离不同，会有阴暗及颜色上的差别，进而将前后物体影像重叠在一起，让观赏者产生立体感，其缺点是前后面板的对位困难，且因为是由两个二维影像重叠的结果，所以只有在正视方向观赏，立体效果较佳，其余观赏角度则不易显出立体效果。

多平面式3D显示器示意图

　　4. 2D多工式(Multiplexed 2D)

　　这一两年来各家厂商所普遍采用的方式，是在同一个显示系统上分别提供观赏者左右眼各一个视角不同的平面影像，利用大脑可以将左右眼所看到的不同影像，融合在一起，以产生立体影像的感觉，这种便是所谓立体影像对2D多工的方式。而2D多工式又可再细分为空间与时间多工式。

　　在空间多工式方面，日本的三洋(SANYO)最先提出利用立体影像对的方式来产生立体影像显示系统，是将液晶面板的画素分成若干个奇数画素及偶数画素的影像对，奇数画素影像对提供观赏者一眼的影像，偶数画素影像对则提供观赏者另一眼的影像，而影像对的多寡，则决定了视域的多寡，并利用柱状透镜(Lenticular lens)将光线分光，进而将奇数画素与偶数画素的影像，分别投影至观赏者的两眼，因此产生立体的影像。而近年来飞利浦(Philips)公司则是最积极投入此一技术的公司，也是利用相同的方式制造立体影像对，但其柱状透镜内部有注入液晶，因此便可以利用电场控制其柱状透镜的聚焦特性，而便于2D/3D的切换。所以但缺点在于柱状透镜与液晶面板的对位必须十分精准，才能使奇数画素对及偶数画素对的影像准确地投影至观赏者的左右眼，但由于制作柱状透镜时的误差，常会使透镜表面不易平整，容易产生散射，此外，柱状透镜的间距(Pitch)在面板的中央及边缘大小不一，都会造成部分模糊的立体影像。　　

　   
柱状透镜与视差遮蔽示意图

　　    除了柱状透镜，日本Sharp与韩国三星公司则皆是利用视差遮屏(Parallax barrier)来进行分光。所谓的视差遮屏，是以黑色与透明相间的直线条纹，将其置于离液晶面板一小段距离，让观赏者的其中一眼只能看到液晶面板奇数画素对，观赏者另一眼则只能看到液晶面板偶数画素对。通常为了能够进行二维/三维(2D/3D)影像的切换，所以是利用另一片的液晶面板来当作视差遮屏，当要显示二维影像时，第二片的液晶面板会呈现亮态(Bright State)，让通过第一片液晶面板后的所有光线都可以通过，而要显示三维影像时，则该片的液晶面板则呈现亮态与暗态(Dark State)相间的状态，相当于黑色与透明相间的直线条纹。

　　   但这种方式的缺点为当光线通过黑色的直线条纹区域时，由于光线被吸收，在二维影像切换成三维影像显示时，亮度会减少一半以上，因此，有人利用铬与铝上下两层接合的直线条纹来取代黑色的直线条纹，当光线打到原本黑色条纹的区域时，会因铝层的作用，使得光线被反射回原本光源处，能够再利用，而不会被吸收，因此，影像亮度便可以提升。除了制造过程中对位困难之外，这些方式仍然有一个共同的缺点，由于液晶面板的画素被分成若干个奇数画素及偶数画素影像对，为了能够让立体影像可在更多角度被观赏到，所以多个视域将使得三维影像的分辨率(Resolution)变成二维影像的一半以下，甚至更少，端看所区分的视域多寡，而且，当观赏者的双眼，稍微错位一个画素的位置，原本投影至左眼的影像，便会投影至右眼，而原本投影至右眼的影像，会投影至左眼，进而使大脑无法融合影像产生立体感觉，此种现象称为错觉视域效应(Pseudo viewing zone effect)。所以也往往无法提供多人同时观赏。   

相较于空间多工的方式，时间多工具有分辨率在进行二维/三维(2D/3D)影像的切换时，不会减少的优点，同时，也不需要严格的对位，因此，提供了另一种产生立体影像的显示方法。所谓时间多工是指，在某一个时间点，立体影像显示器将影像投影到观赏者的左眼，在下一个时间点，则将影像投影到观赏者的右眼，当左右眼的影像切换够快时，大脑将不会感受到影像的切换，而形成左右眼的影像为视角稍不同的立体影像对。交通大学与友达光电共同开发了左右两个光源快速切换的背光源系统，配合快速切换的液晶层时，将可使成对的立体影像交替投影到左眼或右眼，以形成具有高分辨率的立体影像。另一方面，如果两个光源同时亮，又可以切换成二维影像显示器。不过此以技术仍需要有快速反应的液晶显示器搭配方可呈现最佳的显示质量。

　　三、结论：

　　综观以上的技术，目前所提出的各种方式都仍有其优缺点，但随着时间的进步，这些问题也渐渐的被解决；正如当初的彩色显示器代替了黑白显示器、LCD代替CRT一样，随着显示技术的革新，没有辅助设备的3D显示技术代替平面显示技术将是必然趋势。

　　在推广3D显示器方面，日本以显示器厂商为主，联合硬件制造商、软件发展商等70多家公司成立了“3D联盟”，共同研发3D显示技术的产品和应用；韩国政府提出了“2010年3D视觉”政策，计划到2010年，实现大多数显示产品和记录设备与3D立体格式的转换。目前，3D显示技术有着非常广阔的市场前景。除了在医疗、科研、教学、军事等专业领域外，在奢侈品以及文物艺术品展示、会展、大企业形象展示、新媒体等各领域都正在发挥其独特的视觉作用。我们相信3D立体显示最终仍会普及至每个家庭中，甚至能做到观赏者与立体影像互动，使得大众更能深刻体验到身历其境的感觉。