淺談3D顯示光學膜材料

刊登日期:2012/6/8
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3D 顯示技術歷史
3D 顯示不是近年來才有的新技術,最早可追溯至1838 年Wheatstone 利用兩片可調控角度的楔型鏡子製作的立體圖片觀賞器(Stereoscopic Viewer ,圖一),之後便開啟各種不同的發明; 1894 年William Friese-Greene 設計第一部透過紅綠立體眼鏡觀看的實驗性3D 電影攝影機,為後人尊稱「3D 電影之父」, 3D 影片概念即出自於此;不過第一部正式3D 電影是1922 年才公開商演(The Power of Love);2009 年阿凡達電影出現熱潮,技術從紅綠立體眼鏡(Anaglyph Glasses)大躍進至偏光眼鏡(Polarized Glasses)、液晶快門式眼鏡(LC Shutter Glasses)等。2003 年Sharp 推出首部裸眼3D顯示器,裸眼顯示技術逐漸成為主流。

3D 顯示技術原理
立體影像的複製難度與繁雜度相對要高很多,不同於平面攝影講究的層次感或空間感的表現,立體的重現是令人有浸潤感與虛擬實境感,背後恐怕要有傳統電影五倍的工程團隊才能達成技術需求。以目前電影放映系統至少就有五種(表一),可想見立體技術之五花八門各有巧妙不同。

3D 立體原理是以模擬人的左右眼視物方式,針對靜態的位移視差及動態的移動視差做通盤設計考量。簡單地說,3D 立體技術就是管理左右眼的影像技術,包括營造左右眼分別接受細微差異的個別影像,兼顧相對的視差,而且左右眼的影像要完全分離無串擾(No Crosstalk),左影像只進左眼,右影像只進右眼(圖三)。

3D 光學膜材料介紹
1. 色差型
 (1)紅藍眼鏡(Anaglyph Glasses)
這是歷史最久的立體眼鏡,採用一對互補色的兩種濾光片如紅- 藍(Red-cyan)或洋紅- 綠(Magenta-green),如圖四所示,通常左邊是藍,右邊是紅。當視線通過紅色濾光片,眼睛僅能觀看紅色除外的影像部分,藍色濾光片也有同樣的效果。將拍攝的立體照片透過不同的色彩編碼(Color Encoding)處理即成,如圖五所示 。我們可自由運用一般的彩色玻璃紙,就能立即感受紅藍立體相片的樂趣。


圖六、波長多工的3D 技術

2. 偏光眼鏡型
偏光眼鏡與快門眼鏡都是目前戴眼鏡式立體眼鏡的主流,前者主要是輕薄、成本低廉, AUO (Super3D)、LG 是主要技術支持者。偏光眼鏡立體技術是以正交之偏振光來區分影像,左右眼影像穿插在畫素奇/ 偶數列,再藉由顯示器表面微位相差膜將奇/ 偶數列轉為互相垂直的偏光。熟悉液晶顯示器原理的讀者相信對偏光片的使用原理並不陌生,如圖七所示,光線會阻絕於兩片穿透軸相互垂直的偏光片之外。若右眼影像設計在奇數列,相對左眼眼鏡只會看到黑畫面;反之,偶數列影像則僅見於左眼眼鏡。如此,觀賞者可透過偏光眼鏡分別接收左眼和右眼不同的影像而產生立體視覺感受(圖八) 。


圖八、偏光眼鏡型3D 顯示原理

 (2)微位相差膜
微位相差膜(Patterned Retarder, Micro Retarder)是一張在垂直方向偶數列和奇數列有相位交替的微結構光學膜,可直接黏貼於顯示器外層用來轉換奇偶畫素之偏光性。無論線偏光與圓偏光,所用微位相差膜結構極為類似,如圖九所示。微位相差膜在所有3D 光學膜的製作屬難度較高。前述微位相差膜具有對應像素的奇偶列光學相位交替結構,線偏光型的微位相差膜為0 與λ/2 的相位交替,可使影像分解成一對相互垂直的線偏光影像(圖十)。而圓偏光則以可形成左右圓偏光的交替為主,圖十一說明以λ/4 與3λ/4 的相位延遲交替的結構方式。液晶也是常用來製作微位相差膜的技術,例如日本DIC 利用可聚合液晶進行塗佈與曝光製程製作的線偏光微位相差膜(圖十二);或可利用在奇偶列實施垂直交替的配向處理,可一次性的製作圓偏光微位相差膜(圖十三) ……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者:謝葆如 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌306期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10380


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