裸眼式3D電視離我們有多遠？——裸眼式3D顯示技術專利申請發展態勢分析

郭 娟，蔣路帆

（國家知識產權局專利局 專利審查協作北京中心，北京 100190）

1 裸眼式3D與眼鏡式3D顯示技術專利申請情況比較

立體影像顯示技術[1-2]，主要包括兩個種類：利用輔助工具來實現3D顯示和不利用輔助工具來實現3D顯示，即俗稱的裸眼3D。

就目前技術的發展而言，利用輔助工具來實現3D的技術較為成熟，分為分色式、分光式、分時式和頭盔式技術，在實際中已得到大規模應用并開始批量投放市場，因此輔助工具式技術是目前各3D電視生產廠商的必爭之地。但是，輔助工具式立體顯示需要觀看者佩戴眼鏡或頭盔，給佩戴者帶來了不適感，以及額外的開支，這將影響到該技術未來進一步的發展。

圖1是立體顯示技術中輔助工具式、裸眼式技術歷年申請量分布及比例圖[3]。

通過對比可見：各技術分支歷年發展總趨勢大體相似，申請量均呈總體上升趨勢；20世紀80年代初期至90年代中期，屬于立體顯示技術發展初期，其中利用輔助工具來實現3D的技術申請量相對較多并逐步走向成熟；90年代后期開始裸眼式立體顯示技術快速發展，申請量呈明顯上升趨勢，在立體顯示領域申請量占據了主體，無論是申請量還是申請增長速度都顯著高于輔助工具式技術。

在立體顯示技術專利申請構成比例中，裸眼式專利申請量比例多于輔助工具式，代表了立體顯示技術未來發展的趨勢。相對于眼鏡式立體顯示技術，申請人更加重視對市場前景廣闊的裸眼式立體顯示技術的研發。

2 裸眼式3D顯示技術生命發展周期

通常，某一技術領域中專利申請人和申請量的年變化數據，可以反映這一技術發展所處的生命周期情況，包括起步期、發展期、成熟期、衰落期。

本文通過研究1991—2009年間的裸眼式立體顯示技術申請人和申請量的年變化數據表明，發現該技術處于平穩發展期。從圖2[3]中可見，自1991年開始，作為理想3D模式的裸眼式技術開始被很多申請人關注，1991—1999年間進入該領域的申請人數量增長快于申請量的增長，而在1996—2000年間，該項技術專利申請量陷入停滯，傳統CRT顯示器的結構導致在立體顯示時掃描控制極其復雜，進而也限制了立體顯示屏幕的尺寸。隨著液晶技術的發展，該項技術在2000—2004年進一步發展，申請量與申請人的年增長率均超過20%，專利申請量的增長更為明顯。2004年至今，裸眼式技術的申請人與申請量的的增長再次放緩，申請人數量基本穩定在250～300件，年專利申請量維持在500～600件。盡管目前該技術的市場化程度不高，暫且表現出放緩的發展步伐，但是裸眼式顯示技術已經被當前主要的彩電廠商以及面板制造廠商所關注，并被認為是立體顯示技術的發展趨勢。可以預見，隨著技術點的突破、市場需求提高以及市場化能力的進一步提升，該技術的發展活躍程度仍有很大的提升空間。

3 裸眼式3D顯示主要技術專利分析

3.1 主要技術分支概述

裸眼式立體顯示技術按照其實現方法原理的不同，主要分為光壁障技術、透鏡技術、指向光源技術和多層顯示技術領域。分別介紹如下：

1）光壁障技術。也被稱為視差屏障或視差障柵技術，其原理和偏振式3D較為類似，是夏普實驗室的研究成果。光壁障式3D技術的實現方法是使用一個開關液晶屏、偏振膜和高分子液晶層，利用液晶層和偏振膜制造出一系列方向為90°的垂直條紋。這些條紋寬幾十微米，通過它們的光形成垂直的細條柵模式，稱之為“視差障壁”。該技術正是利用了安置在背光模塊及LCD面板間的視差障壁，在立體顯示模式下，應該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼；同理，應該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼的可視畫面分開，使觀者看到3D影像。

2）透鏡技術。英文名稱為Lenticular Lens，也被稱為雙凸透鏡或微柱透鏡3D技術，其最大的優勢是亮度不會受到影響。透鏡式3D顯示技術的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上，每個柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個子像素，這樣透鏡就能以不同的方向投影每個子像素，雙眼從不同的角度觀看顯示屏，能看到不同的子像素。不過像素間的間隙也會被放大，因此不能簡單地疊加子像素。讓柱透鏡與像素列不平行，而是成一定的角度，這樣就可以使每一組子像素重復投射視區，而不是只投射一組視差圖像。

3）指向光源技術。英文名稱為Directional Backlight，指向光源3D技術搭配兩組LED，配合快速反應的LCD面板和驅動方法，讓3D內容以排序方式進入觀看者的左右眼互換影像產生視差，進而讓人眼感受到3D效果。前不久，美國公司開發的3D光學膜，實現了無須佩戴3D眼鏡即可在手機，游戲機及其他手持設備中顯示真正的三維立體影像。

4）多層顯示技術。英文名稱為multi-layer display（MLD）技術，其由美國PureDepth公司研發，其實現的原理是通過在一個顯示器內放置兩個或更多的顯示面板，這些面板之間存在一定的間隔，并且利用處理器、硬件和嵌入式軟件將影像從一個移動到另一個顯示面板，使得兩個面板顯示的是同一幅圖像，但具有不同的景深，使得觀看者在不使用眼鏡的情況下，觀看到的文字、圖像及視頻均具有3D影像的效果。

3.2 主要技術分支專利申請量對比

圖3是裸眼式立體顯示技術的各個技術分支在全球申請的分布情況[3]，從圖中可以看出，在裸眼立體顯示技術領域，基于透鏡的裸眼立體顯示技術的申請量量居首，占據了各個技術分支中的主要地位；光壁障式技術也有著較大比重，上述的數據顯示出在裸眼立體顯示領域，光壁障式和透鏡式是目前申請的熱門和主要方向，表明這兩種技術具備一定的市場化前景和潛力，而其它實現方式目前仍處于技術演進和開發之中，不具備大規模產業化和市場化的能力和潛力。

3.3 主要技術分支歷年申請量

統計主要技術分支的專利申請數量隨年代的變化情況結果如圖4所示[3]。各個技術分支的申請總量在2003年超過了400件，并在2006年達到最大值617件，之后略有下降，但均保持在年度500件之上，顯示出裸眼立體顯示領域無論是從申請總量還是從各個技術分支的專利申請都比較穩定且非常活躍。

從各個技術分支歷年的對比情況來看，在大多數年份中，基于透鏡式的裸眼立體顯示技術分支在各個年份的申請量都是最多的，基于光屏障式的緊隨其后，這也從一個側面再次印證了在裸眼立體顯示領域的專利申請主要集中在透鏡式和光屏障式技術中。

4 小結

立體影像行業處于技術發展期，其中立體影像顯示技術是研究的熱點。進一步研究發現，立體顯示技術中裸眼式專利申請量比例多于輔助工具式，申請人投入了相對更多的研發力量和資源，因此其代表了立體顯示技術未來發展的趨勢。更進一步分析數據，可以更清楚地看到光壁障式和透鏡式是目前裸眼式專利申請的熱門和主要方向,一直是技術研發熱點，該領域的技術發展迅速。

因此，通過調查裸眼式3D技術在專利申請中的活動數據，不難洞悉該領域呈現出的迅速穩步的技術發展趨勢。按照目前3D技術領域的創新活動水平，通過家庭平板電視裸眼觀看3D影像將指日可待。

[1]張兆楊，安平，張之江，等.發展3DTV需解決的技術及其應用趨勢[J].電視技術，2010，34（6）：4-6.

[2]張兆楊，安平，張之江，等.二維和三維視頻處理及立體顯示技術[M].北京:科學出版社,2010.

[3]楊鐵軍.產業專利分析報告:第5冊[M].北京：知識產權出版社，2012.