3D顯示技術在LED顯示屏上的應用分析

寧喜峰

3D顯示技術在LED顯示屏上的應用分析

寧喜峰

（廈門一視科技有限公司，福建 廈門 361028）

隨著現代化科學技術的發展，3D顯示技術逐漸被廣泛應用，尤其是在LED顯示屏上的應用。其能夠在LED顯示屏上顯示出較好的3D圖像，具有極高的性價比。基于此，主要探討3D顯示技術的立體原理以及主動式與被動式應用方式的優勢和缺陷，分析了闡述3D顯示技術在LED顯示屏上的實際應用，旨在為新一代的3D顯示技術應用提供借鑒和參考。

3D顯示技術；LED顯示屏；刷新率；立體顯示

3D顯示技術最開始起源于19世紀末20世紀初，經歷了整整一個世紀的發展，到目前已經被廣泛地應用到投影設備以及電視設備中。本文主要針對主動式3D顯示技術展開分析。LED顯示屏是一種應用三基色發光二極管組成的圖像顯示設備，具有色彩鮮艷、圖像清晰、亮度高、能夠切換高清/超高清顯示的特點，通常被應用于戶外顯示以及舞臺背景等，有效地提高了觀看者觀看圖像的效果和體驗。

1 3D顯示技術的立體原理

3D顯示技術應用到LED顯示屏上有左右眼以及120 Hz處理方式。其中左右眼在LED顯示屏上實現3D技術主要是依靠光柵處理，這種方法即是利用視差障礙的原理來使LED顯示屏上的影像呈現交互排列的形式，然后通過細長的縱列光柵后，可以借助左右眼進行觀看。進入到左右眼的縱向影像會因為視差障礙器而出現分離狀態，也就導致了左眼和右眼所捕捉到的影像會產生微小的偏離效果，如圖1所示，最終在人的大腦內形成立體的三維圖像。但光柵方法在LED顯示屏上的處理方式具有一定的缺陷，如果光柵式顯示器應用的是雙視點技術，則觀看者對應的LED顯示屏的水平像素會大幅降低，而使用多視點技術就會大量地增加應用成本。而120 Hz刷新率的顯示器應用3D顯示技術的主要原理是時間域調制技術，即根據顯示屏顯示圖像刷新頻率的不同，左右眼畫面輪流交替地顯示在LED屏上，利用液晶眼鏡開關造成的時間差，在一定程度上能夠使左眼和右眼進行交替式觀看，兩只眼睛看到對應的圖像，如圖2所示。通常情況下，液晶眼鏡和視頻圖像是同步切換的，切換的速度可達每秒120幀，通過人眼視覺殘留特性的作用，左右眼看到的圖像會在大腦中進行自動合成，從而產生了平面圖像的3D立體顯示效果[1]。這種處理方式相比于左右眼的光柵處理，具有經濟性的優勢。從應用成本的角度上看在LED屏上應用3D技術，利用快門式的處理方法更好。

圖1 偏光式3D技術應用

圖2 主動快門式3D技術

2 主動式與被動式應用比較

由于LED大屏幕的分色方法是色差式3D顯示技術，即可以使用紅藍眼鏡實現人的左右眼交替和疊加觀看圖像，從而能夠實現立體成像。而當前LED屏應用的3D技術主要是主動式快門眼鏡觀看，其具有亮度降低、長時間觀看易疲勞、容易發生串擾現象、對觀看角度要求嚴格、造價高等缺點；而相比之下，被動式具有偏光性眼鏡價格經濟、觀看效果好、亮度環境適應性強等優勢，所以要將被動式應用到LED顯示屏上的3D顯示系統中，根據其分色方法可以實現2D轉化為3D，主要是通過紅藍眼鏡的片源，將紅色部分圖像送到左眼、將藍色圖像送到右眼，即可以在人的大腦中形成具有立體效果的圖像，具有實現方法簡單、應用在LED顯示屏中的成本低等優勢。但在觀看時，左右眼接收到的輸入信息不能保障一致和平衡，在大腦加工后能夠將兩側眼鏡觀看到的信息進行重新整合，長時間觀看下會在一定程度上造成觀看者的視覺疲勞。所以，被動式偏光紅藍眼鏡不能長時間應用。但與主動式相比，被動式是實現簡單、3D效果最佳的LED顯示方法。

3 3D技術在LED顯示屏上的實際應用

3D顯示技術在LED顯示屏上的實際應用是當前的技術發展趨勢。以三星首款電影LED屏幕3D版本為例，其實現了從2D到3D的轉換，屏幕亮度可維持一致，而且還能夠表現出完整的3D字幕，在圖像和其他視覺細節中與其他標準的3D電影屏幕相比具有超高的畫質和清晰度。三星首款電影LED屏幕的3D版本創新性地支持高動態范圍，共有接近900萬個像素，整體LED屏幕高約5.4 m、寬10.3 m，能夠為觀看者帶來非常舒適的立體感受。同時，LED顯示屏具有4k超高清分辨率（4 096×2 160），而且相比于其他普通的電影院標準來說，高出近10倍的峰值亮度提高了觀看者的3D立體視覺感受。

而LG通過在電視液晶面板上增加特殊的精密柱面透光鏡，在經過編碼處理之后，可以將3D視頻影像獨立地傳送到人的左右眼中，從而使用戶無需借助立體眼鏡便可實現裸眼立體感受。而對于眼鏡式3D技術而言，可以分為色差式、偏光式以及主動快門式，形成3D立體圖像。而LG OLED電視則是利用納米級照明技術彌補一般3D電視亮度不足的缺陷，而且LG3D電視的OLED像素采用的是自發光像素，能夠獨立開啟和關閉，即使在黑暗的觀看場景中也能夠比較生動地呈現出更有層次和細節的黑色影像，為觀看者提供深層次的3D電視觀看感受。

4 LED顯示應用

4.1 控制系統設計

3D顯示技術應用到LED顯示屏中，主要是依靠前端主機輸出的DVI信號，而被應用的LED顯示屏也必須具有接收DVI信號的功能，才能夠實現主動式3D顯示技術應用于LED顯示屏。同時，單鏈路DVI信號會受到單路T.M.D.S.的時鐘頻率的影響，而無法傳輸畫面信息，所以，在控制系統中需要利用雙鏈路DVI信號進行傳輸。由于雙鏈路DVI信號具有雙路T.M.D.S.，因此，第一路T.M.D.S.可以用來傳輸奇畫面數據，第二路T.M.D.S.用于傳輸偶畫面數據，再利用2塊數據接收器來對奇偶數據信號進行接收，之后可以經過合成器的合成作用，從而轉換為LED顯示屏的數據信號顯示格式，最后發送到LED平面屏中進行立體圖像顯示。在這一過程中值得注意的是，在合成器傳輸數據信號的過程中，傳輸到LED顯示屏上的數據要采用千兆以太網絡傳輸，要保障能夠與普通顯示屏的傳輸控制系統相適應。具體形式如圖3所示。

圖3 3D顯示技術應用于LED顯示屏控制系統設計

4.2 顯示系統設計

由于主動式3D圖像顯示要借助液晶快門眼鏡才能夠呈現立體效果，但液晶眼鏡存在頻閃和易受其他光源影響的特點，所以，將LED顯示屏放置于戶外更加合適，觀看效果最好。但戶外LED顯示屏的刷新率必須要保持在1 800 Hz以上才能夠有效地避免觀眾在觀看時出現嚴重的閃爍感。而如果在室內觀看3D LED顯示屏則會因為掃面屏的刷新率過低而對立體觀看產生較大的影響；另一方面，在觀看LED顯示屏時觀看者所佩戴的液晶眼鏡的透光度要在60%以內，而且要根據實際情況來調整LED顯示屏的亮度，以此保證人在觀看時LED屏幕所呈現的畫面更加清晰。因此，綜合以上所有因素，可以應用具有脈沖寬度調制功能的恒流驅動芯片，能夠比較有效地解決刷新率的問題，還可以在一定程度上改善普通驅動芯片因刷新率過高而呈現的低灰度顯示效果，可以較為良好地改善3D顯示技術在LED顯示屏上的應用矛盾。

4.3 系統結構框圖

主動式3D顯示技術應用在LED顯示屏上的系統結構框圖如圖4所示。

圖4 主動式3D顯示技術應用LED顯示屏系統結構框圖

觀眾在觀看時佩戴液晶快門眼鏡，即3D眼鏡，并將LED顯示屏放置于室內的有效觀看距離范圍內，然后連接接收發射器的無線同步信號。此時，液晶快門眼鏡也會同步開啟信號開關，觀眾將能夠通過液晶快門眼鏡深度體驗到3D立體觀看效果。同時，從現實的角度思考，在理論上觀看LED顯示屏的人數是不會受到限制的，但基于不同尺寸的LED顯示屏，觀看的效果會有所不同。如果室內的LED顯示屏間距為10 mm，且長度為19.2 m、高度為10.2 m時，在室內空間足夠大的情況下則可以充分地滿足千人次同時觀看應用3D顯示技術LED顯示屏上的高清立體影像。

5 結論

綜上所述，在當前3D顯示技術快速發展的環境中，主動式與被動式3D顯示與LED顯示屏相結合，并在實踐設計中得到了良好效果，而且在電影院、劇院中可以得到有效應用。因此，3D顯示技術在LED顯示屏上的應用是一項創新發展，未來可能出現大量的3D LED顯示產品，雖然當前主動式3D顯示還存在一定的局限性，對應用場所有較嚴格的要求。在未來，被動式3D顯示技術與LED顯示將會更加契合，研發創新型LED產品也將成為相關科研人員的主要努力方向。

［1］王少典.關于3D顯示的研究與應用前景［J］.信息記錄材料，2018，19（3）：91-93.

2095－6835（2020）06－0154－02

TN873

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.06.063

〔編輯：張思楠〕