裸眼式3D电视离我们有多远？——裸眼式3D显示技术专利申请发展态势分析

郭 娟，蒋路帆

（国家知识产权局专利局 专利审查协作北京中心，北京 100190）

1 裸眼式3D与眼镜式3D显示技术专利申请情况比较

立体影像显示技术[1-2]，主要包括两个种类：利用辅助工具来实现3D显示和不利用辅助工具来实现3D显示，即俗称的裸眼3D。

就目前技术的发展而言，利用辅助工具来实现3D的技术较为成熟，分为分色式、分光式、分时式和头盔式技术，在实际中已得到大规模应用并开始批量投放市场，因此辅助工具式技术是目前各3D电视生产厂商的必争之地。但是，辅助工具式立体显示需要观看者佩戴眼镜或头盔，给佩戴者带来了不适感，以及额外的开支，这将影响到该技术未来进一步的发展。

图1是立体显示技术中辅助工具式、裸眼式技术历年申请量分布及比例图[3]。

通过对比可见：各技术分支历年发展总趋势大体相似，申请量均呈总体上升趋势；20世纪80年代初期至90年代中期，属于立体显示技术发展初期，其中利用辅助工具来实现3D的技术申请量相对较多并逐步走向成熟；90年代后期开始裸眼式立体显示技术快速发展，申请量呈明显上升趋势，在立体显示领域申请量占据了主体，无论是申请量还是申请增长速度都显著高于辅助工具式技术。

在立体显示技术专利申请构成比例中，裸眼式专利申请量比例多于辅助工具式，代表了立体显示技术未来发展的趋势。相对于眼镜式立体显示技术，申请人更加重视对市场前景广阔的裸眼式立体显示技术的研发。

2 裸眼式3D显示技术生命发展周期

通常，某一技术领域中专利申请人和申请量的年变化数据，可以反映这一技术发展所处的生命周期情况，包括起步期、发展期、成熟期、衰落期。

本文通过研究1991—2009年间的裸眼式立体显示技术申请人和申请量的年变化数据表明，发现该技术处于平稳发展期。从图2[3]中可见，自1991年开始，作为理想3D模式的裸眼式技术开始被很多申请人关注，1991—1999年间进入该领域的申请人数量增长快于申请量的增长，而在1996—2000年间，该项技术专利申请量陷入停滞，传统CRT显示器的结构导致在立体显示时扫描控制极其复杂，进而也限制了立体显示屏幕的尺寸。随着液晶技术的发展，该项技术在2000—2004年进一步发展，申请量与申请人的年增长率均超过20%，专利申请量的增长更为明显。2004年至今，裸眼式技术的申请人与申请量的的增长再次放缓，申请人数量基本稳定在250～300件，年专利申请量维持在500～600件。尽管目前该技术的市场化程度不高，暂且表现出放缓的发展步伐，但是裸眼式显示技术已经被当前主要的彩电厂商以及面板制造厂商所关注，并被认为是立体显示技术的发展趋势。可以预见，随着技术点的突破、市场需求提高以及市场化能力的进一步提升，该技术的发展活跃程度仍有很大的提升空间。

3 裸眼式3D显示主要技术专利分析

3.1 主要技术分支概述

裸眼式立体显示技术按照其实现方法原理的不同，主要分为光壁障技术、透镜技术、指向光源技术和多层显示技术领域。分别介绍如下：

1）光壁障技术。也被称为视差屏障或视差障栅技术，其原理和偏振式3D较为类似，是夏普实验室的研究成果。光壁障式3D技术的实现方法是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层，利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹。这些条纹宽几十微米，通过它们的光形成垂直的细条栅模式，称之为“视差障壁”。该技术正是利用了安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁，在立体显示模式下，应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡右眼；同理，应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡左眼，通过将左眼和右眼的可视画面分开，使观者看到3D影像。

2）透镜技术。英文名称为Lenticular Lens，也被称为双凸透镜或微柱透镜3D技术，其最大的优势是亮度不会受到影响。透镜式3D显示技术的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上，每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素，双眼从不同的角度观看显示屏，能看到不同的子像素。不过像素间的间隙也会被放大，因此不能简单地叠加子像素。让柱透镜与像素列不平行，而是成一定的角度，这样就可以使每一组子像素重复投射视区，而不是只投射一组视差图像。

3）指向光源技术。英文名称为Directional Backlight，指向光源3D技术搭配两组LED，配合快速反应的LCD面板和驱动方法，让3D内容以排序方式进入观看者的左右眼互换影像产生视差，进而让人眼感受到3D效果。前不久，美国公司开发的3D光学膜，实现了无须佩戴3D眼镜即可在手机，游戏机及其他手持设备中显示真正的三维立体影像。

4）多层显示技术。英文名称为multi-layer display（MLD）技术，其由美国PureDepth公司研发，其实现的原理是通过在一个显示器内放置两个或更多的显示面板，这些面板之间存在一定的间隔，并且利用处理器、硬件和嵌入式软件将影像从一个移动到另一个显示面板，使得两个面板显示的是同一幅图像，但具有不同的景深，使得观看者在不使用眼镜的情况下，观看到的文字、图像及视频均具有3D影像的效果。

3.2 主要技术分支专利申请量对比

图3是裸眼式立体显示技术的各个技术分支在全球申请的分布情况[3]，从图中可以看出，在裸眼立体显示技术领域，基于透镜的裸眼立体显示技术的申请量量居首，占据了各个技术分支中的主要地位；光壁障式技术也有着较大比重，上述的数据显示出在裸眼立体显示领域，光壁障式和透镜式是目前申请的热门和主要方向，表明这两种技术具备一定的市场化前景和潜力，而其它实现方式目前仍处于技术演进和开发之中，不具备大规模产业化和市场化的能力和潜力。

3.3 主要技术分支历年申请量

统计主要技术分支的专利申请数量随年代的变化情况结果如图4所示[3]。各个技术分支的申请总量在2003年超过了400件，并在2006年达到最大值617件，之后略有下降，但均保持在年度500件之上，显示出裸眼立体显示领域无论是从申请总量还是从各个技术分支的专利申请都比较稳定且非常活跃。

从各个技术分支历年的对比情况来看，在大多数年份中，基于透镜式的裸眼立体显示技术分支在各个年份的申请量都是最多的，基于光屏障式的紧随其后，这也从一个侧面再次印证了在裸眼立体显示领域的专利申请主要集中在透镜式和光屏障式技术中。

4 小结

立体影像行业处于技术发展期，其中立体影像显示技术是研究的热点。进一步研究发现，立体显示技术中裸眼式专利申请量比例多于辅助工具式，申请人投入了相对更多的研发力量和资源，因此其代表了立体显示技术未来发展的趋势。更进一步分析数据，可以更清楚地看到光壁障式和透镜式是目前裸眼式专利申请的热门和主要方向,一直是技术研发热点，该领域的技术发展迅速。

因此，通过调查裸眼式3D技术在专利申请中的活动数据，不难洞悉该领域呈现出的迅速稳步的技术发展趋势。按照目前3D技术领域的创新活动水平，通过家庭平板电视裸眼观看3D影像将指日可待。

[1]张兆杨，安平，张之江，等.发展3DTV需解决的技术及其应用趋势[J].电视技术，2010，34（6）：4-6.

[2]张兆杨，安平，张之江，等.二维和三维视频处理及立体显示技术[M].北京:科学出版社,2010.

[3]杨铁军.产业专利分析报告:第5册[M].北京：知识产权出版社，2012.