郭 娟，蔣路帆

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局 專利審查協(xié)作北京中心，北京 100190）

1 裸眼式3D與眼鏡式3D顯示技術(shù)專利申請情況比較

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

就目前技術(shù)的發(fā)展而言，利用輔助工具來實(shí)現(xiàn)3D的技術(shù)較為成熟，分為分色式、分光式、分時(shí)式和頭盔式技術(shù)，在實(shí)際中已得到大規(guī)模應(yīng)用并開始批量投放市場，因此輔助工具式技術(shù)是目前各3D電視生產(chǎn)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(shù)未來進(jìn)一步的發(fā)展。

圖1是立體顯示技術(shù)中輔助工具式、裸眼式技術(shù)歷年申請量分布及比例圖[3]。

通過對比可見：各技術(shù)分支歷年發(fā)展總趨勢大體相似，申請量均呈總體上升趨勢；20世紀(jì)80年代初期至90年代中期，屬于立體顯示技術(shù)發(fā)展初期，其中利用輔助工具來實(shí)現(xiàn)3D的技術(shù)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(shù)快速發(fā)展，申請量呈明顯上升趨勢，在立體顯示領(lǐng)域申請量占據(jù)了主體，無論是申請量還是申請?jiān)鲩L速度都顯著高于輔助工具式技術(shù)。

在立體顯示技術(shù)專利申請構(gòu)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(shù)未來發(fā)展的趨勢。相對于眼鏡式立體顯示技術(shù)，申請人更加重視對市場前景廣闊的裸眼式立體顯示技術(shù)的研發(fā)。

2 裸眼式3D顯示技術(shù)生命發(fā)展周期

通常，某一技術(shù)領(lǐng)域中專利申請人和申請量的年變化數(shù)據(jù)，可以反映這一技術(shù)發(fā)展所處的生命周期情況，包括起步期、發(fā)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(shù)申請人和申請量的年變化數(shù)據(jù)表明，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)處于平穩(wěn)發(fā)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(shù)開始被很多申請人關(guān)注，1991—1999年間進(jìn)入該領(lǐng)域的申請人數(shù)量增長快于申請量的增長，而在1996—2000年間，該項(xiàng)技術(shù)專利申請量陷入停滯，傳統(tǒng)CRT顯示器的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在立體顯示時(shí)掃描控制極其復(fù)雜，進(jìn)而也限制了立體顯示屏幕的尺寸。隨著液晶技術(shù)的發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)在2000—2004年進(jìn)一步發(fā)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(shù)的申請人與申請量的的增長再次放緩，申請人數(shù)量基本穩(wěn)定在250～300件，年專利申請量維持在500～600件。盡管目前該技術(shù)的市場化程度不高，暫且表現(xiàn)出放緩的發(fā)展步伐，但是裸眼式顯示技術(shù)已經(jīng)被當(dāng)前主要的彩電廠商以及面板制造廠商所關(guān)注，并被認(rèn)為是立體顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢。可以預(yù)見，隨著技術(shù)點(diǎn)的突破、市場需求提高以及市場化能力的進(jìn)一步提升，該技術(shù)的發(fā)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(shù)專利分析

3.1 主要技術(shù)分支概述

裸眼式立體顯示技術(shù)按照其實(shí)現(xiàn)方法原理的不同，主要分為光壁障技術(shù)、透鏡技術(shù)、指向光源技術(shù)和多層顯示技術(shù)領(lǐng)域。分別介紹如下：

1）光壁障技術(shù)。也被稱為視差屏障或視差障柵技術(shù)，其原理和偏振式3D較為類似，是夏普實(shí)驗(yàn)室的研究成果。光壁障式3D技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法是使用一個(gè)開關(guān)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?yàn)?0°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(xì)條柵模式，稱之為“視差障壁”。該技術(shù)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(yīng)該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時(shí)，不透明的條紋會(huì)遮擋右眼；同理，應(yīng)該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時(shí)，不透明的條紋會(huì)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(shù)。英文名稱為Lenticular Lens，也被稱為雙凸透鏡或微柱透鏡3D技術(shù)，其最大的優(yōu)勢是亮度不會(huì)受到影響。透鏡式3D顯示技術(shù)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(gè)柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個(gè)子像素，這樣透鏡就能以不同的方向投影每個(gè)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(huì)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(fù)投射視區(qū)，而不是只投射一組視差圖像。

3）指向光源技術(shù)。英文名稱為Directional Backlight，指向光源3D技術(shù)搭配兩組LED，配合快速反應(yīng)的LCD面板和驅(qū)動(dòng)方法，讓3D內(nèi)容以排序方式進(jìn)入觀看者的左右眼互換影像產(chǎn)生視差，進(jìn)而讓人眼感受到3D效果。前不久，美國公司開發(fā)的3D光學(xué)膜，實(shí)現(xiàn)了無須佩戴3D眼鏡即可在手機(jī)，游戲機(jī)及其他手持設(shè)備中顯示真正的三維立體影像。

4）多層顯示技術(shù)。英文名稱為multi-layer display（MLD）技術(shù)，其由美國PureDepth公司研發(fā)，其實(shí)現(xiàn)的原理是通過在一個(gè)顯示器內(nèi)放置兩個(gè)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(gè)移動(dòng)到另一個(gè)顯示面板，使得兩個(gè)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(shù)分支專利申請量對比

圖3是裸眼式立體顯示技術(shù)的各個(gè)技術(shù)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(shù)領(lǐng)域，基于透鏡的裸眼立體顯示技術(shù)的申請量量居首，占據(jù)了各個(gè)技術(shù)分支中的主要地位；光壁障式技術(shù)也有著較大比重，上述的數(shù)據(jù)顯示出在裸眼立體顯示領(lǐng)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(shù)具備一定的市場化前景和潛力，而其它實(shí)現(xiàn)方式目前仍處于技術(shù)演進(jìn)和開發(fā)之中，不具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和市場化的能力和潛力。

3.3 主要技術(shù)分支歷年申請量

統(tǒng)計(jì)主要技術(shù)分支的專利申請數(shù)量隨年代的變化情況結(jié)果如圖4所示[3]。各個(gè)技術(shù)分支的申請總量在2003年超過了400件，并在2006年達(dá)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(lǐng)域無論是從申請總量還是從各個(gè)技術(shù)分支的專利申請都比較穩(wěn)定且非常活躍。

從各個(gè)技術(shù)分支歷年的對比情況來看，在大多數(shù)年份中，基于透鏡式的裸眼立體顯示技術(shù)分支在各個(gè)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(gè)側(cè)面再次印證了在裸眼立體顯示領(lǐng)域的專利申請主要集中在透鏡式和光屏障式技術(shù)中。

4 小結(jié)

立體影像行業(yè)處于技術(shù)發(fā)展期，其中立體影像顯示技術(shù)是研究的熱點(diǎn)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，立體顯示技術(shù)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(fā)力量和資源，因此其代表了立體顯示技術(shù)未來發(fā)展的趨勢。更進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)，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(shù)研發(fā)熱點(diǎn)，該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展迅速。

因此，通過調(diào)查裸眼式3D技術(shù)在專利申請中的活動(dòng)數(shù)據(jù)，不難洞悉該領(lǐng)域呈現(xiàn)出的迅速穩(wěn)步的技術(shù)發(fā)展趨勢。按照目前3D技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新活動(dòng)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(fā)展3DTV需解決的技術(shù)及其應(yīng)用趨勢[J].電視技術(shù)，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(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[3]楊鐵軍.產(chǎn)業(yè)專利分析報(bào)告:第5冊[M].北京：知識產(chǎn)權(quán)出版社，2012.