了解OLED显示屏的材料和发光过程

OLED（有机发光二极管）利用了电子发光的特性：当电流通过时，某些材料会发光。而且从每个角度看，都比液晶显示清晰。

（一）OLED的结构

OLED最简单的形式由一个发光材料层组成，嵌在两个电极之间。输入电压时载流子运动，穿过有机层，直至电子空穴并重新结合，达到能量守恒并将过量的能量以光脉冲形式释放。这时其中一个电极是透明的，可以看到发出的光，通常由铟锡氧化物（ITO）组成。

OLED显示材料：光的颜色与材料有关。一种方法是用小分子层工作，例如铝氧化物。另一种方法是将激活的色素嵌入聚合物链，这种聚合物非常容易溶化，可以制成涂层。

OLED效率更高：电子流和载流子通常是不等量的，这意味着，占主导地位的载流子穿过整个结构层时，不会遇到从相反方向来的电子，能耗投入大，效率低。如果一个有机层用两个不同的有机层来代替，就可以取得更好的效果：当正极的边界层供应载流子时，负极一侧非常适合输送电子，载流子在两个有机层中间通过时，会受到阻隔，直至会出现反方向运动的载流子，这样，效率就明显提高了。很薄的边界层重新结合后，产生细小的亮点，就能发光。如果有三个有机层，分别用于输送电子、输送载流子和发光，效率就会更高。

OLED和液晶显示屏（LCD）最大的不同在于，有机发光二极管本身就是光源。在液晶显示中，输入电压不同，微小的液晶会改变方向，它们会使从背景光源发出的白色光穿过或挡住，这一原理也使视角受到了限制。从侧面看效果很差，或根本看不出来。液晶显示如果由于发光的颜色错误会出现像素差错，而在有机发光二极管中这种错误几乎不会出现。

OLED和液晶显示一样，有机发光二极管也有主动和被动阵列的变化。

在被动阵列有机发光二极管中，受电压影响，通过行数和列数显示像素的位置。而在主动阵列的有机发光二极管中，电子的回流面积作为感光底层，每个像素至少可以通过两个晶体控制。

OLED技术可以分为小分子和高分子两种主要类型，其结构也并不相同。但是，无论是小分子OLED，还是高分子OLED在薄而透明的具有导电性能的氧化铟锡（ITO膜）阴极与金属阳极之间都有一个有机发光材料层——这是一种类似于汉堡包形状的、夹心蛋糕式的结构。这个结构层中包括了：空穴传输层（HTL）、发光层（EL）与电子传输层（ETL）。

其中，阴阳两极构成一个标准的晶体二极管的结构，具有单向导电性，OLED发光本质是电流驱动的。当电力供应至适当电压时，正极空穴与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，依其发光层配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色，构成基本色彩。

具体而言，当组件受到直流电（Direct Current；DC）所衍生的顺向偏压时，外加电压能量将驱动电子（Electron）与空穴（Hole）分别由阴极与阳极注入组件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子-空穴复合（Electron-Hole Capture）。——实际上真正移动的是电子，电子对空穴的填充，可以看做是空穴的移动：这也是典型的PN结晶体管工作方式。

电子移动过程中，电子填充到空穴位置的整个过程，相当于电子获得能量（电能）并飞离原来原子的附属，然后被空穴捕获，并释放出原来获得的能量（光能）。这一过程中若电子自旋（Electron Spin）和基态电子成对，则为单重态（Singlet），其所释放的光为所谓的荧光（Fluorescence）；反之，若激发态电子和基态电子自旋不成对且平行，则称为三重态（Triplet），其所释放的光为所谓的磷光（Phosphorescence）。

无论是荧光还是磷光状态，当电子的状态位置由激态高能阶回到稳态低能阶时，其能量将分别以光子（Light Emission）或热能（Heat Dissipation）（OLED物质分子团的振动）的方式放出，其中光子的部分可被利用当作显示功能，如图11-53所示。

图11-53　OLED结构

OLED的发光过程如图11-54所示。

图11-54　OLED的发光过程

OLED的发光过程可以分为以下几步：

a.OLED设备的电池或电源会在OLED两端施加一个电压。　

b.电流从阴极流向阳极，并经过有机层（电流指电子的流动）。

c.阴极向有机分子发射层输出电子。

d.阳极吸收从有机分子传导层传来的电子，这可以视为阳极向传导层输出空穴，两者效果相等。

e.在发射层和传导层的交界处，电子会与空穴结合。

f.电子遇到空穴时，会填充空穴（它会落入缺失电子的原子中的某个能级）。

g.这一过程发生时，电子会以光子的形式释放能量。

h.OLED发光。

其中，光的颜色取决于发射层有机物分子的类型；光的亮度或强度取决于施加电流的大小。电流越大，光的亮度就越高。OLED分子是依靠接收的空穴电子对的数目来发光，电流大意味着同时移动的电子和空穴数目多——这是一种典型的电流驱动模式。

（二）OLED驱动

一般来说，OLED完整的驱动显示系统，除了由像素单元电路构成的矩阵显示屏以外，还应该包括驱动IC（行、列控制/驱动电路）、单片机控制电路等，如图11-55所示。

图11-55　OLED驱动显示系统构成

OLED驱动方式分为无源OLED（PMOLED）驱动方式和有源OLED（AMOLED）驱动方式。无源OLED属于电压驱动型，驱动方式比较简单，驱动视电流决定其灰阶，在小尺寸、普通显示产品上，分辨率和画质不错，但要实现大尺寸、同时要减少电量消耗、延长电池使用时间，就必须考虑使用有源OLED驱动方式了。有源OLED属于电流驱动型，电流整流性较无源OLED驱动方式佳，且不易产生漏电。同时使用低温多晶硅（Poly-si）TFT技术时，电流可以产生阻抗较低的小型TFT，符合现今OLED显示器大尺寸、大屏幕的需求。

六、立体显示技术

与二维显示相比，立体显示技术的诞生解决了虚拟现实领域的视觉显示问题，能在一定程度上给观察者以身临其境的感受，可以真实地重现客观世界的景象，表现图像的深度感、层次感和真实性，它的应用领域非常广泛，如医学、建筑、科学计算可视化、影视娱乐、军事训练、视频通信等。

人们早就知道两眼视差在立体感中起到的巨大作用，利用这一作用制作立体图像的历史也很早。窥视镜方式的立体照片于19世纪80年代问世，众所周知的视差栅Par-allax Barrier方式和条形透镜（LenticUlar Lens）方式也在20世纪初作为立体照片提出了方案。动画立体显示的研究也早就在进行，立体电影在1889年的巴黎万国博览会上问世后，就开始研究立体照片方式、偏振光眼镜方式等各种眼镜方式的立体显示。全息图像被认为是终端的立体显示，它的基本原理发明于1948年。可以说，立体显示的基本思路在20世纪中叶就已经基本形成。

（一）立体显示原理

立体显示是利用人眼的三维立体视觉特性来产生立体图像的。

1.三维视觉特性

人们通常总是双目观看物体，而由于两只眼睛视轴的间距约65mm，左眼和右眼在看一定距离的物体时，所接收到的视觉图像是不同的，因而大脑通过眼球的运动、调整，综合了这两幅图像的信息、产生立体感。在单用左眼和右眼观看物体时，所产生的图像移位感觉称为视差。左眼和右眼最小的图像移位感觉值是用视觉深度阈值来表示的，视觉深度阈值如图11-56所示。

β1和β2各为P点与Q点至左右眼之间的夹角。经实验测定夹角为10"～20"。若该值再小，人眼就会失去视差感觉。这就是为什么人们在看远处景物时，不易判断物体前后位置，缺乏立体感的原因，所以说人的立体视觉是有限度的。由图11-56得下式：

β1-β2=α1-α2≈[a/D）-（a/（D+ΔD）]≈ aΔd/D²（rad）

公式中，a为两眼的视轴间距；D为视距深度辨别阈。当β1=20"，a=65mm时，眼睛正前方有视差感的距离为0.67km。在没有任何工具下，人眼可看到立体物体的最远距离不超过1km。

人的立体视觉还不是绝对靠视差。一只眼睛的人同样能判断物体深度和距离，但主要是靠光线明暗，物体的相对尺寸、清晰程度、运动速度等来进行判断的，例如，只有一只眼睛的人在观看物体获得立体感的过程中，往往是通过。把头稍稍偏侧一下，来获得2个或2个以上位置的图像信息存储于头脑。即使头不偏，但因为背景中不同距离和层次的物体的运动，如人走动、汽车行使、树木摇晃、流水……也会获得2个或2个以上位置的图像信息。把眼球视线凝视于一点或一小区域后，利用眼睛上下左右转动来对物体上下、左右、前后扫描观察，以便使物体能在眼球运动、肌肉做功过程中，获得多幅稍有差别的物体图像信息。通过长期以来所积累的观察事物的经验进行判断等就足可获得立体感。从而可见，两只眼睛观察观看同一物体的视觉信号，可以获得立体感；而用一个眼睛对同一物体从两个稍有差别的观察点来获得图像信息，也能使人获得立体感。双目立体视觉如图11-57所示。

图中，设有两个完全相同的摄像机，两个图像平面位于同一平面Q，两机坐标轴平行，与x轴重合，两机在x方向间距为基线B。场景中特征点P在两个图像平面中的投影点GL、GR称为共轭对，即一个投影点是另一个对应。两幅图重叠后，共轭对之间位置差XL-XR为视差。设坐标系原点在左透镜中心，依据相似三角形关系有：

X/Z=XL/F和（X-B）/Z=XR/F

求得：Z=BF/（XL-XR）

图11-56　视觉深度阈值示意图

图11-57　双目立体视觉示意图

由此可见，物体的深度信息就是通过视差来恢复的，视差越大说明物体离透镜的距离越近；反之，则越远。利用有双镜头的立体摄像机即可获得立体图像。

2.立体视觉形成

立体电视是以人的双眼立体视觉机理为依据的，立体视觉形成示意图如图11-58所示。

通过双眼水晶体和黄斑中心的左右视轴在水平方向上的间距叫目基，约为58mm～72mm。当双眼观察近距离景物时，如景物处于S点位置，左右视轴就在该处交叉会聚，眼球就会通过不断改变水晶体曲率和瞳孔的大小来适应变化的景物。由于目基的存在，左眼与右眼对同一景物的某一细节即位置、角度等的观察点是不同的，因此从微观角度来说，景物细节的图像在两眼视网膜上的投射点是不同的，即观察到的是两个图像，大脑通过眼球的运动，调整综合这两幅图像的信息，就会形成反映景深的立体视觉。

根据实测，人眼视差检测极限约为5″～10″的角度。若该值再小，人眼就失去了视差感觉。实验表明，人眼有正常视差感的距离为250m左右，当视距超过此数值后，不易判断景物的前后位置，失去了立体感。可见立体电视系统应是人眼双目视觉效应的直接模拟。

人眼的立体视差是绝对靠视觉，一只眼睛同样能判断景物的深度和距离，但主要靠光线明暗、物体的相对尺寸、清晰程度、运动速度以及眼球的转动等来进行判断。不过这是依据单眼即时视差原理构成的另一种立体电视系统了。

3.立体电视制式

根据人眼立体视觉的特性，实现立体电视可分为两大制式。

（1）视差制式立体电视

利用两眼的视差特性，使一对视差信号的两幅图像同时出现在屏幕上，让两眼分别观看这两幅图像来获得立体感觉。

具体做法是在发送端用两台摄像机，模拟人的左、右两眼进行摄像，产生一对视差图像信号，编码成一路信号进行传送，如图11-59所示。

图11-58　立体视觉形成示意图

图11-59　立体高清摄像机

接收端解码成两路信号，在屏幕上同时显示两幅图像，由人的两眼分别观看，从而获得立体感。

视差制式立体电视必须佩戴特种眼镜。

（2）时差制式立体电视

利用一只眼睛也能获得立体感的特性，将一对视差信号的两幅图像先后轮流显示在屏幕上，从而获得立体感觉。

在发送端也是利用两部摄像机获得一对视差图像信号，用一条信道以适当速率顺序交替传送。在接收端使这一对视差信号所形成的两幅图像，按发送端传送的顺序，先后轮流显示在屏幕上，人眼就能看见立体彩色图像。

时差制式立体电视不需要佩戴特种眼镜，用普通彩色电视机就可以看到立体彩色图像。关键是要在前端系统进行必要的改造和添置设备。

4.立体电视成像技术

立体显示的关键技术是视频显示。视频显示40Hz以下将形成频闪，使节目不能观看；80Hz～100Hz将能正常显示；达到140Hz是最理想的。随着100Hz电视机的出现，频闪问题将不复存在。

立体电视的立体信号有多种规格，如表11-5所示。

表11-5　立体信号规格

（1）视差制式成像技术

方法有色分法、光分法（偏振光法）、时分法、全息法等。

色分法。又称为补色法。在接收机屏幕上用两种互补的颜色分别显示供左右两眼观看的图像。观看时要戴有色眼镜，使左眼只能看到一种单色图像，右眼只能看到这种单色图像的补色图像，两幅图像在大脑中能合成一幅彩色立体图像。

光分法。将左右两幅图像分别用偏振方向正交的两路偏振光投射到人眼，观看时戴上一副能透过偏振光的眼镜，使两眼分别看到各自所需的图像。显示器由两个显像管组成，在每个显示屏前加一块只能透过一个方向偏振光的偏光板，两个显示屏的夹角为90°，它们发出的偏振光通过与两个显示屏都成45°角的半反射镜投射到观看者的眼镜上，形成立体图像。

时分法。以一定速度轮换传送左右眼图像，显示屏上也轮换显示左右眼图像。观看者需戴一副液晶眼镜，眼镜用一个与发送端同步的开关控制，当左眼图像出现时，左眼镜的液晶透光，右眼镜的液晶不透光；相反，当右眼图像出现时，右眼镜的液晶透光，左眼镜的液晶不透光。左右两眼只能看到各自所需的图像。

以上方法都需戴眼镜观看，容易引起眼睛疲劳，因此观看时间不能过长。

全息法。是一种采用全息摄像的三维立体电视技术，这种立体电视节目可以从各个角度观看，甚至可以围成一个圈观看。

（2）时差制式成像技术

这是一种很有发展前途的立体电视技术，只在电视台进行必要改造，而在接收端不用眼镜，用普通电视机就可以接收立体电视节目。

立体化技术的研究热点是不戴立体眼镜即可观看立体节目的“自动立体显示技术”。立体化技术应不依靠视觉假像，而让图像随着观察角度的不同而变化，从任何角度都能看到立体图像。

（3）全息成像技术

全息技术最早用在照相上，是利用光的干涉原理，把物体特有的光波信息记录在感光材料上，经过显影定影处理后，得到一张全息图。这张全息图上是没有图像的，要想看到图像，就要使光波重现。重现的图像与原物一模一样，如同透过窗口观看外面的景物一样。移动眼睛可以看到物体的不同侧面，观看前后不同距离的景物时，效果更加出色。

全息电视是智能控制型、大屏幕平板式、高像质数字式、环绕多声道保真立体声、多功能综合型立体电视系统。

5.立体电视显像制式

立体电视显像端必须分别显示左右两个图像，确保左眼只能看见左图像，右眼只能看见右图像。

（1）偏光双路制

由两台普通摄像机并列摄像，并分两路进行信号传送，在接收端用两个显像管分别显示两路视差图像信号。由于这两路信号在摄像时，镜头前装有互为正交的两个偏振镜，所以在观看时只要戴上一副互为正交的偏振眼镜，就可以使左右两眼分别只看到左右摄像机摄取的图像信息了。由于采用两个显像管，所以其结构较为特殊。

两个显像管被放置成互相垂直，图像依靠一种半透明的镀膜反射玻璃进行图像合成，这样即可使观看者的双眼通过偏光眼镜分别观看两个显像管的图像了。

偏光双路制的缺点是要占用两个传送通道（或电缆），因此该系统的工作带宽比普通电视要宽一倍。又由于要用两个显像管，并需要专门的镀膜玻璃和偏光眼镜，因此结构较复杂。

这种方式不能兼容现有电视系统。

（2）混合编码制(www.xing528.com)

采用左、右两台稍稍分开的摄像机同时进行拍摄，并使两台摄像机的信号保持同步。视频输出分解为RE、GE、BE和R（右）、G（右）、E（右），并将RE、G（右）、E（右）三路信号进行混合编码，形成PAL制彩色电视信号，然后发送出去。接收端使用普通电视机接收。在信号传送过程中可用现有广播电视设备进行处理、存储、特技制作以及传输、接收、显示。观看时只需戴上红色和青色的滤色眼镜，便可以看到立体彩色图像了。

基本原理。取左路摄像机的R信号（其中包含了左路图像的几何信息和红色色度信息），再取右路摄像机的G、B信号（其中包含了右路图像的几何信息和绿色、蓝色色度信息），然后对两路R、G、B信号进行混合编码，形成PAL制彩色全电视信号。当戴上红色和青色的滤光镜观看屏幕时，来自左右两个不同角度的两幅图像的几何信息在大脑视觉神经中构成立体几何图像。进入左眼的红色信息和进入右眼的绿色、蓝色信息在大脑视觉神经中恢复景物色彩，从而形成完整的彩色立体图像。

这种方式能兼容现有电视系统。

（3）滤色眼镜

镜片玻璃选用高透射率的光学玻璃。

左眼为红色滤色镜，右眼为青色滤色镜（绿色+蓝色）。

镜架采用封闭式，以便消除背景光在镜片上造成的光干扰影响。

6.立体电视显示技术

目前世界上居于前列的立体显示技术有。美国DTI公司的“自动双重拷贝（Auto Stereoscopics）”技术、飞利浦-夏普公司的“三维液晶显示（3D LCD）”技术、三洋电机的“图像分割棒（Image Splitter）”技术和三星电子的“多透镜”技术等。

（1）自动双重拷贝技术

美国DTI公司将LCD的像素矩阵分成奇数列和偶数列，奇数列上只是显示左眼可以看到的图像，偶数列则显示专门针对右眼的图像，人脑根据这两幅图像的微小差异来获得三维视觉享受。这种技术的关键在于DTI 3D显示器采用的特殊结构。

LCD显示器无法自主发光，要实现显示就必须借助背光将像素照亮才行，如果背光照不到，屏幕就会呈现黑屏状态。如果能精确控制背光的射向，再加上光学设备的辅助，就可以实现奇数列图像和偶数列图像分别被左眼和右眼所看到。DTI沿着这个思路，在标准LCD背光板与LCD液晶板之间添加了一个额外的光学仪器扭曲向列型（TN：Twisted Nematic）板，该TN板上的垂直区块会根据显示任务的情况来照亮奇数或偶数的区块，并以60帧/s的速度高速刷新。此外，在TN板与LCD板之间还有一个特殊的透镜单元，通过透镜的折射可以让指定的图像进入到左眼或右眼。这样，人的大脑就会以为是在看一个具有深度的真实世界。

飞利浦-夏普公司的技术方案也采用TN板液晶开关来控制背光的通断，但两幅图像产生的机理以及透镜的位置都与DTI的方案有所不同。

（2）3D-LCD显示技术

飞利浦-夏普公司的3D-LCD显示器的关键部分可以分成4层结构。最上部为关键的光学凸透镜层，再依次是顶部玻璃基板、LCD单元层和底部基板。从正面看，所看到的就是纵向密布的许多凸透镜柱，紧密地附着在顶部玻璃基板上。LCD单元层中每一个格子代表一个像素，每个像素又包含一定数量的子像素。而每个像素表示的是所显示物体的一个立体点，会分别落在观察者左眼或右眼上。由于光学凸透镜的焦距刚好落在LCD单元层上，这样，外界的平行光线经过凸透镜后可以聚焦在LCD单元层，光线的方向不同，聚焦在LCD单元层的位置就不同。根据光路可逆原理，每个LCD像素所发出的光经过凸透镜的折射后都会变成可进入人眼的平行光。不同子像素发出的光线方向不同，通过对透镜的精确设计可以让这些光线分别被用户的左眼或右眼所观察，这样就可以看到非常真实的立体效果。

（3）图像分割棒技术

三洋电机是在画面上设计多个条状遮光的“图像分割棒（Image Splitter）”，使用户的左眼和右眼只能看到指定的图像。三洋电机开发专门的“头部跟踪系统”，可以自动侦测到用户头部的位置，并且根据反馈信息来调整“图像分割棒”，这样即使用户的头部移动到了3D可视区域之外，显示器也会自动调整“图像分割棒”的开口，让用户获得不折不扣的立体视觉。三洋电机还将“图像分割棒”和液晶面板在纵向上分为16个区域，根据用户所处的位置来调整各个区域的“图像分割棒”以及液晶面板，使前后方向的立体可视范围得到扩大。

（4）多透镜技术

三星公司借助多透镜（Lentic Ular Lens）技术来控制左右图像的射向。多透镜屏由一排垂直排列的半圆形柱面透镜组成，由于每个柱面镜头的折射作用，使右眼图像聚焦于观看者的右眼，左眼图像聚焦于观看者的左眼，由此产生立体视觉，如图11-60所示。

三星公司多透镜的特点是产生的图像丰富真实，较适合大屏幕显示，加之运用最精密的成形手段，可使每个透镜的截面达到微米级，可支持更高的分辨率。而借助先进的数字处理技术，又可以将色度亮度干扰大为减少，有效提高立体图像的质量。这些技术手段，使制造出基于多透镜技术的高清晰立体电视机成为可能。

图11-60　多透镜技术示意图

（5）全景立体技术

美国ActUality Systems公司开发的“Vol Umetric 3D Display”是一种可360°全景任意观看的3D显示器。其主体部分是一个直径为10英寸的球形显示器，可以从任意角度，水平360°，垂直270°观看完全虚拟现实的真实效果。使用一套特殊的光学机械系统实现立体显示，所显示的3D图像由9000万像素构成。生成这样真实的3D物体需要使用专门的渲染算法。

7.立体电视系统

立体电视系统主要由新型立体摄像机和立体显示设备组成。

（1）立体摄像机

立体摄像机具有双镜头、综合计算机、测控、图像处理技术，拍摄过程符合人的视觉机理。

（2）立体显示设备

立体显示设备。分时或同时输入左右图像，采用光学技术，实现左右图像以正确的视差投射到人的双眼，不用戴眼镜即可在屏幕前直接看到立体图像。

全制式彩色立体电视接收机一般技术标准。既有普通电视机的全部功能，又可接收时分制立体电视节目；扫描频率可支持100Hz～120Hz、50Hz逐行扫描、60Hz逐行扫描；具有将平面电视图像转换成立体电视图像的功能；内置大功率红外信号发生器，发射距离远，发射角度大；观众可以佩戴红外遥控液晶眼镜观看立体节目，轻便舒适；内置嵌入式浏览器，内置56bit/s Modem和10M以太网卡；屏幕尺寸为32英寸，具有16：9、4：3两种显示切换；电源。电压150V～260V，50Hz；最大电源功率为230W。

高清晰立体电视机采用高清晰电视信号处理器，将视频信号的模拟和数字处理功能集成到单一芯片之中，使用逐行精细扫描技术，提供数字影院般绚丽的电视画面。支持国际标准的高清晰视频信号输入，采用纯平精密显像管，逐点再现精彩画面。

高清晰立体电视机采用高清晰立体电视处理模块，支持两种空分立体节目格式，支持将普通电视节目实时转换成立体效果。在高清晰的720P以上输入信号，更能提供完美的立体显示效果。

高清晰立体电视机采用半透明的图形化菜单界面，操作简洁，方便实用。数字电视机顶盒的广泛使用、输入电视机的信号种类多的特点，提供了“一键机顶盒”“一键高清晰”“一键计算机”的快捷遥控按键。一种典型高清晰立体电视机参数如表11-6所示。

表11-6 　高清晰立体电视机参数

续表

8.全息电视技术

（1）全息电视

全息电视（Holographic Television Holotv，HTH）又称为三维虚拟电视、全息立体电视。

全息的定义为“一个系统原则上可以由它的边界上的一些自由度完全描述”。全息是基于黑洞的量子性质提出的一个新的基本原理。

全息技术是实现真实的三维图像的记录和再现的技术。由全息技术描绘的图像称为全息图或全息图像。与其他三维图像不一样的是全息图提供了视差。视差的存在使得观察者可以通过前后、左右、上下移动来观察图像的不同形象，好像有个真实的物体在那里一样。立体电视STV和全息电视HTV正走进现实。

（2）全息电视特点

①形象逼真。

②高清晰。观察一个DNA结构，前后左右上下清晰逼真，如同自己是其中一分子。

③多角度。全息影像技术已经可以让一幅静止的画面以三维形式呈现在人的视觉空间。坐在客厅的一把椅子上，面朝大屏幕电视，无论想从哪个角度观看哪个角落播放的剧情，电视都可以满足要求。电视画面还有纵深感和立体效果，产生身临其境的感觉，剧中人物完美得如同真人活动在身边。有的可水平360°、垂直180°观看。

④穿透力。全息技术能在时间、空间上创造影像，极具穿透力，富有变化。任何一个人都可利用全息技术，在虚无的空间创造一个虚拟的影像；任何一个人都可瞬间变出和消失一架波音737或从长城里钻进钻出。全息影像技术应用到军事可虚拟一架战机、一艘战舰，甚至一个基地、一个战场。

（3）全息电视技术应用

①三维全息电视。观看篮球赛，不能将赛场的全部场景尽收眼底，但大屏幕全息电视，就能看到整个赛场，而且不必离开座椅就能改变视角和视野范围。

美国达拉斯实验室的哈罗德·加纳是德克萨斯大学西南医学研究中心的医学博士、等离子物理学家和生物化学家。他制造的样机是世界上第一台真正能显示全息影像的三维电视。

哈罗德·加纳最早接触到广泛应用在高端视频投影机上的数字微镜芯片（DMD）。加纳研究的最大突破在于用激光取代了传统的投影灯泡来照射DMD。他使用DMD来分解一系列二维的干涉图案，再将图像反射出去，产生三维全息图像。

加纳研制出一种由多层超薄液晶面板组成的显示装置，液晶面板会随着电流的不同在透明和不透明两种状态之间以极快的速度转换，从而形成全息图案。由于转换的速度远高于人眼的反应速度，看到的就是连续而清晰的画面了。

加纳的方法传送三维电视信号所占用的带宽不会比现在的电视信号多。用二维干涉图案的方式来传送三维图像，可以直接利用现有的电视网络。只要制作全息图像的节目内容，用一系列摄像机从不同的角度拍摄，再合成全息图像。

②Holoscreen全息电视。2007年1月，美国CLARO推出一款全息技术是透明玻璃的三维立体电视——Holoscreen。Holoscreen运用全息技术，不同于现有的任何一款电视，是全息技术与视觉审美的无暇结合的产物，是立体电视的一个里程碑，电视显示技术的大革命。

Holoscreen全息电视有显示器、后置投影机和一套激光音效系统，其中有两个大玻璃音效发生器。

Holoscreen投影机相当于光波信息记录仪，显示器用来显示全息图。Holoscreen整个屏幕由10mm厚的玻璃制成，面积为1.5m×1.0m长方形。屏幕外面有一透明的材料覆盖，面积比显示屏稍大一点，为610mm×814mm，显示的画面是在半空中。

Holoscreen接收所有输入格式。电视、DVD、录像、个人计算机、笔记本。

Holoscreen有独特的特点。透明的显示可以与周围的环境很好地结合起来。只要是能想到的，如木头、金属、石头、织品、皮革制品等，不论是什么环境，都能保证有很好的亮度与清晰的图像。

③Perspecta全息电视。位于美国马萨诸塞州的Favalora创造的Perspecta 1.9全息电视是一款真正的全方位三维全息电视。Perspecta系统由直径25cm的白色聚合体屏幕制成，安装在1m高的黑色盒子上，方便人们围绕它观看。它看起来像一个水晶球。

Perspecta 1.9屏幕外围包裹着一层透明的聚碳酸酯外壳，并以每秒12转的速率旋转。

实现全息的方法就是通过一个高速旋转的屏幕，让屏幕在面向各个不同方向的时候显示一个物体不同角度的图像。无论走到这个物体的哪个角度，都能看到对应物体的不同角度的映像。

用激光取代了传统的灯泡来照射DMD，使用DMD来分解一系列二维干涉图像，再将图像反射出去，产生三维全息图像。Perspecta的特点是真正实现360°观看，横向360°观赏角度，垂直180°观赏角度，展示景物不同侧面的状态，绝对身临其境的感觉。

（二）立体显示分类

立体显示的分类，既有按照如何利用两眼视差、辐辏、运动视差、焦点调节等人眼空间直觉机能来分类的方法，也有从立体显示硬件构成来考虑按照显示信息来分类的办法。视差信息方式是显示从多个视点所拍摄的视差图像的方式。各视点图像所具有的信息和普通的二维图像完全相同，而三维坐标信息并不是直接记录的。现在已经提出的立体显示方案几乎都属于这一类，可以分为眼镜方式和非眼镜方式（不戴眼镜）。眼镜方式和非眼镜方式又可以按左右图像的显示方式分为空间切割方式和时间切割方式。

眼镜方式中，具有代表性的空间分割方式有窥视镜方式、偏振光眼镜方式、立体照片方式、普耳弗里奇方式，如图11-61所示。

图11-61　偏振光眼镜方式

头盔Heasdset Mode Disploy显示器（HMD）方式按其构造属于窥视镜方式。时间分割方式中，快门眼镜方式已经广为人知，它也有偏振光眼镜方式。由于这些眼镜方式在原理上都是由左右眼观看两种视差图像，所以两眼式是其基本方式。如果结合观看者头部位置检测对图像进行切换，可以隔成能像多眼式那样观看的“HMD”方式等。这类方式正在进行大力研究。

非眼镜方式有视差栅方式、条形透镜方式、全息光学单元（HOE）方式、光源切割方式、积分照相方式等，如图11-62所示。

光源切割方式既可以是空间切割，也可是时间切割。这些非眼镜方式中，观看者所看到的图像是随观看位置而变的，能看到不同图像的区域数取决于视差图像的个数。也可以按照视差图像个数的多少分为两眼式和多眼式，其原理相同。

非眼镜方式又称为裸眼方式。裸眼立体显示器是利用人两眼具有视差的特性，在不需要任何辅助设备（如3D眼镜、头盔等）的情况下，即可获得具有空间、深度的逼真立体影像。画中事物既可以凸出于画面之外，也可以深藏于画面之中，如图11-63所示。

图11-62　视差栅方式

色彩艳丽、层次分明、活灵活现、栩栩如生，是真正意义上的三维立体影像。裸眼立体影像具有真实生动的表现力、优美高雅的环境感染力、强烈震撼的视觉冲击力。这种新、特、奇表现手法的影像产品，广泛应用到广告传媒、展览展示、婚纱摄影、科研教学、游戏娱乐、工业设计、建筑、手机等多个行业。裸眼立体影像产品的出现是影像领域的一次质的飞跃，是影像领域的一项技术革命。

图11-63　裸眼立体影像

图11-64　DFD立体显示方式

纵深信息方式是给x、y坐标所表示的二维信息加上纵深坐标z，并将再现空间内的三维坐标信息全部予以显示，如图11-64 所示。

截面再生方式是其主要方式，但因其信息量大而未得到充分开发，与此相反，有一种给各二维像素信息加上纵深位置来作为立体信息的方式，这种方式在纵深方向上没有拥挤的图像信息，只需要非常少的信息量即可实现。我们把这种方式称之为纵深再生方式，Depth-FUsed 3-D（DFD）方式和可变焦点方式是其代表性的方式。

波面信息方式与以上两类方式有本质的区别。视差信息方式和纵深信息方式都是显示器件像素与再生点一一对应，而波面信息方式可以说各个点的信息记录在记录面的所有位置上，这就是全息，如图11-65所示。

图11-65　波面信息方式

信息再生的时候，通过整个记录面所发出的衍射光的干涉来再现图像。由于信息量大，实用化还需要一段时间。但它的图像质量非常好，正在被作为理想立体显示器而继续研究。

图11-66　套在手指上的传感器

在2010年上海世博会上有一款新颖的裸眼立体电视机，它名为“i3Space”，意思是“我的三维空间”。它的更加新颖之处不只是裸眼立体，而是可以让观看者互动。它不仅可以让你抓住鱼儿，还可以驱走你不喜欢的鲨鱼，真实感相当强。这款电视机是如何让你不仅有逼真的视觉，还具有逼真的触觉呢？这得借助于新奇的互动传感技术。这款立体电视机配备了6个动作探测摄像头，用于监视用户的手指；而手指上安装有夹子状传感器，可和电视机的互动装置相连，如图11-66所示。

当用户手指触摸或碰击图像时，摄像头会监测到手指的运动方向和运动模式，传感器会把手指的力度、伸曲度等数据传输给电视机，电视机根据用户的手指动作让图像做出反应。比如，当鱼儿游过来的时候，用户伸出手指，鱼儿可能受到惊吓跑开了；如果用户两手合作，并且动作准确的话，就可以捉住鱼儿。同时，传感器可以进行双向数据传输。也就是说，电视机不但可以通过传感器感受到手指的动作，也可以让手指感受到图像的质感。比如，当鱼儿游过来时，你双手合作抓住了鱼儿，图像中不但出现鱼儿挣扎的场景，你还可以感受到鱼儿的滑腻润湿的体表。电视机如何能让人有这种奇特感受呢？原来电视机中还有一台微型电脑，它可以处理传感器传输的信息，知道用户在干什么，并产生相应的反馈信息给用户。这种信息可转化为细微的电流，通过夹子传感器上密密麻麻的针眼式触点刺激用户的手指神经末梢，让用户的头脑里产生一种摸到了鱼的感觉。

图11-67　试验者把立体地球图像揪掉一块

此外，用户还可以做出拉扯和压缩的动作，让图像产生变形。比如，一幅立体地球图像在使用者的操控下被压扁和拉伸，有时甚至可以抠下一块来，令人感觉图像中那个地球就像是一个橡胶球。研究人员声称，这种互动电视机不仅仅是用于娱乐，还可以有一些实际用途，比如设计师可以把自己设计的立体影像投射到电视机上，并“亲手”进行修改；雕塑家和画家也可以用这种电视机来修正自己的作品。在一些医院中，医生在正式手术前可以用立体互动电视机做一次虚拟手术，防止正式手术时出错，这对培养实习医生也是大有好处的，如图11-67所示。

这款电视机还有一个好处是可以多人配合观看，从不同的角度看到的立体图像居然不完全相同。这是因为电视机中有多个投影装置，可以产生多角度的影像，这样在对图像进行互动时，可以多人进行合作。这在玩互动游戏中的好处是显而易见的，多名游戏者可以面对一台电视机共同合作完成一款游戏。

立体互动电视的未来可用于设计、雕塑、绘画、手术、帮助视觉障碍者、钓鱼等，如图11-68所示。

研究人员表示，现在的传感器只是一个夹子的形状，而且是套在手指上，给人的感觉还比较有限。将来有望开发出手套状的传感器，这样在捉立体图像中的鱼儿时不只是两个指头捏住，而且可以用手握住。更加先进的设计是穿上传感衣服。这样一来，两地的朋友在通过立体电视机聊天时，不但可以握手，而且可以拥抱。可以想象，在不久的将来，立体互动电视机将改变人们的娱乐、工作和交际。

图11-68　立体互动电视的未来