一、前言
隨著AI運算、多模態光學預測與多維度光場建模等技術生態系日漸成熟，光場立體顯示技術正成為推動次世代影像革命的核心動力。其具備高擬真、高解析度、高頻寬與全視角等特性，不僅滿足元宇宙在虛實穿梭中的顯示剛性需求，更有望帶動從實體經濟邁向元宇宙數位經濟的新一波發展，進一步催生全像通訊等沉浸式應用的加速落地。光場立體顯示藉由重建光線的方向與強度，模擬人眼在真實世界中觀看立體景象的方式，提供無需佩戴裝置的沉浸式觀看體驗。相較於傳統裸視3D，其具備更自然連續的景深與視差效果，是突破平面顯示限制的關鍵技術。隨著AI PC與終端裝置的普及，光場立體顯示將逐步導入日常創作與工作場景。透過AI晶片實現即時渲染與多視角生成，使用者可在桌面端高效進行沉浸式會議、3D建模、手術模擬、數位孿生視覺化等多元應用，進一步提升創作效率與互動沉浸感。顯示技術發展至今，從早期平面顯示，演進至曲面顯示、軟性顯示與8K高解析大尺寸顯示，雖視覺品質不斷提升，仍受限於平面影像表現力。光場立體顯示的出現，標誌著顯示技術從「畫面呈現」邁向「空間再現」的新里程碑。對台灣顯示產業而言，光場立體顯示技術不僅具備推動顯示與AI產業跨域整合的潛力，更為產業帶來高值化轉型契機。作為連結數位內容與實體空間的關鍵顯示介面，光場立體顯示技術有望成為未來顯示新世代的核心推手，重塑三維視界並引領全球視覺技術潮流。
二、光場立體顯示的基本原理
與傳統的2D顯示器或裸視3D不同，光場立體顯示技術可從多個方向同時發射光線，使觀賞者在不同位置都能獲得對應視角的影像。當人眼接收到方向性正確的光線組合時，便可自然產生立體感、景深與視差，進而實現無需佩戴眼鏡的沉浸式立體觀看體驗。光場立體顯示是一種能夠重建真實世界光線傳播行為的次世代顯示技術。其核心原理在於模擬人眼觀察實體世界時所接收到的完整光線資訊，亦即所謂的「光場」。此光場不僅涵蓋光線的位置與方向，更可延伸為七維資訊的完整描述：包括空間位置（x, y, z）、傳播方向（θ, φ）、時間（t）與光線波長（λ），共同定義了每一道光線在特定時空中的物理特性。
三、光場立體顯示技術架構
1. 微透鏡陣列：將微小透鏡安裝在高解析面板前方，每顆透鏡對應顯示數個子影像，可將不同角度的光線準確導引至觀者眼中，實現多視角輸出。透過微透鏡折射後，觀者從不同角度接收到對應的視角資訊，形成連續的視差與景深感知，適合中小型裝置。其原理為每一顆微透鏡覆蓋下方數個像素，這些像素組合成對應視角的影像，因此可以在不同觀看方向同時呈現不同的畫面。目前技術困難點在於單位顯示面積內需要兼顧解析度與視角數，提升角度解析度通常會犧牲空間解析度。此外，由於每一透鏡後方的像素數決定了角度解析度，而透鏡的數量決定了空間解析度，兩者形成必須平衡的考量。這類系統顯示微透鏡架構可不僅用於裸眼立體，也能應用於視覺檢測與方向性照明等場景。如圖(a)。
2. 多層堆疊式顯示：以多層顯示面板堆疊，重建深度方向的光線強度與角度分佈，適合應用於桌面型高精度裝置。每一層顯示器對應特定的深度切片，由軟體演算法分配光場資訊。通過疊層之間的精準對位與透明控制，觀者可以從不同視角自然感受到物體的三維結構。目前技術困難點在要極高的層間透明度、極薄面板，以及超高幀率同步控制，現階段多應用於高精度的桌面型設備或醫療影像。如圖(b)。此外，目前技術透過乘法層與傅立葉視差層結合的層級式編碼架構，可大幅提升顯示解析度與多視角合成效率。這類方法能更有效地管理不同深度層之間的冗餘與資料壓縮，為未來光場顯示在可攜式設備或多使用者場景中的應用鋪路。
3. 空間光調變器與光場投影：對欲顯示的物體先行紀錄光場資訊並進行渲染，搭配可程控的相位或振幅調變元件，精確控制每一條光線的方向與特性，實現動態或交互式光場生成。適合支援動態、互動式場景重建。可應用大型牆面、會議系統、沉浸式虛擬空間建置。目前技術困難點在對即時渲染運算及超高精度光學控制要求極高。如圖(c)。
資料來源：工研院電子與光電系統研究所ITIS研究團隊整理 (2025/07)
圖1 光場立體顯示技術架構 [1-3]
儘管光場立體顯示技術擁有突破性的視覺體驗，但目前仍存在以下主要挑戰：資料量龐大：需即時處理數十至數百倍於傳統2D顯示的影像資料。運算負荷高：即使搭配現有的GPU，仍難以流暢運作高解析大視角光場影像，急需AI推理、分區渲染技術支援。超高解析度顯示器需求：因為每個視角需分配大量子像素，高密度、高更新率的MicroLED等新型顯示技術成為關鍵。
四、技術挑戰與研發趨勢
光場立體顯示技術其高度沉浸感與裸眼觀賞優勢，使其在精準醫療診斷、沉浸式教育與訓練、數位孿生溝通、娛樂互動、智慧座艙顯示與工業設計輔助等領域展現出巨大的發展潛力，成為未來高臨場感資訊顯示的關鍵技術之一。對於顯示器、光學元件、演算法與系統整合的相關業者而言，此正是搶占下一世代立體顯示市場的關鍵契機。廠商應積極投入核心技術研發與跨領域整合，加速原型驗證與應用導入，拓展多元場域的商業應用模式，進而在光場立體顯示的全球新賽局中掌握先機。光場立體顯示技術雖已發展多年，但隨著顯示解析度、AI演算法與GPU運算效能的突破，正迎來關鍵的技術成熟契機。現有如柱透鏡與光柵陣列等光場實現方式雖仍面臨視角連續性、解析度與景深一致性等挑戰，但光場立體顯示最大優勢在於可重建實像，提供自然連續的視角與景深，大幅減少虛像導致的暈眩與視差疲勞，彌補傳統立體顯示的不足。隨著即時光場渲染技術與高畫質顯示模組的快速進展，特別是近年來MicroLED等顛覆性顯示技術的崛起，為光場立體顯示技術在顯示之解析度、更新率與光束準直方面帶來突破性的發展契機。MicroLED具備超過萬PPI的像素密度、微秒級的反應速度，以及高密度且具方向性的配光能力，不僅能滿足光場立體顯示對高解析與高更新率的嚴格需求，更大幅提升整體影像的真實感與沉浸感。隨著這類先進顯示技術的成熟，光場立體顯示技術的應用門檻持續降低，正加速從實驗室走向實際商業應用的進程。
五、結論與未來展望
光場立體顯示技術正逐步從實驗室邁向實際應用，其重建實像、提供多視角與自然景深的優勢，突破傳統立體顯示的限制，標誌著顯示技術自「畫面呈現」向「空間再現」的根本轉變。結合AI運算、多視角渲染與高密度顯示模組，光場立體顯示將成為支撐次世代沉浸式應用如元宇宙、數位孿生與智慧醫療等的重要基石。未來的關鍵挑戰仍聚焦於三大核心：資料處理與渲染效率、光學元件製造精度與可量產性、以及高解析度顯示面板的技術門檻。然而，隨著AI推論、邊緣運算與顯示技術的快速演進，將大幅降低運算與硬體瓶頸，加速光場立體顯示產品的普及。對台灣顯示與電子產業而言，光場立體顯示不僅是新一波技術革新的核心，更是推動顯示與AI產業深度整合的契機。加速醫療、設計、教育與虛擬空間等應用場景落地。總結而言，光場立體顯示技術將重塑三維視覺體驗，成為新一代沉浸式資訊介面的關鍵。隨著生態系建構與核心技術成熟，預期未來數年內，光場立體顯示將從高階專業應用逐步擴展至日常創作、工業應用與商業娛樂，成為推動全球顯示產業再進化的重要引擎。
六、參考資料
[1] https://www.iosb.fraunhofer.de/en/competences/optronics/visual-inspection-systems/services/light-field-technology.html
[2] J. Ravishankar and M. Sharma, "A Hierarchical Coding Scheme for Glasses-free 3D Displays Based on Scalable Hybrid Layered Representation of Real-World Light Fields," 2021 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC), Melbourne, Australia, 2021, pp. 3491-3498, doi: 10.1109/SMC52423.2021.9658584.
[3] https://www.computationalimaging.org/publications/a-compressive-light-field-projection-system- siggraph-2014/