一種帶觸控功能的裸眼3D顯示方案

饒國彪 徐愛蘭

摘要：傳統2D顯示模式已顯得較為單一，尤其在電影、游戲、廣告展示、模擬駕駛等方面，人們對更逼真更完美的3D顯示模式的需求越加強烈。將2D/3D切換和觸摸屏整合成一塊控制器件，實現用戶和電子設備的無縫交互，尤其是手持設備將是今后顯示和觸控發展的方向。

關鍵詞：ABTP;3D顯示;光柵;觸摸屏

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0071-02

21世紀以來人們對資訊獲得的方式發生巨大改變，電子顯示設備已成為獲取資訊的主要方式。目前主流的顯示設備是2D平面顯示模式，人們對更逼真更完美的3D顯示模式的需求也更加強烈，特別是游戲行業目前正在通過3D技術提升其逼真效果，但需要輔助設備才能觀看到立體顯示效果，大大限制其推廣和應用。自由立體顯示的目標即是發展裸眼立體顯示技術的動力，代表著未來顯示技術的發展方向。根據顯示內容需求實現2D/3D自動切換，再將觸控功能應用到立體顯示器件上，將2D/3D切換與觸摸屏合并成一塊控制器件，實現用戶和電子設備的無縫交互。本文將介紹一款帶觸控功能的主動光柵式3D顯示屏（Active Barry Touch Panel，下文簡稱ABTP）實現方案。

1 基本原理

在各種自由立體顯示技術中，以光柵式立體顯示技術最為代表。按體分遮光方式，光柵將顯示器像素進行分割，填充對應不同視角的圖像，使這些不同的子圖只能由一只眼睛看到，這樣兩只眼睛分別看到的是具有一定視差的子圖，如果這個視差的大小在雙眼的潘弄區域（PFA）之內，經過大腦的融合，就形成了立體視覺（如圖1）。 當需要取消3D顯示效果時（如文字閱讀運用）僅需要將光柵去除，顯示器件的信息就可以直接穿透ABTP器件，實現2D顯示。在ABTP屏外層通過SITO工藝制作電容觸摸屏，這樣就實現了主動式光柵和觸摸一體式ABTP屏，搭配TFT顯示模組，就可實現帶觸控功能的裸眼3D顯示系統（如圖2）。

2 ABTP的設計與計算

電容TP屏設計采用傳統的ITO菱形設計方案，相鄰菱形的間距一般為50um 左右，菱形圖案的大小取決于觸控屏的大小和驅動IC支持的通道數。Drive和Sense通道交叉處采用ITO搭橋方式，寬度在30um左右，ITO橋點上需要覆蓋絕緣材料，通常選用OC。為了提高觸摸屏的信號量，需要控制每個通道的阻抗，又因顯示區內通道必須是透明的，僅能使用透明ITO制作，因此可優化的對象主要是邊沿走線部分，通常走線設計采用電阻率低的Mo-AL-Mo金屬。雖然ABTP表面會有一層偏光片，但考慮制作LCD工藝流程和偏光片的膠層特性不確定，因此我們需要在TP金屬和ITO表面增加一層保護層。光柵層采用TN型正態Passive LCD設計方案，不通電時是透明的。光柵的間距和與TFT的距離需要根據TFT像素和目標觀察距離來計算，這里設定TFT像素為p、人眼瞳距l、目標觀察距離為h、光柵的間距為p、ABTP與TFT的距離為d。

ABTP底玻璃厚度TAB，TFT面玻璃厚度TTFT、面偏光片厚度 TPOL，貼合膠水厚度TG，TAB= d-TTFT-TPOL-TG，由計算公式便得到ABTP 光柵的間距和底玻璃的厚度，至于觸摸屏圖案和光柵圖案的配對，在LCD ITO曝光時通過CCD實現雙面圖案的對位，同樣TFT和ABTP光學膠結合也需要通過貼合CCD進行對位，精度小于5um。

3 產品實現

實際應用需要結合2D/3D切換和觸摸功能，因此產品結構需要在TFT顯示模組表面貼合特定設計的ABTP屏，AB采用Passive TN模式LCD，TP是在TN LCD面玻璃表面通過濺射、黃光等工藝制作成SITO觸摸屏。觸摸屏是通過ITO圖案和金屬走線方式實現，實現多點觸控和劃線功能。因TFT顯示屏的出射光已經是偏正光，所以ABTP屏的入射光就可以直接采用TFT的出射光，不需要額外增加偏光片，但需要將ABTP 底層PI的摩擦方向和其TFT的面偏光片進行配對，并通過光學膠將TFT和ABTP屏進行光學膠綁定，貼合是通過CCD捕捉TFT和ABTP屏中特定的對位標記進行，確保對位精度小于5um。ABTP底玻璃基板是普通的TN型ITO玻璃，通常ITO方阻可以采用100ohm，面玻璃基板是一塊特制的ITO玻璃，其表面是通過濺射和黃光工藝制成的電容屏圖案，需要整面覆蓋OC層和油墨保護，面玻璃基板的背面也是制作TN型 LCD的面ITO層，方塊電阻通常和底玻璃一致采用100ohm。通過passive LCD制作工藝，將ABTP屏做成表面帶有觸摸功能的TN型LCD。具體結構如下圖3：（1）偏光片;（2）OC層;（3）SITO圖案及走線層;（4）面玻璃;（5）光柵面圖案層;（6）面定向脫;（7）Spacer;（8）液晶;（9）底定向脫;（10）HC層;（11）邊框膠;（12）光柵底圖案層;（13）底玻璃。

4 測量和分析

以3.7inch TFT測試為例，ABTP和外掛AB加TP做一個數據測量和比較。如表1。

由表1、圖4、圖5的數據可以得出ABTP和AB加TP方式在觸摸信號量和3D效果基本無差異，但在透過率、結構厚度和成本有明顯優勢。

5 結語

提出一種帶觸摸功能的裸眼3D顯示方案，降低了主動式光柵3D方案和觸摸屏功能疊加制作成本，隨著手機技術高速發展，如能在手機系統上增加人眼追蹤系統和帶觸控功能的多極光柵開發，實現全范圍的3D顯示和2D/3D自動切換，在今后的手機游戲應用市場潛力巨大。

參考文獻

[1] 侯春萍，許國，等.基于狹縫光柵的自由立體顯示器視區模型與計算仿真[J].天津大學學報，2012，45（8）：677-681.

[2] 陳瑞改，等.基于頭部追蹤的寬視角裸眼3D顯示系統[J].液晶與顯示，2013，28（2）：233-237.