一种带触控功能的裸眼3D显示方案

饶国彪 徐爱兰

摘要：传统2D显示模式已显得较为单一，尤其在电影、游戏、广告展示、模拟驾驶等方面，人们对更逼真更完美的3D显示模式的需求越加强烈。将2D/3D切换和触摸屏整合成一块控制器件，实现用户和电子设备的无缝交互，尤其是手持设备将是今后显示和触控发展的方向。

关键词：ABTP;3D显示;光栅;触摸屏

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0071-02

21世纪以来人们对资讯获得的方式发生巨大改变，电子显示设备已成为获取资讯的主要方式。目前主流的显示设备是2D平面显示模式，人们对更逼真更完美的3D显示模式的需求也更加强烈，特别是游戏行业目前正在通过3D技术提升其逼真效果，但需要辅助设备才能观看到立体显示效果，大大限制其推广和应用。自由立体显示的目标即是发展裸眼立体显示技术的动力，代表着未来显示技术的发展方向。根据显示内容需求实现2D/3D自动切换，再将触控功能应用到立体显示器件上，将2D/3D切换与触摸屏合并成一块控制器件，实现用户和电子设备的无缝交互。本文将介绍一款带触控功能的主动光栅式3D显示屏（Active Barry Touch Panel，下文简称ABTP）实现方案。

1 基本原理

在各种自由立体显示技术中，以光栅式立体显示技术最为代表。按体分遮光方式，光栅将显示器像素进行分割，填充对应不同视角的图像，使这些不同的子图只能由一只眼睛看到，这样两只眼睛分别看到的是具有一定视差的子图，如果这个视差的大小在双眼的潘弄区域（PFA）之内，经过大脑的融合，就形成了立体视觉（如图1）。 当需要取消3D显示效果时（如文字阅读运用）仅需要将光栅去除，显示器件的信息就可以直接穿透ABTP器件，实现2D显示。在ABTP屏外层通过SITO工艺制作电容触摸屏，这样就实现了主动式光栅和触摸一体式ABTP屏，搭配TFT显示模组，就可实现带触控功能的裸眼3D显示系统（如图2）。

2 ABTP的设计与计算

电容TP屏设计采用传统的ITO菱形设计方案，相邻菱形的间距一般为50um 左右，菱形图案的大小取决于触控屏的大小和驱动IC支持的通道数。Drive和Sense通道交叉处采用ITO搭桥方式，宽度在30um左右，ITO桥点上需要覆盖绝缘材料，通常选用OC。为了提高触摸屏的信号量，需要控制每个通道的阻抗，又因显示区内通道必须是透明的，仅能使用透明ITO制作，因此可优化的对象主要是边沿走线部分，通常走线设计采用电阻率低的Mo-AL-Mo金属。虽然ABTP表面会有一层偏光片，但考虑制作LCD工艺流程和偏光片的胶层特性不确定，因此我们需要在TP金属和ITO表面增加一层保护层。光栅层采用TN型正态Passive LCD设计方案，不通电时是透明的。光栅的间距和与TFT的距离需要根据TFT像素和目标观察距离来计算，这里设定TFT像素为p、人眼瞳距l、目标观察距离为h、光栅的间距为p、ABTP与TFT的距离为d。

ABTP底玻璃厚度TAB，TFT面玻璃厚度TTFT、面偏光片厚度 TPOL，贴合胶水厚度TG，TAB= d-TTFT-TPOL-TG，由计算公式便得到ABTP 光栅的间距和底玻璃的厚度，至于触摸屏图案和光栅图案的配对，在LCD ITO曝光时通过CCD实现双面图案的对位，同样TFT和ABTP光学胶结合也需要通过贴合CCD进行对位，精度小于5um。

3 产品实现

实际应用需要结合2D/3D切换和触摸功能，因此产品结构需要在TFT显示模组表面贴合特定设计的ABTP屏，AB采用Passive TN模式LCD，TP是在TN LCD面玻璃表面通过溅射、黄光等工艺制作成SITO触摸屏。触摸屏是通过ITO图案和金属走线方式实现，实现多点触控和划线功能。因TFT显示屏的出射光已经是偏正光，所以ABTP屏的入射光就可以直接采用TFT的出射光，不需要额外增加偏光片，但需要将ABTP 底层PI的摩擦方向和其TFT的面偏光片进行配对，并通过光学胶将TFT和ABTP屏进行光学胶绑定，贴合是通过CCD捕捉TFT和ABTP屏中特定的对位标记进行，确保对位精度小于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，面玻璃基板是一块特制的ITO玻璃，其表面是通过溅射和黄光工艺制成的电容屏图案，需要整面覆盖OC层和油墨保护，面玻璃基板的背面也是制作TN型 LCD的面ITO层，方块电阻通常和底玻璃一致采用100ohm。通过passive LCD制作工艺，将ABTP屏做成表面带有触摸功能的TN型LCD。具体结构如下图3：（1）偏光片;（2）OC层;（3）SITO图案及走线层;（4）面玻璃;（5）光栅面图案层;（6）面定向脱;（7）Spacer;（8）液晶;（9）底定向脱;（10）HC层;（11）边框胶;（12）光栅底图案层;（13）底玻璃。

4 测量和分析

以3.7inch TFT测试为例，ABTP和外挂AB加TP做一个数据测量和比较。如表1。

由表1、图4、图5的数据可以得出ABTP和AB加TP方式在触摸信号量和3D效果基本无差异，但在透过率、结构厚度和成本有明显优势。

5 结语

提出一种带触摸功能的裸眼3D显示方案，降低了主动式光栅3D方案和触摸屏功能叠加制作成本，随着手机技术高速发展，如能在手机系统上增加人眼追踪系统和带触控功能的多极光栅开发，实现全范围的3D显示和2D/3D自動切换，在今后的手机游戏应用市场潜力巨大。

参考文献

[1] 侯春萍，许国，等.基于狭缝光栅的自由立体显示器视区模型与计算仿真[J].天津大学学报，2012，45（8）：677-681.

[2] 陈瑞改，等.基于头部追踪的宽视角裸眼3D显示系统[J].液晶与显示，2013，28（2）：233-237.