一種帶觸控功能的裸眼3D顯示方案

饒國(guó)彪 徐愛(ài)蘭

摘要：傳統(tǒng)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(duì)更逼真更完美的3D顯示模式的需求越加強(qiáng)烈。將2D/3D切換和觸摸屏整合成一塊控制器件，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)和電子設(shè)備的無(wú)縫交互，尤其是手持設(shè)備將是今后顯示和觸控發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：ABTP;3D顯示;光柵;觸摸屏

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）04-0071-02

21世紀(jì)以來(lái)人們對(duì)資訊獲得的方式發(fā)生巨大改變，電子顯示設(shè)備已成為獲取資訊的主要方式。目前主流的顯示設(shè)備是2D平面顯示模式，人們對(duì)更逼真更完美的3D顯示模式的需求也更加強(qiáng)烈，特別是游戲行業(yè)目前正在通過(guò)3D技術(shù)提升其逼真效果，但需要輔助設(shè)備才能觀看到立體顯示效果，大大限制其推廣和應(yīng)用。自由立體顯示的目標(biāo)即是發(fā)展裸眼立體顯示技術(shù)的動(dòng)力，代表著未來(lái)顯示技術(shù)的發(fā)展方向。根據(jù)顯示內(nèi)容需求實(shí)現(xiàn)2D/3D自動(dòng)切換，再將觸控功能應(yīng)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(shí)現(xiàn)用戶(hù)和電子設(shè)備的無(wú)縫交互。本文將介紹一款帶觸控功能的主動(dòng)光柵式3D顯示屏（Active Barry Touch Panel，下文簡(jiǎn)稱(chēng)ABTP）實(shí)現(xiàn)方案。

1 基本原理

在各種自由立體顯示技術(shù)中，以光柵式立體顯示技術(shù)最為代表。按體分遮光方式，光柵將顯示器像素進(jìn)行分割，填充對(duì)應(yīng)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(gè)視差的大小在雙眼的潘弄區(qū)域（PFA）之內(nèi)，經(jīng)過(guò)大腦的融合，就形成了立體視覺(jué)（如圖1）。 當(dāng)需要取消3D顯示效果時(shí)（如文字閱讀運(yùn)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(shí)現(xiàn)2D顯示。在ABTP屏外層通過(guò)SITO工藝制作電容觸摸屏，這樣就實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)式光柵和觸摸一體式ABTP屏，搭配TFT顯示模組，就可實(shí)現(xiàn)帶觸控功能的裸眼3D顯示系統(tǒng)（如圖2）。

2 ABTP的設(shè)計(jì)與計(jì)算

電容TP屏設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的ITO菱形設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)IC支持的通道數(shù)。Drive和Sense通道交叉處采用ITO搭橋方式，寬度在30um左右，ITO橋點(diǎn)上需要覆蓋絕緣材料，通常選用OC。為了提高觸摸屏的信號(hào)量，需要控制每個(gè)通道的阻抗，又因顯示區(qū)內(nèi)通道必須是透明的，僅能使用透明ITO制作，因此可優(yōu)化的對(duì)象主要是邊沿走線部分，通常走線設(shè)計(jì)采用電阻率低的Mo-AL-Mo金屬。雖然ABTP表面會(huì)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(hù)層。光柵層采用TN型正態(tài)Passive LCD設(shè)計(jì)方案，不通電時(shí)是透明的。光柵的間距和與TFT的距離需要根據(jù)TFT像素和目標(biāo)觀察距離來(lái)計(jì)算，這里設(shè)定TFT像素為p、人眼瞳距l(xiāng)、目標(biāo)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(jì)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(duì)，在LCD ITO曝光時(shí)通過(guò)CCD實(shí)現(xiàn)雙面圖案的對(duì)位，同樣TFT和ABTP光學(xué)膠結(jié)合也需要通過(guò)貼合CCD進(jìn)行對(duì)位，精度小于5um。

3 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)

實(shí)際應(yīng)用需要結(jié)合2D/3D切換和觸摸功能，因此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要在TFT顯示模組表面貼合特定設(shè)計(jì)的ABTP屏，AB采用Passive TN模式LCD，TP是在TN LCD面玻璃表面通過(guò)濺射、黃光等工藝制作成SITO觸摸屏。觸摸屏是通過(guò)ITO圖案和金屬走線方式實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控和劃線功能。因TFT顯示屏的出射光已經(jīng)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(jìn)行配對(duì)，并通過(guò)光學(xué)膠將TFT和ABTP屏進(jìn)行光學(xué)膠綁定，貼合是通過(guò)CCD捕捉TFT和ABTP屏中特定的對(duì)位標(biāo)記進(jìn)行，確保對(duì)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(guò)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(hù)，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(guò)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(jié)構(gòu)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(cè)量和分析

以3.7inch TFT測(cè)試為例，ABTP和外掛AB加TP做一個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量和比較。如表1。

由表1、圖4、圖5的數(shù)據(jù)可以得出ABTP和AB加TP方式在觸摸信號(hào)量和3D效果基本無(wú)差異，但在透過(guò)率、結(jié)構(gòu)厚度和成本有明顯優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

提出一種帶觸摸功能的裸眼3D顯示方案，降低了主動(dòng)式光柵3D方案和觸摸屏功能疊加制作成本，隨著手機(jī)技術(shù)高速發(fā)展，如能在手機(jī)系統(tǒng)上增加人眼追蹤系統(tǒng)和帶觸控功能的多極光柵開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)全范圍的3D顯示和2D/3D自動(dòng)切換，在今后的手機(jī)游戲應(yīng)用市場(chǎng)潛力巨大。

參考文獻(xiàn)

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