TWI486844B - 光學觸控掃描裝置 - Google Patents

Description

光學觸控掃描裝置

本發明是有關於一種光學觸控掃描裝置，特別是一種用於掃描觸控物件並可將其轉換成影像資料的光學觸控掃描裝置。

近年來，隨著觸控技術的蓬勃發展，相關技術已廣泛應用於各種產品上。例如在筆記型電腦之觸控裝置代替滑鼠之應用，可減小筆記型電腦整體裝置之體積並減輕其重量，為消費者提升了攜帶便利性。

此外，隨著目前大眾對於個人化功能之需求的提升，目前也已發展出具有指紋辨識或名片掃描等功能的筆記型電腦。因此，如何將這些個人化的功能模組化零為整，使筆記型電腦可同時兼具輕薄及多樣個人化功能的特性，實為此領域之相關人員所關注的議題之一。

有鑑於此，本發明提出一種用於掃描觸控物件之光學觸控掃描裝置，其能整合觸控與掃描觸控物件並轉換成影像的功能。

本發明提出一種用於掃描觸控物件之光學觸控掃描裝置，其包括薄膜電晶體陣列基板、複數個光感元件、透光封裝層以及光源模組。這些光感元件設置於薄膜電晶體陣列基板之上，透光封裝層設置於這些光感元件之上，並具有表面及底面，其中底面與表面分別位於透光封裝層的相對兩側，且底面係朝向 這些光感元件。光源模組配置於薄膜電晶體陣列基板的下方，光源模組包括導光板、光學膜片以及發光元件。導光板具有入光面與出光面，光學膜片配置於出光面上方而位於導光板與薄膜電晶體陣列基板之間。發光元件配置於導光板之入光面旁，其中發光元件所發出之光線是由導光板之入光面射入導光板內部，並經由導光板之出光面出射。而且，當觸控物件位於表面上方時，光線經由導光板之出光面射至觸控物件後反射抵達光感元件。

本發明的另提出一種光學觸控掃描裝置，其包括薄膜電晶體陣列基板、複數個光感元件以及光源模組。光感元件設置於薄膜電晶體陣列基板之上，光源模組配置於這些光感元件的上方。光源模組包括導光板以及發光元件。導光板具有入光面、表面及底面，其中表面與底面分別位於導光板之相對兩側，且底面係朝向光感元件。發光元件配置於導光板之入光面旁，其中發光元件所發出之光線是由導光板之入光面射入導光板內部。而且，當觸控物件位於表面上方時，光線射至觸控物件後反射抵達光感元件。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1為本發明實施例之光學觸控掃描裝置的剖面示意圖。請參照圖1，光學觸控掃描裝置100包括薄膜電晶體陣列基板110、複數個光感元件120、透光封裝層130以及光源模組140。這些光感元件120設置於薄膜電晶體陣列基板110之上，透光封裝層130設置於光感元件120之上，透光封裝層130具有表面131及底面132，其中底面132係朝向光感元件120，表面131係與底面132相對。光源模組140配置於薄膜 電晶體陣列基板110的下方，光源模組140包括導光板141、光學膜片142以及發光元件143。導光板141具有入光面141a與出光面141b，光學膜片142配置於出光面141b上方而位於導光板141與薄膜電晶體陣列基板110之間。發光元件143毗鄰導光板141之入光面141a，其中發光元件143所發出之光線L1是經由導光板141的入光面141a射至導光板141內部。而且，當觸控物件T位於表面131上的接觸點R時，光線L1經由導光板141之出光面141b射至表面131之接觸點R後反射抵達光感元件120。

詳細來說，當光線L1射至表面131之接觸點R時，對應於觸控物件T之表面不同高度或不同反射率區域，所形成的反射光線L2之強度亦會隨之不同。而光感元件120在接收到反射光線L2後，可根據反射光線L2之強度將其轉換為一類比訊號，並將此類比訊號輸出至薄膜電晶體陣列基板110，以做為一影像訊號。此外，光感元件120亦可根據其所接收到的之反射光線L2來判斷觸控物件T的位置及其移動。如此一來，即可依據光感元件120所接收到的資訊進行觸控控制。

此外，在本實施例中，上述由發光元件143發射之光線L1從導光板之出光面141b出射時，其出光角度θ(也就是光線L1與出光面141b之法線方向之間的夾角)例如是等於光線L1自透光封裝層130出射時的出射角θ，且θ需小於25度，較佳為23度。如此一來，光線L1在出射至接觸點R之後，因應觸控物件T之表面而反射的光線L2也能具有較小的散射角，進而能夠提高光感元件120所接收到之訊號的品質，以獲得較佳的辨識影像。

在本發明之另一實施例中，上述之光學膜片142例如是逆稜鏡片(reverse prism)。當光線L1經由導光板141之出光面141b 進入光學膜片142時，此逆稜鏡片可提高光線L1之準直性。除此之外，導光板141之出光面141更可以具有V型溝槽(V-cut)，以增加出射光線L1之準直性。

圖2A為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置的剖面示意圖。請參照圖2A，本實施例之光學觸控掃描裝置201更包括濾光層250，配置於透光封裝層130下並面向光感元件120。具體來說，濾光層250的材質例如是光阻，並藉由選用不同化學性質之光阻，以阻擋不同波段之外界光線射入，進而避免外界光線射入光學觸控掃描裝置120內而對光感元件120造成干擾。

此外，本實施例之光源模組140還可以包括反射片145，配置於導光板141下方而位於出光面141b的另一側。反射片145用於反射進入導光板141之光線L1，以使光線L1由出光面141b射出。

雖然圖2A所示之實施例係在光感元件120上形成全面性覆蓋的濾光層250，但在另一實施例中，如圖2B所示，光學觸控掃描裝置202之濾光層250也可以是由多個濾光圖案255所構成，且各濾光圖案255分別對應至一個光感元件120。或者，在其他實施例中，如圖2C所示也可以直接使用具有濾光功能的濾光基板做為透光封裝層130，本發明不限於此。

另一方面，本實施例之透光封裝層130可以是玻璃基板或是軟性基板，例如聚對苯二甲酸二乙酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalene,PEN)等材料製成的塑膠基板，厚度約為50 m至2mm。除此之外，透光封裝層130亦可為一透光薄膜，此透光薄膜可透過表面硬化處理(hard coat)之製程來增強其表面硬度，其厚度約為200埃至2mm。

圖3A為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置的剖面示意圖。請參照圖3A，本實施例之光學觸控掃描裝置300還可 以包括有聚光片310，其中聚光片310具有聚光面312，進而可提高自聚光片310所出射之光線的準直性。特別的是，聚光片310可以配置於透光封裝層130與光感元件120之間，且聚光面312例如是面向光感元件120(如圖3A所示)，或是面向透光封裝層130(如圖3B所示)。

除此之外，聚光片310也可以是配置於透光封裝層130上方，且聚光面312例如是面向透光封裝層130(如圖3C所示)，或是背向透光封裝層130(如圖3D所示)。另外，在其他實施例中，圖3A至圖3D所繪示的聚光片310也可以是與透光封裝層130以一體成型製作而成，如圖3E及圖3F所示，也就是在透光封裝層130的表面上設計聚光結構，以形成與前述實施例相同之聚光面312。

上述實施例均是將光源模組140配置於薄膜電晶體陣列基板110下方，但本發明並不限於此。在其他實施例中，光源模組140也可以配置於薄膜電晶體陣列基板110的上方。以下將舉實施例說明之。

圖4為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置的剖面示意圖。請參照圖4，光學觸控掃描裝置400包括薄膜電晶體陣列基板410、複數個光感元件420以及光源模組430。光感元件420設置於薄膜電晶體陣列基板410之上，光源模組430配置於薄膜電晶體陣列基板410的上方。光源模組430包括導光板431以及發光元件432。導光板431具有入光面431a、表面431b及底面431c，其中底面431c係朝向光感元件420，表面431b係與底面431c相對。發光元件432毗鄰於導光板431之入光面431a旁，其中發光元件432所發出之光線L1是由導光板431之入光面431a射入導光板431內部。特別的是，由於導光板431之表面431b並 未設計有任何光學圖案，因此當尚未有觸控物件T位於表面431b上方時，光線L1係於導光板431內以全反射路徑行進；當觸控物件T位於表面431b之接觸點R時，光線L1於導光板431內之全反射路徑受到破壞，在出射至導光板431之表面431b之接觸點R後反射光線L2抵達光感元件420。

進一步說明，在尚未有觸控物件T位於表面431b時，由於導光板431內部的光折射率大於外界空氣的光折射率，且光線L1出射至表面431b的入射角大於此處的臨界角，因此光線L1會於導光板431內以全反射行進。另一方面當觸控物件T接觸於表面431b之接觸點R時，由於在接觸點R處與導光板431以表面431b相隔的物體從外界空氣變為觸控物件T，其光折射率不同，因而可破壞光線L1在導光板431內部的全反射，使光線L1經由接觸點R出射後射至觸控物件T而反射抵達光感元件420。光感元件420在接收到觸控物件T所反射之光線L2後，即會根據光線L2之強度生成觸控物件T的影像訊號。

如同前述實施例之說明，為增加光線L1自導光板431之表面431b出射時的準直性，可在導光板431之表面431b的上方配置具有聚光特性的基板，以下將舉實施例詳述之。

圖5A為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置的剖面示意圖。請參照圖5A，光學觸控掃描裝置500更例如包括聚光片510，配置於導光板431之表面431b上方，用以提高光線之準直性。其中，聚光片510具有聚光面512，且聚光面512可以是面向導光板431之表面431b(如圖5A所示)，或是背向導光板431之表面431b(如圖5B所示)。或者，在其他實施例中，聚光片510也可以配置於導光板431與薄膜電晶體陣列基板410之間，且聚光面512可以是朝向導光板431的底面431c(如圖5C所示) 或是朝向光感元件420(如圖5D所示)，本發明不限定任何一種配置方法。

綜上所述，在本發明之光學觸控掃描裝置係利用光感元件來掃描觸控物件並將其儲存為影像訊號，亦可根據反射至光感元件之光線判斷觸控物件的位置，進而達到整合觸控與影像掃描之功能。另一方面，本發明之光學觸控掃描裝置在一實施例中還可配置有稜鏡片、聚光片，或是於導光板之出光面上製作V型溝槽，以降低光線之散射角度，提升影像品質。此外，本發明之光學觸控掃描裝置還可藉由濾光層或濾光基板過濾外界入射至光學觸控掃描裝置的光線，進而提高訊噪比(Signal-to-noise ratio)。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

L1‧‧‧光線

L2‧‧‧反射光線

R‧‧‧接觸點

T‧‧‧觸控物件

θ‧‧‧出光角度

100、201、202、300、400、500‧‧‧光學觸控掃描裝置

110、410‧‧‧薄膜電晶體陣列基板

120、420‧‧‧光感元件

130‧‧‧透光封裝層

131、431b‧‧‧表面

132、431c‧‧‧底面

140、430‧‧‧光源模組

141、431‧‧‧導光板

141a、431a‧‧‧入光面

141b‧‧‧出光面

142‧‧‧光學膜片

143、432‧‧‧發光元件

250‧‧‧濾光層

255‧‧‧濾光圖案

310、510‧‧‧聚光片

312、512‧‧‧聚光面

圖1為本發明一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖2A為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖2B為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖2C為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖3A為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖3B為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖3C為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖3D為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖3E為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖3F為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖4為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖5A為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖5B為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖5C為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

圖5D為本發明另一實施例之光學觸控掃描裝置剖面示意圖。

L1‧‧‧光線

L2‧‧‧反射光線

R‧‧‧接觸點

T‧‧‧觸控物件

θ‧‧‧出光角度

100‧‧‧光學觸控掃描裝置

110‧‧‧薄膜電晶體陣列基板

120‧‧‧光感元件

130‧‧‧透光封裝層

131‧‧‧表面

132‧‧‧底面

140‧‧‧光源模組

141‧‧‧導光板

141a‧‧‧入光面

141b‧‧‧出光面

142‧‧‧光學膜片

143‧‧‧發光元件

Claims (18)

1. 一種光學觸控掃描裝置，包括：一薄膜電晶體陣列基板；複數個光感元件，設置於該薄膜電晶體陣列基板之上；一透光封裝層，設置於該薄膜電晶體陣列基板上，該透光封裝層具有相對之一表面及一底面，且該底面係朝向該些光感元件；一光源模組，配置於該薄膜電晶體陣列基板的下方，該光源模組包括：一導光板，具有一入光面與一出光面；至少一光學膜片，配置於該出光面上方而位於該導光板與該薄膜電晶體陣列基板之間；以及一發光元件，配置於該導光板之該入光面旁，用於發射一光線，該光線自該入光面射入該導光板內並經由該導光板之該出光面出射，而該光學膜片用以提高該光線的準直性，其中當一觸控物件位於該表面上之一接觸點時，該光線射至該接觸點後產生複數反射光線射入該些光感元件，該些光感元件根據該些反射光線之強度生成該觸控物件的影像訊號。
2. 如申請專利範圍1項所述之光學觸控掃描裝置，其中該光線自該出光面出射時，該光線與該出光面之法線方向之間的夾角小於25度。
3. 如申請專利範圍1項所述之光學觸控掃描裝置，其中該光學 膜片包括逆稜鏡片。
4. 如申請專利範圍1項所述之光學觸控掃描裝置，其中該透光封裝層包括一濾光層，該濾光層面對該些光感元件，且該濾光層全面覆蓋該些光感元件。
5. 如申請專利範圍1項所述之光學觸控掃描裝置，其中該透光封裝層包括多個濾光圖案，且各該濾光圖案分別對應至該些光感元件其中之一。
6. 如申請專利範圍1項所述之光學觸控掃描裝置，其中該透光封裝層包括一聚光片。
7. 如申請專利範圍1項所述之光學觸控掃描裝置，其中該光源模組更包括一反射片，配置於該導光板下方而與該出光面相對。
8. 如申請專利範圍1項所述之光學觸控掃描裝置，其中該導光板之該出光面具有V型溝槽。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控掃描裝置，更包括一聚光片，配置於該透光封裝層之該表面上方。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學觸控掃描裝置，其中該聚光片具有一聚光面，該聚光面與該表面接觸。
11. 如申請專利範圍第9項所述之光學觸控掃描裝置，其中該 聚光片具有一聚光面，該聚光面與該表面相對。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控掃描裝置，更包括一聚光片，配置於該透光封裝層與該些光感元件之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光學觸控掃描裝置，其中該聚光片具有一聚光面，該聚光面朝向該些光感元件。
14. 如申請專利範圍第12項所述之光學觸控掃描裝置，其中該聚光片具有一聚光面，該聚光面朝向該透光封裝層。
15. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控掃描裝置，其中該透光封裝層為軟性基板。
16. 如申請專利範圍第15項所述之光學觸控掃描裝置，其中該透光封裝層的厚度介於200埃至1mm之間，但不包括1mm。
17. 一種光學觸控掃描裝置，包括：一薄膜電晶體陣列基板；複數個光感元件，設置於該薄膜電晶體陣列基板之上；一光源模組，配置於該薄膜電晶體陣列基板上並覆蓋該些光感元件，該光源模組包括：一導光板，具有一入光面、一表面及一底面，其中該表面與該底面分別位於該導光板之相對兩側，且該底面係朝向該些光感元件；以及一發光元件，配置於該導光板之該入光面旁，用於發射 一光線，該光線自該入光面射入該導光板內，其中當一觸控物件位於該表面上之一接觸點時，該光線射至該接觸點後產生複數反射光線射入該些光感元件，該些光感元件根據該些反射光線之強度生成該觸控物件的影像訊號。
18. 如申請專利範圍第17項所述之光學觸控掃描裝置，更包括一聚光片，配置於該光源模組上方或該光源模組與該薄膜電晶體陣列基板之間。