TWI492128B - 光學觸控顯示裝置 - Google Patents

Description

光學觸控顯示裝置

本發明是有關於一種觸控顯示裝置，且特別是有關於一種光學觸控顯示裝置。

隨著光電科技的進步，採用滑鼠來控制電腦及螢幕中的物件的方式已無法滿足使用者的需求，因此，比滑鼠控制更為人性化的方法便逐漸被發展出來。在這些人性化的方法中，以手指觸控的方式最接近於人類一般日常生活中的經驗，特別是對於可能無法靈活地操作滑鼠的年長者或小孩，都能夠輕易的採用手指來觸控，這點可從一些自動提款機已採用觸控螢幕來獲得部分的證實。

此外，傳統的筆記型電腦若在不外接滑鼠的情況下，通常是藉由位於按鍵旁的觸控板及軌跡點(track point)來控制游標。然而，對一般使用者而言，利用按鍵旁的觸控板或軌跡點來控制游標可能不如採用滑鼠靈活，而配置於螢幕上的觸控裝置可解決這樣的問題。這是因為觸控裝置的控制方式是一種相當直覺化的控制方式，即使用者直接觸碰螢幕來操作物件。如此一來，當觸控裝置應用於筆記型電腦中時，即使使用者是處於不方便外接滑鼠的操作環境下，仍能夠利用觸控裝置來靈活流暢地操作。

現今一般的觸控裝置的設計大致可區分為電阻式、電容式、光學式、聲波式及電磁式等。以光學式觸控顯示裝置而言，一般通常包含顯示器、紅外光源、導光單元、感測器及處理器，其中顯示器包含背光模組與顯示面板。紅外光源設置於顯示面旁用來產生紅外光束，紅外光源所產生的紅外光束通過導光單元後被感測器所偵測。當觸控物體接觸面板時，處理器根據感測器所感測到的紅外光強度變化來判斷觸碰點的位置。然而，由於紅外光源與用以導引紅外光的導光單元是設於顯示面旁的前框上，這會導致顯示面旁的結構過於凸出，進而造成顯示器的外觀不佳，而不具平面化的現代感。此外，紅外光源與導光單元通常需要多組，這會導致光學元件數量增加及成本的增加，且會拉長組裝的工時。

本發明提供一種光學觸控顯示裝置，至少具有較佳的外觀、較低的成本及較易組裝的其中一個優點。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種光學觸控顯示裝置，包括至少一可見光發光元件、一光分佈調整元件、一不可見光導光模組、至少一不可見光發光元件、一顯示面板及至少一光偵測器。可見光發光元件適於發出一可見光束。光分佈調整元件配置於可見光束的傳遞路徑上。不可見光導光模組包括一導光單元及一分色單元。導光單元配置於來自光分佈調整元件的可見光束的傳遞路徑上，且具有一背對光分佈調整元件的第一表面、一朝向光分佈調整元件的第二表面及一連接第一表面與第二表面的側面。分色單元配置於第二表面上。不可見光發光元件配置於側面旁，且適於發出一不可見光束。不可見光束適於經由側面進入導光單元。分色單元適於讓可見光束通過，且適於將來自側面的不可見光束反射至第一表面。顯示面板配置於光分佈調整元件的一側，其中顯示面板前有一感測空間，且顯示面板位於光分佈調整元件與感測空間之間。導光單元配置於光分佈調整元件與感測空間之間，且不可見光束適於經由第一表面傳遞至感測空間。光偵測器配置於顯示面板外。當一觸控物體進入感測空間時，觸控物體反射部分不可見光束，且光偵測器配置於被觸控物體反射的部分不可見光束的傳遞路徑上。

基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點，由於本發明之實施例之光學觸控顯示裝置採用配置於光分佈調整元件與感測空間之間的不可見光導光模組來提供不可見光源，因此光學觸控顯示裝置的外觀較為平整、較具美觀。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1A為本發明之一實施例之光學觸控顯示裝置的正視示意圖，圖1B為圖1A之光學觸控顯示裝置的***圖，且圖1C為圖1A之光學觸控顯示裝置沿著I-I線的剖面示意圖。請參照圖1A至圖1C，本實施例之光學觸控顯示裝置100包括至少一可見光發光元件220(在本實施例中是以複數個可見光發光元件220為例)、一光分佈調整元件210、一不可見光導光模組300、至少一不可見光發光元件410(在本實施例中是以複數個不可見光發光元件410為例)、一顯示面板110及至少一光偵測器120(在本實施例中是以兩個光偵測器120a與120b為例)。

可見光發光元件220適於發出一可見光束221(如圖1C所繪示)。光分佈調整元件210配置於可見光束221的傳遞路徑上。在本實施例中，光分佈調整元件210例如為一導光板，且具有一朝向顯示面板110的表面212、一背對顯示面板110的表面214及一連接表面212與表面214的入光面216。可見光發光元件220配置於入光面216旁，且可見光束221適於經由入光面216進入導光板210中，且適於經由表面214傳遞至顯示面板110。可見光束221經過顯示面板110的調制作用後，能夠產生適於人眼觀看的畫面。在本實施例中，光學觸控顯示裝置100更包括一反射單元240，配置於表面214上，以將來自入光面216的可見光束221反射至表面212。可見光發光元件220例如為可見光發光二極體(light emitting diode,LED)，且可見光發光元件220可配置於一承載器250上。承載器250例如為一電路板，且可見光發光元件220電性連接至承載器250。

不可見光導光模組300包括一導光單元310及一分色單元320。導光單元310配置於來自光分佈調整元件210的可見光束221的傳遞路徑上，且具有一背對光分佈調整元件210的第一表面312、一朝向光分佈調整元件210的第二表面314及一連接第一表面312與第二表面314的側面316。在本實施例中，導光單元310例如為一導光板。分色單元320配置於第二表面314上。不可見光發光元件410配置於側面316旁，且適於發出一不可見光束412。在本實施例中，不可見光發光元件410例如為一紅外光發光二極體，且不可見光束412例如為一紅外光束。不可見光束412適於經由側面316進入導光單元310。在本實施例中，不可見光發光元件410可配置於一承載器420上，其中承載器420例如是一電性連接至這些不可見光發光元件410的電路板。分色單元320適於讓可見光束221通過，且適於將來自側面316的不可見光束412反射至第一表面312。在本實施例中，分色單元320例如為一適於讓可見光通過且適於反射紅外光的分色膜(dichroic film)。

顯示面板110配置於光分佈調整元件210的一側，其中，顯示面板110前有一感測空間S，且顯示面板110位於光分佈調整元件210與感測空間S之間。在本實施例中，不可見光導光模組300配置於光分佈調整元件210與顯示面板110之間。然而，在另一實施例中，不可見光導光模組300亦可以配置於顯示面板110與感測空間S之間。在本實施例中，導光單元310配置於光分佈調整元件210與感測空間S之間，且不可見光束412適於經由第一表面312傳遞至感測空間S。在本實施例中，不可見光導光模組300配置於光分佈調整元件210與顯示面板110之間。此外，導光單元310可具有複數個散射微結構311，散射微結構311配置於第一表面312與第二表面314之至少其一上。散射微結構311例如為凹點、凸點、凹紋、凸紋或其組合。以圖1C為例，散射微結構311例如為位於第一表面312上的凹點。在本實施例中，當不可見光束412經由側面316進入導光單元310後，會不斷地被第一表面312與第二表面314反射。散射微結構311可破壞此反射現象，而使不可見光束412因散射而離開導光單元310，並傳遞至顯示面板110。接著，不可見光束412穿透顯示面板110而傳遞至感測空間S。

在本實施例中，顯示面板110例如為一液晶顯示面板，且顯示面板110包括一主動元件陣列基板112、一液晶層114及一對向基板116。液晶層114配置於主動元件陣列基板112與對向基板116之間，且對向基板116配置於液晶層114與感測空間S之間。在本實施例中，主動元件陣列基板112例如為一薄膜電晶體陣列基板(thin film transistor array substrate,TFT array substrate)，且對向基板116例如為一彩色濾光陣列基板。

光偵測器120配置於顯示面板110外。在本實施例中，光偵測器120配置於感測空間S旁，且配置於顯示面板110之背對光分佈調整元件210的一側。此外，在本實施例中，光偵測器120a與120b配置於顯示面板110的顯示區A之相鄰兩角落旁。光偵測器120例如為互補式金氧半導體感測元件(complementary metal oxide semiconductor sensor,CMOS sensor)、電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)、光電倍增管(photo multiplier tube,PMT)或其他影像感測器。當一觸控物體50(例如使用者的手指、觸控筆的筆尖或其他適當的物體)進入感測空間S時，觸控物體50反射部分不可見光束412，且光偵測器120配置於被觸控物體50反射的部分不可見光束412的傳遞路徑上。具體而言，當觸控物體50進入感測空間S時，會使照射於觸控物體50上的不可見光束412產生散射。如此一來，觸控物體50會將部分不可見光束412反射至光偵測器120。此部分不可見光束412會在光偵測器120所偵測到的一畫面上產生一亮區，其中此亮區例如為一亮點。

此外，感測空間S中沒有被觸控物體50占據的其他部分由於沒有物體可將不可見光束412反射至光偵測器120，因此會在光偵測器120所偵測到的畫面上形成暗區(即暗背景)。光學觸控顯示裝置100適於根據亮區在畫面中的位置判斷出觸控物體50在感測空間S中的位置。具體而言，光學觸控顯示裝置100可更包括一處理單元130，電性連接至光偵測器120，在本實施例中例如是同時電性連接至光偵測器120a與120b。處理單元130適於根據亮區在畫面中的位置判斷出觸控物體50在感測空間S中的位置。

在本實施例中，光學觸控顯示裝置100更包括一光學膜片組260，配置於光分佈調整元件210與顯示面板110之間，其中光學膜片組260包括增亮膜(brightness enhancement film,BEF)、稜鏡片(prism sheet)及擴散片(diffusion sheet)之至少其一，亦即包括增亮膜、稜鏡片、擴散片及其他光學膜片的任意組合。此外，在本實施例中，不可見光導光模組300配置於光學膜片組260與顯示面板110之間。

在本實施例中，光學觸控顯示裝置100更包括一前框140，覆蓋顯示面板110的邊緣。光偵測器120配置於前框140上，且部分前框140位於光偵測器120與顯示面板110的邊緣之間。此外，在本實施例中，光偵測器120a與120b分別配置於前框140的相鄰兩角落上。再者，在本實施例中，光學觸控顯示裝置100更包括一背框150，背框150用以容置承載器250及反射單元240。

本發明的實施例至少具有以下其中一個優點，由於本實施例之光學觸控顯示裝置100採用配置於光分佈調整元件210與感測空間S之間的不可見光導光模組300來提供不可見光源，因此本實施例之光學觸控顯示裝置100的外觀較為平整、較具美觀。相較於習知光學觸控顯示裝置的紅外光源與用以導引紅外光的導光單元是設於顯示面旁的前框上，因而導致顯示面旁的結構過於凸出，本實施例之光學觸控顯示裝置100可避免如此之問題產生。再者，相較於習知光學觸控顯示裝置的紅外光源與導光單元通常需要多組，因而導致光學元件數量增加及成本的增加，且拉長組裝的工時，本實施例可以將一個不可見光導光模組300結合至光學觸控顯示裝置100中，因此光學結構較為簡化，進而能夠降低組裝困難度、縮短組裝工時及降低成本。

值得注意的是，本發明並不限定可見光發光元件220必須是發光二極體，在其他實施例中，可見光發光元件220亦可以是螢光燈管、白熾燈泡、鹵素燈泡或其他適當的發光元件。

圖2為本發明之另一實施例之光學觸控顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例之光學觸控顯示裝置100b與圖1C之光學觸控顯示裝置100類似，兩者的差異如下所述。在本實施例之光學觸控顯示裝置100b中，光分佈調整元件210b為一擴散板。此外，光分佈調整元件210b配置於每一可見光發光元件220與顯示面板110之間，其中可見光束221適於穿透光分佈調整元件210b而傳遞至顯示面板110。在本實施例中，可見光發光元件220可在承載器250b上排列成二維陣列，且背框150b用以容置承載器250b及可見光發光元件220。本實施例之光學觸控顯示裝置100b可達到與圖1C之光學觸控顯示裝置100類似的優點與功效，在此不再重述。

圖3為本發明之又一實施例之光學觸控顯示裝置的正視示意圖。請參照圖3，本實施例之光學觸控顯示裝置100c與圖1A之光學觸控顯示裝置100類似，兩者的差異如下所述。在本實施例中，光學觸控顯示裝置100c具有三個光偵測器120，即光偵測器120a、120b、120c。在本實施例中，光偵測器120c配置於前框140的一邊上，然而，在其他實施例中，光偵測器120c亦可以是配置於前框140的其他角落或其他邊上。由於光學觸控顯示裝置100具有三個光偵測器120，因此即使二個觸控物體50同時進入感測空間S，處理單元130亦能準確判斷出這二個觸控物體50各自所處的位置，進而使光學觸控顯示裝置100c達到準確的多點觸控。

值得注意的是，本發明並不限定光學觸控顯示裝置100c所具有之光偵測器120的數量。當光偵測器120的數量越多時，光學觸控顯示裝置能夠達到更多點的觸控。此外，當光偵測器120的數量只有一個時，可有效降低光學觸控顯示裝置的成本，且在一實施例中，僅採用一個光偵測器120就足以感測觸控物體50在一維空間上的位置變化，如此可應用於僅需簡易觸控功能的光學觸控顯示裝置，例如提款機的螢幕。

圖4為本發明再一實施例之光學觸控顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖4，本實施例之光學觸控顯示裝置100d與圖1B之光學觸控顯示裝置100類似，兩者的差異在於光偵測器120的位置。在本實施例之光學觸控顯示裝置100中，光偵測器120(例如光偵測器120a與光偵測器120b)配置於顯示面板110之面向光分佈調整元件210的一側。在本實施例中，光偵測器120a與120b配置於不可見光導光模組300d之面向顯示面板110的一側。被觸控物體50反射的部分不可見光束412穿透顯示面板110而傳遞至光偵測器120a與120b。由於本實施例之光偵測器120配置於光學觸控顯示裝置100d的內部，而不是配置於前框140上，因此可進一步美化光學觸控顯示裝置100d的外觀，且可減少光學觸控顯示裝置100d的整體厚度。

此外，在本實施例中，不可見光導光模組300d配置於光分佈調整元件210與光學膜片組260之間，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，不可見光導光模組300d亦可以配置於光學膜片組260與顯示面板110之間，或配置於顯示面板110與感測空間S之間，或配置於顯示面板110與部分前框140之間。

再者，在本實施例中，分色單元320d例如為一分色鏡(dichroic mirror)。此外，導光單元310d的第二表面314上可設有複數個散射微結構313，且此散射微結構313例如為凸點。然而，在其他實施例中，散射微結構313亦可以是凹點、凸紋或凹紋。

綜上所述，本發明之實施例可具有下列優點之至少其一。由於本發明之實施例之光學觸控顯示裝置採用配置於光分佈調整元件與感測空間之間的不可見光導光模組來提供不可見光源，因此光學觸控顯示裝置的外觀較為平整、較具美觀。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

50．．．觸控物體

100、100b、100c、100d．．．光學觸控顯示裝置

110．．．顯示面板

112．．．主動元件陣列基板

114．．．液晶層

116．．．對向基板

120、120a、120b、120c．．．光偵測器

130．．．處理單元

140．．．前框

150、150b．．．背框

210、210b．．．光分佈調整元件

212、214、216．．．表面

220．．．可見光發光元件

221．．．可見光束

240．．．反射單元

250、250b、420．．．承載器

260．．．光學膜片組

300、300d．．．不可見光導光模組

310、310d．．．導光單元

311、313．．．散射微結構

312．．．第一表面

314．．．第二表面

316．．．側面

320、320d‧‧‧分色單元

410‧‧‧不可見光發光元件

412‧‧‧不可見光束

A‧‧‧顯示區

S‧‧‧感測空間

圖1A為本發明之一實施例之光學觸控顯示裝置的正視示意圖。

圖1B為圖1A之光學觸控顯示裝置的***圖。

圖1C為圖1A之光學觸控顯示裝置沿著I-I線的剖面示意圖。

圖2為本發明之另一實施例之光學觸控顯示裝置的剖面示意圖。

圖3為本發明之又一實施例之光學觸控顯示裝置的正視示意圖。

圖4為本發明之再一實施例之光學觸控顯示裝置的剖面示意圖。

100．．．光學觸控顯示裝置

110．．．顯示面板

120、120a、120b．．．光偵測器

140．．．前框

150．．．背框

210．．．光分佈調整元件

212、214、216．．．表面

220．．．可見光發光元件

240．．．反射單元

250、420．．．承載器

260．．．光學膜片組

300．．．不可見光導光模組

310．．．導光單元

311．．．散射微結構

312．．．第一表面

314．．．第二表面

316．．．側面

320．．．分色單元

410．．．不可見光發光元件

Claims (19)

1. 一種光學觸控顯示裝置，包括：至少一可見光發光元件，適於發出一可見光束；一光分佈調整元件，配置於該可見光束的傳遞路徑上；一不可見光導光模組，配置於該光分佈調整元件上，包括：一導光單元，配置於來自該光分佈調整元件的該可見光束的傳遞路徑上，且具有一背對該光分佈調整元件的第一表面、一朝向該光分佈調整元件的第二表面及一連接該第一表面與該第二表面的側面；以及一分色單元，配置於該導光單元與該光分佈調整元件之間；至少一不可見光發光元件，配置於該側面旁，且適於發出一不可見光束，其中該不可見光束適於經由該側面進入該導光單元，該分色單元適於讓該可見光束通過，且適於將來自該側面的該不可見光束反射至該第一表面；一顯示面板，配置於該不可見光導光模組上，其中該顯示面板前有一感測空間，該顯示面板位於該光分佈調整元件與該感測空間之間，該導光單元配置於該光分佈調整元件與該感測空間之間，且該不可見光束適於經由該第一表面傳遞至該感測空間；以及至少一光偵測器，配置於該顯示面板上，其中當一觸控物體進入該感測空間時，該觸控物體反射部分該不可見光束，且該光偵測器配置於被該觸控物體反射的該部分不可見光束的傳遞路徑上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，更包括一處理單元，電性連接至該光偵測器，其中當該觸控物體進入該感測空間時，該觸控物體所反射的該部分不可見光束在該光偵測器所偵測到的一畫面上產生一亮區，且該處理單元根據該亮區在該畫面中的位置判斷出該觸控物體在該感測空間中的位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，其中該不可見光導光模組配置於該光分佈調整元件與該顯示面板之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，其中該不可見光導光模組配置於該顯示面板與該感測空間之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，更包括一光學膜片組，配置於該光分佈調整元件與該顯示面板之間，其中該光學膜片組包括增亮膜、稜鏡片及擴散片之至少其一。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光學觸控顯示裝置，其中該不可見光導光模組配置於該光學膜片組與該顯示面板之間。
7. 如申請專利範圍第5項所述之光學觸控顯示裝置，其中該不可見光導光模組配置於該光分佈調整元件與該光學膜片組之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，其中該光偵測器配置於該感測空間旁，且配置於該顯示面板之背對該光分佈調整元件的一側。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學觸控顯示裝置，更包括一前框，覆蓋該顯示面板的邊緣，其中該光偵測器配置於該前框上，且部分該前框位於該光偵測器與該顯示面板的邊緣之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，其中該光偵測器配置於該顯示面板之面向該光分佈調整元件的一側，且被該觸控物體反射的該部分不可見光束適於穿透該顯示面板而傳遞至該光偵測器。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，其中該導光單元具有複數個散射微結構，配置於該第一表面與該第二表面之至少其一上。
12. 如申請專利範圍第11項所述之光學觸控顯示裝置，其中該些散射微結構為凹點、凸點、凹紋、凸紋或其組合。
13. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，其中該分色單元為一分色膜或一分色鏡。
14. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，其中該光分佈調整元件為一導光板，該導光板具有一朝向該顯示面板的第三表面、一背對該顯示面板的第四表面及一連接該第三表面與該第四表面的入光面，該可見光發光元件配置於該入光面旁，且該可見光束適於經由該入光面進入該導光板中，且適於經由該第一表面傳遞至該顯示面板。
15. 如申請專利範圍第14項所述之光學觸控顯示裝置，更包括一反射單元，配置於該第四表面上，以將來自該入光面的該可見光束反射至該第一表面。
16. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，其中該光分佈調整元件為一擴散板，且該擴散板配置於該可見光發光元件與該顯示面板之間。
17. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，其中該顯示面板包括：一主動元件陣列基板；一液晶層，配置於該主動元件陣列基板與該感測空間之間；以及一對向基板，配置於該液晶層與該感測空間之間。
18. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，其中該可見光發光元件為一可見光發光二極體，該不可見光發光元件為一紅外光發光二極體，且該不可見光束為一紅外光束。
19. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示裝置，其中該光偵測器為一互補式金氧半導體影像感測元件、一電荷耦合元件或一光電倍增管。