CN101285952A - 包含有触摸检测装置的液晶显示模组 - Google Patents

Abstract

一种包含有触摸检测装置的液晶显示模组，包含有液晶面板、背光模组和至少一个图像捕获设备。在本发明中，所述的液晶板与所述背光模组的背光源分离安装，构成背光模组的集光片和扩散片，以及构成液晶面板的一个偏振片，都安装在液晶板和背光源之间；所述的图像捕捉设备安装在所述液晶板与所述背光源之间的空间内；在该空间内还安装有发光方向指向所述液晶板的红外光源；所述的图像捕捉设备的光路上，还安装有红外滤色片。本发明公开了多种可用的实施结构。本发明免除了一般触摸屏需要外挂的安装问题，尤其适合没有任何专业技术的公众甚至家庭用户使用；并且因为没有外露部件，实现了免维护性能，适合各种场合应用。

Description

包含有触摸检测装置的液晶显示模组

技术领域

本发明涉及液晶显示器的照明技术和光学影像技术领域，尤其是应用于计算机液晶触摸屏的背光照明和光电影像技术领域。

背景技术

现有的采用图像捕捉设备(摄像头)作为触摸屏上触摸物检测的设备的技术，基本上都是基于外挂图像捕捉设备的方式。号码为5448263、7274356、WO2006CA00706、DE20016024549的美国和欧洲专利以及号码为200410077389.6、200610086634.9、200610122463.0的中国专利申请，公开了两类使用摄像头(图像捕捉设备)作为触摸检测传感设备的、不同结构的应触摸屏的工作原理。这两类基本原理相同的触摸检测技术方案，都具有结构简单、适用显示器种类较广、硬件成本较低等优点，已经在某些领域被应用。但是这两类技术方案也有很多不足之处。首先，这两类方案所使用的图像捕捉设备都是外挂结构，有的需要临时安装，有的需要定期校准，因此对于一些很固定的应用，使用起来不是那么方便；第二，图像捕捉设备的外挂式结构，本身就决定了这些设备的易损性，需要经常维护；第三，外挂式结构，结构件的尺寸、结构需要和显示器相配合，在没有专业人员或者不是针对某种显示器而设计的情况下，很难普及应用；第四，在某些情况下图像捕捉的效果不佳，因此对环境光的要求或者同样外挂结构的照明光源的配置、安装等要求比较高。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有使用图像捕捉设备的触摸屏的缺点，公开了一种带有触摸检测功能液晶显示模组，用于在液晶显示器上构建一体化的触摸屏。

为实现上述目的，本发明的显示模组中包含有液晶板的液晶面板及其驱动电路、包含有背光源的背光模组、至少一个图像捕获设备。在本发明中，所述的液晶板与所述背光模组的背光源分离安装，构成背光模组的集光片和扩散片，以及构成液晶面板的一个偏振片，都安装在液晶板和背光源之间；所述的图像捕捉设备安装在所述液晶板与所述背光源之间的空间内；在该空间内还安装有发光方向指向所述液晶板的红外光源；所述的图像捕捉设备的光路上，还安装有其通带与红外光源相配合的红外带通滤色片。

在本发明中，所述红外光源由若干只红外发光管构成，安装在构成所述背光源的照明元件之间的空隙内，在该空隙内还安装有所述的图像捕捉设备；所述构成背光模组的集光片和扩散片，安装在所述背光源、红外光源和图像捕捉设备的前方、所述液晶板与所述背光源之间的空间内。

为了得到触摸物在液晶面板上更清晰的影像，在本发明所述图像捕捉设备镜头前方的集光片和扩散片上，还可以开有与镜头的通光孔径和视场角相配合的通光孔。

在本发明中，仅仅为液晶板提供照明的背光模组中所使用的光学部件于一般背光模组所使用的基本相同，只是在加入图像捕捉设备和红外光源之后，为得到更好的图像捕捉效果，可以将这些部件在排列顺序或者局部构造上作一些改变，可以有以下几种不同的具体结构。

其一，传统的排列顺序和构造：在所述液晶板和背光源之间，各个部件的安装顺序是：液晶板、偏振片、集光片和散光片、图像捕捉设备的镜头、背光源和红外光源。

其二，红外光源发射的红外线和图像捕捉设备的入射光线均不通过偏振片的构造，以提高透过液晶板的红外线和被触摸物反射的红外线的透过率：在所述液晶板和背光源之间，各个部件的安装顺序是：液晶板、集光片和散光片、图像捕捉设备的镜头和红外光源、偏振片、背光源。更进一步还可以有两个方案：第一是将整体的偏振片分成若干片，分别包围在构成背光源的照明元件的表面；第二是在所述安装在液晶板和背光源之间偏振片上，开有若干个位置、尺寸和数量与所述的红外光源和图像捕捉设备的位置、数量和外部尺寸相配合的通孔，所述红外光源的发光部分和图像捕捉设备的镜头，从这些通孔中伸出。

其三：红外光源发射的光线通过偏振片，但图像捕捉设备的入射光线不通过偏振片的构造，各个部件的安装顺序是：液晶板、集光片和散光片、图像捕捉设备的镜头和偏振片、红外光源和背光源。

另外的一类可用结构，是将图像捕捉设备或者红外光源，安装在液晶板与集光散光片以及偏振片之间的空间内的内侧的边角处，发光面或镜头倾斜面对液晶板。这类结构也可以分为三种具体结构：其一，图像捕捉设备安装在所述边角处，红外光源同样由红外发光管构成，安装在背光源的照明元件之间的空隙内；其二，由红外发光管构成的红外光源安装在所述边角处，图像捕捉设备安装在背光源的照明元件之间的空隙内；其三，由红外发光管构成的红外光源和图像捕捉设备均安装在所述边角处。对于第二、第三个结构方案，还可以在红外光源的表面再安装上集光散光片，以获得比较均匀的触摸检测用的红外照明光。

液晶显示器的一个优势是厚度较薄，为了保持这个优势，显示部分的厚度应尽可能小一些。但图像捕捉设备的视场角是一定的，“拍摄”的距离近就意味着采集的面积小，因此为了保证整个显示面积上的触摸物都能被检测到，，本发明可以在显示模组内的不同位置安装多只图像捕捉设备，进行分布式的并行检测其视场面积的总和覆盖整个液晶板即可实现全屏幕检测。

发明的益处：从上面对技术方案的描述可以看到，本发明有两个益处。第一，免除了一般触摸屏需要外挂的安装问题，所有结构安装、调试和校准的过程，均可以在生产过程中完成，尤其适合没有任何专业技术的公众甚至家庭用户使用；第二，没有外露部件，免除了日常维护维修的麻烦，适合各种场合应用。

附图说明

附图1：本发明基本结构的立体示意图；

附图2～附图6：均为图1中A-A截面方向的结构示意图，其中：

附图2：图1在A-A截面的结构示意图；

附图3：一种扩散板与液晶面板分离的结构在A-A方向的结构示意图；

附图4：一种扩散板、偏振片都与液晶面板分离的结构在A-A方向的结构示意图；

附图5：一种偏振片包围背光元件的结构在A-A方向的结构示意图；

附图6：一种偏振片覆盖背光元件的结构在A-A方向的结构示意图。

图中：

101，背光组底板；102，液晶面板框架；103，液晶面板；104，底板上的反光板；105，背光源(包括照明元件)；106，图像捕捉设备(摄像头)；107，红外光源(含发光元件)；108，图像捕捉设备在角落的安装示意；109，触摸物(图中是手指)；

201，液晶面板中的外偏振片；202，三色滤色片；203，液晶板；204，液晶面板中的内偏振片；205，聚光板和散光板；

301，均匀散射的红外线；302，均匀散射的照明光；303，摄像通光孔；

401，安装在角上的摄像头(图像捕捉设备)；

501，包围照明元件的小偏振片；

601，倾斜安装的红外发光元件；602，附加的集光散光板。

另外，图2右侧的带箭头的方向指示，代表后面对技术方案描述时的方位的含义。

具体实施例

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的基本结构形式如图1所示。在现有技术中，由面板框架102、液晶板、内外偏振片、滤色片所构成的液晶面板103和由背光源、若干集光片和扩散片、反光板和底板构成的直下型背光模组是安装在一起的，中间几乎没有空隙。而在本发明中，将液晶面板和背光模组进行了拆分，如图2及其后面的截面图所示，将液晶面板和背光模组中的液晶板、内偏振片、聚光和散光板、背光源在空间上分离安装，在它们之间，还安装了镜头面对液晶板的图像捕捉设备(俗称摄像头)106和发光面朝向液晶板、一般由红外发光管构成的红外照明光源107。以下的几个实施例给出了在这个基本结构的基础上的几种具体结构。

实施例1：

如图1和图2所示，尤其是图2给出了这个实施例的横截面上的具体结构。在图2中，外偏振片201、滤色片202、液晶板203、内偏振片204、集光板和扩散板205依次层叠安装在一起，可安装在框架102之内；在上述部件与安装在底板上101的反射板(可为底板的一个反射表面)照明元件105之间拉开有一定的距离，所述图像捕捉设备和红外光源，也安装在底板101上照明元件105的空隙之间。这样，红外光源所发射的红外线与背光源所发射的可见光一同通过集光板和扩散板205、内偏振片204照射到液晶板203上，并通过液晶板、滤色片202后到达外偏振片201。这时如果有触摸物109(图中是手指)触摸在液晶面板的表面，就会反射红外线。被反射的红外线再通过相反的路径回到图像捕捉设备的表面，被捕获后在图像捕捉设备的感光芯片上形成光斑图像。这个包含有光斑的图像被用于检测触摸物的计算机系统处理以后，就可以根据光斑在感光芯片上的位置，得到触摸物在显示表面的绝对或者相对位置坐标。

实施例2：

在实施例1所给出的结构中，由于用于检测触摸物的红外线被触摸物反射后还要再次穿过集光片和散光片，因此在图像捕捉设备内观光感光芯片上的成像比较模糊，将会影响触摸物检测的灵敏度和精度。为解决这个问题，图3给出了另外一种结构，使得被触摸物反射的红外线通过集光和散射板上的通光孔303直接到达图像捕捉设备的镜头，避免了二次散射。如图所示，集光和散射板205靠近背光组底板上的照明元件安装，与层叠安装在一起的内外偏振片、液晶板和滤色片之间拉开了一定的距离，下移到背光组的照明元件的前方；在集光和散射板开有与图像捕捉设备的镜头口径和视场角相适应的通光孔303。由于集光散光片与液晶板的距离较远，而且孔径比较小，因此这个通光孔303不会影响到照明光线301和红外线302分布的均匀性。但是因为孔的位置和尺寸要与图像捕捉设备的镜头较严密地配合，所以生产的工艺会复杂一些。

实施例3：

将集光散光片下移到背光组的照明元件的前方以后，还可以将原来贴在液晶板内侧表面的内偏光片204下移到集光散光片205的上表面(图中未画出)，或者下移到集光散光片205与图像捕捉设备106的镜头之间；下移之后再与集光散光板205一样，在内偏光片上开设与图像捕捉设备的镜头口径和视场角相适应的通光孔，进一步减小内偏振片对图像捕捉设备成像的影响。因为集光散光片一般都是用非旋光的材料制作的，整个安装液晶面板和背光源的客体的侧面的内表面也可以使用非旋光的材料，因此偏振片的下移不会影响显示器的显示效果。

实施例4：

再实施例2、3的基础上，还可以将摄像头安装在整个显示模组(液晶面板和背光组)的壳体内的底板101所在的内侧的边角上，摄像头的镜头倾斜指向液晶板，如图1中虚线所示的摄像头108所在的位置，或者图4中的图像捕捉设备401所示。这样就不需在集光散光板以及内偏振片上开孔，简化了生产制造的工艺。

在上面两个实施例中，从红外发光元件发出后被触摸物反射的红外线，要4次通过两个偏振片，才能被图像捕捉设备接收到，如图3中的光线304，因此一般情况下光线的衰减很严重，尤其在显示图像的比较暗的情况下，甚至不能检测到触摸物。这其中的主要原因，视给图像捕捉设备照明用的红外光线，也通过了内偏振片，变成了偏振光以后，才被触摸物反射回到摄像头。图5和图6给出了两种不同的结构，其目的都是为液晶扳提供经过偏振的背光源，同时为图像捕捉设备提供全向振动的红外光源。

实施例5：

如图5所示，将原来贴在液晶板内侧表面的内偏光片204下移到背光照明元件105表面的前方，整体的偏振片204分成若干片单独的偏振片501，分别包围在照明元件的表面；其余部分的结构与实施例3相同。

这个实施方案还可以有另外一种相似的结构，即：如上所述，将内偏光片204下移后，在所述安装在液晶板和背光源之间偏振片上，开有若干个位置、尺寸和数量与所述的红外光源和图像捕捉设备的位置、数量和外部尺寸相配合的通孔，所述红外光源的发光元件107和图像捕捉设备106的镜头，从这些通孔中伸出；或者说这两者的光路不会被这些开孔的孔壁阻挡。这里，内偏振片表面的各种开孔的尺寸、形状，可参照图3所示的在集光散光板205开孔的结构；并且偏振片上的开孔，要与红外光源中发光元件的尺寸和图像捕捉设备的镜头的尺寸相配合，以保证没有非偏振光从这些部件的结合处泄露，而导致液晶显示器对比度的降低。

实施例6：

为实现为图像捕捉设备提供全向振动的红外光源的目的，还可以采用外置红外光源的结构。如图6所示，构成红外光源的若干个发光元件601，安装在整个显示模组(液晶面板和背光组)的壳体内部、底板101的周围，其发光面倾斜面对液晶扳。红外光源的这种结构安装结构，与图4所示的图像捕捉设备的安装结构相似。为了尽可能保证红外光线的均匀性，还可以在红外发光元件的前方安装附加的集光散光板602，可如图所示与底板垂直地直立安装，也可以与底板成一定角度倾斜安装(图中未画出)。

实施例7：

与实施例4和6相似，还可以把由红外发光管构成的红外光源和图像捕捉设备均安装在所述边角处，即图4所示结构和图6所示结构的组合。这时偏振片和集光散光片均安装在背光源的上方，仅对照明光源偏振化，并且偏振片和集光散光片均不需改变形状或者开孔，能够简化生产工艺。

在上述的实施例中，至少需要一个图像捕捉设备。但图像捕捉设备在视场角一定的情况下，“拍摄”的距离的远近将决定捕捉的面积的大小，因此为了保证整个显示面积上的触摸物都能被检测到，本发明的各个实施例，都可以在显示模组内的不同位置安装多只图像捕捉设备，进行分布式的并行检测，典型如图1、图2和图4所示，其视场面积的总和覆盖整个液晶板，即可实现全屏幕检测。

上述实施例所给出结构，是本发明显示模组的基本技术方案下的一般性结构，不是本发明的全部实施方案。因为在实施本发明时，还需要更加细化和针对不同液晶板、发光元件以及图像捕捉设备的结构、性能等参数来进行针对性的设计，因此本发明的保护范围包括但不局限于上述的具体结构方案。

Claims (13)

1.一种包含有触摸检测装置的液晶显示模组，包含有液晶板的液晶面板及其驱动电路、包含有背光源的背光模组、至少一个图像捕获设备，其特征在于：

所述的液晶板与所述背光模组的背光源分离安装，构成背光模组的集光散光片，以及构成液晶面板的一个偏振片，都安装在液晶板和背光源之间；所述的图像捕捉设备安装在所述液晶板与所述背光源之间的空间内；在该空间内还安装有发光方向指向所述液晶板的红外光源；所述的图像捕捉设备的光路上，还安装有其通带与红外光源相配合的红外带通滤色片。

2.根据权利要求1所述的液晶显示模组，其特征在于：在所述红外光源由若干只红外发光管构成，安装在构成所述背光源的照明元件之间的空隙内，在该空隙内还安装有所述的图像捕捉设备；所述构成背光模组的集光扩散片，安装在所述背光源、红外光源和图像捕捉设备的前方、所述液晶板与所述背光源之间的空间内。

3.根据权利要求2所述的液晶显示模组，其特征在于：在所述图像捕捉设备镜头前方的集光片和扩散片上，开有与镜头的通光孔径和视场角相配合的通光孔。

4.根据权利要求2或3所述的液晶显示模组，其特征在于：在所述液晶板和背光源之间，各个部件的安装顺序是：液晶板、偏振片、集光散光片、图像捕捉设备的镜头、背光源和红外光源。

5.根据权利要求2或3所述的液晶显示模组，其特征在于：在所述液晶板和背光源之间，各个部件的安装顺序是：液晶板、集光散光片、图像捕捉设备的镜头和红外光源、偏振片、背光源。

6.根据权利要求5所述的液晶显示模组，其特征在于：所述安装在液晶板和背光源之间偏振片，由若干个包围在构成所述背光源的照明元件的表面的偏振片构成。

7.根据权利要求5所述的液晶显示模组，其特征在于：在所述安装在液晶板和背光源之间偏振片上，开有若干个位置、尺寸和数量与所述的红外光源和图像捕捉设备的位置、数量和外部尺寸相配合的通孔，所述红外光源的发光部分和图像捕捉设备的镜头，从这些通孔中伸出。

8.根据权利要求2或3所述的液晶显示模组，其特征在于：在所述液晶板和背光源之间，各个部件的安装顺序是：液晶板、集光散光片、图像捕捉设备的镜头和偏振片、红外光源和背光源。

9.根据权利要求1所述的液晶显示模组，其特征在于：在所述液晶板和背光源之间；各个部件的安装顺序是：液晶板、偏振片、集光散光片、背光源和红外光源；或者是液晶板、集光散光片、偏振片、背光源和红外光源；所述红外光源安装在构成所述背光源的照明元件之间的空隙内；所述图像捕捉设备，安装在液晶板与集光散光片以及偏振片之间的空间内的内侧的边角处，镜头倾斜面对液晶板。

10.根据权利要求1所述的液晶显示模组，其特征在于：在所述液晶板和背光源之间；各个部件的安装顺序是：液晶板、偏振片、集光散光片、背光源和图像捕捉设备；或者是液晶板、集光散光片、偏振片、背光源和图像捕捉设备；所述图像捕捉设备安装在构成所述背光源的照明元件之间的空隙内；所述红外光源，安装在液晶板与集光散光片以及偏振片之间的空间内的内侧的边角处，发光面倾斜面对液晶板。

11.根据权利要求1所述的液晶显示模组，其特征在于：在所述液晶板和背光源之间；各个部件的安装顺序是：液晶板、偏振片、集光散光片、背光源；或者是液晶板、集光散光片、偏振片、背光源；所述图像捕捉设备和红外光源，安装在液晶板与集光散光片以及偏振片之间的空间内的内侧的边角处，发光面或镜头倾斜面对液晶板。

12.根据权利要求10或11所述的液晶显示模组，其特征在于：所述红外光源由红外发光管构成；在红外发光管的发光面的前方，还安装有集光散光片。

13.根据权利要求1所述的液晶显示模组，其特征在于：所述图像捕捉设备有多个，分布安装在显示模组内的不同位置，其视场面积的总和覆盖整个液晶板。

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