CN102122217B - 光学触控显示装置 - Google Patents

Abstract

一光学触控显示装置，包括至少一可见光发光元件、一光分布调整元件、一不可见光导光模组、至少一不可见光发光元件、一显示面板及至少一光侦测器。光分布调整元件配置于可见光发光元件所发出的可见光束的传递路径上。不可见光导光模组包括一导光单元及一分色单元。导光单元配置于来自光分布调整元件的可见光束的传递路径上。分色单元配置于导光单元的表面上。不可见光发光元件配置于导光单元的侧面旁。显示面板配置于光分布调整元件的一侧。显示面板前有一感测空间，显示面板位于光分布调整元件与感测空间之间。光侦测器配置于显示面板外。本发明提供的光学触控显示装置，至少具有较佳的外观、较低的成本及较易组装的其中一个优点。

Description

光学触控显示装置

【技术领域】

本发明是有关于一种触控显示装置，且特别是有关于一种光学触控显示装置。

【背景技术】

随着光电科技的进步，采用滑鼠来控制电脑及荧幕中的物件的方式已无法满足使用者的需求，因此，比滑鼠控制更为人性化的方法便逐渐被发展出来。在这些人性化的方法中，以手指触控的方式最接近于人类一般日常生活中的经验，特别是对于可能无法灵活地操作滑鼠的年长者或小孩，都能够轻易的采用手指来触控，这点可从一些自动提款机已采用触控荧幕来获得部分的证实。

此外，传统的笔记本电脑若在不外接滑鼠的情况下，通常是借由位于按键旁的触控板及轨迹点(track point)来控制游标。然而，对一般使用者而言，利用按键旁的触控板或轨迹点来控制游标可能不如采用滑鼠灵活，而配置于荧幕上的触控装置可解决这样的问题。这是因为触控装置的控制方式是一种相当直觉化的控制方式，即使用者直接触碰荧幕来操作物件。如此一来，当触控装置应用于笔记本电脑中时，即使使用者是处于不方便外接滑鼠的操作环境下，仍能够利用触控装置来灵活流畅地操作。

现今一般的触控装置的设计大致可区分为电阻式、电容式、光学式、声波式及电磁式等。以光学式触控显示装置而言，一般通常包含显示器、红外光源、导光单元、感测器及处理器，其中显示器包含背光模组与显示面板。红外光源设置于显示面旁用来产生红外光束，红外光源所产生的红外光束通过导光单元后被感测器所侦测。当触控物体接触面板时，处理器根据感测器所感测到的红外光强度变化来判断触碰点的位置。然而，由于红外光源与用以导引红外光的导光单元是设于显示面旁的前框上，这会导致显示面旁的结构过于凸出，进而造成显示器的外观不佳，而不具平面化的现代感。此外，红外光源与导光单元通常需要多组，这会导致光学元件数量增加及成本的增加，且会拉长组装的工时。

【发明内容】

本发明提供一种光学触控显示装置，至少具有较佳的外观、较低的成本及较易组装的其中一个优点。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明之一实施例提出一种光学触控显示装置，包括至少一可见光发光元件、一光分布调整元件、一不可见光导光模组、至少一不可见光发光元件、一显示面板及至少一光侦测器。可见光发光元件适于发出一可见光束。光分布调整元件配置于可见光束的传递路径上。不可见光导光模组包括一导光单元及一分色单元。导光单元配置于来自光分布调整元件的可见光束的传递路径上，且具有一背对光分布调整元件的第一表面、一朝向光分布调整元件的第二表面及一连接第一表面与第二表面的侧面。分色单元配置于第二表面上。不可见光发光元件配置于侧面旁，且适于发出一不可见光束。不可见光束适于经由侧面进入导光单元。分色单元适于让可见光束通过，且适于将来自侧面的不可见光束反射至第一表面。显示面板配置于光分布调整元件的一侧，其中显示面板前有一感测空间，且显示面板位于光分布调整元件与感测空间之间。导光单元配置于光分布调整元件与感测空间之间，且不可见光束适于经由第一表面传递至感测空间。光侦测器配置于显示面板外。当一触控物体进入感测空间时，触控物体反射部分不可见光束，且光侦测器配置于被触控物体反射的部分不可见光束的传递路径上。

基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点，由于本发明之实施例之光学触控显示装置采用配置于光分布调整元件与感测空间之间的不可见光导光模组来提供不可见光源，因此光学触控显示装置的外观较为平整、较具美观。

为让本发明之上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

【附图说明】

图1A为本发明之一实施例之光学触控显示装置的正视示意图。

图1B为图1A之光学触控显示装置的爆炸图。

图1C为图1A之光学触控显示装置沿着I-I线的剖面示意图。

图2为本发明之另一实施例之光学触控显示装置的剖面示意图。

图3为本发明之又一实施例之光学触控显示装置的正视示意图。

图4为本发明之再一实施例之光学触控显示装置的剖面示意图。

50：触控物体

100、100b、100c、100d：光学触控显示装置

110：显示面板

112：主动元件阵列基板

114：液晶层

116：对向基板

120、120a、120b、120c：光侦测器

130：处理单元

140：前框

150、150b：背框

210、210b：光分布调整元件

212、214、216：表面

220：可见光发光元件

221：可见光束

240：反射单元

250、250b、420：承载器

260：光学膜片组

300、300d：不可见光导光模组

310、310d：导光单元

311、313：散射微结构

312：第一表面

314：第二表面

316：侧面

320、320d：分色单元

410：不可见光发光元件

412：不可见光束

A：显示区

S：感测空间

【具体实施方式】

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1A为本发明之一实施例之光学触控显示装置的正视示意图，图1B为图1A之光学触控显示装置的爆炸图，且图1C为图1A之光学触控显示装置沿着I-I线的剖面示意图。请参照图1A至图1C，本实施例的光学触控显示装置100包括至少一可见光发光元件220(在本实施例中是以数个可见光发光元件220为例)、一光分布调整元件210、一不可见光导光模组300、至少一不可见光发光元件410(在本实施例中是以数个不可见光发光元件410为例)、一显示面板110及至少一光侦测器120(在本实施例中是以两个光侦测器120a与120b为例)。

可见光发光元件220适于发出一可见光束221(如图1C所绘示)。光分布调整元件210配置于可见光束221的传递路径上。在本实施例中，光分布调整元件210例如为一导光板，且具有一朝向显示面板110的表面212、一背对显示面板110的表面214及一连接表面212与表面214的入光面216。可见光发光元件220配置于入光面216旁，且可见光束221适于经由入光面216进入导光板210中，且适于经由表面214传递至显示面板110。可见光束221经过显示面板110的调制作用后，能够产生适于人眼观看的画面。在本实施例中，光学触控显示装置100更包括一反射单元240，配置于表面214上，以将来自入光面216的可见光束221反射至表面212。可见光发光元件220例如为可见光发光二极管(light emitting diode，LED)，且可见光发光元件220可配置于一承载器250上。承载器250例如为一电路板，且可见光发光元件220电性连接至承载器250。

不可见光导光模组300包括一导光单元310及一分色单元320。导光单元310配置于来自光分布调整元件210的可见光束221的传递路径上，且具有一背对光分布调整元件210的第一表面312、一朝向光分布调整元件210的第二表面314及一连接第一表面312与第二表面314的侧面316。在本实施例中，导光单元310例如为一导光板。分色单元320配置于第二表面314上。不可见光发光元件410配置于侧面316旁，且适于发出一不可见光束412。在本实施例中，不可见光发光元件410例如为一红外光发光二极管，且不可见光束412例如为一红外光束。不可见光束412适于经由侧面316进入导光单元310。在本实施例中，不可见光发光元件410可配置于一承载器420上，其中承载器420例如是一电性连接至这些不可见光发光元件410的电路板。分色单元320适于让可见光束221通过，且适于将来自侧面316的不可见光束412反射至第一表面312。在本实施例中，分色单元320例如为一适于让可见光通过且适于反射红外光的分色膜(dichroicfilm)。

显示面板110配置于光分布调整元件210的一侧，其中，显示面板110前有一感测空间S，且显示面板110位于光分布调整元件210与感测空间S之间。在本实施例中，不可见光导光模组300配置于光分布调整元件210与显示面板110之间。然而，在另一实施例中，不可见光导光模组300亦可以配置于显示面板110与感测空间S之间。在本实施例中，导光单元310配置于光分布调整元件210与感测空间S之间，且不可见光束412适于经由第一表面312传递至感测空间S。在本实施例中，不可见光导光模组300配置于光分布调整元件210与显示面板110之间。此外，导光单元310可具有数个散射微结构311，散射微结构311配置于第一表面312与第二表面314之至少其一上。散射微结构311例如为凹点、凸点、凹纹、凸纹或其组合。以图1C为例，散射微结构311例如为位于第一表面312上的凹点。在本实施例中，当不可见光束412经由侧面316进入导光单元310后，会不断地被第一表面312与第二表面314反射。散射微结构311可破坏此反射现象，而使不可见光束412因散射而离开导光单元310，并传递至显示面板110。接着，不可见光束412穿透显示面板110而传递至感测空间S。

在本实施例中，显示面板110例如为一液晶显示面板，且显示面板110包括一主动元件阵列基板112、一液晶层114及一对向基板116。液晶层114配置于主动元件阵列基板112与对向基板116之间，且对向基板116配置于液晶层114与感测空间S之间。在本实施例中，主动元件阵列基板112例如为一薄膜电晶体阵列基板(thin film transistor array substrate，TFT array substrate)，且对向基板116例如为一彩色滤光阵列基板。

光侦测器120配置于显示面板110外。在本实施例中，光侦测器120配置于感测空间S旁，且配置于显示面板110之背对光分布调整元件210的一侧。此外，在本实施例中，光侦测器120a与120b配置于显示面板110的显示区A之相邻两角落旁。光侦测器120例如为互补式金氧半导体感测元件(complementary metal oxide semiconductor sensor，CMOS sensor)、电荷耦合元件(charge coupled device，CCD)、光电倍增管(photomultiplier tube，PMT)或其他影像感测器。当一触控物体50(例如使用者的手指、触控笔的笔尖或其他适当的物体)进入感测空间S时，触控物体50反射部分不可见光束412，且光侦测器120配置于被触控物体50反射的部分不可见光束412的传递路径上。具体而言，当触控物体50进入感测空间S时，会使照射于触控物体50上的不可见光束412产生散射。如此一来，触控物体50会将部分不可见光束412反射至光侦测器120。此部分不可见光束412会在光侦测器120所侦测到的一画面上产生一亮区，其中此亮区例如为一亮点。

此外，感测空间S中没有被触控物体50占据的其他部分由于没有物体可将不可见光束412反射至光侦测器120，因此会在光侦测器120所侦测到的画面上形成暗区(即暗背景)。光学触控显示装置100适于根据亮区在画面中的位置判断出触控物体50在感测空间S中的位置。具体而言，光学触控显示装置100可更包括一处理单元130，电性连接至光侦测器120，在本实施例中例如是同时电性连接至光侦测器120a与120b。处理单元130适于根据亮区在画面中的位置判断出触控物体50在感测空间S中的位置。

在本实施例中，光学触控显示装置100更包括一光学膜片组260，配置于光分布调整元件210与显示面板110之间，其中光学膜片组260包括增亮膜(brightness enhancement film，BEF)、棱镜片(prism sheet)及扩散片(diffusion sheet)之至少其一，亦即包括增亮膜、棱镜片、扩散片及其他光学膜片的任意组合。此外，在本实施例中，不可见光导光模组300配置于光学膜片组260与显示面板110之间。

在本实施例中，光学触控显示装置100更包括一前框140，覆盖显示面板110的边缘。光侦测器120配置于前框140上，且部分前框140位于光侦测器120与显示面板110的边缘之间。此外，在本实施例中，光侦测器120a与120b分别配置于前框140的相邻两角落上。再者，在本实施例中，光学触控显示装置100更包括一背框150，背框150用以容置承载器250及反射单元240。

本发明的实施例至少具有以下其中一个优点，由于本实施例之光学触控显示装置100采用配置于光分布调整元件210与感测空间S之间的不可见光导光模组300来提供不可见光源，因此本实施例之光学触控显示装置100的外观较为平整、较具美观。相较于习知光学触控显示装置的红外光源与用以导引红外光的导光单元是设于显示面旁的前框上，因而导致显示面旁的结构过于凸出，本实施例之光学触控显示装置100可避免如此之问题产生。再者，相较于习知光学触控显示装置的红外光源与导光单元通常需要多组，因而导致光学元件数量增加及成本的增加，且拉长组装的工时，本实施例可以将一个不可见光导光模组300结合至光学触控显示装置100中，因此光学结构较为简化，进而能够降低组装困难度、缩短组装工时及降低成本。

值得注意的是，本发明并不限定可见光发光元件220必须是发光二极管，在其他实施例中，可见光发光元件220亦可以是荧光灯管、白炽灯泡、卤素灯泡或其他适当的发光元件。

图2为本发明之另一实施例之光学触控显示装置的剖面示意图。请参照图2，本实施例之光学触控显示装置100b与图1C之光学触控显示装置100类似，两者的差异如下所述。在本实施例之光学触控显示装置100b中，光分布调整元件210b为一扩散板。此外，光分布调整元件210b配置于每一可见光发光元件220与显示面板110之间，其中可见光束221适于穿透光分布调整元件210b而传递至显示面板110。在本实施例中，可见光发光元件220可在承载器250b上排列成二维阵列，且背框150b用以容置承载器250b及可见光发光元件220。本实施例之光学触控显示装置100b可达到与图1C之光学触控显示装置100类似的优点与功效，在此不再重述。

图3为本发明之又一实施例之光学触控显示装置的正视示意图。请参照图3，本实施例之光学触控显示装置100c与图1A之光学触控显示装置100类似，两者的差异如下所述。在本实施例中，光学触控显示装置100c具有三个光侦测器120，即光侦测器120a、120b、120c。在本实施例中，光侦测器120c配置于前框140的一边上，然而，在其他实施例中，光侦测器120c亦可以是配置于前框140的其他角落或其他边上。由于光学触控显示装置100具有三个光侦测器120，因此即使二个触控物体50同时进入感测空间S，处理单元130亦能准确判断出这二个触控物体50各自所处的位置，进而使光学触控显示装置100c达到准确的多点触控。

值得注意的是，本发明并不限定光学触控显示装置100c所具有之光侦测器120的数量。当光侦测器120的数量越多时，光学触控显示装置能够达到更多点的触控。此外，当光侦测器120的数量只有一个时，可有效降低光学触控显示装置的成本，且在一实施例中，仅采用一个光侦测器120就足以感测触控物体50在一维空间上的位置变化，如此可应用于仅需简易触控功能的光学触控显示装置，例如提款机的荧幕。

图4为本发明再一实施例之光学触控显示装置的剖面示意图。请参照图4，本实施例之光学触控显示装置100d与图1B之光学触控显示装置100类似，两者的差异在于光侦测器120的位置。在本实施例之光学触控显示装置100中，光侦测器120(例如光侦测器120a与光侦测器120b)配置于显示面板110之面向光分布调整元件210的一侧。在本实施例中，光侦测器120a与120b配置于不可见光导光模组300d之面向显示面板110的一侧。被触控物体50反射的部分不可见光束412穿透显示面板110而传递至光侦测器120a与120b。由于本实施例之光侦测器120配置于光学触控显示装置100d的内部，而不是配置于前框140上，因此可进一步美化光学触控显示装置100d的外观，且可减少光学触控显示装置100d的整体厚度。

此外，在本实施例中，不可见光导光模组300d配置于光分布调整元件210与光学膜片组260之间，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，不可见光导光模组300d亦可以配置于光学膜片组260与显示面板110之间，或配置于显示面板110与感测空间S之间，或配置于显示面板110与部分前框140之间。

再者，在本实施例中，分色单元320d例如为一分色镜(dichroicmirror)。此外，导光单元310d的第二表面314上可设有数个散射微结构313，且此散射微结构313例如为凸点。然而，在其他实施例中，散射微结构313亦可以是凹点、凸纹或凹纹。

综上所述，本发明之实施例可具有下列优点之至少其一。由于本发明之实施例之光学触控显示装置采用配置于光分布调整元件与感测空间之间的不可见光导光模组来提供不可见光源，因此光学触控显示装置的外观较为平整、较具美观。

以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。

Claims (19)

1.一种光学触控显示装置，包括：至少一可见光发光元件、一光分布调整元件、一不可见光导光模组、至少一不可见光发光元件、一显示面板以及至少一光侦测器；

其中，该可见光发光元件适于发出一可见光束；

该光分布调整元件配置于该可见光束的传递路径上；

该不可见光导光模组包括一导光单元以及一分色单元：

其中，该导光单元配置于来自该光分布调整元件的该可见光束的传递路径上，且具有一背对该光分布调整元件的第一表面、一朝向该光分布调整元件的第二表面及一连接该第一表面与该第二表面的侧面；以及

该分色单元配置于该第二表面上；

并且，该不可见光发光元件配置于该侧面旁，且适于发出一不可见光束，其中该不可见光束适于经由该侧面进入该导光单元，该分色单元适于让该可见光束通过，且适于将来自该侧面的该不可见光束反射至该第一表面；

该显示面板配置于该光分布调整元件的一侧，其中该显示面板前有一感测空间，该显示面板位于该光分布调整元件与该感测空间之间，该导光单元配置于该光分布调整元件与该感测空间之间，且该不可见光束适于经由该第一表面传递至该感测空间；以及

该光侦测器配置于该显示面板外，其中当一触控物体进入该感测空间时，该触控物体反射部分该不可见光束，且该光侦测器配置于被该触控物体反射的该部分不可见光束的传递路径上。

2.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：更包括一处理单元，电性连接至该光侦测器，其中当该触控物体进入该感测空间时，该触控物体所反射的该部分不可见光束在该光侦测器所侦测到的一画面上产生一亮区，且该处理单元根据该亮区在该画面中的位置判断出该触控物体在该感测空间中的位置。

3.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：该不可见光导光模组配置于该光分布调整元件与该显示面板之间。

4.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：该不可见光导光模组配置于该显示面板与该感测空间之间。

5.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：更包括一光学膜片组，配置于该光分布调整元件与该显示面板之间，其中该光学膜片组包括增亮膜、棱镜片及扩散片之至少其一。

6.如权利要求5所述的光学触控显示装置，其特征在于：该不可见光导光模组配置于该光学膜片组与该显示面板之间。

7.如权利要求5所述的光学触控显示装置，其特征在于：该不可见光导光模组配置于该光分布调整元件与该光学膜片组之间。

8.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：该光侦测器配置于该感测空间旁，且配置于该显示面板的背对该光分布调整元件的一侧。

9.如权利要求8所述的光学触控显示装置，其特征在于：更包括一前框，覆盖该显示面板的边缘，其中该光侦测器配置于该前框上，且部分该前框位于该光侦测器与该显示面板的边缘之间。

10.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：该光侦测器配置于该显示面板的面向该光分布调整元件的一侧，且被该触控物体反射的该部分不可见光束适于穿透该显示面板而传递至该光侦测器。

11.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：该导光单元具有数个散射微结构，配置于该第一表面与该第二表面的至少其一上。

12.如权利要求11所述的光学触控显示装置，其特征在于：该些散射微结构为凹点、凸点、凹纹、凸纹或其组合。

13.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：该分色单元为一分色膜或一分色镜。

14.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：该光分布调整元件为一导光板，该导光板具有一朝向该显示面板的第三表面、一背对该显示面板的第四表面及一连接该第三表面与该第四表面的入光面，该可见光发光元件配置于该入光面旁，且该可见光束适于经由该入光面进入该导光板中，且适于经由该第一表面传递至该显示面板。

15.如权利要求14所述的光学触控显示装置，其特征在于：更包括一反射单元，配置于该第四表面上，以将来自该入光面的该可见光束反射至该第一表面。

16.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：该光分布调整元件为一扩散板，且该扩散板配置于该可见光发光元件与该显示面板之间。

17.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：该显示面板包括：

一主动元件阵列基板；

一液晶层，配置于该主动元件阵列基板与该感测空间之间；以及

一对向基板，配置于该液晶层与该感测空间之间。

18.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：该可见光发光元件为一可见光发光二极管，该不可见光发光元件为一红外光发光二极管，且该不可见光束为一红外光束。

19.如权利要求1所述的光学触控显示装置，其特征在于：该光侦测器为一互补式金氧半导体影像感测元件、一电荷耦合元件或一光电倍增管。

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