CN102419660A - 触控显示装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种触控显示装置及其操作方法，该触控显示装置，包括一显示单元、一光局限元件、至少一发光元件及至少一光侦测器。光局限元件配置于显示单元的一侧，且具有一第一全反射面、一第二全反射面及一连接第一全反射面与第二全反射面的入光面。发光元件配置于入光面旁，且适于发出一光束。光束适于经由入光面进入光局限元件中，且第一全反射面与第二全反射面适于不断地将光局限元件中的光束全反射，以使光束局限于第一全反射面与第二全反射面之间。光侦测器配置于光局限元件旁。当一触控物体接触第一全反射面时，全反射作用遭到破坏，且触控物体将部分光束反射至光侦测器。

Description

触控显示装置及其操作方法

【技术领域】

本发明是有关于一种触控装置，且特别是有关于一种触控显示装置及其操作方法。

【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地被发展出来。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。

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。现有光学触装置通常是设于显示装置的显示区之前方的周围，且包括复数个光源、复数个导光条及复数个光侦测器。复数个导光条配置于显示区的侧边上，光侦测器则配置于显示区的角落上。光源所发出的光经过导光条的导引作用后，会射向显示区前的一感测空间。当使用者的手指进入感测空间时，光侦测器可侦测到手指，如此便可完成触控侦测。

然而，由于现有光学触控装置在显示区上方设置复数个导光条，因此会因导光条与显示区的定位与组装不易，而造成组装工时的拉长。另外，导光条及其固定元件之材料的使用往往导致光学触控装置的成本之增加。再者，由于使用者的手指在进入感测空间后但尚未接触到显示区时，就会被光侦测器侦测到，因此使得现有光学触控装置的操作不够人性化，且指令的下达亦不明确。

美国专利公开第20090073142号揭露了导光板可覆盖于显示面板上，以当作一盖体，且感测器位于导光板的侧边，以侦测物体的位置。此外，中国台湾专利第358360号、美国专利公开第20100085330及20100066704号亦揭露了其他触控装置。

【发明内容】

本发明提供一种触控显示装置，此触控显示装置较易组装、成本较低，且可具有较薄的整体厚度。

本发明提供一种触控显示装置的操作方法，具有较为便利且人性化的操作方式。

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触控显示装置，包括一显示单元、一光局限元件、至少一发光元件及至少一光侦测器。光局限元件配置于显示单元的一侧，且具有一第一全反射面、一相对于第一全反射面的第二全反射面及一连接第一全反射面与第二全反射面的入光面。发光元件配置于入光面旁，且适于发出一光束。光束适于经由入光面进入光局限元件中，且第一全反射面与第二全反射面适于不断地将光局限元件中的光束全反射，以使光束局限于第一全反射面与第二全反射面之间。光侦测器配置于光局限元件旁。当一触控物体接触第一全反射面时，第一全反射面对于光束的全反射作用遭到破坏，而使部分光束穿透第一全反射面，且触控物体适于将部分光束反射至光侦测器。

所述的触控显示装置，其特征在于：该第一全反射面与该第二全反射面的粗糙度均小于等于50纳米。

所述的触控显示装置，其特征在于：该光局限元件为一透明保护层，以保护该显示单元。

所述的触控显示装置，其特征在于：该光局限元件与该显示单元之间存在一空气间隙。

所述的触控显示装置，其特征在于：该光局限元件与该显示单元接合，且该光局限元件与该显示单元之间没有空气间隙。

所述的触控显示装置，其特征在于：该显示单元为一液晶显示面板、一发光二极管阵列面板、一有机发光二极管阵列面板、一电浆显示面板或一阴极射线管。

所述的触控显示装置，其特征在于：该触控显示装置具有一显示区，且该光侦测器配置于该显示区旁。

所述的触控显示装置，其特征在于：该发光元件为一红外光源。

所述的触控显示装置，其特征在于：更包括一可见光背光模组，适于提供一照明光束，其中该显示单元配置于该可见光背光模组与该光局限元件之间，且该照明光束适于通过该显示单元与该光局限元件。

所述的触控显示装置，其特征在于：更包括一不可见光背光模组，配置于该显示单元与该可见光背光模组之间，且适于提供一不可见光束，其中该不可见光束适于通过该显示单元与该光局限元件，且该不可见光束适于被该触控物体反射至该光侦测器，该可见光束适于通过该不可见光背光模组、该显示单元及该光局限元件。

所述的触控显示装置，其特征在于：该第一全反射面或该第二全反射面上设置有光学涂料。

本发明之另一实施例提出一种触控显示装置的操作方法，包括下列步骤。提供上述触控显示装置。此外，利用至少一触控物体接触触控显示装置的光局限元件，以使第一全反射面对于光束的全反射作用遭到破坏，并使部分光束穿透第一全反射面，且利用触控物体将部分光束反射至光侦测器。当部分光束反射至光侦测器时，光侦测器侦测到触控物体的触控动作。

所述的触控显示装置的操作方法，其特征在于：更包括：使该触控物体在该光局限元件上方悬空，并将该触控物体移动至适当位置后，再使该触控物体接触该光局限元件，以完成触控动作。

基于上述，本发明的实施例可达到下列优点或功效之至少其一。本发明的实施例的触控显示装置是采用光局限元件并搭配破坏全反射的原理来产生对触控动作的侦测。由于光局限元件与显示单元之间的对位容易，且精确度不需很高，因此本发明的实施例的触控显示装置的组装较为容易。此外，由于显示单元上方可以不必设置多个导光条所构成的发光模组，因此本发明的实施例的触控显示装置的整体厚度可以较薄，且由于节省材料的使用而可具有较低的成本。再者，在本发明的实施例的触控显示装置的操作方法中，由于是藉由触控物体接触光局限元件时，才让触控显示装置感测到触控动作，因此相较于现有光学触控装置的操作方法较为便利且人性化。

为让本发明的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为本发明的一实施例的触控显示装置的剖面示意图。

图1B为图1A的触控显示装置的正视图。

图2为本发明的另一实施例的触控显示装置的剖面示意图。

图3为本发明的又一实施例的触控显示装置的剖面示意图。

图4为本发明的一实施例的触控显示装置的操作方法。

50：触控物体

100、100a、100b：触控显示装置

200：显示单元

210：对向基板

220：液晶层

230：主动元件阵列基板

300：光局限元件

310：第一全反射面

320：第二全反射面

330、330a、330b：入光面

340、340a、340b、420：发光元件

342：光束

350、350a、350b：光侦测器

400、400a：可见光背光模组

410、510：导光板

412、414、512、514：表面

416、516：入光面

418：光散射结构

422：照明光束

430：反射片

440：灯箱

450：扩散板

500：不可见光背光模组

518：光学微结构

520：分色单元

530：不可见光发光元件

532：不可见光束

A：显示区

G：空气间隙

S110～S130：步骤

【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为本发明的一实施例的触控显示装置的剖面示意图，而图1B为图1A的触控显示装置的正视图。请参照图1A与图1B，本实施例的触控显示装置100包括一显示单元200、一光局限元件300、至少一发光元件340(在图1A中绘示二发光元件340a与340b为例)及至少一光侦测器350(在图1A与图1B中绘二光侦测器350a与350b为例)。显示单元200例如为一液晶显示面板，且包括一主动元件阵列基板230、一液晶层220及一对向基板210，其中液晶层220配置于主动元件阵列基板230与对向基板210之间。主动元件阵列基板230例如为一薄膜电晶体阵列基板(thin filmtransistor array substrate)，而对向基板210例如为一彩色滤光阵列基板。然而，在其他实施例中，显示单元200亦可以是一发光二极管阵列面板、一有机发光二极管(organic light emitting diode)阵列面板、一电浆显示面板(plasma display panel，PDP)或一阴极射线管(cathoderay tube，CRT)。

光局限元件300配置于显示单元200的一侧，且具有一第一全反射面310、一相对于第一全反射面310的第二全反射面320及至少一连接第一全反射面310与第二全反射面320的入光面330(在图1A中是以二个入光面330a与330b为例)。在本实施例中，光局限元件300例如为一透明保护层，以保护显示单元200。在本实施例中，光局限元件300的莫式硬度可大于等于5H。在一实施例中，光局限元件300的莫氏硬度可大于等于6H，提供足够的硬度以保护显示单元200，防止显示单元200被尖锐物质刮伤。在其他实施例中，光局限元件300的第一全反射面310或第二全反射面320上可设置有例如抗反射(antireflection)层、防眩(antiglare)层、硬镀层(hardcoating)等光学涂料或光学膜片。

发光元件340配置于入光面330旁，且适于发出一光束342。在本实施例中，发光元件340例如为一红外光发光二极管(light emitting diode，LED)或一红外光雷射二极管(laser diode)，而光束342例如为红外光束。然而，在其他实施例中，发光元件340亦可以是其他不可见光发光元件或可见光发光元件。

光束342适于经由入光面330进入光局限元件300中，且第一全反射面310与第二全反射面320适于不断地将光局限元件300中的光束342全反射，以使光束342局限于第一全反射面310与第二全反射面320之间。在本实施例中，第一全反射面310与第二全反射面320的粗糙度(roughnessaverage，RA)均小于等于50纳米，亦即具有如此的粗糙度的表面足够光滑，以形成全反射面。在一实施例中，第一全反射面310与第二全反射面320的粗糙度小于等于20纳米，以达到较佳的全反射效果。

在本实施例中，光局限元件300与显示单元200之间存在一空气间隙G。然而，在其他实施例中，光局限元件300与显示单元200接合，例如以粘着剂接合，且光局限元件300与显示单元200之间没有空气间隙，而是两者之间存在粘着剂。

光侦测器350配置于光局限元件300旁。在本实施例中，光侦测器350例如为电荷耦合元件(charge coupled device，CCD)、互补式金氧半导体感测元件(complementary metal oxide semiconductor sensor，CMOSsensor)、光电倍增管(photomultiplier tube，PMT)或其他光侦测器。在本实施例中，触控显示装置100具有一显示区A(如图1B所绘示)，显示区A亦即触控显示装置100用以显示影像画面的区域。此外，在本实施例中，光侦测器350配置于光局限元件300的上方，且光侦测器350配置于显示区A旁。在本实施例中，光侦测器350a、350b分别配置于显示区A的两角落旁，然而，在其他实施例中，光侦测器350亦可以配置于显示区A的边上，而本发明不以此为限。

当一触控物体50(例如使用者的手指或触控笔的笔尖)接触第一全反射面310时，第一全反射面310对于光束342的全反射作用遭到破坏。这是因为当触控物体50接触第一全反射面310时，第一全反射面310不再是光局限元件300与空气之间的介面，而是光局限元件300与触控物体50之间的介面。触控物体50的折射率不同于空气的折射率，因此会使原本空气与光局限元件300所产生的全反射条件改变，而使得第一全反射面310被触控物体50接触的部分不产生全反射效果。如此一来，便能使部分光束342穿透第一全反射面310，且触控物体50适于将穿透第一全反射面310的部分光束342反射至光侦测器350，而光侦测器350则适于侦测光束342。

在本实施例中，触控显示装置100更包括一可见光背光模组400，适于提供一照明光束422，其中显示单元200配置于可见光背光模组400与光局限元件300之间，且照明光束422适于通过显示单元200与光局限元件300，并搭载显示单元200的显示画面。在本实施例中，可见光背光模组400例如为一侧边入光式背光模组，且包括一导光板410、至少一发光元件420及一反射片430。导光板410具有一表面412、一相对于表面412的表面414及一连接表面412与表面414的入光面416。发光元件420例如为一可见光发光二极管或其他可见光发光元件，以发出照明光束422，其中照明光束422为可见光。来自发光元件420的照明光束422适于经由入光面416进入导光板410中，而传递至导光板410之表面(图1A中以表面414为例)之光散射结构418后，会被散射至表面412，并穿透表面412而传递至显示单元200。或者，照明光束422会被光散射结构418散射至表面414之一侧的反射片430，而反射片430适于反射照明光束422，以使照明光束422依序穿透表面414与表面412而传递至显示单元200。

当显示单元200为发光二极管阵列面板、有机发光二极管阵列面板、电浆显示面板或阴极射线管时，则触控显示装置可以不采用可见光背光模组400。

本实施例的触控显示装置100是采用光局限元件300并搭配破坏全反射的原理来产生对触控动作的侦测。由于光局限元件300与显示单元200之间的对位容易，且精确度不需很高，因此本实施例的触控显示装置100的组装较为容易，且可缩短组装工时。此外，由于显示单元200上方可以不必设置多个导光条所构成的发光模组，因此本实施例的触控显示装置100的整体厚度可以较薄，且由于节省导光条及其固定件的材料的使用而可具有较低的成本。此外，在本实施例的触控显示装置100中，是藉由触控物体50接触光局限元件300时，才让触控显示装置100感测到触控动作。此外，当触控物体50悬空于光局限元件300上方时，由于没有破坏光局限元件300的全反射作用，则光束342不会穿透第一全反射面310而被光侦测器350侦测，此时触控显示装置100不会感测到触控动作。在现有光学触控装置中，触控物体尚未接触到显示区表面时，触控物体在显示区前的感测空间中就会被光侦测器侦测到，而作为触控动作的判断。如此一来，在使用现有光学触控装置时，使用者便无法让触控物体在靠近显示区的表面之处平移，而是要先看准要触控的位置后，才将触控物体靠近显示区。这样的操作方式并不人性化，且不利于连续快速地操作。相较之下，本实施例的触控显示装置100的使用者可让触控物体在靠近光局限元件300之处游移，而当决定要作某触控指令时，才让触控物体接触光局限元件300以完成触控指令，因此本实施例的触控显示装置100可以较为人性化的方式操作，且适于连续快速地操作，并且触控指的下达亦为明确且便利。

图2为本发明的另一实施例的触控显示装置的剖面示意图。请参照图2，本实施例的触控显示装置100a与图1A的触控显示装置100类似，而两者的差异如下所述。本实施例的触控显示装置100a的可见光背光模组400a为直下式背光模组，且可见光背光模组400a包括复数个发光元件420、一灯箱440及一扩散板450。发光元件420配置于灯箱440中，且发光元件420所发出的照明光束422经过扩散板450的扩散作用后，较为均匀地传递至显示单元200。

图3为本发明的又一实施例的触控显示装置的剖面示意图。请参照图3，本实施例的触控显示装置100b与图1A的触控显示装置100类似，而两者的差异如下所述。在本实施例中，触控显示装置100b更包括一不可见光背光模组500，配置于显示单元200与可见光背光模组400之间，且适于提供一不可见光束532(例如为红外光束或其他波段的不可见光束)。不可见光束532适于通过显示单元200与光局限元件300，且不可见光束532适于被触控物体50反射至光侦测器350，以让光侦测器350感测到触控物体50。不可见光背光模组500与发光元件340相互搭配后，可使红外光束的强度更高，进而提升光侦测器350的办识度。此外，可见光束422适于通过不可见光背光模组500、显示单元200及光局限元件300，并搭载显示单元200所提供的显示画面。

在本实施例中，不可见光背光模组500包括一导光板510、一分色单元520及至少一不可见光发光元件530。导光板510具有一表面512、一相对于表面512的表面514及一连接表面512与表面514的入光面516。不可见光发光元件530例如为一红外光发光二极管、一红外光雷射二极管或其他不可见光发光元件，且配置于入光面516旁。不可见光发光元件530适于发出不可见光束532，且不可见光束532适于经由入光面516进入导光板510中。分色单元520例如为一分色膜(dichroic film)，且配置于表面514上。分色单元520适于反射不可见光束532(例如红外光束)，且适于让可见光束422穿透。当导光板510中的不可见光束532传递至导光板510之表面(图3以表面512为例)上的光学微结构518时，适于穿透导光板510之表面而传递至显示单元200。

图4为本发明的一实施例的触控显示装置的操作方法。请参照图1A与图4，本实施例之操作方法可用以操作图1A的触控显示装置100或图2的触控显示装置100a，在此以图1A的触控显示装置100为例进行说明，而图2的触控显示装置100a的操作方法可以此类推。本实施例的触控显示装置的操作方法包括下列步骤。首先，执行步骤S110，即提供一触控显示装置，在本实施例中即提供触控显示装置100。接着，执行步骤S120，使触控物体50(例如使用者的手指或触控笔的笔尖)在光局限元件300上方悬空，并将触控物体50移动至适当位置。举例而言，使用者可使触控物体50在接近光局限元件300但尚未接触光局限元件300的距离平移，以将触控物体50移动至适当的位置。之后，执行步骤S130，即当触控物体50移动至适当位置之后，使触控物体50接触光局限元件300，以使第一全反射面310对于光束342的全反射作用遭到破坏，并使部分光束342穿透第一全反射面310，且利用触控物体50将部分光束342反射至光侦测器350。当部分光束342反射至光侦测器350时，光侦测器350侦测到触控物体50的触控动作，此即完成一次触控侦测。值得注意的是，本发明并不限定触控物体50的数量。虽然本实施例是以一个触控物体50为例，但在其他实施例中，亦可以采用复数个触控物体50同时或不同时接触光局限元件300，以产生单点或多点触控。

此外，本实施例的触控显示装置的操作方法亦可包括在执行步骤S110后，跳过步骤S120而直接执行步骤S130，亦即使用者在看好欲触控的位置后，直接地让触控物体50接触光局限元件300，而没有让触控物体50悬空地在光局限元件300上方平移或游移。

在本实施例的触控显示装置的操作方法中，是藉由触控物体50接触光局限元件300时，触控显示装置100才会感测到触控动作。此外，当触控物体50悬空于光局限元件300上方时，由于没有破坏光局限元件300的全反射作用，则光束342不会穿透第一全反射面310而被光侦测器350侦测，此时触控显示装置100不会感测到触控动作。在现有光学触控装置的操作方法中，触控物体尚未接触到显示区表面时，触控物体在显示区前的感测空间中就会被光侦测器侦测到，而作为触控动作的判断。如此一来，在使用现有光学触控装置时，使用者便无法让触控物体在靠近显示区的表面之处平移，而是要先看准要触控的位置后，才将触控物体靠近显示区。这样的操作方式并不人性化，且不利于连续快速地操作。相较之下，采用本实施例的触控显示装置的操作方法之使用者可让触控物体在靠近光局限元件之处游移，而当决定要作某触控指令时，才让触控物体接触光局限元件以完成触控指令，因此本实施例的触控显示装置的操作方法可以较为人性化的方式操作，且适于连续快速地操作，并且触控指的下达亦为明确且便利。

综上所述，本发明的实施例可达到下列优点或功效的至少其一。本发明的实施例的触控显示装置是采用光局限元件并搭配破坏全反射的原理来产生对触控动作的侦测。由于光局限元件与显示单元之间的对位容易，且精确度不需很高，因此本发明的实施例的触控显示装置的组装较为容易。此外，由于显示单元上方可以不必设置多个导光条所构成的发光模组，因此本发明的实施例的触控显示装置的整体厚度可以较薄，且由于节省材料的使用而可具有较低的成本。再者，在本发明的实施例的触控显示装置的操作方法中，由于是藉由触控物体接触光局限元件时，才让触控显示装置感测到触控动作，因此相较于现有光学触控装置的操作方法较为便利且人性化。

以上所述，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。

Claims (13)

1.一种触控显示装置，包括：

一显示单元；

一光局限元件，配置于该显示单元的一侧，且具有一第一全反射面、一相对于该第一全反射面的第二全反射面及一连接该第一全反射面与该第二全反射面的入光面；

至少一发光元件，配置于该入光面旁，且适于发出一光束，其中该光束适于经由该入光面进入该光局限元件中，且该第一全反射面与该第二全反射面适于不断地将该光局限元件中的该光束全反射，以使该光束局限于该第一全反射面与该第二全反射面之间；以及

至少一光侦测器，配置于该光局限元件旁，其中当一触控物体接触该第一全反射面时，该第一全反射面对于该光束的全反射作用遭到破坏，而使部分该光束穿透该第一全反射面，且该触控物体适于将部分该光束反射至该光侦测器。

2.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于：该第一全反射面与该第二全反射面的粗糙度均小于等于50纳米。

3.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于：该光局限元件为一透明保护层，以保护该显示单元。

4.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于：该光局限元件与该显示单元之间存在一空气间隙。

5.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于：该光局限元件与该显示单元接合，且该光局限元件与该显示单元之间没有空气间隙。

6.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于：该显示单元为一液晶显示面板、一发光二极管阵列面板、一有机发光二极管阵列面板、一电浆显示面板或一阴极射线管。

7.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于：该触控显示装置具有一显示区，且该光侦测器配置于该显示区旁。

8.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于：该发光元件为一红外光源。

9.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于：更包括一可见光背光模组，适于提供一照明光束，其中该显示单元配置于该可见光背光模组与该光局限元件之间，且该照明光束适于通过该显示单元与该光局限元件。

10.如权利要求9所述的触控显示装置，其特征在于：更包括一不可见光背光模组，配置于该显示单元与该可见光背光模组之间，且适于提供一不可见光束，其中该不可见光束适于通过该显示单元与该光局限元件，且该不可见光束适于被该触控物体反射至该光侦测器，该可见光束适于通过该不可见光背光模组、该显示单元及该光局限元件。

11.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于：该第一全反射面或该第二全反射面上设置有光学涂料。

12.一种触控显示装置的操作方法，包括：

提供如权利要求1所述的触控显示装置；以及

利用至少一触控物体接触该触控显示装置的该光局限元件，以使该第一全反射面对于该光束的全反射作用遭到破坏，并使部分该光束穿透该第一全反射面，且利用该触控物体将部分该光束反射至该光侦测器，其中当部分该光束反射至该光侦测器时，该光侦测器侦测到该触控物体的触控动作。

13.如权利要求12所述的触控显示装置的操作方法，其特征在于：更包括：

使该触控物体在该光局限元件上方悬空，并将该触控物体移动至适当位置后，再使该触控物体接触该光局限元件，以完成触控动作。

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