CN105531653A - 包括衍射光栅的光导面板 - Google Patents

Abstract

例子提供一种设备，所述设备包括光导面板，该光导面板具有多个衍射光栅以使光在光导面板内通过全内反射来传播并且响应于与光导面板相邻的物体的存在而对光进行散射。

Description

包括衍射光栅的光导面板

背景技术

触摸显示器可被以各种方式实现。一些显示器获得电容式或电阻式触摸传感器的支持，在电容式或电阻式触摸传感器中针对显示器的触摸事件引起指示该触摸的电气变化。其它显示器可使用利用图像处理来确定触摸事件位置的光学方案，诸如例如受抑全内反射(FTIR)。

利用FTIR，光按照临界角穿过光导面板传播，并且当用户利用手指触摸该面板时，由于手指具有比面板高的折射率，光漏出并且在接触点反射。当光漏出或者散射时，照相机可记录该反射，或者光检测器可替代地检测传播的光的衰减以确定已发生触摸事件。

附图说明

“具体实施方式”部分参考附图，其中：

图1是包括具有衍射光栅的光导面板的示例性设备的方框图；

图2A和图2B图示由包括具有衍射光栅的光导面板的另一示例性设备执行的光传播的例子；

图3图示由包括具有衍射光栅的光导面板的另一示例性设备执行的光传播的另一例子；

图4–8图示包括具有衍射光栅的光导面板的各种其它示例性设备；

图9是包括具有衍射光栅的光导面板的示例性系统的方框图；和

图10是实现包括具有衍射光栅的光导面板的设备的示例性方法的流程图；

在所有附图中可实现各种实施例。

在上述附图中示出并且在以下详细地描述某些例子。附图不一定按比例，并且附图的各种特征和视图可以为了清楚和/或简洁而在比例上或在示意方面被夸大示出。

具体实施方式

使用受抑全内反射(FTIR)实现的基于光学的触摸显示器有时包括许多光发射器，所述许多光发射器通过至少一个光耦合器以光学方式耦合到光导面板。为了触摸检测的目的，光耦合器使来自光发射器的光定向到合适角度(临界角)，以使得该光在光导面板的内部反射和传播，而非使该光的某个部分沿垂直方向穿过光导面板而丢失。

尽管把光定向到临界角是有益的，但光耦合器可能有时显著增加显示器的尺寸，至少因为光耦合器被布置在光发射器和光导面板之间。尽管对于一些应用而言这种尺寸的增加可能是可接受的，但其它应用可能在减小尺寸时有益处。

图1图示示例性设备100，示例性设备100包括：光导面板102；光发射器104，与光导面板102相邻以将光传送给光导面板102；和光检测器106，与光导面板102相邻以检测由光导面板102传播的光。光导面板102可包括多个衍射光栅108，并且可包括用于接收触摸输入的触摸区域110。在各种实现方式中，触摸区域110可由第一主表面的外围定义，并且光发射器104和光检测器106可被布置为与第二主表面相邻，第二主表面与第一主表面相对，如图示的。如这里所使用的，术语“主表面”可被用于定义光导面板102的较大区域表面，光导面板102可具有两个相对的主表面，该主表面的长度和宽度大于光导面板102的厚度(即，主表面之间的距离)。同样地，“次表面”可表示这两个相对的主表面之间的（一个或多个）表面。

光发射器104可按照至少一个光束的形式产生光。光发射器104可包括例如一个或多个激光器、一个或多个发光二极管(“LED”)等等。

来自光发射器104的光可由光导面板102经光导面板102的多个衍射光栅108直接接收，而不使用光耦合器。所述多个衍射光栅108可将来自光发射器104的光散射为按照一定角度进入光导面板102中的对应多个定向光束以在光导面板102内通过全内反射来传播该光。与光导面板102的触摸区域110相邻的物体的存在(在这里被称为“触摸事件”)可使传播的光根据FTIR散射，导致到达光检测器106的光的量的对应变化。检测到的变化可允许确定触摸事件的位置，如这里更充分描述的。

因为衍射光栅108允许使光定向为适合FTIR的临界角，所以与包括没有衍射光栅的光导面板的设备相比，设备100可被构造为具有较低的复杂性。例如，这里描述的光导面板可允许避免使用庞大的光耦合器来把光束定向为用于全内反射的合适角度。如此，光发射器104和光检测器106可被布置为与光导面板102相邻，这可允许更紧凑的设计。在一些实现方式中，光发射器104和/或光检测器106可事实上紧靠着光导面板102。

在各种实现方式中，设备100包括多个光发射器104和/或多个光检测器106。在这些实现方式中的各种实现方式中，由一个光发射器104发射的光可由一个光检测器106或多个光检测器106检测，从而使得设备100包括每个光发射器104一个光检测器106、每个光发射器104超过一个光检测器106或者每个光检测器106超过一个光发射器104。在各种实现方式中，光发射器104和/或光检测器106可通过光学透射粘合剂、环氧树脂或胶合剂或者另一耦合器(诸如，例如边缘紧固件等)耦合到光导面板102，或者可通过气隙传送光。

虽然图示的实现方式包括位于光发射器104和光导面板102之间并且也位于光检测器106和光导面板102之间的衍射光栅108，但可采用其它配置。在一些实现方式中，可在光检测器106和光导面板102之间省略衍射光栅108(在别处图示)。

根据这里描述的各种实现方式，由光导面板执行的光传播的例子由图2A和图2B图示。在图2A中，光发射器204经衍射光栅208将光214传送给光导面板202，以使光214按照一定角度被传送到光导面板202中从而在光导面板202内通过全内反射来传播光214。触摸事件(诸如，例如与光导面板202相邻的物体212(例如，手指)的存在)可使光214散射，如图2B中所示。由物体212导致的光214的散射可引起继续传播穿过光导面板202的光214的量的衰减，并且因此，被光检测器206检测到。由光检测器206检测到的光214的量的这种变化可向设备200指示：已沿着光214的路径发生针对光导面板202的触摸区域210的触摸。

图3图示由光导面板302执行的光传播的另一例子，其中示例性衍射光栅308、光发射器(视野在这里受到衍射光栅308的阻碍)、位于光导面板302的相对侧(在这种情况下，下侧)的光检测器306和触摸区域310全都被利用散列线示出。

也利用散列线还图示了来自几组316衍射光栅308的光束314的路径的示例性表示。个体散列线箭头未必代表个体的单独的光束314，而是可以替代地代表光束314路径的角分布。要注意的是，光束314可具有与图示的角分布、形状和覆盖区不同的角分布、形状和覆盖区。

如图示的，所述多个衍射光栅308可包括多组316基本上平行的凹槽，所述多组316基本上平行的凹槽被图案化为将光散射为进入光导面板302的对应多个定向光束314。各组316衍射光栅318可由光栅长度L、光栅宽度W、凹槽定向θ和间距Ʌ指定。每组316衍射光栅308可按照由凹槽定向和光栅间距控制的方向并且按照可由光栅长度和宽度如下控制的角分布ΔΘ发射定向光束314：

其中λ是定向光束314的波长。由光栅定向角θ指定的凹槽定向和由Λ指定的光栅间距或周期可控制定向光束314的方向。如此，各组316衍射光栅308可被配置为：通过有效地将光引导到触摸区域310中来使由光发射器304发射的跨触摸区域310传播的光的量最大化并且使在触摸区域310的周界外部的光的损失最小化，而在触摸区域310的角落中没有死点并且具有触摸覆盖。

为了确定触摸事件的位置，各个光检测器306可确定预期的光的量的变化，并且来自光检测器306的数据的组合可提供关于触摸事件的位置的信息。例如，对于图3中图示的设备300，沿着水平边缘之一(X轴)的光检测器306和沿着垂直边缘之一(Y轴)的光检测器306可确定预期的光的量的衰减。组合x位置和y位置可提供触摸事件的坐标。

如前面的例子中所示，光发射器和光检测器沿着与光导面板的主表面相邻的光导面板的外围交错。在各种其它实现方式中，光发射器和光检测器可具有不同的布置。例如，如图4中所示，（一个或多个）光发射器(视野受到衍射光栅408的阻碍)可被沿着光导面板402的两个相邻周围边缘布置，并且（一个或多个）光检测器306可被沿着光导面板402的相对的周围边缘布置。在其它未图示的实现方式中，（一个或多个）光发射器可被沿着第一周围边缘布置，并且（一个或多个）光检测器被沿着相对的第二周围边缘布置。在其它未图示的实现方式中，光发射器和光检测器306可按照与图3中图示的模式不同的某种其它模式交错。在本公开的范围内，可采用各种其它配置。

在各种实现方式中，（一个或多个）光发射器和/或（一个或多个）光检测器可被沿着光导面板的次表面布置，如图5和图6中所示。如图5中所示，光导面板502包括沿着光导面板502的次表面的衍射光栅508，其中光发射器504与光导面板502的次表面相邻，从而衍射光栅508位于光发射器504和光导面板502之间。同样地，光检测器506被布置为与光导面板502的相对的次表面相邻。在其它实现方式(诸如，图6中图示的实现方式)中，光检测器606可被布置为与光导面板602的主表面相邻，而衍射光栅608和光发射器604被沿着光导面板602的次表面布置。在本公开的范围内，可采用各种其它配置。

可使用许多加工操作中的任何加工操作形成这里描述的衍射光栅的各种实现方式。在一些实现方式中，可通过压印平版印刷（lithography）操作来形成衍射光栅。在这些实现方式中的一些实现方式中，可使用卷对卷技术执行压印平版印刷操作，卷对卷技术可允许大量加工光导面板。光导面板可被压印并且使用独立显示面板，或者可使用框架或合适的粘合剂、环氧树脂或固化胶合剂而被附接或层叠到另一基底以形成显示面板。在后者例子中的一些例子中，光导面板可包括薄膜，该薄膜被与衍射光栅压印在一起并且随后固定到另一基底(诸如，例如刚性基底)。在各种实现方式中，光导面板可包括任何合适的材料，诸如但不限于塑料或玻璃。

在一些实现方式中，可通过加式或减式光刻法操作来形成衍射光栅。在前者实现方式中的一些实现方式中，可以通过掩蔽(例如，利用光致抗蚀剂)、曝光、显影和光导面板的曝光区域的蚀刻或光导面板的曝光区域上的材料的沉积来形成衍射光栅，以形成衍射光栅。

图7图示示例性光导面板702，光导面板702包括衍射光栅708，与图2A/2B中图示的光导面板的凹入的衍射光栅相比，衍射光栅708相对于光导面板702的其余表面凸起。在各种实现方式中，可通过上述光刻法操作来形成图7的光导面板702的衍射光栅708。图8图示另一示例性光导面板802，在光导面板802中，包括衍射光栅808的薄膜820被布置在基底818上方以形成光导面板802。在本公开的范围内，可采用各种其它配置。

这里描述的各种光导面板和包括这种光导面板的设备可以是独立装置，或者可被包括在各种类型的系统(诸如，图9中图示的系统900)中。在各种实现方式中，系统900可以是如下系统：诸如但不限于显示装置、桌上型计算机、笔记本计算机、手持式计算机、平板计算机、可转换计算机、智能电话、个人数字助手、移动电话、电视、销售零售点计算机、游戏计算机或数字照相机。

如图示的，该系统900可包括具有衍射光栅908的光导面板902、与光导面板902相邻的至少一个光发射器904和与光导面板902相邻的至少一个光检测器906。如这里所述，衍射光栅908可使光按照一定角度被传送到光导面板902中以在光导面板902内通过全内反射来传播光，并且响应于与光导面板902的触摸区域相邻的物体的存在而对光进行散射。（一个或多个）光发射器904可将光传送给衍射光栅908，并且（一个或多个）光检测器906可检测由光导面板902传播的光。

系统900还可包括控制器922。在各种实现方式中，控制器922可确定由（一个或多个）光检测器906检测到的光的量的变化。控制器922可随后至少部分地基于该变化识别光导面板902的与该物体相邻的位置。

描述根据这里描述的各种实现方式的各种方法1000的流程图被图示在图10中，方法1000用于确定针对包括多个衍射光栅的光导面板的触摸事件的位置。尽管该流程图按照特定次序图示各种操作，但该附图不意图将本公开限制于任何特定次序。另外，该附图不意图暗示：所有实现方式都需要所有操作。

现在参照图10，用于确定针对包括多个衍射光栅的光导面板的触摸事件的位置的方法1000可开始于或前进至块1002，其中在包括多个衍射光栅的光导面板的第一位置处提供光。该光可由光源(诸如，例如至少一个光发射器)提供。在包括衍射光栅的区域向光导面板提供光可使光在光导面板内通过全内反射来传播。传播的光可响应于与光导面板相邻的物体的存在而至少部分地散射。

方法1000可通过在光导面板的第二位置检测该光而前进至块1004。该光可由至少一个光发射器检测。在各种实现方式中，光发射器可被配置为检测来自超过一个光发射器的光。

方法1000可通过确定由光检测器检测到的光的量的变化而前进至块1006。在各种实现方式中，光发射器可向光导面板的第一位置提供第一光量，并且光检测器可在第二位置检测到第二光量。光量的变化(即，第一量和第二量之差)可指示：至少部分地由于散射(即，FTIR)，已发生触摸事件。光量的变化通常是由于散射而导致的到达光检测器的光的量的衰减。

方法1000可通过至少部分地基于由光检测器检测到的光量的变化识别光导面板的与该物体相邻的第三位置而前进至块1008。在各种实现方式中，第三位置可布置于光导面板的触摸区域中，并且在这些实现方式中的至少一些实现方式中，触摸区域可由光导面板的外围定义。在一些实现方式中，（一个或多个）光发射器和/或（一个或多个）光检测器可被沿着光导面板的周围边缘布置。

这里使用本领域技术人员常用的术语描述说明性实施例的各个方面以将他们的工作的实质传达给其他本领域技术人员。对于本领域技术人员而言将会清楚的是，可仅利用描述的方面中的一些方面实现替代实施例。为了解释的目的，阐述特定数字、材料和配置以便提供对说明性实施例的彻底的理解。对于本领域技术人员而言将会清楚的是，可在没有这些特定细节的情况下实现替代实施例。在其它实例中，公知的特征被省略或简化以免模糊说明性实施例。

虽然已在这里图示和描述了某些实施例，但本领域普通技术人员将会理解，在不脱离本公开的范围的情况下，为了实现相同目的而设计的广泛的各种替代和/或等同实施例或实现方式可替换示出和描述的实施例。本领域技术人员将会容易地理解，实施例可被以广泛的各种方式实现。本申请意图覆盖这里讨论的实施例的任何修改或变化。因此，显然的意图是，实施例仅由权利要求及其等同物限制。

Claims (15)

1.一种设备，包括：

光导面板，包括多个衍射光栅以使光在光导面板内通过全内反射来传播并且响应于与光导面板相邻的物体的存在而对光进行散射；

光发射器，与光导面板相邻以将光传送给所述多个衍射光栅；和

光检测器，与光导面板相邻以检测由光导面板传播的光。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述光检测器检测来自光发射器的光的量，并且其中响应于与光导面板相邻的物体的存在的光的散射引起由光检测器检测到的光的量的衰减。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述光发射器与光导面板的表面的第一周围边缘相邻，并且其中光检测器与光导面板的表面的第二周围边缘相邻。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述光导面板包括主表面，并且其中触摸区域由主表面的外围定义。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述主表面是第一主表面，其中光导面板包括与第一主表面相对的第二主表面，并且其中光发射器和光检测器与光导面板的第二主表面相邻。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述光发射器被包括在多个光发射器之中，并且其中所述光检测器被包括在多个光检测器之中。

7.如权利要求1所述的设备，其中所述多个衍射光栅包括多组基本上平行的凹槽，所述多组基本上平行的凹槽被图案化以将光散射为进入光导面板中的对应的多个定向光束。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述多组基本上平行的凹槽中的一组基本上平行的凹槽的光栅间距和光栅定向控制由该组基本上平行的凹槽散射的光的方向。

9.如权利要求7所述的设备，其中所述一组基本上平行的凹槽的光栅长度和光栅宽度控制由该组基本上平行的凹槽散射的光的角分布。

10.如权利要求1所述的设备，其中所述光导面板包括基底和被布置在该基底上方的薄膜，并且其中该薄膜包括所述多个衍射光栅。

11.如权利要求1所述的设备，其中所述设备是显示装置、桌上型计算机、笔记本计算机、手持式计算机、平板或板片计算机、可转换计算机、智能电话、个人数字助手、移动电话、电视、销售零售点计算机、游戏计算机或数字照相机中的选择的一个装置。

12.一种方法，包括：

在包括多个衍射光栅的光导面板的第一位置提供光，以使该光在光导面板内通过全内反射来传播并且响应于与光导面板相邻的物体的存在而至少部分地散射；

在光导面板的第二位置检测该光；以及

至少部分地基于由光检测器检测到的光的量的变化识别光导面板的与该物体相邻的第三位置。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：确定由光检测器检测到的光的量的变化。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述提供光包括向第一位置提供第一光量，其中所述检测光包括在第二位置检测第二光量，并且其中该方法还包括确定第一光量和第二光量之差。

15.一种设备，包括：

显示器，包括：光导面板，具有多个衍射光栅以使得光在光导面板内通过全内反射来传播；光发射器，与光导面板相邻以通过所述多个衍射光栅将光传送给光导面板；和光检测器，与光导面板相邻以检测由光导面板传播的光；和

控制器，用于确定由光检测器检测到的光的量的变化，并且至少部分地基于所述变化识别触摸事件的位置。