CN110083274B - 光学触控装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种光学触控装置，包括：一第一导光基材、一第二导光基材、复数发射器以及复数接收器。该第一导光基材用以供一使用者进行触控操作。该第二导光基材设置于该第一导光基材上。该复数发射器设置于该第二导光基材之侧边，用以自该第二导光基材之侧边发出一光线于该第二导光基材以及该第一导光基材内进行全反射。该复数接收器设置于该第二导光基材之侧边，用以接收于该第二导光基材以及该第一导光基材内进行全反射后之该光线。本发明还包括一种光学触控系统。

Description

光学触控装置及其系统

技术领域

本发明为一种触控装置及其系统，尤指一种基于抑制全内反射(FrustratedTotal Internal Reflection；FTIR)搭配演算法进行手指触控点转换的光学触控装置及其系统。

背景技术

按，目前有许多光学方式进行导光，以光机架构设计为主，例如抑制全内反射(Frustrated Total Internal Reflection；FTIR)的光学触控架构。其技术满足全平面设计，搭配演算法进行手指触控点转换。光机设计会影响后续演算法的处理，包括讯号处理、滤波、放大及ADC等等。而目前有几种主流光机设计架构，分别有两家公司，包括瑞典FlatFrog、爱尔兰RAPT Touch。其技术先后以FlatFrog优先，RAPT为之后。这些设计方式各有优缺点，包括讯号接收程度、放大及ADC转换，也会影响到后续量产组装行为。

所有的光学式FTIR架构皆建立在全反射理论上，手指触压表面破光光线讯号进行感测。Flatfrog架构以发射器及接收器贴覆在玻璃上的油墨，在两者间贴覆一材料作为光源散射材质，进行光源打散，或采用大角度发射角度光进行设计，让光线有机会打散满足全反射条件，在玻璃内光线能够传导至玻璃四周边缘，让其他感测器能接收。其架构简单，不过大部份光线经由玻璃另一表面穿透，仅有少部份光线能够进行玻璃内全反射，其穿透光比例高于90％以上；此模组总厚度约在7.1mm。因此，后续讯号处理需要对于噪声滤波更有一定要求。另外，为了遮掩发射器及感测器元件，需要进行IR油墨及一般油墨涂层设计。

RAPT架构是以发射器/感测器贴覆在导光组件上，经过光学计算进行多次全反射导入导光玻璃内传导。该产品为了避开Flatfrog专利，采用导光条进行设计，在后续组装/黏贴元件行为上及机构设计，带来许多复杂程度，整体模组厚度将增加至约19.2mm。但此方式将大部份光线导入导光玻璃上，在后续讯号处理上，将降低噪声干扰及误报点状况发生。另外，为了遮掩发射器及传感器组件，需要进行IR油墨及一般油墨涂层设计。

是以，要如何解决上述习用之问题与缺失，即为本发明之发明人与从事此行业之相关厂商所亟欲研究改善之路径所在者。

发明内容

故，本发明之发明人有鉴于上述缺失，乃搜集相关资料，经由多方评估及考虑，并以从事于此行业累积之多年经验，经由不断试作及修改，始设计出此种发明专利者。

本发明之目的在于提供一种基于抑制全内反射(Frustrated Total InternalReflection；FTIR)搭配演算法进行手指触控点转换的光学触控装置及其系统，其具有架构简单，改善模组厚度、光源利用率、组装简单、缩小边框区域达到窄边框等等优势。

为了达到上述或其他目的，本发明一种光学触控装置，包括：一第一导光基材，用以供一使用者进行触控操作；一第二导光基材，设置于该第一导光基材上；复数发射器，设置于该第二导光基材之侧边，用以自该第二导光基材之侧边发出一光线于该第二导光基材以及该第一导光基材内进行全反射；以及复数接收器，设置于该第二导光基材之侧边，用以接收于该第二导光基材以及该第一导光基材内进行全反射后之该光线；其中该第一导光基材可为平面(硬)、曲面(硬)或可挠性(软)材质所制成，该第二导光基材为可挠性(软)材质所制成。

在一较佳实施例中，其中该第一导光基材上两侧边分别具有一油墨层。

在一较佳实施例中，其中该第二导光基材邻近于侧边处具有一弯折部。

在一较佳实施例中，其中该第一导光基材以及该第二导光基材之间具有一光学胶层。

在一较佳实施例中，其中该复数发射器设置于该第二导光基材之侧边底部，以及该复数接收器设置于该第二导光基材之侧边底部，该第二导光基材之侧边顶部对应于该复数发射器位置更包括一发射端反射器，该第二导光基材之侧边顶部对应于该复数接收器位置更包括一接收端反射器。

在一较佳实施例中，其中该第二导光基材之侧边底部对应于该复数发射器位置更包括一发射端扩散器，该第二导光基材之侧边底部对应于该复数接收器位置更包括一接收端扩散器。

在一较佳实施例中，其中该复数发射器设置于该第二导光基材之侧边顶部，以及该复数接收器设置于该第二导光基材之侧边顶部，该第二导光基材之侧边底部对应于该复数发射器位置更包括一发射端反射器，该第二导光基材之侧边底部对应于该复数接收器位置更包括一接收端反射器。

在一较佳实施例中，其中该第二导光基材之侧边顶部对应于该复数发射器位置更包括一发射端扩散器，该第二导光基材之侧边顶部对应于该复数接收器位置更包括一接收端扩散器。

在一较佳实施例中，其中该复数发射器为薄膜发射器，该复数接收器为薄膜接收器。

为了达到上述或其他目的，本发明一种光学触控系统，包括：一第一导光基材，用以供一使用者进行触控操作；一第二导光基材，设置于该第一导光基材上；复数发射器，设置于该第二导光基材之侧边，用以自该第二导光基材之侧边发出一光线于该第二导光基材以及该第一导光基材内进行全反射；以及复数接收器，设置于该第二导光基材之侧边，用以接收于该第二导光基材以及该第一导光基材内进行全反射后之该光线。该第一导光基材为平面(硬)、曲面(硬)、或可挠性(软)，该第二导光基材为可挠性(软)。以及一液晶显示模组，设置于该第二导光基材上，用于显示影像及色彩，包括一液晶、一光学薄膜以及一背光源，该光学薄膜设置于该液晶之上，该背光源设置于该光学薄膜之上。

附图说明

图1为依据本发明光学触控装置第一较佳实施例之实施示意图一；

图2A和图2B为依据本发明光学触控装置第一较佳实施例之实施示意图二，其中，图2A为发射器及接收器交错排列，图2B为L型排列；

图3为依据本发明光学触控装置第二较佳实施例之实施示意图；

图4为依据本发明光学触控装置第三较佳实施例之实施示意图；

图5为依据本发明光学触控装置第四较佳实施例之实施示意图；

图6为依据本发明光学触控装置第五较佳实施例之实施示意图；

图7为依据本发明光学触控系统第一较佳实施例之实施示意图一；

图8为依据本发明光学触控系统第二较佳实施例之实施示意图二；

图9A和图9B为依据本发明光学触控系统第六较佳实施例之实施示意图，其中，图9A为弯折部弯曲180度之一实施例，图9B为弯折部弯曲180度之另一实施例

图10为依据本发明光学触控系统另一第一较佳实施例之实施示意图；以及

图11为依据本发明光学触控系统另一第二较佳实施例之实施示意图。

附图标记：

1 第一导光基材

11 油墨层

12 光学胶层

2 第二导光基材

21 弯折部

3 发射器

31 发射端反射器

32 发射端扩散器

33 薄膜发射器

4 接收器

41 接收端反射器

42 接收端扩散器

43 薄膜接收器

5 印刷电路板

51 软板

6 液晶显示模组

61 液晶

62 光学薄膜

63 背光源

64 空气层

65 光学胶层

7 自发光显示模组

71 空气层

72 光学胶层

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用之技术手段及构造，兹绘图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能如下，俾利完全了解。

请参阅图1、图2A以及图2B所示，为依据本发明光学触控装置第一较佳实施例之实施示意图。由图中可清楚看出，本发明一种光学触控装置为一种基于抑制全内反射(Frustrated Total Internal Reflection；FTIR)搭配演算法进行手指触控点转换的光学触控装置，包括：一第一导光基材1、一第二导光基材2、复数发射器3以及复数接收器4。

该第一导光基材1用以供一使用者进行触控操作，该第一导光基材1上两侧边分别具有一油墨层11，该油墨层11具有可吸收可见光波段，或穿透红外光吸收可见光功能。具体而言，该第一导光基材1为透明材料，例如可为低铁素玻璃、压克力材料(PC、PMMA)等等，但不限于此。而该第一导光基材1表面可具有防反射(Anti-reflective coating；AR)涂层、抗刮涂层。又该第一导光基材1，可为曲面、平面或是具有可挠性材质所制成。

该第二导光基材2可以为可挠性材质所制成，设置于该第一导光基材1上。该第二导光基材为可挠性材质。该第一导光基材1以及该第二导光基材2之间具有一光学胶层12，具体而言，该光学胶层12为光学胶(Optically Clear Adhesive；OCA)，以使得该第二导光基材2可以固定于该第一导光基材1上。进一步说明，该光学胶层12的胶材折射率介于该第一导光基材1与该第二导光基材2之间。该第二导光基材2邻近于侧边处具有一弯折部21，而弯折程度可以介于1度至180度之间。具体而言，该第二导光基材2为透明软性材料，可为PC、PMMA、PET等材料。其表面可具有防反射(Anti-reflective coating；AR)涂层。

该复数发射器3设置于该第二导光基材2之侧边，用以自该第二导光基材2之侧边发出一光线(以箭头表示)于该第二导光基材2以及该第一导光基材1内进行全反射。具体而言，该复数发射器3所发出光线为红外光以上波段，不可见光波段(850nm～1200nm)。

该复数接收器4设置于该第二导光基材2之侧边，用以接收于该第二导光基材2以及该第一导光基材1内进行全反射后之该光线。具体而言，该复数接收器4所接收光线为接收红外光以上波段，不可见光波段(850nm～1200nm)。

再者，该复数发射器3以及该复数接收器4的排列方式可为交错方式或是L型排列，分别藉由印刷电路板5承载，并且该复数发射器3以及该复数接收器4可以藉由软板51互相连接。

请参阅图3所示，为依据本发明光学触控装置第二较佳实施例之实施示意图。由图中可清楚看出，本发明光学触控装置可以将该复数发射器3设置于该第二导光基材2之侧边底部，以及该复数接收器4设置于该第二导光基材2之侧边底部，该发射器3以及该接收器4分别藉由印刷电路板5承载。该第二导光基材2之侧边顶部对应于该复数发射器3位置更包括一发射端反射器31，该第二导光基材2之侧边顶部对应于该复数接收器4位置更包括一接收端反射器41。

且该第二导光基材2之侧边底部对应于该复数发射器3位置更包括一发射端扩散器32，该第二导光基材2之侧边底部对应于该复数接收器4位置更包括一接收端扩散器42。

请参阅图4所示，为依据本发明光学触控装置第三较佳实施例之实施示意图。由图中可清楚看出，本发明光学触控装置可以将该复数发射器3设置于该第二导光基材2之侧边顶部，以及该复数接收器4设置于该第二导光基材2之侧边顶部，该第二导光基材2之侧边底部对应于该复数发射器3位置更包括一发射端反射器31，该第二导光基材2之侧边底部对应于该复数接收器4位置更包括一接收端反射器41。

且该第二导光基材2之侧边顶部对应于该复数发射器3位置更包括一发射端扩散器32，该第二导光基材2之侧边顶部对应于该复数接收器4位置更包括一接收端扩散器42。

请参阅图5所示，为依据本发明光学触控装置第四较佳实施例之实施示意图。由图中可清楚看出，本发明光学触控装置之该复数发射器3为薄膜发射器33以及该复数接收器4为薄膜接收器43。并且该薄膜发射器33设置于该第二导光基材2之侧边顶部，以及该复数薄膜接收器43设置于该第二导光基材2之侧边顶部。该第二导光基材2之侧边底部对应于该复数薄膜发射器33位置更包括一发射端反射器31，该第二导光基材2之侧边底部对应于该复数薄膜接收器43位置更包括一接收端反射器41。

请参阅图6所示，为依据本发明光学触控装置第五较佳实施例之实施示意图。由图中可清楚看出，本发明光学触控装置之该复数发射器3为薄膜发射器33以及该复数接收器4为薄膜接收器43。并且该复数薄膜发射器33设置于该第二导光基材2之侧边底部，以及该复数薄膜接收器43设置于该第二导光基材2之侧边底部。该第二导光基材2之侧边顶部对应于该复数薄膜发射器33位置更包括一发射端反射器31，该第二导光基材2之侧边顶部对应于该复数薄膜接收器43位置更包括一接收端反射器41。

藉由上述之结构、组成设计，兹就本发明之使用作动情形说明如下：当该复数发射器3自该第二导光基材2之侧边发出一光线于该第二导光基材2以及该第一导光基材1内进行全反射时，光线即在此第一导光基材1以及该第二导光基材2内进行全反射。藉此，使用者即可以在该第一导光基材1上进行触控，搭配演算法进行手指触控点转换以完成触控操作。为了达到更好的全反射效果，其中在该第一导光基材1以及该第二导光基材2之中，藉由该反射器的设置可以有效反射光线，藉由该扩散器的设置可以有效扩散光线。

而本发明该第一导光基材1之油墨层11仅需要使用一般的油墨作为遮掩元件所用。本发明不需要在该第一导光基材1上做加工处理，也不需要在第二导光基材2上做网点结构等设计，模组厚度可以大幅度降低至6mm左右。实际制造时，可以在印刷电路板5上设置该发射器3以及接收器4，并贴附在油墨层11上。本发明以发射器3正向光源进行使用，有95％以上光线经过传导至末端，此对末端处理是一大优点。且本发明该第二导光基材2为可挠性材质所制成，可以把该第二导光基材2的末端进行弯折固定，仍可以达到打光以及收光的效果，亦可以达到窄边框的优势。藉此，本发明提出了一种新的光学式触控架构。

请参阅图7以及8所示，为依据本发明光学触控系统第一较佳实施例之实施示意图一以及二。图7为框贴合之示意图，由图中可清楚看出，本发明一种光学触控系统包括前一实施例之该光学触控装置，不再赘述。图8为全贴合之示意图。并且，在图7中，非自发光显示模组6与第二导光基材2间有一空气层64，其折射率n＝1。该非自发光显示模组6为液晶显示模组。在图8中，非自发光显示模组6与第二导光基材2间有一光学胶层65，而为了满足全反射条件，两组件间的光学胶层65折射率远大或小于第二导光基材2之折射率。需要特别说明的是，请参阅图9A，本发明光学触控系统更包括一非自发光显示模组6，该液晶显示模组6设置于该第二导光基材2上，用于显示影像及色彩。该液晶显示模组6包括一液晶61、一光学薄膜62以及一背光源63，该光学薄膜62设置于该液晶61之上，该背光源63设置于该光学薄膜62之上。

请参阅图9A所示，为依据本发明光学触控系统第六较佳实施例之实施示意图，由图中可清楚看出，相较于之前实施例，本实施例中该弯折部21可以弯折为180度，相较于图7及图8相对的弯折部则是弯折90度。请参照图9B，该弯折部弯折180度之另一实施例，其可弯折至显示模组之上。

请参阅图10以及图11所示，为依据本发明光学触控系统第一较佳实施例之另一实施示意图。图10为框贴合之示意图，由图中可清楚看出，本发明一种光学触控系统包括前一实施例之该光学触控装置，不再赘述。图11为全贴合之示意图。并且，在图10中，自发光显示模组7与第二导光基材2间有一空气层71，其折射率n＝1。在图11中，自发光显示模组7与第二导光基材2间有一光学胶层72，而为了满足全反射条件，两组件间的光学胶层72折射率远大或小于第二导光基材2之折射率。该自发光显示模组7包含主动矩阵有机发光二极管(AMOLED)、被动矩阵有机发光二极管(PMOLED)或微发光二极管(Micro LED)。

故，请参阅全部附图所示，本发明使用时，与习用技术相较，着实存在下列优点：本发明光学触控装置及其系统，提供了一种基于抑制全内反射(Frustrated Total InternalReflection；FTIR)搭配演算法进行手指触控点转换的光学触控装置及其系统，其具有架构简单，改善模组厚度、提高光源利用率、组装简单、缩小边框区域达到窄边框等等优势。

透过上述之详细说明，即可充分显示本发明之目的及功效上均具有实施之进步性，极具产业之利用性价值，且为目前市面上前所未见之新发明，完全符合发明专利要件，爰依法提出申请。唯以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光学触控装置，其特征在于，包括：

一第一导光基材，用以供一使用者进行触控操作；

一第二导光基材，设置于该第一导光基材上；

一光学胶层，设置于该第一导光基材与该第二导光基材之间；

复数发射器，设置于该第二导光基材之侧边，用以自该第二导光基材之侧边发出一光线于该第二导光基材以及该第一导光基材内进行全反射；以及

复数接收器，设置于该第二导光基材之侧边，用以接收于该第二导光基材以及该第一导光基材内进行全反射后之该光线；

其中，该第一导光基材为平面、曲面或可挠性材质所制成，该第二导光基材为可挠性材质所制成。

2.如权利要求1所述之光学触控装置，其中该第一导光基材上两侧边分别具有一油墨层。

3.如权利要求1所述之光学触控装置，其中该第二导光基材邻近于侧边处具有一弯折部。

4.如权利要求1所述之光学触控装置，其中该复数发射器设置于该第二导光基材之侧边底部，以及该复数接收器设置于该第二导光基材之侧边底部，该第二导光基材之侧边顶部对应于该复数发射器位置更包括一发射端反射器，该第二导光基材之侧边顶部对应于该复数接收器位置更包括一接收端反射器。

5.如权利要求4所述之光学触控装置，其中该第二导光基材之侧边底部对应于该复数发射器位置更包括一发射端扩散器，该第二导光基材之侧边底部对应于该复数接收器位置更包括一接收端扩散器。

6.如权利要求1所述之光学触控装置，其中该复数发射器设置于该第二导光基材之侧边顶部，以及该复数接收器设置于该第二导光基材之侧边顶部，该第二导光基材之侧边底部对应于该复数发射器位置更包括一发射端反射器，该第二导光基材之侧边底部对应于该复数接收器位置更包括一接收端反射器。

7.如权利要求6所述之光学触控装置，其中该第二导光基材之侧边顶部对应于该复数发射器位置更包括一发射端扩散器，该第二导光基材之侧边顶部对应于该复数接收器位置更包括一接收端扩散器。

8.如权利要求1所述之光学触控装置，其中该复数发射器为薄膜发射器，该复数接收器为薄膜接收器。

9.一种光学触控系统，包括：

如权利要求1所述之光学触控装置；以及

一液晶显示模组，设置于该第二导光基材上，用于显示影像及色彩，包括一液晶、一光学薄膜以及一背光源，该光学薄膜设置于该液晶之上，该背光源设置于该光学薄膜之上。

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