CN204390216U - 一种液晶阵列型红外触摸屏 - Google Patents

Abstract

一种液晶阵列型红外触摸屏，包括触摸屏外框、长边和短边红外发射管、长边和短边胆甾型液晶阵列、长边和短边红外探测器阵列和扫描电压控制装置；本实用新型技术方案使用了胆甾型液晶阵列代替现有技术的半透半反镜，扫描电压控制装置在每个液晶上施加电压，依次控制胆甾型液晶在透射的H态与反射的P态之间切换，使红外发射管发射的红外线沿长、短侧边分别扫描，因为红外线没有分束，因此可保持出射光强，保证同等功耗下的触屏灵敏度；在不受分束光强限制的情况下，还可以增加单位长度内的扫描线数量，进一步提高触摸分辨率；同时，作为反射透射用的单个胆甾型液晶面板可以做的很小，所以排列密度可以更高，方便提高触摸分辨率。

Description

一种液晶阵列型红外触摸屏

技术领域

本实用新型涉及光电式触摸屏领域，特别是一种液晶阵列型红外触摸屏。

背景技术

触摸屏又称为触控屏、触控面板，是一种可接收触头等输入讯号的感应式显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板。红外线探测是一种常用的触摸屏实现方式，红外线探测技术利用同一波长的红外发射管、红外接收管(简称红外对管)就能简单的实现红外线探测方法，只要有物体阻挡住红外对管之间的连线，接收信号就急剧下降，因此红外线可以探测物体的阻挡，在防盗系统、自动感应系统、计数器等系统上广泛应用。红外触摸屏利用紧贴屏幕前密布的X、Y方向上的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸，一般在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵，用户在触摸显示屏幕时，手指就会挡住经过该位的分别属于X、Y方向的两条红外线，将两个发现阻隔的红外对管位置报告给主机，经过计算判断出触摸点在屏幕的位置从而实现触屏反馈。红外触摸屏可用手指、笔等任何可阻挡光线的物体来触摸，适用性广泛，且具有防止电磁干扰、适应恶劣环境的优点，可以说在平面显示器上使用红外触摸屏具有相当的技术优势。但由于现有的红外触控屏受制于红外发射管和红外接收管的体积，从而限制了红外触控屏的分辨率。

中国专利CN200710124257和CN201210376075提出了利用半透半反镜来对红外发射二极管分束，以减少红外发射二极管的技术方案。如图1所示是如图1所示是CN201210376075实施例中的红外触摸屏基本结构，在触摸屏的一角设有一个红外发射管，在触摸屏的长侧边和短侧边设有透光反射镜组，红外发射二极管发光的红外光线被透光反射镜部分反射，部分透射，这种结构使得红外发射管的数量大大减少，且由于透光反射镜的体积可以设计得远远小于红外发射管，所以触摸分辨率也可以得到很大提高。

但是上述技术方案存在以下缺陷：由于红外发射二极管被透光反射镜组分束，每一束的红外光很微弱，例如使用一百只透光反射镜，那么平均每只透光反射镜 只有百分之一的红外发射二极管的光强，如果为了提高分辨率而增加透光反射镜的数量，那么光强还将下降，这时触屏的红外接收装置极易受到外界红外光的干扰而使得整体灵敏度下降。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供既可减少红外发射管的数量而具有较高的分辨率，又可提高红外线矩阵的光强从而保证较高的灵敏度的一种液晶阵列型红外触摸屏。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一种技术方案为：

一种液晶阵列型红外触摸屏，包括触摸屏外框、若干长边红外发射管和短边红外发射管、长边红外探测器阵列、短边红外探测器阵列、长边胆甾型液晶阵列、短边胆甾型液晶阵列和扫描电压控制装置，所述触摸屏外框一条长侧边上设有长边红外发射管和长边胆甾型液晶阵列，相邻的短侧边上设有所述短边红外线发射管和短边胆甾型液晶阵列，胆甾型液晶阵列内的胆甾型液晶螺距相同且沿其所在边的方向顺次排列；长边红外发射管射出的红外线沿胆甾型液晶排列方向入射长边胆甾型液晶阵列；短边红外发射管射出的红外线沿胆甾型液晶排列方向入射短边胆甾型液晶阵列；入射红外线沿胆甾型液晶排列方向，即所在侧边的方向透射，反射光均平行于相邻边且指向触摸屏外框内侧；在长边胆甾型液晶阵列对侧设有长边红外探测器阵列；在短边胆甾型液晶阵列对侧设有短边红外探测器阵列；红外探测器阵列中的红外探测器一一对应于对侧边上胆甾型液晶的反射光路；所述扫描电压控制装置连接长边胆甾型液晶阵列和长边胆甾型液晶阵列，对各个胆甾型液晶分别施加扫描电压。

优选的，所述长侧边上设有一个或多个长边红外发射管，长边胆甾型液晶阵列设置与长边红外发射管相同数量的段，每个长边红外发射管射出的红外线入射至长边胆甾型液晶阵列的相应段中，每段长边胆甾型液晶阵列中的胆甾型液晶反射光方向对应于该段的红外线入射方向；所述短侧边上设有一个或多个短边红外发射管，短边胆甾型液晶阵列设置与短边红外发射管相同数量的段，每个短边红外发射管射出的红外线入射至短边胆甾型液晶阵列的相应段中，每段短边胆甾型液晶阵列中的胆甾型液晶反射光方向对应于该段的红外线入射方向。

进一步优选的，所述长侧边一个端部设有一个长边红外发射管；所述短侧边 端部设有一个短边红外发射管。

另一进一步优选的，所述长侧边两个端部各设有一个长边红外发射管；所述短侧边端部设有一个短边红外发射管。

另一进一步优选的，所述长侧边上设有三个以上长边红外发射管；所述短侧边设有一个短边红外发射管。

优选的，长边和短边胆甾型液晶阵列中每段内排列的胆甾型液晶螺旋结构均相同。

优选的，在所述长边胆甾型液晶阵列中，内部排列的胆甾型液晶分为两个组，两组胆甾型液晶的螺旋结构相反，分别仅反射左旋偏振光和右旋偏振光。

优选的，在所述短边胆甾型液晶阵列中，内部排列的胆甾型液晶分为两个组，两组胆甾型液晶的螺旋结构相反，分别仅反射左旋偏振光和右旋偏振光。

优选的，所述长边和短边红外发射管为红外二极管或红外激光器，也可以选择其它具有低发散角特性的红外发射元件。

本实用新型的第二种技术方案为：

一种液晶阵列型红外触摸屏，包括触摸屏外框、一个长边红外发射管、一个反射镜、长边和短边红外探测器阵列、长边和短边胆甾型液晶阵列及扫描电压控制装置，其中

所述触摸屏外框一条长侧边设有长边红外发射管和长边胆甾型液晶阵列，所述长边红外发射管位于所述长侧边的一端，相邻的短侧边上设有短边胆甾型液晶阵列；胆甾型液晶阵列内的胆甾型液晶螺距相同且沿其所在边的方向顺次排列；所述长边红外发射管射出的红外线沿长侧边方向入射至长边胆甾型液晶阵列；在所述长侧边的另一端设置反射镜，所述反射镜将长侧边中透射后出射的红反射后沿短侧边入射短边胆甾型液晶阵列；入射红外线均沿胆甾型液晶排列方向透射，反射光均平行于相邻边且指向触摸屏外框内侧；在长边胆甾型液晶阵列对侧设有长边红外探测器阵列；在短边胆甾型液晶阵列对侧设有短边红外探测器阵列；红外探测器阵列中的红外探测器一一对应于对侧边上胆甾型液晶的反射光路；所述扫描电压控制装置连接长边胆甾型液晶阵列和长边胆甾型液晶阵列，对各个胆甾型液晶分别施加扫描电压。

本实用新型技术方案所用到的原理是胆甾型液晶P态与H态之间的相互转变。胆甾型液晶的状态依据施加电压的不同有三种形式：平面织构态(P态)、焦锥织构态(FC态)和垂直织构态(H态)。其中P态具有Bragg反射特性，反射与胆甾型液晶螺旋结构相同的旋光；FC态呈现散射状态；H态光可以完全透过。三种状态的转换方式如图2所示。其中P态和FC态之间可以互相转换，FC态和H态之间可以互相转换，而P态和H态之间只能由H态向P态转换。当给P态施加的电压V＞V_FC时，P态转换为FC态，其转换时间为几毫秒，当给P态施加的电压V＞V_H时，P态转换为H态，其转换时间也为几毫秒；当液晶处于H态，快速降低电压时，在不到1ms的时间内H态将迅速变为P态，当缓慢降低电压时，在几毫秒的时间内H态将迅速变为FC态(论文《双稳态胆甾相液晶显示的驱动方法》，李青，郑康，张旭苹等，Research&ProgressofSSE，Nov.200，384-390)。胆甾型液晶在P态下，其反射波长与双折射率平均值n和螺距P之间的关系是：λ＝n×P。反射波长的带宽是：Δλ＝Δn×P，其中n是平均折射率，Δn为折射率各向异性，螺距为P＝1/(HTP×Χ_C)，其中X_C为手性剂浓度，HTP是手性剂的扭曲力常数，由手性分子自身的特性决定。可以通过调节螺距P来调节胆甾型液晶反射波长。

本实用新型技术方案使用了胆甾型液晶阵列代替现有技术的半透半反镜，在液晶阵列上施加电压，依次控制胆甾型液晶在透射的H态与反射的P态之间切换，使红外发射管发射的红外线沿长、短侧边分别扫描，因为红外线没有分束，因此可保持出射光强，使触屏灵敏度得以保证；在不受分束光强限制的情况下，可以增加单位长度内的扫描线数量，进一步提高触摸分辨率；同时，作为反射透射用的单个胆甾型液晶面板可以做的很小，所以排列密度可以更高，方便提高触摸分辨率。

附图说明

图1为现有技术利用半透半反镜分束的红外触控屏结构示意图；

图2为胆甾型液晶在外加电压下三种状态转换方式原理图；

图3为本实用新型实施例1红外触摸屏结构示意图；

图4为本实用新型实施例2红外触摸屏结构示意图；

图5为本实用新型实施例3红外触摸屏结构示意图；

图6为本实用新型实施例4红外触摸屏结构示意图；

图7a为本实用新型实施例5红外触摸屏第一时间段工作过程示意图；

图7b为本实用新型实施例5红外触摸屏第二时间段工作过程示意图。

其中：

1.长边红外发射管；2.短边红外发射管；11、12、21、22.红外线；3.长边胆甾型液晶阵列；4.短边胆甾型液晶阵列；5.长边胆甾型液晶阵列；6.短边红外探测器阵列；7.反射镜；8.触摸点：9.触摸屏外框；

A₁、A_n、B₁、B_n、C₁、C_n、α₁、α_n、β₁、β_n.胆甾型液晶。 

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型做进一步说明，以便更好地理解本实用新型。

实施例1：

本实施例为本实用新型第一种技术方案的实施方式。如图3所示，在触摸显示屏9的一个长侧边和一个短侧边分别设置一排长边胆甾型液晶阵列3和短边胆甾型液晶阵列4，在触摸显示屏9的另外一个长侧边和短侧边设置一排长边红外探测器阵列5和短边红外探测器阵列6，红外探测器与对侧边的胆甾型液晶反射光路一一对应；长边胆甾型液晶阵列3和短边胆甾型液晶阵列4中的胆甾型液晶螺距相同，设置使一个阵列内所有胆甾型液晶的螺旋结构均相同。

本实施例所述装置工作方式如下：

扫描电压控制装置(图中未示出)给图3中的长边胆甾型液晶阵列3的胆甾型液晶A₁至A_n依次施加不同的扫描电压，使胆甾型液晶在P态与H态之间的相互转变，且依次扫描胆甾型液晶。例如在第一时间段，首先不施加电压使得所有的胆甾型液晶处于P态，那么胆甾型液晶A₁就反射与其螺旋结构相应的偏振光，例如左旋偏振光，右旋偏振光将透过，由于后续的胆甾型液晶的螺旋结构也与胆甾型液晶A₁的螺旋结构相同，右旋偏振光将依次通过后续的胆甾型液晶而不发生反射。在第二时间段，给胆甾型液晶A₁施加电压V_H使之处于H态，这样红外光就可以通过胆甾型液晶A₁而入射到顺次排列的之后的胆甾型液晶A₂，胆甾型液晶A₂反射的光线入射到对应的红外探测器中。以此原理给后续的胆甾 型液晶逐次加电压直到最后的胆甾型液晶A_n，此时之前的胆甾型液晶都维持电压V_H而处于H态。当扫描完一个周期之后，各胆甾型液晶快速撤除电压，使其全部返回到P态，再进行新一轮周期的扫描。对于短边胆甾型液晶阵列4也是用相同的方法进行扫描。

以图3中的触摸点8为例，触摸点8阻挡了纵向的红外线12和横向的红外线22，由此可以判断触摸点8位置。

由于目前的胆甾型液晶的响应速度还比较慢，从P态到H态之间的时间需要几毫秒(假设响应时间为5ms，长侧边有60个胆甾型液晶)，那么长侧边的扫描周期为5ms×60＝300ms，也就是最长响应时间为300ms，随着触摸分辨率的提高，胆甾型液晶的数量液晶增加，最长响应时间也将提升。

实施例2：

为了提高响应速度，在实施例1的基础上，在长侧边的两端分别设有两个长边红外发射管1。如图4所示，长边胆甾型液晶阵列3分为二段，第一段中包括胆甾型液晶A₁至A_n，第二段中包括胆甾型液晶B₁至B_n，左端长边红外发射管1发射的光线由胆甾型液晶A₁至A_n反射，右端长边红外发射管1发射的光线由胆甾型液晶B₁至B_n反射；短侧边中，短边红外发射管2发射的光线由短边胆甾型液晶阵列4中的胆甾型液晶α₁至α_n反射。胆甾型液晶A₁至A_n、B₁至B_n、α₁至α_n三段阵列同时扫描，因此可以缩短最长响应时间，使用二段式的长边胆甾型液晶阵列3，长侧边的响应时间最多可以缩短一半。

实施例3：

如图5所示，在实施例2的基础上，在长侧边中部再增加一个长边红外发射管1和反射镜7，该长边红外发射管1垂直出射的红外线经反射镜7反射至长侧边方向；在短侧边两端分别设置短边红外发射管2，长边胆甾型液晶阵列3分为三段，短边胆甾型液晶阵列4分为二段，胆甾型液晶A₁至A_n反射左端长边红外发射管1的光线，胆甾型液晶B₁至B_n反射长侧边中部长边红外发射管1的光线，胆甾型液晶C₁至C_n反射右端长边红外发射管1的光线，胆甾型液晶α₁至α_n反射上端短边红外发射管2的光线，胆甾型液晶β₁至β_n反射下端短边红外发射管2的光线。上述五段胆甾型液晶可以被同时扫描，这样就更加缩短了触摸屏的最长响应时间。

实施例4：

上述实施例由于红外发射管发射的光线为自然偏振光，但是胆甾型液晶只反射一种偏振光，另外一种偏振光没有被用到，造成能耗的偏高。本实施例提供了一种节能的触摸屏实施方案，以实施例1记载的触摸屏为基础加以说明。

如图6所示，在只有一段的长边胆甾型液晶阵列3中，将胆甾型液晶设置为螺旋方向相反的两组，分别是胆甾型液晶A₁至A_n和B₁至B_n，假定胆甾型液晶A₁至A_n反射左旋偏振光，胆甾型液晶B₁至B_n反射右旋偏振光。首先在第一时间段不施加电压使得所有的胆甾型液晶处于P态，胆甾型液晶A₁就反射与其螺旋结构相应的左旋偏振光，右旋偏振光将顺次透过胆甾型液晶A₁至A_n，直到胆甾型液晶B₁对右旋偏振光进行反射；在第二时间段，给胆甾型液晶A₁施加电压V_H使得胆甾型液晶A₁处于H态，这样红外线就可以通过胆甾型液晶A₁而入射到胆甾型液晶A₂，胆甾型液晶A₂反射的左旋偏振光线入射到对侧边对应的红外探测器中；同时给胆甾型液晶B₁施加电压V_H使得胆甾型液晶B₁处于H态，那么右旋偏振光将通过胆甾型液晶B₁而到达胆甾型液晶B₂，胆甾型液晶B₂将对其进行反射。依此原理给后续的胆甾型液晶逐次加电压直到最后的胆甾型液晶，且靠前的胆甾型液晶都维持电压V_H使其处于H态。当扫描完一个周期之后，各胆甾型液晶快速撤除电压，使其返回到P态，再进行新一轮周期的扫描。对短侧边也是同样的原理，在只有一段的短边胆甾型液晶阵列4中，将胆甾型液晶设置为螺旋方向相反的两组，分别是胆甾型液晶α₁至α_n和β₁至β_n。对于短边胆甾型液晶阵列4也是用相同的方法进行扫描。

实施例5：

本实施例是本实用新型第二种技术方案的实施方式，适用于扫描时间要求不是很高，或者触摸分辨率不是很高，即可减少胆甾型液晶的数量的场合，其基本结构可以参照图7a和7b。只在长侧边一端设置一个长边红外发射管1，在长侧边另一端设置反射镜7；如图7a所示，在第一时间段长边红外发射管1发射的光线被长边胆甾型液晶阵列3的胆甾型液晶A₁至A_n依次反射，出射的透射红外线经反射镜7反射进入短边胆甾型液晶阵列4；如图7b所示，在第二时间段入射短边胆甾型液晶阵列4的红外线被胆甾型液晶α₁至α_n依次反射，在扫描时间足够短的情况下，可由存在时差的反射红外线形成纵横交错的红外线矩阵，从而 在受到阻挡时给出出触摸点8的位置信息。

应理解，上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本实用新型的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种液晶阵列型红外触摸屏，包括触摸屏外框(9)、若干长边红外发射管(1)和短边红外发射管(2)、长边红外探测器阵列(5)及短边红外探测器阵列(6)，其特征在于：还包括长边胆甾型液晶阵列(3)、短边胆甾型液晶阵列(4)和扫描电压控制装置，其中

所述触摸屏外框(9)一条长侧边上设有长边红外发射管(1)和长边胆甾型液晶阵列(3)，相邻的短侧边上设有所述短边红外线发射管(2)和短边胆甾型液晶阵列(4)，胆甾型液晶阵列内的胆甾型液晶螺距相同且沿其所在边的方向顺次排列；长边红外发射管(1)射出的红外线沿胆甾型液晶排列方向入射长边胆甾型液晶阵列(3)；短边红外发射管(2)射出的红外线沿胆甾型液晶排列方向入射短边胆甾型液晶阵列(4)；入射红外线沿胆甾型液晶排列方向，即所在侧边的方向透射，反射光均平行于相邻边且指向触摸屏外框(9)内侧；

在长边胆甾型液晶阵列(3)对侧设有长边红外探测器阵列(5)；在短边胆甾型液晶阵列(4)对侧设有短边红外探测器阵列(6)；红外探测器阵列中的红外探测器一一对应于对侧边上胆甾型液晶的反射光路；

所述扫描电压控制装置连接长边胆甾型液晶阵列(3)和长边胆甾型液晶阵列(4)，对各个胆甾型液晶分别施加扫描电压。

2.根据权利要求1所述的一种液晶阵列型红外触摸屏，其特征在于：所述长侧边上设有一个或多个长边红外发射管(1)，长边胆甾型液晶阵列(3)设置与长边红外发射管(1)相同数量的段，每个长边红外发射管(1)射出的红外线入射至长边胆甾型液晶阵列(3)的相应段中，每段长边胆甾型液晶阵列(3)中的胆甾型液晶反射光方向对应于该段的红外线入射方向；所述短侧边上设有一个或多个短边红外发射管(2)，短边胆甾型液晶阵列(4)设置与短边红外发射管(2)相同数量的段，每个短边红外发射管(2)射出的红外线入射至短边胆甾型液晶阵列(4)的相应段中，每段短边胆甾型液晶阵列(4)中的胆甾型液晶反射光方向对应于该段的红外线入射方向。

3.根据权利要求2所述的一种液晶阵列型红外触摸屏，其特征在于：所述长侧边一个端部设有一个长边红外发射管(1)；所述短侧边端部设有一个短边红外发射管(2)。

4.根据权利要求2所述的一种液晶阵列型红外触摸屏，其特征在于：所述 长侧边两个端部各设有一个红外发射管(1)；所述短侧边端部设有一个红外发射管(2)。

5.根据权利要求2所述的一种液晶阵列型红外触摸屏，其特征在于：所述长侧边上设有三个以上长边红外发射管(1)；所述短侧边设有一个短边红外发射管(2)。

6.根据权利要求2至5任一项所述的一种液晶阵列型红外触摸屏，其特征在于：长边胆甾型液晶阵列(3)和短边胆甾型液晶阵列(4)每段内排列的胆甾型液晶螺旋结构均相同。

7.根据权利要求2至5任一项所述的一种液晶阵列型红外触摸屏，其特征在于：所述长边胆甾型液晶阵列(3)一段内部排列的胆甾型液晶分为两个组，两组胆甾型液晶的螺旋结构相反，分别仅反射左旋偏振光和右旋偏振光。

8.根据权利要求2至5任一项所述的一种液晶阵列型红外触摸屏，其特征在于：所述短边胆甾型液晶阵列(4)一段内部排列的胆甾型液晶分为两个组，两组胆甾型液晶的螺旋结构相反，分别仅反射左旋偏振光和右旋偏振光。

9.根据权利要求2至5任一项所述的一种液晶阵列型红外触摸屏，其特征在于：所述长边红外发射管(1)和短边红外发射管(2)为红外二极管或红外激光器。

10.一种液晶阵列型红外触摸屏，包括触摸屏外框(9)、一个长边红外发射管(1)、一个反射镜(7)、长边红外探测器阵列(5)和短边红外探测器阵列(6)，其特征在于：还包括一个长边胆甾型液晶阵列(3)、一个短边胆甾型液晶阵列(4)和扫描电压控制装置，其中

所述触摸屏外框(9)一条长侧边设有长边红外发射管(1)和长边胆甾型液晶阵列(3)，所述长边红外发射管(1)位于所述长侧边的一端，相邻的短侧边上设有短边胆甾型液晶阵列(4)；胆甾型液晶阵列内的胆甾型液晶螺距相同且沿其所在边的方向顺次排列；所述长边红外发射管(1)射出的红外线沿长侧边方向入射至长边胆甾型液晶阵列(3)；

在所述长侧边的另一端设置反射镜(7)，所述反射镜(7)将长侧边中透射后出射的红反射后沿短侧边入射短边胆甾型液晶阵列(4)；入射红外线均沿胆甾型液晶排列方向透射，反射光均平行于相邻边且指向触摸屏外框(9)内侧；

在长边胆甾型液晶阵列(3)对侧设有长边红外探测器阵列(5)；在短边胆甾型 液晶阵列(4)对侧设有短边红外探测器阵列(6)；红外探测器阵列中的红外探测器一一对应于对侧边上胆甾型液晶的反射光路；

所述扫描电压控制装置连接长边胆甾型液晶阵列(3)和长边胆甾型液晶阵列(4)，对各个胆甾型液晶分别施加扫描电压。