CN2779440Y - 用于一体化液晶红外触摸屏的液晶开关扫描光路系统 - Google Patents

Abstract

用于一体化液晶红外触摸屏的液晶开关扫描光路系统，借鉴了液晶显示器中背光照明模块的结构，其红外发射模组发射的红外线，通过液晶板边缘的液晶光开关阵列到达到显示器的正面，被液晶光开关阵列前面的反光镜反射，通过显示器表面到达接收模组前方的反光镜，再经过反射后，通过配置在显示板另一个对边的液晶光开关阵列到达红外接收模组。红外发射模组和接收模组的结构相同，除了各自的红外发射源和接收管外，都包含有一个反光板，以及用于增强方向性的散射板和棱镜。由于只使用很少的红外发射和接收管，且液晶光开关阵列与显示器所使用的液晶显示板集成为一体，因此既可以大幅度增加可靠性，又可以也降低触摸显示器的厚度和生产成本。

Description

用于一体化液晶红外触摸屏的液晶开关扫描光路系统

技术领域

本实用新型涉及光学和光电检测技术领域，尤其是适用于应用光电检测技术的红外触摸屏和红外触摸液晶显示器类产品。

背景技术

一般的红外触摸液晶显示器，都是由红外触摸屏和液晶显示器结合在一起的产品。号码为00250806.0和01202252.7的两份中国专利给出了两种在CRT显示器上加装红外触摸屏而构成红外触摸显示器的技术方案。这两种技术方案也都可以应用在液晶显示器上，通过在液晶显示器上加装红外触摸屏而构成液晶红外触摸显示器。这两种方案虽然结构不同，但都有结构简单、通用性好的优点。但是，这两种方案又都存在着红外发射和接收元件数量众多，导致造价高、可靠性低、工作寿命短，以及触摸屏部分的尺寸过大、受显示器壳体尺寸的限制，在液晶显示器上的壳安装性不好的缺点。尤其是现有的光路系统，由大量的红外发射和接收管构成，存在两个主要缺点：第一，每一对红外发射和接收管构成一条扫描光路，如果有一对管子失效，就将导致整个触摸显示器失效。并且由于众多红外发射接收对管密集安装，一旦某一对管子失效，既不容易很快发现，又不容易更换修复。第二，众多对管及其电路板的安装必须要占用很大的空间，而且是显示器显示面前部的空间，这对于现在正向着越来越轻、越来越薄的液晶显示器来说，是否有足够的空间来安装这种红外触摸屏，将随之成为一个主要的问题。申请号为2004200935913的实用新型所公开的使用反光镜结构的红外触摸屏光路系统大量减少了红外接收管的使用，但是更容易出现故障的红外发射管的使用却没有减少，同时不同管子所对应的反光镜都各不相同，所以制造工艺相应复杂了很多，可靠性和造价的问题依然存在。

发明目的

本发明的目的，就是针对现有技术的上述缺陷，利用液晶显示器本身特有的液晶板来构造新的、与液晶显示板一体化的光路系统，使用液晶光开关技术实现红外光线在显示器表面的检测扫描，来达到缩小系统尺寸、提高系统的可靠性、降低系统造价的目的。

技术方案

为了实现上述的发明目的，本实用新型的红外光发射和接收部分，借鉴了液晶显示器中所使用背光照明模块的技术方案，通过反光镜将红外发射模组所发射的、通过液晶光开关阵列透射到液晶显示器显示面的红外扫描光线，反射到红外接收模组，在显示器的表面形成了红外扫描光线。具体技术方案如下：该光路系统由安装在红外触摸屏边框内的红外发射源、红外接收管、反光板构成：所述红外发射源与所述反光板构成了红外光发射模组，安装在液晶显示板一个边缘的背面，其中反光板的形状为狭长的立体梯形结构，由光学材料制造，其中一个狭长的平面是反光面，该反光板的长度方向沿着液晶显示板的边缘安装；其反光面面向液晶显示板安装；在每个红外光通道的方向上，所述红外发射源由至少一只红外线发射元件构成，安装在所述立体梯形反光板的面积较大的底面一端，其光轴方向指向梯形反光板的内部；所述红外接收管与另外一只反光板构成了红外光接收模组，安装在液晶显示板的背面、与所述红外发射模组所在的边缘相对应的另外一个边缘的背面，由红外线接收管和反光板构成，其构造与红外发射模组相同，其反光面也面向液晶显示板安装；

在每条红外光的光通道上，在液晶显示板边缘、红外发射和接收模组的反光板所在的位置上，分布有两组液晶光开关阵列；所述液晶光开关阵列是一组沿着液晶板边缘方向紧密排列液晶单元，并且分别对应于红外发射和接收模组的两组液晶光开关的光开关单元的数量相同，该组液晶光开关内的每一个液晶单元都有引线与驱动电路相连接，能够在外加电信号的控制下由不透明状态转变为透明状态；并且所述的红外发射模组和接收模组分别安装在一个不透光的壳体之中，和与其对应的液晶光开关阵列共同构成只有通过所述液晶光开关阵列一面才可以有光线出入的光学封闭体；同时，在液晶板的上方、所述两组液晶光开关阵列对应的位置上，还沿着液晶板边缘的方向安装有两个条形的反光镜，这两条反光镜的反光面面对着液晶光开关阵列、与液晶板表面成45°角安装。

事实上上面给出的是基本的光路结构。如果要取得更好的效果，可以完全采用液晶显示器背光模组的结构：在所述安装红外发射模组和接收模组壳体之内、所述反光板和所述液晶板之间，再分别安装一组扩散板和棱镜；更进一步，还可以在该所述红外发射和接收模组的反光板的反光面上模压或印刷上特殊设计的反光微图形；并且该反光板可以是一个独立的反光镜，安装在反光板的反光面外面。

这里的两个条形反光镜，可以是两个条形的反光镜，也可以是直角三棱镜。如果使用直角三棱镜，则棱镜的底面就是所述的反光面，两个直角面分别与液晶板表面平行或垂直。无论是反光镜还是棱镜，都可以安装在显示器的外壳的内部相对应的位置上。

由于一般触摸屏每个方向的光通道是由几十上百条检测红外光线构成的，因此在扫描整个显示表面时，就要顺序控制同样多的光开关单元依次开关，这样在显示屏幕较大时将会导致控制液晶板控制线布线的困难。为了解决这个问题，可以采用双层液晶板的方案：在所述在液晶显示板边缘、与红外发射和接收模组所对应的两组液晶光开关的位置上，还分别安装有另外一层光开关液晶板阵列，即在每个光通道方向上安装有4层光开关液晶板，所述的红外发射模组和接收模组分别对应两层光开关液晶板；并且在这两层光开关液晶板阵列中，其中一层液晶板中每个光开关单元面积，是另一层光开关液晶板阵列中光开关单元面积的若干倍，即在光线传播方向上，光开关单元面积大的那块液晶板阵列中的每个光开关单元的面积内，可以容纳数个光开关单元面积小的那块液晶板阵列中的光开关单元。

为了防止周围的杂光的干扰，在红外触摸屏在光通道上都安装有红外滤色片。在本实用新型中，可以使用只能通过红外光而可以滤除可见光的光学材料来制作反光板、扩散板、棱镜甚至部分液晶板等光学元件；还可以在制作液晶板的透光材料的表面上，附着有偏振方向相同的偏振片来消除其他方向杂光的干扰。

发明优点

根据前面的技术方案可知：由于本实用新型只使用数量很少的红外发射和接收管，使用廉价的液晶材料构成红外线扫描开关，并且液晶光开关阵列与显示器所使用的液晶显示板集成为一体，进而可以将相关的电路部分与液晶显示器的电路集成安装在一起，因此在可靠性大幅度增加的基础上，也有效的降低了整个触摸屏系统的尺寸和生产成本，有利于生产出更质优价廉、美观适用的一体化红外液晶触摸显示器。

附图说明

图1：总体光路系统在与光通道相垂直的方向的基本结构示意图

图2：液晶光开关阵列在液晶显示板边缘配置的示意图

图3：红外发射模组在与光通道方向相平行的方向的侧视结构示意图

图4：双层液晶光开关阵列的剖面结构示意图

图5：红外发射或者接收模组在与光通道相垂直的方向的结构示意图

实施方案

下面结合附图来详细说明本实用新型的具体实施方案。图1是本实用新型的光路在与扫描红外线相垂直方向的基本结构，是红外触摸屏纵、横两个方向的光通道中的一个，另一个与此完全相同，将这个图形旋转90°就是另外一个光通道的基本结构。

在图1中，从红外发射模组103发射出的红外光线，通过显示器的液晶板102边缘的液晶光开关阵列104到达液晶板的表面后，被相对应的、安装载这个液晶光开关阵列前面、与显示液晶板表面102成45°的反光镜105反射。被反射的红外光线109通过液晶板102的表面前方，到达另外红外接收模组106所对应的反光镜108，被再次反射，通过同样安装载显示器液晶板102边缘的液晶光开关阵列107后，到达红外接收模组106。从图中可以看到，对于一个方向的光通道，两个反光镜105、106和两套液晶光开关阵列104、107，分别安装在液晶显示板相对的两个边缘，因为另外一个红外光线扫描光通道的方向与其垂直，因此在与这两个边缘相邻的两个边缘安装上相同的部件，就构成了另外一个光通道。

图2更清晰地给出了液晶光开关阵列在液晶显示板边缘的安装位置。在图2中，液晶光开关阵列104、107及其内部的光开关单元201构成了图1中所给出的光通道所使用液晶光开关阵列，而阴影线方向相反的两个液晶光开关阵列202则用于另外一个光通道。

构成本实用新型的方案关键部分有两个：一个是红外发射和接收模组，一个是液晶光开关阵列。事实上这两个模组与液晶显示器的照明背光模组101的结构基本相同，甚至可以直接将背光模组加工成合适的尺寸后拿过来使用。下面就针对这两个部分来进一步说明。

图3和图5给出了红外发射和接收模组的内部结构在不同方向上的示意图。由于在这里光路是可逆的，因此所述的红外发射模组103和接收模组106的内部结构相同，区别在于一个包含有红外发射源306，而另一个则含有红外接收管，并且二者在模组中的安装位置相同。图3给出的是红外发射模组在与光通道方向相平行的方向的侧视结构示意图，这里必须使用的光学元件是反光板301和红外发射源306。而对于红外接收模组而言，就是反光板和接收管。这里的红外发射源可以使用多只红外发射管组合而成，也可以使用一只功率较大的红外发射管。这里反光板301呈梯形的立体结构，常用的是直角梯形的立体结构，如图3所示，红外发射源306安装在所述立体梯形反光板的面积较大的底面一端，其光轴方向指向梯形反光板的内部。在反光板上有一个反光面302，该反光面与红外发射源的光轴方向成一个角度，在这个反光面上常常还有一系列模压或者印刷上去的微结构的反光图形，以获得更好的反射效果。当然，这个反光面还可以使用一块单独的反光镜来替代，安装在对应的位置，得到同样的效果。由于本实用新型中的反光板可以直接使用液晶显示器背光模组的技术方案，属于专业、成熟、容易得到的技术内容，因而在此就再作详细说明。

由于这种反光板的光路结构对于红外光的损耗比较大，因此在液晶显示器照明背光系统中常用的其他结构也可以用在这里，以增强红外光的方向性，得到更强的扫描红外线。如图3所示，在红外发射或者接收模组中，位于反光板和液晶光开关阵列之间，可以安装扩散板303、聚光棱镜304、另外一组扩散板305。当然对于红外接收模组，由于工作性质决定，这部分附加的光学元件不是必须的。

图5给出的是红外发射或者接收模组在与光通道相垂直的方向的结构示意图。由于红外接收部分需要避免显示器所发出的光线和周围环境杂光的干扰，因此应当安装在一个光学密闭的壳体501之中，这样就和与其对应的液晶光开关阵列共同构成只有通过所述液晶光开关阵列一面才可以有光线出入的光学封闭体。当然，红外发射模组最好也安装在这样一个壳体之中，提高其抗干扰的性能。

为了防止周围的杂光的干扰，在本实用新型中可以使用只能通过红外光而可以滤除可见光的光学材料来制作反光板、扩散板、棱镜甚至部分液晶板等光学元件；还可以在制作液晶板的透光材料的表面上，附着有偏振方向相同的偏振片501来消除其他方向杂光的干扰，进一步提高其抗干扰的能力。图5中的偏振片可以附着在任何一个合适的平整表面上，并非一定要安置在图中所示附着在扩散板305的一个表面上。

由于一般触摸屏每个方向的光通道是由几十上百条检测红外光线构成的，因此在扫描整个显示表面时，就要顺序控制同样多的光开关单元依次开关，这样在显示屏幕较大时将会导致控制液晶板控制线布线的困难。为了解决这个问题，可以采用如图4所示的双层液晶板的方案：在所述在液晶显示板边缘、与红外发射和接收模组所对应的两组液晶光开关104或107所在的位置上，还分别安装有另外一层光开关液晶板阵列403，即在每个光通道方向上安装有4层光开关液晶板，所述的红外发射模组和接收模组分别对应两层光开关液晶板；并且在这两层光开关液晶板阵列中，其中一层液晶板中每个光开关单元404面积，是另一层光开关液晶板阵列中光开关单元201面积的若干倍，每一个光开关单元404的长度都等于N个(图中示例是8个)光开关单元201的长度，图中的虚线表示了这种对应关系。图4中液晶板由两层叠合在一起构成，使用面板401和隔板402，底板405构成三明治的夹层结构。图中底板405包含的阴影表示可以用前述的滤光材料制造，以消除可见光的干扰。另外简单的结构是使用一块独立的液晶光开关阵列板，其原理和结构相同，只是隔板402不再共用。这样，利用矩阵控制的原理，就可以利用较少的引线连续的扫描开关。具体的方法是：先控制第一个面积较大的光开关单元开启让红外光通过，然后再依次控制开启这个光开关单元的面积内容纳的各个光开关单元面积小的光开关单元，依次让红外光通过液晶板；然后再开启第二个面积较大的光开关单元开启，再依次控制开启这个光开关单元的面积内容纳的各个光开关单元面积小的光开关单元，依次让红外光通过……依此原理就可以用较少的布线实现对整个液晶板通过数十上百条扫描光通断的控制。

上面说明了本实用新型的基本技术方案。但是本实用新型的技术方案并不仅限于本说明书所明确描述的具体结构。例如为了简化设计，可以使用漫反射表面作为反光板的反射表面；在比如为了尽量缩短光路的长度以降低红外线的衰减率，还可以在红外触摸屏的每个方向的光通道上，使用多套本实用新型所公开的光学组件，这样某个方向光通道就由多套所述组件构成，每一套组件只负责在检测显示屏幕上部分区域的触摸事件。因此，在本实用新型所公开的基本技术方案的基础上的任何改进、变更，均包含在本专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于一体化红外触摸屏的液晶开关扫描光路系统，该光路系统由安装在红外触摸屏边框内的红外发射源、红外接收管、反光板构成，其特征在于：

所述红外发射源与所述反光板构成了红外光发射模组，安装在液晶显示板一个边缘的背面，其中反光板的形状为狭长的立体梯形结构，由光学材料制造，其中一个狭长的平面是反光面；该反光板的长度方向沿着液晶显示板的边缘安装；其反光面面向液晶显示板安装；在每个红外光通道的方向上，所述红外发射源由至少一只红外线发射元件构成，安装在所述立体梯形反光板的面积较大的底面一端，其光轴方向指向梯形反光板的内部；所述红外接收管与另外一只反光板构成了红外光接收模组，安装在液晶显示板的背面、与所述红外发射模组所在的边缘相对应的另外一个边缘的背面，由红外线接收管和反光板构成，其构造与红外发射模组相同，其反光面也面向液晶显示板安装；

在每条红外光的光通道上，在液晶显示板边缘、红外发射和接收模组的反光板所在的位置上，分布有两组液晶光开关阵列；所述液晶光开关阵列是一组沿着液晶板边缘方向紧密排列液晶单元，并且分别对应于红外发射和接收模组的两组液晶光开关的光开关单元的数量相同，该组液晶光开关内的每一个液晶单元都有引线与驱动电路相连接，能够在外加电信号的控制下由不透明状态转变为透明状态；并且所述的红外接收模组安装在一个不透光的壳体之中，和与其对应的液晶光开关阵列共同构成只有通过所述液晶光开关阵列一面才可以有光线出入的光学封闭体；同时，在液晶板的上方、所述两组液晶光开关阵列对应的位置上，还沿着液晶板边缘的方向安装有两个条形的反光镜，这两条反光镜的反光面面对着液晶光开关阵列、与液晶板表面成45°角安装。

2.根据权利要求1所述的液晶开关扫描光路系统，其特征在于：所述反光板的反光面是一个单独的反光镜。

3.根据权利要求1或2所述的液晶开关扫描光路系统，其特征在于：在所述反光板的反光面模压或印刷有反光微图形。

4.根据权利要求1所述的液晶开关扫描光路系统，其特征在于：在所述红外发射模组的反光板和所述液晶板之间，还分别安装有一组棱镜。

5.根据权利要求4所述的液晶开关扫描光路系统，其特征在于：在所述安装红外发射模组壳体之内、所述反棱镜和所述液晶板之间，还分别安装有一组扩散板。

6.根据权利要求1所述的液晶开关扫描光路系统，其特征在于：在所述液晶板边缘光开关阵列的上方、与两组光开关对应的位置上安装的两个条形反光镜，是两个直角三棱镜；该直角三棱镜的底面就是所述的反光面，两个直角面分别与液晶板表面平行或垂直。

7.根据权利要求1或6所述的液晶开关扫描光路系统，其特征在于：在所述液晶板边缘的光开关阵列的上方、与两组光开关对应的位置上安装的两个条形反光镜，分别安装在显示器的外壳的内部。

8.根据权利要求1所述的液晶开关扫描光路系统，其特征在于：在所述在液晶显示板边缘、与红外发射和接收模组所对应的两组液晶光开关的位置上，还分别安装有另外一层光开关液晶板阵列，即在每个光通道方向上安装有4层光开关液晶板，所述的红外发射模组和接收模组分别对应两层光开关液晶板；并且在这两层光开关液晶板阵列中，其中一层液晶板中每个光开关单元面积，是另一层光开关液晶板阵列中光开关单元面积的若干倍，即在光线传播方向上，光开关单元面积大的那块液晶板阵列中的每个光开关单元的面积内，可以容纳数个光开关单元面积小的那块液晶板阵列中的光开关单元。

9.根据权利要求1、4、5、6或8所述的液晶开关扫描光路系统，其特征在于：制造所述光学元件的材料，是能够透过红外光而不能透过可见光的光学材料。

10.根据权利要求1、4、5、6或8所述的液晶开关扫描光路系统，其特征在于：在所述光学元件的表面，还附着有一层光偏振片，并且在一个光通道方向上，分别附着在安装在红外发射模组和接收模组一侧的光学元件上的偏振片，其偏振方向相同。

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