TWI381297B - 非接觸式輸入座標系統用導光板，包含其之系統及使用其之非接觸式輸入座標之方法 - Google Patents

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Description

非接觸式輸入座標系統用導光板，包含其之系統及使用其之非接觸式輸入座標之方法
本發明係關於一種用於非接觸式輸入座標系統之導光板與包括其之系統，以及一使用其之非接觸式輸入座標之方法。更明確地，本發明關於一種用於非接觸式輸入座標系統之導光板，其消除習知的經由直接接觸來輸入座標之接觸式座標輸入系統的不方便性，且可儘可能的減少偵測器的使用及光學上的損失。本發明亦關於一包括其之系統，及一使用其之非接觸式輸入座標之方法。
一般地，例如電視、電腦螢幕等顯示裝置，藉由直接連接至電腦或螢幕之按鈕或滑鼠，透過嵌入或連接至顯示裝置之處理單元，來接收及處理所需資訊之輸入。
近年來，新發展之各式的主要或協助輸入技術已取代此習知之輸入技術，而觸控螢幕技術是為近年開發中有用的輸入技術之一。
在觸控螢幕技術中，顯示螢幕配置有一電阻膜或一超音波產生器。因此，當使用者以手指或其他輸入裝置接觸螢幕時，於螢幕上會發生電阻變化或產生表面聲波，用以偵測使用者接觸於螢幕上一點之座標，因而用來輸入資訊或執行指令。
使用這樣的觸控螢幕輸入裝置之優點為能方便地輸入所要的資訊。
然而，隨著近來使用此輸入裝置之顯示裝置有大型化的趨勢，使用者與顯示裝置間之距離亦隨之增加而超過使用者手臂之長度，因此，相較於以往使用者僅需伸出手臂即可觸碰至螢幕的情況，大型化的趨勢造成當使用者接觸螢幕表面時，必需經常移動之不方便性。
再者，如觸控螢幕輸入系統之接觸式座標輸入系統，不只容易遭受到由接觸所致之螢幕污染，亦有重複按壓螢幕而導致顯示面板耐久性之劣化。
非接觸式輸入座標系統因而發展來解決這些問題。不同於接觸式座標輸入系統，非接觸式輸入座標系統不需要輸入裝置(手指、筆等)與螢幕間之實體接觸。相反的，它採用其他形式之輸入方式及偵測方式(偵測器)。
具體來說，非接觸式輸入座標系統通常使用光作為輸入座標的方法，即照射光線至螢幕上想要的位置之方式輸入座標，然後將位置之座標組輸入至顯示裝置，因此可達成與觸控螢幕輸入系統相同之功能。雖然雷射光束通常用來作為此方法之光源，然而光並非明確地僅限制於雷射光束。反之，於本發明中所述的「光」，包含所有範圍之電磁波，例如紅外光，紫外光等。
非接觸式輸入座標系統之一示例，如韓國專利公開第2001－0026856號中所揭露之一光－基底直接標點系統。此系統被認為是藉由直接標點來容易地達成所要目錄之選擇，而無需遠端控制器之麻煩的操縱。此系統包括一指標，其藉由於目標方向發射如雷射光束之光線而選擇一目錄；一偵測單元，其具有連接於螢幕表面之光偵測墊，以偵測由指標發射之光於螢幕上之位置；一位置計算單元，其基於從偵測單元之偵測訊號來計算螢幕上之位置；一中央處理器(CPU)，控制一游標其顯示於所計算之位置，以及藉由指標之選擇開關操作來控制一對應於游標位置之目錄的相關操作；以及一游標產生單元，其於CPU控制下，產生及顯示此游標。
此一直接標點系統的優點為使用者不需要遠端控制器麻煩的操作，且藉由光於目錄上之直接標點，可以容易地選擇顯示於螢幕上之目錄。
非接觸式輸入座標系統之另一示例為日本專利公開第H11－119910號，其揭露一輸入－輸出裝置。
此揭露之輸入－輸出裝置偵測此輸入－輸出裝置之顯示螢幕上之一特定位置，且能以非接觸式之方法執行對應於偵測位置之輸入資料。明確來說，此輸入－輸出裝置對於特定位置進行操作，偵測出顯示螢幕上之位置，以執行對應於偵測位置之輸入與輸出。此輸入－輸出裝置中，由輸入光用之書寫筆照射光線於顯示螢幕上之特定位置。然後，整合顯示單元及矩陣排列之複數個光電轉換元件之一，於光照射之位置接收光線，所以對應於光電轉換元件輸出狀態之位置可被偵測到。
此一輸入－輸出裝置也為一種以非接觸式方法於螢幕上輸入資訊的有用裝置。
由圖1及圖2可知，揭露於韓國專利公開號第2001－0026856號及日本專利公開第H11－119910號之技術，採用以當光由指標及其相似物到達偵測光之各別偵測器時所得到之資訊為基礎之輸入座標方法，其位於對應於各別座標之格子點(例如，圖2a中之1aa)。
然而，此座標輸入方法，當應用於大尺寸的顯示裝置或是需要輸入座標更精細的區分的情形中，可能會有問題。換言之，因為上述座標輸入方法需要對應於各別座標之偵測器，例如光學偵測器，故必須提供足夠對應於座標輸入的數目之偵測器。再者，當偵測器以固定區間排列時，則顯示裝置之螢幕尺寸增加，所以顯示裝置之偵測器數目也隨著螢幕增加尺寸(長或寬)之平方值而增加，因此造成難以在實際應用上於增大的輸入裝置中設置偵測器。
因此，當顯示裝置增大，對於製造商而言，如此大量之偵測器變成一個龐大的負擔。此問題也發生於需要更精細區分座標的情況中。當座標之解析度增加，必須提供更多的偵測器以對應解析度之增加量，且偵測器數目的增加也是正比於座標解析度之平方值。
再者，當提供偵測器於各別座標時，必須設定某些區域為偵測區段1aa以及與偵測區段1aa不同之其他區域為畫素區域1ba，如圖2所示。因此，為確保畫素區域有足夠表面積，偵測器的尺寸必須很小，否則影像品質劣化的情形將不可避免地發生。
 技術問題
本發明致力於解決上述習知技術之問題，因此本發明之一態樣係在提供一非接觸式輸入座標系統用之導光板與包括其之系統，以及一使用其之非接觸式輸入座標之方法，能夠以非接觸式方法輸入座標，而不需使用過多的偵測器。
本發明之另一態樣係提供一非接觸式輸入座標系統用導光板與包括其之系統，以及一使用其之非接觸式輸入座標之方法，其不會遭受到因偵測器而造成影像品質劣化的情形。
本發明之再一態樣係提供一非接觸式輸入座標之方法，其可以充分地以非接觸式方法輸入座標而不需使用過多偵測器。
本發明之又一態樣係提供一以非接觸式輸入座標系統用導光板為基礎之非接觸式輸入座標方法，其不會遭受到因偵測器而使影像品質劣化的情形。
技術手段
根據本發明之一態樣，本發明提供一導光板，包括：一磷光體；以及至少一光學層。
此導光板，更包括：複數個光學偵測器，偵測接收到達該導光板光線之該磷光體所發射之光。該些光學偵測器係裝設於導光板之一或兩橫向邊緣及一或兩縱向邊緣，使得每一光學偵測器之一光接收部位面向導光板之側邊。
根據本發明之另一態樣，本發明提供一非接觸式輸入座標系統，包括：一導光板，其接收由一發光裝置所發射之入射光，且該導光板包括一磷光體及至少一光學層；複數個光學偵測器，其偵測接收到達該導光板光線之該磷光體所發射之光，該等光學偵測器裝設於導光板之一或兩橫向邊緣及一或兩縱向邊緣，使得每一光學偵測器之一光接收部位面向導光板之側邊；以及一連接於該些光學偵測器之計算單元，其計算到達該導光板之一光入射點之一座標組，以及傳送該計算出之座標組至與其連接之一顯示裝置或電腦系統。
根據本發明之再一態樣，本發明提供一非接觸式輸入座標之方法，其使用一非接觸式輸入座標系統，該系統包括：一導光板，其接收一發光裝置所發射之入射光，且該導光板包括一磷光體及至少一光學層；複數個光學偵測器，其偵測接收到達該導光板光線之該磷光體所發射之光，該等光學偵測器裝設於導光板之一或兩橫向邊緣及一或兩縱向邊緣，使得每一光學偵測器之一光接收部位面向導光板之側邊；以及一連接於該些光學偵測器之計算單元，其計算到達該導光板之一光入射點之一座標組，以及傳送該計算出之座標組至與其連接之一顯示裝置或電腦系統，其中，裝設於橫向邊緣之該些光學偵測器中，具有最高光接收量之光學偵測器之位置，或具有最高光接收量之兩鄰接光學偵測器間之特定位置，計算為入射光之橫座標，以及裝設於縱向邊緣之該些光學偵測器中，具有最高光接收量之光學偵測器之位置，或具有最高光接收量之兩鄰接光學偵測器間之特定位置，計算為入射光之縱座標。
較佳地，該磷光體係塗佈於導光板之透明層之表面上或摻雜於透明層中。
較佳地，於一使用之螢光物質之吸收－放射波長範圍內，該透明層具有10%或更低之霧度，以及80%或更高之穿透度。
較佳地，該透明層包括一物質，其選自玻璃，聚烯烴，烯烴共聚物，丙烯酸，聚乙烯，聚氨酯，包括聚甲醛及環氧樹酯之醚聚合物，包括聚碳酸酯(PC)之聚酯，聚醯胺，聚碸(polysulfone)以及矽樹脂。
當該導光板以一結合劑或黏著劑配裝至其他光學組件時，該配裝之光學組件亦可作為導光板。若任何之光學組件，於產生螢光之波長範圍內，具有高霧度或低穿透度，則會阻礙螢光之導光效率。於此例中，較理想的情況為藉由插置一低折射塗佈層於光學組件與導光板構件間，將此光學組件與導光板以光學的方法分開，且相較於建構該導光板之構件中具有最高折射率之特定構件，該低折射塗佈層之折射率低0.05或更多。
此時，相較於具有最高折射率之組件折射率低0.05或更多之低折射塗佈層，較佳係由多孔性或中空之二氧化矽顆粒，含氟樹酯，或如CaF2 、MgF2 、NaAlF4 、SiO2 、ThF4 、ZrO2 、Nd2 O3 、SnO2 、TiO2 、CeO2 、ZnS、及In2 O3 等之介電物，藉由乾式或濕式塗佈而形成。另一方面，當導光板之透明層具有足夠高的折射率時，此透明層可包括具有折射率約1.5之一般樹酯，例如玻璃、聚烯烴、烯烴共聚物、丙烯酸、聚乙烯、聚氨酯、包括聚甲醛及環氧樹酯之醚聚合物、矽樹脂等。
較佳地，該包括有磷光體之導光板具有10%或更低之霧度。
較佳地，該磷光體為一染料，其選自青色素(cyanine)、芘(perylene)、蒽醌(anthraquinone)以及呫噸為主體(xanthene－based)之染料。
較佳地，該計算單元或連接於計算單元之電腦系統使該顯示裝置顯示光入射點之座標組於顯示裝置上。
更佳地，該導光板係以一分離板或一保護裝置之形式，結合於該顯示裝置之表面，或可分離地裝設於該顯示裝置之一前表面。
較佳地，該顯示裝置係選自於LCD、PDP、LED、FED、以及CRT顯示器之其中之一者。
較佳地，該導光板係裝設於LCD偏光板、PDP濾光板、投影螢幕、LED、FED、或CRT顯示器之一表面。
較佳地，裝設於橫向或縱向邊緣之光學偵測器中之具有最高光接收量之光學偵測器位置的計算，或具有最高光接收量之兩鄰接光學偵測器間之特定位置之計算，是基於光學偵測器之位置與光接收量之間之關係所做的迴歸分析。
根據本發明之更一態樣，本發明提供一種用於非接觸式輸入座標系統之導光板上之入射光輸入座標方法，該導光板包括一磷光體及至少一光學層，且該方法包括：照射入射光至該導光板之一點；使接收到達該導光板入射光之磷光體所發射之光線，到達裝設於該導光板上至少兩位置之光學偵測器；偵測到達光學偵測器之光強度以輸出一對應於該光強度之訊號；計算每一光學偵測器與一光入射點之距離，其藉由將該輸出訊號代入一預設之表示光強度與距離間之關係的迴歸式；以及得到一符合點軌跡的一點，其中各別光學偵測器至該光之入射點之距離之比例或兩光學偵測器間之距離之比例為固定不變的，接著訂定該點之一座標組做為該光入射點之座標組。
較佳地，當該系統包括三個或以上之光學偵測器時，其中由兩對光學偵測器所形成之軌跡彼此相遇而得到一或多點，以及將對應至各個點之座標組平均之一點訂定為由點之軌跡所形成之點，其中由各別光學偵測器至該光入射點之距離之比例為固定不變的。
較佳地，該磷光體係塗佈於該導光板之一透明層之一表面上或摻雜於該透明層中。
較佳地，該透明層於一使用之螢光物質之吸收－放射波長範圍內，具有10%或更低之霧度，以及80%或更高之穿透度。
較佳地，該導光板更包括有一低折射層於其外側，相較於建構該導光板之構件中具有最高折射率之構件，該低折射層之折射率是低0.05或更多。
較佳地，該導光板具有10%或更低之霧度。
較佳地，至少兩光學偵測器設置於該導光板之一前側，一後側或一側邊，以偵測該接收到達該導光板之入射光之磷光體所發射之光。
優點效益
根據本發明，用於該非接觸式輸入座標系統之導光板，及使用其之非接觸式之輸入座標方法，能夠以非接觸式方式滿意地進行座標輸入，而不需過多的光學偵測器來避免因偵測器所致之影像品質劣化。
參考以下圖式來詳細說明本發明示範性之實施例。
關於習知技術之問題，其包括配置光學偵測器於各別格子點，本發明之發明人研究出一種座標輸入系統，其利用光入射點即可輕易的輸入座標而不需在各別格子點配置偵測器。因此，本發明之發明人發現，如圖3所示，即使當偵測器未配置於光入射點的情況下，若光21可由光入射點傳輸至沿著螢幕周邊設置之複數個偵測器30及40，由該些偵測器所計算或量測之光入射點之橫座標及縱座標，與經由配置於光入射點之偵測器輸入入射點座標的情況，具有相同之效果。
為了使光到達如上所述之複數個偵測器30及40，必須控制光21之路徑，使得到達螢幕之光21可以至少分成兩分支，然後傳遞到各別的偵測器。然而，一旦光以單一方向進入螢幕，因光其本身的性質而傾向穿過此螢幕，而非分開及傳遞至配置於螢幕周邊之複數個偵測器。因此，當使用習知螢幕時，本發明之技術構想則無法實現。
本發明使用一導光板60來傳遞達螢幕之光20到複數個偵測器。更詳細來說，於本發明之一實施例中，該導光板包括有一磷光體以及至少一能夠產生全反射之光學層。導光板中之磷光體可塗佈於導光板透明層之表面上或摻雜於透明層中。因此，具有磷光體摻雜於透明層之導光板將以下文一實施例敘述之。另一方面，本文中若無其他說明，應瞭解「層」之用語係指「透明層」。
導光板60利用光全反射來避免光於先前傳遞方向或折射方向之後以光入射之反方向從螢幕脫離的現象發生。在此，當光跨越具不同折射率之兩界質之邊界時，部分光穿越邊界而傳遞進入第二界質，而部分光則被邊界反射。另一方面，當光由光密界質傳遞進入光疏界質，若光之入射角大於或等於圖4表示之臨界角θc ，則光會全部於邊界反射而不穿過兩界質間之邊界。此一光學現象稱為「內部全反射」，且廣泛應用於光纖光學及其類似之光儲存與資料傳遞。
臨界角由兩界質之折射率所決定，可根據斯乃耳定律以下列方程式1表示。
當光之入射角大於或等於臨界角時，於導光板之最外部光可以進行全反射，因此是沿著導光板之一側移動而非穿越導光板。所以，當導光板一側僅設置一偵測器時，光仍可傳遞至此偵測器。
然而，要達成本發明之技術構想，仍存在有一些技術問題。當光由如雷射筆等之發光裝置發射而進入螢幕或顯示裝置之導光板時，光並非如斯乃耳定律所述之於空氣中傳遞，而是在不同的方向折射，因此光於導光板內之入射角等於或小於臨界角。結果，光完全傳遞至導光板之另一側，並穿透另一側。換言之，當接觸空氣之導光板之兩平面彼此相互平行，進入一側之所有光線穿透另外一側，與光之入射角無關。若導光板具有一粗糙表面或是其中含有散射粒子，於導光板內，光可以具有大於或等於臨界角之傳遞角。然而在此例中，當光傳遞於導光板內時，因散射或折射的原因，光可能會由導光板散失或減弱。因此，本發明最重要特徵之一是使進入導光板之入射光能在不受光方向改變而導致光減弱的情形下，傳遞至導光板之端點，使導光板內的光具有大於或等於臨界角之傳遞角。
為解決這些問題，本發明之一態樣是提供一磷光體配置於透明層之表面或是透明層中。磷光體為一種利用施加如光或電之能量使電子躍升至激發態再降至基態所放射能量而發光之物質。當光進入導光板來標定一位置時，光所激發之磷光體的電子降至基態的同時，激發之磷光體則以放射狀的形式發射光出來。
本發明最重要特徵之一為由激發之磷光體所發射之光線為放射狀地發光。若光線為放射狀地發射時，可能可以解決上述所有問題。亦即，如圖5(a)所示之導光板厚度方向，大部分由磷光體放射狀地發射之光21，以大於臨界角θc 之入射角θ1 ，進入介於第一界質(即導光板)與第二界質(透過建構該導光板之一或多層最外層而接觸於導光板)間之介面，接著於此兩界質之介面進行全反射而移動至導光板之側邊。
再者，如圖5(b)所示，由磷光體所發射的光也在導光板的平面上方向放射狀的發射。在此，因為磷光體所發射的光在兩個或更多的方向上傳遞(嚴格的說，眾多方向)，它可以到達所有橫座標及縱座標的偵測器，例如，本發明一實施例之設置於導光板邊緣之偵測器。
關於此，因為光到達所有偵測器，必需明確化操作以界定對應於光最初到達導光板之光入射點之橫座標及縱座標偵測器。
圖6顯示本發明之一實施例中，當使用橫座標偵測器與縱座標偵測器得到座標組時，到達各別偵測器之光之型態。如由圖6可看出，雖然光是不均勻的由磷光體發射出，到達偵測器之光強度是根據激發的磷光體與偵測器間之位置關係而有所不同。換言之，在最靠近發出螢光之激發磷光體之偵測器的光強度是最高的，且因隨著偵測器與激發磷光體間之距離增加使得光色散的情形越嚴重，而造成光強度亦逐漸遞減。此現象可以光強度與距光源距離之平方成反比而簡化解釋之。再者，關於磷光體發射之光到達相同之表面積之光強度，在垂直方向上接收磷光體光線之一偵測器(對應於激發之磷光體之橫座標或縱座標的偵測器)具有比其他偵測器較高之光強度，反之，於傾斜方向上接收磷光體光線之偵測器具有比其他偵測器較低之光強度。因此，如下於圖7的例子所述，到達各別偵測器之光強度(即光之入射量)傾向在對應於磷光體位置之座標組之偵測器呈現出最高的光強度值(換言之，即由指標所發射光初始到達的位置)，且隨著與這些偵測器之距離增加而遞減。
再者，可於導光板與偵測器間配置一過濾器。在此，過濾器包括形成固定間距之光遮蔽圖案之物質。設置過濾器使得較大量之螢光能到達對應於螢光發射位置之預定偵測器，而防止光到達預定偵測器周邊之其他測器，因此改善訊號敏感度。藉由配置這樣的過濾器，當入射光與相對之偵測器是在正確角度時，光能夠不被過濾而到達偵測器，反之，當入射光與相對之偵測器是在傾斜角度時，大部分的光能被過濾器所遮蔽。結果，到達過濾器之光量被過濾器之過濾操作及上述之入射角作用而進一步減少。因此，對應於磷光體位置座標組相關之偵測器與其他偵測器間之光量差異變的更明顯，使得座標識別更具其優勢。
本發明之另一實施例較理想為使用一裝設有透鏡於前端之偵測器，以隨著光入射角而呈現不同靈敏度(亦即，用於增加於偵測器前方之入射光量之偵測器)。此例中，對應於磷光體位置座標相關之偵測器與其他偵測器間之光量差異變得更加明顯，使得座標識別更為容易。作為偵測光之偵測器，一般使用光電二極管。因此，由於大部分之一般常見的光學偵測器能依照入射角而呈現不同之靈敏度，所以可以使用一般之未經修正之光學偵測器，或是使用其他種類之經修改的光學偵測器，作為根據入射角而呈現不同靈敏度之光學偵測器。
因此，橫座標及縱座標可以依照象徵橫座標偵測器及縱座標偵測器之預定座標組方式來決定，其將對應於呈現最高值之位置作為輸入座標組。或是，橫座標及縱座標可以由此方式決定之，其為將對應於呈現最高值位置之兩橫座標偵測器間的位置訂定為橫座標，而將對應於呈現最高值位置之兩縱座標偵測器間的位置訂定為縱座標。
另一方面，將輸入訊號傳送至偵測器時可能會包含干擾訊號，因此較理想為依照偵測器位置，透過迴歸分析將入射光量標準化後，再選擇所對應之座標組。至於迴歸分析，可使用在本技術領域中一般常用的各種迴歸分析方法，包括最小平方法。利用迴歸分析，可較容易的選擇出介於兩偵測器間之位置。
再者，雖然橫座標偵測器30及縱座標偵測器40可分別配置於導光板60縱方向上的一邊緣及橫方向的一邊緣，但是它們亦是可以配置於導光板的所有邊緣上。
舉例來說，在此例中，到達橫座標偵測器之入射光量因干擾訊號而於兩或更多橫座標上呈現最高程度之入射光量，因此可依照對應於橫座標偵測器所訂定之於縱座標偵測器中具有較高入射光量之縱座標偵測器，或是依照到達此兩橫座標偵測器之入射光量之比例，來決定實際上具有最大入射光量之橫座標。
再者，當偵測器分別配置於縱向之一側邊及橫向之一側邊，可在剩餘邊緣進行例如電鍍或沈積鍍膜之抗反射或抗吸收處理而移除干擾訊號或改善訊號強度。
雖然偵測器可以各種方法裝設，下文中將敘述兩種較佳的裝設方法。首先，如圖8所示，偵測器可放置於導光板之前側或後側之任一側。此例中，當光到達導光板之前側或後側之邊界時，必須使光線在無任何全反射的情況下到達偵測器。為此目的，較理想為於偵測器連結於導光板的位置點上，控制調整連結劑之穿透率及折射率。因此，若有提供覆蓋層(圍繞透明層且具有比透明層較低之折射率)，連結劑或黏結劑較佳為具有比透明層或作為覆蓋層之介質較高之折射率。於此例中，當偵測器裝設於側邊之導光板，如圖9a所示，每一偵測器接收光的面積之剖面長度(亦即，介於導光板與偵測器間接觸部分之長度)比螢光導光板之厚度與連結層厚度之總和要長很多，因此確保好的光接收效率。
接著，此偵測器可裝設於導光板之側邊，如圖9(a)所示。於此例中，因為光可在導光板表面無全反射的情形下直接到達偵測器，即使於導光板與偵測器之間存在有一空氣層，仍對導光板之性能並無影響。再者，實際上對於接著劑之折射率並無任何限制。作為接著劑，較有利地可使用壓力敏感型接著劑。再者，偵測器可裝設於導光板上，而使導光板與偵測器之光接收區域之間具有一空氣層。
然而，當導光板具有很薄之厚度時，裝設偵測器於導光板之側邊是相對困難的。因此，如圖9(b)所示，可使用一可彎曲反射膜來將偵測器裝設於導光板，使得由導光板側邊發射之螢光可以藉由反射膜而朝偵測器反射。
再者，對於裝設偵測器之方法，雖然可使用接著劑裝設分離之偵測器於導光板於預定位置上，然而光電二極管偵測器可以圖案化的方式裝設於導光板之表面，以具有偵測器之功能。
本發明之座標輸入方法可以使用光入射點至偵測器之距離之資訊而實際實行。接著，參閱數種偵測器排列方法之實施例，將描述數個有效之偵測入射光座標之方法。
使用本發明導光板之座標輸入方法之一有利態樣為，如圖10所示，可將偵測器裝設於導光板60之兩特定位置，。此例中，若可以得到每一偵測器30與光入射點間之距離，則將可能得到導光板上光之入射點之座標組。
此原理之一例顯示於圖11中。根據此原理，當各點之距離被決定後，可繪出滿足此距離之軌跡，接著得到符合軌跡之點。更詳細地，圖11中，假設有兩組座標組其為偵測器所在位置之兩點，則第一座標組是(a1,b1)，第二座標組是(a2,b2)，以及一點座標組(1,m)，(1,m)為一由光入射點(u,v)之垂直線與第一及第二座標組連線相交之位置，介於第一座標組與光入射點之距離為d1，及介於第二座標組與光入射點之距離為d2。然後，由d1,d2,a1,b1,a2,b2,1,及m建立方程式2如下：
方程式2可由以下推論而得到，當兩直角三角形具有共同邊"c"，則兩直角三角形共同邊具有相同長度。重排方程式2，可得到方程式3如下：
此外，因為座標組(1,m)是位於介於第一與第二座標組間，應用線性函數可推得方程式4如下：
再者，將方程式4代入方程式3，並以"1"重排方程式4，可以得到以下方程式5表示"1"。然後再將結果代入方程式4，可以得到以下方程式6表示"m"。
在此，因為座標組(1,m)不是位於光入射點上，但卻是由光入射點延伸之垂直線與第一及第二座標組連線相交之點，因此必須由上述結果得到光入射點(u,v)之座標組。換言之，當代入畢達哥拉斯定理於被垂直線分割之兩直角三角形，可以得到以下方程式7及方程式8。此時，因為"1"及"m"值已分別由方程式5方程式6得到，因此可由以下方程式得到"u"及"v"的值。
方程式7(u －a 1 )2 ＋(v －b 1 )2 ＝(l －a 1 )2 ＋(m －b 1 )2 ＋(u －l )2 ＋(v －m )2 方程式8(u －a 2 )2 ＋(v －b 2 )2 ＝(l －a 2 )2 ＋(m －b 2 )2 ＋(u －l )2 ＋(v －m )2
因此，當光入射點至兩偵測器之距離已知時，可以得到光入射點之座標組。
在此，得到此距離可能存在一個問題。因此，發明人發現一個適合的光強度與距離之關係，即利用迴歸分析，其為包含於導光板中且偵測器所測得之磷光體所發射之光強度會隨著與磷光體之距離增加而逐漸遞減。
特別是，利用某些示範例子，發明人可以發現距離"x"與偵測器測得之光強度"y"(單位mV)可如以下方程式9所示，且經由適當選擇係數則可得到具有高度相關之迴歸式。當然，本發明並非一定侷限於以下方程式9。反之，藉由例如指數函數、多項式函數等之不同形式之表示結果，可得到其他具有高度相關之迴歸式。再者，除了由迴歸分析所得之數值外，可採用由參照輸入相關數值所建立之資料庫來得到距離。此例中，較理想為偵測器設計，不會受到光之入射角之影響。當使用可能受光入射角影響之偵測器時，必須進行根據入射角之靈敏度校正。
方程式9y ＝ax b
在此，"y"表示偵測器之光接收強度，而"x"表示距離。
圖12顯示本發明之一例子，以方程式9形式對於光入射點與偵測器間之距離做迴歸分析結果。圖12中，相關係數R2 為0.994，其表示此結果是非常精確的值。圖12中，方程式9之"a"為15647且"b"為－1.957。
因此，本發明之座標輸入方法中，量測距離之程序是以先前藉由照射入射光至數個點，得到光入射點至偵測器間距離與到達偵測器之光強度之關係的方式來進行，然後由偵測器所測得之光強度與真實距離間之關係式(或資料庫)，得到真實的距離。
換言之，本發明之座標輸入方法包括照射入射光至導光板之一點，使得接收到達導光板之入射光之磷光體所發射之光線能到達裝設於該導光面板上之至少兩位置之光學偵測器，接著偵測到達光學偵測器之光強度以輸出一對應於該光強度之訊號，再藉由將該輸出訊號代入一預設之代表光強度與距離間關係的迴歸式來計算出每一光學偵測器與入射光所照射之光入射點間之距離，最後得到一符合點之軌跡之一點，其為各別光學偵測器至光入射點之距離之比例，之後決定該點之座標組為光入射點之座標組。
因此，只用兩個偵測器，使用本發明之導光板之座標輸入方法可以有效地實現。此時，應注意的是由方程式7及8所得到之座標組(u,v)之數目並不是一個，而是兩個。換言之，方程式7及8的解表示：滿足上述條件之座標與連接兩點之直線具有一線性對稱關係。因此，當架設兩偵測器，若可以的話，較理想為將這些偵測器架設於導光板之同一側。若偵測器架設於導光板內而非側邊，或是分別架設於不同側，因如上述之線性對稱關係，因此有計算兩組座標之可能性。
另一方面，當兩相鄰的偵測器架設過於彼此靠近，即使座標輸入點與偵測器間之距離有稍微的差異，計算座標與真實座標間之誤差仍變得非常明顯的增加。因此，較理想為以導光板對角線之一半或更多之距離，將兩偵測器彼此分開。
根據本發明之另一態樣，為了增加精確度或以簡單之方式輸入座標，可設置三個或更多偵測器於導光板。
換言之，當三或更多偵測器設置，可有三組偵測器之組合，其導致三組座標。當然，理想上此三組座標應與另一個相符，但是，因有些微誤差之可能性，故在計算座標組時，可使用這些座標組之平均值或是使用三組座標組中之彼此相符合的兩座標組。
根據本發明之另一實施例，三或更多偵測器設置於導光板之四或三個角落，如圖13所示。此例中，因為導光板通常為矩形，使用一對偵測器得到橫座標，而使用另一對偵測器得到縱座標。由各對偵測器得到橫座標及縱座標之方法是以方程式5及6為基準。這是因為由光入射點之垂直線底下延伸至各邊(相當於連接兩角落偵測器之一邊)之對應於各點之橫座標與縱座標。
當然，即使是此例中，可以方程式7及8得到光之入射點之座標組。
此外，利用方程式9得到光入射點之距離比例的方法中，因光源亮度之變化，亦即螢光亮度的變化，於計算座標組時可避免誤差或將誤差最小化下文中，將參閱圖14敘述此方法。
以方程式9得到兩偵測器間與由光源發射之光入射點之距離之後，假設由兩偵測器至光入射點之距離分別為d1 及d2 。然後，至光入射點之距離之比例(d2 /d1 )可以下方程式10表示：
其中，分母之下標符號"1"表示第一偵測器，而分子之下標符號"2"表示第二偵測器。
滿足由兩偵測器到光入射點之距離之比例為d2 /d1 之點所形成的軌跡為一圓。因此，當導光板具有兩偵測器且知道由兩偵測器到光入射點之距離的比例時(並不侷限於方程式10)，可以得到一圓之方程式。再者，當裝設兩偵測器於一直線之相反兩側，且該直線垂直或大致上垂直於連接兩偵測器至導光板周圍之虛擬直線，藉由得知從這些分離之偵測器到螢光產生之點的距離比例，而可得到另一個圓之方程式。此例中，由兩對偵測器可以得到兩個圓的方程式，因此，兩圓的方程式之交點之座標組可以設定為光入射點的座標組。當然，因為兩圓之方程式提供了兩個交點的座標組，關於單一光入射點可提供兩個座標組。然而，若適當地調整上述偵測器之位置，因為其中一交點將會落在導光板外，因此可能得到單一座標組。
再者，藉由利用滿足於光入射點到兩偵測器之距離比例之點軌跡來提供如上所述之圓，即使在不同情況下仍可能得到更精確的座標組。當使用例如雷射指標及類似物之任何光源輸入座標到導光板時，由於大部分光源是用電池操作，光源不可避免的會隨著時間而有電壓變化，所以由光源所發射之光的強度亦隨之變化。另一方面，如方程式9所示之偵測器所接收之光強度與光入射點之距離關係是基於假設入射光之強度為固定不變的，所以若入射光強度變化，則方程式9之常數"a"及"b"亦可能改變。然而，即使在此情況，所有迴歸式中之常數仍不失其意義。方程式9中，"a"是由光源亮度或由螢光物質產生螢光之效率所決定之常數(亦即，此為關於產生螢光之絕對量之常數)，且"b"是表示一根據螢光在導光板內傳遞距離之螢光衰減程度之常數。換言之，當螢光亮度隨著光源亮度改變而變化時，之前所得到之迴歸式中之"a"值亦會隨之變化。然而，既使在此情況，若座標組能以固定值(即"b")來計算的話，則可避免因光源亮度之變化所致之座標計算之誤差。接著，以"b"為固定值之計算座標之方法將敘述於後。
因光源亮度變化所導致之座標計算誤差，即螢光亮度之變化的原因，可以如下方式避免。
電壓"y"與螢光入射點到偵測器1及偵測器2之距離"d"間之關係如上述方程式10所示。在此，於一導光板具有均勻的導光性質及呈現相同感光度之兩偵測器的理想系統中，a1 ＝a2 ，且b1 ＝b2 。然而，在許多例子中有一些差異。特別是，在連接於導光板中各別偵測器可能具有不同之光衰退程度，因此偵測器可能具有不同的"a"值。然而，一旦導光板製作完成後，a1 及a2間有一預定的比例。因此，a1 及a2之關係為a2 ＝k x a1 ，而方程式10可以修正為如下之方程式11：
當螢光量因光源亮度變化而改變時，關於產生電壓與距離之迴歸式亦因"a"值變化而改變。因此，在光源亮度改變之情況下，計算由單一偵測器到螢光產生點之絕對距離是不可能的。然而，當重新配置由兩偵測器到螢光產生點之距離比例，如方程式11，在b1 ＝b2 之情況下，不會對"a"有任何影響。因為常數"b"為一與光在導光板之衰減速率相關之常數，可預期於均勻製造之導光板之大多數偵測器是具有相同的"b"值，因此常數"b"不受"a"值影響。反之，因為"a"及"b"值已經決定，而可進行充分校正。由此，設置於導光板4個角落之4個偵測器中之相鄰兩偵測器所形成之每一對偵測器，可根據方程式11計算出由每一對偵測器至光入射點之距離比。然後，針對每一對偵測器，因可得知由固定之距離比例所定義之圓之軌跡，故可得到至少兩圓之軌跡。最後，將兩圓軌跡間之交點之座標組可以設定為光之入射點之座標組。
另外，也有設置4個偵測器於導光板之四邊以取代四個角落之方法。此例中，導光板四邊之每一邊設置有單一偵測器，所以設置於相反邊之兩偵測器構成一對偵測器。再者，也有設置四個偵測器於導光板之各別頂點之方式，其中，對角線上之兩偵測器構成一對偵測器。此時，先計算兩對偵測器之距離比，然後依照距離比得到兩圓之方程式。因此，如上所述，利用這些圓方程式之交點之座標組，可得到光入射點之座標組。
另外，光入射點之座標組可由交點座標而決定，其中由兩對偵測器之一對之固定距離比所定義之圓軌跡與由光入射點到設置於導光板之任一偵測器之固定距離所定義之圓軌跡，兩圓軌跡的交點稱之為交點座標。
再者，當使用能夠偵測光之強度及入射角之偵測器，且能由積分數個光學偵測器或其他方法取得時，並不需要沿著導光板所有邊緣設置很多偵測器。反之，使用這些分別設置於兩或更多個位置之偵測器，也可以得到座標組。換言之，若可偵測到於偵測器之光入射角，則光入射點座標可藉由兩延伸線之交點座標組方法來取得，其一延伸線為由一偵測器到光入射點延伸線，另一延伸線為由另一偵測器到光入射點延伸線。
使用在三個或更多個偵測器之例子中時，也不會有任何問題，因為若所有偵測器所偵測之光之入射角皆精，不論偵測器之數量多少，所有延伸線均交於一點。然而，若偵測器偵測出之光之入射角有誤差，則延伸線可能會交於數個點。於此例中，所有延伸線交點之座標組間之中心座標組可被設定為光入射點之座標組(在此，中心座標組可由各別橫座標之平均值及各別縱座標之平均值而得到)。此外，考慮偵測器之精確度可能會依照光之入射角而有所變化，除了因光之入射角太低而具有低精確度之偵測器外，光入射點之座標組可由其他偵測器延伸線之交點而得到。此方法可與上述建立中心座標組之方法合併使用。因此，較理想為導光板具有三個或更多個偵測器。
如上所述，本發明需要光能藉由全反射而輕易的傳遞到邊緣。因此，當磷光體所產生之光量是相同時，為確保能改善偵測器之偵測靈敏度，必須使大量的光能透過全反射傳遞到邊緣。
為增加全反射之光量，導光板最重要之性質包括折射率、穿透率及表面粗糙度。臨界角隨著折射率增加而遞減，因而使將外部光線所產之螢光轉換為導光板內以全反射傳遞之光線的轉換效率提升。高的表面平整度可以確保光於導光板最外層與另一介質層間的介面較容易地發生全反射。再者，好的內部穿透度可以使以全反射傳遞之光的損失降到最小。
較佳地，建構導光板的每一層(透明層，透明膜，塗佈層等)係具有1.3或更高之折射率之，以得到適當之臨界角。更佳地，導光板的該些層具有1.5或更高之折射率以得到更佳之臨界角。再者，為能有效的全反射，導光板具有100 nm或更小之表面粗糙度(Ra)，另外，為了確保較容易由側邊偵測器偵測到之光量能傳輸到邊緣位置之偵測器，導光板也具有80%或以上的總穿透度。在者，導光板可以結合劑或接著劑之方式，以直接裝設於如偏光板及PDP過濾器等光學膜之其他光學層之型態，或是以直接裝設於如PDP模組之顯示裝置表面層之型態加以應用。此時，顯示裝置之光學層或表面層可能包括有造成導光板功能劣化之物質。此例中，將折射率比導光板折射率低0.05或更多之低折射塗佈層或低折射膜形成於導光板之最外層，使得低折射塗佈層或膜插置於導光板與顯示裝置或其相似物之表面層之間，以確保光能進行全反射。在此，「低折射塗佈層」之用語表示，它也包括結合劑或黏著劑。若配置於導光板最外層與低折射塗佈層或膜間之結合劑或黏著劑之折射率是比導光板之折射率低0.05或更多，則不必要提供一隔離層。此時，如上述之折射率低0.05或更多之低折射塗佈層，是由多孔性或中空二氧化矽顆粒，含氟樹酯，或如CaF2 、MgF2 、NaAlF4 、SiO2 、ThF4 、ZrO2 、Nd2 O3 、SnO2 、TiO2 、CeO2 、ZnS、及In2 O3 之介電物，藉由乾式或濕式塗佈而形成。另一方面，當導光板之透明層具有足夠高的折射率(例如，比位於透明層外之覆蓋層之折射率高0.05或更多)，則透明層可包括具有折射率約為1.5之一般樹酯，例如玻璃(glass)，聚烯烴(polyolefin)，烯烴共聚物(olefin copolymer)，丙烯酸(acryl)，聚乙烯(polyvinyl)，聚氨酯(poly urethane)，包括聚甲醛(polyacetal)及環氧樹酯(epoxy resin)之醚聚合物(ether polymer)，矽樹脂(Silicone)等。
在者，建構導光板的透明層可以由任何有機或無機材料所形成，只要於所使用之螢光物質之吸收－放射波長範圍內，透明層具有10%或更低之霧度，及80%或更高之穿透度即可。
較佳地，此透明層包括，但不限於此，選自由如玻璃，聚烯烴，烯烴共聚物，丙烯酸，聚乙烯，聚氨酯，包括聚甲醛及環氧樹酯之醚聚合物，包括聚碳酸酯(PC)之聚酯，聚醯胺，聚碸(polysulfone)以及矽樹脂之其中一種物質。
本文中所使用之「透明層」用語是為了方面描述，因此，應注意的是「透明層」可具有各種不同的形式，例如薄的透明膜，厚的透明板等。
此外，如圖15所示，磷光體50可包括：於導光板中以摻雜於透明層60(見圖15(a))之型態呈現，或以形成於透明層60之表面上之塗佈層61(見圖15(b))之型態成現。
在塗佈磷光體於透明層上之例子中，較佳為混合一黏結劑，接著再以濕式塗佈方式而塗佈於透明層表面。另一方面，在摻雜磷光體於透明層之例子中，磷光體較佳為與導光板之原材料混合後，接著注入或鑄模此混合物。
較佳地，磷光體包括一能夠吸收及放射如指標發光裝置所發射之光。為了使操作者能夠調整，由發光裝置所發射之光是在可見光之範圍內，因可選擇在可見光範圍且能與光反應之磷光體。然而，因為傾向在可見光範圍內與光反應之磷光體之使用，會導致可見光之穿透率下降，因此磷光體更加包括透明的(相對於可見光)且能與如紅外光之可見光範圍外之光反應之任何物質。
當導光板包括磷光體，導光板具有10%或更低之霧度。
符合上述條件之磷光體可包括青色素(cyanine)、芘(perylene)、蒽醌(anthraquinone)以及呫噸為主體(xanthene－based)之染料。
參見圖16，其顯示本發明之包括導光板之非接觸式輸入座標系統之結構圖。
由圖示中可看出，本發明之系統包括：上述之導光板60；配置於導光板橫向之一或兩側及縱向之一或兩側之複數個光學偵測器30及40，使得每一光學偵測器之接收光部分是面向於導光板之邊緣側；以及一連接於光學偵測器30及40之計算單元70，其計算座標組並傳送座標組之資訊到顯示裝置90或與其連接之電腦系統80。
在接收發射光之座標組之後，電腦系統以一特別符號顯示發射光之座標於顯示裝置上。
在非接觸式輸入座標系統中，本發明之導光板可設置於不同顯示裝置之表面，例如PDP過濾器、LCD偏光板、CRT顯示器、LED、投影螢幕及FED。另外，導光板可以分離板或保護裝置之形式設置於顯示裝置之前側，使得導光板沿著顯示平面形成一空氣層並包括在顯示器外殼中。
在使用如上所述之本發明有利的座標輸入方法中，雖然可以使用各種光源，較佳地為使用紅外光範圍之光源，以避免使用可見光範圍之光源時所導致之干擾訊號。因此，較佳地，本發明系統之發光裝置為一能夠發射選自紅外光、紫外光及一般可見光中至少一種光源之發光裝置。再者，使用具有長距離傳遞性質且不會色散之雷射形式之光源為最有效的光源。
此時，若於本發明之系統之驅動光源中，僅出現螢光導光板中之螢光物質之吸收波長帶的光，則不會有任何問題產生。然而，太陽、螢光燈、白熾燈等也可能發光，其與本發明所使用之光源具有相同之波長，而造成導光板使用之磷光體被激發而發光，而傳達至偵測器便會造成干擾訊號。為消除到達偵測器之干擾訊號，驅動光源較佳以一特定之方式閃爍。詳細地，當計算發射光之座標組時，以光源關閉時到達偵測器之光量為基準，計算光源打開時所產生之螢光量而造成接收光的增加量，以此方式來消除干擾訊號。
此外，過濾器可設置於導光板與偵測器之間而吸收或反射光，吸收或反射的光波長與磷光體所發射之光波長不同。當與磷光體發射之光之波長不同的光到達偵測器時，其可能為一干擾訊號，因而降低偵測器之靈敏度。若磷光體種類及其所發出之光波長為已知時，則可以使用含有能吸收與磷光體發射光不同波長之光的染料之過濾器。因此，熟知本技術領域者，可將過濾器以各種形式來應用。
因此，當使用本發明之導光板，由如指標發光裝置所發射及到達導光板之光來激發磷光體。然後，被激發之磷光體以放射狀的形式發光，其中一部份之光透過導光板內之全反射而在導光板之所有平面方向傳遞，然後進入設置於導光板邊緣側之複數個光學偵測器。在此，發光裝置所發射之光之座標組，可由計算光學偵測器中接收最高光量之偵測器之座標組、由兩對偵測器到螢光產生位置之距離比、或是由兩個或更多偵測器到螢光產生位置之距離等來決定。
發明模式
接著，本發明將配合實施例而詳細地敘述如下。應注意是以下提供之實施例為說明之目的，而非限制本發明。本發明之範疇將以專利申請範圍及其均等而決定之。
實施例 <導光板之製備>
測試準備偵測器之準備一偵測由導光板所發射之螢光用之光學偵測器為VTS3080光電二極管，由PerkinElmer Inc.提供。其光接收面積為2 cm x 2 cm。
光源之準備一產生螢光用之光源為紅外光雷射LM－8520MD，由Lanics Co.,Ltd提供。此雷射具有10 mV之光學功率及860 nm發射光波長。
放大器之準備當接收光時，光電二極管產生正比於光強度之電流。然而，因為其產生之電流太小而難以精確量測，在將電流轉換為電壓後，一般使用一op－amp以放大電壓。參閱圖17，其顯示這些例子之放大電路圖。
於這些例子中，op－amp為LM2904M，由On－Semiconductor Inc.提供。此時，輸入電壓為Vcc ＋10V及VEE －10V。採用1 MΩ之電阻做為RF以產生放大所產生電流(I)之106 倍之電壓(Vout )。此電壓可經由一測試單元而確認。
螢光導光板之準備實施例1－具有磷光體塗佈於透明層表面之形式 將3.6 mg之PDC－460(S)，其為具有吸收波長約為853 nm之青色素為主之染料(Nippon Kayaku Co.,Ltd.提供)，與10 g之GS－1000(30wt.%，溶於MEK溶劑中)及一丙烯酸為主之黏結劑溶液(Soken Co.,Ltd提供)混合。然後，將此混合物塗佈在一具有100μm厚度之光學PET膜上(Toyobo Co.,Ltd.提供，型號A4300)，於乾燥後，形成的厚度約為2μm。有效之塗佈面積約為25 cm x 30 cm。塗佈膜在853 nm的厚度下，其穿透率約為78%，且於可見光範圍之平均穿透率為90.6%。
實施例2－具有磷光體摻雜於透明層中之形式 將3.6 mg之PDC－460(S)，其為具有吸收波長約為853 nm之青色素為主之染料(Nippon Kayaku Co.,Ltd.提供)，與10 g之GS－1000(30wt%，溶於MEK溶劑中)及一丙烯酸為主之黏結劑溶液(Soken Co.,Ltd提供)混合。然後，將此混合物塗佈在一可分離之玻璃板上，經乾燥後，形成的厚度約為20μm，最後再將其與玻璃板分離。有效之塗佈面積約為25 cm x 30 cm。塗佈膜在853 nm厚度下，其穿透率約為82%，且於可見光範圍之平均穿透率為91.8%。
比較例1 相較於實施例1，製備一無塗佈染料於PET膜(Toyobo Co.,Ltd.提供，型號A4300)上之導光板，此PET膜做為實施例1之基材。
比較例2 相較於實施例2，採用與實施例2相同條件製備導光板，除了沒有染料溶解於黏結劑溶液中。
操作性能之檢測以2cm的間距，將15個偵測器於橫向方向及11個偵測器於縱向方向設置在上述製程製備之每一導光板上。照射雷射至導光板之中央區域(在橫向14 cm及縱向10 cm的位置)之後，紀錄連接至各別偵測器之放大電路之電壓。將由螢光所產生之電壓減去等待狀態之電壓所得到之值定義為產生電壓。
橫向偵測器產生之電壓描繪於圖18中，縱向偵測器產生之電壓描繪於圖19中。
圖18及19中，由實施例1與比較例1之比較，兩者具有相同之電壓配置，且可以發現大量之光由磷光體發射並到達偵測器。雖然比較例1並不包括磷光體，不過仍具有些微導光板功能。然而，可以發現比較例1之些微導光板功能是因為導光板本身霧度的關係，且其效果明顯地低於包括有磷光體之實施例1。再者，與比較例2相比，實施例2的效果呈現明顯地增加。比較例2之導光板無法得到光之入射點。
<座標輸入方法之之檢測>
為了測試是否能只用兩個或以上之少數個偵測器來輸入座標組，一分離座標輸入測試在以下條件下進行。測試之準備與上述之<導光板之製備>相同。
偵測器之光接收強度與距離間關係之檢測除了有效塗佈面積為25 cm x 35 cm外，以相同於<導光板之製備>所揭露之實施例1之相同條件製造導光板，以製得與實施例1具有相同之性能之導光板。
在此測試中，使用折射率為1.48之丙烯酸為主之結合劑，將一偵測器設置於導光板之前側且位於導光板之一角落，偵測器之光接收部位所偵測之光強度是以mV量測，而入射光分別地照射於與偵測器間隔距離為5、10、15、20、25、30、及35 cm之點。距離與偵測到之光強度(光接收強度)間之關係顯示於圖12中。如上所述，圖12顯示量測資料與其迴歸式，其中相關係數R2 的值為0.994，因可確認此結果的數值是非常準確的。圖12中，"a"是15647及"b"是－1.957。因此，由先前得到之光接收部位所偵測之光強度與距離間的校正之迴歸分析，可以發現由偵測器到光入射點的距離可以透過偵測器測得之光強度來計算出。
座標輸入精確度之檢測將3.6 mg之PDC－460(S)，其為具有吸收波長約為853nm之青色素為主之染料(Nippon Kayaku Co.,Ltd.提供)，與10 g之GS－1000(30wt.%，溶於MEK溶劑中)及一丙烯酸為主之黏結劑溶液(Soken Co.,Ltd提供)混合。然後，將此混合物塗佈在一具有100μm厚度之光學PET膜之一側(Toyobo Co.,Ltd.提供，型號A4300)，於乾燥後，形成的厚度約為2μm。為了減緩因PET膜之霧度所致的螢光之內反射衰減，將一丙烯酸為主之黏結劑溶液(GS－1000，Soken Co.,Ltd提供)塗佈於PET膜另一側，於乾燥後，形成的厚度約為2μm。有效之塗佈面積約為26 cm x 26 cm。塗佈膜具有於852 nm下具有約76%之穿透率且於可見光範圍之平均穿透率為91.2%。
偵測由導光板而來之螢光之光學偵測器為VTS3080光電二極管(PerkinElmer Inc.提供)。這是一個無環氧樹酯成型保護且直接暴露於環境空氣之光電二極管。VTS3080光電二極管藉由將導光板與光電二極管之光接收部位間之距離最小化來改善光接收效率。光電二極管偵測器具有2cmx2cm之接收面積。光電二極管偵測器利用折射率為1.48及厚度為25μm之丙烯酸為主之黏結劑設置於導光板。此時，結合劑被切成。亦即，透過結合劑之導光板與偵測器間之貼附面積(直徑2cm之圓)並非與偵測器之光接收面積(2 cm x 2 cm正方形)相同。採用此方式利用將暴露於螢光傳遞方向之螢光下的偵測器剖面面積均勻化的方式，以去除螢光傳遞方向之偵測器之光接收面積的差異。
如圖20所示之用於座標輸入之電路。如圖20所示，四個偵測器裝設於導光板之四個角落。再者，如圖20所示，設置一放大由導光板來之訊號的放大器以及一分析放大訊號之示波器。如上所述之放大器為LM2904M；示波器為TDS5000B，是一四頻道之示波器(Tektronix Inc.提供)，用以同時地量測及記錄由四個偵測器所發射之訊號。
在設置如圖21所示之導光板表面之虛擬座標組之後，由一如上述之雷射光源照射入射光到圖中標示之各別A、B、C、D、及E點。此時，設置於導光板之四個偵測器(為"X1"、"X2"、"Y1"及"Y2")之中心點座標組分別為(12,12)、(12,－12)、(－12,－12)及(－12,12)。
表1顯示當光進入各別點時，由連接於各別電路之放大電路所輸出之光強度(伏特，V)。
如表1所示之結果所示，經由方程式9之迴歸分析，可分析各別偵測器之光接收強度與距離間之關係。結果顯示於下表2。
因此，當入射光照射於一預設點時，由表1所示之迴歸分析結果可計算出成對偵測器與光入射點間之距離比例，所以由兩軌跡得兩個圓，其中每一個軌跡的定義是在每一對偵測器與光入射點間之距離比例為固定時的點。然後，得到兩圓交點之座標組之後，位於導光板面積內之一座標組被決定為光入射點之座標組。
為了確認此點，預先以雷射光源繪製一些如圖22所示之圖案於導光板表面。然後，將連接於四個偵測器之放大電路之電壓訊號儲存於示波器中，改變成兩對偵測器之
1aa．．．偵測區段
1ba．．．畫素區域
1bb
20,21．．．光
30,40．．．偵測器
50．．．磷光體
60．．．透明層
61．．．圖佈層
70．．．計算單元
80．．．電腦系統
90．．．顯示裝置
圖1係韓國專利公開第2001－0026856號之用於非接觸式座標輸入之於各別格子點具有光學偵測器之光－基底直接標點系統之圖示。
圖2係日本專利公開第H11－119910號之輸入－輸出裝置之圖示，其顯示螢幕之光學偵測器與畫素是同時存在。
圖3係根據本發明之概念圖，顯示進入導光板之後光傳遞到導光板邊緣之現象。
圖4係顯示全反射原理之概念圖。
圖5係顯示導光板內部之磷光體發射所有方向之光後，經由全反射使光朝導光板邊緣傳遞之概念圖；其中圖5(a)為剖面圖，圖5(b)為平面圖。
圖6係到達對應於磷光體發射之光的位置之各邊橫座標偵測器或縱座標偵測器之光強度差異之說明圖。
圖7係描繪依照各別座標之偵測器位置，其光接收量之變化圖。
圖8係裝設有偵測器於導光板前側或後側之導光板示意圖。
圖9係裝設有偵測器之導光板示意圖，其中圖9(a)顯示具有偵測器裝設於側邊之導光板，及圖9(b)顯示具有偵測器裝設於上側之導光板。
圖10係本發明之導光板示意圖，其顯示沿著導光板之一側設置有兩個偵測器。
圖11係得到導光板上光入射點座標組之方法之概念圖，於光接收點與偵測器間之距離為已知之情況下，沿著本發明之導光板之一側設置有兩個或更多之偵測器。
圖12係描繪由光入射點到偵測器間距離與偵測器偵測之光強度之關係圖。
圖13係具有三個或更多偵測器之導光板之概念圖。
圖14係在兩偵測器到光入射點間之距離比為已知的情況下，用所得之圓軌跡得到光入射點座標組之方法示意圖，其中假設。
圖15係具有磷光體塗佈於導光板之透明層表面或摻雜於透明層中之導光板之實施例之圖示。
圖16係本發明之包括導光板之非接觸式輸入座標系統之透視圖。
圖17係本發明之一實施例之用於放大光學偵測器之電流訊號為電壓訊號的電路之電路圖。
圖18係本發明之一實施例之描繪設置於橫向之各別偵測器測得之光強度分佈圖。
圖19係本發明之一實施例之描繪設置於縱向之各別偵測器測得之光強度分佈圖。
圖20係本發明之一實施例之座標輸入系統之示意圖。
圖21係本發明之一實施例之座標圖，其描繪用以得到光強度與由光入射點到各別偵測器間距離關係之偵測器及光接收點排列之座標圖。
圖22係本發明之一實施例之座標圖，其描繪當以特定圖案方式照射入射光到螢光導光板，經由計算與產生之偵測器訊號之座標轉換所得之光接收點之座標圖。
圖23係圖22之放大圖。
30,40．．．偵測器
60．．．透明層
70．．．計算單元
80．．．電腦系統
90．．．顯示裝置

Claims (31)

  1. 一種導光板，包括：一磷光體；以及至少一透明層；其中該磷光體係塗佈於該導光板之該透明層之一表面上或摻雜於該透明層中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中，於一使用之螢光物質之吸收-放射波長範圍內，該透明層具有10%或更低之霧度，以及80%或更高之穿透度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之導光板，其中該透明層包括一物質，其選自玻璃，聚烯烴，烯烴共聚物，丙烯酸，聚乙烯，聚氨酯，包括聚甲醛及環氧樹酯之醚聚合物，包括聚碳酸酯之聚酯，聚醯胺，聚碸(polysulfone)，以及矽樹脂。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之導光板，更包括：一位於該導光板外側之低折射層，相較於建構該導光板之構件中具有最高折射率之構件，該低折射層之折射率低0.05或更多。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之導光板，其中具有比該最高折射率構件折射率低0.05或更多之該低折射層，其係由多孔性或中空之二氧化矽顆粒，含氟樹酯，或選自CaF2 、MgF2 、NaAlF4 、SiO2 、ThF4 、ZrO2 、Nd2 O3 、SnO2 、TiO2 、CeO2 、ZnS、及In2 O3 之介電物，藉由乾式或濕式塗佈而形成。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之導光 板，其中該包括有磷光體之導光板具有10%或更低之霧度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之導光板，其中該磷光體為一染料，其選自青色素(cyanine)、芘(perylene)、蒽醌(anthraquinone)以及呫噸為主體(xanthene-based)之染料。
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之導光板，更包括：複數個光學偵測器，其偵測接收到達該導光板光線之該磷光體被激發所發射之光，該等光學偵測器裝設於導光板之一或兩橫向邊緣及一或兩縱向邊緣，使得每一光學偵測器之一光接收部位面向導光板之側邊。
  9. 一種非接觸式輸入座標系統，包括：一導光板，其接收由一發光裝置所發射之入射光，且該導光板包括一磷光體及至少一透明層；複數個光學偵測器，其偵測接收到達該導光板光線之該磷光體被激發所發射之光，該等光學偵測器裝設於導光板之一或兩橫向邊緣及一或兩縱向邊緣，使得每一光學偵測器之一光接收部位面向導光板之側邊；以及一連接於該些光學偵測器之計算單元，其計算到達該導光板之一光入射點之一座標組，以及傳送該計算出之座標組至與其連接之一顯示裝置或電腦系統。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該磷光體係塗佈於該導光板之該透明層之一表面或摻雜於該透明層中。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之系統，其中，於一 使用之螢光物質之吸收-放射波長範圍內，該透明層具有10%或更低之霧度，以及80%或更高之穿透度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中該透明層包括一物質，其選自玻璃，聚烯烴，烯烴共聚物，丙烯酸，聚乙烯，聚氨酯，包括聚甲醛及環氧樹酯之醚聚合物，包括聚碳酸酯之聚酯，聚醯胺，聚碸以及矽樹脂。
  13. 如申請專利範圍第9至12項中任一項所述之系統，更包括：一位於該導光板外側之低折射層，相較於建構該導光板之構件中具有最高折射率之構件，該低折射層之折射率低0.05或更多。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之系統，其中具有比該最高折射率構件折射率低0.05或更多之低折射層，其係由多孔性或中空之二氧化矽顆粒，含氟樹酯，或選自CaF2 、MgF2 、NaAlF4 、SiO2 、ThF4 、ZrO2 、Nd2 O3 、SnO2 、TiO2 、CeO2 、ZnS、及In2 O3 之介電物，藉由乾式或濕式塗佈而形成。
  15. 如申請專利範圍第9至12項中任一項所述之系統，其中該包括有磷光體之導光板具有10%或更低之霧度。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中該磷光體為一染料，其選自青色素、芘、蒽醌以及呫噸為主體之染料。
  17. 如申請專利範圍第9至12項中任一項所述之系統，其中該計算單元或連接於該計算單元之該電腦系統使 該顯示裝置顯示該光入射點之該座標組於該顯示裝置上。
  18. 如申請專利範圍第9至12項中任一項所述之系統，其中該導光板係以一分離板或一保護裝置之形式，結合於該顯示裝置之表面，或可分離地裝設於該顯示裝置之一前表面。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之系統，其中該顯示裝置係選自於LCD、PDP、LED、FED、投影螢幕、以及CRT顯示器之其中之一者。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之系統，其中該導光板係裝設於LCD偏光板、PDP濾光板、投影螢幕、LED、FED、或CRT顯示器之一表面。
  21. 一種使用非接觸式輸入座標系統之非接觸式輸入座標之方法，該系統包括：一導光板，其接收一發光裝置所發射之入射光，且該導光板包括一磷光體及至少一透明層；複數個光學偵測器，其偵測接收到達該導光板光線之該磷光體被激發所發射之光，該等光學偵測器裝設於導光板之一或兩橫向邊緣及一或兩縱向邊緣，使得每一光學偵測器之一光接收部位面向導光板之側邊；以及一連接於該些光學偵測器之計算單元，其計算到達該導光板之一光入射點之一座標組，以及傳送該計算出之座標組至與其連接之一顯示裝置或電腦系統，其中，裝設於橫向邊緣之該些光學偵測器中具有最高光接收量之光學偵測器之位置，計算為入射光之橫座標，以及裝設於縱向邊緣之該些光學偵測器中具有最高光接 收量之光學偵測器之位置，計算為入射光之縱座標。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中裝設於橫向或縱向邊緣之該些光學偵測器中之具有最高光接收量之光學偵測器位置的計算，是基於光學偵測器之位置與光接收量之間之關係所做的迴歸分析。
  23. 一種用於非接觸式輸入座標系統的導光板上入射光之輸入座標方法，該導光板包括一磷光體及至少一透明層，該方法包括：照射入射光至該導光板之一點；使接收到達該導光板入射光之磷光體被激發所發射之光線，到達裝設於該導光板上至少兩位置之光學偵測器；偵測到達光學偵測器之光強度以輸出一對應於該光強度之訊號；計算每一光學偵測器與一光入射點之距離，其藉由將該輸出訊號代入一預設之表示光強度與距離間之關係的迴歸式；以及得到符合點軌跡的一點，其中各別光學偵測器至該光入射點之距離之比例或兩光學偵測器間之距離之比例為固定不變的，接著訂定該點之一座標組做為該光入射點之座標組。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之方法，其中，當該系統包括三個或以上之光學偵測器時，其中由兩光學偵測器所形成之軌跡彼此相遇而得到一或多點，以及將對應至 各別點座標組平均值之一點訂定為由點之軌跡所形成之點，其中由各別光學偵測器至該光入射點之距離之比例為固定不變的。
  25. 如申請專利範圍第23或24項所述之方法，其中該磷光體係塗佈於該導光板之該透明層之一表面上或摻雜於該透明層中。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中該透明層於一使用之螢光物質之吸收-放射波長範圍內，具有10%或更低之霧度，以及80%或更高之穿透度。
  27. 如申請專利範圍第23或24項所述之方法，其中該導光板更包括一有低折射層於該導光板之外側，相較於建構該導光板之構件中具有最高折射率之構件，該低折射層之折射率低0.05或更多。
  28. 如申請專利範圍第23或24項所述之方法，其中該包括有磷光體之導光板具有10%或更低之霧度。
  29. 如申請專利範圍第23或24項所述之方法，其中至少兩光學偵測器係設置於該導光板之一前側、一後側或一側邊，以偵測接收到達該導光板之入射光之磷光體被激發所發射的光。
  30. 如申請專利範圍第23或24項所述之方法，其中該入射光係藉由一閃爍光源而以閃爍之方式照射於該導光板。
  31. 如申請專利範圍第23或24項所述之方法，其中該系統更包括一過濾器，其介於該導光板與該些光學偵測 器之間，以吸收具有與該磷光體所發射出之光不同波長的光。
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