TWI390435B - 顯示裝置及光感測系統 - Google Patents

Description

顯示裝置及光感測系統

本發明係關於一種顯示裝置，尤指一種具有可選擇性地反射或吸收不可見光(如紅外光)的圖案層之顯示裝置。特別地，本發明另關於一種利用上述顯示裝置之光感測系統。

近來，觸控面板(touch panel)已被廣泛地應用在各個領域，例如遊客導覽系統、自動櫃員機、銷售點終端機、工業控制系統、電玩娛樂平台等。一般而言，觸控面板可分為下列幾種：電阻式(resistive)、電容式(capacitive)、光學式(optics)以及音波式(surface acoustic wave)。

尤其是在大尺寸顯示器的應用上，電阻式與電容式將會有成本過高的問題，而光學式與音波式則存在有解析度不足與易受干擾等問題。因此，確實需要提供一種低成本且又高解析度的手段，來應用於類似觸碰的操作手段。

本發明係提供一種顯示裝置，其包含有一顯示模組以及一圖案層。該圖案層係以光學材料圖案化設置於該顯示模組上。圖案層包含有圖案化塗佈的光學材料、以及未具有光學材料的間隙。該圖案層中的光學材料可選擇性地反射或吸收由該顯示模組發出的預定波長的不可見光，使得感測感測不到被光學材料圖案反射或吸收的不可見光或只能感測到部分穿透光學材料 圖案的不可見光，但是預定波長的不可見光可從該圖案層中未具有光學材料的間隙射出，進而使感測感測選擇性射出的不可見光。基於感測器對明亮的感測差異，而判斷出相對的圖案。

本發明另提供一種光感測系統，其包含有一顯示裝置以及一指向裝置。顯示裝置包含有一顯示模組以及一圖案層。該圖案層係以光學材料圖案化設置於該顯示模組上。圖案層包含有圖案化塗佈的光學材料、以及未具有光學材料的間隙。該圖案層中的光學材料可選擇性地反射或吸收由該顯示模組發出的預定波長的不可見光。指向裝置包含有一光學感測單元。該光學感測單元係用來在該圖案層的特定位置上選擇性地感測一預定圖案，該預定圖案主要是預定波長的不可見光由該圖案層中未具有光學材料的間隙射出後所構成，其中，預定波長的不可見光從該圖案層中未具有光學材料的間隙射出。換言之，光學感測單元感測不到被光學材料圖案反射或吸收的不可見光或只能感測到部分穿透光學材料圖案的不可見光，但是不可見光可從未具有光學材料的間隙射出，進而使光學感測單元感測選擇性射出的不可見光。基於光學感測單元對明亮的感測差異，而判斷出相對的圖案。

請參閱第1圖以及第2圖，第1圖為本發明一實施例之一光感測系統1之外觀示意圖，第2圖為第1圖中的光感測系統1之元件示意圖。光感測系統1包含一顯示裝置10以及一指向裝置12。顯示裝置10可為液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)、電漿顯示器(Plasma Display Panel,PDP)、有機發光顯示器(Organic Light Emitting Display,OLED)或其他可用來顯示影像的顯示器。如第1圖至第3圖所示，顯示裝置10主要包含一第一殼體100、一顯示模組102、一圖案層104以及一處理單元108。圖案層104係以光學材料1040圖案化設置於顯示模組102上，這其中，圖案層104的光學材料1040主要是以不可見光反射或吸收材料或局部透光材料所構成。舉例而言，該不可見光可為紅外光，但不以此為限。於此實施例中，圖案層104包含有圖案化塗佈的光學材料1040、以及未具有光學材料的間隙1042。因此，圖案層104中的光學材料1040可選擇性地反射或吸收由發光單元106或顯示模組102本身發出的預定波長的不可見光，但是預定波長的不可見光可從圖案層104中未具有光學材料的間隙1042射出。

需說明的是，上述構成本發明的圖案層104的光學材料1040僅會選擇性地反射或吸收預定波長的不可見光，亦即不會影響可見光的射出。換言之，縱然顯示模組102上有圖案層104，也不會遮閉住顯示模組102所顯示的影像畫面。

顯示裝置10中的發光單元106與無線接收單元110為選擇性設置。指向裝置12主要包含一第二殼體120以及一光學感測單元122。指向裝置12中的無線傳送單元124為選擇性設置。光學感測單元122可包含透鏡(lens)1220、感測預定波長的不可見光(如紅外光)的感測元件(如CCD、CMOS或其它感測元件)1222及/或其他必要的光學元件(未繪示於圖中)。顯示裝置 10與指向裝置12之間的通訊管道可為無線或有線。

若顯示裝置10為液晶顯示器時，為液晶面板的顯示模組102、發光單元106、處理單元108以及無線接收單元110皆安裝於第一殼體100內，圖案層104形成於顯示模組102上，且發光單元106設置於顯示模組102之一側。需說明的是，圖案層104亦可形成於顯示模組102的另一側，不以第2圖所示的為限。雖然第2圖所繪示的發光單元106係設置於顯示模組102的下方，如一直下式背光模組，但本發明並不以此為限。亦即，液晶顯示器中的發光單元106亦可設置於顯示模組102四周的任一側，且只要能使液晶面板所顯示的畫面成為可視即可。發光單元106可為發光二極體模組、背光模組或其他可發出光線的光源。此外，若顯示裝置10為電漿顯示器或有機發光顯示器時，由於電漿顯示器或有機發光顯示器皆為自發光顯示器，因此不需上述的發光單元106，其本身即可發出光線。電漿顯示器或有機發光顯示器的作用原理為習知技藝之人可輕易達成，在此不再贅述。

簡單來說，在本發明中，主要利用形成在顯示模組102上的不可見光反射或吸收材質的圖案層104對於來自發光單元106或顯示模組102本身光線的選擇能力，使得感測預定波長的不可見光(如紅外光)的感測元件1222在特定位置上感測、讀取到相對的圖案或文字(通常代表了基準座標系統的座標資料或某種涵義)，並經轉碼運算成座標資料或相對涵義，即可達到顯示器螢幕指向或預定功能。進一步說明，由於感測元件1222 是用來感測預定波長的不可見光，如果預定波長的不可見光被圖案層104的光學材料1040反射或吸收，則感測元件1222便感測不到被光學材料圖案反射或吸收的不可見光或只能感測到部分穿透光學材料圖案的不可見光，亦即感測元件1222所感測到的亮度較低。反之，如果預定波長的不可見光從圖案層104中未具有光學材料的間隙1042射出，則感測元件1222所感測到的亮度較高。基於感測元件1222對明亮的感測差異，感測元件1222即可在圖案層104的特定位置上感測、讀取到相對的圖案或文字。

如第1圖以及第2圖所示，指向裝置12可用來於顯示裝置10的顯示模組102上指示一特定位置。此時，指向裝置12中的光學感測單元122會感測到對應特定位置之一預定圖案，其中，此預定圖案主要是預定波長的不可見光由圖案層104中未具有光學材料的間隙1042射出後所構成。接著，指向裝置12再藉由無線傳送單元124輸出一感測結果至顯示裝置10的無線接收單元110。在無線接收單元110接收該感測結果後，處理單元108即可將該感測結果經轉碼運算成座標資料或相對涵義。需注意的是，上述感測結果的形式會隨著構成圖案層104的光學材料1040的性質以及圖案層104的光學材料1040的排列方式而有所不同。

本發明的圖案層104的光學材料1040可由不可見光反射材料、不可見光吸收材料、局部透光材料或其組合構成。此外，圖案層104的光學材料1040可在顯示模組102上呈均勻分佈 或呈疏密分佈。

請參閱第3圖至第5圖，第3圖為第1圖中的顯示模組102的局部前視圖，第4圖為對應一特定位置P1，光學感測單元122的感測結果示意圖，第5圖為對應另一特定位置P2，光學感測單元122的感測結果示意圖。如第3圖所示，圖案層104的光學材料1040係由左至右並且由上至下呈現愈來愈稀疏的排列。如果圖案層104的光學材料1040由不可見光反射材料構成，則發光單元106所發出的不可見光便會被圖案層104中的光學材料1040反射。同理，如果圖案層104的光學材料1040由不可見光吸收材料構成，則發光單元106所發出的不可見光便會被圖案層104中的光學材料1040吸收。在上述情況下，發光單元106所發出的不可見光就只會穿透未具有光學材料的間隙1042。因此，光學感測單元122在特定位置P1所感測到的感測結果即會呈現如第4圖所示的亮度曲線分佈(包含X軸以及Y軸方向)。同理，光學感測單元122在另一特定位置P2所感測到的感測結果即會呈現如第5圖所示的亮度曲線分佈。明顯地，第4圖所示的亮度分佈密度與第5圖所示的亮度分佈密度不同。換言之，根據感測結果中的亮度分佈密度即可決定使用者所指示的特定位置的座標或預定功能。

請參閱第6圖以及第7圖，第6圖為對應具有相同透光率的圖案層104，光學感測單元122的感測結果示意圖，第7圖為對應具有不同透光率的圖案層104，光學感測單元122的感測結果示意圖。於另一實施例中，圖案層104的光學材料1040 亦可由局部透光材料構成，亦即發光單元106所發出的光線可穿透過圖案層104中的透光材料。如果圖案層104的透光材料皆具有相同的透光率，則光學感測單元122所感測到的感測結果即會呈現如第6圖所示的亮度曲線分佈(包含X軸以及Y軸方向)。另一方面，如果圖案層104的透光材料具有不同的透光率時，則光學感測單元122所感測到的感測結果即會呈現如第7圖所示的漸層式亮度曲線分佈。需注意的是，根據不同透光率的選擇與安排，光學感測單元122所感測到的感測結果也可以呈現非漸層式的亮度曲線分佈，例如呈現高亮度、低亮度、高亮度的分佈順序，視實際應用而定。此外，如果圖案層104的透光材料具有不同的透光率，則感測結果中可用以決定座標的參數除了上述的亮度分佈密度外，還可包含亮度強度，或是組合上述這種形式，以藉此更有彈性地判斷使用者所指示的位置座標或所欲執行的預定功能。

請參閱第8圖，第8圖為圖案層104的光學材料1040具有一等比例的厚度的示意圖。除了可利用具有不同透光率的透光材料來改變亮度強度外，本發明亦可使用具有相同透光率且具有不同厚度的透光材料來改變亮度強度。如第8圖所示，圖案層104上的透光材料的厚度呈等比例關係。藉此，光學感測單元122所感測到的感測結果亦會呈現如第7圖所示的亮度曲線分佈。此外，圖案層104上的透光材料的厚度亦可呈特定比例關係，視實際應用而定。

於另一實施例中，上述圖案層104的光學材料1040除了可 單獨由不可見光反射材料、不可見光吸收材料或局部透光材料構成外，亦可由不可見光反射材料、不可見光吸收材料及局部透光材料組合構成。藉此，可使感測結果具有更多變化，以更加精確地計算或比對出特定位置的座標或相對涵義。意即本發明可根據感測結果中的亮度分佈密度決定使用者所指示的特定位置的座標或相對涵義、或根據感測結果中的亮度強度決定使用者所指示的特定位置的座標或相對涵義，或同時根據感測結果中的亮度分佈密度與亮度強度決定使用者所指示的特定位置的座標或相對涵義，端視設計需求而定。

於另一實施例中，上述圖案層104的光學材料1040除了可呈現如第3圖所示的疏密分佈外，亦可均勻地分佈在顯示模組102上。此時，可利用具有不同透光率的透光材料來改變亮度強度，或者可使用具有相同透光率且具有不同厚度的透光材料來改變亮度強度，進而達成如上所述的感測方式。

本發明可在顯示裝置10中預先建立一個資料庫，該資料庫包含顯示模組102上每一個位置的絕對座標以及與其對應的感測樣板(例如光強度分佈或單純圖案)。藉此，處理單元108即可將光學感測單元122的感測結果(如第4圖至第7圖所示之光強度分佈，或是單純圖案)與該資料庫中的感測樣板比對，並藉著資料庫中感測樣板與絕對座標的對應關係，進而決定指向裝置12在顯示模組102上所指示的特定位置之座標。於另一實施例中，本發明亦可在顯示裝置10中預先建立一座標/亮度分佈關係式，處理單元108只要將第4圖、第5圖、第6圖或第 7圖所示的感測結果代入該座標/亮度分佈關係式，即可計算出特定位置之座標。藉此，可以不用在顯示裝置10中儲存龐大的比對用的感測樣板，可進一步節省硬體資源。

請參閱第9圖，第9圖為本發明另一實施例相對於圖案層104之辨識樣版的示意圖。於另一實施例中，本發明亦可在圖案層104中設置多個預先設定好的辨識樣版。如第9圖所示，英文字母A~Z分別對應一個預先設定好的辨識樣版，圖中具有斜線的方塊即是塗佈有不可見光反射材料、不可見光吸收材料或局部透光材料。因此，本發明可將第9圖中的26個辨識樣版按照一定數目做排列組合，再將排列好的辨識樣版設置在顯示模組102上的每個位置。當指示裝置12中的光學感測單元122感測到一組辨識樣版時，顯示裝置10中的處理單元108即可將該組辨識樣版與資料庫比對，進而決定對應該組辨識樣版的座標或相對涵義。需注意的是，第9圖中的辨識樣版雖由方塊圖形構成，但本發明並不以此為限。亦即，本發明的辨識樣版也可以由其他圖形、文字、符號或其組合構成。此外，辨識樣版的數目也不以26個為限，可視實際應用而定。

於另一實施例中，本發明可進一步設定上述圖案層104中的一預定圖案對應一預定功能。當光學感測單元122感測到此預定圖案所傳來之光線而輸出對應的感測結果至顯示裝置10時，處理單元108即會根據此感測結果控制顯示模組102顯示此預定功能。舉例而言，可將第3圖中的特定位置P1所對應的預定圖案設定為“開啟郵件”功能。當使用者將指示裝置12移動到特定位置P1上方時，光學感測單元122便會感測到特 定位置P1所對應的預定圖案所傳來之光線，而輸出對應的感測結果至顯示裝置10，再者，對應該預定功能之顯示模組102之該預定圖案可預先顯示相對應該預定功能之畫面，如相對應“開啟郵件”功能之郵件圖式，其係可藉由處理單元108控制顯示模組102顯示該畫面。接著，處理單元108即會根據此感測結果在顯示模組102上執行“開啟郵件”功能。需注意的是，使用者可根據本身的需求，自行在顯示模組102上的任一位置設定對應的功能。

此外，為了防止指示裝置12在顯示模組102上的移動過程中，誤將預定功能開啟，本發明可設計在光學感測單元122持續一預定時間(例如，三秒)感測到對應預定功能的預定圖案所傳來之光線後，光學感測單元122再輸出對應的感測結果至顯示裝置10。換言之，當指示裝置12在顯示模組102上持續移動時，即可控制游標的移動，而當指示裝置12在顯示模組102上的特定位置靜止一段時間後，對應此特定位置的預定功能即會被開啟而顯示在顯示模組102上。此外，使用者亦可透過程式軟體的設定，選擇性地開啟或關閉上述預定功能的設定。

請參閱第10圖，第10圖為本發明另一實施例之一顯示裝置30的元件示意圖。顯示裝置30與上述顯示裝置10的主要不同之處在於顯示裝置30另包含一反光構件300。反光構件300安裝於第一殼體100內，且發光單元106設置於顯示模組102與反光構件300之間。發光單元106發出的光線可由反光構件300進一步反射至顯示模組102，進而增加指向裝置12所 能感測到的光線強度。需注意的是，第10圖中的第一殼體100、顯示模組102、圖案層104、發光單元106、處理單元108以及無線接收單元110皆與第1圖中相同編號的元件具有相同功能，在此不再贅述。

請參閱第11圖，第11圖為本發明另一實施例之顯示裝置一40的元件示意圖。顯示裝置40與上述顯示裝置10的主要不同之處在於顯示裝置40另包含一光學薄膜400。光學薄膜400貼設在顯示模組102上，且圖案層104的光學材料塗佈在光學薄膜400上。於實際應用時，可先在光學薄膜400上塗佈不可見光反射材料、不可見光吸收材料及/或局部透光材料，以形成上述圖案層104。接著，再將塗佈完成的光學薄膜400貼設在顯示模組102上。需注意的是，第11圖中的第一殼體100、顯示模組102、圖案層104、發光單元106、處理單元108以及無線接收單元110皆與第1圖中相同編號的元件具有相同功能，在此不再贅述。

相較於先前技術，本發明是將不可見光反射材料、不可見光吸收材料及/或局部透光材料設置在顯示裝置的顯示模組上，以形成圖案層，再利用顯示裝置中的發光單元或顯示模組本身將光線投射在圖案層上。當使用者使用裝設有光學感測單元的指向裝置在顯示模組上移動時，光學感測單元即會偵測到如上所述的亮度分佈曲線(可包含亮度分佈密度、亮度強度等參數)，並且將感測結果傳送至顯示裝置。顯示裝置的處理單元即可根據收到的感測結果，計算或比對出對應的座標或相對涵義。由於本發明直接利用顯示裝置中的發光單元或顯示模組本 身的發光特性，指向裝置僅需設置光學感測單元、傳輸介面等元件，因此指向裝置的體積可小型化，便於攜帶。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1‧‧‧光感測系統

10、30、40‧‧‧顯示裝置

12‧‧‧指向裝置

100‧‧‧第一殼體

102‧‧‧顯示模組

104‧‧‧圖案層

106‧‧‧發光單元

108‧‧‧處理單元

110‧‧‧無線接收單元

120‧‧‧第二殼體

122‧‧‧光學感測單元

124‧‧‧無線傳送單元

300‧‧‧反光構件

400‧‧‧光學薄膜

1040‧‧‧光學材料

1042‧‧‧間隙

1220‧‧‧透鏡

1222‧‧‧感測元件

第1圖為本發明一實施例之光感測系統之外觀示意圖。

第2圖為第1圖中的光感測系統之元件示意圖。

第3圖為第1圖中的顯示模組的局部前視圖。

第4圖為對應特定位置，光學感測單元的感測結果示意圖。

第5圖為對應另一特定位置，光學感測單元的感測結果示意圖。

第6圖為對應具有相同透光率的圖案層，光學感測單元的感測結果示意圖。

第7圖為對應具有不同透光率的圖案層，光學感測單元的感測結果示意圖。

第8圖為圖案層的光學材料具有一等比例的厚度的示意圖。

第9圖為本發明另一實施例相對於圖案層之辨識樣版的示意圖。

第10圖為本發明另一實施例之顯示裝置的元件示意圖。

第11圖為本發明另一實施例之顯示裝置的元件示意圖。

1‧‧‧光感測系統

10‧‧‧顯示裝置

12‧‧‧指向裝置

100‧‧‧第一殼體

102‧‧‧顯示模組

104‧‧‧圖案層

1040‧‧‧光學材料

1042‧‧‧間隙

Claims (18)

1. 一種顯示裝置，其包含有：一顯示模組；以及一圖案層，其係以光學材料圖案化設置於該顯示模組上，該圖案層選擇性地反射或吸收由該顯示模組發出的預定波長的不可見光；其中，該圖案層包含複數個辨識樣版。
2. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該圖案層包含有圖案化塗佈的光學材料、以及未具有光學材料的間隙，且預定波長的不可見光從該圖案層中未具有光學材料的間隙射出。
3. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該不可見光為紅外光。
4. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該圖案層的光學材料由下列群組所組成的材料之一構成：不可見光反射材料、不可見光吸收材料、局部透光材料及其組合。
5. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該圖案層的光學材料在該顯示模組上呈均勻分佈或呈疏密分佈。
6. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該圖案層的光學材料係具有相同之透光率。
7. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該圖案層的光學材料係具有不同之透光率。
8. 如請求項1項所述之顯示裝置，其中該複數個辨識樣版包含下列群組所組成的形式之一：文字、符號、圖形及其組合。
9. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該圖案層的光學材料具有一等比例或呈特定比例的厚度。
10. 一種光感測系統，其包含有： 一顯示裝置，其包含有：一顯示模組；以及一圖案層，其係以光學材料圖案化設置於該顯示模組上，該圖案層選擇性地反射或吸收由該顯示模組發出的預定波長的不可見光；以及一指向裝置，包含有：一光學感測單元，其係用來在該圖案層的特定位置上選擇性地感測一預定圖案；其中該光學感測單元所感測的該圖案層包含複數個辨識樣版。
11. 如請求項10所述之光感測系統，其中該圖案層包含有圖案化塗佈的光學材料、以及未具有光學材料的間隙，且該光學感測單元所感測的該預定圖案主要是基於預定波長的不可見光由該圖案層中未具有光學材料的間隙射出後所構成。
12. 如請求項10所述之光感測系統，其中該圖案層的光學材料係具有不同之透光率，且該光學感測單元所感測的該預定圖案主要是基於預定波長的不可見光由該圖案層中不同之透光率光學材料射出後所構成。
13. 如請求項10所述之光感測系統，其中該預定圖案由該複數個辨識樣版中的至少其一排列組合而構成。
14. 如請求項13項所述之光感測系統，其中該複數個辨識樣版包含下列群組所組成的形式之一：文字、符號、圖形及其組合。
15. 如請求項10所述之光感測系統，其中該光學感測單元所感測的該預定圖案對應一預定功能，當該光學感測單元感測到 該預定圖案而輸出一感測結果至該顯示裝置時，該顯示模組根據該感測結果顯示該預定功能。
16. 如請求項15項所述之光感測系統，其中該光學感測單元持續一預定時間感測到該預定圖案後，輸出該感測結果至該顯示裝置。
17. 如請求項10所述之光感測系統，其中該顯示裝置另包含一反光構件，其係設置於該顯示模組下方。
18. 如請求項10所述之光感測系統，其中該顯示裝置另包含一光學薄膜，貼設在該顯示模組上，且該圖案層塗佈在該光學薄膜上。