TWI413926B - 導光柱及其光學式觸控板 - Google Patents

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Description

導光柱及其光學式觸控板
本發明是關於一種導光柱及使用此導光柱的光學式觸控板；具體而言，本發明的導光柱具有用來改變出光角度的稜鏡體，可提高亮度及均勻度，進而改善使用此導光柱的光學式觸控板的觸控效果。
觸控式顯示面板由於其易於操作的特性，被廣泛地使用於例如車站、郵局、醫院等公共場合中而作為售票系統、叫號系統等類型的電腦資訊系統的操作介面。觸控式顯示面板依其感應原理可分為電阻式、電容式及光學式等類型。而在觸控式顯示面板大型化的趨勢下，光學式觸控式顯示面板相較於必須使用大量的電阻或電容等元件，且顯示光的穿透率受到元件物理特性限制的電阻式或電容式顯示面板，光學式觸控式顯示面板就具有其先天上的優勢。
圖1A為習知的光學式觸控板的示意圖。如圖1A所示，光學式觸控板一般包含紅外線發光二極體1、導光柱2及感應器3等元件。紅外線發光二極體1所產生的紅外線光經由導光柱2導向至感應區4，再由感應器3對感應區4範圍內的紅外線光進行感應。當使用者在感應區4內進行觸控時，感應器3會感應到感應區4內的紅外線光能量變化，進而判斷出觸控的座標位置。感應器3的感應會受到感應區4內的紅外線光的影響，因此為了改善感應效果，一般會在與紅外線光的出光面5相對的結構面6上形成微結構。
一般的微結構是以印刷等方式形成。然而，以一般的印刷等方式形成的微結構往往只能改善自導光柱2出射的紅外線光的亮度(brightness)，而於均勻度上往往沒有足夠好的表現。圖1B為習知的光學式觸控板的亮度表現的示意圖。如圖1B所示，一般的微結構使得紅外線光能量(即亮度)的分布集中在視角為-70度至-80度之間的部分(這裡所指的視角係以出光面5上的法線為基準)，而此種不均勻的能量分布將會造成感應器3的誤判及感應失效等問題。
本發明的一個目的在於提供一種導光柱及使用此導光柱的光學式觸控板。相較於先前技術，能同時改善自導光柱出射的光線的亮度及均勻度，進而改善使用此導光柱的光學式觸控板的觸控效果。
本發明的導光柱供使用於具有感應區的光學式觸控板中，其中包含柱本體及多個稜鏡體。柱本體具有第一光接收端、出光面及結構面，其中出光面相對於結構面並面向感應區，第一光接收端分別連接於出光面及結構面之端部。稜鏡體形成於結構面上，每個稜鏡體包含分別與結構面夾第一夾角及第二夾角的第一表面及第二表面，其中第二表面較第一表面接近光接收端，且第一夾角不小於第二夾角。本發明利用稜鏡體來改變自柱本體出射的光之角度，藉以提高出射光的亮度及均勻度，進而改善使用此導光柱的光學式觸控板的觸控效果。
本發明提供一種導光柱及使用此導光柱的光學式觸控板。在較佳實施例中，本發明的導光柱可使用於光學式觸控板，而本發明的光學式觸控板則可配合平面顯示面板使用。
本發明的導光柱供使用於具有感應區的光學式觸控板中。圖2A為本發明導光柱及使用此導光柱的光學式觸控板的一實施例的示意圖；圖2B為圖2A所示導光柱的俯視圖。如圖2A及圖2B所示，此導光柱10設置於光學式觸控板之感應區A的側邊，其中包含柱本體11及多個稜鏡體12。柱本體11具有第一光接收端111、出光面112及結構面113。出光面112相對於結構面113並面向感應區A。第一光接收端111是柱本體11一端的側壁，位於出光面112與結構面113兩者的端部之間而分別連接之。光源20所產生的光線自第一光接收端111入射導光柱10。
結構面113與第一光接收端111相鄰，為出光面112的相對表面。結構面113朝向與出光面112相反的方向，其上形成有稜鏡體12。換言之，稜鏡體12設置於背對感應區A而與第一光接收端111鄰接的結構面113上，使得自第一光接收端111進入的光可經稜鏡體12的反射而往感應區A的方向出射。每個稜鏡體12包含第一表面121及第二表面122，分別與結構面113夾有第一夾角θ1 及第二夾角θ2 。第二表面122較第一表面121接近第一光接收端111。詳言之，第二表面122以一個小於90度的夾角朝向第一光接收端111所面對的方向而與該方向相面對，第一表面121則與第一光接收端111所面對的方向夾有一個大於90度的夾角而與該方向相背對，因而第二表面122較第一表面121接近第一光接收端111。第一夾角θ1 不小於第二夾角θ2 。在本實施例中，第一夾角θ1 大於第二夾角θ2 ，此時第一夾角θ1 較佳介於10度至55度之間，第二夾角θ2 則較佳介於3度至10度之間；然而在其他實施例中，可視需求對第一夾角θ1 及第二夾角θ2 作調整，例如使第一夾角θ1 與第二夾角θ2 相同，此時第一夾角θ1 及第二夾角θ2 較佳皆介於10度至55度之間(見圖4A的實施例)。調整第二夾角θ2 會相應地改變自出光面122出射的光線之光能量的分布，進而可藉以提高光線的亮度及均勻度；第一夾角θ1 具有較小角度的設計則會相應地降低視角接近-80度的部分的光能量(這裡所指的視角係以出光面122上的法線為基準)，亦有助於改善光線的均勻度。
圖2C為圖2B所示導光柱的稜鏡體反射光線的示意圖。如圖2C所示，光源20所產生的光線R自第一光接收端111入射導光柱10，在經由稜鏡體12的第一表面121反射以後，自出光面112出射。第一表面121有助於將光線R導向正向，使光線R以較接近垂直的角度自出光面112出射，而達到提高自出光面112出射的光線R的亮度之效果。此外，可以藉由在結構面113的不同位置設置不同的稜鏡體12來改善光線的均勻度，例如採用具有不同的第一夾角θ1 及第二夾角θ2 的稜鏡體12來調整自出光面112的不同位置出射的光線R的光能量。圖2D為圖2B所示導光柱的亮度表現的示意圖。如圖2D所示，此導光柱10藉由導光柱10的設計使得光能量(即亮度)較均勻地分布在視角為0度至-80度之間的部分。
本發明利用稜鏡體12的設計來改變自柱本體11出射的光之角度，藉以提高其亮度及均勻度，進而改善使用此導光柱10的光學式觸控板的觸控效果。
圖2E為圖2B所示導光柱的側視圖。如圖2E所示，本實施例的稜鏡體12為長條形，而以沿著柱本體11的短邊設置，並沿著柱本體11的長邊併排的方式設置於結構面113上；而在其他實施例中，可以其他方式設置稜鏡體12。圖3A為本發明導光柱之稜鏡體的另一實施例的示意圖。如圖3A所示，此實施例的稜鏡體12為顆粒狀的短稜鏡粒，並依平行於第一光接收端111及垂直於第一光接收端111的方向直線排列，此時每個稜鏡體12皆與鄰近的稜鏡體12保持相同的間距。此外，每個稜鏡體12的側邊正對著鄰近的稜鏡體12的側邊，使得全部的稜鏡體12構成類似棋盤狀的分布。圖3B為圖3A所示導光柱之稜鏡體的設置的另一實施例的示意圖。如圖3B所示，此實施例的稜鏡體12的設置方式與前述實施例的不同在於，每個稜鏡體12的側邊不與鄰近的稜鏡體12的側邊相面對，而使得所有的稜鏡體12交錯地分布。
此外，在其他實施例中，結構面113上不同位置的稜鏡體12可以採疏密不同的方式設置，而達到調整自出光面112出射的光線之光能量的分布等效果。如圖3C所示，稜鏡體12在靠近第一光接收端111時具有較小的分布密度，而在較遠離第一光接收端111的位置則有越高的密度。由於光源20所產生的光線自第一光接收端111入射導光柱10，此時在靠近第一光接收端111的位置所達到的集中光能量的效果較小，相反地在越遠離第一光接收端111的位置所達到的集中光能量的效果越大。此種設置方式有助於改善自出光面112出射的光的亮度及均勻度。
圖4A為本發明導光柱的另一實施例的俯視圖；圖4B為圖4A所示導光柱的側視圖。如圖4A及圖4B所示，在本實施例中，柱本體10包含相對於第一光接收端111的第二光接收端114，第二光源30所產生的光線自第二光接收端114入射導光柱10。在本實施例中，第一夾角θ1 係等於第二夾角θ2 ，此時第一夾角θ1 及第二夾角θ2 較佳皆介於10度至55度之間。然而在其他實施例中，第一夾角θ1 與第二夾角θ2 可以不相同。圖5A為本發明導光柱的又一實施例的俯視圖；圖5B為圖5A所示導光柱的側視圖。如圖5A及圖5B所示，在本實施例中，第一夾角θ1 與第二夾角θ2 不相同，此時第一夾角θ1 較佳介於10度至55度之間，第二夾角θ2 則介於3度至10度之間。
圖6A為本發明光學式觸控板的一實施例的示意圖。如圖6A所示，此光學式觸控板含感應區A、導光柱10、光源20及感應器40。導光柱10包含柱本體11及多個稜鏡體12。柱本體11具有第一光接收端111、出光面112及結構面113。出光面112相對於結構面113並面向感應區A，第一光接收端111分別連接於出光面112及結構面113的端部。在較佳實施例中，如同前述，每個稜鏡體12的第一表面121及第二表面122可以分別與結構面113夾有不同的第一夾角θ1 及第二夾角θ2 (見圖2B的實施例)；然而在其他實施例中，第一表面121及第二表面122可以分別與結構面113夾有相同的第一夾角θ1 及第二夾角θ2 (見圖4A的實施例)。
光源20所產生的光線R自第一光接收端111入射導光柱10，並在經由稜鏡體12反射後，自出光面112出射至感應區A。導光柱10、光源20及感應器40設置於底板100上。在較佳實施例中，光源20為紅外線發光二極體，底板100則為平面顯示面板；然而在其他實施例中，光源20可以為其他類型的發光元件，底板100則可以為單純的透明基板、顯示面板的上基板或其他可供支撐導光柱10等元件的基板。光源20所產生的光線經由導光柱10導向至感應區A，再由感應器40對感應區A範圍內的光線進行感應。當使用者在感應區A內進行觸控時，感應器40會感應到感應區A內的光線能量變化，進而判斷出觸控的座標位置。
圖6B為本發明光學式觸控板的另一實施例的示意圖。如圖6B所示，此光學式觸控板除了包含感應區A、導光柱10、光源20及感應器40以外，還包含第二光源30。此時柱本體11包含相對於第一光接收端111的第二光接收端114，第二光源30所產生的光線自第二光接收端114入射導光柱10。在較佳實施例中，第一夾角θ1 係等於第二夾角θ2 (見圖4A的實施例)；然而在其他實施例中，兩者的角度可以不同(見圖2B的實施例)。
本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明的範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明的範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明的範圍內。
10．．．導光柱
11．．．柱本體
111．．．第一光接收端
112．．．出光面
113．．．結構面
114．．．第二光接收端
12．．．稜鏡體
121．．．第一表面
122．．．第二表面
20．．．光源
30．．．第二光源
40．．．感應器
100．．．底板
A．．．感應區
R．．．光線
θ1 ．．．第一夾角
θ2 ．．．第二夾角
圖1A為習知的光學式觸控板的示意圖；
圖1B為習知的光學式觸控板的亮度表現的示意圖；
圖2A為本發明導光柱及使用此導光柱的光學式觸控板的一實施例的示意圖；
圖2B為圖2A所示導光柱的俯視圖；
圖2C為圖2B所示導光柱的稜鏡體反射光線的示意圖；
圖2D為圖2B所示導光柱的亮度表現的示意圖；
圖2E為圖2B所示導光柱的側視圖；
圖3A為本發明導光柱之稜鏡體的另一實施例的示意圖；
圖3B為圖3A所示導光柱之稜鏡體的設置的另一實施例的示意圖；
圖3C為圖3A所示導光柱之稜鏡體的設置的又一實施例的示意圖；
圖4A為本發明導光柱的另一實施例的俯視圖；
圖4B為圖4A所示導光柱的側視圖；
圖5A為本發明導光柱的又一實施例的俯視圖；
圖5B為圖5A所示導光柱的側視圖；
圖6A為本發明光學式觸控板的一實施例的示意圖；以及
圖6B為本發明光學式觸控板的另一實施例的示意圖。
10．．．導光柱
11．．．柱本體
111．．．第一光接收端
112．．．出光面
113．．．結構面
12．．．稜鏡體
121．．．第一表面
122．．．第二表面
20．．．光源
θ1 ．．．第一夾角
θ2 ．．．第二夾角

Claims (12)

  1. 一種導光柱，供使用在一光學式觸控板中，該光學式觸控板具有一感應區；該導光柱包含：一柱本體，具有一第一光接收端、一出光面及一結構面；其中該出光面係相對於該結構面並面向該感應區，該第一光接收端分別連接於該出光面及該結構面之端部；複數個稜鏡體，形成於該結構面上；該稜鏡體包含一第一表面及一第二表面，該第一表面及該第二表面分別與該結構面夾一第一夾角及一第二夾角；其中，該第二表面較該第一表面接近該第一光接收端，該第一夾角大於該第二夾角。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之導光柱，其中該些稜鏡體分別依平行該第一光接收端及垂直該第一光接收端之方向排列。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之導光柱，其中該些稜鏡體在接近該第一光接收端時具有較小之分佈密度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之導光柱，其中該第一夾角介於10度至55度之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之導光柱，其中該第二夾角介於3度至10度之間。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之導光柱，其中該柱本體包含一第二光接收端相對於該第一光接收端，該第一夾角係等於該第二夾角。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之導光柱，其中該第二夾角介於10度至55度之間。
  8. 一種光學式觸控板，包含：一感應區；一導光柱，具有：一柱本體，具有一第一光接收端、一出光面及一結構面；其中該出光面係相對於該結構面且面向該感應區，該第一光接收端分別連接於該出光面及該結構面之端部；複數個稜鏡體，形成於該結構面上；該稜鏡體包含一第一表面及一第二表面，該第一表面及該第二表面分別與該結構面夾一第一夾角及一第二夾角；其中，該第二表面較該第一表面接近該第一光接收端，該第一夾角大於該第二夾角；以及一光源，設置對應於該柱本體之該第一光接收端，其中該光源產生光線射入該柱本體，並經該第一表面反射後自該出光面出射。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學式觸控板，其中該些稜鏡體分別依平行該第一光接收端及垂直該第一光接收端之方向排列。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之光學式觸控板，其中該些稜鏡體在接近該第一光接收端時具有較小之分佈密度。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之光學式觸控板，其中該第一夾角介於10度至55度之間。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之光學式觸控板，其中該第二夾角介於3度至10度之間。
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