TWI423097B - 觸控模組及感測裝置 - Google Patents

Description

觸控模組及感測裝置

本發明是有關於一種觸控模組(touch module)與感測裝置，且特別是有關於一種光學式觸控模組及感測裝置。

觸控面板依照其感測方式的不同而大致上可區分為電阻式觸控面板、電容式觸控面板、光學式觸控面板、聲波式觸控面板以及電磁式觸控面板。由於光學式觸控面板的觸控機制適合應用在大尺寸之顯示面板中，因此，大尺寸顯示面板的觸控功能多半是透過光學觸控機制來達成。

目前的光學式觸控顯示面板多半採用紅外光作為光源，並利用互補金氧半導體光感測器(CMOS optical sensor)來感測紅外光。舉例而言，已有製造商將能夠發出紅外光之紅外光發光二極體(IR-LED)以及互補金氧半導體光感測器整合為一外掛模組，並將兩個外掛模組組裝於觸控面板或導光板的二角落處。

圖1A為習知的外掛模組與導光板的示意圖。如圖1A所示，外掛模組110適於偵測導光板120上被散射的紅外光L1，以獲得觸控資訊。然而，由於外掛模組110與導光板120之間存在空氣間隙G，且空氣間隙G的折射率與導光板120的折射率不同，故會使紅外光L1在介面I折射，進而使外掛模組110的收光角度θ 1被限制在小於90°範圍內。如此一來，外掛模組110便無法感測到來自區域A的 紅外光L1，嚴重地影響到觸控面板在區域A的感測敏銳度。

為解決上述收光角度θ 1過窄的問題，已有其他習知技術提出解決之道。圖1B為另一種習知的外掛模組與導光板的示意圖。如圖1B所示，藉由將導光板130的表面S1設計為一曲面，來自導光板130的紅外光L1便不易在表面S1折射，進而可以確保外掛模組110接收到來自導光板130之不同入射方向的紅外光L1。換句話說，圖1B的設計能提升外掛模組110的收光角度θ 1。不過，由於外掛模組110與導光板130是配置在框架(frame)上，且外掛模組110與導光板130的相對位置是依據框架設計而決定，因此當框架的製造公差較大時，將會造成外掛模組110與導光板130之對位精準度不佳的問題。

本發明提供一種觸控模組(touch module)，其具有良好的感測敏銳度。

本發明提供一種感測裝置，其具有大範圍的收光角度。

本發明提出一種觸控模組，其包括導光板、光學膠材以及觸控感測模組。導光板具有一端面以及多個光學面。觸控感測模組配置於端面上。另外，觸控感測模組包括感測元件以及光源。感測元件透過光學膠材黏著在導光板的端面上。光源提供光線至導光板中，且配置於光學面或端 面上。感測元件適於接收經由導光板傳遞後之光線。

在本發明之一實施例中，上述之光源配置於端面。

在本發明之一實施例中，上述之光源配置於光學面。

在本發明之一實施例中，觸控模組更包括一回溯反射元件(retro-reflector)。回溯反射元件配置於上述光學面上以環繞導光板。

在本發明之一實施例中，上述之導光板更具有一頂面。端面與這些光學面實質上垂直於頂面。

在本發明之一實施例中，上述之端面為一斜平面。

在本發明之一實施例中，上述之光源包括非可見光光源，而感測元件包括非可見光之感測元件。

在本發明之一實施例中，上述之感測元件包括感測晶片、透鏡組以及光學透鏡。透鏡組位於感測晶片與光學膠材之間。光學透鏡配置於光學膠材與透鏡組之間，其中光學鏡片具有一與光學膠材黏著的平面入光面以及一出光面，且出光面為一凹曲面。

在本發明之一實施例中，上述之光學膠材的折射率與導光板的折射率實質上相同。

在本發明之一實施例中，上述之光學膠材之折射率介於1.4至1.6之間。

在本發明之一實施例中，觸控模組更包括觸控訊號讀出電路，其中控訊號讀出電路與感測元件電性連接。

在本發明之一實施例中，上述之光源配置於光學面上，且光源為多個光條(light bar)。

除此之外，本發明還提出一種感測裝置，其適於與導 光板連接。感測裝置包括感測晶片、透鏡組、光學膠材以及光學透鏡。透鏡組具有多個透鏡，且位於感測晶片與導光板之間。光學膠材具有第一黏著表面以及第二黏著表面。光學透鏡配置於導光板與透鏡組之間，其中光學鏡片具有一與光學膠材黏著的平面入光面以及一出光面，且出光面為一凹曲面。

在本發明之一實施例中，感測裝置更包括外殼。外殼承載上述透鏡、光學透鏡以及感測晶片。

在本發明之一實施例中，上述之外殼具有一黏著平面，且黏著平面與光學透鏡之平面入光面實質上切齊。

在本發明之一實施例中，感測裝置更包括訊號讀出電路。觸控訊號讀出電路與感測晶片電性連接。

基於上述，由於本發明之實施例透過光學膠材將感測元件黏著在導光板上，故能減少光線的介面折射以提升感測元件的收光角度，並藉此增加觸控模組的感測敏銳度。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

【第一實施例】

圖2繪示為本發明第一實施例之觸控模組(touch module)的示意圖，其中圖2的上方為觸控模組的剖面圖，而圖2的下方為觸控模組的俯視圖。請參照圖2，本實施例的觸控模組200包括導光板210、光學膠材(optical glue) 220、觸控感測模組230以及回溯反射元件(retro-reflector)240。導光板210具有一端面S2以及多個光學面S3。觸控感測模組230配置於端面S2上，且觸控感測模組230包括感測元件232與光源234。除此之外，導光板210更具有一頂面S9，且端面S2與光學面S3實質上垂直於頂面S9。另外，如圖2下方所示，端面S2為一斜平面。詳細而言，本實施例之端面S2不與光學面S3平行或垂直。

如圖2所示，感測元件232透過光學膠材220黏著在導光板210的端面S2上，其中光學膠材例如為感壓膠。光源234與感測元件232連接，並提供光線L2至導光板210中。回溯反射元件240配置於光學面S3上以環繞導光板210。回溯反射元件240將傳遞至光學面S3之光線L2反射回端面S2，以使被反射的光線L2能被感測元件232接收。

在本實施例中，導光板210例如為玻璃基板、塑膠基板，或是其他適於傳導光源234所發出之光線的透明基板。除此之外，光源234例如為紅外光光源或其他非可見光光源，而感測元件242例如為用以感測紅外光的紅外光感測元件(IR sensor)或其他用以感測非可見光之感測元件，其中紅外光感測元件可為半導體光感測元件(CMOS optical sensor)。當導光板210上的觸控點P被使用者的手指F或觸控筆所觸碰時，使用者的手指F或觸控筆會使部分光線L2散射，使得感測元件242在特定的水平入射角(例如角度θ 2)所接收到的紅外光強度降低，其中角度θ 2的範圍是介於0°至90°。詳細來說，當使用者用手指F或觸控筆觸碰到導光板210時，觸控點P附近的光線L2會被散射，且上述的散射現象會使朝向回溯反射元件240傳遞的光線L2或是朝向感測元件232傳遞的光線L2之強度減弱，進而使與感測元件232電性連接的觸控訊號讀出電路250能據以推算出觸控點P的位置。

請繼續參照圖2，本實施例的導光板210為矩形導光板，其中端面S2位於導光板210的角落B，且端面S2為一平面。除此之外，導光板210在鄰近感測模組230處具有斜切角D。圖3繪示為圖2區域C的局部放大示意圖。請參照圖3，本實施例的感測元件232包括感測晶片232a、透鏡組232b以及光學透鏡232c。感測晶片232a上包括多個成陣列排列之畫素(未繪示)以感測光線L2的強度，且感測晶片232a與圖2的觸控訊號讀出電路250電性連接。透鏡組232b位於感測晶片232a與光學膠材220之間，且透鏡組232b包括多個透鏡L3。光學透鏡232c配置於光學膠材220與透鏡組232b之間，其中光學鏡片232c例如為平凹透鏡。詳細來說，本實施例的光學鏡片232c具有一與光學膠材220黏著的平面入光面S4以及一出光面S5，且出光面S5為一凹曲面。

另外，在本實施例中，光學膠材220與感測元件232組成一感測裝置260，且光學膠材220具有黏著表面S7、S8。黏著表面S7黏在導光板210上，而黏著表面S8黏在平面入光面S4上。除此之外，感測裝置260還包括外殼262。外殼262承載透鏡L3、光學透鏡232c以及感測晶片 232a。外殼262具有一黏著平面S6，且黏著平面S6與光學透鏡232c之平面入光面S4實質上切齊。另外，外殼262的黏著平面S6與光學膠材220的黏著表面S8接觸。

本實施例可採用折射率與導光板210相近之光學膠材220，舉例來說，光學膠材220之折射率介於1.4至1.6之間，而導光板210之折射率介於1.4至1.6之間。其中導光板210可為折射率為1.49的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(即壓克力)或折射率為1.58的聚碳酸酯(PC)。當光學膠材220的折射率與導光板210的折射率相近時，光線L2在通過光學膠材220與導光板210的介面時所產生的折射現象便會被抑制，故感測裝置260的收光角度θ 3便不會因折射現象而被縮減。

請繼續參照圖3，光線L2由平面入光面S4進入光學鏡片232c，並從出光面S5出射進入透鏡組232b。另外，如圖3所示，離開光學鏡片232c的光線L2會被光學鏡片232c偏折，以使光線L2沿著近乎垂直感測晶片232a的方向(例如方向d)傳遞至感測晶片232a。因此，本實施例的透鏡組232b可不需具備超廣角功能，由於透鏡組232b不需具備超廣角功能，故透鏡組232b的製造成本可以有效地降低，進而可以節省觸控模組200的整體製作成本。另一方面，由於感測元件232是透過光學膠材220黏著於導光板210的端面S2上，因此感測元件232與導光板210在相對位置可以獲得精密的控制，不會有習知對位精準度不佳之問題。

為使讀者理解觸控模組200中光學膠材220與光學透 鏡232c的功效，以下將針對圖3與圖4進行比較。圖4繪示為另一種觸控模組的示意圖。如圖4所示，相較於圖3的感測元件232，圖4中的觸控模組300未設置有圖3中所提及的光學膠材220以及光學透鏡232c，此時，來自於導光板210中的光線L2會在導光板210的端面S2被折射。從圖4可清楚得知，發生在導光板210的端面S2上的折射現象會導致感測元件332的收光角度θ 3變小，通常，收光角度θ 3會因前述的折射現象而被限制在小於90°的範圍內。在本實施例中，為了增加感測元件332的收光角度θ 3，圖3的光學膠材220與光學鏡片232c確實能使部分大角度入射的入射光線L2被感測晶片232a所感測。換言之，光學膠材220與光學鏡片232c的搭配提升了感測元件232的收光角度θ 3。此外，光學膠材220與光學鏡片232c的使用可以有效降低投資在透鏡組232b上的成本。

【第二實施例】

圖5繪示為本發明第二實施例之觸控模組的示意圖，其中圖5的上方為觸控模組的剖面圖，而圖5的下方為觸控模組的俯視圖。請參照圖5，本實施例的觸控模組400與圖2的觸控模組200類似，惟二者主要差異之處在於：觸控模組400未採用圖2的回溯反射元件240，而是將光源234’直接配置於光學面S3上，其中光源234’為多個光條(light bar)。

如圖5所示，光源234’適於提供光線L2至導光板210 中，且感測元件232’適於接收經由導光板210傳遞後之光線L2。當使用者用手指F或觸控筆觸碰到導光板210時，觸控點P附近的光線L2會被散射，且上述的散射現象會使朝向感測元件232’傳遞的光線L2之強度減弱，進而使與感測元件232’電性連接的觸控訊號讀出電路250能據以推算出觸控點P的位置。由於本實施例的觸碰模組400不需要採用回溯反射片240亦可判斷觸碰點P的位置，故能節省觸控模組400的製作成本。

綜上所述，由於本發明之實施例透過光學膠材將感測元件黏著在導光板上，故能減少光線的介面折射並且提升感測元件的收光角度。另外，本實施例的感測元件與導光板在組裝上無須框架的輔助，故組裝精準度較高。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧外掛模組

120、130、210‧‧‧導光板

200、300、400‧‧‧觸控模組

220‧‧‧光學膠材

230、230’‧‧‧觸控感測模組

232、232’、332‧‧‧感測元件

232a、332a‧‧‧感測晶片

232b、332b‧‧‧透鏡組

232c‧‧‧光學透鏡

234、234’‧‧‧光源

240‧‧‧回溯反射元件

250‧‧‧觸控訊號讀出電路

260‧‧‧感測裝置

262、362‧‧‧外殼

L1‧‧‧紅外光

L2‧‧‧光線

L3、L4‧‧‧透鏡

A、C‧‧‧區域

B‧‧‧角落

D‧‧‧斜切角

d‧‧‧方向

F‧‧‧手指

G‧‧‧空氣間隙

I‧‧‧介面

P‧‧‧觸控點

S1‧‧‧表面

S2‧‧‧端面

S3‧‧‧光學面

S4‧‧‧平面入光面

S5‧‧‧出光面

S6‧‧‧黏著平面

S7、S8‧‧‧黏著表面

S9‧‧‧頂面

θ 1、θ 2、θ 3‧‧‧角度

圖1A為習知的外掛模組與顯示面板的示意圖。

圖1B為另一種習知的外掛模組與顯示面板的示意圖。

圖2繪示為本發明第一實施例之觸控模組的示意圖。

圖3繪示為圖2區域C的局部放大示意圖。

圖4繪示為另一種觸控模組的示意圖。

圖5繪示為本發明第二實施例之觸控模組的示意圖。

200‧‧‧觸控模組

210‧‧‧導光板

220‧‧‧光學膠材

230‧‧‧觸控感測模組

232‧‧‧感測元件

232a‧‧‧感測晶片

232b‧‧‧透鏡組

232c‧‧‧光學透鏡

260‧‧‧感測裝置

262‧‧‧外殼

L2‧‧‧光線

L3‧‧‧透鏡

d‧‧‧方向

S2‧‧‧端面

S4‧‧‧平面入光面

S5‧‧‧出光面

S6‧‧‧黏著平面

S7、S8‧‧‧黏著表面

θ 3‧‧‧角度

Claims (17)

1. 一種觸控模組，包括：一導光板，具有一端面以及多個光學面；一光學膠材；一觸控感測模組，包括：一感測元件，其中該感測元件透過該光學膠材黏著在該導光板的該端面上；以及一光源，該光源提供一光線至該導光板中，且該感測元件適於接收經由該導光板傳遞後之光線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控模組，其中該光源配置於該端面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控模組，其中該光源配置於該些光學面。
4. 如申請專利範圍第2項所述之觸控模組，更包括一回溯反射元件，配置於該些光學面上以環繞該導光板。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控模組，其中該導光板更具有一頂面，該端面與該些光學面實質上垂直於該頂面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控模組，其中該光源包括一非可見光光源。
7. 如申請專利範圍第1項所述之觸控模組，其中該感測元件包括：一感測晶片；一透鏡組，位於該感測晶片與該光學膠材之間；以及一光學透鏡，配置於該光學膠材與該透鏡組之間，其 中該光學鏡片具有一與該光學膠材黏著的平面入光面以及一出光面，且該出光面為一凹曲面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控模組，其中該光學膠材的折射率與該導光板的折射率實質上相同。
9. 如申請專利範圍第1項所述之觸控模組，其中該光學膠材之折射率介於1.4至1.6之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之觸控模組，更包括一觸控訊號讀出電路，與該感測元件電性連接。
11. 如申請專利範圍第3項所述之觸控模組，其中該光源配置於該些光學面上，且該光源為多個光條。
12. 一種感測裝置，適於與一導光板連接，該感測裝置包括：一感測晶片；一透鏡組，該透鏡組具有多個透鏡，位於該感測晶片與該導光板之間；一光學膠材，具有一第一黏著表面以及一第二黏著表面；以及一光學透鏡，配置於該導光板與該透鏡組之間，其中光學鏡片具有一與該光學膠材黏著的平面入光面以及一出光面，且該出光面為一凹曲面。
13. 如申請專利範圍第12項所述之感測裝置，更包括一外殼，該外殼承載該些透鏡、該光學透鏡以及該感測晶片。
14. 如申請專利範圍第13項所述之感測裝置，其中該外殼具有一黏著平面，且該黏著平面與該光學透鏡之該平 面入光面實質上切齊。
15. 如申請專利範圍第12項所述之感測裝置，其中該光學膠材的折射率與該導光板的折射率實質上相同。
16. 如申請專利範圍第12項所述之感測裝置，其中該光學膠材之折射率介於1.4至1.6之間。
17. 如申請專利範圍第12項所述之感測裝置，更包括一觸控訊號讀出電路，與該感測晶片電性連接。