TWI452361B - 導光元件、光學系統以及光學觸控顯示模組 - Google Patents

Description

導光元件、光學系統以及光學觸控顯示模組

本發明是有關於一種導光元件、光學系統以及光學觸控顯示模組，且特別是有關於一種能夠提昇光線均勻性的導光元件、光學系統以及光學觸控顯示模組。

一般而言，有多種實現觸控介面的方式。例如，可在液晶顯示面板上貼附一層觸控膜，來達成電容式或電阻式觸控；也可將微小的觸控元件設置在液晶顯示面板內。然而，上述方式均會影響液晶顯示面板的光穿透率，導致液晶顯示面板的光學品質下降。

另外，也有採用光學感測的方式，來判斷觸控物體(手指或觸控筆)相對於液晶顯示面板的位置。例如，可在液晶顯示面板的周圍設置導光元件，利用導光元件提供的面光源而於液晶顯示面板的前方形成一光學觸控區域。並且，藉由採用捕捉觸控物體於光學觸控區域中所造成的暗點或亮點的方式，來判斷觸控物體的位置。

然而，導光元件的端點容易發生過亮的現象，造成形成於光學觸控區域中的面光源的整體均勻性下降。當傳送至液晶顯示面板之前方的面光源不均勻時，將導致光學感測單元發生無法判讀或誤判的情形。

有鑑於此，本發明提供一種導光元件，能夠提供均勻的面光源。

本發明提供一種光學系統，具有上述的導光元件，能夠提供均勻的面光源。

本發明提供一種光學觸控顯示系統，具有上述的光學系統，能夠提昇光學觸控的精密度與準確度。

本發明提出一種導光元件，包括：導光體、框架以及套膜。導光體具有至少一入光面、與垂直於入光面的出光面。框架包圍導光體且露出入光面與出光面。套膜包圍框架與導光體，其中，套膜與導光體的出光面之間具有間隙。

本發明還提出一種光學系統，包括：上述的導光元件以及光源。所述光源配置於入光面旁，所述光源提供一光線，此光線通過入光面進入導光體而傳輸、通過出光面射出導光體、且通過套膜而出射。

本發明又提出一種光學觸控顯示系統，包括：顯示模組、上述的光學系統以及多個光學感測單元。光學系統設置於顯示模組上，光學系統提供面光源到位於顯示模組的前方的光學觸控區域。光學感測單元設置於顯示模組的一側，每一光學感測單元具有感測窗朝向光學觸控區域，每一光學感測單元經由感測窗以感測到位於光學觸控區域中的觸控物體。

在本發明的一實施例中，上述的出光面為內凹面，所述間隙位於內凹面與框架的邊緣之間。

在本發明的一實施例中，上述的內凹面為內凹曲面。

在本發明的一實施例中，上述的框架的邊緣突出於出光面，所述間隙位於出光面與突出的框架的邊緣之間。

在本發明的一實施例中，上述導光元件更包括：一反射體，設置於導光體與框架之間，所述反射體包圍導光體、且露出導光體的入光面與出光面。

在本發明的一實施例中，上述的間隙填充有氣體。

在本發明的一實施例中，上述的光源包括一紅外線光源。

在本發明的一實施例中，上述的光學系統用於一光學觸控顯示系統，該光學系統提供一面光源到該光學觸控顯示系統的一光學觸控區域，該光線通過該入光面進入該導光體而傳輸、通過該出光面射出該導光體、且通過該套膜而進入該光學觸控區域。

基於上述，本發明的導光元件包括：導光體、框架與套膜。藉由使導光體的出光面與套膜之間保持一定的間隙，如此，光線可在該間隙中產生擴散作用，而能夠減少導光元件的端點過亮的問題，並提供均勻的面光源。另外，藉由使導光體的出光面與套膜之間保持一定的間隙，能夠避免一部分套膜緊貼於導光體的出光面、且另一部分套膜未緊貼於導光體的出光面所造成之不同區域的亮度差異。使用上述導光元件的光學系統能夠提供均勻的面光源，且 使用上述光學系統的光學觸控顯示系統能夠提昇光學觸控的精密度以及準確度。

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。

[導光元件]

圖1為本發明實施例的一種導光元件的立體示意圖。圖2為圖1的導光元件的側視示意圖。圖1中省略了套膜130的繪示，套膜130是繪示於圖2中。

請參照圖1與圖2，導光元件100包括：導光體110、框架120以及套膜130。導光體110具有至少一入光面112、與垂直於入光面112的出光面114。框架120包圍導光體110、且露出入光面112與出光面114。套膜130包圍框架120與導光體110，其中，套膜130與導光體110的出光面114之間具有間隙G。

詳細而言，利用套膜130將導光體110與框架120包圍起來，使導光體110與框架120形成為一整體的導光元件100。套膜130可以採用熱收縮膜或其他合適的包膜，只要可讓從導光體110發出的光線穿透套膜130即可。

可注意到，套膜130與導光體110的出光面114之間具有間隙G。該間隙G的作用是：可讓光線在此間隙G中產生擴散的效果，藉此提昇導光元件100的出光均勻性。在圖1與圖2中，利用出光面內凹的方式來形成該間隙G。 進一步而言，請參照圖2，可以使出光面114成為內凹面，此時，間隙G位於內凹面與框架120的邊緣之間。另外，成為內凹面的出光面114可以是內凹曲面，亦即，內凹面的曲率可以經過適當的設定，而決定從導光元件100的出光面114所發射之光線的出光效果、間隙G的大小、以及光線在間隙G內產生擴散的程度。

再者，當導光體110的出光面114與套膜130之間保持一定的間隙G，能夠避免一部分套膜130緊貼於導光體110的出光面114，而另一部分套膜130未緊貼於導光體110的出光面114所造成之不同區域的亮度差異。

另外，可以在充滿所需氣體(空氣、惰性氣體等)以及無塵的環境中，利用套膜130將導光體110與框架120收束在一起，在此過程中，間隙G內會填充有氣體。該氣體需使用不易吸收從導光體110發出的光線的氣體。更詳細而言，請參照圖1，光源140可設置在入光面112的一側，此光源140可以是紅外線光源。此時，間隙G內的氣體不能使用如二氧化碳等會吸收紅外線的氣體。

圖3為本發明實施例的另一種導光元件的立體示意圖。圖4為圖3的導光元件的側視示意圖。圖3中省略了套膜130的繪示，套膜130是繪示於圖4中。

如圖3與圖4所繪示的導光元件102與上述的導光元件100類似，相同的元件標示以相同的符號。可注意到，在圖3與圖4中，利用框架120為外凸的方式來形成該間隙G。更詳細而言，請參照圖3與圖4，框架120的邊緣突 出於出光面114，所述間隙G位於出光面114與突出的框架120的邊緣之間。藉由框架120為外凸的方式，也可在套膜130與導光體110的出光面114之間形成間隙G，可讓光線在此間隙G中產生擴散的效果，藉此提昇導光元件102的出光均勻性。

圖5為本發明實施例的又一種導光元件的側視示意圖。如圖5所繪示的導光元件104與圖2所繪示的導光元件100類似，相同的元件標示以相同的符號。請參照圖5，可注意到，導光元件104還可包括反射體150，設置於導光體110與框架120之間，所述反射體150包圍導光體110、且露出導光體110的入光面112與出光面114。

藉由反射體150的設置，可以將光線反射回導光體110中，使得光線能夠集中於出光面114出射。如此，有利於提昇導光元件104的光線利用效率。

上述的導光元件100、102、104可使用於適當的光學系統中，提供傳導光線與輸出光線的功能。該光學系統可使用於光學觸控顯示系統中。當然，上述的導光元件100、102、104也可使用於其他技術領域中，例如照明領域、液晶顯示領域等等。也就是說，當光源140使用的是可見光時，由導光元件100、102、104與光源140組合起來的裝置可應用照明的應用。

[光學系統]

本發明提出的光學系統包括：上述的導光元件100、102、104以及光源140。所述光源140配置於入光面112旁，所述光源140提供一光線L，此光線L通過入光面112進入導光體110而傳輸、通過出光面114射出導光體110、且通過套膜130而出射。以下，以導光元件100、102、104應用在光學觸控顯示系統的光學系統為例進行相關說明。

圖6為本發明實施例的一種光學系統的示意圖。請參照圖6，光學系統200可用於光學觸控顯示系統300。光學系統200提供面光源P到光學觸控顯示系統300的光學觸控區域302。此光學系統200包括：導光元件210以及光源220。導光元件210可以是上述的任一種導光元件100、102、104。所述光源220配置於入光面112旁，所述光源220提供一光線L，此光線L通過入光面112進入導光體110而傳輸、通過出光面114射出導光體110、且通過套膜130而進入光學觸控區域302。

可見到，當有一觸控物體OB(如手指、觸控筆等等)進入到光學觸控區域302中，光學觸控區域302內之觸控物體OB處的面光源P會受到遮蔽，從而光學感測單元310可以偵測並定位該觸控物體OB的位置，而完成光學觸控的效果。

光學觸控區域302形成於一顯示面板(未繪示)的前方(顯示面板位於圖6中垂直紙面的內側)。由於可用利用人眼不可見的紅外線來形成面光源P，所以人眼在觀看顯示面板的同時，由導光元件210形成的面光源P並不會影 響影像的觀看。

上述光學系統200中的導光元件210，其利用套膜130將導光體110與框架120包圍起來，並使套膜130與導光體110的出光面114之間具有間隙G。因此，該間隙G可以使從導光體110發出的光線產生擴散作用而均勻化，能夠提供更為均勻的面光源P到上述的光學觸控區域302中。關於導光元件210的詳細結構與各種實施形態已經於上述圖1~圖5說明過，在此不予以重述。

實際上，上述的光學系統200除了應用於光學觸控顯示器的技術領域之外，也可應用於如照明領域、液晶顯示領域等等。例如，當光源140使用的是可見光時，從圖1~圖5所示的導光元件100、102、104的結構可知，導光元件100、102、104能夠發出指向性的面光源，亦即：能夠作為照明裝手持裝置(手電筒)、具有出光效果的指揮棒(如交通警察使用的指揮棒)等等。

[光學觸控顯示系統]

圖7繪示本發明實施例的一種光學觸控顯示系統的立體示意圖。請參照圖7，光學觸控顯示系統400，包括：顯示模組410、光學系統420以及多個光學感測單元430。光學系統420設置於顯示模組410上，光學系統420提供面光源P到位於顯示模組410的前方的光學觸控區域412。

光學系統420包括：導光元件422以及光源424。光 源424提供一光線L進入導光元件422，而使導光元件提供該面光源P。導光元件422可使用上述圖1~圖5所繪示的導光元件100、102、104。

光學感測單元430設置於顯示模組410的一側，每一光學感測單元430具有感測窗432朝向光學觸控區域412，每一光學感測單元430經由感測窗432以感測到位於光學觸控區域412中的觸控物體OB。

更詳細而言，顯示模組410顯示多個圖形用戶界面(Graphic User Interface,GUI)，當觸控物體OB指向所選擇的圖形用戶界面時，於觸控物體OB處的光學觸控區域412的面光源P會被遮斷，因此，光學感測單元430可以偵測該光線的變化而定位該觸控物體OB的位置，從而完成光學觸控的效果。

綜上所述，本發明的導光元件、光學系統以及光學觸控顯示系統至少具有以下優點：導光體的出光面與套膜之間保持一定的間隙，如此，光線可在該間隙中產生擴散作用，而能夠提供均勻的面光源。另外，藉由使導光體的出光面與套膜之間保持一定的間隙，能夠避免一部分套膜緊貼於導光體的出光面、且另一部分套膜未緊貼於導光體的出光面所造成之不同區域的亮度差異。使用上述導光元件的光學系統能夠使用均勻的面光源而得到良好的照明效果。使用上述光學系統的光學觸控顯示系統可以提昇光學觸控的精密度與準確度。

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。

100、102、104、210、422‧‧‧導光元件

110‧‧‧導光體

112‧‧‧入光面

114‧‧‧出光面

120‧‧‧框架

130‧‧‧套膜

140、220、424‧‧‧光源

150‧‧‧反射體

200、420‧‧‧光學系統

300、400‧‧‧光學觸控顯示系統

302、412‧‧‧光學觸控區域

310、430‧‧‧光學感測單元

410‧‧‧顯示模組

432‧‧‧感測窗

G‧‧‧間隙

L‧‧‧光線

OB‧‧‧觸控物體

P‧‧‧面光源

圖1為本發明實施例的一種導光元件的立體示意圖。

圖2為圖1的導光元件的側視示意圖。

圖3為本發明實施例的另一種導光元件的立體示意圖。

圖4為圖3的導光元件的側視示意圖。

圖5為本發明實施例的又一種導光元件的側視示意圖。

圖6為本發明實施例的一種光學系統的示意圖。

圖7繪示本發明實施例的一種光學觸控顯示系統的立體示意圖。

100‧‧‧導光元件

110‧‧‧導光體

112‧‧‧入光面

114‧‧‧出光面

120‧‧‧框架

130‧‧‧套膜

G‧‧‧間隙

Claims (6)

1. 一種導光元件，包括：一導光體，具有：至少一入光面、與垂直於該入光面的一出光面；一框架，包圍該導光體、且露出該入光面與該出光面；以及一套膜，包圍該框架與該導光體，其中，該套膜與該導光體的該出光面之間具有一間隙。
2. 如申請專利範圍第1項所述的導光元件，其中，該出光面為一內凹面，該間隙位於該內凹面與該框架的邊緣之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述的導光元件，其中，該內凹面為一內凹曲面。
4. 如申請專利範圍第1項所述的導光元件，其中，該框架的邊緣突出於該出光面，該間隙位於該出光面與突出的該框架的邊緣之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述的導光元件，更包括：一反射體，設置於該導光體與該框架之間，該反射體包圍該導光體、且露出該導光體的該入光面與該出光面。
6. 如申請專利範圍第1項所述的導光元件，其中，該間隙填充有氣體。