TWI484389B - 觸控顯示裝置 - Google Patents

Description

觸控顯示裝置

本發明係關於一種觸控顯示裝置，特別是一種高靈敏度的觸控顯示裝置。

由於觸控顯示裝置具有人機互動的特性，已逐漸取代傳統之按鍵或鍵盤，而被廣泛應用在各式電子產品，例如智慧型手機、平板電腦(tablet PC)、數位相機(digital camera)以及筆記型電腦(Notebook PC)。

第1圖係為習知觸控顯示裝置1之側視圖，請參閱第1圖，觸控顯示裝置1包含顯示裝置12、觸控感測層14、導光板16、紅外光光源17、19與白光光源18，其中觸控感測層14設置於顯示裝置12內。紅外光光源17設置於導光板16之側面，用以提供觸控感測之用，具體而言，紅外光光源17透過導光板16將紅外光光源導入顯示裝置12之觸控表面上，當紅外光在觸控表面上遇到手指時，使紅外光反射進入顯示裝置12而被觸控感測層14偵測。透過上述機制，可以感測到手指於觸控表面的平面位置。此外，也可以在顯示裝置12上設有紅外光光源19，用以感測手指於觸控表面的高度位置。

於習知之觸控顯示裝置1中，紅外光遇到手指反射後，需經過顯示裝置12才可傳達到觸控感測層14，易造成紅外光的衰減而影響感測靈敏度。然而，為了要提高靈敏度，則加強紅外光光源 17的發光亮度而卻產生高耗能的問題。此外，在習知之觸控顯示裝置1中，白光光源18設置於導光板16之側面，易有白光光源18於顯示裝置之顯示平面(即觸控平面)上的視角過小，而影響顯示品質。因此，在發展觸控顯示裝置的過程中，如何兼顧感測靈敏度與顯示品質為值得思考與待解決的難題。

本說明書揭露一種觸控顯示裝置，藉以增進觸控之靈敏度。

本發明之實施例之一種觸控顯示裝置，包含顯示模組、背光模組與稜鏡片。顯示模組具有觸控感測層，而背光模組具有第一光源、第二光源與導光板。第一光源具有第一波長，而第二光源具有第二波長，其中第一波長大於第二波長。導光板具有第一入光面、相對之第二入光面與出光面，而第一入光面分別與第二入光面、出光面相連接，其中第一光源設置於第一入光面，而第二光源設置於第二入光面。稜鏡片則位於顯示模組與背光模組之間。

本發明之另一實施例之一種觸控顯示裝置，包含顯示模組、背光模組與稜鏡片。顯示模組具有觸控感測層，而背光模組具有不可見光光源、可見光光源與導光板。導光板具有第一入光面、相對之第二入光面與出光面，而不可見光光源設置於第一入光面，可見光光源設置於第二入光面。稜鏡片設置於出光面，且顯示模組、稜鏡片、導光板與可見光光源依序堆疊設置。

根據上述本說明書所揭露之觸控顯示裝置，係藉由側入式之第一光源搭配直下式之第二光源，以提升第一光源於觸控平面的 準直性與增加第二光源於觸控平面的視角。並且，藉由導光板具有斜面之微結構，能夠增進第一光源的光學利用率與優化第二光源的均勻度，以利於增加觸控感測的靈敏度，同時亦可兼顧顯示品質。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

請參照第2圖，第2圖係為根據本發明一實施例之觸控顯示裝置10之側視圖。於本實施例中，觸控顯示裝置10具有顯示模組100、背光模組200與稜鏡片300，其中稜鏡片300設置於顯示模組100與背光源組200之間。顯示模組100具有觸控感測層160，具體而言，顯示模組100具有上基板120、下基板140與顯示介質層180，而觸控感測層160設置於上基板120上，且夾設於上基板120與下基板140之間，亦即為內嵌式觸控(in-cell touch)顯示模組。內嵌式觸控顯示模組100可減少觸控顯示裝置的整體厚度，以達到輕薄化。同時，亦可縮小感測距離，藉以提升觸控感測的靈敏度。於本實施例中，當顯示模組100為液晶顯示模組時，則上基板120為彩色濾光片(Color Filter,CF)基板，下基板140為薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)基板，而顯示介質層180則為液晶分子。此外，觸控感測層160設置於上基板120，且夾設於上基板120與彩色濾光片之間，但本發明不以此為限。舉例而言，觸控感測層160亦可設置於已設有彩色濾光片之上基板120 上或設置於下基板140上。另外，本發明不限制顯示模組100的顯示種類，顯示模組100亦可為電泳式顯示器等。

於本實施例中，背光模組200具有第一光源220、第二光源240與導光板260。第一光源220具有第一波長，而第二光源240具有第二波長，且第一波長大於第二波長。詳言之，第一光源220為不可見光光源，而第一波長範圍大於780nm；第二光源240為可見光光源，而第二波長範圍為380nm~780nm。舉例而言，第一光源220為紅外光光源，用以提供觸控之光源，而第二光源240為白光光源，用以提供顯示之光源。

請參閱第2圖，導光板260具有第一入光面262、相對之第二入光面264與出光面266，其中第一入光面262分別與第二入光面264、出光面266相連接。換言之，第一入光面262為導光板260的側面之一，而第二入光面264與出光面266分別為導光板260的上下表面，且第一入光面262的面積分別小於第二入光面264與出光面266。於本實施例中，導光板260具有單一厚度，亦即導光板260之截面為矩形，但本發明不以此為限，導光板260之截面亦可為楔形或梯形。於第2圖之實施例中，第一光源220設置於第一入光面262，而第二光源240設置於第二入光面264，換言之，第一光源220為側入式光源，第二光源240為直下式光源，且第一光源220與第二光源240皆位於顯示模組100同側，而稜鏡片300設置於導光板260之出光面266，使得顯示模組100、稜鏡片300、導光板260與第二光源240相互依序堆疊設置。

於觸控顯示裝置10中，用於觸控感測的光訊號需在觸控平面之各點的發光角度小(視角小)，而用於顯示的背光源則需在觸控平面之各點的發光角度大(視角大)。當應用於觸控感測的光線在觸控平面的發光角度小，則出射光線越準直，可提升觸控靈敏度。同時，應用於顯示作用的光線則需具有較大的發光角度，增加整個平面的均勻亮度。於本實施例中所述之發光角度為以觸控平面之法線為基準，而發光範圍與法線之夾角稱為發光角度，亦可稱為視角，舉例而言，當發光角度為0度時，則表示大部份的光線都垂直觸控平面而出射，當發光角度為45度時，則表示從垂直觸控平面至與觸控平面夾有45度之空間範圍皆具有光線出射，而45度以外的空間範圍則具有較小或無強度的光線。透過側入式之第一光源220搭配直下式之第二光源240，則可使用於觸控訊號之第一光源220於觸控平面上具有發光角度小的出射光線L1，而用於提供顯示光線之第二光源240於觸控平面上具有發光角度大的出射光線L2。

請參閱第2圖，第一光源220設置於導光板260之第一入光面262，亦即為側入式光源。第一光源220為提供觸控感測之光源，當第一光源220之光線L1傳達到顯示模組100之外表面後，受到手指或物件的阻擋時，光線會反射而被內嵌於顯示模組100之觸控感測層160所偵測，進而得知手指或物件碰觸的位置。因此，第一光源220之光線L1經過導光板260與稜鏡片300而出射的光分佈情況會影響感測靈敏度。具體而言，從顯示模組100之 觸控平面(即顯示平面)的其中一點來看，當第一光源220的光線L1越準直時，表示光線L1發散的現象降低，則大部份的光線都能夠垂直射出而被利用於觸控感測。因此，觸控感測的訊號與靈敏度都會隨之提升。

於第2圖之實施例中，導光板260之第二入光面264具有多個微結構270，且各微結構270具有斜面272。具體而言，微結構270為從第二入光面264向外的突出結構，且各微結構270的延伸方向與第二光源220排列方向相同，即與第一入光面262平行，而各微結構270的排列方向則與第一入光面262相互垂直。於本實施例中，各微結構270的斜面272可提供第一光源220產生反射。當第一光源220之光線L1經由斜面272反射後，可增加第一光源220之光線L1的光利用率，以提昇觸控感測的光訊號強度。透過側入光式之第一光源220搭配設有微結構270之導光板與稜鏡片300，可以增加第一光源220之光線L1的準直性而提升觸控感測的靈敏度，同時也可增加第一光源220之光線L1的利用率而漸少電能消耗。具體而言，可使用較少數量或較低亮度的第一光源220即可達到特定標準的觸控感測值，同時，在使用相同亮度或相同數量之第一光源220的情況下，可以提升觸控感測的訊號與靈敏度。此外，對於直下式之第二光源240而言，具有多個微結構270之導光板260除了可作為導光作用之外，亦具有擴散作用，可以提昇第二光源240之光線L2在觸控平面的分布均勻度。

於第2圖之實施例中，第一光源220之光線L1與第二光源 240之光線L2分別經由斜面272產生反射與偏折後，則光線L1、L2的出射方向會往特定方向偏折，非垂直於出光面266。因此，將稜鏡片300設置於導光板260上方，透過稜鏡片300將光線L1、L2從特定方向偏折導為垂直出射光源。無論是第一光源220之光線L1或第二光源240之光線L2皆需經過多個介面才能傳遞到觸控平面(或顯示面)，比如說，第二光源240之光線L2經過多個微結構270與空氣的介面、出光面266與空氣的介面與稜鏡片300與空氣的介面，而每個介面皆會對於光路產生影響。為了得到較佳的光路設計，稜鏡片300之稜鏡頂角與導光板260之微結構270的第一角度θ 1需滿足斯涅耳定律(Snell’s law)。此外，稜鏡片300之稜鏡結構亦可透過光線L1、L2的入射角度來做調整，除了可調整稜鏡頂角外，亦可調整稜鏡之兩底角，舉例而言，稜鏡結構可為左右對稱(兩底角相同)。

於本實施例中，各微結構270具有斜面272與側面274，具體而言，斜面272與第二入光面264之間夾有第一角度θ 1，而側面274與第二入光面264相互垂直，且側面274與斜面272之間夾有第二角度θ 2。請參閱第2圖，各微結構270的截面為直角三角形，則使得導光板260之第二入光面264具有鋸齒狀結構，當第一角度θ 1為10度~60度時，第二角度θ 2為30度~80度，可使第一光源220之光線L1提升準直度，同時第二光源240之光線L2可以兼顧均勻度。換言之，當第二角度θ 2小於30度時，會影響第二光源240之光線L2的偏折方向，容易使觸控顯示裝置之顯 示區的亮度不足，而當第二角度θ 2大於80度時，則無法提供第一光源220之光線L1的導向準直作用。

請參閱第2圖，各微結構270的截面為直角三角形，其中第二角度θ 2對應於第二入光面264，且其長度為間距P，而各微結構270的間距P皆相同。換言之，各微結構270於第二入光面264之投影面積皆相同，當間距P皆相同時，會提升均勻度。然而，間距P會影響第二光源240的出光亮度，當間距P越小時，第二光源240之光線L2出射於導光板260後的亮度會降低。

於本實施例中，各微結構270的截面為直角三角形，而斜面272與側面274連接處為尖角，且各微結構270中，側面274較斜面272更鄰近第一光源220。於其他變形例中，各微結構270亦可不同的截面形狀，如第3a圖至第3d圖。舉例而言，第3a圖之變形例中，各微結構270的截面為非直角三角形，而側面274與第二入光面264之間夾有第三角度θ 3，而第三角度θ 3大於第一角度θ 1。換言之，當以第二入光面264為基準時，側面274的傾斜程度大於斜面272。第3b圖之變形例中，各微結構270的截面為等腰三角形，亦即第一角度θ 1等於第三角度θ 3。然而，第三角度θ 3會影響第一光源220的光線準直度，可依不同需求而調整，舉例而言，當第三角度θ 3為90度時，可提升第一光源220之光線出射於觸控面的準直度。第3c圖之變形例中，於各微結構270之截面中，斜面272與側面274連接處為圓角，可以簡化導光板260之微結構270製程。上述之變形例中，第一角度θ 1依舊滿足 10度至60度，而第二角度θ 2符合30度至80度，且各微結構270之間距P都相同。於另一變形例中，請參閱第3d圖，斜面272為三段相同斜率之類似階梯狀結構所構成，且第二角度θ 2為30度至80度、各間距P都相同，可以增加調整光線L1、L2之光路的彈性度，但，本發明不以此為限，斜面272亦可為二段或其他多段相同斜率所組成，亦可為不同斜率所組成。

請參閱第4圖之另一實施例，導光板260之出光面266具有多個突起結構280，而各突起結構280亦具有斜面282與側面284，且側面284平行側面274，其中斜面282與出光面266之間具有第四角度θ 4。於本實施例中，第四角度θ 4小於第一角度θ 1，具體而言，第一角度θ 1為30度至80度，而第四角度θ 4需小於10度。多個突起結構280可用來調控第一光源220之光線L1分布於觸控平面的均勻度，但當第四角度θ 4大於10度時，則會影響第一光源220之光線L1分布於觸控平面的準直度，亦會影響第二光源240之光線L2於觸控平面之顯示區的亮度分布。於本實施例中，各突起結構280之截面為直角三角形，而使第二入光面264形成鋸齒狀結構。但，本發明不以此為限，突起結構280之截面亦可為等腰三角形...等，此外，導光板260之出光面266亦可設置散射粒子或佈點結構來取代突起結構280，皆可達到調控第一光源220之光線L1分布於觸控平面的均勻度。

上述之多個實施例中，導光板260皆為一體成形，以方便導光板260之製作流程，但導光板260亦可為多件導光元件所組成， 請參閱第5圖之另一實施例。於本實施例中，導光板260具有介質層290，且介質層290之折射率小於導光板260之折射率。具體而言，導光板260為第一導光元件261、第二導光元件263與介質層290所組成，而介質層290可為膠材或黏著層，且介質層290設置於第一導光元件261與第二導光元件263之間，使第一導光元件261與第二導光元件263可相互黏合。因此，介質層290之折射率分別小於第一導光元件261與第二導光元件263。於本實施例中，第一導光元件261具有多個突起結構280，而第二導光元件263具有多個微結構270，使得導光板260具有可調整光路的結構。此外，第一導光元件261與第二導光元件263之折射率分別大於介質層290，如此一來，可以增加第一光源220於觸控平面的出光效率，亦可使減少第一光源220之光線L1於觸控平面各點的發光角度以優化準直度。於另一變形例中，介質層290可具有多個擴散粒子，用以增加第二光源240用於顯示光源之均勻度。

於第6圖之另一實施例中，背光模組200可具有光學膜片292，而光學膜片292為反射片，可反射特定波長之光線。具體而言，光學膜片292僅反射第一光源220之光線L1，不反射第二光源240之光線L2，且使第二光源240之光線L2穿透。舉例而言，反射片292可為多層光學膜片，具有二氧化矽(SiO₂ )或氧化鉭(Ta₂ O₅ )材料，使其可反射紅外光線，但卻不反射白光。於本實施例中，反射片292設置於導光板260之第二入光面264，且位於導光板260與第二光源240之間。當第一光源220之光線L1穿透於 微結構270後，可經由光學膜片292將光線L1反射向上，而再次進入導光板260，以提高第一光源220之利用率。同時，當第二光源240之光線L2進入光學膜片292後，可穿透光學膜片292，進入導光板260。於另一變形例中，光學膜片292可為擴散片，用以增進第二光源240用於顯示光源之均勻度。

於第7圖之另一實施例中，導光板260可為一楔形導光板。具體而言，導光板260之第二入光面264具有單一微結構270，而微結構270之截面為直角三角形。微結構270具有斜面272與側面274，而斜面272與側面274夾有第二角度θ 2，其中第二角度θ 2為30度至80度。透過具有斜面272之微結構270，可提昇側入式之第一光源220的準直度與利用率，亦可增加直下式之第二光源240之視角與均勻度。同時，具有單一微結構270之導光板260較容易製作，方便製程。

於第8圖之另一實施例中，與上述實施例不同之處在於：觸控顯示裝置60之背光模組200具有多個第一光源220、多個導光板260與第二光源240。換言之，背光模組200具有第一背光元件210、第二背光元件230，其中第一背光元件210與第二背光元件230分別具有第一光源220與導光板26，而第一光源220設置於導光板26之側面(第一入光面)，第二光源240設置於導光板26之底面(第二入光面)，使第一光源220於第一背光元件210或第二背光元件230中為側入式光源，第二光源240為直下式光源。當觸控顯示裝置60為大尺寸顯示裝置時，則需要製作出大尺寸的導光 板，造成製程上有困難。因此，當背光模組200可透過多組背光元件210、230組合排列，可以方便製程與提升良率。為簡化說明，本實施例僅以兩組背光元件來說明，但本發明不以此為限，可依觸控顯示裝置尺寸設計而有所選擇。

於上述之實施例中，側入式光源可由多個第一光源220所組成，但本發明不以此為限。於另一變形例中，側入式光源可由多個第一光源220與多個第二光源240所組成，使得觸控感測之第一光源220依舊可具有較佳的準直性，亦可透過側入式的第二光源240補強顯示亮度。

根據上述實施例之觸控顯示裝置，係藉由側入式之第一光源搭配直下式之第二光源，以提升第一光源於觸控平面的準直性與增加第二光源於觸控平面的視角。並且，藉由導光板具有斜面之微結構，能夠增進第一光源的光學利用率與優化第二光源的均勻度，以利於增加觸控感測的靈敏度，同時亦可兼顧顯示品質。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，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，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

1、10、20、30、40、50、60‧‧‧觸控顯示裝置

12‧‧‧顯示裝置

14‧‧‧觸控感測層

16‧‧‧導光板

17、19‧‧‧紅外光光源

18‧‧‧白光光源

100‧‧‧顯示模組

120‧‧‧上基板

140‧‧‧下基板

160‧‧‧觸控感測層

180‧‧‧顯示介質層

200‧‧‧背光模組

210‧‧‧第一背光元件

220‧‧‧第一光源

230‧‧‧第二背光元件

240‧‧‧第二光源

260‧‧‧導光板

261‧‧‧第一導光元件

262‧‧‧第一入光面

263‧‧‧第二導光元件

264‧‧‧第二入光面

266‧‧‧出光面

270‧‧‧微結構

272、282‧‧‧斜面

274‧‧‧側面

280‧‧‧突出結構

290‧‧‧介質層

292‧‧‧光學膜片

300‧‧‧稜鏡片

θ 1‧‧‧第一角度

θ 2‧‧‧第二角度

θ 3‧‧‧第三角度

θ 4‧‧‧第四角度

L1、L2‧‧‧光線

P‧‧‧間距

第1圖係為習知之觸控顯示裝置的側視圖。

第2圖係為根據本發明一實施例之觸控顯示裝置的側視圖。

第3a圖係為根據本發明另一實施例之導光板的側視圖。

第3b圖係為根據本發明另一實施例之導光板的側視圖。

第3c圖係為根據本發明另一實施例之導光板的側視圖。

第3d圖係為根據本發明另一實施例之導光板的側視圖。

第4圖係為根據本發明另一實施例之觸控顯示裝置的側視圖。

第5圖係為根據本發明另一實施例之觸控顯示裝置的側視圖。

第6圖係為根據本發明另一實施例之觸控顯示裝置的側視圖。

第7圖係為根據本發明另一實施例之觸控顯示裝置的側視圖。

第8圖係為根據本發明另一實施例之觸控顯示裝置的側視圖。

10‧‧‧觸控顯示裝置

100‧‧‧顯示模組

120‧‧‧上基板

140‧‧‧下基板

160‧‧‧觸控感測層

180‧‧‧顯示介質層

200‧‧‧背光模組

220‧‧‧第一光源

240‧‧‧第二光源

260‧‧‧導光板

262‧‧‧第一入光面

264‧‧‧第二入光面

266‧‧‧出光面

270‧‧‧微結構

272‧‧‧斜面

274‧‧‧側面

300‧‧‧稜鏡片

θ 1‧‧‧第一角度

θ 2‧‧‧第二角度

L1、L2‧‧‧光線

P‧‧‧間距

Claims (10)

1. 一種觸控顯示裝置，包含：一顯示模組，具有一觸控感測層；一背光模組，包含：一第一光源，具有一第一波長；一第二光源，具有一第二波長，其中該第一波長大於該第二波長；以及一導光板，具有一第一入光面、相對之一第二入光面與一出光面，而該第一入光面分別與第二入光面、出光面相連接，其中該第一光源設置於該第一入光面，而該第二光源設置於該第二入光面；以及一稜鏡片，位於該顯示模組與該背光模組之間。
2. 如請求項1所述之觸控顯示裝置，其中該導光板之第二入光面具有複數個微結構，而該些微結構各具有一斜面。
3. 如請求項1所述之觸控顯示裝置，其中該導光板為楔形。
4. 如請求項2所述之觸控顯示裝置，其中該斜面與該第二入光面之間夾有一第一角度，而該第一角度為10度~60度。
5. 如請求項2所述之觸控顯示裝置，其中該微結構具有一側面，而該側面與該第二入光面相互垂直，且該側面與該斜面之間夾有一第二角度，該第二角度為30度~80度。
6. 如請求項1所述觸控顯示裝置，其中該導光板具有一介質層，而該介質層位於該出光面與該第二入光面之間，且該介質層之 折射率小於該導光板之折射率。
7. 如請求項2所述之觸控顯示裝置，其中該些微結構分別在該第二入光面之垂直投影的面積相同。
8. 一種觸控顯示裝置，包含：一顯示模組，具有一觸控感測層；一背光模組，包含：一不可見光光源；一可見光光源；以及一導光板，具有一第一入光面、相對之一第二入光面與一出光面，而該不可見光光源設置於該第一入光面，而該可見光光源設置於該第二入光面；以及一稜鏡片，設置於該出光面，且該顯示模組、該稜鏡片、該導光板與該可見光光源依序堆疊設置；其中該導光板之該第二入光面具有複數個微結構，而該些微結構各具有一斜面，該斜面與該第二入光面之間夾有一第一角度，而該第一角度為10度~60度，該些微結構的延伸方向與該不可見光源的排列方向平行。
9. 如請求項8所述觸控顯示裝置，其中該第二入光面具有鋸齒狀結構。
10. 一種觸控顯示裝置，包含：一內嵌式觸控顯示模組；一背光模組，包含： 一第一光源，用以提供觸控感測之光線；一第二光源，用以提供顯示之光線；以及一導光板，具有相連接之一第一入光面與一第二入光面，其中該第一光源設置於該第一入光面，而該第二光源設置於該第二入光面；一稜鏡片，位於該顯示模組與該背光模組之間，其中該第一光源與該第二光源位於該顯示模組之同側；其中該導光板之該第二入光面具有複數個微結構，而該些微結構各具有一斜面，該些微結構的延伸方向與該稜鏡片的結構的排列方向平行。