TWI502417B - 觸控顯示裝置及其操作方法 - Google Patents

Description

觸控顯示裝置及其操作方法

本發明是有關於一種觸控裝置，且特別是有關於一種觸控顯示裝置及其操作方法。

隨著光電科技的進步，採用滑鼠來控制電腦及螢幕中的物件的方式已無法滿足使用者的需求，因此，比滑鼠控制更為人性化的方法便逐漸地被發展出來。在這些人性化的方法中，以手指觸控的方式最接近於人類一般日常生活中的經驗，特別是對於可能無法靈活地操作滑鼠的年長者或小孩，都能夠輕易的採用手指來觸控，這點可從一些自動提款機已採用觸控螢幕來獲得部分的證實。

現今一般的觸控裝置的設計大致可區分為電阻式、電容式、光學式、聲波式及電磁式等。習知光學觸裝置通常是設於顯示裝置的顯示區之前方的周圍，且包括複數個光源、複數個導光條及複數個光偵測器。複數個導光條配置於顯示區的側邊上，光偵測器則配置於顯示區的角落上。光源所發出的光經過導光條的導引作用後，會射向顯示區前的一感測空間。當使用者的手指進入感測空間時，光偵測器可偵測到手指，如此便可完成觸控偵測。

然而，由於習知光學觸控裝置在顯示區上方設置複數個導光條，因此會因導光條與顯示區的定位與組裝不易，而造成組裝工時的拉長。另外，導光條及其固定元件之材 料的使用往往導致光學觸控裝置的成本之增加。再者，由於使用者的手指在進入感測空間後但尚未接觸到顯示區時，就會被光偵測器偵測到，因此使得習知光學觸控裝置的操作不夠人性化，且指令的下達亦不明確。

美國專利公開第20090073142號揭露了導光板可覆蓋於顯示面板上，以當作一蓋體，且感測器位於導光板的側邊，以偵測物體的位置。此外，中華民國專利第358360號、美國專利公開第20100085330及20100066704號亦揭露了其他觸控裝置。

本發明提供一種觸控顯示裝置，此觸控顯示裝置較易組裝、成本較低，且可具有較薄的整體厚度。

本發明提供一種觸控顯示裝置的操作方法，具有較為便利且人性化的操作方式。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種觸控顯示裝置，包括一顯示單元、一光局限元件、至少一發光元件及至少一光偵測器。光局限元件配置於顯示單元的一側，且具有一第一全反射面、一相對於第一全反射面的第二全反射面及一連接第一全反射面與第二全反射面的入光面。發光元件配置於入光面旁，且適於發出一光束。光束適於經由入光面進入光局限 元件中，且第一全反射面與第二全反射面適於不斷地將光局限元件中的光束全反射，以使光束局限於第一全反射面與第二全反射面之間。光偵測器配置於光局限元件旁。當一觸控物體接觸第一全反射面時，第一全反射面對於光束的全反射作用遭到破壞，而使部分光束穿透第一全反射面，且觸控物體適於將部分光束反射至光偵測器。

本發明之另一實施例提出一種觸控顯示裝置的操作方法，包括下列步驟。提供上述觸控顯示裝置。此外，利用至少一觸控物體接觸觸控顯示裝置的光局限元件，以使第一全反射面對於光束的全反射作用遭到破壞，並使部分光束穿透第一全反射面，且利用觸控物體將部分光束反射至光偵測器。當部分光束反射至光偵測器時，光偵測器偵測到觸控物體的觸控動作。

基於上述，本發明之實施例可達到下列優點或功效之至少其一。本發明之實施例之觸控顯示裝置是採用光局限元件並搭配破壞全反射的原理來產生對觸控動作的偵測。由於光局限元件與顯示單元之間的對位容易，且精確度不需很高，因此本發明之實施例之觸控顯示裝置的組裝較為容易。此外，由於顯示單元上方可以不必設置多個導光條所構成的發光模組，因此本發明之實施例之觸控顯示裝置的整體厚度可以較薄，且由於節省材料的使用而可具有較低的成本。再者，在本發明之實施例之觸控顯示裝置的操作方法中，由於是藉由觸控物體接觸光局限元件時，才讓觸控顯示裝置感測到觸控動作，因此相較於習知光學觸控 裝置的操作方法較為便利且人性化。

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。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1A為本發明之一實施例之觸控顯示裝置的剖面示意圖，而圖1B為圖1A之觸控顯示裝置的正視圖。請參照圖1A與圖1B，本實施例之觸控顯示裝置100包括一顯示單元200、一光局限元件300、至少一發光元件340(在圖1A中繪示二發光元件340a與340b為例)及至少一光偵測器350(在圖1A與圖1B中繪二光偵測器350a與350b為例)。顯示單元200例如為一液晶顯示面板，且包括一主動元件陣列基板230、一液晶層220及一對向基板210，其中液晶層220配置於主動元件陣列基板230與對向基板210之間。主動元件陣列基板230例如為一薄膜電晶體陣列基板(thin film transistor array substrate)，而對向基板210例如為一彩色濾光陣列基板。然而，在其他實施例中，顯示單元200亦可以是一發光二極體陣列面板、一有機發光二極體(organic light emitting diode)陣列面板、一電漿 顯示面板(plasma display panel,PDP)或一陰極射線管(cathode ray tube,CRT)。

光局限元件300配置於顯示單元200的一側，且具有一第一全反射面310、一相對於第一全反射面310的第二全反射面320及至少一連接第一全反射面310與第二全反射面320的入光面330(在圖1A中是以二個入光面330a與330b為例)。在本實施例中，光局限元件300例如為一透明保護層，以保護顯示單元200。在本實施例中，光局限元件300的莫式硬度可大於等於5H。在一實施例中，光局限元件300的莫氏硬度可大於等於6H，提供足夠的硬度以保護顯示單元200，防止顯示單元200被尖銳物質刮傷。在其他實施例中，光局限元件300的第一全反射面310或第二全反射面320上可設置有例如抗反射(antireflection)層、防眩(antiglare)層、硬鍍層(hard coating)等光學塗料或光學膜片。

發光元件340配置於入光面330旁，且適於發出一光束342。在本實施例中，發光元件340例如為一紅外光發光二極體(light emitting diode,LED)或一紅外光雷射二極體(laser diode)，而光束342例如為紅外光束。然而，在其他實施例中，發光元件340亦可以是其他不可見光發光元件或可見光發光元件。

光束342適於經由入光面330進入光局限元件300中，且第一全反射面310與第二全反射面320適於不斷地將光局限元件300中的光束342全反射，以使光束342局 限於第一全反射面310與第二全反射面320之間。在本實施例中，第一全反射面310與第二全反射面320的粗糙度(roughness average,RA)均小於等於50奈米，亦即具有如此之粗糙度的表面足夠光滑，以形成全反射面。在一實施例中，第一全反射面310與第二全反射面320的粗糙度小於等於20奈米，以達到較佳之全反射效果。

在本實施例中，光局限元件300與顯示單元200之間存在一空氣間隙G。然而，在其他實施例中，光局限元件300與顯示單元200接合，例如以黏著劑接合，且光局限元件300與顯示單元200之間沒有空氣間隙，而是兩者之間存在黏著劑。

光偵測器350配置於光局限元件300旁。在本實施例中，光偵測器350例如為電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)、互補式金氧半導體感測元件(complementary metal oxide semiconductor sensor,CMOS sensor)、光電倍增管(photomultiplier tube,PMT)或其他光偵測器。在本實施例中，觸控顯示裝置100具有一顯示區A(如圖1B所繪示)，顯示區A亦即觸控顯示裝置100用以顯示影像畫面的區域。此外，在本實施例中，光偵測器350配置於光局限元件300的上方，且光偵測器350配置於顯示區A旁。在本實施例中，光偵測器350a、350b分別配置於顯示區A的兩角落旁，然而，在其他實施例中，光偵測器350亦可以配置於顯示區A的邊上，而本發明不以此為限。

當一觸控物體50(例如使用者的手指或觸控筆的筆 尖)接觸第一全反射面310時，第一全反射面310對於光束342的全反射作用遭到破壞。這是因為當觸控物體50接觸第一全反射面310時，第一全反射面310不再是光局限元件300與空氣之間的介面，而是光局限元件300與觸控物體50之間的介面。觸控物體50的折射率不同於空氣的折射率，因此會使原本空氣與光局限元件300所產生的全反射條件改變，而使得第一全反射面310被觸控物體50接觸的部分不產生全反射效果。如此一來，便能使部分光束342穿透第一全反射面310，且觸控物體50適於將穿透第一全反射面310的部分光束342反射至光偵測器350，而光偵測器350則適於偵測光束342。

在本實施例中，觸控顯示裝置100更包括一可見光背光模組400，適於提供一照明光束422，其中顯示單元200配置於可見光背光模組400與光局限元件300之間，且照明光束422適於通過顯示單元200與光局限元件300，並搭載顯示單元200的顯示畫面。在本實施例中，可見光背光模組400例如為一側邊入光式背光模組，且包括一導光板410、至少一發光元件420及一反射片430。導光板410具有一表面412、一相對於表面412的表面414及一連接表面412與表面414的入光面416。發光元件420例如為一可見光發光二極體或其他可見光發光元件，以發出照明光束422，其中照明光束422為可見光。來自發光元件420的照明光束422適於經由入光面416進入導光板410中，而傳遞至導光板410之表面(圖1A中以表面414為例) 之光散射結構418後，會被散射至表面412，並穿透表面412而傳遞至顯示單元200。或者，照明光束422會被光散射結構418散射至表面414之一側的反射片430，而反射片430適於反射照明光束422，以使照明光束422依序穿透表面414與表面412而傳遞至顯示單元200。

當顯示單元200為發光二極體陣列面板、有機發光二極體陣列面板、電漿顯示面板或陰極射線管時，則觸控顯示裝置可以不採用可見光背光模組400。

本實施例之觸控顯示裝置100是採用光局限元件300並搭配破壞全反射的原理來產生對觸控動作的偵測。由於光局限元件300與顯示單元200之間的對位容易，且精確度不需很高，因此本實施例之觸控顯示裝置100的組裝較為容易，且可縮短組裝工時。此外，由於顯示單元200上方可以不必設置多個導光條所構成的發光模組，因此本實施例之觸控顯示裝置100的整體厚度可以較薄，且由於節省導光條及其固定件之材料的使用而可具有較低的成本。此外，在本實施例之觸控顯示裝置100中，是藉由觸控物體50接觸光局限元件300時，才讓觸控顯示裝置100感測到觸控動作。此外，當觸控物體50懸空於光局限元件300上方時，由於沒有破壞光局限元件300的全反射作用，則光束342不會穿透第一全反射面310而被光偵測器350偵測，此時觸控顯示裝置100不會感測到觸控動作。在習知光學觸控裝置中，觸控物體尚未接觸到顯示區表面時，觸控物體在顯示區前的感測空間中就會被光偵測器偵測到， 而作為觸控動作的判斷。如此一來，在使用習知光學觸控裝置時，使用者便無法讓觸控物體在靠近顯示區的表面之處平移，而是要先看準要觸控的位置後，才將觸控物體靠近顯示區。這樣的操作方式並不人性化，且不利於連續快速地操作。相較之下，本實施例之觸控顯示裝置100的使用者可讓觸控物體在靠近光局限元件300之處游移，而當決定要作某觸控指令時，才讓觸控物體接觸光局限元件300以完成觸控指令，因此本實施例之觸控顯示裝置100可以較為人性化的方式操作，且適於連續快速地操作，並且觸控指的下達亦為明確且便利。

圖2為本發明之另一實施例之觸控顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例之觸控顯示裝置100a與圖1A之觸控顯示裝置100類似，而兩者的差異如下所述。本實施例之觸控顯示裝置100a的可見光背光模組400a為直下式背光模組，且可見光背光模組400a包括複數個發光元件420、一燈箱440及一擴散板450。發光元件420配置於燈箱440中，且發光元件420所發出的照明光束422經過擴散板450的擴散作用後，較為均勻地傳遞至顯示單元200。

圖3為本發明之又一實施例之觸控顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖3，本實施例之觸控顯示裝置100b與圖1A之觸控顯示裝置100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例中，觸控顯示裝置100b更包括一不可見光背光模組500，配置於顯示單元200與可見光背光模組400之間，且適於提供一不可見光束532(例如為紅外光束或其他波段 的不可見光束)。不可見光束532適於通過顯示單元200與光局限元件300，且不可見光束532適於被觸控物體50反射至光偵測器350，以讓光偵測器350感測到觸控物體50。不可見光背光模組500與發光元件340相互搭配後，可使紅外光束的強度更高，進而提升光偵測器350的辦識度。此外，可見光束422適於通過不可見光背光模組500、顯示單元200及光局限元件300，並搭載顯示單元200所提供的顯示畫面。

在本實施例中，不可見光背光模組500包括一導光板510、一分色單元520及至少一不可見光發光元件530。導光板510具有一表面512、一相對於表面512的表面514及一連接表面512與表面514的入光面516。不可見光發光元件530例如為一紅外光發光二極體、一紅外光雷射二極體或其他不可見光發光元件，且配置於入光面516旁。不可見光發光元件530適於發出不可見光束532，且不可見光束532適於經由入光面516進入導光板510中。分色單元520例如為一分色膜(dichroic film)，且配置於表面514上。分色單元520適於反射不可見光束532(例如紅外光束)，且適於讓可見光束422穿透。當導光板510中的不可見光束532傳遞至導光板510之表面(圖3以表面512為例)上的光學微結構518時，適於穿透導光板510之表面而傳遞至顯示單元200。

圖4為本發明之一實施例之觸控顯示裝置的操作方法。請參照圖1A與圖4，本實施例之操作方法可用以操作 圖1A之觸控顯示裝置100或圖2之觸控顯示裝置100a，在此以圖1A之觸控顯示裝置100為例進行說明，而圖2之觸控顯示裝置100a的操作方法可以此類推。本實施例之觸控顯示裝置的操作方法包括下列步驟。首先，執行步驟S110，即提供一觸控顯示裝置，在本實施例中即提供觸控顯示裝置100。接著，執行步驟S120，使觸控物體50(例如使用者的手指或觸控筆的筆尖)在光局限元件300上方懸空，並將觸控物體50移動至適當位置。舉例而言，使用者可使觸控物體50在接近光局限元件300但尚未接觸光局限元件300的距離平移，以將觸控物體50移動至適當的位置。之後，執行步驟S130，即當觸控物體50移動至適當位置之後，使觸控物體50接觸光局限元件300，以使第一全反射面310對於光束342的全反射作用遭到破壞，並使部分光束342穿透第一全反射面310，且利用觸控物體50將部分光束342反射至光偵測器350。當部分光束342反射至光偵測器350時，光偵測器350偵測到觸控物體50的觸控動作，此即完成一次觸控偵測。值得注意的是，本發明並不限定觸控物體50的數量。雖然本實施例是以一個觸控物體50為例，但在其他實施例中，亦可以採用複數個觸控物體50同時或不同時接觸光局限元件300，以產生單點或多點觸控。

此外，本實施例之觸控顯示裝置的操作方法亦可包括在執行步驟S110後，跳過步驟S120而直接執行步驟S130，亦即使用者在看好欲觸控的位置後，直接地讓觸控 物體50接觸光局限元件300，而沒有讓觸控物體50懸空地在光局限元件300上方平移或游移。

在本實施例之觸控顯示裝置的操作方法中，是藉由觸控物體50接觸光局限元件300時，觸控顯示裝置100才會感測到觸控動作。此外，當觸控物體50懸空於光局限元件300上方時，由於沒有破壞光局限元件300的全反射作用，則光束342不會穿透第一全反射面310而被光偵測器350偵測，此時觸控顯示裝置100不會感測到觸控動作。在習知光學觸控裝置的操作方法中，觸控物體尚未接觸到顯示區表面時，觸控物體在顯示區前的感測空間中就會被光偵測器偵測到，而作為觸控動作的判斷。如此一來，在使用習知光學觸控裝置時，使用者便無法讓觸控物體在靠近顯示區的表面之處平移，而是要先看準要觸控的位置後，才將觸控物體靠近顯示區。這樣的操作方式並不人性化，且不利於連續快速地操作。相較之下，採用本實施例之觸控顯示裝置的操作方法之使用者可讓觸控物體在靠近光局限元件之處游移，而當決定要作某觸控指令時，才讓觸控物體接觸光局限元件以完成觸控指令，因此本實施例之觸控顯示裝置的操作方法可以較為人性化的方式操作，且適於連續快速地操作，並且觸控指的下達亦為明確且便利。

綜上所述，本發明之實施例可達到下列優點或功效之至少其一。本發明之實施例之觸控顯示裝置是採用光局限元件並搭配破壞全反射的原理來產生對觸控動作的偵測。由於光局限元件與顯示單元之間的對位容易，且精確度不 需很高，因此本發明之實施例之觸控顯示裝置的組裝較為容易。此外，由於顯示單元上方可以不必設置多個導光條所構成的發光模組，因此本發明之實施例之觸控顯示裝置的整體厚度可以較薄，且由於節省材料的使用而可具有較低的成本。再者，在本發明之實施例之觸控顯示裝置的操作方法中，由於是藉由觸控物體接觸光局限元件時，才讓觸控顯示裝置感測到觸控動作，因此相較於習知光學觸控裝置的操作方法較為便利且人性化。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

50‧‧‧觸控物體

100、100a、100b‧‧‧觸控顯示裝置

200‧‧‧顯示單元

210‧‧‧對向基板

220‧‧‧液晶層

230‧‧‧主動元件陣列基板

300‧‧‧光局限元件

310‧‧‧第一全反射面

320‧‧‧第二全反射面

330、330a、330b‧‧‧入光面

340、340a、340b、420‧‧‧發光元件

342‧‧‧光束

350、350a、350b‧‧‧光偵測器

400、400a‧‧‧可見光背光模組

410、510‧‧‧導光板

412、414、512、514‧‧‧表面

416、516‧‧‧入光面

418‧‧‧光散射結構

422‧‧‧照明光束

430‧‧‧反射片

440‧‧‧燈箱

450‧‧‧擴散板

500‧‧‧不可見光背光模組

518‧‧‧光學微結構

520‧‧‧分色單元

530‧‧‧不可見光發光元件

532‧‧‧不可見光束

A‧‧‧顯示區

G‧‧‧空氣間隙

S110~S130‧‧‧步驟

圖1A為本發明之一實施例之觸控顯示裝置的剖面示意圖。

圖1B為圖1A之觸控顯示裝置的正視圖。

圖2為本發明之另一實施例之觸控顯示裝置的剖面示意圖。

圖3為本發明之又一實施例之觸控顯示裝置的剖面示意圖。

圖4為本發明之一實施例之觸控顯示裝置的操作方法。

50‧‧‧觸控物體

100‧‧‧觸控顯示裝置

200‧‧‧顯示單元

210‧‧‧對向基板

220‧‧‧液晶層

230‧‧‧主動元件陣列基板

300‧‧‧光局限元件

310‧‧‧第一全反射面

320‧‧‧第二全反射面

330、330a、330b‧‧‧入光面

340、340a、340b、420‧‧‧發光元件

342‧‧‧光束

350、350a、350b‧‧‧光偵測器

400‧‧‧可見光背光模組

410‧‧‧導光板

412、414‧‧‧表面

416‧‧‧入光面

418‧‧‧光散射結構

422‧‧‧照明光束

430‧‧‧反射片

G‧‧‧空氣間隙

Claims (13)

1. 一種觸控顯示裝置，包括：一顯示單元；一光局限元件，配置於該顯示單元的上方，且具有一第一全反射面、一相對於該第一全反射面的第二全反射面及一連接該第一全反射面與該第二全反射面的入光面；至少一發光元件，配置於該入光面旁，且適於發出一光束，其中該光束適於經由該入光面進入該光局限元件中，且該第一全反射面與該第二全反射面適於不斷地將該光局限元件中的該光束全反射，以使該光束局限於該第一全反射面與該第二全反射面之間；以及至少一光偵測器，配置於該光局限元件旁，且位於該光局限元件的上方，其中當一觸控物體接觸該第一全反射面時，該第一全反射面對於該光束的全反射作用遭到破壞，而使部分該光束穿透該第一全反射面，且該觸控物體適於直接將部分該光束反射至該光偵測器，該觸控物體不以全反射的方式將部分該光束傳遞至該光偵測器，且該觸控物體不包含光導。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該第一全反射面與該第二全反射面的粗糙度均小於等於50奈米。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該光局限元件為一透明保護層，以保護該顯示單元。
4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其 中該光局限元件與該顯示單元之間存在一空氣間隙。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該光局限元件與該顯示單元接合，且該光局限元件與該顯示單元之間沒有空氣間隙。
6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該顯示單元為一液晶顯示面板、一發光二極體陣列面板、一有機發光二極體陣列面板、一電漿顯示面板或一陰極射線管。
7. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該觸控顯示裝置具有一顯示區，且該光偵測器配置於該顯示區旁。
8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該發光元件為一紅外光源。
9. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，更包括一可見光背光模組，適於提供一照明光束，其中該顯示單元配置於該可見光背光模組與該光局限元件之間，且該照明光束適於通過該顯示單元與該光局限元件。
10. 如申請專利範圍第9項所述之觸控顯示裝置，更包括一不可見光背光模組，配置於該顯示單元與該可見光背光模組之間，且適於提供一不可見光束，其中該不可見光束適於通過該顯示單元與該光局限元件，且該不可見光束適於被該觸控物體反射至該光偵測器，該可見光束適於通過該不可見光背光模組、該顯示單元及該光局限元件。
11. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，該 第一全反射面或該第二全反射面上設置有光學塗料。
12. 一種觸控顯示裝置的操作方法，包括：提供如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置；以及利用至少一觸控物體接觸該觸控顯示裝置的該光局限元件，以使該第一全反射面對於該光束的全反射作用遭到破壞，並使部分該光束穿透該第一全反射面，且利用該觸控物體將部分該光束反射至該光偵測器，其中當部分該光束反射至該光偵測器時，該光偵測器偵測到該觸控物體的觸控動作。
13. 如申請專利範圍第12項所述之觸控顯示裝置的操作方法，更包括：使該觸控物體在該光局限元件上方懸空，並將該觸控物體移動至適當位置後，再使該觸控物體接觸該光局限元件，以完成觸控動作。