TWI552055B - 包括繞射柵之光導板 - Google Patents

Description

包括繞射柵之光導板

本發明係有關於包括繞射柵之光導板。

發明背景

觸控顯示器可以用多種方式來實現。某些顯示器網羅電容式或電阻式觸控感測器，其中對於顯示器的觸控事件會導致電氣變化以指示該觸控。其它顯示器可使用光學方法，例如，受抑全內反射(FTIR)與圖像處理，以判定觸控事件的位置。

使用受抑全內反射，光線以臨界角經一光導板傳播，並且當使用者用手指觸控面板時，由於手指具有折射率高於面板，光逃逸且在接觸點處被反射。當光逃逸，或散射時，一相機可以登記反射或一光檢測器可以代替檢測傳播光的衰減來判定是否已經發生一觸控事件。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種裝置，其包含：一光導板，其包括複數個繞射柵以導致光回應於相鄰該光導板的物體的存在以藉由全內反射和散射而在該光 導板內傳播；一光發射器，其相鄰於該光導板以發射光至該等複數個繞射柵；以及一光檢測器，其相鄰於該光導板以檢測藉由該光導板傳播之光。

100‧‧‧裝置

102‧‧‧光導板

104‧‧‧光發射器

106‧‧‧光檢測器

108‧‧‧繞射柵

110‧‧‧觸控區域

200‧‧‧裝置

202‧‧‧光導板

204‧‧‧光發射器

206‧‧‧光檢測器

208‧‧‧繞射柵

210‧‧‧觸控區域

212‧‧‧物件

214‧‧‧光

302‧‧‧光導板

306‧‧‧光檢測器

308‧‧‧繞射柵

310‧‧‧觸控區域

314‧‧‧光束

316‧‧‧複數組繞射柵

402‧‧‧光導板

406‧‧‧光檢測器

408‧‧‧繞射柵

502‧‧‧光導板

504‧‧‧光發射器

506‧‧‧光檢測器

508‧‧‧繞射柵

602‧‧‧光導板

604‧‧‧光發射器

606‧‧‧光檢測器

608‧‧‧繞射柵

702‧‧‧光導板

708‧‧‧繞射柵

802‧‧‧光導板

808‧‧‧繞射柵

818‧‧‧基底

900‧‧‧系統

902‧‧‧光導板

904‧‧‧光發射器

906‧‧‧光檢測器

908‧‧‧繞射柵

922‧‧‧控制器

1000‧‧‧判定方法

1002~1008‧‧‧步驟方塊

詳細描述部分參看附圖，其中：圖1是一種包含有繞射柵之一光導板之範例裝置的方塊圖；圖2A和圖2B是例示藉由包含有繞射柵之一光導板之另一種範例裝置的光傳播範例；圖3是例示藉由包含有繞射柵之一光導板之另一種範例裝置的另一光傳播範例；圖4至8是例示包含有繞射柵之一光導板之各種其他範例裝置；圖9是一種包含有繞射柵之一光導板之範例系統的方塊圖；圖10是實行一種包含有繞射柵之一光導板之裝置的範例方法流程圖；其中各實施例可被實行。

某些實施例示於上列圖式，並在下面被詳細描述。附圖不一定是按比例繪製，並且附圖的各種特徵和視圖，為了清楚和/或簡潔，可以誇大比例或以圖解示意。

較佳實施例之詳細說明

利用受抑全內反射(FTIR)來實現之一光學為基礎觸控顯示器有時包括藉由至少一個光電耦合器光學式耦合到一光導板之複數個光發射器。光耦合器使光從光發射器被定向到適當的角度，臨界角，因而光反射並內部地傳播到光導板，而不是垂直地穿過光導板的光的某些部分 丟失，以便達成觸控檢測的目的。

光耦合器，雖然有利於將光線定向進入臨界角，其有時可能會實質地增加顯示器的尺寸，至少在該光電耦合器被佈置在光發射器和光導板之間的情況。而這種增加的尺寸對於一些應用是可以接受的，其他應用可能會在減小尺寸時看到好處。

圖1示出一範例性裝置100，其包括一光導板102、一相鄰於光導板102以發射光到光導板102之光發射器104、以及一相鄰於光導板102以檢測藉由光導板102所傳播之光的光檢測器106。光導板102可包括複數個繞射柵108，並且可包括接收觸控輸入之觸控區域110。在各種實作中，觸控區域110可以藉由一第一主表面的外圍被界定，並且發射器104及光檢測器106可以被設置為相鄰於第二主表面，與該第一主表面相對，如圖所示。如本文所用，術語“主表面”可以被用來界定光導板102的較大區域表面，其可具有兩個相對的主表面，其長度和寬度比光導板102之厚度較大(亦即，兩個主表面之間的距離)。類似地，“次表面”可以是指在兩個相對的主表面之間的表面。

光發射器104可以產生至少一光束形式的光。光發射器104可包括，例如，一個或複數個雷射，一個或複數個發光二極體(“LED”)，等等。

光發射器104的光可藉由經由光導板102的複數個繞射柵108直接地被光導板102接收，而無需使用光耦合器。該等複數個繞射柵108可將來自光發射器104的光散射 成以一角度進入光導板102的相應多條定向光線而藉由全內反射在光導板102內傳播。相鄰於光導板102的觸控區域110的物件存在(在本文中稱為“觸控事件”)可能會導致傳播光，以到達光檢測器106的光數量的相應變化而根據FTIR散射。所檢測到的變化可允許用於判定觸控事件的位置，如本文更完整之描述。

因繞射柵108允許用於定向光呈適合於FTIR的臨界角，相較於包括沒有繞射柵之光導板的裝置，裝置100可以更低的複雜度構成。例如，本文中所描述的光導板可以允許避免使用體積龐大的光耦合器以定向光束成適於全內反射之角度。因此，光發射器104和光檢測器106可以佈置成相鄰於該光導板102，其可允許更緊湊的設計。在一些實施方式中，光發射器104及/或光檢測器106可實際上緊靠在光導板102。

在各種實作中，裝置100包括複數個發光器104和/或複數個光檢測器106。在這些實作的各者中，藉由一個光發射器104發射之光可藉由一個光檢測器106或複數個光檢測器106來檢測，因而該裝置100包括每個光發射器104有一個光檢測器106，每個光發射器104有複數個光檢測器106，或每個光檢測器106有多於一個光發射器104。各種實作中，光發射器104及/或光檢測器106可藉由透光性粘合劑、環氧樹脂或膠水或其它耦合器，例如，邊緣扣件或類似者，或可經空氣傳播光，以耦合到光導板102。

雖然在示例的實作中包括光發射器104和光導板 102之間，及光檢測器106和光導板102之間的繞射柵108，其它配置是可能的。在一些實施方式中，繞射柵108可以自光檢測器106和光導板102(在別處示出)之間被略去。

藉由一光導板傳播光的一個例子，根據本文中所描述的各種實施方式，被展示於圖2A和圖2B。在圖2A中，光發射器204經由繞射柵208發射光214到光導板202，以使光214以一定的角度被發送到光導板202，而在光導面板202內藉由全內反射傳播光214。一觸控事件，例如，相鄰於光導板202的一個物件212之存在(例如，一手指)可能會導致光214散射，如圖2B所示。由於物件212的光214之散射可能導致光214的數量的衰減，其繼續傳播經由光導板202，並且因此，由光檢測器206所檢測。由光檢測器206所檢測的這種光214數量變化可指示給裝置200，光導板202的觸控區域210之觸控已沿光214的路徑發生。

圖3示例利用光導板302的另一例光傳播，其具有範例的繞射柵308、光發射器(在此視圖被繞射柵308阻擋)以在光導板302的相對側上之光檢測器306(在這種情況，下側)、以及觸控區域310，所有者以虛線示出。

同時還示出自多組316繞射柵308之光束314路徑範例表示，也以虛線示出。各虛線箭頭不一定代表各者分別的光束314，而也可以代替地表示光束314的路徑的角展度。應注意的是，該光束314可以具有不同於圖示的角展度、形狀和跡線。

如圖所示，該等複數個繞射柵308可包括複數組 316實質上平行的槽316，其樣型可散射光成為相應的複數個定向光束314而進入到光導板302。各組316之繞射柵318可以藉由繞射柵長度L、繞射柵寬度W、槽方位θ和間距Λ而指定。各組316之繞射柵318可發射一定向光束314，其方向藉由槽方位和繞射柵間距而受控制，並可具有由繞射柵的長度和寬度來控制的角展度△Θ，如下所示：

其中λ是定向光束314的波長。槽方位，由繞射柵方位角θ指定，以及繞射柵間距或周期，由Λ指定，可控制定向光束314的方向。同樣地，各組316之繞射柵308可以被組態以有效地操縱光進入觸控區域310而最大化由光發射器304發射傳播經觸控區域310的光數量，且最小化觸控區域310的周界以外的光損失，而沒有死點且在觸控區域310的角落部有觸控覆蓋。

為了判定一觸控事件的位置，各光檢測器306可判定預期光數量的變化且從光檢測器306的組合可提供對觸控事件的位置資訊。例如，對於在圖3中示出的裝置300，沿一個水平邊緣(x軸)的光檢測器306和沿著一個垂直邊緣(y軸)的光檢測器306可判定預期數量的衰減。結合x位置和y位置可以提供觸控事件的座標。

如圖所示，在上述實施例中，光發射器和光檢測器沿著相鄰於光導板的主表面上的光導板的周邊被交錯。在各種其他實施方式中，光發射器和光檢測器可以具 有不同的配置。例如，如於圖4中所示，光發射器(被繞射柵408遮擋)可沿光導板402的兩個相鄰的周邊緣被設置，並且光檢測器306可沿光導板402的相對周邊緣被設置。在其他未示出的實施例中，該等光發射器可沿一第一周邊緣設置且光檢測器沿相對的第二周邊緣設置。在其它未示出的實施例中，光發射器和光檢測器306可依不同於圖3所示之一些其它樣型進行交錯。各種其它組態在本揭示的範圍內也是可能的。

在各種實施例中，光發射器和/或光檢測器，可以沿著光導板的一次表面佈置，如圖5和圖6中所示。在圖5中，光導板502包括沿著光導板502的一次表面之繞射柵508，其光發射器504相鄰於光導板502的次表面上，使得繞射柵508於光發射器504和光導板502之間。同樣地，光檢測器506被設置為相鄰光導板502的相對次表面。在其他實作中，如在圖6所示，光檢測器606可以被設置在相鄰於光導板602之一主表面上，而繞射柵608和光發射器604沿光導板602的一次表面。各種其它組態在本揭示的範圍之內是可能的。

本文中所描述的繞射柵的各種實作中，可以使用任何數目的製造操作而形成。在一些實作中，繞射柵可以藉由壓印光刻操作來形成。在一些這樣的實作中，一壓印光刻操作可使用捲對捲技術製造，其可允許光導板大量製造。光導板可以壓印且使用於一個單獨的顯示板，或者可以使用控件或合適的粘合劑，環氧樹脂或固化膠水，被 連接或層疊到另一基底以形成顯示板。在一些後者的例子中，光導板可以包括一薄膜，其可印有繞射柵，然後貼到另一基底(例如，一剛性基底)。在各種實作中，光導板可以包括任何合適的材料，例如，但不限於，塑料或玻璃。

在一些實作中，繞射柵可以藉由一加性或減性光刻操作形成。在一些前面的實作中，繞射柵可以藉由光罩(例如，光阻劑)、曝光、顯影、並在光導板的暴露區域的蝕刻或光導板的曝光區域材料沉積以形成繞射柵。

相比於如圖2A/2B所示光導板的凹進繞射柵，圖7示出包括繞射柵708之光導板702，其相對於光導板702的其餘表面凸起。在各種實作中，圖7的光導板702的繞射柵708可以由上述的光刻法操作來形成。圖8示出另一實施例的光導板802，其中包括繞射柵808的薄膜820被佈置在基底818上以形成光導板802，各種其它組態在本揭示的範圍之內是可能的。

在本文說明的光導板及包括各光導板之裝置，可以是獨立的設備，或者可以被併入到各種類型的系統，例如示於圖9中之系統900。在各種實作中，系統900可以是系統例如，但不限於，顯示設備、桌上型電腦、筆記型電腦、掌上電腦、平板電腦、可轉換電腦、智慧型手機、個人數位助理、行動電話、電視、零售點電腦、遊戲電腦、或者數位相機。

如圖所示，系統900可以包括具有繞射柵908之 光導板902，相鄰於光導板902之至少一個光發射器904、和相鄰於光導板902之至少一個光檢測器906。如本文中所描述，繞射柵908可導致光以一定的角度被發射到光導板902以藉由光導板902的全內反射傳播光且回應於相鄰於光導板902的觸控區的物體之存在而散射光。光發射器904可發射光至繞射柵908且光檢測器906可檢測藉由光導板902傳播之光。

系統900可以進一步包括控制器922。在各種實作中，控制器922可判定在由光檢測器906檢測到的光數量的變化。控制器922然後可以基於至少部分變化而識別相鄰於物件的光導板902之一位置。

根據本文中所描述的各種實作，描述用於判定包括複數個繞射柵之光導板觸控事件的位置的一種方法1000的流程圖示出在圖10中。雖然流程圖展示在一個特定順序的各操作，該圖並不打算將本發明限制於任何特定的順序。此外，該圖並不打算暗示所有實作所需的所有操作。

現在轉到圖10，用於判定包括複數個繞射柵的一個光導板之觸控事件位置之方法1000，可開始或繼續進行到方塊1002，其在包括複數個繞射柵之光導板的第一位置提供光。該光可以由一個光源來提供，例如，至少一個光發射器。在一區域將光提供給包括繞射柵之光導板，可以藉由全內反射使光在光導板內傳播。傳播的光可以至少部分地回應於相鄰於光導板的物體的存在而散射。

該方法1000可以繼續到方塊1004，其在光導板的第二位置處檢測光。該光可以藉由至少一個光發射器來檢測。在各種實作中，一光發射器可以被組態為檢測來自複數個光發射器的光。

該方法1000可以繼續至方塊1006，其判定由光檢測器檢測到的光數量的變化。在各種實作中，光發射器可提供第一數量的光到光導板的第一位置，並且光檢測器可以檢測在第二位置的第二光數量。光數量的變化(亦即，第一數量和第二數量之間的差)可以指示由於至少部分的散射(亦即，FTIR)，一觸控事件已經發生。光數量的變化一般是由於散射使到達光檢測器的光數量的衰減。

該方法1000可以繼續至方塊1008，其至少部分基於由光檢測器檢測到的光數量的變化，而辨識相鄰物件的光導板的第三位置。在各種實作中，該第三位置也可以設置在光導板的觸控區域，並在至少一些這些實作中，該觸控區域可以由光導板的周圍來界定。在一些實作中，光發射器及/或光檢測器可沿光導板的周邊緣設置。

實施例的各種論點使用本領域技術人員通常使用的術語被說明，以傳達其工作的實質內容至本技術領域其他人員。對於本技術領域人員，將是顯而易見不同實施例可以只用一些所描述論點被實施。出於解釋之目的，具體的數字、材料和配置被闡述，以便提供示例實施例的全面理解。熟習本技術領域的人員將是顯而易見，不同實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實施。在其他實例 中，習知的特徵被省略或簡化，以免混淆本示範性實施例。

雖然某些實施例已被圖示和描述，熟習本技術領域者應理解，被計算以實現相同目的之不同及/或等效實施例之廣泛變化可以替換所展示及說明之實施例而不脫離本發明的範圍。熟習本技術領域者將理解，實施例可在各種的方式來實現。本申請旨在涵蓋本文所討論的實施例的任何調適或變化。因此，顯然意圖該等實施例僅由申請專利範圍及其等效者來界定。

100‧‧‧裝置

102‧‧‧光導板

104‧‧‧光發射器

106‧‧‧光檢測器

108‧‧‧繞射柵

110‧‧‧觸控區域

Claims (14)

1. 一種包括光導板之裝置，其包含：該光導板，其包括複數個繞射柵以導致光回應於相鄰該光導板的一物體的存在以藉由全內反射和散射光而在該光導板內傳播；一光發射器，其相鄰於該光導板以發射光至該等複數個繞射柵；以及一光檢測器，其相鄰於該光導板以檢測藉由該光導板傳播之光；其中該光導板包含一基板和設置在該基板上的一薄膜，並且其中該薄膜包括該等複數個繞射柵。
2. 如請求項1的裝置，其中該光檢測器檢測來自光發射器的一光數量，且其中回應於相鄰該光導板的該物體的存在之光散射導致由光檢測器檢測到的該光數量之衰減。
3. 如請求項1的裝置，其中該光發射器相鄰於該光導板的一表面之一第一周邊緣，並且其中該光檢測器相鄰於該光導板的該表面之一第二周邊緣。
4. 如請求項1的裝置，其中該光導板包括一主表面，並且其中一觸控區域是由該主表面的一周圍所界定。
5. 如請求項4的裝置，其中該主表面是一第一主表面，其中該光導板包括一第二主表面，相對於該第一主表面，並且其中該光發射器和該光檢測器相鄰於該光導板之該第二主表面。
6. 如請求項1的裝置，其中該光發射器包括於複數個光發射器之中，並且其中該光檢測器包括於複數個光檢測器之中。
7. 如請求項1的裝置，其中該等複數個繞射柵包括複數組實質上平行之溝槽，該等溝槽被構樣型以散射光成為相應的複數個方向光束而進入到該光導板。
8. 如請求項7的裝置，其中複數組實質上平行之溝槽的一組溝槽之繞射柵間距和繞射柵方位控制由該組溝槽散射的光方向。
9. 如請求項7的裝置，其中該組溝槽之繞射柵長度與繞射柵寬度控制由該組溝槽散射的光之一角展度。
10. 如請求項1的裝置，其中該裝置是選自下列之一者：一顯示裝置、桌上型電腦、筆記型電腦、一手持式電腦、一平板電腦、一可轉型電腦、一智慧型電話、一個人數位助理、一手機、一電視、一電腦銷售點、一遊戲電腦、或者一數位相機。
11. 一種用於判定觸控事件的位置之方法，其包含下列步驟：提供光於一光導板的一第一位置，該光導板包括複數個繞射柵以導致光至少部分地回應於相鄰該光導板的一物體的存在以藉由全內反射和散射而在該光導板內傳播；檢測在該光導板的一第二位置的光；以及至少部分地基於由光檢測器檢測到的一光數量的 一變化而識別相鄰於該物體之該光導板的一第三位置；其中該光導板包含一基板和設置在該基板上的一薄膜，並且其中該薄膜包括該等複數個繞射柵。
12. 如請求項11的方法，進一步包含判定由該光檢測器檢測到的該光數量的該變化。
13. 如請求項11的方法，其中該提供光之步驟包含提供光的一第一數量到該第一位置，其中該檢測光之步驟包含檢測在該第二位置之光的一第二數量，並且其中該方法進一步包含判定在該第一數量和該第二數量之間的差異。
14. 一種包括光導板之裝置，其包括：一顯示器，其包含：該光導板，其具有複數個繞射柵以導致光藉由全內反射而在該光導板內傳播；一光發射器，其相鄰於該光導板以經由該等複數個繞射柵將光發射到該光導板；及一光檢測器，其相鄰於該光導板以檢測由該光導板傳播的光；以及一控制器，其用以判定由該光檢測器檢測的一光數量的一變化，並且至少部分地基於該變化而識別一觸控事件的位置其中該光導板包含一基板和設置在該基板上的一薄膜，並且其中該薄膜包括該等複數個繞射柵。