TWI585655B - 觸控用之光學板結構、包含其之觸控式顯示面板及觸控式液晶顯示器 - Google Patents

Description

觸控用之光學板結構、包含其之觸控式顯示面板及觸控式液晶顯示器

本發明有關一種光學板結構，特別是有關一種觸控用之光學板結構、包含其之觸控式顯示面板及觸控式液晶顯示器。

現今各式電子產品的市場中，個人數位助理(PDA)、行動電話(mobile phone)、筆記型電腦(notebook)及平板電腦(tablet PC)等已廣泛的使用觸控式面板(touch panel)作為資料輸入的界面工具。觸控式面板亦能同時擁有鍵盤、滑鼠等的功能及手寫輸入等人性化的操作方式，尤其可將輸入與輸出整合在同一介面(即，顯示面板，或稱螢幕)而形成觸控式顯示面板(touch display panel)。

第1圖繪示一習知的觸控式液晶顯示面板。如第1圖所示，液晶面板10下方設有一背光單元，背光單元包括一導光板12及一設置於導光板12側面的白光LED(發光二極體)光源14。而其觸控機制是由光學式觸控機制構成，即於導光板12的另一側面(通常是與白光LED光源14相對面的一側)設置一紅外光LED光源16，其射出的紅外光亦經過導光板12直接或經過反射而到達液晶面板10的顯示側18，使用者20接近或碰觸到顯示側18時，將紅外光反射至位於液晶面板10側面上的互補式金氧半導體影像感測元件(CMOS)22而感測光線，進而轉換成電訊號，以進行觸控機制。然而，其缺點為紅外光需要通過液晶面板10，光線能量大量衰減，因此在紅外光LED發出的光線能量需要較高，因而系統效率較低，需犧牲白光亮度或更換更高亮度之紅外光LED。

因此，仍需要一種新穎的觸控用之光學板結構，以增進系統效率。

本發明之一目的是提供一種觸控用之光學板結構，其觸控機制所需的光線能量較低，系統效率較高，在應用於觸控顯示時，不影響原有顯示面板的白光背光。

本發明之另一目的是提供一種包括如上述之觸控用之光學板結構的觸控式顯示面板或觸控式液晶顯示器，其可具有如上述的優點。

依據本發明之觸控用之光學板結構包括一光學板、至少一光源及至少一光偵測器。光學板之一出光面包括有複數個微結構。至少一光源是位於光學板之一垂直高度的側邊。光源射出一第一光線進入光學板，經由光學板導光並於出光面射出一第二光線。至少一光偵測器位於光學板之一側邊或一轉角並高於出光面，用以偵測在一外物觸碰光學板時使第二光線於外物產生反射而射至光偵測器的一第三光線。

於本發明之另一方面，依據本發明之觸控式顯示面板包括如上述之觸控用之光學板結構或其變化及一位於觸控用之光學板結構下方的顯示面板。

於本發明之又一方面，依據本發明之觸控式液晶顯示器包括如上述之觸控用之光學板結構或其變化、一位於觸控用之光學板結構下方的液晶面板及一位於液晶面板下方的背光模組。

於本發明之觸控用之光學板結構中，在光學板之一出光面上具有微結構，使得在不至於大量破壞全反射下，可增加觸碰時的順暢度，及減少指紋污垢沾染；並且，光耦合進入光學板後，將以大角度方向射出，此大角度之光線經觸碰物體反射進入位於高於出光面的光偵測器，而達到觸控之機制。

第2圖繪示依據本發明之觸控用之光學板結構之一實施例。觸控用之光學板結構24包括一光學板26、至少光源28及至少一光偵測器30。光學板26之一出光面32包括有複數個微結構34。出光面32是指使用者在使用時看到的一面，光源28的光線會由此面及其上的微結構34射出。微結構34的主要功能在於提高出光量，再者，可使光學板的出光面獲得觸感，並且有抗污效果。光源28數量為一個或多個，位於光學板26之一垂直高度h的側邊。光源28射出光線38，由光學板26的側面36進入光學板26，經由光學板26內部導光，再於出光面32射出光線40及42。此光源28可為例如紫外光、可見光或紅外光光源，於人體健康與顯示器視覺品味考量下，較佳為紅外光光源，配合偵測器接收波段，更佳為近紅外光光源。紅外光中，近紅外光波長為0.75~1.5μm，中紅外光波長為1.5~5.6μm，遠紅外光波長為5.6~1000μm。可使用例如LED做為光源。光偵測器30位於光學板26之一側邊或轉角之高於出光面32的地方，用以偵測在外物(例如使用者的手指20)觸碰光學板26時使光線40於外物產生反射的光線44，而射至光偵測器30。光偵測器30為偵測光線的裝置，可為例如數位光學影像感測器(digital optical camera)，其包括例如互補式金氧半導體影像感測元件(CMOS)或電荷偶合裝置影像感測元件(CCD)。光偵測器30高於出光面32，如此，可良好偵測到於外物反射的光線。可使光偵測器30與一印刷電路板電連接，以進行觸碰位置之定位處理。

光學板的材質為可供光線穿透的材料，例如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate))、PET(聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate))、PC(聚碳酸酯(polycarbonate))、MS(為PMMA與PC的混合組成)、玻璃等等。其形狀可為均等厚度或是楔形的薄板。微結構的尺寸，以不影響視覺品味為主，可利用出光面所欲之粗糙度來決定之。微結構可藉由例如噴砂、網印、雷射雕刻、模具轉印或蝕刻方法而形成。噴砂是利用習知方法於出光面上形成顆粒做為微結構。網印是利用於出光面印上不同的折射率物質，以形成微結構。雷射雕刻是利用雷射直接於出光面上雕刻出微結構。模具轉印是利用具有微結構外形的模具以在出光面上轉印出微結構。蝕刻方法是利用遮罩圖型，將未遮蓋的出光面部分蝕刻，而形成微結構。

第3圖顯示依據本發明之觸控用之光學板結構的另一實施例的平面示意圖。其有複數個近紅外光光源46設置於光學板48的垂直高度的側邊50。複數個近紅外光光源46亦可形成一條狀光源。另有二個光偵測器52可分別設置於光學板48的二個轉角上並高於出光面。光學板48的三個側面可包覆一白反射片(white sheet)或銀反射片49，以反射近紅外光光源46的光線，回收充分利用。

第4圖顯示依據本發明之觸控用之光學板結構的又一實施例的平面示意圖。其中，可將光學板48看成有二個角落被截角的狀態，二個近紅外光光源46係分別設置於光學板48的垂直高度的二個側邊54。在光學板48的其他側面可包覆一白反射片或銀反射片49。另有二個光偵測器52分別設置於二個近紅外光光源46上並高於出光面。

依據本發明之觸控用之光學板結構可良好與電子產品結合，做為觸控輸入裝置，例如單獨做為觸控面板，或是與顯示面板整合而為一觸控式顯示面板。尤其是觸控式顯示面板的情形，對於光學板的出光面有美觀與品味的考量。例如對於觸控式液晶顯示器而言，出光面上的微結構分布，較佳使出光面具有一粗糙度Ra值在0至0.25μm之間，更佳為約0.16μm，以免影響視覺品味。另外，在微結構的分布上，較佳使得出光面之距離不可見光源較遠處的粗糙度Ra值大於距離不可見光源較近處的粗糙度Ra值。此係因為粗糙度越大，反射的光量越多；而距離不可見光源越遠處，反射的光量越少之故。簡言之，使距離不可見光源較遠處的粗糙度Ra值較大，可使整片出光面的出光量較均勻。或者，在微結構的分布上，使出光面之距離光偵測器較遠處的粗糙度Ra值大於距離光偵測器較近處的粗糙度Ra值。簡言之，使距離光偵測器較遠處的粗糙度Ra值較大，可使整片出光面被接收到的出光量較均勻。

若是考慮將觸控用之光學板結構單獨做為觸控面板，則沒有顯示面板的視覺品味問題，不須對粗糙度有特別要求，於增強出光量的考量下，可使微結構分布越密越好，此時光源亦可選擇可見光。

第5圖顯示依據本發明之觸控用之光學板結構與一顯示面板結合為一觸控式顯示面板的一實施例。觸控用之光學板結構56與一顯示面板58上下疊置而組合。例如以外貼式或外嵌式進行組合。

第6圖顯示一包括依據本發明之觸控用之光學板結構之觸控式液晶顯示器的一實施例。其中，一液晶面板60位於觸控用之光學板結構24的下方。一背光模組62位於液晶面板60的下方。詳言之，背光模組62可例如具有一背光光源64及一導光板66。於此實施例中，背光光源64是設置於導光板66的側邊。背光由液晶面板60的下表面射入，再由上表面射出，射出的光線如光線70所示。然後光線70由觸控用之光學板結構24的下表面射入，再由出光面32射出。通常，背光光源64採用白光光源，例如白光LED。觸控用之光學板結構24使用的光源28較佳為不可見光，其位於光學板26的側邊。由於具有這樣的類似前光板架構，光源28射出的光線並不必通過液晶面板60，因此不會衰減，而可增進觸控模組系統效率，而不影響顯示用白光背光。再者，若要求特定的視覺品味，可將光學板的出光面的微結構設計為使出光面具有特定之粗糙度，如上述。因此，依據本發明之觸控式液晶顯示器可謂包括一直接式的光學觸控板(direct type optical touch panel)；其不可見光源亦可充做背光，因此顯示面板系統有更高的效率；再者，光學板的出光面具有特定粗糙度，因此可抗污，而且操作觸感佳。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、60．．．液晶面板

12、66．．．導光板

14．．．白光LED光源

16．．．紅外光LED光源

18．．．顯示側

20．．．使用者

22．．．互補式金氧半導體影像感測元件

24、56．．．觸控用之光學板結構

26、48．．．光學板

28．．．光源

30、52．．．光偵測器

32．．．出光面

34．．．微結構

36．．．側面

38、40、42、44、70．．．光線

46．．．近紅外光光源

49．．．白反射片或銀反射片

50、54．．．側邊

58．．．顯示面板

62．．．背光模組

64．．．背光光源

第1圖繪示一習知的觸控式液晶顯示面板的剖面示意圖。

第2圖繪示依據本發明之觸控用之光學板結構之一實施例的剖面示意圖。

第3圖繪示依據本發明之觸控用之光學板結構的另一實施例的平面示意圖。

第4圖繪示依據本發明之觸控用之光學板結構的又一實施例的平面示意圖。

第5圖繪示依據本發明之一觸控式顯示面板的一實施例之剖面示意圖。

第6圖繪示一依據本發明之觸控式液晶顯示器的一實施例之剖面示意圖。

20．．．使用者

24．．．觸控用之光學板結構

26．．．光學板

28．．．光源

30．．．光偵測器

32．．．出光面

34．．．微結構

36．．．側面

38、40、42、44．．．光線

Claims (13)

1. 一種觸控用之光學板結構，包括：一光學板，於其一出光面包括有複數個微結構；至少一光源，位於該光學板之一垂直高度的側邊，該光源射出一第一光線進入該光學板，經由該光學板導光並於該出光面射出一第二光線；及至少一光偵測器，位於該光學板之一側邊或一轉角並高於該出光面，用以偵測在一外物觸碰該光學板時使該第二光線於該外物產生反射而射至該光偵測器的一第三光線。
2. 如請求項1所述之觸控用之光學板結構，進一步包括一印刷電路板與該光偵測器電連接，以進行觸碰位置之定位。
3. 如請求項1所述之觸控用之光學板結構，其中該光源包括紫外光、可見光、或紅外光。
4. 如請求項1所述之觸控用之光學板結構，其中該光偵測器包括一電荷偶合裝置影像感測元件或一互補式金氧半導體影像感測元件。
5. 如請求項1所述之觸控用之光學板結構，其中該等微結構包括藉由噴砂、網印、雷射雕刻、模具轉印或蝕刻方法形成的複數個微結構。
6. 如請求項1所述之觸控用之光學板結構，其中該等微結構使該出光面具有一粗糙度Ra值在0至0.25μm之間。
7. 如請求項1所述之觸控用之光學板結構，其中該等微結構使該出光面之距離該光源較遠處具有之一粗糙度Ra值大於距離該光源較近處具有之一粗糙度Ra值。
8. 如請求項1所述之觸控用之光學板結構，其中該等微結構使該出光面之距離該光偵測器較遠處具有之一粗糙度Ra值大於距離該光偵測器較近處具有之一粗糙度Ra值。
9. 如請求項1所述之觸控用之光學板結構，其中該觸控用之光學板結構包括二個光偵測器，分別設置於該光學板的二個轉角上並高於該出光面。
10. 如請求項1所述之觸控用之光學板結構，其中該觸控用之光學板結構包括二個光源，其分別設置於該光學板之二截角狀的垂直高度的側邊，及二個光偵測器，其分別位於該二光源的上方並高於該出光面。
11. 如請求項1所述之觸控用之光學板結構，其中該至少一光源包括一條狀紅外光或可見光光源，其設置於該光學板的側邊。
12. 一種觸控式顯示面板，包括：一如請求項1至11中任一項之觸控用之光學板結構；及一顯示面板，位於該觸控用之光學板結構下方。
13. 一種觸控式液晶顯示器，包括：一如請求項1至11中任一項之觸控用之光學板結構；一液晶面板，位於該觸控用之光學板結構下方；及一背光模組，位於該液晶面板下方。