TWI611326B - 互動式顯示及讀取系統 - Google Patents

Description

互動式顯示及讀取系統

本創作關於一種顯示裝置與讀取裝置，尤指一種具有互動操作功能的顯示裝置與讀取裝置。

為使傳統平面顯示器具備便利的互動操作功能，現有技術已開發將平面顯示器與各種利用不同感測原理的觸控模組整合，形成如電阻式(resistive)、電容式(capacitive)或光學式(optical)等觸控螢幕。使用者可透過手指按壓或觸控筆接觸觸控螢幕後，實現指令或文字輸入之目的。

依據整合方式的不同，常見的觸控螢幕可區分為外掛式(added-on)觸控螢幕與內嵌式(embedded)觸控螢幕二種。其中，外掛式觸控螢幕係利用單層或上下兩層圖樣化的氧化銦錫透明導電層或奈米金屬層形成有定址特性的電容式或電阻式感測元件，然後再以外掛方式將觸控面板直接貼合於平面顯示器的外部，形成外掛式觸控螢幕。而內嵌式觸控螢幕雖是依照類似的原理，但係將其中一層氧化銦錫感測元件整合入薄膜電晶體(TFT)基板上或者將其中一層氧化銦錫感測元件置入彩色濾光片與第二偏光片之間，以分別形成in-cell或on-cell架構的內嵌式觸控螢幕。

然而，前述各種整合方式所組成之觸控螢幕皆需要將氧化銦錫感測元件接電，才能如期產生電訊號變化，並藉此提供互動操作的功能；且不論是電阻式、電容式或光學式觸控螢幕，現有技術於整合顯示裝置與觸控模組時通常需要經過繁複之製程技術與工序方能達成，致使現有技術之觸控螢幕多半存在製造成本高之缺點。此外，電阻式觸控模組之靈敏性差、耐用度不佳， 加上厚度減薄不易，因此未成為現行觸控市場之主要採用技術；電容式觸控模組若受靜電或電磁干擾則容易產生誤動作或失效狀況，光學式觸控模組則在雙手同時操作時，容易出現訊號遮蔽的問題。

有鑑於現有技術所存在之技術缺陷，本創作之目的在於提供一種有別於以往電阻式或電容式觸控螢幕等互動式顯示裝置，以克服前述觸控螢幕中用於定址的氧化銦錫或奈米金屬層感測元件需接電才能提供互動操作功能之限制，同時克服現有技術之觸控螢幕存在面積越大製作越不易與操作時的客觀環境易造成訊號動作失誤等缺點。

本創作另一目的在於節省現有技術之觸控螢幕的製程工序，提高顯示觸控產品架構之整合度，從而降低現有技術之觸控螢幕的製造成本並降低地球資源之浪費(降低排碳量)。

為達成前述目的，本創作提供一種互動式顯示裝置，其具有一顯示面板及一圖樣化偏極轉換元件(patterned polarization conversion component)，該圖樣化偏極轉換元件設置於該顯示面板上，且該圖樣化偏極轉換元件具有一基板及複數偏極轉換單元，該基板設置於該顯示面板上，該等偏極轉換單元設置於基板之第二光學面上。

具體而言，該基板具有相對之第一光學面及第二光學面，該基板之第一光學面面向該顯示面板。於其中一實施態樣中，該等偏極轉換單元可設置於基板之第二光學面上。於另一實施態樣中，該等偏極轉換單元可設置於基板之第一光學面與該顯示面板之間。

較佳的，所述顯示面板可為液晶顯示面板(LCD)、有機發光二極體顯示面板(OLED)或電子油墨顯示面板(e-paper)，但並非僅限於此。較佳的，所述顯示面板可為反射式顯示面板。

較佳的，所述圖像化偏極轉換元件之基板可由透明的材料所製得，其基板的材料例如：聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)、環烯烴聚合物(cyclo olefin polymer，COP)、尼龍(Nylon)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚乙烯(polyethylene，PE)、三醋酸纖維素(triacetate cellulose，TAC)或其組合，但並非僅限於此。

較佳的，所述圖樣化偏極轉換元件之偏極轉換單元主要由具備特定光學相位延遲(phase retardation)之材料所構成，例如液晶、纖維、非等向性高分子或其組合，此些材料能於光行進方向上提供相位差值(如△P為0至2π)之光學調制效果。此外，所述圖樣化偏極轉換元件之偏極轉換單元的形狀可為橢圓形、圓形、線形、多邊形或其組合。

較佳的，所述圖樣化偏極轉換元件之偏極轉換單元可為折射率互異之多膜層結構；具體而言，所述圖樣化偏極轉換元件之偏極轉換單元包含一第一膜層及一第二膜層，該第一膜層之折射率有別於該第二膜層之折射率。

較佳的，該等偏極轉換單元可以規則性或不規則性之排列方式分佈於該圖樣化偏極轉換元件之基板的第二光學面上。或者，該等偏極轉換單元可以規則性或不規則性之排列方式分佈於該圖樣化偏極轉換元件之第一光學面與該顯示面板之間。

較佳的，該互動式顯示裝置更具有一黏著層，該黏著層係位於該顯示面板與該基板的第一光學面之間，該黏著層之材料為矽膠系感壓膠、壓克力系光學膠或聚氨基甲酸酯(PU)系感壓膠，但並不僅限於此。

較佳的，該互動式顯示裝置更具有一光學片，該光學片係位於該顯示面板與該基板的第一光學面之間。依據本創作，所述光學片可為相位延 遲片或偏極片，其能用以調整顯示面板之出光極化特性，以搭配圖樣化偏極轉換元件之入射需求。

較佳的，該互動式顯示裝置具有至少一保護層，該等偏極轉換單元係位於該基板與該至少一保護層之間，以保護該圖樣化偏極轉換元件之偏極轉換單元。所述保護層可為抗眩層、抗反射層、硬化層、離型層、耐磨層、易擦拭層、抗污層或其組合，但並非僅限於此。

此外，本創作另提供一種互動式讀取裝置，該互動式讀取裝置係與如前述互動式顯示裝置搭配使用，該互動式讀取裝置具有一光訊號選擇器、一成像模組、一光強度感測晶片及一微電腦運算器，該光訊號選擇器用以篩選自互動式顯示裝置之光線，該成像模組配置於該光訊號選擇器上且用以將光線成像至光強度感測晶片，該光強度感測晶片用以將光線之光訊號轉換為電子訊號，並將電子訊號輸出至該微電腦運算器。

較佳的，該光訊號選擇器為偏光元件。於其中一實施態樣中，該光訊號選擇器之通光特性係與自該互動式顯示裝置之顯示面板射出且通過該互動式顯示裝置之偏極轉換單元的光線之偏光態相符，且該光訊號選擇器之通光特性係與自該互動式顯示裝置之顯示面板射出且未通過該互動式顯示裝置之偏極轉換單元的光線之偏光態不符。於另一實施態樣中，該光訊號選擇器之通光特性係與自該互動式顯示裝置之顯示面板射出且通過該互動式顯示裝置之偏極轉換單元的光線之偏光態不符，且該光訊號選擇器之通光特性係與自該互動式顯示裝置之顯示面板射出且未通過該互動式顯示裝置之偏極轉換單元的光線之偏光態相符。

較佳的，該互動式讀取裝置更具有一使用者身份辨識模組，所述辨識模組可為指紋辨識裝置或聲音辨識模組，其能用以辨識使用者的指紋或聲音訊號，並將辨識結果輸送至微電腦運算器。

較佳的，該光訊號選擇器具有一收光側及一出光側，該互動式讀取裝置更具有一內建輔助光源，該內建輔助光源設置於光訊號選擇器之收光側或出光側。

較佳的，該互動式讀取裝置更具有一無線訊號發射模組，其係與該微電腦運算器連接，用以發送該微電腦運算器計算後之電子訊號。

1‧‧‧互動式顯示裝置

10‧‧‧顯示面板

20‧‧‧圖樣化偏極轉換元件

21‧‧‧基板

22‧‧‧偏極轉換單元

22A‧‧‧偏極轉換單元

22B‧‧‧偏極轉換單元

30‧‧‧互動式讀取裝置

31‧‧‧光訊號選擇器

32‧‧‧成像模組

33‧‧‧光強度感測晶片

34‧‧‧微電腦運算器

35‧‧‧使用者身份辨識模組

B‧‧‧背景

L1‧‧‧出光

L2‧‧‧出光

P‧‧‧圖案

圖1為本創作之互動式顯示裝置的立體示意圖。

圖2為本創作之互動式顯示裝置的側面示意圖。

圖3為本創作之互動式顯示裝置中各偏極轉換單元之上視示意圖。

圖4為本創作之讀取裝置的示意圖。

圖5呈現本創作其中一實施態樣中光強度感測晶片所獲得之圖樣分佈影像圖。

圖6呈現本創作另一實施態樣中光強度感測晶片所獲得之圖樣分佈影像圖。

以下，將藉由各實施例示例說明本創作之互動式顯示裝置與互動式讀取裝置的具體實施方式，熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本創作所能達成之優點與功效，並且於不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本創作之內容。

請參閱圖1及圖2所示，本創作之互動式顯示裝置1具有一顯示面板10及一圖樣化偏極轉換元件20。所述顯示面板10為具有特定極化方向的液晶顯示面板，該圖樣化偏極轉換元件20可與前述顯示面板10搭配，並且設置於該顯示面板10之出光面上。

該圖樣化偏極轉換元件20具有一透明基板21及複數偏極轉換單元22。該透明基板21設置於顯示面板10之出光面上並且具有相對之第一光學面及第二光學面，該透明基板21之第一光學面面向該顯示面板10之出光面，該等偏極轉換單元22設置於透明基板21之第二光學面上。於本實施例中，所述透明基板21之材料為聚碳酸酯，但並非僅限於此。於其他實施態樣中，透明基板21之材料可為聚對苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、環烯烴聚合物、尼龍、聚丙烯、聚乙烯或其組合。

如圖1所示，該等偏極轉換單元22係以單一形狀之圖樣分佈，且各偏極轉換單元22之形狀為橢圓形，但並非僅限於此。於其他實施態樣中，該等偏極轉換單元22亦可以兩種以上形狀之圖樣分佈，所述偏極轉換單元22之形狀可為圓形、線形、多邊形或其組合。

於本實施例中，該圖樣化偏極轉換元件20之偏極轉換單元22的材料為具有相位延遲特性的非等向性高分子，所述偏極轉換單元22能將特定偏極化方向之光線產生相位延遲作用，以改變光線的偏振方向與偏振特性。舉例而言，當顯示面板10之出光為水平偏振時，該光線經過圖樣化偏極轉換元件20之偏極轉換單元22的作用後可被轉換為垂直偏振；或者，當顯示面板10之出光為線偏振時，該光線經過圖樣化偏極轉換元件20之偏極轉換單元22的作用後可被轉換為圓偏振；或者，當顯示面板10之出光為左旋偏振時，該光線經過圖樣化偏極轉換元件20之偏極轉換單元22的作用後可被轉換為右旋偏振。

當圖樣化偏極轉換元件20搭配具特定極化方向之液晶顯示器面板時，可依據圖樣化偏極轉換元件20表面的偏極轉換單元22改變特定區域內之光偏振方向。以圖2所示之出光為例作說明，當顯示面板之出光同為線偏振時，出光L1於通過不設有偏極轉換單元22的區域後之光偏振方向係有別於出光L2通過偏極轉換單元22的區域後的光偏振方向。據此，本創作能獲得圖樣化光 偏振分佈圖譜，此圖譜可被編譯予平面位置座標訊息、防偽訊息或密碼訊息，以作為一種互動式顯示裝置。

於本創作之圖樣化偏極轉換元件20中，該等偏極轉換單元22之排列方式可依據編碼演算法來制定，如利用單一形狀之圖樣進行空間平面上的編排，並且利用編碼演算法解讀，以實現定址之目的。以圖3所示之偏極轉換單元22之排列方式為例，各橢圓形的偏極轉換單元22於不同平面位置上之編譯訊息皆不相同。具體而言，雖然位於x=3、y=3之處的偏極轉換單元22A與位於x=5、y=3之處的偏極轉換單元22B的形狀與排列方式皆相同，但由於x=3、y=3之處周圍8個不同偏極轉換單元22的排列方式係有別於x=5、y=3之處周圍8個不同偏極轉換單元的排列方式，故能利用編碼演算法解讀圖樣化光偏振分佈圖譜，以實現定址之目的。

據此，本創作之技術手段能省略現有技術之觸控模組需製作複雜的感測元件圖樣之問題，即本創作之互動式顯示裝置能利用更為簡潔之圖樣化偏極轉換元件上之偏極轉換單元達成定址之目的，藉此克服現有技術之觸控螢幕需對氧化銦錫或奈米金屬層感測元件進行接電才能提供定址功能的限制，同時節省現有技術之觸控螢幕的製程工序，從而降低現有技術之觸控螢幕的製造成本。此外，本創作之互動式顯示裝置更能有利於簡化現有技術之觸控螢幕的製程複雜性，並且有助於大幅降低製作成大尺寸觸控螢幕的困難度。

此外，本創作另提供一種可與前述互動式顯示裝置搭配使用的互動式讀取裝置30，該互動式讀取裝置30為圖樣訊號讀取裝置，以讀取由前述互動式顯示裝置所射出之光線的圖樣化光偏振分佈圖譜。該互動式讀取裝置30可製成如市面上觸控筆之外型，但並非僅限於此。

如圖4所示，該互動式讀取裝置30具有一光訊號選擇器31、一成像模組32、一光強度感測晶片33及一微電腦運算器34。

該光訊號選擇器31設置於該寫入裝置30之末端，其係由具有特定通光特性之偏光元件所組成，藉此利用光訊號選擇器31篩選自互動式顯示裝置所射出之光線。所述光訊號選擇器31可對應互動式顯示裝置之偏極轉換單元選擇合適的偏光元件。

該成像模組32可由成像鏡片組所構成，其係配置於該光訊號選擇器31上。所述成像模組32用以接收來自互動式顯示裝置並且穿透光訊號選擇器31之光線，並將這些光線聚焦成像至光強度感測晶片33上，以便光強度感測晶片33能獲得圖樣化光偏振分佈圖譜的光訊號。於其他實施態樣中，該成像模組32亦可由光纖導光管與成像鏡頭所構成。

於其中一實施態樣中，當互動式顯示裝置上特定區域所射出之光線(即由互動式顯示裝置射出且有通過偏極轉換單元的光線)的偏光態與光訊號選擇器31的通光特性不符時，所述特定區域的光線無法經過光訊號選擇器31到達光強度感測晶片33；而互動式顯示裝置上其餘區域所射出之光線(即由互動式顯示裝置射出但未通過偏極轉換單元的光線)的偏光態因與光訊號選擇器31的通光特性相符，故該其餘區域的光線則可經過光訊號選擇器31到達光強度感測晶片33，獲得如圖5所示之暗態圖案P、亮態背景B的圖樣分佈影像。

於另一實施態樣中，當互動式顯示裝置上特定區域所射出之光線(即由顯示面板射出且有通過偏極轉換單元的光線)的偏光態與光訊號選擇器31的通光特性相符時，所述特定區域的光線能經過光訊號選擇器31到達光強度感測晶片33；而互動式顯示裝置上其餘區域所射出之光線(即由顯示面板射出但未通過偏極轉換單元的光線)的偏光態因與光訊號選擇器31的通光特性不符，故該其餘區域的光線無法經過光訊號選擇器31到達光強度感測晶片33，因而獲得如圖6所示之亮態圖案P、暗態背景B的圖樣分佈影像。

所述光強度感測晶片33用以將圖樣化光偏振分佈圖譜的光訊號轉換為電子訊號後，並且輸出至微電腦運算器34。

所述微電腦運算器34用以將獲得之電子訊號進行演算判斷出該訊號代表之意義，進而將相對應之資料或作動訊息輸出至記憶體(圖未示)或周邊接收裝置(圖未示)。舉例而言，當使用者以傳統書寫方式進行操作時，微電腦運算器34可將資料或作動訊息輸出給周邊接收裝置(如顯示器處理器)，此時該互動式讀取裝置30所辨識出的書寫軌跡可被發送至顯示器處理器，藉此於互動式顯示裝置上呈現出使用者的書寫內容。

於一較佳實施態樣中，本創作之互動式讀取裝置30更具有一使用者身份辨識模組35，所述使用者身份辨識模組35可為指紋辨識裝置，其能用以辨識使用者的指紋訊號所相對應的身份資料，並將辨識結果輸送至微電腦運算器34。

據此，當本創作之互動式顯示裝置與互動式讀取裝置搭配使用時，由於互動式顯示裝置中具有特定的偏極轉換單元且互動式讀取裝置中也具有特定的光訊號選擇器，利用具圖像化偏極轉換功能之互動式顯示裝置與具圖像化辨識功能的互動式讀取裝置搭配使用，互動式顯示裝置中顯示面板之出光在通過偏極轉換單元後的光偏振方向與未通過偏極轉換單元的光偏振方向不同，且光訊號選擇器的通光特性僅與通過偏極轉換單元後的光線或者未通過偏極轉換單元後的光線之其中一者的偏光態相符，故本創作能利用此種圖樣化偏極轉換元件上的形狀與排列方式等圖樣設計，同時利用互動式讀取裝置之光訊號選擇器，實現定址之目的，藉此提供高靈敏、高準確性之書寫功能與互動式操作功能。

此外，相較於現有技術之光學讀取裝置，本創作之互動式讀取裝置能藉由直接接收源自互動式顯示裝置並且通過光訊號選擇器之光線獲得可 供定址之圖樣化光偏振分佈圖譜，而無需額外配置IR二極體才能提供所需之光訊號。

依據本創作，所述圖樣化偏極轉換元件能直接整合於現有的顯示面板上，故本創作能提供較現有技術更簡便的整合方式及結構。據此，相較於現有之紅外線觸控模組，本創作之互動式顯示裝置於使用上也沒有遮光性問題存在，且其顯示器產品外型上更無需特別使用外框埋藏紅外線二極體與紅外線感應器等元件；而相較於現有之電阻式或電容式觸控模組，本創作之圖樣化偏極轉換元件更可有利於直接整合於現有的大尺寸顯示面板上，而無需受限於電阻式或電容式觸控模組中導電層之導電率隨尺寸變大要求越嚴苛之限制(尺寸越大，需求越低面電阻透明導電膜，導致技術困難度越高)。此外，本創作之技術手段也克服其多道貼合工序所產生大幅降低生產良率的缺點(尺寸越大量率越低)。故，本創作之互動式顯示裝置尤其可更適用於超大型顯示面板裝置，如會議用多功能顯示器、教育用電子白板等各種領域。

1‧‧‧互動式顯示裝置

10‧‧‧顯示面板

20‧‧‧圖樣化偏極轉換元件

21‧‧‧基板

22‧‧‧偏極轉換單元

Claims (12)

1. 一種互動式顯示及讀取系統，其包括一互動式顯示裝置及一互動式讀取裝置；該互動式顯示裝置具有一顯示面板及一圖樣化偏極轉換元件，該圖樣化偏極轉換元件設置於該顯示面板上，且該圖樣化偏極轉換元件具有一基板及複數偏極轉換單元，該基板設置於該顯示面板上，該等偏極轉換單元設置於基板上；該互動式讀取裝置係與該互動式顯示裝置搭配使用，該互動式讀取裝置具有一光訊號選擇器、一成像模組、一光強度感測晶片及一微電腦運算器，該光訊號選擇器用以篩選自該互動式顯示裝置之光線，該成像模組配置於該光訊號選擇器上且用以將光線成像至光強度感測晶片，該光強度感測晶片用以將光線之光訊號轉換為電子訊號，並將電子訊號輸出至該微電腦運算器；該互動式讀取裝置能在該互動式顯示裝置上書寫，藉以令該互動式讀取裝置辨識出的書寫軌跡於互動式顯示裝置上呈現；該互動式讀取裝置的該光訊號選擇器之通光特性係與自該互動式顯示裝置之顯示面板射出且通過該互動式顯示裝置之偏極轉換單元的光線之偏光態相符，該光訊號選擇器之通光特性係與自該互動式顯示裝置之顯示面板射出且未通過該互動式顯示裝置之偏極轉換單元的光線之偏光態不符；或是該互動式讀取裝置的該光訊號選擇器之通光特性係與自該互動式顯示裝置之顯示面板射出且通過該互動式顯示裝置之偏極轉換單元的光線之偏光態不符，且該光訊號選擇器之通光特性係與自該互動式顯示裝置之顯示面板射出且未通過該互動式顯示裝置之偏極轉換單元的光線之偏光態相符。
2. 如請求項1所述之互動式顯示及讀取系統，其中該互動式顯示裝置的該基板具有相對之第一光學面及第二光學面，該基板之第一光學面面向該顯示面板，該等偏極轉換單元設置於基板之第二光學面上。
3. 如請求項1所述之互動式顯示及讀取系統，其中該互動式顯示裝置的該基板具有相對之第一光學面及第二光學面，該基板之第一光學面面向該顯示面板，該等偏極轉換單元設置於基板之第一光學面與該顯示面板之間。
4. 如請求項1至3中任一項所述之互動式顯示及讀取系統，其中該互動式顯示裝置的該等偏極轉換單元之材料為液晶、纖維、非等向性高分子或其組合。
5. 如請求項1至3中任一項所述之互動式顯示及讀取系統，其中該互動式顯示裝置的各偏極轉換單元包含一第一膜層及一第二膜層，該第一膜層之折射率有別於該第二膜層之折射率。
6. 如請求項1至3中任一項所述之互動式顯示及讀取系統，其中該互動式顯示裝置的該等偏極轉換單元之形狀為橢圓形、圓形、線形、多邊形或其組合。
7. 如請求項1至3中任一項所述之互動式顯示及讀取系統，其中該互動式顯示裝置具有一光學片，其係位於該顯示面板與該基板的第一光學面之間，該光學片為相位延遲片或偏極片。
8. 如請求項1至3中任一項所述之互動式顯示及讀取系統，其中該互動式顯示裝置具有一保護層，該等偏極轉換單元係位於該基板與該保護層之間，該保護層為抗眩層、抗反射層、硬化層、離型層、耐磨層、易擦拭層、抗污層或其組合。
9. 如請求項1所述之互動式顯示及讀取系統，其中該互動式讀取裝置的該光訊號選擇器為偏光元件。
10. 如請求項1至3、9中任一項所述之互動式顯示及讀取系統，其中該互動式讀取裝置更具有一使用者身份辨識模組，其用以將辨識結果輸送至微電腦運算器。
11. 如請求項1至3、9中任一項所述之互動式顯示及讀取系統，其中該互動式讀取裝置的該光訊號選擇器具有一收光側及一出光側，該互動式讀取裝置更具有一內建輔助光源，該內建輔助光源設置於光訊號選擇器之收光側或出光側。
12. 如請求項1至3、9中任一項所述之互動式顯示及讀取系統，其中該互動式讀取裝置更具有一無線訊號發射模組，其係與該微電腦運算器連接，用以發送該微電腦運算器計算後之電子訊號。