TWI612457B - 使用於光學觸敏裝置中之擴充光學波導 - Google Patents

使用於光學觸敏裝置中之擴充光學波導 Download PDF

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TWI612457B
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Abstract

本發明揭示一種能夠判定多個同時觸控事件之位置之光學觸敏裝置。該光學觸敏裝置包含透過該光學觸敏裝置上之表面上之一波導與一光學耦合器總成耦合之多個發射器及偵測器。各發射器產生經由全內反射而在該波導中傳播且由該等偵測器接收之光束。觸控事件干擾該等光束，且基於該等干擾而判定該等觸控事件。該光學觸敏裝置進一步包含插入於該波導與一顯示表面之間之一中間層。該中間層維持該波導中之光束傳播且對可見光透明。該光學觸敏裝置可進一步包含至少一框架區、至少一靜滯區及/或至少一固定圖形區。

Description

使用於光學觸敏裝置中之擴充光學波導 相關申請案之交叉參考
本申請案主張2012年7月24日提交之美國臨時申請案第61/674,958號及2012年9月14日提交之美國臨時申請案第61/701,141號之權利，該等案之全文以引用方式併入本文中。
本發明大體上係關於光學觸敏裝置，特定言之，本發明係關於一種使用於一光學觸敏裝置中之擴充光學波導。
用於與計算裝置互動之光敏顯示器變得日益普遍。存在用於實施觸敏顯示器及其他觸敏裝置之諸多不同技術。此等技術之實例包含(例如)電阻式觸控螢幕、表面聲波觸控螢幕、電容式觸控螢幕及某些類型之光學觸控螢幕。
然而，此等方法之諸多者目前存在缺點。例如，一些技術可非常適合於小尺寸顯示器(如諸多現代行動電話中所使用)，但不適合於較大螢幕尺寸(如膝上型電腦或甚至桌上型電腦之顯示器中所使用)。 一些技術之另一缺點為：其等無法或難以處置多點觸控事件。一多點觸控事件發生在多個觸控事件同時發生時。另一缺點在於：技術無法滿足日益提高之解析度要求。
一些光學觸敏裝置之另一缺點在於：此等裝置中之光學波導中 之光傳播可藉由將具有未知光學性質之材料(例如一顯示器)附接至該光學波導而改動。光通常經由全內反射(TIR)而在此一光學波導中傳播。TIR通常需要使光受困於具有比其周圍材料(通常為具有約1之一折射率之空氣)高之一折射率之一傳輸介質中。具有未知光學性質或與TIR不相容之光學性質之任何物體(其與光學波導接觸)將可能減少在波導中傳播之光能。此可使觸控誘發之傳輸損耗更難以量測且降低觸控感測穩健性以負面影響此一光學觸敏裝置之觸控感測效能。
因此，需要使用於光學觸敏系統中之擴充光學波導。
一種光學觸敏裝置能夠判定多個同時觸控事件之位置。在一實施例中，該光學觸敏裝置包含透過該光學觸敏裝置上之表面上之一波導與一光學耦合器總成耦合之多個發射器及偵測器。該波導在一顯示器之一表面上延伸，且具有一頂面及一底面。各發射器產生經由全內反射而在該波導中傳播且由該等偵測器接收之光束。該波導之該頂面上之觸控事件干擾該等光束，且基於該等干擾而判定此等觸控事件。該光學觸敏裝置進一步包含插入於該波導之該底面與該顯示器之該表面之間之一中間層，其中該中間層維持該波導中之光束傳播且對可見光透明。
在一實施例中，該光學觸敏裝置進一步包含至少一框架區。各框架區包含一暗油墨層及一覆蓋層。該暗油墨層對可見光不透明。該覆蓋層插入於波導之底面與該暗油墨層之間，該覆蓋層維持波導中之光束傳播且對可見光透明。
在一實施例中，該光學觸敏裝置進一步包含至少一靜滯區。各靜滯區包含具有一頂面及一底面之一覆蓋層。該覆蓋層之該底面實體地耦合至波導之頂面。該覆蓋層維持波導中之光束傳播且使該靜滯區對該覆蓋層之該頂面上之觸控不敏感。該覆蓋層之該頂面可實體地耦 合至視覺上給該靜滯區定界之一暗油墨層。
在一實施例中，該光學觸敏裝置進一步包含用於顯示固定圖形之至少一固定圖形區。各固定圖形區包含耦合於中間層下方之一暗油墨層。該暗油墨層對可見光不透明，且當透過波導觀看該暗油墨層時，該暗油墨層形成該等固定圖形。當對應於該固定圖形區之觸敏表面之區域中接收觸控事件時，該光學觸敏裝置經組態以執行與該等固定圖形相關聯之預定功能。
100‧‧‧光學觸敏裝置
110‧‧‧控制器
120‧‧‧發射器/偵測器驅動電路
130‧‧‧觸敏表面總成
131‧‧‧主動區域
140‧‧‧觸控事件處理器
200‧‧‧程序
210‧‧‧實體階段/區塊
220‧‧‧處理階段
302‧‧‧光束
304‧‧‧觸控物體
306‧‧‧頂面
600‧‧‧光學觸敏裝置
602‧‧‧耦合器/側耦合光學耦合器總成
604‧‧‧波導
606‧‧‧發射器/偵測器
608‧‧‧印刷電路板(PCB)
610‧‧‧環境光罩
612‧‧‧紅外線(IR)透射層
614‧‧‧環境光吸收表面
616‧‧‧顯示模組/螢幕模組
630‧‧‧耦合表面
636‧‧‧氣隙
700‧‧‧光學觸敏裝置
702‧‧‧耦合器/邊緣耦合光學耦合器總成
722‧‧‧反射表面
724‧‧‧透明/反射表面
730‧‧‧耦合表面
802‧‧‧耦合器
804‧‧‧波導
806‧‧‧發射器/偵測器
810‧‧‧光罩
816‧‧‧顯示模組
830‧‧‧耦合表面
900‧‧‧光學觸敏裝置
902‧‧‧耦合器
904‧‧‧波導
930‧‧‧耦合表面
1000‧‧‧光學觸敏裝置
1002-1‧‧‧耦合器部件
1002-2‧‧‧耦合器部件
1002-3‧‧‧耦合器部件
1002a‧‧‧耦合器
1002b‧‧‧耦合器
1004‧‧‧波導
1005a‧‧‧介面
1005b‧‧‧介面
1006‧‧‧發射器/偵測器
1008a‧‧‧印刷電路板(PCB)
1008b‧‧‧印刷電路板(PCB)
1016‧‧‧顯示模組
1030‧‧‧耦合表面
1030a‧‧‧耦合表面
1040‧‧‧光學膠(OCA)層
1050‧‧‧中間層
1100‧‧‧光學觸敏裝置
1130‧‧‧耦合表面
1150‧‧‧中間層
1160‧‧‧紅外線(IR)油墨層
1202‧‧‧耦合器
1250‧‧‧中間層
1260‧‧‧紅外線(IR)油墨層
1270a‧‧‧暗油墨層
1270b‧‧‧暗油墨層
1304‧‧‧波導
1330‧‧‧耦合表面
1350‧‧‧中間層
1362‧‧‧紅外線(IR)黑色耦合器
1364‧‧‧延伸翼
1370‧‧‧暗油墨層
1404‧‧‧波導
1450‧‧‧覆蓋層
1470‧‧‧暗油墨層
1504‧‧‧波導
1516‧‧‧顯示模組
1550‧‧‧中間層
1570‧‧‧暗油墨層
1572‧‧‧空隙區域
1580‧‧‧固定圖形區
1610‧‧‧步驟
1612‧‧‧玻璃
1620‧‧‧步驟
1622‧‧‧遮罩層
1630‧‧‧步驟
1632‧‧‧中間層
1640‧‧‧步驟
1650‧‧‧步驟
1652‧‧‧紅外線(IR)油墨層
1660‧‧‧步驟
1662‧‧‧耦合器總成
1670‧‧‧步驟
1672‧‧‧暗油墨層
1680‧‧‧步驟
1682‧‧‧暗油墨層
1710‧‧‧步驟
1712‧‧‧玻璃
1720‧‧‧步驟
1722‧‧‧襯層
1730‧‧‧步驟
1732‧‧‧中間層
1740‧‧‧步驟
1742‧‧‧光學膠(OCA)層
1750‧‧‧步驟
1752‧‧‧紅外線(IR)黑色耦合器總成
1760‧‧‧步驟
1762‧‧‧暗油墨層
參考附圖，現將以舉例方式描述本發明之實施例，其中：圖1係根據一實施例之一光學觸敏裝置之一圖式。
圖2係根據一實施例之用於判定觸控事件之位置之一流程圖。
圖3A至圖3B繪示用於與一光束之一觸控互動之一受抑TIR機構。
圖3C繪示用於增強透射之與一光束之一觸控互動。
圖4A至圖4C係不同形狀之光束覆蓋區之俯視圖。
圖5A至圖5B係繪示發射器及偵測器之主動區域覆蓋範圍之俯視圖。
圖6係包含一側耦合光學耦合器總成之一光學觸敏裝置之一側視圖。
圖7係包含一邊緣耦合光學耦合器總成之一光學觸敏裝置之一側視圖。
圖8A至圖8B係包含一側耦合光學耦合器總成及一顯示模組之一光學觸敏裝置之俯視圖。
圖9係包含一側耦合光學耦合器總成之一光學觸敏裝置之一透視圖。
圖10A係具有顯示器與波導之間之一氣隙之一光學觸敏裝置之一側視圖。
圖10B係具有一擴充波導之一光學觸敏裝置之一側視圖。
圖10C係具有一擴充波導之一光學觸敏裝置之一側視圖，其中光束穿過中間層以到達發射器/偵測器。
圖11A係具有使用一紅外線(IR)油墨層之一框架之一光學觸敏裝置之一俯視圖。
圖11B係具有使用一IR油墨層之一框架之一光學觸敏裝置之一側視圖。
圖12A至圖12C係繪示由一IR油墨層及一暗油墨層製成之一框架的一光學觸敏裝置之側視圖。
圖13係繪示由一IR黑色光學耦合器及一暗油墨層製成之一框架的一光學觸敏裝置之一側視圖。
圖14係繪示靜滯區的一光學觸敏裝置之一側視圖。
圖15A係繪示一固定圖形區的一光學觸敏裝置之一俯視圖。
圖15B係繪示一固定圖形區的一光學觸敏裝置之一側視圖。
圖16繪示具有使用一IR油墨層及一暗油墨層之一框架之一光學觸敏裝置之製造步驟之序列。
圖17繪示具有使用一IR黑色光學耦合器及一暗油墨層之一框架之一光學觸敏裝置之製造步驟之序列。
I.引論
A.裝置概述
圖1係根據一實施例之一光學觸敏裝置100之一圖式。光學觸敏裝置100包含一控制器110、發射器/偵測器驅動電路120及一觸敏表面總成130。觸敏表面總成130包含其上將偵測到觸控事件之一主動區域131。為了方便，主動區域131有時可被稱為主動表面或表面，此係因為主動區域本身可為一完全被動結構(諸如一光學波導)。觸敏表面總成130亦 包含沿主動區域131之周邊配置之發射器及偵測器。在此實例中，存在標記為Ea至Ej之J個發射器及標記為D1至Dk之K個偵測器。該裝置亦包含一觸控事件處理器140，其可實施為控制器110之部分或如圖1中所展示般單獨被實施。一標準化API可用於與觸控事件處理器140通信，例如在觸控事件處理器140與控制器110之間或在觸控事件處理器140與連接至該觸控事件處理器之其他裝置之間通信。
發射器/偵測器驅動電路120充當控制器110與發射器Ej及偵測器Dk之間之一介面。發射器產生由偵測器接收之「光束」。較佳地，由一個發射器產生之光由一個以上偵測器接收，且各偵測器自一個以上發射器接收光。為了方便，「光束」將意指自一發射器至一偵測器之光，但其可為進入諸多偵測器之一大扇形之光之部分，而非一單獨光束。自發射器Ej至偵測器Dk之光束將被稱為光束jk。圖1明確標記光束a1、a2、a3、e1及eK作為實例。主動區域131內之觸控將干擾某些光束以因此改變偵測器Dk處之接收內容。將與此等改變有關之資料傳送至觸控事件處理器140，觸控事件處理器140分析該資料以判定表面131上之觸控事件之(若干)位置(及次數)。
B.程序概述
圖2係根據一實施例之用於判定觸控事件之位置之一流程圖。將使用圖1之裝置來繪示此程序。程序200大致被分成將被稱為一實體階段210及一處理階段220之兩個階段。在概念上，該兩個階段之間之分界線係一組透射係數Tjk。
相較於不存在與光束互動之觸控事件時之透射，透射係數Tjk係光束自發射器j至偵測器k之透射率。
此特定量測之使用僅為一實例。可使用其他量測。特定言之，因為吾人最關注中斷光束，所以可使用諸如(1-Tjk)之一逆量測(其通常為0)。其他實例包含吸收、衰減、反射或散射之量測。另外，儘管 圖2被解釋使用Tjk作為實體階段210與處理階段220之間之分界線，但Tjk無需被明確計算。亦無需明確劃分實體階段210與處理階段220。
返回至圖2，實體階段210係自實體設置判定Tjk之程序。處理階段220自Tjk判定觸控事件。圖2中所展示之模型在概念上係有用的，此係因為其使實體設置及下伏實體機構與後續處理在一定程度上分離。
例如，實體階段210產生透射係數Tjk。觸敏表面總成130之諸多不同實體設計係可行的，且將根據最終應用而考量不同設計權衡。例如，發射器及偵測器可更窄或更寬，具有更窄角或更寬角，具有各種波長，具有各種功率，相干或不相干，等等。作為另一實例，不同類型之多工傳輸可用於允許來自多個發射器之光束由各偵測器接收。
區塊210之內部展示程序200之一可能實施方案。在此實例中，發射器將光束發射至多個偵測器(212)。橫跨觸敏表面而行進之該等光束之部分受觸控事件干擾。該等偵測器自該等發射器接收呈一多工光學形式之該等光束(214)。解多工該等所接收之光束(216)以使個別光束jk彼此區分。接著，判定各個光束jk之透射係數Tjk(218)。
亦可以諸多不同方式實施處理階段220。候選觸控點、線成像、位置內插、觸控事件模板及多通方法係可用作為處理階段220之部分之技術之全部實例。
Ⅱ.實體設置
可以諸多不同方式實施觸敏裝置100。下文係設計變動之一些實例。
A.電子器件
相對於電子態樣，應注意，圖1具例示性及功能性。可在相同組件中一起實施來自圖1中之不同方框之功能。
B.觸控互動
可使用用於與一光束之一觸控互動之不同機構。一實例係受抑全內反射(TIR)。在受抑TIR中，一光束藉由全內反射而受限於一光學波導且該觸控互動以某一方式干擾該全內反射。圖3A至3B繪示用於與一光束302之一觸控互動之一受抑TIR機構。
觸控互動亦可為直接或間接的。在一直接互動中，觸控物體304(例如一手指或觸控筆)係與光束302互動之物體。例如，一手指可具有比空氣高之一折射率以因此在該手指與波導之一頂面306直接接觸時抑制TIR。在一間接互動中，觸控物體與一中間物體互動，該中間物體與光束互動。例如，手指可引起一高折射率物體與波導接觸，其可引起波導之周圍材料之折射率之一變化。
應注意，一些類型之觸控互動可用於量測接觸壓力或觸控速度，以及觸控之存在。亦應注意，一些觸控機構可增強透射而非減弱透射或可增強透射及減弱透射。圖3C繪示用於增強透射之與一光束之一觸控互動。為了簡單，在此描述之剩餘部分中，將假定觸控機構主要具阻斷性，其意謂：自一發射器至一偵測器之一光束將被一介入觸控事件部分或完全阻斷。此為非必需的，但其便於繪示各種概念。
為了方便，觸控互動機構有時可被分類為二元或類比。二元互動係基本上具有以觸控為函數之兩種可能回應之互動。實例包含非阻斷及完全阻斷、或非阻斷及10%+衰減或非受抑TIR及受抑TIR。一類比互動係對觸控具有一「灰階」回應之互動：非阻斷連續地或以一漸變或步進方式自部分阻斷變成阻斷。
C.發射器、偵測器及耦合器
各發射器將光發射至諸多偵測器。通常，各發射器將光同時輸出至一個以上偵測器。類似地，各偵測器自諸多不同發射器接收光。光束可為可見光、紅外線(IR)光及/或紫外線(UV)光。術語「光」意指包含此等波長之全部，且諸如「光學」之術語應被相應地解譯。所關 注之波長範圍涵蓋廣泛光譜，其包含(但不限於)自200奈米至2000奈米之一範圍或該範圍內之任何子範圍(其包含(例如)800奈米至980奈米)。
發射器之光源之實例包含發光二極體(LED)及半導體雷射。亦可使用IR源。光束之調變可為外部的或內部的。偵測器之感測器元件之實例包含電荷耦合裝置、光二極體、光敏電阻器、光電晶體及非線性全光偵測器。
發射器及偵測器亦可包含光學器件及/或電子器件，以及主光源及感測器元件。例如，發射器及偵測器可併入或附接至透鏡以擴散及/或準直發射光或入射光。另外，不同設計之一或多個光學耦合總成(耦合器)可用於將發射器及偵測器耦合至波導。波導、耦合器及任何介入光學元件全部具有比空氣之折射率高之一類似折射率以促進各光束在整個光學路徑中之TIR。可使用具有與波導及耦合器類似之一折射率之一黏合劑來將此等元件實體地耦合在一起。替代地，在沿光學路徑之各種點處，元件之間可存在氣隙以替代一黏合劑。
D.光束路徑
圖4A至圖4C係不同形狀光束覆蓋區之俯視圖或側視圖。一觸敏系統之另一態樣係光束及光束路徑之形狀及位置。在圖1中，光束被展示為線。此等線應被解譯為表示光束，但光束本身可具有不同形狀及覆蓋區。一點發射器及點偵測器產生具有一線狀覆蓋區之一窄「筆」光束。一點發射器及寬偵測器(或反之亦然)產生具有一三角形覆蓋區之一扇形光束。一寬發射器及寬偵測器產生具有非常恆定寬度之一矩形覆蓋區之一「矩形」光束。根據覆蓋區之寬度，透射係數Tjk充當二元量或類比量。若當一觸控點穿過光束時透射係數自一極值非常突然地轉變至另一極值，則透射係數為二元量。例如，若光束非常窄，則其將被完全阻斷或完全不被阻斷。若光束較寬，則其可在 觸控點穿過光束時被部分地阻斷以導致一偏類比行為。
光束可具有沿橫向(水平)方向及垂直方向兩者之覆蓋區。一光束之橫向覆蓋區可與一光束之水平覆蓋區相同或不同。
自發射器發射且由偵測器接收之光之方向及擴散可自意欲覆蓋主動區域131之光束覆蓋區變動擴散或角度。為塑形光束以實現所欲覆蓋區，可將透鏡附接至發射器及偵測器。例如，點發射器及偵測器可與透鏡一起用於以沿水平或垂直方向擴散光束。
圖5A至圖5B係繪示發射器及偵測器之主動區域覆蓋範圍的俯視圖。如上文所述，沿主動區域之周邊配置發射器及偵測器。全部發射器可配置於主動區域之兩側(例如圖5A中所繪示之兩個相鄰垂直側)上。類似地，全部偵測器可配置於主動區域之另外兩側上。替代地，可根據如圖5B中所繪示之一圖案而混合或交錯發射器及偵測器。此圖案可為一發射器介於各偵測器之間或另一更複雜配置。
在大多數實施方案中，各發射器及各偵測器將支援多個光束路徑，但可不存在自各發射器至每一偵測器之一光束。來自一發射器之全部光束之覆蓋區之集合體將被稱為該發射器之覆蓋區域。可集合全部發射器之覆蓋區域以獲得系統之總覆蓋範圍。
可使用不同量來描述個別光束之覆蓋區：空間範圍(即，寬度)、角度範圍(即，發射器之輻射角、偵測器之接收角)及覆蓋區形狀。自一發射器至一偵測器之一個別光束路徑可由該發射器之寬度、該偵測器之寬度及/或界定該發射器與該偵測器之間之該光束路徑之角度及形狀描述。一發射器之覆蓋區域可由該發射器之寬度、相關偵測器之總寬度及/或界定來自該發射器之光束路徑之集合的角度及形狀描述。應注意，個別覆蓋區可重疊。(一發射器之覆蓋區之總和)/(發射器之覆蓋區域)之比率係重疊量之一量測。
全部發射器之總覆蓋區域應覆蓋主動區域131之全部。然而，主 動區域131內之全部點不會被均等地覆蓋。一些點可被諸多光束路徑穿過，而其他點可被遠遠更少之光束路徑穿過。可藉由計算穿過主動區域內之不同點(x,y)之光束路徑之數量而特徵化主動區域131上之光束路徑之分佈。光束路徑之定向係分佈之另一態樣。源自於大致沿相同方向行進之三個光束路徑之一點(x,y)通常將為比被彼此成60度角行進之三個光束穿過之一點弱之一分佈。
發射器之上述概念亦適用於偵測器。一偵測器之覆蓋區域係由該偵測器接收之光束之全部覆蓋區之集合。
Ⅲ.光學耦合器總成及相關硬體
A.一般描述
圖6及圖7係分別包含一側耦合光學耦合器總成602及一邊緣耦合光學耦合器總成702之一光學觸敏裝置之側視圖。如上文所引入，光學觸敏裝置600、700包含藉由一光學耦合器總成(或耦合器)602或702而光學地耦合至發射器及偵測器606之一平坦光學波導604。光學觸敏裝置600、700亦可包含一印刷電路板(PCB)608、一環境光罩610、一IR透射層612、一或多個氣隙636及相關聯之環境光吸收表面614、及一顯示模組616之任何一或多者。環境光罩610可由一反光材料或一吸光材料製成。
波導604延伸通過顯示模組之橫向邊緣。波導可由一剛性或撓性材料構成。在一實施例中，波導包含一單一平面之材料。無論用於構成波導之材料之類型如何，波導均具有實質上或準確地平行於其底面之一頂面。波導之該頂面經定向以接收觸控輸入。根據實施方案，波導之該底面或側邊緣表面光學地耦合至顯示模組之橫向範圍(例如顯示器之觀看區域)外之耦合器。如上文所描述，光束使用TIR來行進穿過波導。即，光束以比自法線至波導之頂面及底面之一臨界角大之角度自波導之頂面及底面反射。波導之頂面之一主動區域131內接收使 用受抑TIR所偵測之觸控事件。
耦合器602可側耦合至波導，如圖6中所繪示；或耦合器702邊緣耦合至波導，如圖7中所繪示。就側耦合及邊緣耦合兩者而言，耦合器亦可經組態以重新定向光束以適應發射器及偵測器相對於波導之任何定向。耦合器亦可經組態以橫向或垂直地平移光束以適應發射器及偵測器之任何位置。更一般言之，耦合器及觸敏裝置亦經組態以防止或減少進入波導之環境光照射發射器及偵測器。
耦合器可由一單件材料或若干光學耦合件形成。各發射器及偵測器606可本身具有耦合器以將光耦合至波導中及使光自波導輸出耦合。替代地，發射器及/或偵測器可共用一耦合器。該耦合器可由包含(例如)玻璃或塑膠之任何數目個材料製成。
發射器及偵測器606沿顯示模組之周邊配置於波導之底面下方。沿顯示模組之周邊定位發射器及偵測器包含：將發射器及偵測器定位於顯示模組之外側邊緣外，使得發射器及偵測器將位於顯示模組之橫向側周圍。沿顯示模組之周邊定位發射器及偵測器亦包含：將發射器及偵測器定位於顯示模組之底側下方之顯示模組之側邊緣附近。發射器及偵測器電耦合至可包含或電耦合至發射器/偵測器驅動電路120之PCB 608。
光學觸敏裝置經組態以與經組態以顯示影像之一顯示(或螢幕)模組616一起操作，然而，顯示模組未必為光學觸敏裝置之部件。為了清楚，圖中繪示顯示模組。圖6至圖7中之裝置之圖式未按比例繪製，且預期顯示模組616及主動區域131實際上將比耦合器及相關硬體大很多。
B.側耦合光學耦合器
圖6係包含一側耦合光學耦合器總成602之一光學觸敏裝置600之一側視圖。在裝置600中，偵測器及發射器606經定向以沿平行於波導 604之頂面及底面之一方向分別接收及發射光，使得光自發射器射出且沿與橫向地行進穿過波導604之光方向實質上相同之橫向方向進入偵測器。
耦合器602側耦合至波導604之底面。一般而言，側耦合由耦合器602之頂面上之一單一平坦耦合表面630組成，耦合器602直接或間接地光學耦合至波導604之底面。儘管耦合表面630被繪示為耦合器602之一表面之全部，但此並非必需的。
C.邊緣耦合光學耦合器
圖7係包含一邊緣耦合光學耦合器總成702之一光學觸敏裝置700之一側視圖。在耦合器702中，偵測器及發射器606經定向以沿垂直於波導604之頂面及底面之一方向分別接收及發射光，使得光沿相對於橫向地行進穿過波導604之光方向旋轉90度之一方向自發射器射出。
耦合器702邊緣耦合至波導604之一側邊緣表面。一般而言，邊緣耦合由耦合器702之一側邊緣表面上之一單一平坦耦合表面730組成，耦合器702直接或間接地光學耦合至波導604之側邊緣。耦合器702可包含一反射表面722及一透明或反射表面724。
D.顯示器及相關聯硬體
圖8A至圖8B係包含一側耦合光學耦合器總成及一顯示模組之一光學觸敏裝置之俯視圖。該俯視圖繪示波導804、顯示模組816及主動區域131之相對橫向範圍。在此實例中，波導804橫向地延伸通過及覆蓋顯示模組816、包含耦合表面830之耦合器802、及發射器/偵測器806。自上至下觀看，耦合器之一部分係耦合表面830及另一部分由光罩810覆蓋。
圖8A繪示其中諸多發射器及/或偵測器806之間共用相對較少之耦合器802(在此情況中為4個)之各者之一實施方案。圖8B繪示其中各發射器/偵測器806本身具有耦合器802之一實施方案。在另一實施方 案中，可在全部發射器及偵測器之間共用一單一耦合器(圖中未展示)。
圖9係包含一側耦合光學耦合器總成之一光學觸敏裝置900之一透視圖。在此實例中，耦合器902定位於波導904之底面下方且亦靠近波導之邊緣以在觸敏裝置之中間給一顯示器留出空間。在耦合表面930處，將光注入至波導904中及/或自波導904提取光。在一實施方案中，耦合表面930經由光學膠(OCA)而附接至波導904。替代地，可使用能夠在耦合器902與波導904之間較好地轉移光能之其他方法。全部圖中無法明確展示將耦合器黏合至波導之OCA。通常，OCA對可見光及/或在波導中傳播之光束透明。
在一方法中，首先將一OCA層(呈液體形式或呈膠帶形式)附接至波導904，且經由該OCA層而將耦合器902附接至波導。替代地，可首先將一OCA層附接至各耦合器，且接著將經OCA覆蓋之耦合器附接至波導。可使用一定位裝置用於引導以將耦合器精確地放置及附接至波導。
Ⅳ.中間層
A.一般描述
一中間層可用於擴充光學觸敏裝置之波導。在大多數情況中，該中間層有助於維持波導中之光傳播。此(例如)在波導(尤其是意欲接收觸控事件之表面之相對側(例如底面))附接至具有未知光學性質或光學性質與TIR不相容之另一物體(例如，該物體具有比波導之折射率高之一折射率)時係有用的。一般而言，所附接之物體貼附成與一經製造之觸敏裝置中之波導連續接觸。所附接之物體可為一顯示器、一非顯示表面、一透明結構、一非透明結構、一薄膜(透明或不透明)及/或一塗層(例如一化合物薄層)。
一般不期望改動波導與其周圍介質之間之介面。在全內反射 中，光受困於具有比周圍介質(通常為具有約1之一折射率(RI)之空氣)高之一折射率之一傳輸介質(例如波導)中。因此，若觸控波導之任何物體具有與TIR不相容之光學性質，則該物體可潛在地減少在波導中傳播之光能。此會負面影響觸敏裝置之觸控感測效能。例如，波導中之減少光能可使觸控誘發之傳輸損耗更難以量測，其降低觸控感測穩健性。
用一中間層擴充波導會顯著減少附接物體之上文所提及之負面影響。一般而言，藉由在波導與附接物體之間插入一中間層而擴充波導。該中間層不僅提供一所要機械黏合功能，且用該中間層之已知及受控光學性質修改波導介面。
在一實施例中，中間層具有比波導之折射率小之一折射率。在此實施例中，中間層被假定由一低RI材料構成，且亦可被稱為一低RI層。該低RI層藉由TIR而維持波導中之光束傳播。在另一實施例中，中間層係一鏡面或包含用於在波導中傳播之光束之一鏡面式表面，且經由鏡面反射而維持波導中之光束傳播。在此實施例中，中間層亦被稱為一鏡面層。該鏡面層可經組態以反射在波導中傳播之光束，但其對可見光透明。
B.附接及操作機構
圖10A係具有顯示器與波導之間之一氣隙之一光學觸敏裝置之一側視圖。在此實例中，PCB 1008a及1008b分別直接附接至耦合器1002a及1002b。發射器及偵測器(圖中未展示)電耦合至可包含或電耦合至發射器/偵測器驅動電路120之PCB。發射器及偵測器相對於耦合器之位置及定向經設計以在其等之間具有大量光轉移。在一替代實施例中，PCB未直接附接至耦合器，而是經由(例如)一裝置底盤(圖中未展示)而間接附接至耦合器。作為說明，圖中展示自連接至PCB 1008a之一發射器產生之一光束。接著，該光束傳播穿過耦合器1002a，透 過耦合表面1030a而進入波導1004，經由TIR而在波導1004中傳播，自波導1004射出且透過耦合表面1030b而進入耦合器1002b，傳播穿過耦合器1002b，及最後到達連接至PCB 1008b之一偵測器。為避免干擾來自顯示器之可見影像，在波導中傳播之光束通常具有自800奈米至980奈米範圍內之近IR波長。其他波長亦可行。
一顯示模組1016定位於耦合器1002a與1002b之間，但未直接觸控波導。即，波導與顯示模組之間存在一氣隙。因此，圖10A中所展示之波導1004因不存在中間層而未被擴充。
存在擴充波導之若干可能原因。如圖10A中所展示，波導可用作顯示模組之防護玻璃罩之一薄保護層。歸因於(例如)機械衝擊，防護玻璃罩之此薄層易於破碎。將波導層壓至顯示器會使觸敏裝置更抗機械衝擊。亦可因該層壓而減小視差，此係因為顯示器與波導之間之距離被減小(諸如無氣隙)。此外，將波導層壓至顯示器可防止波導在自頂部被觸控時明顯撓曲以因此避免波導可實體地接觸顯示器且改動影像品質之一情形。
圖10B係具有一擴充波導之一光學觸敏裝置1000之一側視圖。擴充波導1004被展示為具有附接至其底部之一中間層1050。如由一箭頭所展示，顯示模組1016將附接至波導。在此實例中，一薄層之OCA 1040附接至顯示器頂面。OCA層1040可呈可藉由曝露於UV、熱、濕氣或其等之一組合而固化之一膜或樹脂之形式。OCA層1040將顯示模組1016附接至在波導1004之底面處之中間層1050。OCA層1040及中間層1050兩者對可見光透明以允許透過波導而觀看顯示器上之影像。
在一實施例中，OCA層可用作中間層以藉此無需具有一分離中間層。例如，OCA層可具有比波導之折射率小之一折射率。在此情況中，OCA層用作一中間層及一機械黏合層兩者。
中間層1050延伸橫跨波導以至少覆蓋顯示模組1016之表面，但 未必延伸至或超過耦合器1002。一般而言，光自耦合器穿過至波導且不與中間層互動，此係因為中間層1050之橫向範圍受限制以致無法覆蓋波導之邊界。為此，使用一遮罩層來製造光學觸敏裝置1000以覆蓋光學觸敏裝置之邊界。可在沈積中間層1050之前將該遮罩層施加至波導之底面。在完成中間層之沈積之後，可移除該遮罩層以在波導之底面上留下透明玻璃之一框架。在一方法中，耦合器1002定位於邊界上且經由OCA而附接至該透明玻璃框架，且耦合器1002與OCA之間無中間層。
圖10C係具有一擴充波導之一光學觸敏裝置之一側視圖，其中光束穿過中間層以到達發射器/偵測器。在此實例中，中間層1050由對在波導中傳播之光束透明之一低R1材料構成。耦合器1002由若干耦合器部件1002-1、1002-2及1002-3組成。耦合器部件1002-1及1002-2光學地耦合至波導1004。在一些情況中，耦合器部件1002-1及1002-2可藉由用所繪示輪廓模製波導1004而形成為波導1004之部分。此提供一機構，藉由該機構，光以比波導與其周圍空氣之間之臨界角大之一角度進入波導1004且經由TIR而受困於波導1004內。一第三耦合器部件1002-3亦可光學地耦合至中間層1050(視情況具有一氣隙)以導引一發射器/偵測器1006與中間層1050之間之光。在一些情況中，第三耦合器部件1002-3可與中間層1050折射率匹配以促進光在偵測器/發射器1006與中間層1050之間傳播，但此並非必需的。在此實施例中，耦合器1002包含若干個別耦合器部件，使得耦合器1002之總高度可被最小化。插入於耦合器部件1002-1/1002-2與耦合器部件1002-3之間之中間層不使來自波導之光束全內反射，此係因為介面1005a及1005b處之入射角小於TIR所需之臨界角。如圖10C中所展示，中間層1050延伸超過耦合器1002以覆蓋波導1004之邊界。此可藉由(例如)無需使用一遮罩層來覆蓋波導之邊界而簡化光學觸敏裝置之製造。
可在附接顯示模組之前之任何階段沈積中間層，前提為：中間層之施加程序對任何其他裝置組件不具有任何負面影響。例如，一高溫層壓程序可引起已附接至波導之光學元件之扭曲。此一負面影響之另一實例為已附接至波導之層之分層。可藉由匹配相鄰層之表面能量而避免分層。一材料之表面能量為可用於該材料之表面上之分子中之能量相對於可用於該材料之整體中之分子中之能量之一量測。一材料之表面能量為使該材料易於黏合至其他材料之一重要促成因數。材料之間不匹配表面能量暗示：該等材料無法容易地黏合。可藉由在附接相鄰層之前通過化學處理改動相鄰表面處之官能基而實現表面能量之匹配。官能基為化學反應中涉及且形成與其他材料之黏合的一分子之官能基部分。此術語在涉及有機物質時尤其有用。亦可藉由改動相鄰表面之拓撲以引起兩個相鄰表面之至少一者變粗糙而促進相鄰層之黏著性以因此增加摩擦及可用於一黏著劑之表面區域以黏合該兩個相鄰層。
在一實施例中，首先將耦合器附接至波導。接著，經由亦充當一黏合層之一中間層而使顯示模組及波導層壓在一起。例如，此可藉由將一液體低RI層施配至波導上而實現，波導接著與顯示模組接觸。接著，藉由UV曝露而固化該液體低RI層。在此實例中，一預定容積之低RI材料依一預定圖案精確施配於波導上可導致低RI層在與顯示模組接觸時之受控擴散。根據設計，低RI材料可或可不擴散成與耦合器接觸。
B.1 低RI層
在一實施例中，中間層1050由具有比波導之折射率小之一折射率之一材料製成。在使用一低RI層之一實施方案中，該低RI層可擁有自低至空氣/真空之折射率(n=1)至高達波導材料本身之折射率範圍內之一折射率範圍。就此範圍內之一折射率而言，該低RI層滿足入射於 波導與該低RI層之間之介面(例如波導之底面)上之光之全內反射之條件。
一低RI層可包含氟聚合物材料或其他鹵代材料，其可來自氣態源、液態源或固態源且可使用一適當施加程序來施加至波導。對於氣相低RI層，施加程序包含化學氣相沈積、電漿沈積及類似物。可藉由旋塗法、浸塗法、噴塗法、刮塗法等等而施加液相低RI層。亦可使用印刷技術(諸如網版印刷)來沈積液相低RI層。通常，可藉由曝露於UV、熱、濕氣、電子束或其等之一組合而固化氣相及液相低RI層。
可使用一層壓程序來施加固相低RI層(例如氟聚合物膜)，其中使固相低RI層及/或波導接近或高於低RI層之一玻璃轉變溫度且在不使用任何黏著劑之情況下實現層壓。替代地，可經由使用一黏著劑(例如OCA)而實現層壓。
可藉由將微米及/或奈米孔隙率引入至一低RI層中而將該低RI層之平均(或有效)折射率設計為一適當值。在此情況中，該低RI層由包含水凝膠、乾凝膠、氣凝膠、奈米泡等等之此等「多孔」材料構成。在一方法中，可藉由斜角真空沈積而沈積此一低RI層，其中諸如矽石之材料可形成為隔離柱狀結構之高度奈米多孔層。
在大多數情況中，一低RI層之厚度大於波導中之消散光場之至少一穿透深度。至少此厚度之一低RI層經選擇使得在波導中傳播之光實質上不受相鄰於該低RI層之任何層(例如相鄰於中間層1050之OCA層1040)影響。替代地，亦可使用具有比該穿透深度小之厚度之一低RI層，前提為：相鄰於該低RI層之層具有維持TIR且避免在波導中傳播之光之過度衰減之光學性質。
B.2 鏡面層
在一替代實施例中，經由中間層與波導之間之介面處之鏡面反射而維持波導中之光傳播。在此情況中，中間層為用於在波導中傳播 之光束之一鏡面層，且該等光束具有IR波長之一窄範圍內之波長(例如800奈米至900奈米內之一窄頻帶)。因此，該鏡面層為用於該窄範圍之IR波長之一窄頻帶反射器。在一實施方案中，此一窄頻帶反射器為強力反射具有該窄範圍內之波長之光之一薄膜干涉濾光器(諸如二向色濾光器)。在另一實施方案中，該窄頻帶反射器係一全像膜。藉由改變與用於曝露一全像膜之全像干涉圖案之強度成比例之一材料之折射率而製成該全像膜。以使得具有IR波長之該窄範圍內之波長之光產生一全鏡面反射之一方式設計該全像干涉圖案，同時該全像干涉圖案對可見光本質上透明。在此實例中，光學觸敏裝置中之發射器係窄頻帶LED，或為具有與全像膜性質相容之波長之雷射。
C.框架
光學觸敏裝置可包含用於指示該裝置之某些屬性(諸如明確標出顯示器之邊界及/或顯示器之諸區間之分隔)之一框架。此一框架可附接至波導之頂面或底面。一般而言，該框架對可見光不透明，且可使用一油墨層(例如一IR油墨層及/或一暗油墨層)、另一材料(諸如一彩色層(例如一貼紙、一有色薄膜等等))、及/或使用本身對可見光不透明之一耦合器來產生該框架。以下內容描述一框架之一油墨實施，然而，預期以類似方式建構及運行其他材料。IR油墨係一半透明油墨，其對近IR波長範圍(例如自800奈米至980奈米)至少部分透明，同時吸收或反射在該範圍外之光(其大體上包含(例如)全部可見光)。因此，當一使用者觀看IR油墨時，IR油墨似乎不透明。暗油墨一般對可見光及用於偵測觸控事件之IR光兩者不透明。儘管大體上阻斷全部可見光，但任一類型之油墨層可具有一均勻可見色彩(例如黑色、白色、紅色、藍色、綠色等等)或一變動色彩圖案。暗油墨層未必完全不透明，且可包含任何可能色彩之油墨層。如上文所描述，中間層通常對可見光透明，然而，此並非必需的。
在一實施例中，藉由在波導之底面與一IR油墨層之間插入一中間層而建構一底部框架。圖11A係具有使用一IR油墨層之一底部框架之一光學觸敏裝置1100之一俯視圖，及圖11B係該裝置1100之一側視圖。在此實例中，假定在波導中傳播之光束具有近IR波長。一中間層1150施加至波導底面之中央部分。一IR油墨層1160施加至波導底面之邊界。
在一實施例中，IR油墨層1160自波導邊緣延伸且鄰接中間層1150(圖中未展示)。在另一實施例中，如圖11A至圖11B中所展示，IR油墨層1160自波導邊緣延伸通過中間層1150之邊界且因此與中間層1150之部分重疊。在圖11A及圖11B之實例性實施例中，耦合器1102透過IR油墨層1160而在耦合表面1130處光學地耦合至波導。此形成不與中間層1150重疊之框架之外部部分之一部分。因此，光自IR油墨層注入/提取被有限衰減之光且自中間層注入/提取不受任何影響之光。與中間層重疊之框架之內部部分不影響波導內之光傳播，此係因為中間層阻止光與重疊IR油墨層互動。框架之內部部分及外部部分亦可被稱為不同框架區。在圖11之實例中，框架整體上包含內部部分及外部部分兩者。在此實例中，區別僅為了方便，此係因為內部部分及外部部分僅為相同IR油墨層1160之不同部分。然而，此在其中框架包含一個以上材料之下述實施例中係有用的。亦可在內部及外部之外產生其他框架區，例如下文相對於靜滯區及固定圖形所進一步描述。
將一底部框架附接至波導會保持用作觸控螢幕之波導頂面之齊平態樣。觸控螢幕之齊平性改良使用者互動舒適性，此係因為使用者可在整個觸控螢幕上移動其手指且不會察覺任何位準變化。此通常藉由使波導頂面本質上未經修改(所施加之防眩光塗層、防指紋塗層、堅膜等等可能除外)而完成。
圖12A至圖12C係繪示由一IR油墨層及一暗油墨層製成之一框架 的一光學觸敏裝置之側視圖。在圖12A中，IR油墨層1260自波導之邊緣延伸且無任何重疊地鄰接中間層1250。耦合器1202附接至外部框架區。一暗油墨層1270覆蓋未由耦合器1202覆蓋之IR油墨層1260之剩餘底面。暗油墨層1270亦與中間層1250之一部分重疊以產生內部框架區。暗油墨層係有利的，此係因為其比IR油墨層更完全地阻斷光。暗油墨層不與在波導中傳播之光束互動，此係因為其位於光束傳播路徑(例如暗油墨層1270a)外或藉由一中間層(例如暗油墨層1270b)而屏蔽光束。
圖12B展示其中IR油墨層1260延伸以與中間層1250重疊之另一實施例。耦合器1202附接至外部框架區。暗油墨層1270經施加以覆蓋未由耦合器1202覆蓋之IR油墨層1260之剩餘底面，該剩餘底面包含其中IR油墨層與中間層重疊之內部框架區。暗油墨層1270亦可延伸以與中間層1250重疊，如圖所繪示。
圖12C展示其中中間層1250之一邊緣部分插入於IR油墨層1260與暗油墨層1270b之間之另一實施例。耦合器1202附接至外部框架區。暗油墨層1270a經施加以覆蓋未由耦合器1202覆蓋之IR油墨層1260之剩餘底面。在圖12C所展示之實例中，暗油墨層1270b鄰接耦合器1202以向內延伸以準確地覆蓋與IR油墨層1260相同之區域。在其他情況中，暗油墨層可覆蓋不同於IR油墨層之區域。
圖13係繪示由一IR黑色光學耦合器及一暗油墨層製成之一框架的一光學觸敏裝置之一側視圖。在此實施例中，IR黑色耦合器1362由聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或一類似材料(諸如聚碳酸酯(PC))製成。此等材料對IR光透明，但吸收可見光。
圖13中，IR黑色耦合器1362被展示為包含延伸至波導1304之底面之外邊緣之一延伸翼1364。延伸翼1364延伸耦合表面1330以充當外部框架區。除使用延伸翼1364之外，亦可使用一IR油墨層(圖中未展 示)，或可使用一IR油墨層(圖中未展示)作為延伸翼1364之一替代。在一實施方案中，使用諸如OCA之一黏著劑(圖中未展示)來將IR黑色耦合器1362附接至波導。圖13亦展示：波導1304之中央部分覆蓋有鄰接IR黑色耦合器1362之一中間層1350。暗油墨層1370自IR黑色耦合器1362向內朝向顯示模組延伸以與中間層1350重疊且充當內部框架區。耦合器1362可包含向內朝向顯示模組延伸之一第二延伸翼(圖中未展示)，其可用於代替暗油墨層1370或充當一部分透明IR油墨層(圖中未展示)之一暗背景。
D.靜滯區
亦可將一框架附接至波導之頂面。在一實施例中，藉由在波導之頂面與一油墨層之間插入一中間層而建構此一頂部框架。更一般而言，可使用與一底部框架相同之材料來產生一頂部框架。儘管此建構未必具有一完全齊平頂面，但一足夠薄之頂部框架可經建構使得頂部框架與波導之頂面之間之高度差不易被使用者察覺。此被稱為一近齊平設計。對於頂部框架，中間層亦被稱為一覆蓋層，其可為一低RI層或一鏡面層。頂部框架引起波導對橫跨其整個範圍之觸控不敏感，且頂部框架覆蓋區被稱為靜滯區。
圖14係繪示靜滯區的一光學觸敏裝置之一側視圖。在此實例中，將一覆蓋層1450施加於波導1404之頂面之周邊上。接著，將一暗油墨層1470施加於覆蓋層1450之頂部上以使使用者看得見靜滯區。由於光反射(TIR或鏡面反射)發生於波導1404與覆蓋層1450之間之介面處，所以暗油墨層1470不與在波導中傳播之光互動。如圖14中所展示，覆蓋層1450未覆蓋用於感測手指存在之觸控螢幕之中央部分，但此並非必需的。可沿顯示器之任何部分產生類似靜滯區。可見區分隔對觸控不敏感，且可用於(例如)產生來自一單一顯示器之一雙重顯示。在其他實施方案中，可省略暗油墨層1470，在該情況中，使用者 無法看見靜滯區。在一些實施例中，將一保護層施加於框架之頂部上。該保護層可對可見光透明或不透明。
E.固定圖形區
在一實施例中，光學觸敏裝置包含附接至波導之底面下方之一或多個觸敏固定圖形區。各固定圖形區包含一或多個固定圖形及一或多個相關聯軟體按鈕。此等軟體按鈕通常回應於偵測到固定圖形區附近之一或多個觸控而執行相對於光學觸敏裝置之一或多個預定軟體功能。
圖15A係繪示一固定圖形區的一光學觸敏裝置之一俯視圖。在圖15A中，顯示模組1516佔用觸敏主動區域之中央部分之大部分，且固定圖形區1580遠離顯示模組1516。在此實例中，固定圖形區1580包含各與一不同軟體按鈕相關聯之四個圖形。例如，固定圖形區1580自左至右繪示「返回」圖形、「選單」圖形、「搜索」圖形及「主頁」圖形。此實例僅展示具有四個相關聯固定按鈕之一個固定圖形區，各按鈕對應於該固定圖形區之一不同部分。在其他實施方案中，該光學觸敏裝置包含多個固定圖形區，各區具有一或多個固定按鈕。
圖15B係繪示一固定圖形區的一光學觸敏裝置之一側視圖。該固定圖形區包含一暗油墨層1570及一中間層1550。中間層1550插入於暗油墨層1570與波導之底面之間。中間層1550防止光與暗油墨層1570互動，且經由TIR或鏡面反射而維持波導1504中之光傳播。中間層對可見光透明，使得可透過波導之頂面而觀看由暗油墨層1570覆蓋之固定圖形區1580之部分。圖案化暗油墨層1570以產生所要固定圖形，如自一俯視觀點所設計。暗油墨層1570可具有對應於固定圖形之空隙區域1572(即，無油墨區域)。可(例如)藉由在所要位置處使用一模板來遮罩暗油墨而產生此部分塗墨層。在其他情況中，空隙區域可代以填充有對使用者而言似乎不同於暗油墨之一對比材料。
在一替代實施例中，固定圖形區附接於波導之頂面上作為經適當定尺寸/塑形之靜滯區(如前一章節中所繪示)，同時仍保持空隙區域中之觸控敏感度。
F.標識區
在某些實施方案中，光學觸敏裝置包含附接至波導之底面下方之一或多個標識區。各標識區包含藉由被放置於波導之底面上(即，遠離觸控互動)而被保護免受磨損及損壞之一或多個標識。由於標識通常經彩色(例如銀色)印刷，所以可使用含有所要標識之一反射油墨層(例如一反射銀色油墨層或其他反射材料)。該反射油墨層可經放置以在其中不存在中間層之一位置中與波導之底面直接接觸以代替中間層之至少一部分，或放置於中間層與波導之間。若該反射油墨層與波導直接接觸，則該反射油墨層實質上不影響波導中之光束傳播。例如，標識可放置於觸敏區域或外部框架區中。其他材料層(例如一IR油墨層、一暗油墨層等等)可經施加以覆蓋或包圍標識。可以與上述固定圖形類似之一方式產生標識。
在一方法中，將含有所要標識之一反射油墨層附接至波導之底面。將一IR油墨層施加至包含標識之該反射油墨層之底面。接著，將一暗油墨層施加至該IR油墨層之底面。在另一方法中，首先將一IR油墨層施加至波導之底面。該IR油墨層包含用於標識之透明區域。將含有所要標識之一反射油墨層施加至該IR油墨層之該等透明區域中之波導之底面。接著，將一暗油墨層施加至該IR油墨層及包含標識之該反射油墨層之底面。
G.製程
圖16繪示具有使用一IR油墨層及一暗油墨層之一框架之一光學觸敏裝置之製造步驟之序列。此一裝置可對應於圖12A中所展示之裝置。存在製造此一裝置之諸多可能程序流程，且圖16僅展示一實例。
在步驟1610中，裝置被展示為在此實例性實施例中由玻璃1612製成之一裸波導。在步驟1620中，將一遮罩層1622施加至波導之邊界，較佳地施加於波導之底面上。在步驟1630中，一中間層1632(例如具有10微米至50微米之一厚度之一低RI層)施加至波導之底面。該中間層被展示為覆蓋波導之中央部分，且亦可與遮罩層之某一部分重疊。可使用液體之浸塗、旋塗、噴塗或諸如MgF2或氟聚合物/鹵代材料之材料之氣相沈積來施加該低RI層。
在步驟1640中，移除遮罩層以顯露波導之邊界上之裸玻璃。在步驟1650中，將一IR油墨層1652施加至波導之底面上之顯露裸玻璃。在步驟1660中，使一耦合器總成1662沿IR油墨層之內邊緣附接至IR油墨層。一OCA層可用於促進附接。在步驟1670中，將一暗油墨層1672施加於耦合器總成1662之內側以與中間層之邊緣部分重疊以產生一不透明內部框架區。在步驟1680中，將另一暗油墨層1682施加於耦合器總成1662之外側以與IR油墨層重疊以產生一不透明外部框架區。
圖17繪示具有使用一IR黑色光學耦合器及一暗油墨層之一框架之一光學觸敏裝置之製造步驟之序列。此一裝置可對應於圖13中所展示之裝置。存在製造此一裝置之諸多可能程序流程，且圖17僅展示一實例。
在步驟1710中，裝置被展示為在此實例性實施例中由玻璃1712製成之一裸波導。在步驟1720中，將一OCA層與一襯層1722一起施加至波導之邊界，較佳地施加於波導之底面上。該襯層用作該OCA層之一遮罩層。在步驟1730中，將一中間層1732(例如具有10微米至50微米之一厚度之一低IR層)施加至波導之底面。該中間層覆蓋波導之中央部分，且亦可與該襯層之某一部分重疊。可使用液體之浸塗、旋塗、噴塗或諸如MgF2或氟聚合物/鹵代材料之材料之氣相沈積來施加該低RI層。
在步驟1740中，移除襯層以顯露波導之邊界上之OCA層1742。在步驟1750中，將一IR黑色耦合器總成1752附接至該OCA層。該IR黑色耦合器總成具有延伸至波導之邊緣之延伸翼以產生一外部框架區。在步驟1760中，將一暗油墨層1762施加於該IR黑色耦合器總成之內側以與中間層之邊緣部分重疊以產生一內部框架區。
V.應用
上文中所描述之光學觸敏裝置可用在各種應用中。觸敏顯示器係一類別之應用。此包含平板電腦、膝上型電腦、桌上型電腦、遊戲機、智慧型電話及其他類型之電腦裝置之顯示器。其亦包含TV、數位看板、公開資訊、白板、電子閱讀器及其他類型之良好解析度顯示器之顯示器。然而，其等亦可用在較小或較低解析度顯示器上：較簡單蜂巢式電話、使用者控制(影印機控制、印表機控制、電器控制等等)。此等觸敏裝置亦可用在除顯示器之外之應用中。其上偵測到觸控之「表面」可為一被動元件，諸如一印刷影像或僅為某一硬表面。此應用可用作為類似於一軌跡球或滑鼠之一使用者介面。
Ⅵ.額外考量
圖式描繪本發明之實施例以僅為了說明。熟習此項技術者將易於自以下討論認知到：可在不背離本文中所描述之本發明之原理之情況下採用本文中所繪示之結構及方法之替代實施例。
在閱讀本發明之後，熟習此項技術者將透過本文中所揭示之原理而瞭解額外替代結構及功能設計。因此，儘管已繪示及描述特定實施例及應用，但應瞭解：所揭示之實施例不受限於本文中所揭示之精確建構及組件。熟習此項技術者將明白：可在不背離隨附申請專利範圍中所界定之精神及範疇之情況下對本文中所揭示之方法及裝置之配置、操作及細節作出各種修改、改變及變動。
1000‧‧‧光學觸敏裝置
1002a‧‧‧耦合器
1002b‧‧‧耦合器
1004‧‧‧波導
1008a‧‧‧印刷電路板(PCB)
1008b‧‧‧印刷電路板(PCB)
1016‧‧‧顯示模組
1040‧‧‧光學膠(OCA)層
1050‧‧‧中間層

Claims (33)

  1. 一種用於與一顯示器一起使用之光學觸敏裝置，該觸敏裝置包括：一平坦光學波導，其在該顯示器之一表面上延伸，該波導具有一頂面及一底面；發射器及偵測器，其等沿該顯示器之一周邊配置；一光學耦合器總成，其沿該顯示器之該周邊定位，該光學耦合器總成將由該等發射器產生之光束耦合至該波導中且使該等光束自該波導輸出耦合至該等偵測器，其中該波導之該頂面上之觸控干擾該等光束，該觸敏裝置基於該等干擾而判定觸控事件；一中間層，其插入於該波導之該底面與該顯示器之該表面之間，該中間層維持該波導中之光束傳播且對可見光透明；及插入於該光學耦合器總成與該波導之間之一油墨層，該油墨層對在該波導中傳播之該等光束透明且對可見光不透明。
  2. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該光學耦合器總成及該波導經光學地耦合使得光自該光學耦合器總成傳至該波導且不與該中間層互動。
  3. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該中間層具有比該波導之一折射率小之一折射率，且經由該波導之該底面處之全內反射而維持該波導中之光束傳播。
  4. 如請求項3之光學觸敏裝置，其中該中間層具有比該波導中之一消散光場之至少一穿透深度大之一厚度。
  5. 如請求項3之光學觸敏裝置，其中該光學耦合器總成及該波導經光學地耦合使得光在自該等發射器耦合至波導中及自該波導耦 合至該等偵測器時穿過該中間層。
  6. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該中間層為用於在該波導中傳播之光束之一鏡面，且經由該波導之該底面處之鏡面反射而維持該波導中之光束傳播。
  7. 如請求項6之光學觸敏裝置，其中該中間層為一全像膜及一干涉濾光器之其中一者。
  8. 如請求項1之光學觸敏裝置，其進一步包括將該中間層實體地耦合至該顯示器之一黏合層，該黏合層對可見光透明。
  9. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該中間層用作將該波導實體地耦合至該顯示器之一黏合層。
  10. 如請求項1之光學觸敏裝置，其進一步包括將該光學耦合器總成實體地耦合至該波導之一黏合層，該黏合層包括對在該波導中傳播之光束透明之一透光黏著劑。
  11. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該光學耦合器總成對在該波導中傳播之該等光束透明且對可見光不透明。
  12. 如請求項11之光學觸敏裝置，其中耦合至該波導之該光學耦合器總成之一耦合表面延伸至該波導之該底面之一邊緣。
  13. 如請求項11之光學觸敏裝置，其進一步包括一暗油墨層，該暗油墨層經定位使得該中間層之一邊緣部分插入於該暗油墨層與該波導之該底面之間，該暗油墨層對可見光不透明。
  14. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該油墨層係以下之至少一者：延伸至該波導之該底面之一邊緣；及延伸以與該中間層之一邊緣部分重疊。
  15. 如請求項1之光學觸敏裝置，其進一步包括一暗油墨層，該暗油墨層經定位使得該油墨層及該中間層之一邊緣部分插入於該暗油墨層與該波導之該底面之間，該暗油墨層對可見光不透明。
  16. 如請求項1之光學觸敏裝置，其進一步包括用於顯示固定圖形之至少一固定圖形區，各固定圖形區包括：一額外油墨層，其對可見光不透明，該固定圖形區之該額外油墨層包括該等固定圖形，該光學觸敏裝置執行對應於以該等固定圖形為目標之該波導之該頂面上之觸控之預定功能；及一覆蓋層，其插入於該波導之該底面與該油墨層之間，該覆蓋層維持該波導中之光束傳播且對可見光透明。
  17. 如請求項1之光學觸敏裝置，其進一步包括：用於顯示固定圖形之至少一固定圖形區，各固定圖形區包括：一額外油墨層，其對可見光不透明，該固定圖形區之該額外油墨層包括該等固定圖形，該光學觸敏裝置執行對應於以該等固定圖形為目標之該波導之該頂面上之觸控之預定功能；及一額外中間層，其插入於該波導之該底面與該油墨層之間，該固定圖形區之該額外中間層維持該波導中之光束傳播且對可見光透明。
  18. 如請求項1之光學觸敏裝置，其進一步包括：至少一框架區，各框架區包括：一額外油墨層，其對可見光不透明；及一額外中間層，其插入於該波導之該底面與該油墨層之間，該框架區之該額外中間層維持該波導中之光束傳播且對可見光透明。
  19. 如請求項1之光學觸敏裝置，其進一步包括一頂部框架，該頂部框架之一底面直接耦合於該波導之該頂面，該頂部框架包括具有不同光學性質之複數個層，其等包含下列之二或多個：一光學透明保護層、包括維持在該波導中全內反射之一層及對可見 光不透明之一暗層。
  20. 一種用於與一顯示器一起使用之光學觸敏裝置，該觸敏裝置包括：一平坦光學波導，其在該顯示器之一表面上延伸，該波導具有一頂面及一底面；發射器及偵測器，其等沿該顯示器之一周邊配置；一光學耦合器總成，其沿該顯示器之該周邊定位，該光學耦合器總成將由該等發射器產生之光束耦合至該波導中且使該等光束自該波導輸出耦合至該等偵測器，其中該波導之該頂面上之觸控干擾該等光束，該觸敏裝置基於該等干擾而判定觸控事件；至少一靜滯區，該靜滯區包括一覆蓋層，該覆蓋層具有一頂面及一底面，該覆蓋層之該底面直接耦合於該波導之該頂面，該覆蓋層維持該波導中之光束傳播且使該靜滯區對該覆蓋層之該頂面上之觸控不敏感。
  21. 如請求項20之光學觸敏裝置，其進一步包括將該光學耦合器總成實體地耦合至該波導之一黏合層，該黏合層包括對在該波導中傳播之光束透明之一透光黏著劑。
  22. 如請求項20之光學觸敏裝置，其中該光學耦合器總成對在該波導中傳播之該等光束透明且對可見光不透明。
  23. 如請求項22之光學觸敏裝置，其中耦合至該波導之該光學耦合器總成之一耦合表面延伸至該波導之該底面之一邊緣。
  24. 如請求項20之光學觸敏裝置，其中該覆蓋層包括一反射層，其實體地耦合至該波導之該頂面。
  25. 如請求項20之光學觸敏裝置，其進一步包括一暗油墨層，該暗油墨層經定位使得該暗油墨層之一底面直接耦合至該覆蓋層之 該頂面，該暗油墨層包括對可見光不透明之一暗材料。
  26. 如請求項25之光學觸敏裝置，其進一步包括一保護層，該保護層經定位使得該保護層之一底面直接耦合至該暗油墨層之一頂面，該保護層對可見光透明。
  27. 一種用於與一顯示器一起使用之光學觸敏裝置，該觸敏裝置包括：一平坦光學波導，其在該顯示器之一表面上延伸，該波導具有一頂面及一底面；發射器及偵測器，其等沿該顯示器之一周邊配置；一光學耦合器總成，其沿該顯示器之該周邊定位，該光學耦合器總成將由該等發射器產生之光束耦合至該波導中且使該等光束自該波導輸出耦合至該等偵測器，其中該波導之該頂面上之觸控干擾該等光束，該觸敏裝置基於該等干擾而判定觸控事件；及一中間層，其插入於該波導之該底面與該顯示器之該表面之間，該中間層維持該波導中之光束傳播且對可見光透明，其中該光學耦合器總成為一多部件(part)總成，該光學耦合器總成之一第一部件經定位在該中間層中且由該中間層圍繞之該波導之該底面下方且該光學耦合器總成之一第二部件經定位在該中間層下方。
  28. 如請求項27之光學觸敏裝置，其中該中間層具有比該波導之一折射率小之一折射率，且經由該波導之該底面處之全內反射而維持該波導中之光束傳播。
  29. 如請求項28之光學觸敏裝置，其中該中間層具有比該波導中之一消散光場之至少一穿透深度大之一厚度。
  30. 如請求項29之光學觸敏裝置，其中該中間層為一全像膜及一干 涉濾光器之至少一者。
  31. 如請求項27之光學觸敏裝置，其進一步包括將該中間層實體地耦合至該顯示器之一黏合層，該黏合層對可見光透明。
  32. 如請求項27之光學觸敏裝置，其中該中間層用作將該波導實體地耦合至該顯示器之一黏合層。
  33. 如請求項27之光學觸敏裝置，其進一步包括將該光學耦合器總成實體地耦合至該波導之一黏合層，該黏合層包括對在該波導中傳播之光束透明之一透光黏著劑。
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