CN102043547A - 具有光传感框架的显示设备及其检测触摸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开具有光传感框架的显示设备及其检测触摸的方法。所述具有光传感框架的显示设备包括：显示面板；布置在所述显示面板的两个相邻边上的至少一个波导管单元，该波导管单元具有叠层结构，该叠层结构包括光发射层和用于接收反射光的光接收层；以及布置在与所述波导管单元相对的边上的多个回射器。

Description

具有光传感框架的显示设备及其检测触摸的方法

本申请要求享有2009年10月22日提交的韩国专利申请No.10-2009-0100588的权益，在此引入该申请以供参考。

技术领域

本发明涉及一种显示设备，特别涉及一种具有光传感框架(frame)的显示设备，在该光传感框架中采用具有包括光接收层和光发射层的双层结构的波导管单元以实现结构简化以及增加有效面积，以及涉及一种使用该显示设备检测触摸的方法。

背景技术

一般来讲，触摸面板构成了在使用各种显示器的信息和通信设备与用户之间的界面。触摸面板是一种通过用手或笔直接接触屏幕来与一装置进行接口连接的输入装置。触摸面板是一种可以通过以用户的手指接触在显示器上显示的按钮来进行操作的输入装置。因此，触摸面板容易被所有年龄的用户来使用。触摸面板被用于各种应用中，包括银行或者政府机关中的信息发布机器、各种医疗设备、电子导游、以及电子交通向导。

根据感测触摸的方式，触摸面板被划分为电阻型触摸面板、微电容型触摸面板(玻璃)、超声波型触摸面板(玻璃)、红外线型触摸面板等等。

首先，电阻型触摸面板由两个导电透明层，即由涂覆有导电材料的玻璃或塑料制成的下层以及由涂覆有导电材料的膜制成的上层组成。通过微印刷的间隔垫，这两个层被电气隔离开预定距离。根据这种电阻型触摸面板，当将预定电压施加到涂覆有导电材料的两个层上，并用手或笔触摸上板时，上板(X轴)和下板(Y轴)经受到取决于触摸放置的电阻变化，设置于其中的控制器计算经受到电阻变化的上板(X轴)和下板(Y轴)的位置，以显示出屏幕上的X和Y坐标，由此可以通过触摸屏输入数据。

微电容型触摸面板包括薄薄地涂覆有导电材料的透明玻璃传感器。导电涂层包括沿着该导电涂层的边缘精细印刷的电极图案。此外，与导电层的上侧紧密接触地涂有由透明玻璃制成的防护涂覆膜，以保护和包围该玻璃传感器。微电容型触摸面板在工作时将预定电压施加到玻璃屏幕上，电极图案通过所述导电层在触摸传感器的表面上形成低压电场。因此，当用户用他或她的手指触摸屏幕时，在触摸部分产生微安培数的电流。此外，由于来自每一角落的电流与从该角落到手指的距离成比例，因此触摸屏控制器可以通过使用该电流的安培数进行成比例的计算来确定该触摸部分。

超声波型触摸面板完全由玻璃制成。因此，与可能由于表面上的极小擦伤或磨损而减小寿命的其他触摸屏相比，超声波型触摸面板不受表面损伤或磨损的影响。此外，在超声波型触摸面板中，触摸屏控制器将5MHz电信号发送到产生超声波的发射换能器。随后通过反射线，使所产生的超声波穿过面板表面。因此，当用户触摸触摸屏的表面时，穿过触摸部分的一部分超声波被用户吸收，信号损失通过所接收的信号和数字地图被发送到控制器。然后，控制器计算其中发生信号变化的部分的坐标值。上述一系列操作是相对于X轴和Y轴独立地执行的。

红外型触摸面板使用红外线的直线效应(straightness effect)，也就是使用红外线不会前行越过置于射线前方的障碍物的原理。更详细来讲，沿水平和垂直方向发射的红外线在用户触摸的部分受到阻碍，控制器确定红外线受阻处的X轴和Y轴的坐标值。因此，红外型触摸面板通过红外线在触摸面板的正面发生的中断，来检测触摸部分。此外，红外线从X轴和Y轴的一侧射出，而在X轴和Y轴的另一侧被接收，从而形成一个不可见的红外线矩阵。

尽管如上所述，每种类型的面板都具有不同的优点，但是红外型触摸面板目前非常受关注，因为它们只需要对触摸面板施加较小的压力。接下来，将参照附图说明现有技术的红外型触摸面板。

图1是示出根据现有技术的红外型触摸面板的平面图。

如图1中所示，如上所述，现有技术的红外型触摸面板形成了红外线(IR)矩阵、在与触摸面板表面相邻的两边设有光发射波导管10的光发射部19、以及在另外的相邻两边设有光接收波导管16的光接收部20。

光发射部19和光接收部20分别具有与光发射波导管10和光接收波导管16相连接的透镜12和15，用于将经由各自的波导管发射和接收的光笔直地传送到矩阵。光发射部19的光发射波导管10被设置在具有用于向其传送光的LED光源11以及分光器18的一侧。光接收部20被设置在具有光传感器17的一侧，光传感器17与光接收波导管16相连接，用于检测触摸的存在性。在这里，光传感器17具有用于判定用户的触摸坐标的光传感器阵列，这是因为光传感器17与光接收波导管16连接，而光接收波导管16与X轴和Y轴两者连接。

在这样一种结构中，光发射部19和光接收部20分别被设置在具有光源11和光传感器17的一侧。为了将光源11和光传感器17连接到波导管10和16以便沿X轴和Y轴方向传送光，不可避免地必须增加远离光源11和光传感器17的波导管的线路长度以及光发射部19和光接收部20的面积。

上述的现有技术红外型触摸面板具有几个缺点。首先，应当将具有波导管和透镜的光发射部或光接收部布置在触摸面板平面的四个边上。为了感测触摸，应当在触摸面板的所有边缘上设置所有构造。因此，元件位置复杂，并且线路长度增加。由于这些缺点，由显示设备产生的电噪声或EMI会影响触摸系统。其次，应当在相邻两边设置光接收部和光发射部，这使得结构复杂，并有效面积减少。第三，随着触摸面板面积的增加，像素数目也增加了，需要更多的波导管和透镜。具有预定尺寸的触摸面板的有效面积减小。在其各两边设有光发射部和光接收部的触摸面板不会体现布置在下部区域中的显示面板的有效面积效率。结果，现有技术的红外型触摸面板不适用于大面积的显示设备。此外，由于触摸模块的体积，目前趋于薄边框的趋势也抑制了集成有触摸模块的显示器的实现。

发明内容

据此，本发明旨在提供一种具有光传感框架的显示设备以及使用该显示设备检测触摸的方法，其基本上避免了由于现有技术的局限性和不足而引起的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种改进的具有光传感框架的显示设备，以及使用该显示设备检测触摸的方法。

本发明的另一目的是提供一种改进的可增加有效面积的具有光传感框架的显示设备，以及使用该显示设备检测触摸的方法。

本发明的额外的特征和优点，一部分将在随后的说明书中阐述，一部分根据本说明书将是明显的，或者可以通过本发明的实践而被了解。可以通过在书面说明书及其权利要求书以及所附附图中具体指明的结构来实现和获得本发明的目的及其他优点。

为了实现这些目的及其他优点、并根据本发明的目的，正如此处所具体实现和概括描述的，一种具有光传感框架的显示设备包括：显示面板；布置在所述显示面板的两个相邻边上的至少一个波导管单元，所述波导管单元具有叠层结构，该叠层结构包括光发射层和用于接收反射光的光接收层；以及布置在与所述波导管单元相对的边上的多个回射器。

根据本发明的另一方面，一种用于制造具有光传感框架的显示设备的方法包括以下步骤：提供显示面板；提供布置在所述显示面板的两个相邻边上的至少一个波导管单元，所述波导管单元具有叠层结构，该叠层结构包括光发射层和用于接收反射光的光接收层；以及提供布置在与所述波导管单元相对的边上的多个回射器。

根据本发明的又一方面，一种检测对具有光传感框架的显示设备的触摸的方法，所述方法包括以下步骤：准备该显示设备，使该显示设备具有显示面板、布置在所述显示面板的相邻两个边上的波导管单元、布置在所述显示面板的剩余两个边上的回射器、以及用于包围所述显示面板、所述波导管单元和所述回射器的外壳，其中所述波导管单元具有叠层结构，该叠层结构包括用于发射红外光的光发射层和用于接收反射光并由此检测触摸的光接收层；使用输入部触摸所述显示面板的一部分；以及使所述波导管单元感测由触摸部分中的所述输入部的介入而引起的反射光的接收量的变化，并使所述输入部阻挡发射光以防止回射，由此检测触摸的存在性及触摸位置。

应理解的是，本发明的上述概括说明及随后的详细说明都是示例性的和解释性的，旨在为所请求保护的本发明提供进一步的解释。

附图说明

附图包括在本申请中以提供对于本发明的进一步的理解，它们被并入并构成本申请的一部分，附图示出本发明的实施方式并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是示出根据现有技术的红外型触摸面板的平面图；

图2是示出根据本发明的具有光传感框架的示例性显示设备的平面图；

图3是示出图2的示例性显示设备的剖视图；

图4是示出图2的示例性波导管单元的透视图；

图5是示出图2的示例性回射器(retroreflector)单元的剖视图；

图6是示出图2的示例性回射器单元的顶视图；

图7是示出图5的示例性回射器单元的示例性滤光器的透射率的图表；以及

图8是示出根据本发明的包括光传感框架的示例性液晶显示装置的剖视图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施方式进行描述，附图中示出了这些实施方式的范例。在下文中，将参考附图说明根据本发明的具有光传感框架的显示设备以及使用该显示设备检测触摸的方法。

图2是示出根据本发明的具有光传感框架的示例性显示设备的平面图。图3是示出图2的示例性显示设备的剖视图。

如图2和3中所示，具有光传感框架的显示设备100包括具有四个平边的矩形结构的显示面板200，布置在显示面板200的相邻两边上的波导管单元110，其具有包括发射红外光的光发射层(由图4中的附图标记“111”表示)和接收反射光并检测触摸的光接收层(由图4中的附图标记″112″表示)的叠层结构；布置在显示面板200的剩余两边上的回射器单元120；以及包围显示面板200、波导管单元110和回射器单元120的外壳(未示出)。根据需要，光发射层111和光接收层112可以以颠倒的位置来堆叠，也可以每个都独立地具有包括两个或更多层的叠层结构。

上述光传感框架是指用于光学感测光强度的框架。在本发明中，光传感框架包括波导管单元和回射器，并且光传感框架围绕显示面板。

如图2中所示，光在沿着X和Y轴方向上的多个部分中从波导管单元110中笔直射出。回射器单元120又沿相反方向将所接收的光反射。也就是说，回射器单元120接收笔直的光，使得该光能够被笔直地传输到波导管单元。

当通过一物体触摸具有光传感框架的显示设备100的预定部分时，由于吸光率、散射或反射等原因，该物体阻挡了笔直光在相应部分中的通路。因此，阻止所接收的光传输到回射器。波导管单元110确定光的接收及其变化。从而检测到该触摸的存在性及其对应位置。

图4是示出图2的示例性波导管单元的透视图。

如图4中所示，波导管单元110包括光发射层111和光接收层112，并依次向该光发射层111和该光接收层112照射光。优选地，光发射层111包括第一多条光纤，光接收层112包括第二多条光纤，从光发射层的光纤发射出的光被光接收层的对应光纤接收，并且优选地，第一多条光纤中的每一条与第一类型的光学透镜连接，第二多条光纤中的每一条与第二类型的光学透镜连接；优选地，所述第一类型的光学透镜是聚光光学透镜，第二类型的光学透镜是窄视角光学透镜。特别是，波导管单元110的光发射层111被设置在具有用于发射红外光的红外LED 113、用于分配从红外LED113发射出的光的分光器(未示出)和多条光纤114的一边上，所述光纤114用于使得所分配的来自红外LED113的光能够在多个部分中向X和Y轴笔直传输。

波导管单元110的光接收层112包括用于接收从回射器单元120反射的光的多条光纤116，以及与光纤116的一端连接以利用从光纤116传输来的光检测触摸的存在性的作为光检测器的至少一个线型光传感器115。此外，还可以与显示面板200的布置有光纤116和114的边相邻地设置光效率透镜。

图5是示出图2的示例性回射器单元的剖视图。图8是示出根据本发明的包括光传感框架的示例性液晶显示装置的剖视图。

优选地，回射器单元120包括：滤光器层，用于去除来自除了光发射层之外的源的光；以及回射器棱镜层，用于反射从所述光发射层接收的光。具体地，如图5中所示，回射器单元120包括用于仅透射红外线的滤光器121、用于反射所接收的光的回射器123、和插入到滤光器121和回射器123之间以粘合滤光器121和回射器123的第一粘合层122。此外，回射器单元120还包括布置在回射器123下方的第二粘合层124。在第二粘合层124中，在其具有用于支撑回射器单元120的线型支撑件(图8的180)的内侧设置了外壳所使用的壳顶部(图8中的185)。此外，回射器单元120可以被粘附到支撑件180的一侧。优选地，在波导管单元和显示面板之间设置第一支撑件，在回射器单元和显示面板之间设置第二支撑件。

图6是示出图2的示例性回射器的顶视图。如图6中所示，回射器123具有立方折角的形式，类似微棱镜。在0到65度范围之内的光角度具有优异的回射效率。

图7是示出图5的示例性回射器单元的示例性滤光器的透射率的图表。

如图7中所示，滤光器121仅仅透射红外线之上的光，而阻挡剩余的可见光之上的光。可以采用黑色材料(可见光吸收材料)，以便阻挡可见光。例如，滤光器121可以具有大约700nm的截止频率。

滤光器121可以由丙烯酸树脂制成。例如，该丙烯酸树脂可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者聚碳酸酯。可选地，滤光器121可以包含玻璃。

同时，用于具有光传感框架的显示设备的显示面板可以选自于液晶面板、PDP面板、有机发光显示面板和电泳面板。液晶面板在其下部区域具有附加的光源。

这种显示设备需要包围显示面板200、布置在显示面板200外围的波导管单元110和回射器单元120的材料。此外，波导管单元110和回射器单元120也可以包括在外壳内。

例如，当显示面板是包括第一基板、第二基板以及填充在它们之间的液晶层的液晶面板时，提供了框架型壳顶部185，其覆盖该液晶面板的外围和侧部。该显示面板包括壳顶部185，用于遮蔽布置在液晶面板外围的波导管单元110和回射器单元120。

在这里，回射器单元120被粘附到壳顶部185的一内侧，波导管单元110被粘附到或者在结构上被插入到壳顶部185的另一内侧中，以实现集成结构。具有包括光发射层111和光接收层112的双层叠层结构的波导管单元110被应用于显示面板的两个相邻边，回射器被应用于其剩余的两边(即与波导管单元相对的边)，从而在不增加非有效面积的情况下将光传感框架集成到显示模块中。

特别是，回射器仅仅由膜或者粘合层组成，而没有任何反射透镜、线或元件。因此，与波导管单元相比，能够显著地减小回射器的宽度，并且其厚度能够减少到1,000μm或者更少。由于这个缘故，回射器对于纤薄显示设备很有用。结果，能够实现无边结构。

此外，包括光发射层111和光接收层112的双层叠层结构的波导管单元是有益的，这是因为，分别连接到光发射层111和光接收层112的红外LED和线型光传感器能够被容易地设置在每一块中，并且该波导管单元对于大型显示设备很有用。例如，线型光传感器被设置在包括与其分辨率对应的像素的每一块中。此外，红外LED的位置可以被设置为将红外LED的发光效率和反射效率(其中回射器单元120对从LED接收的光进行反射)保持在预定级别。

液晶显示装置以如下方式感测触摸。在波导管单元110的光发射部111中提供的红外LED 113发射红外光，回射器单元120将该红外光回射到相对侧，以便将光传送到波导管单元110的光接收部112，从而使光接收部112的线型光传感器115能够感测到反射和传送的光。此时，当通过输入部比如手或者笔来触摸该设备时，由于输入装置或部位的介入，发射和反射的光的传输在对应部分被阻挡。因此，通过感测从线型光传感器115中读出的反射光的接收量的变化，可以判断触摸的存在性、光量发生变化的部分、以及作为触摸部分通过光纤连接的对应位置(X和Y坐标)。也就是说，波导管单元110根据输入装置或部位在触摸区域中的固有反射率来感测由各个元件产生的吸收光、散射光以及反射光的变化，并阻挡由输入装置或部位发出的光以防止回射，由此能够感测触摸的存在性及触摸区域。

根据本发明的具有光传感框架的显示设备具有以下优点。首次，具有包括光接收层和光发射层的双层叠层结构的波导管单元被应用于显示面板的两个相邻边，回射器单元被应用于其剩余的两边，以将光传感框架集成到显示模块中。第二，回射器被应用于显示面板的面向波导管的边上，而没有将任何反射透镜应用到波导管上，因此不再需要使用任何反射透镜和与之连接的元件，简化了用于触摸感测的结构。第三，在大型显示设备的情况中，可以将显示面板划分成多个块，并可以将红外LED和线型光传感器设置到每一块中。线型光传感器感测到发射光的回射，或者触摸物阻挡了发射光从而阻止光传送到回射器。因此，可以通过感测光是否未被传输到回射器单元以及若未被传输到回射器单元则不会发生回射来检测触摸的存在性。因此，显示面板对于大型显示设备很有用。第四，与其中在光接收部和光发射部中分开提供波导管、透镜和传感器或者光源的现有技术显示设备相比，本发明的显示设备将波导管单元应用到显示面板的两个边，并将具有简单结构的回射器应用到其剩余的两边，其仅仅使用了光学元件，而未设置任何电子线路，因此简化了仪器设计，缩小了存在于光传感框架边缘的仪器的面积，并最终实现了具有接近无边结构的显示设备。第五，降低了连接到波导管的透镜的数目，减小了制造成本。

对于所属领域中技术人员清楚明白的是，可以对本发明的具有光传感框架的显示设备及使用该显示设备检测触摸的方法作出各种修改和变动，而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明意在涵盖对本发明的所有修改和变动，只要这些修改和变动落入所附权利要求书范围及其等效范围之内。

Claims (25)

1.一种具有光传感框架的显示设备，包括：

显示面板；

布置在所述显示面板的两个相邻边上的至少一个波导管单元，所述波导管单元具有叠层结构，该叠层结构包括光发射层和用于接收反射光的光接收层；以及

布置在与所述波导管单元相对的边上的多个回射器。

2.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述光发射层发射红外光。

3.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述多个回射器操作用于将反射光返回到该光接收层。

4.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述光发射层包括第一多条光纤，所述光接收层包括第二多条光纤，从所述光发射层的光纤发射出的光被所述光接收层的对应光纤接收。

5.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述光发射层包括第一多条光纤，所述第一多条光纤中的每一条与第一类型的光学透镜连接，所述光接收层包括第二多条光纤，所述第二多条光纤中的每一条与第二类型的光学透镜连接。

6.根据权利要求5所述的显示设备，其中所述第一类型的光学透镜是聚光光学透镜，所述第二类型的光学透镜是窄视角光学透镜。

7.根据权利要求1所述的显示设备，还包括：包围所述显示面板、波导管单元和多个回射器的外壳。

8.根据权利要求7所述的显示设备，其中所述外壳包括在所述显示面板上的壳顶部，在所述壳顶部和所述显示面板之间设置每一个所述波导管单元和回射器单元。

9.根据权利要求7所述的显示设备，其中在所述波导管单元和所述显示面板之间设置第一支撑件，在所述回射器单元和所述显示面板之间设置第二支撑件。

10.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述波导管单元的光发射层包括：

用于发射红外光的红外LED；

用于分配从所述红外LED发射出的光的分光器；以及

多条光纤，用于使得所分配的来自所述红外LED的光沿着X和Y轴传输。

11.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述波导管单元的光接收层包括：

用于接收来自所述回射器的光的多条光纤；以及

连接到所述多条光纤的至少一个光检测器。

12.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述回射器包括：

滤光器层，用于去除来自除了所述光发射层之外的源的光；以及

回射器棱镜层，用于反射从所述光发射层接收的光。

13.一种用于制造具有光传感框架的显示设备的方法，包括以下步骤：

提供显示面板；

提供布置在所述显示面板的两个相邻边上的至少一个波导管单元，所述波导管单元具有叠层结构，该叠层结构包括光发射层和用于接收反射光的光接收层；以及

提供布置在与所述波导管单元相对的边上的多个回射器。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述光发射层发射红外光。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个回射器操作用于将反射光返回到该光接收层。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述光发射层包括第一多条光纤，所述光接收层包括第二多条光纤，从所述光发射层的光纤发射出的光被所述光接收层的对应光纤接收。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述光发射层包括第一多条光纤，所述第一多条光纤中的每一条与第一类型的光学透镜连接，该光接收层包括第二多条光纤，所述第二多条光纤中的每一条与第二类型的光学透镜连接。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一类型的光学透镜是聚光光学透镜，所述第二类型的光学透镜是窄视角光学透镜。

19.根据权利要求13所述的方法，还包括提供包围所述显示面板、所述波导管单元以及所述多个回射器的外壳的步骤。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述外壳包括在所述显示面板上的壳顶部，在所述壳顶部和所述显示面板之间设置每一个所述波导管单元和回射器单元。

21.根据权利要求19所述的方法，其中在所述波导管单元和所述显示面板之间设置第一支撑件，在所述回射器单元和所述显示面板之间设置第二支撑件。

22.根据权利要求13所述的方法，其中通过如下步骤制造所述波导管单元的光发射层：

提供用于发射红外光的红外LED；

提供用于分配从所述红外LED发射出的光的分光器；以及

提供多条光纤，以使得所分配的来自所述红外LED的光沿着X和Y轴传输。

23.根据权利要求13所述的方法，其中通过如下步骤制造所述波导管单元的光接收层：

提供用于接收来自所述回射器的光的多条光纤；以及

提供连接到所述多条光纤的至少一个光检测器。

24.根据权利要求13所述的方法，其中通过如下步骤制造所述回射器：

提供滤光器层，以去除来自除了所述光发射层之外的源的光；以及

提供回射器棱镜层，以反射从所述光发射层接收的光。

25.一种检测对具有光传感框架的显示设备的触摸的方法，所述方法包括以下步骤：

准备该显示设备，使该显示设备具有显示面板、布置在所述显示面板的相邻两个边上的波导管单元、布置在所述显示面板的剩余两个边上的回射器、以及用于包围所述显示面板、所述波导管单元和所述回射器的外壳，其中所述波导管单元具有叠层结构，该叠层结构包括用于发射红外光的光发射层和用于接收反射光并由此检测触摸的光接收层；

使用输入部触摸所述显示面板的一部分；以及

使所述波导管单元感测由触摸部分中的所述输入部的介入而引起的反射光的接收量的变化，并使所述输入部阻挡发射光以防止回射，由此检测触摸的存在性及触摸位置。

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