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基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏.pdf

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基于 光柵 結構 補償 光源 波導 光學 觸摸屏
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摘要
申請專利號:

CN201510220923.2

申請日:

2015.05.04

公開號:

CN104898895A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 3/042申請日:20150504|||公開
IPC分類號: G06F3/042 主分類號: G06F3/042
申請人: 上海交通大學
發明人: 葉志成; 馬萍
地址: 200240上海市閔行區東川路800號
優先權:
專利代理機構: 上海新天專利代理有限公司31213 代理人: 張寧展
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510220923.2

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.11.03|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,包括透明保護層、光波導層、背光源和導光板,還包括分別設置在所述的光波導層的相對兩側壁上的光電探測器、設置在所述的光波導層上的光柵和補償光源,所述的光波導層是由沿X方向和Y方向的透明光波導構成光波導矩陣。本發明利用光柵的衍射,補償顯示光中特定波長的光,并利用此補償光源作為可在波導內傳輸的波導模式信號光,作為觸控的檢測光,降低由光柵耦合對原顯示光造成的影響,有效提高顯示光的高保真性和觸摸屏的精度及效率;光柵覆蓋方式根據需求可選擇全覆蓋或側邊覆蓋,以降低成本,提高精度,采用補償光源周期性工作的方式,從而降低耗能,減少干擾。

權利要求書

權利要求書
1.  一種基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,包括透明保護層(201)、光波導層(203)、背光源(207)和導光板(209),其特征在于,還包括分別設置在所述的光波導層的相對兩側壁上的光電探測器(205)、設置在所述的光波導層上的光柵(204)和補償光源(206),所述的光波導層(203)是由沿X方向和Y方向的透明光波導構成光波導矩陣。

2.  根據權利要求1所述的基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,其特征在于,所述的光柵(204)將補償光源的光轉化為沿著光波導層(203)傳播的波導模式信號光,當產生觸控時,觸控點對應的波導中的波導模式信號光的強弱變化被所述的光電探測器(205)接收,并轉化為電流信號。

3.  根據權利要求1所述的基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,其特征在于,距離觸摸屏使用者由近及遠依次是所述的透明保護層(201)、光波導層(203)、光柵(204),液晶層(200)、背光板光學膜(208)、導光板(209)和反射板(210),在靠近所述的導光板(209)處設置所述的補償光源(206)和背光源(207),所述的光柵(204)完全覆蓋在所述的光波導層(203)的表面,所述的補償光源(206)與背光源(207)共用所述的導光板(209),補償光源(206)的波長小于450nm。

4.  根據權利要求3所述的基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,其特征在于,所述的補償光源(206)發光二極管與背光源(207)發光二極管交替排列。

5.  根據權利要求1所述的基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,其特征在于,距離觸摸屏使用者由近及遠依次是所述的透明保護層(201)、液晶層(200)、背光板光學膜(208)、第二導光板(211)、光波導層(203)、光柵(204)、第一導光板(209)和反射板(210),在靠近所述的液晶層(200)的第二導光板(211)處設置所述的背光源(207),在遠離所述的液晶層(200)的第一導光板(209)處設置所述的補償光源(206),所述的光柵(204)完全覆蓋所述的光波導層(203)的表面,補償光源(206)是波長大于700nm的可見光長波長段或紅外波段。

6.  根據權利要求1所述的基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,其特征在于,距離觸摸屏使用者由近及遠依次是所述的透明保護層(201)、光波導層(203)、液晶層(200)、背光板光學膜(208)、導光板(209)和反射板(210),在靠近所述的導光板(209)處設置所述的補償光源(206)和背光源(207),所述的光柵覆蓋在所述的光波導層(203)的上表面的一邊或下表面的一邊。

7.  根據權利要求6所述的基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,其特征在于,所述的光柵(204)沿著觸摸屏中心方向傾斜,材料選擇金屬或非金屬。

8.  如權利要求書1至7任一項所述的基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,其特征在于,所述的光柵(204)的周期根據補償光源的波段范圍選擇,保證補償光源(206)能耦合進所述的光波導層(203)。

9.  如權利要求書1至7任一項所述的基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,所述的補償光源(206)單獨控制時,使用周期性工作的脈沖的工作方式,其發光時間應控制在液晶顯示屏像素刷新時間以內。

10.  如權利要求書1至7任一項所述的基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,所述的相鄰的光波導之間具有平行的金屬或者導電線條,該線條的寬度小于5微米,厚度小于100納米,材料為鋁、銀、銅或石墨烯。

說明書

說明書基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏
技術領域
本發明涉及信息顯示技術領域的交互式觸控技術,特別是一種基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏。
背景技術
觸摸屏根據技術原理的不同可以歸結為:電阻式,電容式,表面聲波和紅外式。電阻式觸摸屏具有不怕污染和低成本優勢,但是不耐磨損,透光率低并且反應速度慢;表面聲波觸摸屏防污差,發射換能器易碎,使用壽命短;電容觸摸屏抗電磁干擾差,需要導體做觸控,使用環境局限,且對溫度濕度接地等環境要求高(參見http://www.sunonway.com/chumopin/1092.htm)。而紅外觸摸屏因為采用紅外光源,對人眼無影響,擁有高靈敏度和穩定性,較好的內置或外置效果使得其不影響顯示器的外觀,防暴性能優良。目前市場上的紅外觸摸屏由裝載在觸摸屏上的紅外線發射與接受感測原件構成,并在屏幕表面形成紅外探測網,任何觸摸物體均可改變觸電上的紅外線進而被轉化成觸控的位置坐標。很明顯,這種觸控不強制要求必須是手指,只要是任何可以阻擋光線的實物都可以產生觸摸,具有交互方便和不受可見光干擾的優點。但同樣的,紅外的發射光源成本高,且實際應用中,對系統的穩定性要求極高,不論哪一個紅外發射管出現問題,都將影響到觸摸屏的靈敏及準確性。并且,由于紅外光源一般為點光源,需要一定的厚度和長度才能讓光均勻分布,不能滿足輕薄和小尺寸便攜的要求。
上述觸摸屏技術都要求控制者與顯示屏零距離接觸操作,也就是人機交互必須是接觸式的,但對于掛壁式大屏幕觸摸屏,或者一些公共場合的觸摸屏,這種零距離接觸式操作無疑限制了操作者的人機互動自由和屏幕的大小。市場上現有的非接觸式交互是基于計算機視覺的人機交互,其利用計算機實時處理攝像頭所拍攝的視頻信息,對人體實現精確定位,比如我們熟知的kinect體感游戲,這種非接觸式觸控縱然有效,但其成本是較高的,且不適用于移動顯示式的小屏幕和精細控制(參見http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/)。
目前有一種基于光柵的光波導式觸摸屏(專利申請號:201310750534.1),這種觸摸屏雖然能解決屏幕的反射和輕薄性的問題,但顯示光在經過光柵和手指的反射之后,光強明顯下降,由于除了顯示光源外未加入其他光源,這種觸摸屏的效率及觸控靈敏 度較低。另一方面,由于光柵需要覆整個光波導,不僅對生產成本造成壓力,對光柵的制作也是不小的挑戰。
發明內容
本發明的目的在于針對上述現有技術的不足,提供一種基于光柵的光波導式觸摸屏,更具體的是在傳統背光中加入對人眼不敏感的補償或者獨立光源,用于耦合并成為檢測光,從而可以提高觸控光信號強度,該觸摸屏在改善觸控靈敏度,觸點準確度的基礎上,有效地保留了顯示器的原本顯色,降低環境光的干擾,極大程度地改善了用戶體驗。
本發明的技術解決方案如下:
一種基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏,包括透明保護層、光波導層、背光源和導光板,其特點在于,還包括分別設置在所述的光波導層的相對兩側壁上的光電探測器、設置在所述的光波導層上的光柵和補償光源,所述的光波導層是由沿X方向和Y方向的透明光波導構成光波導矩陣。
所述的光柵將補償光源的光轉化為沿著光波導層傳播的波導模式信號光,當產生觸控時,觸控點對應的波導中的波導模式信號光的強弱變化被所述的光電探測器接收,并轉化為電流信號。
優選的,距離觸摸屏使用者由近及遠依次是所述的透明保護層、光波導層、光柵,液晶層、背光板光學膜、導光板和反射板,在靠近所述的導光板處設置所述的補償光源和背光源,所述的光柵完全覆蓋在所述的光波導層的表面,所述的補償光源與背光源共用所述的導光板,補償光源的波長小于450nm。
所述的補償光源發光二極管與背光源發光二極管交替排列。
另一優選的,距離觸摸屏使用者由近及遠依次是所述的透明保護層、液晶層、背光板光學膜、第二導光板、光波導層、光柵、第一導光板和反射板,在靠近所述的液晶層的第二導光板處設置所述的背光源,在遠離所述的液晶層的第一導光板處設置所述的補償光源,所述的光柵完全覆蓋所述的光波導層的表面,補償光源是波長大于700nm的可見光長波長段或紅外波段。
另一優選的,距離觸摸屏使用者由近及遠依次是所述的透明保護層、光波導層、液晶層、背光板光學膜、導光板和反射板,在靠近所述的導光板處設置所述的補償光源和背光源,所述的光柵覆蓋在所述的光波導層的上表面的任意一側或下表面的任意一側。
所述的光柵沿著觸摸屏中心方向傾斜,材料選擇金屬或非金屬。
所述的光柵的周期根據補償光源的波段范圍選擇,保證補償光源能耦合進所述的光波導層。
所述的補償光源單獨控制時,使用周期性工作的脈沖的工作方式,其發光時間應控制在液晶顯示屏像素刷新時間以內。
所述的相鄰的光波導之間具有平行的金屬或者導電線條,該線條的寬度小于5微米,厚度小于100納米,材料為鋁、銀、銅或石墨烯。
所述的補償光源不應對觸摸屏的顯示色彩及人眼的觀察效果產生影響;其波長范圍根據觸摸屏結構的不同,可選擇不同的波段范圍。
所述的光柵將補償光源全部或部分耦合入波導中傳播,并最終被光電探測器檢測到。
所述的補償光源和背光源可以分開控制,補償光源可以周期性的點亮,其周期應小于液晶顯示屏刷新的周期。
與現有技術相比,本發明的有益效果如下:
本發明通過補償光源的使用,克服了現有技術中背光源在短波長的發光效率低下,從而造成耦合光強太弱,觸控響應信號不靈敏的問題。同時可以通過周期性點亮的工作方式,降低能耗以及補償光源可能對人眼觀看顯示內容所帶來的干擾。
附圖說明
圖1人眼的視覺暫留示意圖
圖2用于背光源的LED光譜
圖3人眼對可見光的明視場響應曲線
圖4垂直入射下,周期為360納米的光柵±1級衍射
圖5垂直入射下,周期為750納米的光柵±1級衍射
圖6基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏的實施例1的結構示意圖
圖7實施例1的光源設置
圖8實施例1的照度模擬
圖9基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏的實施例2的結構示意圖
圖10基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏的實施例3的結構示意圖
圖11實施例3的一種光源放置方式
圖12實施例3的一種光柵放置方式
圖13實施例3側邊光柵觸摸屏仿真結構及其背光均勻度模擬
具體實施方式
為了更加清楚地闡述發明目的、技術方案及優點,以下結合附圖及實施例,對本發明作進一步詳細說明,應當理解,此處所描述的具體實施例僅用于解釋此發明,并不用于限定本發明的保護范圍。
根據布拉格相位條件,光柵波導的正負一級耦合公式如公式(1)所示:
k0n0sinθ±2πT=k0Neff---(1)]]>
其中,k0是真空中的波數,n0是入射介質的折射率,θ為波導內部的入射角,T為光柵周期,波導有效折射率為Neff,波導材料的折射率為n1,對于+1級衍射,公式(1)取正號,對于-1級衍射,公式(1)取負號。并且有則對任意的波導,應有n1>Neff>n0,因此公式(1)可表示為公式(2)。
k0n0<|k0n0sinθ&PlusMinus;2πT|<k0n1---(2)]]>
為了使+1級衍射光成為波導中的耦合光,化簡公式(2)可得其對應的光柵周期T應滿足以下條件:
λn1-n0sinθ<T<λn0-n0sinθ---(3)]]>
同樣的,為了使-1級衍射光成為波導中的耦合光,化簡公式(2)可得其對應的光柵周期T應滿足以下條件:
λn1+n0sinθ<T<λn0+n0sinθ---(4)]]>
其中,λ為真空中的入射光波長。
由公式(3)和公式(4)可知,當入射角θ和光柵周期T確定時,此波導中一級衍射光被耦合得入射光波長被唯一確定。為了說明原理,本實施方式不考慮θ>0的斜入射情況,只討論θ=0的正入射情況。在這種情況下,公式(3)和公式(4)可化簡為公式(5),即對于特定得波長λ,其正負一級衍射光能耦合到波導中,所對應的光柵周期應滿足的集合為A:
A={T|λn1<T<λn0}---(5)]]>
顯然對公式(5)所確定的光柵周期,入射光中只有波長在λ附近才有可能成為波導模式并在光波導中橫向傳播,其他短波長的光將穿過光柵波導發射出來,而更長波長的光則不具備耦合成波導光的能力。則對于任意的波長λ1<λ2<λ3,若要使得λ2的一級衍射光可以耦合到波導中,而波長小于λ1和波長大于λ3的光透射,其光柵周期是 可解的。但對于人眼可觀察的范圍來說,若λ1或λ3對人眼不敏感,就是可忽略的。也就是說,我們取不同的補償光波長,對應著不同的光柵周期及觸摸屏應用方式。
對于光柵并不整面覆蓋光波導的情況,由于背光源所發出的用于顯示的光并不經過光柵,因此并不會受到光柵衍射的影響。下面我們通過三種實施例來分別討論。
實施例1
當光柵整面覆蓋在光波導上并且所選的λ2處于紫色波段,用于背光源的普通白光LED光譜中λ2含量很少,且對人眼的視覺貢獻很小,λ3為可見光的藍色峰值450nm處,根據上述分析,設置450nm以下的光成為波導模,從而作為檢測光,而450nm及以上的光將直接通過波導。由圖2和圖1可知,LED所產生的白光光強在450nm以下比較弱;由圖3可知,人眼對450nm以下的藍紫光并不敏感,那么這樣的設置并不會影響屏幕顯色的差異。例如,入射介質為空氣n0=1,波導介質為玻璃n1=1.466,λ2=410nm,由式(5)可知其對應的光柵周期應為279nm<T<410nm,此處取光柵周期為360nm,光柵高度取200nm,占空比為0.5,仿真結果如圖4所示。由仿真結果可知,周期為360nm的光柵對波長為410nm的光耦合效率達16%左右,而這一波段的光正好處于450nm以下,且對人眼不敏感。
實施例1所對應的觸控顯示結構如圖6所示,其組合方式按照距離觸摸屏使用者的近遠依次為:透明保護層201、光波導層203、光柵204,液晶層200、背光板光學膜208、導光板209和反射板210,在靠近所述的導光板209處設置所述的補償光源206和背光源207,光電探測器205設置在所述的光波導層的一組相對邊的側壁上。本實施例中光柵204全部覆蓋在光波導203上,所述的補償光源206與背光源207共用同一塊導光板。補償光源206發光二極管可以與背光源207發光二極管交替排列單獨控制,其中補償光源206波長應小于450nm。這種觸控顯示結構在工作時,背光源發出背光,補償光源發出補償光,其背光源與補償光源的組合方式多種多樣,此處列舉三種:
如圖7所示,將補償光源和背光源依次均勻交替放置,并且可以按照一定比例設置背光源和補償光源的光強。圖中,黑色LED表示補償光源LED,白色LED表示背光源LED,t表示補償光源LED與背光源LED之間的貼合間隔距離,需要滿足0≤t≤相鄰兩個背光源LED間距的一半。注意到背光及補償光的均勻性與t有關,t越接近0,均勻性越好。此處作為一個例子,選擇t=0的排列方式,其背光模組包括導光板及其散射網點,反射板,擴散板。其中,背光源及補償光源LED有五組,導光板設置為114mm×70mm×3mm,底部散射網點為凸起的球形,高度為0.1mm,半徑r=0.5mm,按照網格大小為1.5mm×1.5mm的規則排列在導光板底部,應當注意的是,這種散射網點的排列方式不是唯一的,應根據導光板的規格及LED數目做相應調整,其目的是是為了滿足出光均勻性,從而為觸摸屏的背光提供保障。其仿真結果如圖8所示,其中(a) 表示背光和補償光同時工作時的照度均勻度。(b)表示背光的均勻度,(c)表示補償光源的照度均勻度,可以看出,這種排列方式是可以滿足背光均勻性的要求的,并且,補償光源并不影響背光源的均勻性。這樣做的好處是可以分開控制補償光源及背光源,從而為降低能耗提供多種可能。
亦可以直接將白光LED工作在過壓狀態,使其發出偏藍紫的白光從而將其中的藍紫光用作補償光源,這樣做的好處是簡便易行,但對光源的壽命有所影響。
對于本實施例所舉例的360nm光柵,其對應的耦合光波長為410nm,則可以設置背光源中紫外UV-LED和熒光粉結合產生的背光在410nm處恰有一峰值,用于補償光波導層的耦合,成為補償光源。注意到后兩種光源方式不需要額外添加補償光源,因此其背光源放置方式無需特別改變。在補償光源206發出的補償光通過光柵204時,會有一部分被耦合到光波導層203中,并在其中橫向傳輸,成為波導模;大部分光則縱向通過光波導層203、透明保護層201,進入人眼。而耦合到光波導層203中的檢測光就會被光電探測器205檢測到,用于產生觸控。當操作者用實物,如手指等,接觸到透明保護層201上方區域時,由于操作物對顯示光及補償光的反射又被耦合到光波導中,光電探測器205接受更多的檢測光,由X,Y方向的探測器可以檢測到這種光強的變化,從而判斷出觸控發生的位置。應當注意的是,本實施中并不要求操作物一定要接觸到透明保護層201,當操作物懸空到透明保護層201上時,便可以實現非接觸式觸控。
這樣做的好處是:白光LED中,藍紫光成分較少,其效率明顯不高,補償這個波段的光源可以明顯提高顯示屏的效率;且可見光中450nm及以下的藍紫光部分對人眼很不敏感,因此不會影響人眼的觀察;但藍光探測器可以很容易探測到,因此補償410nm的藍紫光有效提高了顯示光的觸控精度。
在實施例1中,所設計的耦合在波導中的檢測光并未占用三色光RGB的主峰波段,因此對顯示器的影響可忽略。
實施例2
當光柵整面覆蓋在光波導上并且所選的λ2處于紅外波段,λ1為可見光的長波段,設置700nm以上的紅外波段成為波導模,從而成為檢測光,而700nm及以下的可見光可直接通過波導。例如,入射介質為空氣n0=1,波導介質為玻璃n1=1.466,λ1=650nm,λ2=800nm,由式(5)可知其對應的光柵周期應為545nm<T<800nm,此處作為一個例子我們取光柵周期為750nm,光柵高度為500nm,占空比為0.5,仿真結果如圖5所示。
應當注意的是,與補償藍紫光波段不同,補償光處于紅外波段時,所對應的光柵周期比較大,可見光的衍射效果明顯,會影響人的正常觀看。因此,不適宜采用圖6和圖7所示的觸摸屏結構及光源放置方式,而采用圖9所示的觸摸屏結構,其組合方式按照距離觸摸屏使用者的近遠依次為:透明保護層201、液晶層200、背光板光學膜 208、第二導光板211、光波導層203、光柵204、第一導光板209和反射板210,在靠近液晶層200的第二導光板處設置所述的背光源207,在遠離液晶層200的第一導光板處設置所述的補償光源206,光電探測器205設置在所述的光波導層的一組對邊的側壁上。所述的光柵204全部覆蓋在光波導層203上,所述的補償光源206與背光源207使用不同導光板,該補償光源206的波長應是對人眼不敏感的、波長大于700nm的可見光長波長段或紅外波段。背光源與補償光源分別獨立使用不同導光板。工作時,補償光源206發出補償光,通過光柵204時,會有一部分被耦合到光波導層203中,并在其中橫向傳輸,成為波導模;大部分光則與背光板發出的白光一起,縱向通過擴散板、棱鏡膜等背光板光學膜和透明保護層201,進入人眼。而耦合到光波導層203中的檢測光就會被光電探測器205檢測到,用于產生觸控。注意到在這種結構中,背光源207并未直接通過光柵發生衍射,因此對用戶體驗的影響降低到了最小。與實施例1相類似,這種結構也可以實現非接觸式觸控。
這樣做的好處是:目前市場上紅外探測器種類較多,效率也較高,紅外光作為波導耦合光可以降低成本;光柵周期750nm的技術難度低,易于實現;紅外光對人眼是不可見的,但對探測器卻很敏感,這樣就能在不影響顯示屏顯色的情況下完美的實現更精確的觸控。
在實施例2中,紅外波段的光所對應的光柵周期比較大,一旦背光中有一部分透過光柵并通過底部的反射板反射回來的話,就會再次經過光柵而產生較為明顯的衍射光,這樣,會對顯示造成一定干擾,因此設計方案2更加適合使用在外接式觸控板等不需要視覺觀察的屏幕。
更進一步,無論對于實施方案1還是實施方案2,為了實現節能的效果,這些額外加入的光源以快于視神經的反應速度的脈沖方式工作,如圖1所示,在中等亮度的光刺激下,視力正常的人的視覺暫留時間約為0.1s,而顯示器的刷新率大約為每秒60幀,為了減少對人眼的視覺影像干擾,脈沖時間小于像素刷新時間。
實施例3
光柵204可以全部覆蓋觸控面板區域,即實施例1、2所示,也可以僅覆蓋觸控面板的相鄰兩側的邊緣區域,如圖10所示的觸摸屏結構。其組合方式按照距離觸摸屏使用者的近遠依次為:透明保護層201、光波導層203、液晶層200、背光板光學膜208、導光板209和反射板210,在靠近所述的導光板209處設置所述的補償光源206和背光源207,光電探測器205設置在所述的光波導層的一組對邊的側壁上。本實施例中光柵覆蓋在光波導層203的下表面的一側。液晶層200覆蓋區域不包含所述的光柵204所在的一組相鄰側邊。所述的背光源與補償光源可以分開控制,也可以共用同一光源。所述的光柵可以是傾斜的,以利于補償光耦合進波導后沿著觸控面板中心的方向傳播。
所述的補償光源的放置方式是多種多樣的:可以選擇與背光源共用相同的光源,如圖10所示;也可以選擇背光源與補償光源單獨使用不同的光源,如圖11所示,此種放置方式對補償光源的光波長沒有限制,但考慮到窄邊框的移動設備的邊緣漏光問題,這種放置方式更加傾向于選擇藍紫光或紅外光等對人眼不敏感的光波段作為補償光源。此處作為一個仿真實例,設置主屏幕規格同實施例1,側邊屏幕規格為70mm×3mm×3mm,所述的補償光源206設置為一顆發光二極管,該發光二極管放置在側邊屏幕的窄邊一側,散射網點為凸起的球形,高度0.1mm,半徑按照多項式r=0.5+5.36e-5+9.8e-5y2的方式沿著側邊屏幕的長邊排列,其背光板結構及其背光均勻度仿真示意圖如圖13所示,其中,主屏幕的背光均勻度達到89%,側邊光柵所在的背光均勻度為82%。這樣做的好處是背光源與補償光源可以分開控制,為降低能耗提供更多種可能,同時,補償光源光波段也可以靈活選擇;背光源的放置方式亦可以選擇直接將背光的一側作為補償光源,如圖10所示,但要注意液晶面板不能覆蓋在這一側,選擇背光中不同的波段作為耦合到波導中的檢測光,對應著不同的光柵周期,為了提高觸控精度,可以選擇背光源光譜中短波長峰值波段耦合所對應的光柵周期。
實施例4
為了降低邊緣漏光對人眼的干擾,可采用傾斜的金屬光柵結構,為了提高反射效率,其金屬高度應高于光柵高度,其金屬種類可以選擇鋁、銀、鎳等,如圖12。其組合方式按照距離觸摸屏使用者的近遠描述為:透明保護層201、光波導層203、液晶層200、背光板光學膜208、導光板209和反射板210,本實施例中光柵覆蓋在所述的光波導層203的上表面的一側,在所述的導光板209處設置所述的背光源207,補償光源206并不單獨設置,而是使用背光源207所發出的背光的一部分作為補償光源。光電探測器205設置在所述的光波導層的一組對邊的側壁上。這樣做的好處是減少邊緣漏光,提高耦合光效率,且無需添加額外的補償光源。在這種側邊光柵的結構中,補償光源發出的準直光經過邊緣一側的光柵,耦合到光波導中,當外界產生觸摸時,由于手指破壞了光波導中光的全反射,將使得觸摸點位置的信號光溢出,表現在該點的光強減弱,由光電探測器探測到這種變化的光強后,經處理確定觸摸點的位置。
采用側邊光柵結構的好處是,在保證觸控效率和精度的同時,大大減少了光柵的使用面積,降低了成本。但要注意,由于被觸摸反射而耦合進來的光并不能再次經過光柵而被衍射,因此這種結構的觸摸屏只適合接觸式的觸摸控制。
實驗表明,本發明利用光柵的衍射,補充特定波長的補償光,使得需要顯示的背光源不被耦合,有效提高了顯示屏的高保真性,帶來良好的用戶體驗。并且,補償光對人眼不敏感,但對探測器很敏感,有效提高了觸控的精度。同時,波導的使用可以克服內部光干擾,使得顯示屏色彩更加純凈。特別的,補償光源的周期性點亮能夠有效的降低能耗。

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本文標題:基于光柵結構與補償光源的光波導式光學觸摸屏.pdf
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