专利名称：光导触摸屏的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于显示设备的坐标探测系统。
为了提高用户和计算机之间的交互性，已经为多媒体信息亭、教育中心、自动贩卖机、视频游戏等引入触摸屏显示器。触摸屏显示器是可以受物理接触影响的显示屏，允许用户通过触摸计算机屏幕上的图标、图片、文字或其它可视对象与计算机相互作用。触摸，也就是在输入位置与屏幕建立的物理接触，通常由手指、防止屏幕变脏和污染的笔或一些其它适合的触针完成。
通用触摸屏通常不受显示器或触摸区域的类型的控制。触摸屏允许不同的分辨率，从关于笔输入到使用手指或任何其它相对较大物体的输入的像素级分辨率；以及不同的尺寸，范围从移动电话显示器到广告板。触摸屏应该进一步不受环境照明、电场、寄生电容等的影响。
日本专利申请no.11-273293公开了一种触摸面板、一种装配有触摸面板的显示设备和装配有显示设备的电子设备。通过发光装置照明光导板。发光装置的光相对发光装置从光导板的两侧入射，照射到位于光导板的相对一侧的光学传感器上。当通过输入笔或指尖触摸光导板的表面时，光在光导板处全反射并在光导外部耦合，导致光学传感器的光量减少。因而可以探测触摸面板上的输入位置。
在现有技术中，通过应用触摸屏以获得输入位置的探测，由于光导板中的光折射到远离传感器的方向，就探测到光学传感器上减少的光强度。
这要求在光导边缘并从而在显示设备边缘构建传感器阵列，通常位于发光装置的相对一侧。结果，由于不可能将传感器放置或集成在设置在显示设备中的任何现有基底中，就使得显示设备变得更大。
本发明的一个目的是提供具有触摸屏的小型显示设备，其中包括光导。通过根据权利要求1的显示设备实现该目的。通过从属权利要求定义优选实施例。
根据发明的一个方面，为包括显示器的显示设备提供一套系统，用于探测上述显示器的显示屏上的输入位置。因而，显示屏构成触摸屏，其可以与用户相互作用。下文中发生用户相互作用的屏幕上的坐标被称为“输入位置”。
探测系统包括与屏幕相邻设置的光导。光导具有一个光源，设置为将光发射入光导。优选的是，光导具有一个光源，例如LED或一些其它的漫射光源，设置在光导一侧，将光发射入光导。
光导与周围环境以这样一种方式光学匹配，即正常地，依靠全内反射将光源的光限定在光导内。上下文中的“正常”应该理解为表示无用户相互作用发生的情况。例如，光导的折射率可以比周围环境的折射率高。
当显示设备的用户依靠手指、笔或一些其它指示物体建立与显示屏的物理接触时，光导内光的全内反射的状态被扰乱，结果从光导中分离出光，并优选地导向为远离屏幕，也就是说基本上在远离用户/观察者的方向上。
显示设备包括例如光探测器形式的光探测装置，以探测从光导中分离出的光。这是有利的，因为光探测装置可以设置在显示屏自身的平面中，而不是它的边缘处。这导致显示设备的尺寸减小。
光探测装置被设置为用于将探测光的事件与发生用户相互作用的输入位置(显示屏幕上的触点)相关联，其中所述的光从光导中分离出。优选的是，光探测装置包括多个与触摸屏上的不同输入位置关联的光传感器或光探测器。优选的是，每一个光传感器或光探测器与显示屏上的单个输入位置或输入区域(按钮)关联。例如，可以设置多个光传感器或光探测器，每个光传感器或光探测器可以用于显示器的每个图像元素。
本发明是有利的，因为可以在大多数类型的显示器，例如LCD、CRT，不同类型的LED技术，例如OLED、PLED等中，提供可靠的入射光探测。本发明可以应用其中的设备包括移动电话屏幕、不同类型的监视设备、电视机、投影屏等。当用户建立与触摸屏的接触时，在光导中全反射的光从光导中分离并导入显示设备是有利的，因为光探测装置可以优选集成在显示器中的任意基底中，也就是，集成在显示器的平面中，其中提供平稳、集成的光探测方案。
根据发明的实施例，显示设备包括有源矩阵显示器，而且光探测装置优选与显示设备的有源矩阵基底集成。例如，显示设备包括有源矩阵液晶显示器(AM-LCD)、有源矩阵有机LED显示器(AM-OLED)或有源矩阵聚合体LED显示器(AM-PLED)。
在此实施例中，光探测装置优选包括有源矩阵基底的薄膜晶体管(TFT)。构成TFT的半导体材料的特性为光电流，意味着当TFT暴露在光中时，在TFT中引起光致漏电流。因此，通过光阻层遮蔽在例如常规液晶显示器中的TFT以防止入射光。
通过在该层开口或通过用另一种对特定波长透明的材料的层取代该层，TFT现在可以故意地制为对(特定波长的)外界光敏感。该实施例具有可以提供平稳、集成的方案的优点，因为现有TFT可以用作为光探测器，而且，因此，系统中不需要使用附加的光探测器。这就使得可以构建具有触摸屏的特小型显示设备。
可选择的，显示设备包括光敏基底，被设置为用于探测从光导中分离并导入显示设备中的光。该可选择实施例同样提供集成方案，并且可以在显示器的平面中提供探测。与触摸屏上的输入位置关联的不同区域应该优选地限定在光敏基底内，使得能够将光敏基底中的光探测事件与显示屏的输入位置关联。
根据发明的另一个实施例，光导设置在显示设备的前面板中。这是具有优势的，使得附加光导不需要设置在显示设备的外部面上，但是现有的显示器前面板可以应用为光导。将光导集成入实际的显示器前面板，就使得显示设备更加紧凑。
根据发明的另一个实施例，被设置为将光发射入光导中的光源发射红外光。这是具有优势的，因为IR光对人眼为非可见的，设置在光导一侧用于将光发射入光导的光源不会造成显示器的观看特性的恶化，并可以使用硅的光探测器。
根据发明的另一个实施例，在光探测装置上设置滤光片以提高对于入射到光探测装置上的光的选择性。对于单色光，滤光片提高对于光的选择性。可以要求选择性以从环境光中区别照射到光探测器上的光。在光源为脉冲型的时候，光探测器和/或滤光片应该通过与脉冲光的同步和/或通过将滤光片设置为只通过所关注带宽，来适于处理脉冲光。
当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的更多特点和优势将变得显而易见。本领域技术人员可以认识到，可以结合本发明的不同特征以创建不同于以下描述的那些内容的实施例。
将参考附图详细描述本实施例，其中
图1示出本发明可以应用于其中的现有技术显示设备的实例；图2示出依照本发明实施例，设置有光导的显示设备屏幕的示意性前视图和侧视图；图3示出光导的侧视图，其中全内反射被扰乱；图4示出设置在屏幕的显示器前面板中的光导的侧视图；以及图5示出显示设备的一部分的示意图，其中本发明可以应用于该显示设备。
图1示出便携式电脑形式的显示设备100，该电脑设置有键盘101和LCD平面屏幕102，其中本发明可以有优势地应用于该显示设备。根据本发明，包括光导和光探测装置的坐标探测系统可以以多种不同方式设置在显示设备中，正如将要描述的那样。例如，光导可以设置在显示设备的外部，或者优选的是，设置在显示设备100的前面板中。正如以下将要描述的那样，光探测装置优选设置在显示设备的内部。
图2的上部示出显示设备屏幕201的示意性前视图，其中通过粘合剂设置光导202，或可选择地，在显示设备的前面板中设置光导。光探测装置203(图2的上部中未示出)可以设置在显示设备中的任何基底中，也就是说，在显示器平面中，其中提供平稳、集成的光探测方案。光探测装置与CPU 204或一些其他合适的具有处理能力的装置连接。典型地，CPU包括设备中现有的处理装置，其中坐标探测系统应用在该设备中，该设备例如便为携式电脑、移动电话、投影屏、电视机等。用户使用以笔205的形式的指示设备建立与屏幕的接触206。
图2的下部示出显示设备屏幕201的示意性侧视图。以薄膜晶体管(TFT)的形式的光探测装置203集成在显示设备的有源矩阵基底209中，以探测入射光。光导202具有光源208，被设置为将光发射入光导。光导202及其周围环境之间的光学匹配以这样一种方式适应，即通过全内反射使得光源208的光210限定在光导之内。注意到光探测装置203不需要包括TFT。基底209可以包括光敏材料，其中将该光敏材料设置为探测从光导202分离出并导入显示设备中的光。
图3示出屏幕301的侧视图。依靠例如笔305与光导302的物理接触来扰乱全内反射，因而光310通过光导302从光源308发射到有源矩阵基底309中的光探测装置303(TFT，光敏面板等)中。当全内反射的状态被扰乱，以及从光导302中分离出光并将其导向光探测装置303时，可以通过确定光311的入射点(多个入射点)来确定显示器上的接触点306，其中通过光导，光311从光源照射到光探测装置303。在接触点306，光311被散射到多个方向。换句话说，可以说接触点306作为发射光311的光源。图3示出该通常发生在许多方向的这种散射的简化视图。对于光学输入，光导302是透明的，且光输入将会穿过光导，并在光探测装置303中被探测到。
在图4中，光导402设置在屏幕的前面板中，从而使该坐标探测方案更加紧凑。
图5示出可应用本发明的显示设备501的一部分的示意性视图。它包括位于行或选择电极507与列或数据电极506的交叉区域处的元素或像素508的矩阵。依靠行驱动器504选择行电极，同时通过数据寄存器505为列电极提供数据。为此目的，如果需要，在处理器503中首先处理输入数据502。通过驱动线509，使得行驱动器504和数据寄存器505之间发生相互同步。
行驱动器504发出的信号通过薄膜晶体管(TFT)510选择图像电极，TFT的栅电极523与行电极507电连接，源电极524与列电极电连接。出现在列电极506的信号通过TFT传送到与漏电极525耦合的像素508的图像电极。其它图像电极与例如一个(或更多)通用计数器电极连接。数据寄存器505同样包含开关511，通过该开关使得输入数据可以传送到列电极506(位置511a)，或在传感阶段可以感知TFT 510的状态(开关511的位置511b)。
半导体材料的特性为光电流，意味着当TFT暴露在光中时，在TFT 510中导致光致漏电流。因此通过光阻层(未示出)，例如黑矩阵层，使得常规显示器中的TFT屏蔽于任何入射光。通过在光阻层开口或通过用另一种对特定波长透明的材料的层取代该光阻层，TFT可以制为对(特定波长的)外界光敏感。
光束可以局部照亮TFT 510，在照明时，存储在与TFT相关的电容508中的电压下降。在下一个写入周期内写入新信息之前，对该电压下降的感知(开关511的位置511b)能够区分有意照明的像素和未照明的像素。传感信息存入处理器503中，并通过使用专用软件，可以探测从显示设备外部发出，照射到显示器的光的入射点。对于本领域技术人员上述实施例的许多不同变化、修改和组合将会变得显而易见。因此上述实施例不用于限制本发明的范围，本发明的范围通过所附权利要求限定。
权利要求
1.一种包括显示器的显示设备，设置为用于探测所述显示器的屏幕(301)中的输入位置，其中该屏幕(301)包括光导(302)和设置为将光(310)发射入该光导(302)的光源(308)，该光导(302)与其周围环境以这样一种方式光学匹配，使得通过全内反射将所述光源(308)发出的光(310)限定在该光导(302)内，并且当用户在所述输入位置与所述屏幕(301)建立物理接触时，从该光导(302)中分离出该光(310)，该显示设备还包括光探测装置(303)，用于探测从该光导(302)中分离出的光，并将所述分离的光的探测与所述输入位置关联。
2.根据权利要求1所述的显示设备，其中该光探测装置包括与该显示器的该屏幕(301)上不同的输入位置关联的多个光传感器或多个光探测器。
3.根据权利要求1所述的显示设备，其中该光探测装置(303)与该显示设备的基底集成。
4.根据权利要求3所述的显示设备，其中该显示器为有源矩阵型显示器(301)。
5.根据权利要求4所述的显示设备，其中为该基底提供与该显示屏幕(301)的图像元素关联的薄膜晶体管(510)，该光探测装置(303)包括所述薄膜晶体管(510)。
6.根据权利要求1所述的显示设备，其中该光导(302)与该屏幕(301)光学匹配。
7.根据权利要求1所述的显示设备，其中该光导(402)与该显示设备的前面板集成。
8.根据权利要求1所述的显示设备，其中被设置为将光发射入该光导(302)的该光源(308)发射红外范围内的光。
9.根据权利要求1所述的显示设备，其中为该光探测装置(303)设置有滤光片以增加对于从该光导(302)分离出的光的选择性。
全文摘要
本发明涉及具有探测系统的显示设备，其中该探测系统用于探测显示器的屏幕(301)上的输入位置。光导(302)设置为邻近屏幕(301)。光导(302)具有光源(308)，被设置为将光(310)发射入光导(302)。光导(302)及其周围环境以这样一种方式光学匹配，即依靠全内反射使得将光源(308)的光(310)正常地限定在光导(302)内。然而，用户与光导(302)建立的物理接触扰乱全内反射的状态，而且将会从光导(302)中分离出光(310)。在显示设备中，光探测装置(303)设置为探测所述光(310)，并将该探测与发生用户接触的输入位置关联。显示器优选为LCD、O－LED或P－LED型显示器。
文档编号G06F3/033GK1853159SQ200480027113
公开日2006年10月25日 申请日期2004年9月14日 优先权日2003年9月22日
发明者吕迪格·J·兰格, 福尔克尔·舍勒曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司