基于光栅的光学触控屏制造技术

一种基于光栅的光学触控屏，包括玻璃基板、光栅、光波导层、光接收器和透明保护层，本发明专利技术在液晶显示系统的基础上，利用光栅的衍射，使通过彩色滤光片的显示光中特定波长的光成为可在波导内传输的波导模，以此作为触控的检测光，光栅周期与滤光片中不同子像素一一对应。本方案无需额外提供光源，节约成本，有效提高显示光的色纯度。检测光是像素中的三原色之一，提高了触控精度，触控精度可达像素级别。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种基于光栅的光学触控屏，包括玻璃基板、光栅、光波导层、光接收器和透明保护层，本专利技术在液晶显示系统的基础上，利用光栅的衍射，使通过彩色滤光片的显示光中特定波长的光成为可在波导内传输的波导模，以此作为触控的检测光，光栅周期与滤光片中不同子像素一一对应。本方案无需额外提供光源，节约成本，有效提高显示光的色纯度。检测光是像素中的三原色之一，提高了触控精度，触控精度可达像素级别。【专利说明】基于光栅的光学触控屏
本专利技术涉及信息显示
的交互式触控技术，特别是具有光栅和波导阵列，并且光栅周期和显示器件的像素阵列对应的一种基于光栅耦合和波导传光的触控技术。
技术介绍
触控技术根据技术原理的不同,主要有声(表面声波技术)、光(红外技术，光学技术，全息触控)、电(电阻式和电容式)、压(矢量压力传感技术)四种变量感知方式。依据声光电压这四种变量感知技术，当前市场上商业化的主流触摸屏产品有:(I)电阻触摸屏；电容触摸屏；(3)表面声波触摸屏；(4)红外触摸屏。电阻触摸屏是在玻璃面板的外侧贴上导电薄膜，通过按压改变按压电的导电性能，感知位置信息。电阻屏用廉价的硬笔或硬物(如指甲)就可以在上面书写，使用方便，精度可以达到显示屏的像素精度。但是，导电薄膜会因为长时间受到外力作用而产生划痕和磨损，造成屏幕显示效果越来越差。电容触摸屏是在玻璃面板的内侧用半导体工艺或印刷工艺在玻璃或薄膜上形成一个电容层，当用手指触摸到玻璃面板的外侧时，会引起电容的变化，由此感知位置信息。电容屏的理论精度能达到l_2mm，但由于手指或电容笔的笔头都较粗，实际很难定位至1-2mm的范围，屏幕对手指和电容笔的感知精度不高，在电容屏上不易写出较小号的字体。表面声波触摸屏由声波发生器、反射器和声波接收器组成，声波发生器能发送一种高频声波跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标位置。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素的影响，分辨率高，寿命长。但不便应用于超过30寸的荧幕，且由于该技术无法加以封装，容易受到表面脏污及水分的破坏。红外触摸屏由装载触摸屏上的红外线发射与接收感测原件构成，如图2所示，在屏幕表面上形成红外线探测网，任何触摸物体可改变触点上的红外线进而被转化成触控的坐标位置。详细原理在美国专利US5162783以及国内许多专利都有描述。红外触摸屏的优点是可用手指、笔或任何可阻挡光线的物体来触摸；高度的稳定性，不会因为时间、环境的变化产生漂移等。但需要提供红外线发射光源，故成本高。由于共用外围电路，所有红外发射管“光-电阻特性”和“结电容”都要保持一致。实际应用中，若某个或多个红外线发射管出现问题，都将影响触摸屏的定位性能。同时，红外发射管有一个发射角，接收管有较大范围的接收角，如果周围反射到一定程度，就会影响触控精度，且分辨率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于液晶显示系统的基于光栅的光学触控屏，该触控屏在提高触控精度的同时，改善显示器的显色性、通过降低反射率提高显示器可读性,并能有效节约成本。本专利技术的技术解决方案如下:一种用于液晶显示系统的基于光栅的光学触控屏，其特点在于其构成包括透明基板、光栅、光波导层、透明保护层和光接收器，在液晶显示系统之上，依次设置透明基板、光波导和透明保护层，所述的光栅内嵌在所述的光波导层中、或内嵌在所述的透明基板，或者所述的光栅单独一层位于所述的光波导层和所述的透明基板之间，所述的光接收器与所述光波导层相邻安装。所述的光波导层分为上光波导层和下光波导层，所述的光栅单独一层置于上光波导层和下光波导层之间，或者嵌入所述的上光波导层中或下光波导层中。所述的上光波导层和下光波导层是一维或者二维的波导阵列，当所述的上光波导层的波导阵和下光波导层的波导阵列都是一维并且两个波导阵列垂直时，相应的光栅为二维结构；当所述的上光波导层的波导阵和下光波导层的波导阵列都是一维并且平行时，相应的光栅为一维结构。所述的光栅位置与彩色滤光片中红、绿和蓝三色像素的一种或多种阵列相对应。所述的光栅周期方向沿着所述的光波导层的波导的行进方向，优选光栅周期方向和光波导平行。所述的光接收器安装在所述光波导层的两个相邻边或者直接位于光波导层的上方，每一个探测器至少对应一个波导；所述的光接收器贴附在光波导层的侧面，或直接贴附在光波导层的顶面或者底面；所述的光波导层的光波导阵列为一维时，光接收器放置在光波导的两端；当所述的光波导层的光波导为二维时，光接收器放置在二维光波导阵列的四个边。所述的光接收器和光波导层的接触面具有带通滤光片或者染料。所述的光波导之间设置高反射的银、铝或铜线条。所述的光波导的材料是单层材料或多层材料，所述的光波导材料折射率是单一的或渐变的。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下:本专利技术在彩色滤光片的基础上使用光栅耦合显示光，触控精度可以达到显示屏的像素精度；无需额外提供发射光源，节约成本；纳米光栅的使用，不影响显示效果的同时，还提高了色纯度。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术第一种基于光栅的光学触控屏结构示意图。图2为一维光波导与光接收器结构示意图。图3 (a)为波长440nm入射光的波导耦合效率的探测示意图。图3 (b)为波长440nm入射光的及波导耦合效率随角度变化曲线图。图4为二维光波导与光接收器结构示意图。图5为本专利技术第二种基于光栅的光学触控屏结构示意图。图6为本专利技术第三种基于光栅的光学触控屏结构示意图。图7为CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线图。图8为光栅周期458nm时透射光和耦合光相对辐射功率图。图9为本专利技术第一种实施例的结构示意图。图10为本专利技术第二种实施例的结构示意图。图11为本专利技术第三种实施例的结构示意图。图中:201-玻璃基板，202-光栅，203-光波导层，204-透明保护层，205-光接收器,206-彩色滤光片，207-偏光板【具体实施方式】下面结合实施例和附图对本专利技术作详细说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。一种基于光栅的光学触控屏，包括基板，光栅，光波导层，光接收器和透明保护层，其特点在于在液晶显示系统之上，依次放置透明基板、光栅、光波导以及透明保护层，如图1所示。所述的光栅可以内嵌在波导或者透明基板，或者单独一层位于波导和基板之间。所述的光栅可以是浮雕型也可以是镶嵌型。所述光接收器安装在所述光波导层的任意至少两个边或者直接位于光波导层的上方或者下方，接收器的接受面朝向光波导层。每一个探测器至少对应一个波导。光栅位置与彩色滤光片中红、绿和蓝三色像素的一种或多种阵列相对应。对应不同颜色像素的光栅周期不同。本方案利用光栅的耦合特性，将通过彩色滤光片的特定光波，尤其是将波长小于对应像素透射最大值的光，耦合到光波导层构成检测光，并由光接收器判断检测光光强的变化。为了提高接收器的信噪比，接收器前面可以涂有和光波导接受光颜色相同的滤光层。所述的光栅周期方向沿着波导的行进方向，优选光栅周期方向和光波导平行。当波导阵列为一维，光栅为一维结构，当波导阵列为二维时，光栅为二维结构。当光波导阵列为一维时，所述的探测器位置及其判断触控点的工作方式为:探测器放置在光波导的两端，两端的探测器可以一一正对，这样其对应波导相同，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于液晶显示系统的基于光栅的光学触控屏，其特征在于其构成包括基板(201)，光栅(202)，光波导层(203)，透明保护层(204)和光接收器(205)，在液晶显示系统之上，依次设置透明基板(201)、光波导(203)和透明保护层(204)，所述的光栅(203)内嵌在所述的光波导层(203)中、或内嵌在所述的透明基板(201)，或者所述的光栅(203)单独一层位于所述的光波导层(203)和所述的透明基板(201)之间，所述的光接收器(205)与所述光波导层(203)相邻安装。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶志成，崔杰，洪芃力，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31