触摸屏及触摸显示装置的制作方法

本公开涉及触控技术领域，尤其涉及一种触摸屏及触摸显示装置。

背景技术：

随着多媒体技术的发展，触控技术已经成为当今人机交互中的热点技术。许多产品的人机交互方式(如键盘、鼠标等)都逐渐被触控技术所代替。在众多触控技术中，由于红外触摸屏具有不易受电流、电压和静电干扰，适于恶劣的环境等优点，因此被应用于多种场合。

图1示例性示出了一种传统红外触摸屏的结构立体图，图2示例性示出了图1所示的红外触摸屏的俯视图。如图1和图2所示，传统的红外触摸屏通常包括设置在触摸检测区域101四周的红外发射元件102和红外接收元件103，且红外发射元件102和红外接收元件103一一相对设置。由红外发射元件102发射红外线，红外接收元件接收红外线，从而形成在触摸检测区域(即触摸表面)101的上方在X、Y方向上密布的红外线网络。通过检测红外发射元件102和红外接收元件103之间的光线的遮挡情况可以检测触摸检测区域101内的触摸点104。但是，当在触摸检测区域103存在多个触摸点时，这种红外触摸屏容易产生鬼点，如图2所示，当存在两个触摸点1041,1042时，基于光线遮挡情况可能检测到4个触摸点，其中两个是真实触摸点，两个是鬼点(假触摸点)，需要在经过进一步的特殊处理来确定真实触摸点，这样一来，容易造成误判。

技术实现要素：

本公开提供了一种触摸屏及触摸显示装置，其可以实现多点触摸而不存在鬼点。

在本公开的一个方面，提供一种触摸屏，包括：

导光元件；

被设置为面向所述导光元件的一个侧边的光源，所述光源发出的光被导引到所述导光元件内；以及

被设置为面向所述导光元件的至少一个侧边的多个探测器，所述探测器被配置为接收从所述导光元件的相应侧边出射的所述光。

在一个实施例中，被导引到所述导光元件内的所述光在所述导光元件内以以全反射的方式传播，以在所述导光元件内形成光场，当在所述导光元件的触摸表面存在触摸点时，在所述触摸点处全反射条件被破坏，使得所述光的至少一部分从所述触摸点处泄露出去，导致所述触摸点处的所述光场改变。

在一个实施例中，所述光源为点光源。

在一个实施例中，所述触摸屏还包括设置在所述光源与所述导光元件之间的光扩展元件。

在一个实施例中，所述光源为红外或近红外光源，所述探测器为红外或近红外探测器。

在一个实施例中，所述导光元件为矩形导光元件。

在一个实施例中，所述探测器设置在所述导光元件的未设置所述光源的侧边。

在一个实施例中，所述探测器设置在所述导光元件的四个侧边。

在一个实施例中，所述导光元件为平面导光元件或曲面导光元件。

在一个实施例中，所述导光元件由玻璃或聚合物材料制成。

在本公开的另一方面，提供一种触摸显示装置，包括显示面板和本文描述的任一种触摸屏，其中所述触摸屏设置在所述显示面板的显示侧。

由于本公开提供的触摸屏及触摸显示装置可以基于导光元件内的光场的分布来实现触摸检测，而不需要检测红外发射元件和红外接收元件之间的光线的遮挡情况，因此可以实现多点触摸而不会产生鬼点。此外，由于光源和探测器都面向导光元件的侧边设置，与导光元件位于同一厚度空间而不占用额外的厚度空间，因此可以减小触摸屏的厚度。再次，由于本公开提供的触摸屏可以基于导光元件内部的光场分布实现触摸点的检测，因此当导光元件为曲面导光元件时，可以适于曲面触摸显示器，从而实现曲面显示。

适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其他方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。

附图说明

本文中描述的附图用于仅对所选择的实施例的说明的目的，并不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本申请的范围，其中：

图1示例性示出了一种传统红外触摸屏的结构立体图；

图2示例性示出了图1所示的红外触摸屏的俯视图；

图3示例性示出根据本公开的一个实施例提供的触摸屏的结构立体图；

图4示例性示出图3所示的触摸屏的俯视图；

图5a示例性示出在没有触摸点的情况下光在导光元件内全反射的图；

图5b示例性示出由于触摸引起全反射破坏的示意图；

图6示例性示出本公开的一个实施例提供的触摸检测方法的流程图；

图7示例性示出对导光元件的触摸表面进行剖分的示意图。

贯穿这些附图的各个视图，相应的参考编号指示相应的部件或特征。

具体实施方式

现将参照附图更全面地描述示例性的实施例。

在本公开的一个方面，提供一种触摸屏，包括导光元件；被设置为面向导光元件的一个侧边的光源，该光源发出的光被导引到导光元件内；以及被设置为面向导光元件的至少一个侧边的多个探测器，该探测器被配置为接收从导光元件的相应侧边出射的光。

在本公开提供的触摸屏中，从光源发出的光被引导到导光元件内，并在导光元件内传播(例如，通过全反射传播)，从而可以在导光元件内形成稳定的光场。当用户触摸导光元件的触摸表面时，导光元件的触摸表面两侧的介质发生变化，从而影响导光元件内的光场分布，根据导光元件的各个位置处的光场的变化，可以检测出触摸点的位置。由于本公开提供的触摸屏可以基于光场的分布来实现触摸检测，而不需要检测红外发射元件和红外接收元件之间的光线的遮挡情况，因此可以实现多点触摸而不会产生鬼点。此外，由于光源和探测器都面向导光元件的侧边设置，与导光元件位于同一厚度空间而不占用额外的厚度空间，因此可以减小触摸屏的厚度。再次，由于本公开提供的触摸屏可以基于导光元件内部的光场分布实现触摸点的检测，因此当导光元件为曲面导光元件时，可以适于曲面触摸显示器，从而实现曲面显示。

图3示例性示出根据本公开的一个实施例提供的触摸屏的结构立体图；图4示例性示出图3所示的触摸屏的俯视图。如图3和图4所示，该触摸屏包括导光元件301；设置在导光元件301的一个侧边并面向该导光元件301的光源302，该光源302发出的光被引导到导光元件301内；以及设置在导光元件301的未设置有该光源302的侧边并面向该导光元件301的多个探测器303，该多个探测器303被配置为接收从导光元件301的相应侧边出射的光。

在一个实施例中，在导光元件301的一个侧边设置光源302，其发出的光被引导到导光元件301内，并在导光元件301内以全反射的方式传播(如图5a所示)，从而在导光元件301内形成稳定的光场。当用户触摸导光元件301的触摸表面时，触摸表面上方的介质发生变化，全反射条件被破坏，因此光从导光元件301的触摸表面泄露出去(如图5b所示)，导致导光元件301内部(尤其是导光元件的触摸表面附近)的光场发生变化。因此，通过检测光场发生变化的位置可以确定触摸点的位置。

在本实施例提供的触摸屏中，光源发出的光被限制在导光元件的内部，光源和探测器不占用额外的厚度空间，因此可以减少触摸屏的厚度；这种触摸屏使用较少的器件就可以实现触摸功能，而不需要在触摸检测区域的四周都布满器件，成本较低；基于光场分布而不是基于光线的遮挡来检测触摸点，在存在多个触摸点的情况下，不会产生鬼点；在进行触摸识别时，可以根据光源的信息以及探测器的探测值通过有限元或者边界元的方式推导出导光元件内部的光场分布，可以通过对导光元件的触摸表面(触摸检测区域)的精细剖分来提高分辨率，而不需要增加器件的数量，因此这种触摸屏的边际成本(即，每增加一定的分辨率所需增加的成本)较低。

需要说明的是，图3示出的实施例中，导光元件为矩形导光元件，例如该矩形导光元件可以为矩形光波导，在该实施例中，探测器设置在导光元件的未设置光源的3个侧边。但是应当理解，在不考虑精度的情况下，探测器也可以设置在导光元件的一个侧边或两个侧边。为了提高精度，也可以在导光元件的四个侧边均设置探测器。

在一个实施例中，光源可以为点光源。为了使光源发出的光能够布满整个导光元件，可以在光源与导光元件之间设置光扩展元件，例如扩束棱镜、扩束透镜。

在一个实施例中，光源可以为红外光源或者近红外光源，相应地，探测器可以为红外探测器或近红外探测器。

在一个实施例中，导光元件可以为平面导光元件或者曲面导光元件，并且可以由玻璃或聚合物材料制成。当导光元件为曲面导光元件时，本公开提供的触摸屏可以适于曲面触摸显示器，从而实现曲面显示。

在本公开的另一个方面，还提供一种触摸显示装置，该触摸显示装置包括显示面板和本文实施例中所描述的触摸屏，该触摸屏设置在显示面板的显示侧。本公开提供的触摸显示装置成本低、厚度薄，并且在存在多个触摸点的情况下不会产生鬼点。

在本公开的又一方面，还提供一种触摸检测方法，该触摸检测方法用于本文描述的触摸屏。以下结合附图以及具体实施例对本公开的触摸检测方法进行详细说明。

图6示例性示出本公开的一个实施例提供的触摸检测方法的流程图。如图6所示，该触摸检测方法包括：

S602：获取每个探测器的初始探测值以及光源的光学信息；

S604：根据初始探测值和光源的光学信息获取在导光元件内部的初始光场分布；

S606：获取每个探测器的当前探测值；

S608：根据当前探测值和光源的光学信息获取在导光元件内部的当前光场分布；以及

S610：根据初始光场分布和当前光场分布判断是否存在触摸点，若是，则进入S612，否则返回到S606以进行下一个检测周期；

S612：获取触摸点的位置，并返回到S606进行下一个检测周期。

在本公开的实施例中，初始探测值和当前探测值可以包括探测器探测到的从导光元件的相应侧边出射的光的光通量、光强度和光子密度中的任一种；光源的光学信息可以包括光源的光通量、光强度和光子密度中的任意一种。相应地，初始光场分布可以通过导光元件内部的初始光通量分布、初始光子密度分布或初始光强度分布来表征；当前光场分布可以通过所述导光元件内部的当前光通量分布、当前光子密度分布或当前光强度分布来表征。

为了便于描述，在该实施例中，以探测器探测到的初始探测值和当前探测值为光子密度为例进行详细说明，在该情况下，光源的光学信息为光源的光子密度，初始光场分布和当前光场分布分别通过初始光子密度分布和当前光子密度分布来表征。可以理解，根据探测器实际探测到的光学参数(例如，光通量、光强度)，光源的光学信息、初始光场分布和当前光场分布还可以通过其他光学参数(例如，光通量、光强度)来表征。在这种情况下，同样可以采用本公开提供的触摸检测方法来检测触摸点。

在S602，当触摸屏启动时，光源发射的光在导光元件内发生全反射，从而形成稳定的光场。位于导光元件的侧边的探测器可以探测到光场在导光元件的侧边的初始光子密度(在导光元件的触摸表面没有触摸点时的光子密度)，作为探测器的初始探测值。

在S604，示例地，可以根据探测器的初始探测值和光源的光学信息采用有限元法或边界元法获得导光元件内部的初始光场分布。在一个实施例中，该初始光场分布对应于在不存在触摸点的情况下来自光源的光在导光元件内部通过全反射传播时的光场分布。

在操作过程中，可以对导光元件进行剖分，将导光元件分成如图7所示的阵列分布的多个单元坐标。在该实施例中，可以基于探测器探测的初始光子密度以及光源的光学信息采用有限元法或边界元法获得导光元件内的初始光子密度分布Φ(n,m)，其中n和m为剖分后的单元坐标。

有限元法是一种高效能、常用的数值计算方法。有限元法将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。边界元法是一种继有限元法之后发展起来的一种新数值方法，与有限元法在连续体域内划分单元的基本思想不同，边界元法是只在定义域的边界上划分单元，用满足控制方程的函数去逼近边界条件。由于有限元法和边界元法已经是比较成熟的数值方法，本公开的实施例中对它们的具体求解过程不做详细描述。

在S606，可以按照预定的时间间隔设定多个采样时间点，获得探测器在每个采样时间点处的探测到的当前光子密度，作为探测器在该采样时间点处的当前探测值。

在S608，与S604类似地，可以根据探测器的当前探测值和光源的光学信息采用有限元法或边界元法获得导光元件内部的当前光场分布。在一个实施例中，在存在触摸点的情况下，当前光场分布对应于因在触摸点处的全反射条件遭到破坏而导致光泄露时的光场分布；在不存在触摸点的情况下，当前光场分布对应于来自光源的光在导光元件内部通过全反射传播时的光场分布，此时当前光场分布与初始光场分布基本相同。

在具体的实施例中，可以基于探测器探测的当前光子密度以及光源的光学信息采用有限元法或边界元法获得导光元件内的当前光子密度分布Φ'(n,m)，其中n和m为剖分后的单元坐标。

需要说明的是，在本公开的实施例中，求解初始光场分布和当前光场分布的方法不限于有限元法或边界元法，还可以采用其他的数值方法。

在S610，根据初始光场分布和当前光场分布判断是否存在触摸点可以包括：将当前光场分布与初始光场分布进行比较，以确定导光元件的各个位置处的光场变化量，如果光场变化量大于预定阈值，则判定在光场变化量大于预定阈值的位置处存在触摸点。

在一个实施例中，可以将导光元件内各个位置处的当前光子密度Φ'(n,m)与初始光子密度Φ(n,m)进行比较，以确定在导光元件的各个单元坐标处的光子密度变化量ΔΦ(n,m)＝|Φ'(n,m)-Φ(n,m)|，当ΔΦ(n,m)大于预定阈值ΔΦ时，则判定在该(n，m)处存在触摸点。

在另一个实施例中，还可以通过下面描述的方法判断导光元件的触摸表面是否存在触摸点。

首先，根据导光元件内部的初始光子密度分布和当前光子密度分布获得导光元件内部的初始吸收系数分布和当前吸收系数分布。在一个具体实施例中，可以基于特定的边界条件采用如下方程获得初始吸收系数分布和当前吸收系数分布：

其中，为从光源到导光元件上某一点的距离，其为矢量，为处的光子密度，为处的吸收系数，为扩散系数，扩散系数为光源项，其为光源对处的影响，例如，光源在处对光子密度、光通量或光强度等的影响。

在该实施例中，特定边界条件可以包括第一类边界条件(即，给出未知函数在边界上的数值)和Robin边界条件(即，给出位置函数在边界上的函数值和外法向导数的线性组合)，其中，在导光元件的侧边采用Robin边界条件，在导光元件的触摸表面和与触摸表面相对的表面采用第一类边界条件。

由此，在已知光源信息和探测器处的光子密度的情况下可以求解出导光元件上所有位置处的初始吸收系数分布和当前吸收系数分布为了便于处理数据，可以将初始吸收系数分布和当前吸收系数分布离散化，从而获得离散的初始吸收系数μ_a(n,m)和当前吸收系数μ'_a(n,m)。

然后，根据初始吸收系数分布和当前吸收系数分布判定是否存在触摸点，并且在存在触摸点的情况下，获取触摸点的位置。具体地，可以判断在导光元件的各个位置处的当前吸收系数和初始吸收系数的差值是否大于预定阈值，若是，则判定该差值大于预定阈值的位置处存在触摸点。

需要说明的是，在本文描述的实施例中，基于初始光场分布和当前光场分布采用它们之间的变化量来检测触摸点，但是本公开不限于此。本公开提供的触摸检测方法还可以基于初始光场分布和当前光场分布采用其他方法来检测触摸点，例如它们的比值、平方差、或者平方差的比值。

在本文描述的实施例中，被引导到导光元件的光在导光元件的上下表面发生全反射，从而在导光元件内形成稳定的光场。当触摸物或手指没有触摸导光元件的触摸表面时，导光元件内的光场基本上不发生变化，当触摸物或手指触摸到导光元件的触摸表面时，导光元件的触摸表面上方的介质发生变化，导致全反射条件被破坏，光从触摸点处泄露出去，由此在该触摸点处的光场发生变化，当存在多个触摸点时，多个触摸点处的光场都发生变化。因此，通过检测导光元件内的光场的变化可以检测出任意多个触摸点，而不会出现鬼点。此外，在数据处理的过程中，通过对导光元件进行精细剖分，可以提高分辨率，剖分越精细，分辨率越高，

本公开中描绘的流程图仅仅是一个例子。在不脱离本公开精神的情况下，可以存在该流程图或其中描述的步骤的很多变型。例如，所述步骤可以以不同的顺序进行，或者可以添加、删除或者修改步骤。这些变型都被认为是所要求保护的方面的一部分。

除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“实例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“实例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。

以上为了说明和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并不旨在是穷举的或者限制本申请。特定实施例的各个元件或特征通常不限于特定的实施例，但是，在合适的情况下，这些元件和特征是可互换的并且可用在所选择的实施例中，即使没有具体示出或描述。同样也可以以许多方式来改变。这种改变不能被认为脱离了本申请，并且所有这些修改都包含在本申请的范围内。