手写交互式显示装置与手写交互式读取装置的制作方法

本发明涉及一种显示装置与读取装置，尤指一种具有手写互动操作功能的显示装置与读取装置。

背景技术：

为使传统平面显示器具备便利的互动操作功能，现有技术已开发将平面显示器与各种利用不同感测原理的触控模块整合，形成如电阻式(resistive)、电容式(capacitive)或光学式(optical)等触控屏幕。使用者可通过手指按压或触控笔接触触控屏幕后，实现指令或文字输入的目的。依据整合方式的不同，常见的触控屏幕可区分为外挂式(added-on)触控屏幕与内嵌式(embedded)触控屏幕二种。其中，外挂式触控屏幕利用单层或上下两层图样化的氧化铟锡透明导电层或纳米金属层形成有寻址特性的电容式或电阻式感测元件，然后再以外挂方式将触控面板直接贴合于平面显示器的外部，形成外挂式触控屏幕。而内嵌式触控屏幕虽是依照类似的原理，但将其中一层氧化铟锡感测元件整合入薄膜晶体管(tft)基板上或者将其中一层氧化铟锡感测元件置入彩色滤光片与第二偏光片之间，以分别形成所述感测元件设置在tft内部(in-cell)的架构或所述感测元件设置在彩色滤光片表层(on-cell)的架构的内嵌式触控屏幕。

然而，前述各种整合方式所组成的触控屏幕皆需要将氧化铟锡感测元件接电，才能如期产生电信号变化，并借此提供互动操作的功能；且不论是电阻式、电容式或光学式触控屏幕，现有技术于整合显示装置与触控模块时通常需要经过繁复的工艺技术与工序方能达成，致使现有技术的触控屏幕多半存在制造成本高的缺点。此外，电阻式触控模块的灵敏性差、耐用度不佳，加上厚度减薄不易，因此未成为现行触控市场的主要采用技术；电容式触控模块若受静电或电磁干扰则容易产生误动作或失效状况，光学式触控模块则在双手同时操作时，容易出现信号遮蔽的问题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种有别于以往电阻式或电容式触控屏幕等交互式显示装置，以克服前述触控屏幕中用于寻址的氧化铟锡或纳米金属层感测元件需接电才能提供互动操作功能的限制，同时克服现有技术的触控屏幕存在面积越大制作越不易与操作时的客观环境易造成信号动作失误等缺点。

本发明的另一目的在于节省现有技术的触控屏幕的工艺，提高显示触控产品架构的整合度，从而降低现有技术的触控屏幕的制造成本并降低地球资源的浪费(降低排碳量)。

本发明为达成上述目的所提出的技术方案为提供一种手写交互式显示装置，其具有一显示面板及一图样化波段滤波元件(patternedband-passfiltercomponent)，所述图样化波段滤波元件设置于所述显示面板上，且所述图样化波段滤波元件具有一基板及多个波段滤波单元，所述基板设置于所述显示面板上，所述波段滤波单元设置于所述基板上。

具体而言，所述基板具有相对的第一光学面及第二光学面，所述基板的第一光学面面向所述显示面板。于其中一实施态样中，所述波段滤波单元可设置于基板的第二光学面上。于另一实施态样中，所述波段滤波单元可设置于基板的第一光学面与所述显示面板之间。

优选的，于另一实施态样中，所述图样化波段滤波元件更具有一波段滤波片(层)，其夹置于所述基板与所述波段滤波单元之间；据此，所述图样化波段滤波元件能借由所述波段滤波片(层)与所述波段滤波单元的组合或者单独借由所述波段滤波单元提供不同的滤波功能。具体而言，所述显示面板的整体显示面上依序覆盖有所述基板及所述波段滤波片，且所述波段滤波单元相互间隔设置于所述波段滤波片上。

优选的，所述显示面板可为液晶显示面板(lcd)、有机发光二极管显示面板(oled)或电子油墨显示面板(e-paper)，但并非仅限于此。优选的，所述显示面板可为反射式显示面板。

优选的，所述图样化波段滤波元件的基板可由透明的材料所制得，所述基板的材料例如：聚碳酸酯(polycarbonate，pc)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，pet)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，pmma)、环烯烃聚合物(cycloolefinpolymer，cop)、尼龙(nylon)、聚丙烯(polypropylene，pp)、聚乙烯(polyethylene，pe)、三醋酸纤维素(triacetatecellulose，tac)或其组合，但并非仅限于此。

优选的，所述图样化波段滤波元件的波段滤波单元具备特定频宽的电磁波滤波性能，其能用于过滤特定波长范围的光波，仅允许其余波长范围的光波通过。本发明可适用的图样化波段滤波元件，例如滤波片，其材料可为液晶。所述图样化波段滤波元件的波段滤波单元的形状可为椭圆形、圆形、线形、多边形或其组合。

优选的，所述图样化波段滤波元件的波段滤波单元可包含至少一种滤波长范围的结构；具体而言，所述图样化波段滤波元件的波段滤波单元包含至少一第一滤波单元结构及至少一第二滤波单元结构，所述至少一第一滤波单元结构及所述至少一第二滤波单元结构皆设置于基板的同一侧上，且所述至少一第一滤波单元结构的滤波波长范围有别于所述至少一第二滤波单元结构的滤波波长范围。

优选的，所述波段滤波单元可以规则性或不规则性的排列方式分布于所述图样化波段滤波元件的基板的第二光学面上。或者，所述波段滤波单元可以规则性或不规则性的排列方式分布于所述图样化波段滤波元件的第一光学面与所述显示面板之间。

优选的，所述手写交互式显示装置更具有一黏着层，所述黏着层位于所述显示面板与所述基板的第一光学面之间，所述黏着层的材料可为硅胶系感压胶、压克力系光学胶或聚氨基甲酸酯(pu)系感压胶，但并不仅限于此。

优选的，所述手写交互式显示装置更具有一光学片，所述光学片位于所述显示面板与所述基板的第一光学面之间。依据本发明，所述光学片可为相位延迟片或偏极片，其能用以调整显示面板的出光极化特性，以进一步搭配所述图样化波段滤波元件的入射需求。

优选的，所述手写交互式显示装置具有至少一保护层，所述波段滤波单元位于所述基板与所述至少一保护层之间，以保护所述图样化波段滤波元件的波段滤波单元。所述保护层可为抗眩层、抗反射层、硬化层、离型层、耐磨层、易擦拭层、抗污层或其组合，但并非仅限于此。

此外，本发明另提供一种手写交互式读取装置，所述手写交互式读取装置与如前述手写交互式显示装置搭配使用，所述手写交互式读取装置具有一光信号选择器、一成像模块、一光强度感测芯片及一微电脑运算器，所述光信号选择器用以筛选来自手写交互式显示装置的光线波段，所述成像模块配置于该光信号选择器上且用以将光线成像至光强度感测芯片，所述光强度感测芯片用以将光线的光信号转换为电子信号，并将电子信号输出至所述微电脑运算器。

优选的，所述光信号选择器为波长选择元件。

于其中一实施态样中，当图样化波段滤波元件包含前述的基板及波段滤波单元但未包含波段滤波片时，所述光信号选择器的波长选择范围与所述手写交互式显示装置的波段滤波单元的滤波波长范围不重叠。据此，当光信号选择器的波长选择范围与所述手写交互式显示装置的波段滤波单元的滤波波长范围不重叠时，光信号选择器可遮挡来自所述手写交互式显示装置的显示面板射出且通过所述手写交互式显示装置的波段滤波单元的光线，且所述光信号选择器可允许来自所述手写交互式显示装置的显示面板射出且未通过所述手写交互式显示装置的波段滤波单元的光线部分穿透或全部穿透。

于另一实施态样中，当图样化波段滤波元件同时包含前述的基板、波段滤波片及波段滤波单元时，所述光信号选择器的波长选择范围与所述手写交互式显示装置的波段滤波片的滤波波长范围不重叠，所述光信号选择器的波长选择范围与所述波段滤波片及波段滤波单元的组合的滤波波长范围部分重叠。据此，当光信号选择器的波长选择范围与所述手写交互式显示装置的波段滤波片及波段滤波单元的组合的滤波波长范围部分重叠但与所述波段滤波片的滤波波长范围不重叠时，所述光信号选择器可遮挡来自所述手写交互式显示装置的显示面板射出且通过波段滤波片但未通过波段滤波单元的光线，且所述光信号选择器可允许来自所述手写交互式显示装置的显示面板射出且同时通过波段滤波片以及波段滤波单元的光线部分穿透或全部穿透。

于本说明书中，所述「光信号选择器的波长选择范围」指光信号选择器可允许光线通过的特定波长范围；所述「波段滤波单元的滤波波长范围」指光线能通过波段滤波单元的波长范围；所述「波段滤波片及波段滤波单元的组合的滤波波长范围」指当光线依序导入波段滤波片及波段滤波单元时，能通过波段滤波片及波段滤波单元的组合的光线的波长范围。

优选的，所述手写交互式读取装置更具有一使用者身份辨识模块，所述辨识模块可为指纹辨识装置或声音辨识模块，其能用以辨识使用者的指纹或声音信号，并将辨识结果输送至微电脑运算器。

优选的，所述光信号选择器具有一收光侧及一出光侧，所述手写交互式读取装置更具有一内建辅助光源，所述内建辅助光源设置于所述光信号选择器的收光侧或出光侧。

优选的，所述手写交互式读取装置更具有一无线信号发射模块，其与所述微电脑运算器连接，用以发送所述微电脑运算器计算后的电子信号。

此外，本发明另提供一种手写交互式显示及读取系统，其包括前述手写交互式显示装置与前述手写交互式读取装置。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的手写交互式显示装置的立体示意图；

图2为本发明的第一实施例的手写交互式显示装置的侧面示意图；

图3为本发明的第一实施例的手写交互式显示装置中各波段滤波单元的上视示意图；

图4为本发明的手写交互式读取装置的示意图；

图5呈现配合使用第一实施例的手写交互式显示装置时，光强度感测芯片所获得的图样分布影像图；

图6为本发明的第二实施例的手写交互式显示装置的立体示意图；

图7为本发明的第二实施例的手写交互式显示装置的侧面示意图；

图8呈现配合使用第二实施例的手写交互式显示装置时，光强度感测芯片所获得的图样分布影像图。

其中，附图标记：

1手写交互式显示装置；

10显示面板；

20图样化波段滤波元件；

21基板；

22波段滤波单元；

22a波段滤波单元；

22b波段滤波单元；

23波段滤波片；

30手写交互式读取装置；

31信号选择器；

32成像模块；

33光强度感测芯片；

34微电脑运算器；

35使用者身份辨识模块；

b背景；

l1光线；

l2光线；

p图案。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

第一实施例

请参阅图1及图2及图3所示，本发明第一实施例的手写交互式显示装置1具有一显示面板10及一图样化波段滤波元件20。所述显示面板10为具有提供多个波段所组成的光源所照明的液晶显示面板，所述图样化波段滤波元件20可与前述显示面板10搭配，并且设置于所述显示面板10的出光面上。

所述图样化波段滤波元件20具有一透明基板21及多个波段滤波单元22。所述透明基板21设置于显示面板10的出光面上并且具有相对的第一光学面及第二光学面，所述透明基板21的第一光学面面向所述显示面板10的出光面，所述波段滤波单元22相互间隔设置于透明基板21的第二光学面上。于本实施例中，所述透明基板21的材料为聚碳酸酯，但并非仅限于此。于其它实施态样中，透明基板21的材料可为聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃聚合物、尼龙、聚丙烯、聚乙烯或其组合。

如图1所示，所述波段滤波单元22以单一形状的图样分布，且各波段滤波单元22的形状为椭圆形，但并非仅限于此。于其它实施态样中，所述波段滤波单元22亦可以两种以上形状的图样分布，所述波段滤波单元22的形状可为圆形、线形、多边形或其组合。

于本实施例中，所述图样化波段滤波元件20的波段滤波单元22的材料为具有特定频宽的滤波性能的滤波片，所述波段滤波单元22能从宽带波长范围的光线筛选出特定波长范围内的光线，并限制可通过的光线的波长区段。举例而言，当显示面板10出光的波长范围为380纳米(nm)至780纳米(nm)时，而波段滤波单元22的滤波波长范围为400nm至780nm时，所述光线经过图样化波段滤波元件20的波段滤波单元22的作用后，其通过波段滤波单元22的波长范围为400nm至780nm。据此，本发明能获得图样化滤波强度分布图谱，此图谱可被编译予平面位置坐标信息、防伪信息或密码信息，以作为一种手写交互式显示装置。

于本发明的图样化波段滤波元件20中，所述波段滤波单元22的排列方式可依据编码算法来制定，如利用单一形状的图样进行空间平面上的编排，并且利用编码算法解读，以实现寻址的目的。以图3所示的波段滤波单元22的排列方式为例，各椭圆形的波段滤波单元22于不同平面位置上的编译信息皆不相同。具体而言，虽然位于x＝3、y＝3之处的波段滤波单元22a与位于x＝5、y＝3的处的波段滤波单元22b的形状与排列方式皆相同，但由于x＝3、y＝3之处周围8个不同波段滤波单元22的排列方式有别于x＝5、y＝3之处周围8个不同波段滤波单元的排列方式，故能利用编码算法解读图样化滤波分布图谱，以实现寻址的目的。

据此，本发明的技术手段能省略现有技术的触控模块需制作复杂的感测元件图样的问题，即本发明的手写交互式显示装置能利用更为简洁的图样化波段滤波元件上的波段滤波单元达成寻址的目的，借此克服现有技术的触控屏幕需对氧化铟锡或纳米金属层感测元件进行接电才能提供寻址功能的限制，同时节省现有技术的触控屏幕的工艺，从而降低现有技术的触控屏幕的制造成本。此外，本发明的手写交互式显示装置更能有利于简化现有技术的触控屏幕的工艺复杂性，并且有助于大幅降低制作成大尺寸触控屏幕的困难度。

此外，本发明另提供一种可与前述手写交互式显示装置搭配使用的手写交互式读取装置30，所述手写交互式读取装置30为图样信号读取装置，以读取由前述手写交互式显示装置所射出的光线的图样化滤波强度分布图谱。所述手写交互式读取装置30可制成如市面上触控笔的外型，但并非仅限于此。

如图4所示，所述手写交互式读取装置30具有一光信号选择器31、一成像模块32、一光强度感测芯片33及一微电脑运算器34。

所述光信号选择器31设置于所述写入装置30的末端，其由具有特定频宽的滤波性能的波长选择元件所组成，借此利用光信号选择器31筛选来自手写交互式显示装置所射出的光线。所述光信号选择器31可对应手写交互式显示装置的波段滤波单元选择合适的波长选择元件，此光信号选择器31的波长选择元件能根据其所设定的波长选择范围，而遮挡来自所述手写交互式显示装置的显示面板射出且通过所述手写交互式显示装置的波段滤波单元的光线以及允许来自所述手写交互式显示装置的显示面板射出且未通过所述手写交互式显示装置的波段滤波单元的光线穿透(仅允许光信号选择器31的波长选择元件所设定可穿透波段穿透)。

所述成像模块32可由成像镜片组所构成，其系配置于所述光信号选择器31上。所述成像模块32用以接收来自手写交互式显示装置并且穿透光信号选择器31的光线，并将这些光线聚焦成像至光强度感测芯片33上，以便光强度感测芯片33能获得图样化滤波强度分布图谱的光信号。于其它实施态样中，所述成像模块32亦可由光纤导光管与成像镜头所构成。

对应上述波段滤波单元22的滤波波长范围(即400nm至780nm)，当光信号选择器31的波长选择范围设定为与波段滤波单元22的滤波波长范围不重叠(即光信号选择器31的波长选择范围为380nm至400nm)时，手写交互式显示装置上特定区域所射出的光线(即，如图2中由手写交互式显示装置射出且有通过波段滤波单元22的光线l2)将受到光信号选择器31的遮挡而无法经过光信号选择器31到达光强度感测芯片33；而手写交互式显示装置上其余区域所射出的光线l1(即如图2中由手写交互式显示装置射出但未通过波段滤波单元22的光线l1)则可部分通过光信号选择器31，不被光信号选择器31所遮挡，故该其余区域的光线则可经过光信号选择器31到达光强度感测芯片33，获得如图5所示的暗态图案p、亮态背景b的图样分布影像。

所述光强度感测芯片33用以将图样化滤波强度分布图谱的光信号转换为电子信号后，并且输出至微电脑运算器34。

所述微电脑运算器34用以将获得的电子信号进行演算判断出所述电子信号代表的意义，进而将相对应的数据或作动信息输出至内存(图未示)或周边接收装置(图未示)。举例而言，当使用者以传统书写方式进行操作时，微电脑运算器34可将数据或作动信息输出给周边接收装置(如显示器处理器)，此时所述手写交互式读取装置30所辨识出的书写轨迹可被发送至显示器处理器，借此于手写交互式显示装置上呈现出使用者的书写内容。

于一较佳实施态样中，本发明的手写交互式读取装置30更具有一使用者身份辨识模块35，所述使用者身份辨识模块35可为指纹辨识装置，其能用以辨识使用者的指纹信号所相对应的身份数据，并将辨识结果输送至微电脑运算器34。

由本实施例的手写交互式显示装置10和前述手写交互式读取装置30搭配使用，组合成一手写交互式显示及读取系统。所述系统可克服现有触控屏幕需对感测元件需接电才能提供互动操作功能的限制，同时提供高灵敏、高准确性的电子化书写功能，大幅简化制作手写交互式显示及读取系统的难度并提高所述手写交互式显示及读取系统的整合性。

第二实施例

请参阅图6及图7所示，本发明第二实施例的手写交互式显示装置1大致上与第一实施例的手写交互式显示装置雷同，其亦具有如前述第一实施例的显示面板10、透明基板21及多个波段滤波单元22。

其不同之处在于，本实施例的图样化波段滤波元件20除了具有前述第一实施例的透明基板21及多个波段滤波单元22之外，本实施例的图样化波段滤波元件20更具有一波段滤波片23，所述波段滤波片23夹置于所述透明基板21与该等波段滤波单元22之间，且该等波段滤波单元22相互间隔设置于所述波段滤波片23上。所述图样化波段滤波元件20的波段滤波单元22、波段滤波片23能从宽带波长范围的光线筛选出特定波长范围内的光线，并限制可通过的光线的波长区段。

所述第二实施例的手写交互式显示装置1可与前述手写交互式读取装置搭配使用。当光信号选择器31的波长选择范围设定为与波段滤波片23的滤波波长范围不重叠(即光信号选择器31的波长选择范围为380nm至400nm，波段滤波片23的波长选择范围为401nm至780nm)但与波段滤波片23与该等波段滤波单元22的组合的滤波波长范围(如380nm至780nm)部分重叠时，手写交互式显示装置上特定区域所射出的光线(即，如图7中由手写交互式显示装置射出且有通过波段滤波片23但不通过波段滤波单元22的光线l1)将受到光信号选择器31的遮挡而无法经过光信号选择器31到达光强度感测芯片33；而手写交互式显示装置上其余区域所射出的光线l2(即如图7中由手写交互式显示装置射出且依序通过波段滤波片23及波段滤波单元22的光线l2)中其部分波段重叠的光线范围可通过光信号选择器31，故该其余区域的光线则可经过光信号选择器31到达光强度感测芯片33，获得如图8所示的亮态图案p、暗态背景b的图样分布影像。

据此，当本发明的手写交互式显示装置与手写交互式读取装置搭配使用时，由于手写交互式显示装置中具有特定的波段滤波单元且手写交互式读取装置中也具有特定的光信号选择器，利用搭配具图像化波段滤波功能的手写交互式显示装置与具图像化辨识功能的手写交互式读取装置组合成一手写交互式显示及读取系统，借由所述手写交互式显示装置中显示面板的出光在通过波段滤波单元后的光线的波长范围与未通过波段滤波单元的光线的波长范围不同，且光信号选择器的波长选择范围仅选择性遮挡通过与未通过波段滤波单元后的光线，因而可创造出整体出光范围的滤波光强度图样化分布，故本发明能利用此种图样化波段滤波元件上的形状与排列方式等图样设计，同时利用手写交互式读取装置的光信号选择器，实现寻址的目的，借此提供高灵敏、高准确性的书写功能与手写交互式操作功能。

此外，相较于现有技术的光学读取装置，本发明的手写交互式读取装置能借由直接接收源自手写交互式显示装置并且通过光信号选择器的光线筛选而获得可供寻址的图样化滤波光强度分布图谱，而无需额外配置ir二极管才能提供所需的光信号。

依据本发明，所述图样化波段滤波元件能直接整合于现有的显示面板上，故本发明能提供较现有技术更简便的整合方式及结构。据此，相较于现有的红外线触控模块，本发明的手写交互式显示装置于使用上也没有遮光性问题存在，且其显示器产品外型上更无需特别使用外框埋藏红外线二极管与红外线感应器等元件；而相较于现有的电阻式或电容式触控模块，本发明的图样化波段滤波元件更可有利于直接整合于现有的大尺寸显示面板上，而无需受限于电阻式或电容式触控模块中导电层的导电率随尺寸变大要求越严苛的限制(尺寸越大，需求越低面电阻透明导电膜，导致技术困难度越高)。此外，本发明的技术手段也克服其多道贴合工序所产生大幅降低生产良率的缺点(尺寸越大量率越低)，随着显示面板尺寸越大，并越能大幅简化制作难度与提高元件整合性。故，本发明的手写交互式显示装置、以及包括手写交互式显示装置的手写交互式显示及读取系统尤其可更适用于超大型显示面板装置，如会议用多功能显示器、教育用电子白板等各种领域。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。当然，本发明还可有其它多种实施例，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案精神及其实质的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案和权利要求的范围内。