用于光触敏装置的增强光学波导的制作方法

本申请是于2013年7月23日提交的名称为“用于光触敏装置的增强光学波导”的中国专利申请201380049573.3的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年7月24日提交的编号为61/674,958的美国专利申请，2012年9月14日提交的美国临时专利申请61/701,141，以及2013年7月22日提交的美国实用新型专利申请13/947,421的优先权，通过整体引用合并于此。

本发明总体涉及光触敏装置，具体涉及用于光触敏装置的增强光学波导。

背景技术：

用于与计算机装置交互的触敏显示器变得越来越普遍。存在若干不同的技术以便实施触敏显示器以及其他的触敏装置。这些技术的示例包括，例如，电阻式触摸屏，表面声波触摸屏，电容式触摸屏以及某些类型的光学触摸屏。

然而，当前这些方式大多数存在缺点。例如，某些技术可以针对小尺寸的显示屏良好地作用，像是用在许多现代移动电话中，但却不会随着屏幕尺寸的变大像是用于笔记本电脑或甚至台式电脑的显示屏而有所变化。某些技术的另一个缺点在于它们对于处理多触摸事件是毫无能力的或是十分困难的。当多个触摸事件同时出现时，多触摸事件出现。另一个缺点在于技术可能无法满足增加的分辨率要求。

某些光触敏装置的另一个缺点在于这种装置中的光学波导的光传播可以通过附连具有未知光性质的材料(例如，显示器)到光学波导而被改变。光通常经由全内反射(tir)在这种光波导中传播。tir通常要求光被捕获(trapped)在具有比它周边材料高的折射率的传输介质中(通常是空气，其具有大约1的折射率)。具有未知光学性质，或与tir不匹配的光学性质且与光学波导接触的任何物体将有可能减少波导中光能的传播。这可以使对于触摸感应传输损失的检测变得更加困难并且使触摸感应的鲁棒性降低，其将十分不利地影响这种光触敏装置的触摸感应的性能。

因此，存在增强使用在光触敏系统的光学波导的需求。

技术实现要素：

光触敏装置能够确定多个同时触摸事件的位置。在一个实施例中，光触敏装置包括通过光触敏装置上的表面上的光导与光耦合组件耦合在一起的多个发射器和检测器。波导在显示器的表面的上方延伸，并且具有顶表面以及底表面，每个发射器产生在波导内经由全内反射传输的并且通过检测器接收的光束。波导的顶表面上的触摸事件干扰该光束，并且基于该干扰从而确定这些触摸事件。触敏装置进一步包括介于波导的底表面和显示器的表面之间的中间层，其中中间层保持(preserve)波导中的光束的传播并且对于可见光是透明的。

在一个实施例中，光触敏装置进一步包括至少一个框架区，每个框架区包括深色墨层和覆盖层。深色墨层对可见光不透明。覆盖层介于波导的底表面和深色墨层之间，这保持了波导中光束的传播并且其对可见光透明。

在一个实施例中，光触敏装置进一步包括至少一个死区。每个死区包括具有顶表面和底表面的覆盖层。覆盖层的底表面被物理地耦合至波导的顶表面。覆盖层保持了波导中传播的光束并且使死区对在覆盖层的顶表面上的触摸敏感。覆盖层的顶表面可以被物理地耦合至视觉标定死区的深色墨层。

在一个实施例中，光触敏装置进一步包括至少一个固定的图形区用于显示固定的图形。每个固定的图形区包括被耦合在中间层之下的深色墨层。该深色墨层对可见光是不透明的，并且通过波导查看时，将形状给予固定图形。当在与固定的图形区相对应的触敏表面的区域中接收触摸事件时，光触敏装置被配置为执行与那些固定图形相关联的预定功能。

附图说明

图1是根据一个实施例的光触敏装置的视图。

图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。

图3a-3b示出了与光束交互的触摸的受阻tir机制。

图3c示出了与增强传输的波束交互的触摸。

图4a-4c是不同形状波束轨迹(footprint)的顶视图。

图5a-5b是示出了由发射器和检测器覆盖的有源区的顶视图。

图6是包括侧耦合的光耦合器组件的光触敏装置的侧视图。

图7是包括边缘耦合的光耦合器组件的光触敏装置的侧视图。

图8a-8b是包括侧耦合的光耦合器组件和显示模块的光触敏装置的顶视图。

图9是包括侧耦合的光耦合器组件的光触敏装置的透视图。

图10a是具有显示器和波导之间的空隙的光触敏装置的侧视图。

图10b是具有增强波导的光触敏装置的侧视图。

图10c是具有增强波导的其中光束通过中间层从而到达发射器/检测器的光触敏装置的测试图。

图11a是具有使用红外线(ir)墨层的框架的光触敏装置的顶视图。

图11b是具有使用ir墨层的框架的光触敏装置的侧视图。

图12a-12c是示出了由ir墨层和深色墨层组成的框架的光触敏装置的侧视图。

图13是示出了由ir黑色光耦合器和深色墨层组成的框架的光触敏装置的侧视图。

图14是示出了死区的光触敏装置的侧视图。

图15a是示出了固定图形区的光触敏装置的顶视图。

图15b是示出了固定图形区的光触敏装置的侧视图。

图16示出了制造具有使用ir墨层和深色墨层的框架的光触敏装置的一系列步骤。

图17示出了制造具有使用ir黑色光耦合器和深色墨层的框架的光触敏装置的一系列步骤。

具体实施方式

a.装置概述

图1是根据一个实施例的光触敏装置100的视图。光触敏装置100包括控制器110、发射器/检测器驱动电路120、以及触敏表面组件130。表面组件130包括在其之上触摸事件将被检测的有源区131。为了方便起见，有源区131有时可以被称为有源表面或表面，由于有源区自身可以完全是无源结构诸如光学波导。组件130还包括沿着有源区131的周边布置的发射器和检测器。在这个示例中，存在被标记为ea-ej的j个发射器以及别标记为d1-dk的k个检测器。装置还可以包括触摸事件处理器140，其可以被实施为控制器110的一部分或被分开显示在图1中。标准的api可以被用于与触摸事件处理器140通信，例如在触摸事件处理器140和控制器110之间，或在触摸事件处理器140和被连接至触摸事件处理器的其他装置之间。

发射器/检测器驱动电路120用作控制器110和发射器ej和检测器dk之间的界面。发射器产生由检测器接收的光“束”。优选地，由一个发射器产生的光通过多于一个检测器来接收，并且每个检测器从超过一个发射器接收光。为了方便起见，“束”是指从一个发射器到一个检测器的光线，即使它可以是去往许多检测器的大量的光的一部分而非单独的束。从发射器ej到检测器dk的束将被称为束jk。图1如示例的明确地标记束a1，a2，a3，e1和ek。有源区131内的触摸将干扰某些束，由此改变了检测器dk处所接收的束。关于这些改变的数据被传递至触摸事件处理器140，该处理器140会分析该数据从而确定表面131上的触摸事件的(多个)位置(和时间)。

b.过程概述

图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。将使用图1中的装置来示出该过程。过程200被粗略地划分为2个阶段，其将被称为物理阶段210和处理阶段220。概念地，两个阶段间的划分线是一组透射系数tjk。

透射系数tjk是与如果不存在与光波束交互的触摸事件时被传输的作比较的从发射器j到检测器k的光波束的透射率。

这种具体检测的使用完全是示例。其他的检测可以被使用。具体来说，由于我们对中断的波束最感兴趣，因此逆检测诸如(1-tjk)可以被使用，由于它通常是0。其他的示例包括吸收，衰减，反射或散射的检测。此外，尽管图2使用tjk作为物理阶段210和处理阶段220之间的划分线从而被解释，仍然不用要求明确地计算tjk。并且不要求物理阶段210和处理阶段220之间的清楚的划分。

回到图2，物理阶段210是从物理安装确定tjk的过程。处理阶段220从tjk确定触摸事件。图2中显示的模型是概念上有用的因为它稍微分离了物理安装与潜在的来自随后处理的物理机制。

例如，物理阶段210产生了透射系数tjk。针对触敏表面组件130的许多不同的物理设计是可能的，并且不同的设计折衷将取决于终端应用而被考虑。例如，发射器和检测器可以是较窄的或较宽的，较窄角度的或较宽角度的，不同波长的，不同功率的，一致的或不一致的等。作为另一个示例，不同类型的多路技术可以被使用以允许来自多个发射器的波束从每个检测器被接收。

框210的内部显示了过程200的一个可能的实施方式。在这个示例中，发射器发射波束至多个检测器212。行进穿过触敏表面的某些波束被触摸事件干扰。检测器以多路光的形式从发射器接收波束214。接收的波束被多路分配以将单独的波束jk彼此区分216。针对每个单独波束jk的透射系数tjk随后被确定218。

处理阶段220还可以按照不同的方式被实施。候选触摸点，线成像，位置插值，触摸事件模板和多通道的方式是可以被使用作为处理阶段220的部分的技术的所有示例。

ii.物理安装

触敏装置100可以以若干不同的方式被实施。下面是设计变化的一些示例。

a.电子

关于电子方面，注意，图1在本质上是示范性和功能性的。来自图1中的不同盒子的功能可以一起被实施在相同的组件中。

b.触摸交互

可以使用针对与光波束交互的触摸的不同机制。一个示例是受阻全内反射(tir)。在受阻tir中，光波束通过全内反射被限制到光波导并且触摸交互以某些方式干扰了全内反射。图3a-3b示出了针对与光波束302交互的触摸的受阻tir机制。

触摸交互还可以是直接的或间接的。在直接的交互中，触摸对象304(例如，手指或尖笔)是与光波束302交互的对象。例如，手指可以具有比空气高的折射率，因此当手指进入到与波导的顶表面306的直接交互中时，使tir受阻，在直接交互中，触摸对象与中间对象交互，该中间对象与光波束交互。例如，手指可以使高指数对象开始与波导接触，这可以使波导周边材料的折射率改变。

注意，触摸交互的某些类型可以被使用以检测除了触摸的存在以外的压力或触摸速度。还注意到，某些触摸机制可以提高传输，代替或除此之外减少传输。图3c示出了与增强传输的光束交互的触摸。为简单起见，在本说明书的其余部分，触摸机制将被认为是主要的阻止(blocking)性质，这意味着从发射器到探测器的波束将部分或全部被中间的触摸事件阻止。这不是必需的，但是其便于说明各种概念。

为了方便起见，触摸交互机制有时可能被分类为二进制或模拟。二进制交互是基本上具有作为触摸功能的两种可能的反应的一种机制。示例包括非阻止和完全阻止，或非阻止和10％+的衰减，或非受阻和受阻的tir。模拟交互是具有响应于触摸的“灰度”的一种机制：连续通过的非阻止或以渐变或阶梯的方式从部分阻止到阻止的非阻止。

c.发射器，检测器和耦合器

每个发射器将光发射至数个检测器。通常，每个发射器将光同时输出给不少于一个检测器。类似地，每个检测器从若干不同的发射器接收光。光波束可以是可视的，红外的(ir)和/或紫外线(uv)的光。术语“光”是指包括所有的这些波束并且术语诸如“光”将被相应地解释。感兴趣的波长范围涵盖了大范围，包括但不限于从200nm到2000nm的范围，或任何子范围，其中包括，例如，800nm到980nm。

针对发射器的光学资源的示例包括光发射二极管(led)和半导体激光。ir资源还可以被使用。光波束的调制可以是外部的或内部的。针对检测器的传感器元件的示例包括电荷耦合器件，光电二极管，检测器，光触敏电阻器，光触敏三极管，非线性的所有的光检测器。

发射器和检测器还可以包括除了主光源和传感器元件的光学和/或电子。例如，发射器和检测器可以合并或被附连到透镜以传播和/或准直(collimate)发射光或入射光。此外，不同设计的一个或多个光耦合组件(耦合器)可以被用于将发射器和检测器耦合到波导。该波导，耦合器，和任何中间的光学元件都有类似的高于空气折射率的折射率以便使tir遍及每个波束的整个光路。这些元素可以使用具有与波导和耦合器类似的折射率的粘合剂从而被物理地耦合在一起。另外，在沿光路的不同点处，空气间隙可以被呈现在替代粘合剂的元件之间。

d.光束路径

图4a-4c是不同形状的束轨迹的顶视图或侧视图。触敏系统的另一方面是光束和束路径的形状和位置。在图1中，光束以线示出。这些线应该被解释为代表束，但束本身可能是不同的形状和轨迹。点发射器和点检测器产生具有线状轨迹的窄的笔形束。点发射器和宽检测器(或反之亦然)产生具有三角形轨迹的扇形束。宽发射器和宽检测器产生具有相当恒定宽度的矩形轨迹的“矩形”束。根据轨迹的宽度，透射系数tjk表现为二进制量或模拟量。如果当触摸点穿过束时，透射系数相当突然地从一个极端值转换至其他的极端值，则透射系数tjk是二进制的。例如，如果束很窄，它可以被完全阻止或完全不被阻止。如果束是宽的，则当触摸点穿过束时，它可以被部分阻止，从而导致了更多的模拟行为。

束可以具有横向(水平)以及垂直方向两者的轨迹。束的横向轨迹可以相同于或不同于束的垂直轨迹。

从发射器发射的并且由检测器接收的光的方向和传播可以根据旨在覆盖有源区域131的束轨迹在传播或角度上变化。为了使束成形以实现打算的轨迹，透镜可以被附连至发射器和检测器。例如，点发射器和检测器可以结合透镜被使用以在水平或垂直方向传播束。

图5a-5b是示出了由发射器和检测器覆盖的有源区的顶视图。如上所述，发射器和检测器沿着有源区的周边被布置。所有的发射器可以被布置在有源区的两边上，例如，如图5a所述的两个相邻垂直的边。类似的，所有的检测器可以被布置在有源区的其他两个边上。替代地，发射器和检测器可以根据如图5b所示的模式而被混合或被交错(interleaved)。这种模式可以是一个发射器在每个检测器之间，或是另一更复杂的配置。

在大多数实施方式中，尽管可能不存在从每个发射器到每个检测器的束，但是每个发射器和每个检测器将支持多个束路径。来自一个发射器的所有束的轨迹的聚集将被称为该发射器的覆盖面积。所有发射器的覆盖面积可以被聚合，以获得系统的总体覆盖。

可以使用不同的量来描述单个束的轨迹：空间范围(即宽度)、角范围(即发射器的辐射角、检测器的接收角)和轨迹的形状。从一个发射器到一个检测器的单个束路径可以由发射器的宽度、检测器的宽度和/或限定发射器和检测器两者之间的束路径的角度以及形状来描述。发射器的覆盖面积可以由发射器的宽度、相关检测器的聚集宽度和/或限定来自发射器的束路径的聚集的角度以及形状来描述。注意，单个轨迹可以重叠。(发射器的轨迹的总和)/(发射器的覆盖面积)的比例是重叠的量的一个测量。

针对所有发射器的整个覆盖面积应该覆盖有源区131的整体。然而，不是有源区131内的所有点都同样地被覆盖。某些点可以由许多束路径穿过，而其他的点则由少的多的束路径穿过。有源区131上方的束路径的分布可以由计算束路径在有源区内穿过多少不同的(x，y)点来表征。波束路径的取向是分布的另一方面。源自所有的都大致在相同方向上流动(running)的三个束路径的(x，y)点的分布通常是微弱于由所有都以彼此呈60°的角度来流动的三个束路径穿过的点的分布的分布。

上述针对发射器的概念也适用于检测器。检测器的覆盖面积是由检测器接收的束的所有轨迹的聚集。

iii.光耦合器组件和相关的硬件

a.概述

图6和7是光触敏装置的侧视图，该光触敏装置分别包括侧耦合的光耦合器组件602以及边缘耦合的光耦合器组件702。如上述介绍，光触敏装置600、700包括被光耦合到具有光耦合器组件(或耦合器)602或702的发射器和检测器606的平面光波导604。光触敏装置600、700还可以包括任何一个或多个印刷电路板(pcb)608、环境光屏蔽610、ir透射层612、一个或多个空隙636和相关的环境光吸收表面614和显示模块616。环境光屏蔽610可以由光反射性材料或吸光材料制成。

波导604延伸经过显示模块的横向边缘。波导可以由刚性或柔性的材料构造。在一个实施例中，波导包括材料的单个平面。波导具有基本上或完全平行于其底表面的顶表面，而不论用来构造波导的材料的类型。波导的顶表面被取向为接收触摸输入。取决于实施方式，波导的底部或侧边缘表面被光耦合到在显示模块(例如，显示器的观察面积)的横向范围之外的耦合器。如上所述，光束使用tir穿越通过波导。也就是说，光束以大于从法线(normal)到波导的顶表面和底表面的临界角的角度反射离开波导的顶表面和底表面。使用受阻tir检测到的触摸事件被接收在波导的顶表面的有源区131内。

耦合器可以是如图6所示的侧耦合602至波导，或者耦合器如图7所示的边缘耦合702至波导。在侧耦合和边缘耦合两者的情况下，耦合器还可以被配置为重新调整波束，以适应发射器和检测器相对于波导的任何取向。该耦合器还可以被配置以横向或纵向地调动(translate)光束以适应发射器和检测器的任何位置。耦合器和触敏装置更通常地还可以被配置为防止或减少进入波导的环境光，避免击中发射器和检测器。

可以使用单件材料形成耦合器，或使用若干光耦合件形成耦合器。每个发射器和检测器606可以具有其自己的耦合器以将光耦合进入和离开波导。替代地，发射器和/或检测器可以共享耦合器。耦合器可以使用任何数量的材料(包括，例如，玻璃或塑料)制成。

发射器和检测器606沿显示模块的周边被布置在波导的底表面以下。沿着显示模块的周边设置发射器和检测器包括将发射器和检测器设置在显示模块的外侧边缘之外，以便发射器和检测器侧面横向地环绕显示模块。沿着显示模块的周边设置发射器和检测器还包括将发射器和检测器设置在显示模块的侧边缘附近的显示模块的底部以下。发射器和检测器被电耦合到pcb608，pcb608可以包括或电耦合到发射器/检测器驱动电路120。

光触敏装置被配置为结合显示(或屏幕)模块616而工作，显示(或屏幕)模块616被配置为显示图像，但是显示模块不必是光触敏装置的一部分。为了清晰，显示模块被示出。图6-7中的装置的附图并非成比例的，并且可以预计的是显示模块616和有源区131在实践中将比耦合器和相关的硬件大得多。

b.侧耦合的光耦合器

图6是光触敏装置600的侧视图，光触敏装置600包括侧耦合的光耦合器组件602。在装置600中，检测器和发射器606被取向从而以平行于波导604的顶表面和底表面的方向分别接收和发射光线，使得光线以与其横向穿过波导604大致相同的横向方向离开发射器并且进入检测器。

耦合器602被侧耦合至波导604的底表面。一般来说，侧耦合包括直接或间接被光耦合至波导604的底表面的耦合器602的顶表面上的单个平面耦合表面630。尽管如所示，耦合表面630是耦合器602的一个表面的全部，但这不是必须的情况。

c.边缘耦合的光耦合器

图7是包括边缘耦合的光耦合器组件702的光触敏装置700的侧视图。在耦合器702中，检测器和发射器606被取向从而以垂直于波导604的顶表面和底表面的方向分别接收和发射光线，从而光线以相对于其横向穿过波导604的方向旋转90°的方向离开发射器。

d.显示器和相关的硬件

图8a-8b是包括侧耦合的光耦合器组件和显示模块的光触敏装置的顶视图。顶视图示出了波导804、显示模块816和有源区131的相关的横向延伸。在本示例中，波导804横向延伸经过并覆盖显示模块816、包括耦合表面830的耦合器802、和发射器/检测器806。由上至下，耦合器的一部分是耦合表面830，并且另一部分通过光屏蔽810来覆盖。

图8a示出了一种其中相对少的耦合器802(在此情况下为四个)每个均被共享在数个发射器和/或检测器806之间的实施方式。图8b示出了一种其中每个发射器/检测器806具有其自己的耦合器802的实施方式。在另一实施方式中，单个耦合器可以被共享在所有的发射器和检测器之间(未示出)。

图9是包括侧耦合的光耦合器组件的光触敏装置的透视图。在本示例中，耦合器902被设置在波导904的底表面下方，并且耦合器902还接近波导的边缘，以将空间留给触敏装置中间的显示器。光线在耦合表面930处被投射进入到波导904中和/或在耦合表面930处从波导904将光线取出。在一个实施方式中，耦合表面930经由光学透明的粘合剂(oca)被附连到波导904。替换地，可以使用使得耦合器902和波导904之间光能能够良好的转移的其他方法。将耦合器粘合至波导的oca可以不被明确地显示在所有的附图中。通常，oca对可见光和/或在波束中传播的光束是透明的。

在一种方式中，oca层(以液体形式或者以胶粘合剂的形式)首先被附连到波导904，而耦合器902经由oca层被附连到波导。替换地，oca层首先可以被附连到每个耦合器，并且随后oca覆盖的耦合器被附连到波导。固定件可以被用于指导精确地放置并且指导将耦合器附连到波导。

iv.中间层

a总述

中间层可以被用于增强光触敏装置的波导。在大多数情况下，中间层有助于保持波导中的光传播。这是十分有用的，例如，当波导的尤其是相对于打算接收触摸事件的(例如，底表面)表面的侧面被附连到另一对象时是有用的，该另一对象具有未知的光学特性或与tir不相容的光学特性(例如，对象具有比波导的折射率更高的折射率)。通常，附连的对象在制造的触敏装置中与波导连续地接触被附加(affixed)。被附连的对象可以是显示器、非显示器表面、透明结构、非透明结构、薄膜(透明或不透明)和/或涂层(例如，复合薄层)。

通常是不期望波导与其周围介质之间的界面的变化。在全内反射中，光被捕获(trapped)在具有比周围介质的折射率(通常是空气，具有大约为1的折射率)更高的折射率的透射介质(ri)中(例如，波导)。由此，如果对象具有的光学特性与tir不相容，则触摸波导的任何对象可以潜在地减少在波导中传播的光能。这可能不利地影响触敏装置的触摸感测性能。例如，在波导中减少的光能可能使触摸引起的透射损耗的测量变得更加困难，从而降低了触摸传感的健壮性。

增强具有中间层的波导显著降低了附连对象的上述负面影响。一般地，波导通过将中间层插入波导和附连的对象之间而被增强。中间层不仅提供了所期望的机械粘合功能，还利用中间层的已知和可控的光学特性修改了波导界面。

在一个实施例中，中间层具有比波导的折射率更小的折射率。在本实施例中，中间层可以据称是由低ri材料来构成，并且还可以被称为低ri层。该低ri层保持光束经由tir在波导中的传播。在另一个实施例中，中间层是反射镜或包括用于光束在波导中传播的镜面，并且在波导中的光束的传播经由镜面反射而被保持。在本实施例中，中间层还被称作镜面层。镜面层可以被配置为反射在波导中传播的光束，但镜面层对可见光透明。

b.工作的附件以及机制

图10a是具有显示器和波导之间的空隙的光触敏装置的侧视图。在本示例中，pcb1008a和1008b分别被直接附连到耦合器1002a和1002b。发射器和检测器(未示出)被电耦合到pcb，发射器/检测器驱动电路120可以包括该pcb或该pcb被电耦合到发射器/检测器驱动电路120。相对于耦合器的发射器和检测器的位置和取向被设计从而具有发射器和检测器之间的大量的光线转移。在替代实施例中，pcb没有被直接附连到耦合器，而是间接经由例如装置架(chassis)(未示出)附连到耦合器。说明性地，光束被示为从连接到pcb1008a的发射器而产生。随后束通过耦合器1002a传播；通过耦合表面1030a进入波导1004；经由tir在波导1004中传播；离开波导1004并且通过耦合表面1030b进入耦合器1002b；通过耦合器1002b传播；最后到达连接到pcb1008b的检测器。为了避免与来自显示器的可见图像干扰，在波导中传播的光束波导通常具有从800纳米至980纳米范围的近ir波长。其它波长也是可能的。

显示模块1016被设置在耦合器1002a和1002b之间，但不直接接触波导。也就是说，存在波导和显示模块之间的空隙。在图10a中示出的波导1004由于不存在中间层而不被增强。

存在增强波导的几种可能的原因。如图10a所示，波导可以作用为显示模块的护罩(cover)玻璃的薄保护层。该护罩玻璃的薄层可能由于例如机械冲击而容易被损坏。将波导层压(laminating)到显示器使得触敏装置对机械冲击更加的健壮。由于层压，视差也可以被减少，其原因在于显示器和波导之间的距离被缩短(例如，无空隙)。另外，将波导层压到显示器能够防止波导当从顶部被接触时的显著的偏移，从而避免了其中波导可以物理地接触显示器并且改变图像质量的情况。

图10b是具有增强波导的光触敏装置1000的侧视图。增强的波导1004被示为使用被附连到其底部的中间层1050。显示模块1016将如箭头所示被附连到波导。在这个例子中，oca1040的薄层被附连到显示器的顶表面。oca层1040可以是以薄膜或树脂的形式，可以通过暴露于uv、热、湿度或它们的组合而处理该薄膜或树脂。oca层1040在波导1004的底表面处将显示模块1016附连到中间层1050。oca层1040和中间层1050两者对可见光都是透明的，以允许通过波导看到显示器上的图像。

在一个实施例中，oca层可以作用为中间层，从而免除具有分离的中间层的需要。例如，oca层可以具有比波导的折射率的更小的折射率。在这种情况下，oca层既作用为中间层也作用为机械粘合层。

中间层1050延伸跨越波导从而至少覆盖显示模块1016的表面，但不必延伸至或超过耦合器1002。通常，光从耦合器传到波导，而不与中间层交互，由于中间层1050的横向延伸被限制从而无法覆盖波导的边界。为了实现这一目标，使用掩蔽层来制造光触敏装置1000，以覆盖触敏装置的边界。掩蔽层在中间层1050的沉积之前可以被施加到波导的底表面，在中间层的沉积完成之后，掩蔽层可以被除去，留下了波导的底表面上的净片(clear)玻璃的框架。在一种方式中，耦合器1002被设置在边界上并经由oca被附连到净片玻璃的框架，而在其中没有中间层。

图10c是具有增强波导的光触敏装置的侧面图，其中光束传递经过中间层从而到达发射器/检测器。在本示例中，由对在波导中传播的光束透明的低ri材料组成中间层1050。由几个耦合器部件1002-1、1002-2和1002-3组成耦合器1002。耦合器部件1002-1和1002-2被光耦合到波导1004。在某些情况下，耦合器部件1002-1和1002-2可以通过用所示轮廓模制波导1004从而被形成为波导1004的一部分。这提供了一种机制，通过该机制光线以大于波导和其周围空气之间的临界角的角度进入波导1004，并且光线经由tir被捕获在波导1004内。第三耦合器部件1002-3还可以被光耦合(可选地具有空隙)到中间层1050，从而引导发射器/检测器1006和中间层1050之间的光线。在某些情况下，第三耦合部件1002-3可以是匹配于中间层1050的用于促进检测器/发射器1006和中间层1050之间的光线的传播的指示(index)，尽管这不是必需的。在本实施例中，耦合器1002包括几个单个耦合器部件，使得耦合器1002的总高度1002可以被最小化。介于耦合器部件1002-1/1002-2和耦合器部件1002-3之间的中间层不全内反射来自波导的光束，这是因为在界面1005a和1005b处的入射角小于tir所需的临界角。如图10c所示，中间层1050延伸超过耦合器1002，以覆盖波导1004的边界。这可以通过例如放弃使用覆盖层以覆盖波导的边界的需求从而简化光敏装置的制造。

假如中间层的应用过程不会对任何其它装置组件产生任何负面影响，则在附连显示模块之前，中间层可以被沉积在任何阶段。例如，高温层压过程可能会导致已经被附连到波导的光学元件的弯曲。这种负面影响的另一个示例是，已经被附连到波导的层的分层。分层可以通过匹配相邻层的表面能量而被避免。材料的表面能量是相对于体材料中的分子中的可用能量在材料的表面上的分子中的可用能量的测试。材料的表面能量对于易于与其他材料接合做出了重要的贡献。材料之间不匹配的表面能量表明该材料不太可能被轻易地接合。表面能量的匹配可以通过在附连相邻层之前通过化学处理在相邻的表面处改变功能组来实现。功能组是参与化学反应的并且形成了与其他材料的接合的分子的那些部件。当涉及有机物时，此术语是特别有用的。相邻层的附着还可以通过改变相邻表面的拓扑结构以使两个相邻的表面中的至少一个粗糙而被促进，由此增加了摩擦以及可用于接合两个相邻层的粘着剂的表面面积。

在一个实施例中，耦合器首先被附连到波导。然后显示模块和波导与还用作接合层的中间层被层压在一起。例如，这可以通过将液体低ri层实施(dispensing)到波导上来实现，随后将使液体低ri层与显示模块交互。液体低ri层接着通过uv照射而被处理。在本示例中，当使低ri层与显示模块交互时，以预定模式将低ri材料的预定体积精确实施在波导上可以导致低ri层的受控扩散。根据设计，低ri材料可以或不可以扩散从而与耦合器接触。

b.1低ri层

在一个实施例中，中间层1050是由具有折射率比波导的折射率更小的材料制成的。在使用低ri层的实施方式中，低ri层可以处理其范围为从低至空气/真空(n＝1)到高至波导材料本身的折射率的折射率值的范围。在此范围的折射率内，低ri层满足了在波导和低ri层(例如，波导的底表面)之间的界面上的入射光的全内反射的状况。

低ri层可以包括含氟聚合物材料或其它卤化材料，该材料可能来自蒸气、液体或固态源，并且可以使用适当的应用过程从而被应用到波导中。对于汽相低ri层，应用过程包括化学气相沉积、等离子体沉积等。液相低ri层可以通过旋涂、浸涂、喷涂、刮刀涂布法等被应用，例如丝网印刷的印刷技术也可以被用来沉积液相低ri层。汽相低ri层和液相低ri层通常通过暴露于uv、热、湿度、电子束或它们的组合而被处理。

固相低ri-层(例如含氟聚合物膜)可以使用层压过程被应用，在层压过程中，使固相低ri层和/或波导接近或高于低ri层的玻璃态转变温度并且层压被实现，而不使用任何粘合剂。替换地，可以经由粘合剂的使用(例如，oca)来实现层压。

低ri层的平均(或有效)的折射率可以通过将微米和/或纳米多孔引入低ri层被工程化为适当值。在这种情况下，低ri层由包括水凝胶、干凝胶、气凝胶、纳米泡沫等的这样的“多孔”材料组成。在一种方式中，这样的低ri层可以通过斜角真空沉积而被沉积，其中材料诸如二氧化硅可以被形成在分离的柱状结构的高纳米多孔层中。

在大多数情况下，低ri层的厚度至少大于波导中的瞬逝光场的穿透深度。至少该厚度的低ri层被选择，以便在波导中传播的光线基本不会受到低ri层的任何相邻层(例如，相邻于中间层1050的oca层1040)的影响。替代地，假设低ri层的相邻层具有保持tir并且避免波导中传播的光线的过度衰减的光学特性，则也可以使用厚度小于穿透深度的低ri层。

b.2镜面层

在替代的实施例中，波导中光线的传播经由在中间层和波导之间的界面处的镜面反射而被保持。在这种情况下，中间层是针对波导中传播的光束的镜面层并且光束的波长在ir波长的窄范围(例如，在800nm-980nm内的窄带)内。因此，镜面层是用于ir波长的该窄范围的窄带反射器。在一个实施例中，这样的窄带反射器是薄膜干涉滤光器(例如，二向色滤光器)，其强烈地反射具有窄范围内的波长的光线。在另一实施例中，窄带反射器是全息胶片。全息胶片通过将材料的折射率改变为与被用于暴露全息胶片的全息干涉图案的强度成比例而被制造。按照这样方式来设计全息干涉图案，以产生针对具有ir波长的窄范围内的波长的光线的全镜面反射，同时其基本上是对可见光透明。在这个示例中，在光触敏装置中的发射器是窄带led，或具有与全息胶片的特性相兼容的波长的激光器。

c.框架

光触敏装置可以包括用于指示装置的某些属性(诸如清楚地划分显示器的边界和/或显示器的区域之间的分离)的框架(frame)。这样的框架可以被附连到波导的顶表面或底表面。通常，该框架对可见光是不透明，并且可以使用墨层(例如，ir墨层和/或深色墨层)、诸如着色层(例如，粘着剂、着色薄膜等)的另一种材料、和/或使用自身对可见光不透明的耦合器来制造。以下说明描述了框架的墨的实施方式，然而可以期望其它的材料从而构造并且用作类似的功能。ir墨是半透明墨，ir墨对于ir波长范围附近的至少一部分是(例如，从800nm至980nm)透明的，而ir墨吸收或反射在该范围(包括例如，通常所有的可见光)之外的光线。因此，当用户观看时，ir墨呈现为不透明的。深色墨一般对可见光和用于检测触摸事件的ir光是不透明的。尽管通常阻止了所有可见光，任一类型的墨层可以具有均匀的可见颜色(例如，黑色、白色、红色、蓝色、绿色等)，或变化颜色的图案。深色墨层不必是完全不透明的，并且可以包括任何可能颜色的墨层。如上所述，中间层通常对可见光透明，然而，这不是必需的。

在一个实施例中，通过在波导的底表面和ir墨层之间插入中间层来构成底部框架。图11a是具有使用ir墨层的底部框架的光触敏装置1100的顶视图，以及图11b是相同装置1100的侧视图。波导中的光束的传播被假定为具有相近的ir波长。中间层1150被应用到波导底表面的中心部分。ir墨层1160被应用到波导底表面的边界。

在一个实施例中，ir墨层1160从波导边缘延伸，并邻接中间层1150(未示出)。在如图11a-11b所示的另一个实施例中，ir墨层1160从波导边缘延伸经过中间层1150的边界，并且因而重叠部分中间层1150。在图11a和11b的示例性实施例中，耦合器1102在耦合表面1130处通过ir墨层1160被光耦合到波导。这形成了部分不与中间层1150重叠的框架的外部。因此，具有有限衰减的光被射入或从提取自ir墨层，并且不受到来自中间层的任何影响。重叠中间层的框架的内部部分不影响波导内的光传播，因为中间层阻止了光与重叠的ir墨层的交互。框架的内部和外部部分也可以被称为不同的框架区域。在图11的示例中，作为整体的框架包括内部部分和外部部分两者。在本示例中，区别仅仅是为了方便，因为内部和外部部分仅是相同ir墨层1160的不同部分。然而，这对在下面描述的实施例是有用的，在该实施例中，框架包括多于一种材料。其他的框架区域还可以被创建在内部和外部，如以下例如针对死区和固定图像的进一步描述。

附连底部框架到波导保持了用作触摸屏的波导顶表面的齐平(flush)方面。触摸屏的齐平本质增强了用户交互的舒适度，其中用户可以移动他们的手指遍布触摸屏而不会感知到任何的电平变化。这通常是通过使波导顶表面基本不作更改来实现的，其中可能的例外为施加抗眩光涂层、防指纹涂料、使变硬等。

图12a-12c是示出了由ir墨层和深色墨层组成的框架的光触敏装置的侧视图。在图12a中，ir墨层1260从波导的边缘延伸，并靠近中间层1250，而没有任何重叠。耦合器1202被附连到外部框架区。深色墨层1270覆盖未由耦合器1202覆盖的ir墨层1260的剩余底表面。深色墨层1270还重叠了中间层1250的一部分从而创建了内部框架区。深色墨层是有利的，因为它相对于ir墨层更充分地阻挡了光线。深色墨层不与波导中传播的光束交互，这是由于它是在光束传播路径(例如，深色墨层1270a)之外，或者通过中间层(例如，深色墨层1270b)从光束中被屏蔽。

图12b示出了其中ir墨层1260延伸以重叠中间层1250的另一个实施例。耦合器1202被附连到外部框架区。深色墨层1270被应用以覆盖未由耦合器1202覆盖的ir墨层1260的剩余底表面，该深色墨层1270包括其中ir墨层重叠中间层的内部框架。如所示的，深色墨层1270还可以延伸以重叠中间层1250。

图12c示出了其中中间层1250的边缘部分被插入到ir墨层1260和深色墨层1270b之间的另一个实施例。耦合器1202被附连到外部框架区。深色墨层1270a被应用以覆盖未被耦合器1202覆盖的ir墨层1260的剩余底表面。在如图12c所示的示例中，深色墨层1270b靠近耦合器1202，并向内延伸以完全覆盖与ir墨层1260相同的区域。在其他情况下，深色墨层可以覆盖与ir墨层不同的区域。

图13是示出了由ir黑色光耦合器和深色墨层组成的框架的光触敏装置的侧视图。在本实施例中，ir黑色耦合器1362是由聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、或类似的材料诸如聚碳酸酯(pc)制造的。这样的材料对ir光线透明且吸收可见光。

在图13中，ir黑耦合器1362被显示以包括延伸到波导1304的底表面的外部边缘的延伸翼1364。延伸翼1364延伸耦合表面1330，从而用作外部框架区。除了延伸翼1364或作为延伸翼1364的替换，可以使用ir墨层(未示出)。在一个实施方式中，ir黑色耦合器1362使用粘合剂诸如oca(未示出)被附连到波导。图13还示出波导1304的中心部分被覆盖有靠近ir黑色耦合器1362的中间层1350。深色墨层1370从ir黑色耦合器1362向内朝着显示模块延伸，从而重叠中间层1350并且用作内部框架区。耦合器1362可以包括向内朝向显示模块延伸的第二延伸翼(未示出)，其可以被使用以代替深色墨层1370或用作部分透明的ir墨层(未示出)的深色背景。

d.死区

此外，附连框架到波导的顶表面也是可能的。在一个实施例中，这样的顶部框架通过介于波导的顶表面和油墨层之间的中间层而被构成。更一般地，顶部框架可以使用与底部框架相同的材料来创建。而这种结构不必具有完全齐平的顶表面，足够薄的顶部框架可以被构造以便在顶部框架和波导的顶表面之间的高度差不容易被用户感知。这被称为接近齐平的设计。对于顶部框架，中间层还被称为覆盖层，其可以是低ri层或镜面层。顶部框架使波导对穿过其整个范围内的触摸不敏感，并且顶部框架覆盖的区域被称作死区。

图14是示出了死区的光触敏装置的侧视图。在本示例中，覆盖层1450被应用在波导1404的顶表面的周边上。深色墨层1470随后被应用在覆盖层1450的顶上以使死区对用户可见。由于光反射(tir或镜面反射)出现在波导1404和覆盖层1450之间的界面处，因此深色墨层1470不与波导中传播的光交互。如图14所示，覆盖层1450不覆盖用于感测手指存在的触摸屏的中央部，虽然这不是必需的。类似的死区可以沿着显示器的任何部分来创建。可见区的分离对触摸不敏感，并且可以被用于例如产生来自单独显示器的双显示器。在其他的实施方式中，深色墨层1470可以被省略，在这种情况下，死区对用户不可见。在一些实施方式中，保护层被应用在框架的顶上。该保护层可以是对可见光透明或不透明的。

e.固定图形区

在一个实施例中，光触敏装置包括一个或多个触敏固定图形区，它们附连在波导的底表面下方。每个固定图形区包括一个或多个固定的图形和一个或多个相关联的软件按钮。响应于固定图形区附近的一个或多个触摸的检测，这些软件按钮通常相对于光触敏装置而执行一个或多个预定的软件功能。

图15a是示出了固定图形区的光触敏装置的顶视图。在图15a中，显示模块1516占据触敏有源区的大部分的中心部分，并且固定图形区1580远离显示模块1516被放置。在本示例中，固定图形区1580包括四个图形，其中每个与不同的软件按钮相关联。例如，固定图形区域1580示出了，从左至右，“返回”、“菜单”、“搜索”和“主页”图形。本示例仅示出了具有4个相关固定按钮的一个固定图形区，每个按钮对应于该固定图形区的不同部分。在其他的实施方式中，光触敏装置包括多个固定图形区，每个区域具有一个或多个固定的按钮。

图15b是示出了固定图形区的光触敏装置的侧视图。固定图形区包括深色墨层1570和中间层1550。中间层1550介于深色墨层1570和波导的底表面之间。中间层1550防止光与深色墨层1570交互，并且经由tir或镜面反射保持了波导1504中光的传播。中间层对可见光是透明的，以便由深色墨层1570覆盖的部分固定图形区1580可以通过波导的顶表面进行查看。为了产生期望的固定图形，深色墨层1570被图案化为从上向下透视的设计。深色墨层1570可以具有对应于固定图形的空区(voidarea)1572(即，无墨的区域)。这部分着墨层可以被产生，例如，通过使用在期望位置处掩盖深色墨的模板(stencil)。在其他情况下，该空区可以替代地填充有与深色墨呈现给用户不同的对比材料。

在替代的实施例中，固定图形区被附连在波导的顶表面上作为适当尺寸的/形状的死区(如在上一节所示)，同时仍保持在空区中的触摸敏感性。

f.标识区

在某些实施例中，光触敏装置包括一个或多个标识区，它们被附连在波导的底表面之下。每个标识区包括一个或多个标识，它们通过被放置在波导的底表面上的优势而免受磨损和损坏(即，远离触摸交互)。由于标识通常被彩色打印(例如，银)，所以反射油墨层(例如，反射银油墨层或其它反射材料)可以被用于包含期望标识的标识。反射油墨层可以被放置在一个位置中而与波导的底表面直接接触，在该位置中中间层是不存在的，代替中间层中的至少一部分，或在中间层和波导之间。如果反射油墨层直接与波导接触，反射油墨层不实质上影响光束在波导中的传播。例如，标识可以被放置在触敏区中或在外部框架区中。材料的其他层(例如，ir墨层，深色墨层等)可以被应用以覆盖或包围标识。该标识可以以类似于如上所述的固定图形的方式而被制造。

在一种方法中，包含期望标识的反射油墨层被附连在波导的底表面上。ir墨层被应用到包括标识的反射油墨层的底表面。随后深色墨层被应用到ir墨层的底表面。在另一种方法中，ir墨层首先被应用到波导的底表面。ir油墨层包括针对标识的净区(cleararea)。含有期望标识的反射油墨层在ir油墨层的净区被应用到波导的底表面。随后深色墨层被应用到ir墨层和包括标识的反射墨层的底表面。

g.制造过程

图16示出了制造具有使用ir墨层和深色墨层的框架的光触敏装置的一系列步骤。这种装置可以对应于图12a中显示的一个。存在许多可能的过程流程用于制造这种装置，并且图16仅仅作为示例而被示出。

在步骤1610中，装置被显示为在该示例性实施例中由玻璃1612制造的裸(bare)的波导。在步骤1620中，掩蔽层1622应用到波导的边界，最好是在其底表面上。在步骤1630中，中间层1632(例如，具有厚度为10-50微米的低ri层)被应用到波导的底表面。中间层被显示为覆盖波导的中心部分，并且还可能重叠掩蔽层的某些部分。低ri层可以使用材料诸如mgf2或含氟聚合物/卤化材料的浸涂、旋涂、液体喷涂或蒸镀而被应用。

在步骤1640中，掩蔽层被去除以展现在波导的边界上的裸的玻璃。在步骤1650中，ir油墨层1652被应用到波导的底表面上的被展现的裸玻璃。在步骤1660中，耦合器组件1662沿着其内部边缘被附连到ir墨层。oca的层可以被使用以有助于附连。在步骤1670中，一层深油墨1672被应用到耦合器组件1662的内侧，从而重叠了中间层的边缘部分以创建不透明的内部框架区。在步骤1680中，另一层深色油墨1682被应用到耦合器组件1662的外侧，从而重叠了ir油墨层以创建不透明的外部框架区。

图17示出了制造具有使用ir黑色光耦合器和深色墨层的框架的光触敏装置的一系列步骤。这种装置可以对应于图13中显示的一个。存在许多可能的过程流程用于制造这种装置，并且图17仅仅作为示例而被显示。

在步骤1710中，装置被显示为在该示例性实施例中由玻璃1712制造的裸的波导。在步骤1720中，oca层与内部层1722一起被应用到波导的边界，最好是在其底表面上。内部层用作oca层的覆盖层。在步骤1730中，中间层1732(例如，具有厚度为10-50微米的低ri层)被应用到波导的底表面。中间层覆盖波导的中心部分，并且还可能重叠内部层的某些部分。低ri层可以使用材料诸如mgf2或含氟聚合物/卤化材料的浸涂、旋涂、液体喷涂或蒸镀而被应用。

在步骤1740中，内部层被去除以展现在波导的边界上的oca层1742。在步骤1750中，ir黑色耦合器组件1752被附连到oca层。ir黑色耦合器组件具有延伸到波导边缘的延伸翼，从而创建了外部框架区。在步骤1760中，一层深油墨1772被应用到ir黑色耦合器组件的内侧，从而重叠了中间层的边缘部分以创建内部框架区。

v.应用

上述触敏装置可以用于各种应用。触敏显示器是一类应用。其包括平板电脑、笔记本电脑、台式机、游戏机控制台、智能手机和其他类型的计算装置。其还包括电视、数字标牌、公共信息、白板、电子阅读器和其他类型的高分辨率显示器。然而，他们还可以用在较小的或较低分辨率的显示器上：简单的蜂窝手机，用户控制(复印机控制，打印机控制，控制电器等)。这些触敏装置还可以用于其他不是显示器的应用中。在触摸之上被检测的“表面”可以是无源元件，诸如印刷图像或仅仅某些硬件表面。这种应用可以被用作用户界面，类似于轨迹球或鼠标。

vi.额外的考虑

附图仅以说明为目的来描述本发明的实施例。本领域的技术人员将从下列讨论中意识到文中所示的结构和方法的实施例可以在不偏离本分所述的发明的原理的情况下被采用。

在阅读完本发明之后，本领域的技术人员将意识贯穿本文的所公开的原理的额外的替换结构和功能的设计。因此，当具体的实施例和应用已被示出和描述时，应被理解的是公开的实施例不限制为本文所公开的精确的解释以及部件。在不偏离随附权利要求所限定的精神及范围的情况下可以对本文所公开的方法和装置的布置，操作以及细节做出对于本领域的技术人员来说将是显而易见的各种修改、改变以及变型。