[发明专利]光波导光发射器及触摸屏

说明书

本发明涉及一种用于控制光的光学装置以及一种光学触摸感测装置，尤其是通过在透明基底中直接激光写入以在透明基底中制造一个或更多个光波导来形成的此类装置。

技术领域

本发明涉及用于控制光的光学装置和光学触摸感测装置，具体地，通过在透明基底中直接激光写入以在透明基底中制造一个或更多个光波导来形成这种装置。

背景技术

透明的、立体的和全息的显示器已经成为研究的长期目标，并且时常呈现在流行的科幻小说中。但是，由于种种原因，已经证明将它们从幻想的领域转移到现实是困难的。例如，在透明材料中嵌入电子器件是困难的。这就是为什么仅有的商业使用形式的透明显示器使用投影仪，即，平视显示器。传统的透明显示器通常具有低透明度(例如＜50％)和差的图像质量。另一方面，全息显示器要求所有像素以明确定义的相位发光，这已被证明难以从概念验证演示中放大。最后，立体显示器需要将像素分布在透明体积内，并且理想地应当仅向期望的方向发光，这在不牺牲全视差的情况下，从来没有得到证明。

显示器已经成为人类生活必不可少的部分并且已经成为像电视、计算机和智能手机的技术的必要成分，从而创造了一年价值大于3000亿美元的全球电子显示器产业。持续的研究和投入已经催生出许多不同的显示器技术，最重要的显示器技术是阴极射线管、液晶显示器(LCD)、等离子体显示面板、基于量子点的LED、数字光处理、电子纸和有机发光二极管(OLED)，每个都提供独特的优点和缺点。所有这些技术所共有的缺点之一是：无法使用除了(接近)平坦表面之外的具有低透明度并且不允许来自不同像素的相干光发射的任何东西。克服这些问题中的一些或全部将允许建造透明的、立体的或甚至全息的显示器。

透明显示器由于其优良的外观而经常用于流行小说中，但实际上也开启了全新的使用场景，从在窗口中实现的显示器到在增强现实或虚拟现实眼镜中的堆叠显示器。迄今为止，已经证明它们难以建造。迄今最先进的原型是使用透明电极的OLED显示器，但它们迄今为止未能离开实验室。

立体显示器不是从平面而是从体积内发光，这是为什么立体显示器的像素被称为体素的原因。存在许多不同类型的立体显示器，这些立体显示器由各种各样不同的技术支持，但是它们都具有在其体积内创建3D图像的目的。立体显示器是通过设计裸眼式的，这意味着3D图像对于肉眼是直接可见的。理想地，图像可被投影到稀薄空气中，并且关键地还允许遮挡：如果体素在所有方向上均匀地辐射，则所有物体均被显示为透明的，即，物体的正面和背面两者都是同时可见的并且覆加的。为了避免这种情况，体素应仅在特定方向上发光，从而导致3D图像的一部分可以遮挡另一部分的效果。

在某种意义上，全息显示器是终极显示器，因为它们原则上能够忠实地重新创建从场景发射的整个光图案。存在用于生成此类光图案的两种方法：光场显示器(射线光学图)和全息显示器(波前图)，它们有时可互换地使用，即使仅后一种模型能够描述相干相位波前且是我们将使用的模型。创建高质量全息显示器需要独立于显示器的实际尺寸的波长数量级的像素间距，因此对于普通尺寸的显示器来说，通常大于10¹¹的像素数是必要的。从每个像素发射的光必须具有与所有其他像素的明确定义的相位关系，这就是为什么通常使用单个激光器作为光源，然后光从该光源分布在所有像素上。所有像素之间的相对相位必须在0至2π之间是可调谐的，这然后允许创建从显示器发射的任意波前。迄今最先进的全息显示器使用由激光器从背面照亮的空间光调制器，但是在它们的尺寸和特征上仅保持非常有限的窄视角。

用于显示器的触摸识别技术目前几乎仅通过使用电阻式或电容式触摸识别来实现。电阻式触摸识别技术遭受各种问题，由于屏幕顶部上的附加材料层而导致有限的图像质量、需要力(下压)来记录触摸事件、通常仅对某个水平(IP67)是防水的并且不在水下工作。

此外，电容式触摸显示器需要在屏幕的顶部上的薄膜导体的薄片，这限制了透明度。它们不能与表面上的水滴适当地起作用，并且如果整个表面是湿的，则完全不起作用。由于高的片电阻，将电容式触摸技术扩展到大显示器尺寸也仍然是有问题的。

发明内容