專利名稱：正面光照明的接觸面板的制作方法
技術領域：
本發明涉及接觸面板以及電子顯示器。
背景技術：
平板顯示器通常由向透射光閥提供均勻照明的一些光導板(通常稱為“后光源”)進行背面光照明。后光源可以是該顯示器的主光源，或者在一主要是反射(通常稱為“透射反射的”)的顯示器中是輔助照明源。或者，平板反射顯示器可由一光導板(通常稱為“前光源”或“前光波導”)對其進行前照射，該光導板從反射光閥的觀察面提供均勻照明。這樣就可以不用后光源并在該光閥中放置一反射鏡，從而在前光源關閉時在良好照明的環境光條件下增加顯示器的反射率和亮度。前光波導應該具有足夠的透明度，以免顯示的圖像變形或亮度顯著衰減。較佳地，該前光波導還以足以在黑暗的環境條件下使顯示器可讀的亮度均勻地照亮顯示器。
顯示器還安裝了可讓使用者通過觸筆或手指的壓力輸入信息的接觸面板。例如，已知作為“電阻覆蓋層”結構的普通型號的接觸面板利用兩個被隔離物隔開的具有部分導電性涂層的透明層。當這兩層層壓在一起時，電阻在二維上感受，能得到觸點的坐標。底層(最接近顯示器的層)一般剛性相當大，玻璃制成。頂層(觸筆或手指接觸的層)一般相當的柔軟，由塑料制成。
電阻覆蓋層以及其它的接觸面板的結構描述在“Carrol接觸手冊”(CarrollTouch Handbook)中，可從www.carrolltouch.com上得到。許多這樣的其它接觸面板結構，包括“電阻覆蓋層”、“定向聲波”、“表面聲波”以及“近場成像”(參見美國專利No.5,650,597)接觸面板，在顯示器的頂部裝有光學透明的、剛性較大的板。有些類型的“掃描紅外”接觸面板也在顯示器的頂部裝有光學透明的、剛性較大的板。和電阻覆蓋層結構的情況一樣，玻璃最常用來形成剛性的板。
日本公開專利申請JP11344695A(等同于WO 9963394)示出了一個完整的前光波導和接觸面板，其中光波導部分由模塑的塑料制成。利用一層透明樹脂將光波導的上表面粘結在接觸面板的下表面上，該光波導的下表面具有由透明或半透明的樹脂的印墨形成的多邊形或圓形的點圖形，該樹脂的折射率比透光板的大，并且含有光擴散顏料。或者，所形成的光波導的下表面上有平行于透光板的輸入部的端表面的“細皺紋”或“棱鏡”(顯示為鋸齒凸起部分)。該專利申請用的光波導利用由上述光擴散顏料形成的散射，或者利用通過上述皺紋或棱鏡的折射，從光波導將光引入光閥。該專利申請用的鋸齒凸起部分是取向的，其鋸齒的傾斜部分背向光波導的光輸入端。
日本公開專利申請JP2000-47178A示出了一個完整的前光波導和接觸面板，其中光導部分呈楔形，且其上表面上具有一組隔離物。該專利申請用的光波導利用由隔離物引起的散射，將光從光波導引入光閥。
其它照明式接觸面板顯示裝置示于日本公開專利申請JP61188515A、JP11065764A、JP611110131A、JP11174972A、JP11260133A、JP11316553A、JP11065764A、JP2000075293A、和PCT公開專利申請WO99/63394A中。
美國專利5,396,350示出了具有一陣列微棱鏡的后光源，該陣列微棱鏡將光反射進入透射光閥。
美國專利5,428,468示出了使用一波導管和一排將光反射出波導管的微棱鏡的照明系統。美國專利5,995,690示出了將光從波導管耦合出來的光引出帶。
其它正面光或背面光照明的顯示裝置示于美國專利4,373,282、4,528,617、4,751,615、4,799,137、4,811,507、4,874,228、5,005,108、5,050,946、5,054,885、5,190,370、5,341,231、5,359,691、5,485,354、5,506,929、5,555,109、5,555,329、5,575,549、5,594,830、5,608,550、5,608,837、5,613,751、5,668,913、5,671,994、5,835,661、5,894,539、6,011,602和6,139,163；以及歐洲專利申請EP 0 802446A1中。
發明內容
接觸面板的制造一般需要一步或多步涉及高溫或其它苛刻的加工條件的制造步驟。例如，許多接觸面板結構要使用一層導電性或電容性的氧化銦錫(ITO)層。施加令人滿意的ITO層所需的溫度會破壞絕大多數的塑料基底。接觸面板還應具有良好的光學性能。這樣，接觸面板通常包括一個能支撐ITO層或接觸面板的其它可熱處理層的阻熱玻璃基底。這些接觸面板可與一個前光波導結合，還應具有良好的光學性能，包括良好的光引出特性。前光波導可由例如模塑的塑料楔制成，并且最終的合成產品放置在反射光閥頂部。該方法要使用額外的部件，在供應的光的路徑中具有額外的界面，因此具有較大的總厚度。但是，該方法也允許接觸面板的下部板由平板玻璃制成，這樣成本較低并且能夠經受形成ITO或其它施加的材料層所需的加工步驟。
雖然已經提出了若干種照明式接觸面板裝置，但是對于更薄的、更有效的或更能被均勻照明的裝置，能夠更容易制造的裝置，以及有能耗較低的裝置仍然具有不斷的需求。許多現有的裝置并沒有利用由光源供應的全部光。如果能夠將這些未利用的光引至顯示器，就能夠進一步降低能耗并增加顯示器的亮度。
有些上述照明式接觸面板裝置利用散射和折射將光從光波導中引出。這些方法會降低對比度，或者其將光供應給顯示器中的光閥的角度小于最佳角度。
一方面，本發明提供一種與反射光閥使用的正面光照明接觸面板，它包括一個前光波導(該光波導具有至少一個將光線供應到光波導的光輸入面)、一個觀察面、一個與觀察面相對的光輸出面、以及接觸感應傳感器的至少一個元件，所述光輸出面在其上具有一光引出層，該引出層具有一基本平的光射出面并包含許多埋入的反射小平面，這些小平面將供應的光線通過光射出面引出光波導。這種接觸面板容易制造，例如在一普通的平面玻璃板上構造接觸感應傳感器的部件(例如導電性或電容性的層)，并將所得的組合件碾壓成一塑料的光引出膜。可在接觸面板的頂部施加一層頂膜，并且可向有結構的表面的膜的光射出表面施加一層防反射涂層。
本發明還提供一種照明式接觸面板，它包括a)至少一光源；b)一個前光波導，它具有至少一個將來自光源的光通過其供應給光波導的光輸入面；一個觀察面；一個與觀察面相對的光輸出面；以及接觸感應傳感器的至少一個元件；所述光輸出面具有在其上的一個光引出層，該光引出層具有一基本平的光射出面并且包含埋入的小反射平面，這些小平面將供應的光通過光波導引出線通過光射出面引出光波導；c)一個反射光閥，它接受從光波導引出的光并將至少一些該光返回通過觀察面。
與使用分開的接觸面板和前光波導相比，本發明的正面光照明的接觸面板總厚度較小，透光率較高，界面較少。這些面板可用普通的平板玻璃，使用現有的接觸面板制造方法及設備來制造，獲得功能添加的接觸面板。較佳地，本發明的正面光照明的接觸面板具有一種復合結構，它包括一層玻璃以及一層或多層由不同的材料制得的其它層(例如，導電層、焊料痕跡層、傳感器或者位于接觸面板主表面上的其它與接觸感應傳感器相關的組件，以及有微結構的塑料表面和位于接觸面板的另一個主表面上的防反射涂層)。這些面板的優選實施方式能有效地引出供應的光線，同時展示良好的對比度和較小的圖像變形。因為所述正面光照明的接觸面板具有位于接觸面板和光閥之間的微結構的反射元件，并且因為所述接觸面板具有一平滑的觀察面，與在觀察面上具有微結構的光學特性的接觸面板相比，本發明正面光照明的接觸面板較為堅固，不容易損壞。
圖1是本發明的正面光照明的接觸面板顯示器的側視圖。
圖2是圖1的接觸面板的簡化側視圖，示出了環境光線和供應光線通過的一般路徑。
圖3是圖1和圖2的接觸面板的部分放大側視圖，示出了有結構的光引出層以及所供應的光線通過的路徑。
圖4是本發明的正面光照明的接觸面板的部分放大側視圖，該面板具有較小的凸平面長度與凹底長度的比值。
圖5是本發明的正面光照明的接觸面板的部分放大側視圖，該面板具有較大的凸平面長度對凹底長度的比值。
圖6是凸平面長度與凹底長度的比值和光引出效率之間關系的曲線圖。
圖7是一個光泄漏源的放大的局部側視圖。
圖8是一個重影源(source ofghosting)的放大的局部側視圖。
圖9是能夠減少光泄漏和重影的一個引出結構的放大的局部側視圖。
圖10是能夠減少光泄漏的一個光波導和一個引出結構的放大的局部側視圖。
圖11是本發明的接觸面板和光波導的分解側視圖。
圖12是本發明另一個接觸面板和光波導的分解側視圖。
具體實施例方式
當術語，如“上方”、“在頂部”、“上部”、“向上”、“下面”、“下方”、“下部”和“向下”等用在本申請中描述顯示器中各元件層的位置或取向時，采用這些術語的目的僅僅是為了方便，此時假定觀察顯示器時一般是其接觸敏感表面朝上。這些術語并不表示制成的顯示器需要是什么取向，也不表示制成的顯示器實際使用時供應的光線或環境光線通過的路徑需要什么取向。還可以通過與一基準平面比較，方便地敘述本發明的某些組件和它們的相互關系。為了本發明的目的，將基準平面取為由前光波導的光輸出面所形成的平面(或與其非常接近的平面)，使用上述取向慣例的話，此平面即是光波導的下表面。
現在參閱圖1，它是用數字10表示的照明式接觸面板顯示器的示意圖。由光源42所供應的光(換句話說，非環境光)進入耦合件44，在其中它通常從一個點光源或多個點光源轉換成適合用于照明式接觸面板顯示器10的一個線光源。然后供應的光進入前光波導12的光輸入面14，并且如下圖2和3中將詳細解釋地那樣，向下通過，進入反射光閥(在這里是個反射性LCD)36，然后從反射光閥出來向上返回。光波導12還具有相對的一端15、光輸出面16和觀察面18。一種光學透明的膠粘劑(圖1中未示出)將有結構的光引出層32固定在光波導12的光輸出面16上。
觀察面18和柔性膜26分別具有導電性涂層20和24。涂層20和24、間隔物28以及柔性膜26形成了接觸感應傳感器23，當使用手指、觸筆或其它適宜的工具向下壓迫柔性膜26時，它能夠提供指令或觀察面18上的位置指示。相關聯的電子儀器(圖1中未示出)可用來指明觀察面18上的接觸位置，并提供電子信號用以控制或以其它方式對其它的電子裝置或部件施加影響。
光波導12和層32形成了照明式電阻接觸面板/前光波導組合件22的其余部分21。一層空氣間隙35將層32的下表面33與位于反射性LCD36頂上的起偏層38隔開。反射層40位于反射性LCD36的底部，它(假設反射性LCD36經適當調制能允許光通過)用來將來自組合件22通過反射性LCD36的光反射向上返回組合件22。
圖1中所示的照明式接觸面板使用了電阻接觸感應傳感器。本領域普通技術人員將會明白，其它類型的接觸感應傳感器也可用于本發明。例如，所述接觸感應傳感器可通過一接觸機構，如電容性覆蓋層、定向聲波、表面聲波或近場成像來操作。所述接觸感應傳感器還可通過非接觸機構如掃描紅外傳感器，例如通過提供的光波導的上表面上方或下方的一排光束和光傳感器來操作。本領域普通技術人員將會明白，在本發明中可使用各種接觸感應傳感器元件層，這些接觸感應傳感器不必包括由ITO或其它經熱處理的材料制成的導電層。
以下參看圖2，光線，如來自光源42供應的光線45經面18上的全內反射導向光波導12的相對端15。當以一適宜的角度照到光輸出面16上時，光線45將進入有結構的光引出層32。如果光線45以一適宜的角度照到層32的小平面上(圖1或2中未示出)，光線45將被該小平面反射，經層32的下表面33離開，從而從光波導12中被引出。被引出的光線將通過空氣隙35，然后進入起偏層38和反射性LCD36。假設反射性LCD36經適當地調制能傳輸光線，光線45將進入反射性LCD36，照到反射層40上，再經反射性LCD36和起偏層38被反射回來進入層32和光波導22，并且經觀察面18(通過涂層20和24與膜26)射出光波導12，在那里光線可被觀察者48看到。
如果環境光亮度足夠高，那么觀察者48能夠看到由照明式接觸面板顯示器10所顯示的信息，而無需由光源42進行照明。環境光線，如環境光線50經柔性膜26進入照明式接觸面板10，通過上述的各個元件和層，并且(假設反射性LCD36經過適當調制)照到反射層40上，然后經反射性LCD36反射回來朝向觀察者48。
在照明式接觸面板顯示器10中，由光源42供應的光線在接觸面板組合件22的下部21內的兩個大體平行的面16和18之間被引導。光波導不必具有大體平行的面。但是，由于圖1和2中所示的光波導的面16和18大體上是平行的，因此光波導12可由成本低的、耐用的材料如平板玻璃制成。導電層、焊料痕跡層或接觸感應傳感器的其它元件層形成在光波導12的第一主表面上。光引出層、可選用的防反射涂層以及其它可選用的光操縱特征或層可形成在光波導12的第二主表面上。由于這些接觸感應傳感器元件層通常需要的形成條件較苛刻，宜在光波導12的第二主表面上形成光引出層和其它可選用的結構或層之前，將接觸感應傳感器元件層全部形成在光波導12的第一主表面上。
參閱圖3，它是圖1和2中的正面光照明接觸面板顯示器一部分的放大側視圖。光引出層32具有一個光射出面33和一個具有許多凸起，如凸起52和53的上表面，這些凸起面朝或指向(較佳的是光學地接觸于)光波導12。面33是“基本上平的”，即，面33充分地平坦能避免引起顯示器10中有害的圖像變形現象。層32的上表面是“有結構的”，即，它具有非平面的外形，該外形具有能夠影響照到層32的上表面上的光線的方向或強度的細小形狀的結構特征(例如凸起52和53)。凸起52和53的兩側與凹底部分，如凹底60a和60b連接，以及封閉的凹陷區，如凹陷區58a和58b連接，凹陷區中含有一種介質(例如空氣)，該介質的折射率比制造層32的材料的折射率低。這些凸起部分具有升起面、凸平面和小平面部分，如升起面54a、凸平面55a和小平面56a。為了討論方便，凸起，如凸起52和53稱為“總體四面形”，即使這些凸起僅具三個側面，并且通過畫一條假想的線完成一個凸起的第四側面而形成的一個四面形可以沒有兩個平行的側面。
使用透明膠粘劑50將這些凸平面層壓在光波導22上。凸平面55a緊貼著膠粘劑50，并且通常與層32的其它凸平面共平面。那些小平面，如小平面56a“埋在”光引出層32內，即這些小平面位于光引出層32之內，在光波導22的光輸出面16和光引出層32的光射出面33之間。升起面54a鄰近凸平面55a，而凸平面又鄰接小平面56a。較佳地(暫時不考慮中間的透明膠粘劑層)，那些小平面鄰近或者非常接近光輸出面16，但是距離光射出面33較遠。
那些小平面，如小平面56a的取向能使得來自光波導22輸入面的光線，例如所供應的光線46能夠通過膠粘劑50和凸平面55a，照到小平面56a上，被反射向下，由此經射出面33從光波導12中被引出。這樣，利用諸反射鏡將供應的光就通過這些光反射現象從光波導引出。到目前為止提出的照明式接觸面板組合件中有許多使用依靠光折射現象的引出機構，例如通過使用在光波導的射出面上的棱柱形的(例如鋸齒形)表面。
供應的光能以與基準平面成直角或接近直角的角度從本發明的光波導引出。換句話說，供應的光能以與光閥成零或接近零的入射角引出供應的光。與依靠折射引出的光波導相比，這樣能夠改善進入光閥的引出光的耦合。利用折射引出，難以實現其質心與基準平面的夾角大于約40°的引出角度。換句話說，難以實現引出光線的質心相對于光閥的法線的入射角小于約50°。如果引出的光線以太大的入射角到達光閥，那么光閥將不能有效地將光線反射朝向觀察者，或者需要額外的光學元件(例如額外的折射元件)來對引出光重新導向。
基于反射元件的引出結構，與基于折射元件的引出結構相比，對供應的光線的波長變化不太敏感。與迄今為止已提出的某些照明式接觸面板顯示器相比，這樣就能改善本發明的照明式接觸面板顯示器的顏色均勻性。與使用折射的引出結構相比，使用反射的引出結構時還較少產生能導致有害的重影和對比度損失的雜散反射。在反射的引出結構中確實會產生的一些雜散反射往往不是朝向觀察者的。而在折射的引出結構中，有些雜散反射往往是朝向觀察者的，從而導致總對比度的損失。如果將這些雜散反射稱為噪聲帶，那么它們沿觀察軸的存在就是個噪聲源，引起信噪比的損失。
與使用折射相比，在本發明的照明式接觸面板中使用反射將光引出能夠提高結構的靈活性和性能。
本領域普通技術人員將明白，雖然圖3中示出的凹底，如凹底60a和60b平行于基準平面，但是它們不一定要平行。此外，升起面，如升起面54a不一定要相對于基準平面對稱地傾斜。同樣地，小平面，如小平面56a也不一定要相對于基準平面對稱地傾斜。
本領域普通技術人員將明白，光引出層32上的凸起可具有不同于圖3所示的形狀和取向，只要能發生從光波導12中適合地引出光線進入反射性LCD36即可。較佳地，要選擇供應的光從光源42進入光波導12的角度，在光引出層32上的凸起的尺寸、節距和角度取向，使得供應的光均勻地在照明式接觸面板顯示器10的觀察面上分布。
圖4至6示出了凸平面長度與凹底長度的比例對來自本發明的光波導底部的總的光線輸出的影響。圖4示出了概括稱為70的照明式接觸面板顯示器的部分放大側視圖。有結構的光引出層71具有凸起，如被升起面74、凸平面76和小平面78包圍的、兩側有凹底80a和80b的凸起72。在光引出層71中所有凸平面的總長度小于在光引出層71中所有凹底的總長度，換句話說，總凸平面長度對總凹底長度的比例小于1∶1。由于光引出層71的凸平面的總面積較小，可用的引出窗口相對較小，則供應的光線，如光線46a不能達到那些埋入的小平面如小平面78的某些可能起反射作用的部分。因此，這些供應的光線中只有的較小的部分能夠以一適宜的角度到達光引出層71中的小平面，從而能夠從光波導12中引出供應的光線通過射出面82，所以來自光波導12的總光線輸出可能較所需的要少。
圖5示出了概括稱為90的照明式接觸面板顯示器的部分放大側視圖。有結構的光引出層91具有凸起，如被升起面94、凸平面96和小平面98包圍的、兩側有凹底100a和100b的凸起92。光引出層91中所有凸平面的總長度大于光引出層9 1中所有凹底的總長度，換句話說，總凸平面長度與總凹底長度的比例大于1∶1。由于光引出層91的凸平面總面積相對較大，絕大部分或全部的小平面能用來反射，則供應的光線，如光線46b將能夠從光引出層91的那些小平面中反射出來并且從光波導12引出通過光射出面99。這樣，來自圖5所示的照明式接觸面板的光波導12底部的總的光輸出將會大于來自圖4所示的照明式接觸面板的總的光輸出。
圖6是示出凸平面長度與凹底長度的比例與來自光波導的射出面的光輸出之間關系的圖。一般地，光輸出(或引出效率)隨著凸平面長度與凹底長度的比例的增加而增大，呈一近似對數的關系。較佳地，總凸平面長度對總凹底長度的比例至少為1∶1，更好是至少3∶1。一旦所有小平面能露出使供應的光線可以到達后，凸平面長度的重要性就降低，即圖6所示的曲線就變得平直。一般地，較佳的是凹底長度大于零。例如，如果所述光引出層由柔性薄膜形成，那么較佳的是凹底不應太短，以免難以從通常被用來制造有結構的柔性薄膜的成形模具上將該薄膜剝離下來。
圖7是本發明一個照明式接觸面板100的放大的局部側視圖，示出了一個可能的光泄漏源。有些光線，如光線46c將從有結構的光引出層104的下表面102通過全內反射向上反射，朝向埋入的小平面如小平面103。當以足夠小的入射角進入小平面時，光將被小平面折射，通過膠粘劑層105和光波導108，并且以較大的入射角射出光波導108的上表面106，離開普通使用者的觀察軸。這個光線就損失掉，不會對觀眾感受的圖像亮度起作用。
圖8是本發明一個照明式接觸面板110的放大的局部側視圖，示出了一個可能的重影源。有些光線，例如光線46d將從一個小平面，如埋入的小平面111反射向下，從有結構的光引出層114的射出面112反射向上，通過膠粘劑層115和光波導118，從光波導118的上表面116射出。這些光線將以比圖7所示的光線46c的情況中的入射角更小的入射角射出光波導118，從而能夠看到為該光源的一重影圖像。
圖9是本發明一個照明式接觸面板120的放大的局部側視圖，它具有能減少如圖7所示的光泄漏的有結構的光引出層124，以及能夠減少如圖8所示類型的重影的一個防反射涂層。光線，如從光引出層124的下表面122反射向上的光線46e通過埋入的小平面126和升起面128折射，然后通過附近的埋入的小平面130和升起面132又折射回到光引出層124內再次被載獲。由于表面122上存在防反射涂層125，光線如從小平面例如埋入的小平面126反射的光線46f照到光引出層124的下表面122上，并通過該表面122。
將一均勻的防反射涂層施加到平坦的表面上要比施加到有結構的表面上容易。這樣，與在使用折射元件通過底面上的有結構的表面引出光線的照明式接觸面板的底面上施加該涂層相比，在本發明的照明式接觸面板的底面(換句話說，光射出面)上施加該涂層要容易一些。
本領域普通技術人員將明白，此附加的防反射涂層或其它光操縱層或形貌可施用在射出面33上，只要注意保持射出層33基本上平坦的外形，從而防止在可視圖像中引起有害的變形即可。
本領域普通技術人員也將明白，一個以上的光源能夠用來向本發明的接觸面板顯示器供應光線。例如，再次參閱圖1，多個光源可沿著光輸入面14放置。雖然沒有在圖1中示出，但是多個光源也能夠沿著端部15放置。如果沿著輸入面14和端部15供應光線，那么，較佳地，在有表面結構的光引出層32上的許多凸起(例如，圖3中所示的凸起52和53)應該相對于來自輸入面14和端部15供應的光線對稱地取向。如果只沿著輸入面14供應光線，則端部15最好裝有一個鏡面或其它適宜的反射鏡，將到達端部15的光線返回進入光波導12中。
圖10是具有一光波導142和能夠減少光損失的一個有表面結構的引出層144的照明式接觸面板140的放大的局部側視圖。光波導142裝有一鏡面的或漫射的反射鏡146，它將光線，如光線46h反射返回進入光波導142。可通過將光源(圖10中未示出)傾斜或偏置進一步減少到達反射鏡146的光量，使得沿著其大部分的光輸出的軸不平行于光波導142的上表面。光線，如光線46g從小平面，如埋入的小平面148反射向下，并從層144中被引出。光線，如光線46h被反射鏡146反射回來進入層144，并且通過小平面，如與埋入的小平面148對稱傾斜的埋入的小平面150反射向下。這些對稱傾斜的小平面可以沿著光波導142的長度重復。
圖11是本發明一個照明式接觸面板160的分解側視圖，示出了能組裝在一起的各個層。接觸感應傳感器層161形成在光波導162的上表面164上。光學透明膠粘劑層165和166涂覆在載體薄膜168的相背兩面上，且置于一旁。使用適宜的成形模具由基底薄膜172和可光固化的樹脂形成有表面結構的光引出層170，然后固化，在基底薄膜172的上面形成光固化的有結構的表面174。如果需要，可向基底薄膜172的下表面施加一層防反射涂層(圖11中未示出)。這在使用連續的方法在基底薄膜172上形成有結構的表面174時特別方便，因為使用連續的方法同樣能在基底薄膜172的反面上施加該防反射涂層。
有表面結構的光引出層170的凸平面部分，如凸平面1180a和180b，將其層壓在膠粘劑層166上，注意不要損壞層170的有結構的表面174，也不要讓膠粘劑充填層170中各凸起之間的氣隙。然后，將膠粘劑層165層壓在光波導162的光輸出面163上。所得的組合件本身，或者方便地就供出售，或者與附加的接觸面板傳感器或顯示元件組合起來。例如，該組合件可與電容性覆蓋接觸感應傳感器(圖11中未示出)的其余部件組合，提供能放置在適宜的反射光閥的頂部，并且配以供應光線的光源和適宜的控制電子裝置，成為接觸面板裝置。作為另一個例子，光學透明膠粘劑層165和166可以涂覆在載體薄膜168的兩個相背的面上，膠粘劑層166可以層壓在有表面結構的光引出層170的凸平面部分，可將此最終組合件售出，供以后層壓到光波導的光輸出面上。
如果需要，可以通過膠粘劑層178將起偏層176層壓在反射性LCD182的上表面上制得更完整的組合件。反射性LCD182包括光調制單元184和反射層186。本領域普通技術人員不難想像出其它更完整或不太完整的組合件。
圖12是本發明的另一個照明式接觸面板190的分解側視圖，示出了能夠組裝起來并能夠固定在光波導192的光輸出面193上的各個層。接觸感應傳感器層191形成在光波導192的上表面194上。將光學透明的膠粘劑層195施加于光波導192的光輸出面193上。用一適宜的成形模具由基底薄膜198和可光固化的樹脂形成有表面結構的光引出層196，然后進行固化，在基底薄膜198的上面形成光固化的有結構的表面200。將有表面結構的層196層壓在膠粘劑層202和起偏層204上，注意不要損壞層196的有結構的表面200，也不要讓膠粘劑充填層196中許多凸起之間的氣隙。如果需要，可向基底薄膜198的下表面施加一層防反射涂層(在圖12中未示出)。與圖11的組合件相比，圖12的組合件在光徑中具有較少的層和光學界面，但是在處理及層壓過程中要求較為細心的操作。
光波導可以具有任意所需的總尺寸和厚度，但是較佳的是盡可能薄，例如5毫米或更薄。當從預期的顯示器觀察點觀察時，光波導可以是方的、矩形的、橢圓形的或其它任意所需的形狀。通常，光波導的尺寸和形狀由所需的顯示裝置或所需的接觸面板的尺寸和形狀確定。光波導的厚度較佳的是約0.1-5毫米，更好是約1-2毫米。
較佳地，光波導是能夠耐高溫和適應制作光波導頂部的接觸敏感表面所需步驟的光學上適宜的材料。如上所述，光波導最好是基本平的。如果是平的，光波導可由普通的平板玻璃構成。光波導的光輸入面和觀察面都可以是總體上平的或者具有凸或凹的曲度。當光源是點光源或線光源時，光輸入面可制成具有凸出、小透鏡、棱鏡、粗糙的表面或其它形貌，使入射光更均勻地分布。較佳地，觀察面具有光學的光潔度，以將傳輸損失、有害的散射和變形減至最小。
光引出層可以由寬范圍的各種光學上適宜的材料制成，這些材料包括；聚碳酸酯、聚丙烯酸酯如聚甲基丙烯酸甲酯、和聚苯乙烯，優選具有高折射率的塑料，如聚碳酸酯。較佳地，光引出層是一層柔性的有表面結構的薄膜，該薄膜是通過模塑、壓花、固化或以其它方式頂著一個裝在車床上的模具或者是其它成形表面對可模塑的樹脂成形；該模具或成形表面由載有所需有結構表面的反形的金屬或其它耐用材料制成。制造這些成形表面以及模塑、壓花或固化此光引出薄膜的方法對本領域普通技術人員來說是很熟悉的。
如果需要，通過使用適合的光線示蹤建模軟件，如Breault ResearchOrganization有限公司的“ASAP”、光學研究協會的“Code V”和“Light Tools”、Wolfram Research有限公司的“Optica”以及Focus軟件有限公司的“ZEMAX”就能評價各個光引出層結構，而無需將其實際上制造出售。
存在于光引出層中(以及嵌入組裝的光波導和引出層中)的許多小平面最好要足夠小，不致引起普通觀察者的注意。較佳地，要選擇光引出層的那些小平面和其它光線操縱結構的構型、形狀和尺寸，以使光引出效率最大并且在所需的觀察角上提供均勻分布的光輸出。
較佳地，這些凸起分布在光引出層的全部寬度上。雖然不是最優選的，但是這些凸起可以呈比整個寬度短的聚集段形式，這些凸起按行和列相互對齊，或者彼此錯開排列。這些成行列的凸起可以與光輸入面平行，或者與光輸入面成一角度。更好地，這些凸起在光引出層的整個寬度上分布，并且大體上平行于光輸入面。
在附圖中所示的本發明的各個實施方式中，在有表面結構的光引出層中的各單獨的凸起具有相同傾斜方向、形狀和尺寸。但這些凸起可以不必全部相同，也不必全部具有相同的傾斜方向、形狀或尺寸。為了易于制造，通常較佳的是形成具有凸起的光引出層，其升起面、凸平面和小平面的段具有從凸起到凸起相同的傾斜方向和段的長度。如果需要，這些凸起之間的凹底聚集的段也可以在傾斜方向和段長度上互相類似。但是，較佳地，這些凸起在光波導的光輸入面附近以相對較大的節距(重復間距)隔開，而在遠離光輸入面處以相對較小的節距隔開。對于僅從一端照明的光波導來說，這種間距的改變能夠通過從光輸入面到光波導的另一端的表面，逐漸減小沿光引出層的長度上的凹底的段的長度方便地實現。優選的節距是從在光輸入面處每毫米約0.06-12個凸起到遠離光輸入面處每毫米約250-1個凸起的最大值。
本領域普通技術人員將會理解，能夠以多種方法抑制或防止Moire圖形或其它干涉圖形。例如，可以相對于反射光閥中像素或其它重復元件的尺寸、角度取向或間距來調節各行凸起的尺寸、角度取向或間距(例如，通過將各行凸起的方向相對于各行像素的方向傾斜幾度)，從而在顯示器的觀察面上將干涉圖形減至最少或者消除。
各個光引出層升起面部分最好是平面的，但是如果需要的話，也可以利用其它形狀，如凸或凹的形狀。較佳地，光引出層的小平面和其它有結構的表面部分是光學平滑的，以避免由于光波導內光的反背散射引起不希望有的視覺贗象(visual artifact)。
較佳地，光引出層的厚度為約20-500微米，更好是約75-125微米。小平面的高度(換句話說，凹底深度)優選約5-50微米，更好是約7-20微米。只要小平面具有足夠的高度，所選擇的光引出層厚度對引出效果的影響就比較小。
隨著小平面高度的增加、光波導厚度的減小、或者凸起節距的減小，光引出效率將增加，即，光引出效率與(小平面高度)/[(光波導厚度)×(節距)]成正比。稍許不同地說，光引出效率與所有小平面的總截面面積除以光波導輸入面的總截面面積的值成正比。
用來組裝本發明的照明式接觸面板顯示器中各層的膠粘劑層可以是壓敏膠粘劑；使用能量，如熱、紫外線或電子束固化的膠粘劑；或者具有可接受的光學和機械性能的任何其它的膠粘劑。適宜的膠粘劑和接合技術對本領域普通技術人員而言是熟悉的。如果需要，一層或多層膠粘劑層可在組裝之后固化，例如通過向要接合在一起的一個或兩個表面涂覆膠粘劑，將這些表面配合在一起形成層壓的組合件，并通過該層壓組合件的一面或兩面將膠粘劑層暴露在適宜的固化能量(例如紫外線或電子束)作用下實施固化。
光波導和光引出層之間的膠粘劑層應當小心地施加。例如，這一膠粘劑可施加到光波導的整個光輸出面以及層壓在其上的光引出層上。如果需要，可以將膠粘劑僅涂覆在光引出層的凸平面部分的頂面，以及層壓在光波導的光輸出面上所得的局部涂覆表面上，如美國專利5,545,280中所述。在任一情況中，應該適當地注意，不要損壞光引出層的有結構的表面，并且不要讓膠粘劑充填在諸凸起之間的凹陷區中。
如果需要，可在層壓之前用折射率比制造光引出層的材料的折射率低的適宜的可流動的(較佳的是可硬化的)材料充填凸起之間的凹陷區。這樣能夠簡化光引出層對光波導的層壓，并且有助于阻止膠粘劑充填凹陷區。但是，如果該可流動的材料的折射率處于空氣與制造光引出層的材料的折射率之間，則使用這一可流動的材料可能會對這些小平面的反射性能產生不利的影響，并且與只讓空氣填充的凹陷區相比，還可能降低總的引出效率。
本發明的照明式接觸面板特別適用于用由小電池供電的一個或多個發光二極管(LEDs)照明的超小型或小型裝置。適合的裝置包括移動電話、電話呼叫機、個人數字輔助設備、鐘、表、計算器、照相機和攝影機、便攜式計算機、車用顯示器等。可使用各種彩色或單色裝置制造這些裝置中的反射光閥。例如，反射光閥可以是反射性彩色LCD，如用于COMPAQiPAQTM小型個人計算機中的反射性彩色LCD。反射光閥還可以是能夠使全內反射受控失效的裝置，例如在美國專利6,064,784和PCT公開申請WO00/75720中所述的裝置；固定的圖像裝置，如廣告畫或標牌(例如，印刷的菜單)；或者可變外觀的基底，例如“Gyricon”電子顯示器材料(由Gyricon Media有限公司開發)。本發明的照明式接觸面板可以用一個以上的光源，例如三個或多個LED進行照明。可以使用一排彩色光源(例如，紅、綠和藍色LED中的一個或多個)，這一排中的光源使用連續的或選通的選址電路(strobed addressing scheme)進行電子供電。除了各LED之外，用于本發明的接觸面板和顯示器的其它適合的照明源包括熒光或白熾燈、場致發光燈等。特別優選使用于本發明的照明式接觸面板的光源是描述在2001年4月6日提交的、申請號為09/844,745的待批申請中的“線型照明源”(LINEAR ILLUMINATION SOURCE)。
在不脫離本發明的范圍和精神的前提下對本發明的各種修改和改變對本領域普通技術人員而言是顯而易見的。應該理解本發明不局限于上述的說明性的實施方式。
權利要求
1.一種可與反射光閥使用的正面光照明的接觸面板，它包括一個前光波導，它具有至少一個向其供應光的光輸入面；一個觀察面；一個光輸出面，它與觀察面相對；接觸感應傳感器的至少一個元件；所述光輸出面在其上具有一光引出層，所述光引出層具有一基本平的光射出面并包含埋入的反射小平面，這些小平面將供應的光通過光射出面引出光波導。
2.如權利要求1所述的接觸面板，其特征在于所述光波導具有與光輸入面相對的反射面，并且有些所述小平面傾斜，使得從反射面反射的供應光線經過這些傾斜的小平面從光波導中引出。
3.如權利要求1所述的接觸面板，其特征在于所述光波導包括平板玻璃和引出層，該引出層包括面向所述光波導的有結構的表面和背向所述光波導的平滑面。
4.如權利要求1所述的接觸面板，其特征在于所述光引出層包括具有有結構的表面的薄膜，該有結構的表面包含許多面向所述光波導的凸起，鄰近小平面并位于凸起之間的凹陷區中含有一種介質，該介質的折射率比制造薄膜的材料的折射率低。
5.如權利要求4所述的接觸面板，其特征在于所述凸起具有大致是四面形的形狀。
6.如權利要求4所述的接觸面板，其特征在于所述凸起包括小平面，還包括升起面和凸平面，其中供應的光線從光輸出面通過凸平面，然后從一小平面反射后經過光射出面。
7.如權利要求4的接觸面板，其特征在于凹底分隔著凸起，所述凹陷區中含有空氣。
8.如權利要求7的接觸面板，其特征在于總的凸平面長度對總的凹底長度的比例大于1∶1。
9.如權利要求8的接觸面板，其特征在于所述比例大于3∶1。
10.如權利要求4的接觸面板，其特征在于所述凸起具有的尺寸、節距和角度取向，使得供應的光在觀察面上均勻地分布。
11.如權利要求4的接觸面板，其特征在于由射出面反射并通過小平面折射的供應光線通過附近的小平面折射后被再次捕獲并引入光引出層。
12.如權利要求4的接觸面板，其特征在于所述凸起在光輸入面附近以較大的節距隔開，在遠離光輸入面處以較小的節距隔開。
13.如權利要求4的接觸面板，其特征在于所述凸起具有的尺寸、節距和角度取向，使得Moire圖形在觀察面上不可視。
14.如權利要求1的接觸面板，其特征在于所述供應光線能達到基本上所有的小平面區域。
15.如權利要求1的接觸面板，其特征在于它還包括在光射出面上的防反射涂層。
16.如權利要求1的接觸面板，其特征在于所述接觸感應傳感器包括電阻接觸面板。
17.如權利要求1的接觸面板，其特征在于所述接觸感應傳感器包括電容性覆蓋層、定向聲波、表面聲波、或近場成像的接觸面板。
18.如權利要求1的接觸面板，其特征在于向前光波導施加元件需要會破壞所述光引出層的溫度或工藝條件。
19.如權利要求17的接觸面板，其特征在于所述元件包括含有氧化銦錫的層，所述光引出層包括含有有結構的表面的塑料薄膜。
20.一種照明式接觸面板顯示器，它包括a)至少一光源；b)一個前光波導，它具有至少一個將來自光源的光通過其供應給光波導的光輸入面；一個觀察面；一個與觀察面相對的光輸出面；以及接觸感應傳感器的至少一個元件；所述光輸出面具有在其上的一個光引出層，該光引出層具有一基本平的光射出面并且包含埋入的小反射平面，這些小平面將供應的光通過光波導引出線通過光射出面引出光波導；c)一個反射光閥，它接受從光波導引出的光并將至少一些該光返回通過觀察面。
21.如權利要求19所述的顯示器，其特征在于所述光引出層包含具有有結構的表面的薄膜，該有結構的表面包含許多面向所述光波導的凸起，鄰近小平面并位于凸起之間的凹陷區中含有一種介質，該介質的折射率比制造薄膜的材料的折射率低。
22.如權利要求19所述的顯示器，其特征在于它還包括涂覆在所述光射出面上的防反射涂層和在該涂層與光閥之間的氣隙。
23.一種包含權利要求19所述的顯示器的移動電話、電話呼叫機、個人數字輔助設備、鐘、表、計算器、便攜式計算機或運輸車輛。
全文摘要
一種與反射光閥使用的正面光照明的接觸面板，它包括一個前光波導(該光波導具有至少一個將光線供應到光波導的光輸入面)、一個觀察面、一個與觀察面相對的光輸出面、以及接觸感應傳感器的至少一個元件，所述光輸出面在其上具有一光引出層，該引出層具有一基本平的光射出面并包含許多埋入的反射小平面，這些小平面將供應的光線通過光射出面引出光波導。接觸面板可與光源、反射光閥以及適宜的電子裝置一同使用，形成緊湊的、有效照明的接觸面板顯示器組合部件。
文檔編號G06F3/033GK1511301SQ02810312
公開日2004年7月7日 申請日期2002年2月4日 優先權日2001年4月6日
發明者G·T·博伊德, S·J·潘克拉茨, G T 博伊德, 潘克拉茨 申請人:3M創新有限公司