專利名稱：帶有對準光閘的顯示器和適用于觸摸屏幕的背照光單元的制作方法
本申請涉及由Charlier等在1997年4月14日申請的、標題為“帶有基于觸摸屏幕的用戶接口的雙向通信設備”的共同待決美國專利申請序號no.08/837,172。該相關申請授予本申請的接授者，并因此通過對其參考作為整體包括在這里。
本發明一般涉及顯示器，更具體地說，涉及一種帶有一個光源且適于與一個觸摸屏幕一起使用的光閘型顯示器。
一些可攜帶電子裝置，如無線電電話，必須是在弱光和強光環境中都是可見的。標準的發射顯示器使用一種象素化的、或摹制的光源，其中能選擇性地接通顯示器的不同區域以發射光。斷開的顯示器的區域不發射光；然而，在強光情形中，顯示器的“斷”部分由于發光材料的(一般為磷)的高反射本性能較亮或比顯示器“通”部分亮。一個強反差濾光鏡，也稱作中灰濾光片，能置于顯示器上方，并且使用一種部分吸光膜來吸收一些從顯示器發射和反射的光。然而，該濾光鏡減小了顯示器在所有觀察條件下的亮度。
聚合物分散的液晶(PDLC)顯示技術是一種使用分散在固體聚合物母體中的微米級液晶滴的低成本、全塑料顯示技術。當沒有電場施加到顯示器上時，添加到液晶滴中的雙色染料分子引起PDLC顯示器呈現染料的顏色。在這種染色的狀態下，隨機地排列染料分子和液晶滴，并且顯示器是不透明的。這在概念上是一種“閉合光閘”狀態。當施加預定強度和取向的電場時，染料分子和液晶滴重新取向成允許光透過PDLC層。這在概念上是“打開光閘”的狀態。在該透明狀態下，顯示器呈現顯示器底層的顏色。
如果顯示器底層是一個反射表面，則在強光的環境中，環境光兩次透過PDLC層，其中PDLC處于打開光閘狀態。對強光環境優化顯示器，需要使用一種PDLC染料分子濃度，其中閉合光閘狀態是暗的而在影響顯示亮度的打開光閘狀態下沒有過分的殘余吸收。在弱光環境中，PDLC顯示器能是后照亮的。然而，當顯示器是后照亮的時，后照光僅通過PDLC顯示器一次。當對于強光條件優化PDLC染料分子濃度時，后照亮顯示器顯著降低對比度，并且“斷”象素能顯得被接通。
因而有對低成本、低電流漏的顯示器的需要，該顯示器在強光和弱光條件下都呈現出高對比度。
圖1表示根據一個最佳實施例在一個觸摸屏幕上方實現帶有對準的光閘和后照光單元的一種顯示器的電子裝置。
圖2表示根據一個最佳實施例沿線2-2在一個觸摸屏幕上方帶有對準的光閘和后照光單元的一種顯示器的橫截面。
圖3表示圖2中所示的顯示器的光閘單元側的分解圖。
圖4表示圖2中所示的顯示器的后照光單元側的分解圖。
圖5表示帶有對準光閘和適于與觸摸屏幕一起使用的后照光單元的顯示器的各種其他實施例。
帶有對準光閘和后照光單元的顯示器使用摹制的聚合物分散液晶(PDLC)光閘和一種摹制的場致發光(EL)后照光，以提供一種低成本、低電流漏的顯示器，該顯示器在強光和弱光條件下都具有良好的對比度。對準的、摹制的光閘和后照光層，形成經其能隱藏或顯現印刷在背景上的圖象的象素“窗口”。特別是，一個黑掩模載有圖象，并且插入在光閘與后照光層之間，以表示信息圖象、覆蓋顯示器的非活性區域、及覆蓋連接顯示器的活性段的電極痕跡。
帶有對準光閘和后照光單元的顯示器薄得和柔軟得足以與一個觸摸屏幕集成。該顯示器通過顯示這種用戶接口共用的號碼和圖標，能用來實現一個用于諸如無線電電話之類的可攜帶電子裝置的小鍵盤。因而，在強光和弱光條件下，用戶都能通過按下觸摸屏幕的適當部分撥打電話號碼，或使用手寫識別輸入電話本信息，或使用用于鼠標操作的觸摸屏幕。
在該整個文檔中，象素是指在光閘或后照光、或與后照光對準的光閘中的、能單獨接通或斷開的最小區域。使用直接驅動或矩陣尋址能控制一個象素。一個象素不必是一個連續區域；它能是一起控制的分開區域(例如，小寫“i”的點和線能組成單個象素)。
圖1表示根據一個最佳實施例實現帶有對準光閘和集成有一個觸摸屏幕的后照光單元的一種顯示器的電子裝置100。表示的電子裝置100是一個無線電電話，然而，在個人數字輔助設備、電視遙控器、盒式放象機、家用電器、汽車儀表板、廣告牌、銷售點顯示器、有線電話、及其他電子裝置中，也能實現帶有對準光閘和后照光單元的顯示器。
電子裝置100帶有一個第一殼體102和一個由鉸鏈106可運動連接的第二殼體104。第一殼體102和第二殼體104在一個打開位置與一個閉合位置之間樞軸運動。一根天線101發送和接收用來與諸如蜂窩基站之類的輔助電子裝置通信的射頻信號。定位在第一殼體102上的一個顯示器110能用于諸如顯示姓名、電話號碼、發送和接收的信息、用戶接口命令、滾動菜單、及其他信息的功能。一個傳聲器118接收用于發送的聲音，而一個音頻揚聲器116把音頻信號發送給用戶。
一個無鍵輸入裝置150由第二殼體104攜帶。作為帶有一個顯示器的觸摸屏幕實現無鍵輸入裝置150。在該圖中，在顯示器上的多個圖象用虛線描繪。一個主圖象151表示一個標準的、十二鍵電話小鍵盤。沿無鍵輸入裝置150的底部，圖象152、153、154、156表示一個通/斷按鈕、一個功能按鈕、一個手寫識別模式按鈕、及一個電話模式按鈕。沿無鍵輸入裝置150的頂部，圖象157、158、159表示一個“清除”按鈕、一個電話本模式按鈕、及一個“OK”按鈕。使用無鍵輸入裝置能實現另外或不同的圖象、代表模式的按鈕或圖標、及命令按鈕。每個圖象151、152、153、154、156、157、158、159是一個直接驅動象素，并且該無鍵輸入裝置使用一個帶有對準光閘和后照射單元的顯示器，以選擇性地顯示一個或多個圖象、和在弱光和強光條件下提供用于表示圖象的對比度。
圖2表示根據一個最佳實施例沿圖1的線2-2在一個觸摸屏幕上方帶有對準的光閘和后照光單元的一種顯示器200的橫截面。最佳實施例是一個帶有多層的堆，包括一個光閘單元239、一個選擇掩模層250、一個選擇顏色層260、一個后照光層289、及一個選擇觸摸屏幕290。
用戶201看到一個頂層210，頂層210是帶有減小眩光的暗淡上部表面215的紫外線阻擋層。最好，頂層210直接印制到PDLC光閘單元239的頂部其片220上。PDLC光閘單元239由夾持在兩個電極225、245和兩個基片220、240之間的PDLC光閘材料230制造。電極和基片最好是透明的。上部電極225最好使用附著到與PDLC光閘材料230相鄰的基片220上的固體銦-錫氧化物(In2O3-SnO2)(ITO)層建造。如果希望，能摹制兩個電極225、245；然而，如果在頂部電極225上實現，則用戶201能看到摹制。一個電極245經一根光閘單元驅動器總線237連接到一個外部電源上，以產生一個預定強度的電場，同時另一個電極225起地的作用。電場的方向對光閘并不重要，因而任一個電極都能作為地。
由電極225、245產生的電場改變PDLC光閘材料230的透光特性，并且摹制的電極層245的圖案限定顯示器的象素。這些象素位于圖1中所示的無鍵輸入裝置的圖象151、152、153、154、156、157、158、159上。在沒有電場時，在PDLC材料中的液晶材料和雙色染料隨機排列，并且吸收大部分入射光。在有電場時，液晶材料和雙色染料在施加場的方向上排列，并且發射大量入射光。以這種方式，能把PDLC單元的一個象素從較不透明狀態切換到較透明狀態。依據電場的施加，能把每個象素獨立地控制成關閉閘門或打開閘門。
一個掩模層250載有包括用于圖1中所示的無鍵輸入裝置150的按鈕的圖象。每個按鈕在光閘單元239中的一個象素的下面。注意多于一個按鈕能在一個象素下面，而相反一個按鈕能在多于一個象素的下面。象素起能打開或關閉光閘的“窗口”的作用，以展現由掩模載有的圖1中所示的圖象151、152、153、154、156、157、158、159。因為表示的每個象素僅是一個簡單的窗口形狀，并且沒有載有一個復雜圖案，所以在摹制電極245中的摹制區域能容易地與掩模層250對準。最好，直接把掩模層250絲網印刷到下部透明基片240的底表面上。
在掩模層250下面是一個具有一種或多種顏色的顏色層260。在該最佳實施例中，對準顏色散射體(transflector)塊，從而圖1中所示的圖象151、152、153、154、156、157、158、159是單色的。散射體具有透射和反射特性。顏色層260另外可以由僅具有透射性的濾色鏡制成。
一個后照光單元289包括夾持在載有摹制的ITO電極275的透明基片270與一個接地電極285之間的一層后照光材料280。用于后照光單元289的摹制電極275與用于光閘單元239的摹制電極245對準，并且具有與其相同的圖案。在該最佳實施例中，地電極285是直接印刷在后照光材料280的底表面上的固體導電墨層；然而，如果希望，則地電極285可以摹制并且可以載在透明或非透明基片上。
一個電極層275經一根后照光驅動器總線287連接到一個外部電源上，以產生預定強度的電場。象光閘那樣，任一個電極層能起地的作用。最好，光閘單元239的電壓響應和頻率驅動要求與后照光單元289類似。然后，后照光單元驅動器總線287和光閘單元驅動器總線237能連接到用于后照光單元和光閘單元的同時控制的共用驅動電子裝置299上。最好，把光閘單元驅動器總線237熱密封到電極245上，把后照光單元驅動器總線287熱密封到電極275上，及把兩根總線237、287熱密封在一起，以便連接到驅動電子裝置299上。另外，在光閘單元239和后照光單元289中的象素能分別或相互用不同的驅動電子裝置驅動。
由于全塑基片構造，顯示器薄得和柔軟得足以置于一個觸摸屏幕290上方。觸摸屏幕290能是一個電阻檢測系統、一個膜開關、一個諸如壓電系統之類的力檢測系統，或者使用其他類型的技術實現。
圖3表示圖2中所示顯示器的光閘單元239側的分解圖300。在該最佳實施例中，光閘單元239在顯示器的上部截面半中實現，并且在光閘單元239中的象素能獨立地控制以隱藏或展現在掩模層250中的圖象。光閘單元239使用能選擇性地尋址以把區域從透明狀態變到吸收狀態的任何顯示技術能實現。盡管該最佳實施例把PDLC技術用于光閘，但使用向列液晶技術(如扭轉向列或超扭轉向列液晶)、鐵電液晶技術、電控雙折射技術、光學補償彎曲模式技術、賓主技術、及其他類型的光調制技術，也能制成光閘層。
帶有暗淡表面215的頂部層210位于下面帶有地電極225的透明基片220的上面。地電極作為固體ITO層實現。其次是光閘材料230和作為摹制的ITO層實現的另一個電極245。最后，把掩模層250附加到透明下部基片240的底部。
在該圖中能更清楚地看到用于光閘單元239的電極225、245，和掩模層250的細節。掩模層250是載有各種圖象的不透明掩模。一個代表標準電話小鍵盤的十二個鍵的主圖象251，在下面對準由摹制的ITO層上的區域241形成的主光閘象素。沿顯示器底部的圖象252、253、254、256在下面分別對準區域242、243、244、246，并且沿顯示器頂部的圖象257、258、259在下面分別對準區域247、248、249。由于光閘象素的大窗口狀本質，把掩模上的圖象與適當象素對準的任務不是特別準確。
每個光閘象素對于素象下面的圖象就象一個獨立的閘門。因而，不同的圖象或圖象的組合依據哪個光閘象素是開閘的和哪個光閘象素是閉閘的，表示在顯示器上。注意掩模層也通過產生黑色背景，稍微隱藏在摹制電極245中在區域241、242、243、244、246、247、248、249之間的痕跡。
圖4表示圖2中所示的顯示器的后照光單元289側的分解圖400。在一個最佳實施例中，在顯示器的下部橫截面半中實現后照光單元289，并且對于掩模層250中的后照光圖象能獨立地控制在后照光單元289中的象素。使用能選擇性地尋址接通和斷開的任何光源技術，能實現后照光單元289。除EL材料之外，使用發光二極管陣列、等離子板、真空熒光板、對熒光管邊緣耦合的光導管、有機或聚合物發光二極管板、或其他光源材料，也能制造后照光層。
觸摸屏幕290在后照光單元289的地電極285下面。也在后照光單元289中，在后照光材料280上方，是一個由透明基片270載有的摹制電極275。在透明基片270上方是一個顏色層260。
在用于光閘單元的摹制電極245中的相同圖案，在圖3中表示得最清楚，復制在用于后照光單元的摹制電極275中。在摹制電極275中的區域271、272、273、274、276、277、278、279分別匹配在用于光閘單元239的摹制電極245中的區域241、242、243、244、246、247、248、249。摹制電極275和地電極285相互作用，接通選擇的后照光象素以便后照亮在掩模層250中的選擇圖象，如圖2和3中所示。
顏色層260用來染色后照光，從而圖象顯得被上色。例如，主區域261是透明的，區域262染成綠色，區域263、264、266染成藍色，及區域267、268、269染成橙色。同樣，由于大窗口狀后照光象素，后照光象素與光閘象素、掩模、及顏色塊的對準并不難。
圖5表示帶有對準光閘和后照光單元的顯示器500的各種其他實施例。顯示器的一個光閘單元539包括夾持在兩個載有電極525、545的透明基片520、540之間的光閘材料530。最好，上部電極525是起地作用的一個固體ITO層，而下部電極545是一個用來提供光閘象素以展示圖象的摹制ITO層。在上部電極中能實現該圖案，使固體地平面在下部電極上，或者能摹制兩個電極；然而，即使在斷開顯示器時，在強光條件下用戶也可以看到上部電極上的圖案。
后照光單元589包括一種夾持在一個透明基片570與一個第二電極585之間的后照光材料580，透明基片570帶有一個具有與用于光閘單元的摹制電極545相同的ITO圖案的第一電極575。該第二電極585最好是直接印刷在后照光材料580的底部上的固體導電墨層，并且起地的作用。同樣，如果希望，能顛倒第二電極和摹制電極的位置，而如果希望，能摹制第二電極585。
如果要顯示的圖象是簡單的，則不需要掩模層產生圖象。例如，不需要掩模層顯示實心正方形、實心圓、或實心三角形。如果圖象較復雜，如一個字或更詳細的圖標，則一個掩模層，如圖2中所示的掩模層250，能包括在該堆中以產生在象素內的圖象。箭頭551、553、555、557、559指示用于掩模層放置的可能位置。如果放置在由箭頭551指示的一個位置中，當顯示器斷開時，用戶仍可以看到掩模。在由箭頭553、555指示的位置處，掩模可以在ITO基片之間產生非均勻間隙，導致可見制品。如箭頭559指示的那樣放置掩模，可以在光閘單元539與后照光單元589之間產生反射。因而，掩模的最佳放置是在箭頭557處-在后照光單元589上方但在光閘單元539下方。
一個分離的色散射體或濾色層，如圖2中所示的顏色層260，可以用來添加顏色，或改進顯示器的反射亮度。另一個向后照光提供顏色的方法是在后照光單元中使用上色的磷。根據后照光層的反射和/或固有顏色，能調諧顏色層260的透射和反射特性，以在強光和弱光條件下提供適當的顏色和/或對比度。箭頭563、566、569指示用于顏色層放置的可能位置。如果結合掩模層使用顏色層，則最好把顏色層放置在掩模層下面。箭頭591、593、595、597、598、599指示用于諸如圖2中所示觸摸屏幕290的觸摸屏幕層的可能位置。如果觸摸屏幕是透明的，則它能布置在六個可能位置的任一個處。如果觸摸屏幕是不透明的(即觸摸墊)，則它只能布置在由箭頭599指示的位置處。
帶有對準光閘和與觸摸屏幕一起使用的后照光單元的顯示器，在操作的固定位置模式和操作的可變位置模式中是可操作的。在操作的固定位置模式中，用戶手指的實際位置確定電子裝置的響應。例如，當顯示電話小鍵盤圖象時，在顯示號碼的位置上的按壓確定撥打的電話號碼。在操作的可變位置模式中，用戶手指的相對運動確定電子裝置的響應。例如，在手寫識別模式中，不顯示電話小鍵盤圖象，并且用戶手指的相對運動確定電子裝置是否譯碼字母“A”或字母“B”的輸入。操作的可變位置模式的另一種實施是用于鼠標操作的觸摸屏幕。操作的其他模式對于熟悉本專業的技術人員是明顯的。通過按壓永久處于操作的固定位置模式中的顯示器的主區域之外的一個模式按鈕，能進行操作的不同模式之間的選擇。
如果在基片540與基片570之間沒有布置顏色層、掩模層、或觸摸屏幕，則能把兩個基片540、570結合成單個基片。
因而，一種帶有對準光閘和適于與一個觸摸屏幕一起使用的后照光單元的顯示器，對傳統顯示器提供一個高對比度、低成本、低電流漏的選擇對象。該顯示器特別適于在觸摸屏幕上方的應用，以產生一個無鍵輸入裝置。盡管以上描述了帶有對準光閘和適于與一個觸摸屏幕一起使用的后照光單元的顯示器的特定元件和功能，但在本發明的真正精神和范圍內，熟悉本專業的技術人員能采用更少的或另外的元件和功能。本發明應該僅由附屬權利要求書限定。
權利要求
1.一種顯示器，包括一個帶有多個光閘象素的光閘單元，每個光閘象素用來從一個第一狀態切換到比第一狀態透明的第二狀態；一個帶有多個背照光象素的背照光單元，在下面對準多個光閘象素，每個背照光象素用來從一個第三狀態切換到比第三狀態更亮的第四狀態；及至少一個驅動器，用來相互控制多個光閘象素之一從第一狀態至第二狀態的過渡、和多個背照光象素之一從第三狀態至第四狀態的過渡。
2.根據權利要求1所述的顯示器，其中光閘單元包括布置在一個第一電極與一個第二電極之間的聚合物分散液晶材料。
3.根據權利要求1所述的顯示器，其中背照光單元包括布置在一個第三電極與一個第四電極之間的場致發光材料。
4.根據權利要求1所述的顯示器，其中至少一個驅動器也用來相互控制多個光閘象素之一從第二狀態至第一狀態的過渡、和多個背照光象素之一從第四狀態至第三狀態的過渡。
5.根據權利要求1所述的顯示器，其中至少一個驅動器是一個用來矩陣控制多個光閘象素之一的過渡、和多個背照光象素之一的過渡的矩陣驅動器。
6.根據權利要求1所述的顯示器，進一步包括一個掩模層，布置在背照光單元的發光材料的至少一部分上方，用來提供信息圖象。
7.根據權利要求1所述的顯示器，其中背照光單元提供上色照明。
8.根據權利要求1所述的顯示器，進一步包括一個顏色層，布置在背照光單元中的發光材料的至少一部分上方，用來上色來自背照光單元的照明。
9.根據權利要求1所述的顯示器，其中至少一個驅動器是用來同時控制多個光閘象素之一的過渡、和多個后照光象素之一的過渡的單個驅動器。
10.根據權利要求1所述的顯示器，進一步包括一個響應接觸的觸摸屏幕層。
全文摘要
一種帶有對準光閘和背照光單元(239、289)的顯示器(200),使用摹制聚合物分散的液晶(PDLC)光閘材料(230)和場致發光(EL)背照光材料(280),以提供一種低成本、低漏電流的顯示器,在強光和弱光條件下都具有良好的對比度。對準的、摹制的光閘和背照光層形成穿過其能隱藏或展示印刷在背景上的圖象的象素“窗口”。掩模層(250)載有圖象,并且插入在光閘與背照光層之間。顯示器(200)薄得和柔軟得足以與一個觸摸屏幕(290)集成。
文檔編號H04M1/22GK1267838SQ0010408
公開日2000年9月27日 申請日期2000年3月17日 優先權日1999年3月17日
發明者羅伯特·B·阿肯斯, 肯·派特爾, 喬治·M·文托瑞斯, 米歇爾·L·查理爾 申請人:摩托羅拉公司