CN1256698C - 正面光照明的接触面板 - Google Patents

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Abstract

一种与反射光阀使用的正面光照明的接触面板，它包括一个前光波导(该光波导具有至少一个将光线供应到光波导的光输入面)、一个观察面、一个与观察面相对的光输出面、以及接触感应传感器的至少一个元件，所述光输出面在其上具有一光引出层，该引出层具有一基本平的光射出面并包含许多埋入的反射小平面，这些小平面将供应的光线通过光射出面引出光波导。接触面板可与光源、反射光阀以及适宜的电子装置一同使用，形成紧凑的、有效照明的接触面板显示器组合部件。

Description

正面光照明的接触面板
                      技术领域
本发明涉及接触面板以及电子显示器。
                      背景技术
平板显示器通常由向透射光阀提供均匀照明的一些光导板(通常称为“后光源”)进行背面光照明。后光源可以是该显示器的主光源，或者在一主要是反射(通常称为“透射反射的”)的显示器中是辅助照明源。或者，平板反射显示器可由一光导板(通常称为“前光源”或“前光波导”)对其进行前照射，该光导板从反射光阀的观察面提供均匀照明。这样就可以不用后光源并在该光阀中放置一反射镜，从而在前光源关闭时在良好照明的环境光条件下增加显示器的反射率和亮度。前光波导应该具有足够的透明度，以免显示的图像变形或亮度显著衰减。较佳地，该前光波导还以足以在黑暗的环境条件下使显示器可读的亮度均匀地照亮显示器。
显示器还安装了可让使用者通过触笔或手指的压力输入信息的接触面板。例如，已知作为“电阻覆盖层”结构的普通型号的接触面板利用两个被隔离物隔开的具有部分导电性涂层的透明层。当这两层层压在一起时，电阻在二维上感受，能得到触点的坐标。底层(最接近显示器的层)一般刚性相当大，玻璃制成。顶层(触笔或手指接触的层)一般相当的柔软，由塑料制成。
电阻覆盖层以及其它的接触面板的结构描述在“Carrol接触手册”(CarrollTouch Handbook)中，可从 www.carrolltouch.com上得到。许多这样的其它接触面板结构，包括“电阻覆盖层”、“定向声波”、“表面声波”以及“近场成像”(参见美国专利No.5,650,597)接触面板，在显示器的顶部装有光学透明的、刚性较大的板。有些类型的“扫描红外”接触面板也在显示器的顶部装有光学透明的、刚性较大的板。和电阻覆盖层结构的情况一样，玻璃最常用来形成刚性的板。
日本公开专利申请JP11344695A(等同于WO 9963394)示出了一个完整的前光波导和接触面板，其中光波导部分由模塑的塑料制成。利用一层透明树脂将光波导的上表面粘结在接触面板的下表面上，该光波导的下表面具有由透明或半透明的树脂的印墨形成的多边形或圆形的点图形，该树脂的折射率比透光板的大，并且含有光扩散颜料。或者，所形成的光波导的下表面上有平行于透光板的输入部的端表面的“细皱纹”或“棱镜”(显示为锯齿凸起部分)。该专利申请用的光波导利用由上述光扩散颜料形成的散射，或者利用通过上述皱纹或棱镜的折射，从光波导将光引入光阀。该专利申请用的锯齿凸起部分是取向的，其锯齿的倾斜部分背向光波导的光输入端。
日本公开专利申请JP2000-47178A示出了一个完整的前光波导和接触面板，其中光导部分呈楔形，且其上表面上具有一组隔离物。该专利申请用的光波导利用由隔离物引起的散射，将光从光波导引入光阀。
其它照明式接触面板显示装置示于日本公开专利申请JP61188515A、JP11065764A、JP611110131A、JP11174972A、JP11260133A、JP11316553A、JP11065764A、JP2000075293A、和PCT公开专利申请WO99/63394A中。
美国专利5,396,350示出了具有一阵列微棱镜的后光源，该阵列微棱镜将光反射进入透射光阀。
美国专利5,428,468示出了使用一波导管和一排将光反射出波导管的微棱镜的照明系统。美国专利5,995,690示出了将光从波导管耦合出来的光引出带。
其它正面光或背面光照明的显示装置示于美国专利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；以及欧洲专利申请EP 0802446A1中。
                          发明内容
接触面板的制造一般需要一步或多步涉及高温或其它苛刻的加工条件的制造步骤。例如，许多接触面板结构要使用一层导电性或电容性的氧化铟锡(ITO)层。施加令人满意的ITO层所需的温度会破坏绝大多数的塑料基底。接触面板还应具有良好的光学性能。这样，接触面板通常包括一个能支撑ITO层或接触面板的其它可热处理层的阻热玻璃基底。这些接触面板可与一个前光波导结合，还应具有良好的光学性能，包括良好的光引出特性。前光波导可由例如模塑的塑料楔制成，并且最终的合成产品放置在反射光阀顶部。该方法要使用额外的部件，在供应的光的路径中具有额外的界面，因此具有较大的总厚度。但是，该方法也允许接触面板的下部板由平板玻璃制成，这样成本较低并且能够经受形成ITO或其它施加的材料层所需的加工步骤。
虽然已经提出了若干种照明式接触面板装置，但是对于更薄的、更有效的或更能被均匀照明的装置，能够更容易制造的装置，以及有能耗较低的装置仍然具有不断的需求。许多现有的装置并没有利用由光源供应的全部光。如果能够将这些未利用的光引至显示器，就能够进一步降低能耗并增加显示器的亮度。
有些上述照明式接触面板装置利用散射和折射将光从光波导中引出。这些方法会降低对比度，或者其将光供应给显示器中的光阀的角度小于最佳角度。
一方面，本发明提供一种与反射光阀使用的正面光照明接触面板，它包括一个前光波导(该光波导具有至少一个将光线供应到光波导的光输入面)、一个观察面、一个与观察面相对的光输出面、以及接触感应传感器的至少一个元件，所述光输出面在其上具有—光引出层，该引出层具有一基本平的光射出面并包含许多埋入的反射小平面，这些小平面将供应的光线通过光射出面引出光波导。这种接触面板容易制造，例如在一普通的平面玻璃板上构造接触感应传感器的部件(例如导电性或电容性的层)，并将所得的组合件碾压成一塑料的光引出膜。可在接触面板的顶部施加一层顶膜，并且可向有结构的表面的膜的光射出表面施加一层防反射涂层。
本发明还提供一种照明式接触面板，它包括：
a)至少一光源；
b)一个前光波导，它具有至少一个将来自光源的光通过其供应给光波导的光输入面；一个观察面；一个与观察面相对的光输出面；以及接触感应传感器的至少一个元件；所述光输出面具有在其上的一个光引出层，该光引出层具有一基本平的光射出面并且包含埋入的小反射平面，这些小平面将供应的光通过光波导引出线通过光射出面引出光波导；
c)一个反射光阀，它接受从光波导引出的光并将至少一些该光返回通过观察面。
与使用分开的接触面板和前光波导相比，本发明的正面光照明的接触面板总厚度较小，透光率较高，界面较少。这些面板可用普通的平板玻璃，使用现有的接触面板制造方法及设备来制造，获得功能添加的接触面板。较佳地，本发明的正面光照明的接触面板具有一种复合结构，它包括一层玻璃以及一层或多层由不同的材料制得的其它层(例如，导电层、焊料痕迹层、传感器或者位于接触面板主表面上的其它与接触感应传感器相关的组件，以及有微结构的塑料表面和位于接触面板的另一个主表面上的防反射涂层)。这些面板的优选实施方式能有效地引出供应的光线，同时展示良好的对比度和较小的图像变形。因为所述正面光照明的接触面板具有位于接触面板和光阀之间的微结构的反射元件，并且因为所述接触面板具有一平滑的观察面，与在观察面上具有微结构的光学特性的接触面板相比，本发明正面光照明的接触面板较为坚固，不容易损坏。
                         附图说明
图1是本发明的正面光照明的接触面板显示器的侧视图。
图2是图1的接触面板的简化侧视图，示出了环境光线和供应光线通过的一般路径。
图3是图1和图2的接触面板的部分放大侧视图，示出了有结构的光引出层以及所供应的光线通过的路径。
图4是本发明的正面光照明的接触面板的部分放大侧视图，该面板具有较小的凸平面长度与凹底长度的比值。
图5是本发明的正面光照明的接触面板的部分放大侧视图，该面板具有较大的凸平面长度对凹底长度的比值。
图6是凸平面长度与凹底长度的比值和光引出效率之间关系的曲线图。
图7是一个光泄漏源的放大的局部侧视图。
图8是一个重影源(source of ghosting)的放大的局部侧视图。
图9是能够减少光泄漏和重影的一个引出结构的放大的局部侧视图。
图10是能够减少光泄漏的一个光波导和一个引出结构的放大的局部侧视图。
图11是本发明的接触面板和光波导的分解侧视图。
图12是本发明另一个接触面板和光波导的分解侧视图。
                       具体实施方式
当术语，如“上方”、“在顶部”、“上部”、“向上”、“下面”、“下方”、“下部”和“向下”等用在本申请中描述显示器中各元件层的位置或取向时，采用这些术语的目的仅仅是为了方便，此时假定观察显示器时一般是其接触敏感表面朝上。这些术语并不表示制成的显示器需要是什么取向，也不表示制成的显示器实际使用时供应的光线或环境光线通过的路径需要什么取向。还可以通过与一基准平面比较，方便地叙述本发明的某些组件和它们的相互关系。为了本发明的目的，将基准平面取为由前光波导的光输出面所形成的平面(或与其非常接近的平面)，使用上述取向惯例的话，此平面即是光波导的下表面。
现在参阅图1，它是用数字10表示的照明式接触面板显示器的示意图。由光源42所供应的光(换句话说，非环境光)进入耦合件44，在其中它通常从一个点光源或多个点光源转换成适合用于照明式接触面板显示器10的一个线光源。然后供应的光进入前光波导12的光输入面14，并且如下图2和3中将详细解释地那样，向下通过，进入反射光阀(在这里是个反射性LCD)36，然后从反射光阀出来向上返回。光波导12还具有相对的一端15、光输出面16和观察面18。一种光学透明的胶粘剂(图1中未示出)将有结构的光引出层32固定在光波导12的光输出面16上。
观察面18和柔性膜26分别具有导电性涂层20和24。涂层20和24、间隔物28以及柔性膜26形成了接触感应传感器23，当使用手指、触笔或其它适宜的工具向下压迫柔性膜26时，它能够提供指令或观察面18上的位置指示。相关联的电子仪器(图1中未示出)可用来指明观察面18上的接触位置，并提供电子信号用以控制或以其它方式对其它的电子装置或部件施加影响。
光波导12和层32形成了照明式电阻接触面板/前光波导组合件22的其余部分21。一层空气间隙35将层32的下表面33与位于反射性LCD36顶上的起偏层38隔开。反射层40位于反射性LCD36的底部，它(假设反射性LCD36经适当调制能允许光通过)用来将来自组合件22通过反射性LCD36的光反射向上返回组合件22。
图1中所示的照明式接触面板使用了电阻接触感应传感器。本领域普通技术人员将会明白，其它类型的接触感应传感器也可用于本发明。例如，所述接触感应传感器可通过一接触机构，如电容性覆盖层、定向声波、表面声波或近场成像来操作。所述接触感应传感器还可通过非接触机构如扫描红外传感器，例如通过提供的光波导的上表面上方或下方的一排光束和光传感器来操作。本领域普通技术人员将会明白，在本发明中可使用各种接触感应传感器元件层，这些接触感应传感器不必包括由ITO或其它经热处理的材料制成的导电层。
以下参看图2，光线，如来自光源42供应的光线45经面18上的全内反射导向光波导12的相对端15。当以一适宜的角度照到光输出面16上时，光线45将进入有结构的光引出层32。如果光线45以一适宜的角度照到层32的小平面上(图1或2中未示出)，光线45将被该小平面反射，经层32的下表面33离开，从而从光波导12中被引出。被引出的光线将通过空气隙35，然后进入起偏层38和反射性LCD36。假设反射性LCD36经适当地调制能传输光线，光线45将进入反射性LCD36，照到反射层40上，再经反射性LCD36和起偏层38被反射回来进入层32和光波导22，并且经观察面18(通过涂层20和24与膜26)射出光波导12，在那里光线可被观察者48看到。
如果环境光亮度足够高，那么观察者48能够看到由照明式接触面板显示器10所显示的信息，而无需由光源42进行照明。环境光线，如环境光线50经柔性膜26进入照明式接触面板10，通过上述的各个元件和层，并且(假设反射性LCD36经过适当调制)照到反射层40上，然后经反射性LCD36反射回来朝向观察者48。
在照明式接触面板显示器10中，由光源42供应的光线在接触面板组合件22的下部21内的两个大体平行的面16和18之间被引导。光波导不必具有大体平行的面。但是，由于图1和2中所示的光波导的面16和18大体上是平行的，因此光波导12可由成本低的、耐用的材料如平板玻璃制成。导电层、焊料痕迹层或接触感应传感器的其它元件层形成在光波导12的第一主表面上。光引出层、可选用的防反射涂层以及其它可选用的光操纵特征或层可形成在光波导12的第二主表面上。由于这些接触感应传感器元件层通常需要的形成条件较苛刻，宜在光波导12的第二主表面上形成光引出层和其它可选用的结构或层之前，将接触感应传感器元件层全部形成在光波导12的第一主表面上。
参阅图3，它是图1和2中的正面光照明接触面板显示器一部分的放大侧视图。光引出层32具有一个光射出面33和一个具有许多凸起，如凸起52和53的上表面，这些凸起面朝或指向(较佳的是光学地接触于)光波导12。面33是“基本上平的”，即，面33充分地平坦能避免引起显示器10中有害的图像变形现象。层32的上表面是“有结构的”，即，它具有非平面的外形，该外形具有能够影响照到层32的上表面上的光线的方向或强度的细小形状的结构特征(例如凸起52和53)。凸起52和53的两侧与凹底部分，如凹底60a和60b连接，以及封闭的凹陷区，如凹陷区58a和58b连接，凹陷区中含有一种介质(例如空气)，该介质的折射率比制造层32的材料的折射率低。这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。为了讨论方便，凸起，如凸起52和53称为“总体四面形”，即使这些凸起仅具三个侧面，并且通过画一条假想的线完成一个凸起的第四侧面而形成的一个四面形可以没有两个平行的侧面。
使用透明胶粘剂50将这些凸平面层压在光波导22上。凸平面55a紧贴着胶粘剂50，并且通常与层32的其它凸平面共平面。那些小平面，如小平面56a“埋在”光引出层32内，即这些小平面位于光引出层32之内，在光波导22的光输出面16和光引出层32的光射出面33之间。升起面54a邻近凸平面55a，而凸平面又邻接小平面56a。较佳地(暂时不考虑中间的透明胶粘剂层)，那些小平面邻近或者非常接近光输出面16，但是距离光射出面33较远。
那些小平面，如小平面56a的取向能使得来自光波导22输入面的光线，例如所供应的光线46能够通过胶粘剂50和凸平面55a，照到小平面56a上，被反射向下，由此经射出面33从光波导12中被引出。这样，利用诸反射镜将供应的光就通过这些光反射现象从光波导引出。到目前为止提出的照明式接触面板组合件中有许多使用依靠光折射现象的引出机构，例如通过使用在光波导的射出面上的棱柱形的(例如锯齿形)表面。
供应的光能以与基准平面成直角或接近直角的角度从本发明的光波导引出。换句话说，供应的光能以与光阀成零或接近零的入射角引出供应的光。与依靠折射引出的光波导相比，这样能够改善进入光阀的引出光的耦合。利用折射引出，难以实现其质心与基准平面的夹角大于约40°的引出角度。换句话说，难以实现引出光线的质心相对于光阀的法线的入射角小于约50°。如果引出的光线以太大的入射角到达光阀，那么光阀将不能有效地将光线反射朝向观察者，或者需要额外的光学元件(例如额外的折射元件)来对引出光重新导向。
基于反射元件的引出结构，与基于折射元件的引出结构相比，对供应的光线的波长变化不太敏感。与迄今为止已提出的某些照明式接触面板显示器相比，这样就能改善本发明的照明式接触面板显示器的颜色均匀性。与使用折射的引出结构相比，使用反射的引出结构时还较少产生能导致有害的重影和对比度损失的杂散反射。在反射的引出结构中确实会产生的一些杂散反射往往不是朝向观察者的。而在折射的引出结构中，有些杂散反射往往是朝向观察者的，从而导致总对比度的损失。如果将这些杂散反射称为噪声带，那么它们沿观察轴的存在就是个噪声源，引起信噪比的损失。
与使用折射相比，在本发明的照明式接触面板中使用反射将光引出能够提高结构的灵活性和性能。
本领域普通技术人员将明白，虽然图3中示出的凹底，如凹底60a和60b平行于基准平面，但是它们不一定要平行。此外，升起面，如升起面54a不一定要相对于基准平面对称地倾斜。同样地，小平面，如小平面56a也不一定要相对于基准平面对称地倾斜。
本领域普通技术人员将明白，光引出层32上的凸起可具有不同于图3所示的形状和取向，只要能发生从光波导12中适合地引出光线进入反射性LCD36即可。较佳地，要选择供应的光从光源42进入光波导12的角度，在光引出层32上的凸起的尺寸、节距和角度取向，使得供应的光均匀地在照明式接触面板显示器10的观察面上分布。
图4至6示出了凸平面长度与凹底长度的比例对来自本发明的光波导底部的总的光线输出的影响。图4示出了概括称为70的照明式接触面板显示器的部分放大侧视图。有结构的光引出层71具有凸起，如被升起面74、凸平面76和小平面78包围的、两侧有凹底80a和80b的凸起72。在光引出层71中所有凸平面的总长度小于在光引出层71中所有凹底的总长度，换句话说，总凸平面长度对总凹底长度的比例小于1∶1。由于光引出层71的凸平面的总面积较小，可用的引出窗口相对较小，则供应的光线，如光线46a不能达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，这些供应的光线中只有的较小的部分能够以一适宜的角度到达光引出层71中的小平面，从而能够从光波导12中引出供应的光线通过射出面82，所以来自光波导12的总光线输出可能较所需的要少。
图5示出了概括称为90的照明式接触面板显示器的部分放大侧视图。有结构的光引出层91具有凸起，如被升起面94、凸平面96和小平面98包围的、两侧有凹底100a和100b的凸起92。光引出层91中所有凸平面的总长度大于光引出层91中所有凹底的总长度，换句话说，总凸平面长度与总凹底长度的比例大于1∶1。由于光引出层91的凸平面总面积相对较大，绝大部分或全部的小平面能用来反射，则供应的光线，如光线46b将能够从光引出层91的那些小平面中反射出来并且从光波导12引出通过光射出面99。这样，来自图5所示的照明式接触面板的光波导12底部的总的光输出将会大于来自图4所示的照明式接触面板的总的光输出。
图6是示出凸平面长度与凹底长度的比例与来自光波导的射出面的光输出之间关系的图。一般地，光输出(或引出效率)随着凸平面长度与凹底长度的比例的增加而增大，呈一近似对数的关系。较佳地，总凸平面长度对总凹底长度的比例至少为1∶1，更好是至少3∶1。一旦所有小平面能露出使供应的光线可以到达后，凸平面长度的重要性就降低，即图6所示的曲线就变得平直。一般地，较佳的是凹底长度大于零。例如，如果所述光引出层由柔性薄膜形成，那么较佳的是凹底不应太短，以免难以从通常被用来制造有结构的柔性薄膜的成形模具上将该薄膜剥离下来。
图7是本发明一个照明式接触面板100的放大的局部侧视图，示出了一个可能的光泄漏源。有些光线，如光线46c将从有结构的光引出层104的下表面102通过全内反射向上反射，朝向埋入的小平面如小平面103。当以足够小的入射角进入小平面时，光将被小平面折射，通过胶粘剂层105和光波导108，并且以较大的入射角射出光波导108的上表面106，离开普通使用者的观察轴。这个光线就损失掉，不会对观众感受的图像亮度起作用。
图8是本发明一个照明式接触面板110的放大的局部侧视图，示出了一个可能的重影源。有些光线，例如光线46d将从一个小平面，如埋入的小平面111反射向下，从有结构的光引出层114的射出面112反射向上，通过胶粘剂层115和光波导118，从光波导118的上表面116射出。这些光线将以比图7所示的光线46c的情况中的入射角更小的入射角射出光波导118，从而能够看到为该光源的一重影图像。
图9是本发明一个照明式接触面板120的放大的局部侧视图，它具有能减少如图7所示的光泄漏的有结构的光引出层124，以及能够减少如图8所示类型的重影的一个防反射涂层。光线，如从光引出层124的下表面122反射向上的光线46e通过埋入的小平面126和升起面128折射，然后通过附近的埋入的小平面130和升起面132又折射回到光引出层124内再次被截获。由于表面122上存在防反射涂层125，光线如从小平面例如埋入的小平面126反射的光线46f照到光引出层124的下表面122上，并通过该表面122。
将一均匀的防反射涂层施加到平坦的表面上要比施加到有结构的表面上容易。这样，与在使用折射元件通过底面上的有结构的表面引出光线的照明式接触面板的底面上施加该涂层相比，在本发明的照明式接触面板的底面(换句话说，光射出面)上施加该涂层要容易一些。
本领域普通技术人员将明白，此附加的防反射涂层或其它光操纵层或形貌可施用在射出面33上，只要注意保持射出层33基本上平坦的外形，从而防止在可视图像中引起有害的变形即可。
本领域普通技术人员也将明白，一个以上的光源能够用来向本发明的接触面板显示器供应光线。例如，再次参阅图1，多个光源可沿着光输入面14放置。虽然没有在图1中示出，但是多个光源也能够沿着端部15放置。如果沿着输入面14和端部15供应光线，那么，较佳地，在有表面结构的光引出层32上的许多凸起(例如，图3中所示的凸起52和53)应该相对于来自输入面14和端部15供应的光线对称地取向。如果只沿着输入面14供应光线，则端部15最好装有一个镜面或其它适宜的反射镜，将到达端部15的光线返回进入光波导12中。
图10是具有一光波导142和能够减少光损失的一个有表面结构的引出层144的照明式接触面板140的放大的局部侧视图。光波导142装有一镜面的或漫射的反射镜146，它将光线，如光线46h反射返回进入光波导142。可通过将光源(图10中未示出)倾斜或偏置进一步减少到达反射镜146的光量，使得沿着其大部分的光输出的轴不平行于光波导142的上表面。光线，如光线46g从小平面，如埋入的小平面148反射向下，并从层144中被引出。光线，如光线46h被反射镜146反射回来进入层144，并且通过小平面，如与埋入的小平面148对称倾斜的埋入的小平面150反射向下。这些对称倾斜的小平面可以沿着光波导142的长度重复。
图11是本发明一个照明式接触面板160的分解侧视图，示出了能组装在一起的各个层。接触感应传感器层161形成在光波导162的上表面164上。光学透明胶粘剂层165和166涂覆在载体薄膜168的相背两面上，且置于一旁。使用适宜的成形模具由基底薄膜172和可光固化的树脂形成有表面结构的光引出层170，然后固化，在基底薄膜172的上面形成光固化的有结构的表面174。如果需要，可向基底薄膜172的下表面施加一层防反射涂层(图11中未示出)。这在使用连续的方法在基底薄膜172上形成有结构的表面174时特别方便，因为使用连续的方法同样能在基底薄膜172的反面上施加该防反射涂层。
有表面结构的光引出层170的凸平面部分，如凸平面180a和180b，将其层压在胶粘剂层166上，注意不要损坏层170的有结构的表面174，也不要让胶粘剂充填层170中各凸起之间的气隙。然后，将胶粘剂层165层压在光波导162的光输出面163上。所得的组合件本身，或者方便地就供出售，或者与附加的接触面板传感器或显示元件组合起来。例如，该组合件可与电容性覆盖接触感应传感器(图11中未示出)的其余部件组合，提供能放置在适宜的反射光阀的顶部，并且配以供应光线的光源和适宜的控制电子装置，成为接触面板装置。作为另一个例子，光学透明胶粘剂层165和166可以涂覆在载体薄膜168的两个相背的面上，胶粘剂层166可以层压在有表面结构的光引出层170的凸平面部分，可将此最终组合件售出，供以后层压到光波导的光输出面上。
如果需要，可以通过胶粘剂层178将起偏层176层压在反射性LCD182的上表面上制得更完整的组合件。反射性LCD182包括光调制单元184和反射层186。本领域普通技术人员不难想像出其它更完整或不太完整的组合件。
图12是本发明的另一个照明式接触面板190的分解侧视图，示出了能够组装起来并能够固定在光波导192的光输出面193上的各个层。接触感应传感器层191形成在光波导192的上表面194上。将光学透明的胶粘剂层195施加于光波导192的光输出面193上。用一适宜的成形模具由基底薄膜198和可光固化的树脂形成有表面结构的光引出层196，然后进行固化，在基底薄膜198的上面形成光固化的有结构的表面200。将有表面结构的层196层压在胶粘剂层202和起偏层204上，注意不要损坏层196的有结构的表面200，也不要让胶粘剂充填层196中许多凸起之间的气隙。如果需要，可向基底薄膜198的下表面施加一层防反射涂层(在图12中未示出)。与图11的组合件相比，图12的组合件在光径中具有较少的层和光学界面，但是在处理及层压过程中要求较为细心的操作。
光波导可以具有任意所需的总尺寸和厚度，但是较佳的是尽可能薄，例如5毫米或更薄。当从预期的显示器观察点观察时，光波导可以是方的、矩形的、椭圆形的或其它任意所需的形状。通常，光波导的尺寸和形状由所需的显示装置或所需的接触面板的尺寸和形状确定。光波导的厚度较佳的是约0.1-5毫米，更好是约1-2毫米。
较佳地，光波导是能够耐高温和适应制作光波导顶部的接触敏感表面所需步骤的光学上适宜的材料。如上所述，光波导最好是基本平的。如果是平的，光波导可由普通的平板玻璃构成。光波导的光输入面和观察面都可以是总体上平的或者具有凸或凹的曲度。当光源是点光源或线光源时，光输入面可制成具有凸出、小透镜、棱镜、粗糙的表面或其它形貌，使入射光更均匀地分布。较佳地，观察面具有光学的光洁度，以将传输损失、有害的散射和变形减至最小。
光引出层可以由宽范围的各种光学上适宜的材料制成，这些材料包括：聚碳酸酯、聚丙烯酸酯如聚甲基丙烯酸甲酯、和聚苯乙烯，优选具有高折射率的塑料，如聚碳酸酯。较佳地，光引出层是一层柔性的有表面结构的薄膜，该薄膜是通过模塑、压花、固化或以其它方式顶着一个装在车床上的模具或者是其它成形表面对可模塑的树脂成形；该模具或成形表面由载有所需有结构表面的反形的金属或其它耐用材料制成。制造这些成形表面以及模塑、压花或固化此光引出薄膜的方法对本领域普通技术人员来说是很熟悉的。
如果需要，通过使用适合的光线示踪建模软件，如Breault ResearchOrganization有限公司的“ASAP”、光学研究协会的“Code V”和“Light Tools”、Wolfram Research有限公司的“Optica”以及Focus软件有限公司的“ZEMAX”就能评价各个光引出层结构，而无需将其实际上制造出售。
存在于光引出层中(以及嵌入组装的光波导和引出层中)的许多小平面最好要足够小，不致引起普通观察者的注意。较佳地，要选择光引出层的那些小平面和其它光线操纵结构的构型、形状和尺寸，以使光引出效率最大并且在所需的观察角上提供均匀分布的光输出。
较佳地，这些凸起分布在光引出层的全部宽度上。虽然不是最优选的，但是这些凸起可以呈比整个宽度短的聚集段形式，这些凸起按行和列相互对齐，或者彼此错开排列。这些成行列的凸起可以与光输入面平行，或者与光输入面成一角度。更好地，这些凸起在光引出层的整个宽度上分布，并且大体上平行于光输入面。
在附图中所示的本发明的各个实施方式中，在有表面结构的光引出层中的各单独的凸起具有相同倾斜方向、形状和尺寸。但这些凸起可以不必全部相同，也不必全部具有相同的倾斜方向、形状或尺寸。为了易于制造，通常较佳的是形成具有凸起的光引出层，其升起面、凸平面和小平面的段具有从凸起到凸起相同的倾斜方向和段的长度。如果需要，这些凸起之间的凹底聚集的段也可以在倾斜方向和段长度上互相类似。但是，较佳地，这些凸起在光波导的光输入面附近以相对较大的节距(重复间距)隔开，而在远离光输入面处以相对较小的节距隔开。对于仅从一端照明的光波导来说，这种间距的改变能够通过从光输入面到光波导的另一端的表面，逐渐减小沿光引出层的长度上的凹底的段的长度方便地实现。优选的节距是从在光输入面处每毫米约0.06-12个凸起到远离光输入面处每毫米约250-1个凸起的最大值。
本领域普通技术人员将会理解，能够以多种方法抑制或防止莫尔(Moire)图形或其它干涉图形。例如，可以相对于反射光阀中像素或其它重复元件的尺寸、角度取向或间距来调节各行凸起的尺寸、角度取向或间距(例如，通过将各行凸起的方向相对于各行像素的方向倾斜几度)，从而在显示器的观察面上将干涉图形减至最少或者消除。
各个光引出层升起面部分最好是平面的，但是如果需要的话，也可以利用其它形状，如凸或凹的形状。较佳地，光引出层的小平面和其它有结构的表面部分是光学平滑的，以避免由于光波导内光的反背散射引起不希望有的视觉赝象(visual artifact)。
较佳地，光引出层的厚度为约20-500微米，更好是约75-125微米。小平面的高度(换句话说，凹底深度)优选约5-50微米，更好是约7-20微米。只要小平面具有足够的高度，所选择的光引出层厚度对引出效果的影响就比较小。
随着小平面高度的增加、光波导厚度的减小、或者凸起节距的减小，光引出效率将增加，即，光引出效率与(小平面高度)/[(光波导厚度)×(节距)]成正比。稍许不同地说，光引出效率与所有小平面的总截面面积除以光波导输入面的总截面面积的值成正比。
用来组装本发明的照明式接触面板显示器中各层的胶粘剂层可以是压敏胶粘剂；使用能量，如热、紫外线或电子束固化的胶粘剂；或者具有可接受的光学和机械性能的任何其它的胶粘剂。适宜的胶粘剂和接合技术对本领域普通技术人员而言是熟悉的。如果需要，一层或多层胶粘剂层可在组装之后固化，例如通过向要接合在一起的一个或两个表面涂覆胶粘剂，将这些表面配合在一起形成层压的组合件，并通过该层压组合件的一面或两面将胶粘剂层暴露在适宜的固化能量(例如紫外线或电子束)作用下实施固化。
光波导和光引出层之间的胶粘剂层应当小心地施加。例如，这一胶粘剂可施加到光波导的整个光输出面以及层压在其上的光引出层上。如果需要，可以将胶粘剂仅涂覆在光引出层的凸平面部分的顶面，以及层压在光波导的光输出面上所得的局部涂覆表面上，如美国专利5,545,280中所述。在任一情况中，应该适当地注意，不要损坏光引出层的有结构的表面，并且不要让胶粘剂充填在诸凸起之间的凹陷区中。
如果需要，可在层压之前用折射率比制造光引出层的材料的折射率低的适宜的可流动的(较佳的是可硬化的)材料充填凸起之间的凹陷区。这样能够简化光引出层对光波导的层压，并且有助于阻止胶粘剂充填凹陷区。但是，如果该可流动的材料的折射率处于空气与制造光引出层的材料的折射率之间，则使用这一可流动的材料可能会对这些小平面的反射性能产生不利的影响，并且与只让空气填充的凹陷区相比，还可能降低总的引出效率。
本发明的照明式接触面板特别适用于用由小电池供电的一个或多个发光二极管(LEDs)照明的超小型或小型装置。适合的装置包括：移动电话、电话呼叫机、个人数字辅助设备、钟、表、计算器、照相机和摄影机、便携式计算机、车用显示器等。可使用各种彩色或单色装置制造这些装置中的反射光阀。例如，反射光阀可以是反射性彩色LCD，如用于COMPAQiPAQTM小型个人计算机中的反射性彩色LCD。反射光阀还可以是能够使全内反射受控失效的装置，例如在美国专利6,064,784和PCT公开申请WO00/75720中所述的装置；固定的图像装置，如广告画或标牌(例如，印刷的菜单)；或者可变外观的基底，例如“Gyricon”电子显示器材料(由Gyricon Media有限公司开发)。本发明的照明式接触面板可以用一个以上的光源，例如三个或多个LED进行照明。可以使用一排彩色光源(例如，红、绿和蓝色LED中的一个或多个)，这一排中的光源使用连续的或选通的选址电路(strobed addressing scheme)进行电子供电。除了各LED之外，用于本发明的接触面板和显示器的其它适合的照明源包括：荧光或白炽灯、场致发光灯等。特别优选使用于本发明的照明式接触面板的光源是描述在2001年4月6日提交的、申请号为09/844,745的待批申请中的“线型照明源”(LINEAR ILLUMINATION SOURCE)。
在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本发明的各种修改和改变对本领域普通技术人员而言是显而易见的。应该理解本发明不局限于上述的说明性的实施方式。

Claims (23)

1.一种可与反射光阀使用的正面光照明的接触面板，它包括：
一个前光波导，它具有至少一个向其供应光的光输入面；
一个观察面；
一个光输出面，它与观察面相对；
接触感应传感器的至少一个元件；所述光输出面在其上具有一光引出层，所述光引出层具有一平坦地足以避免引起有害的图像变形现象的光射出面并包含埋入的反射小平面，这些小平面将供应的光通过光射出面引出光波导。
2.如权利要求1所述的接触面板，其特征在于：所述光波导具有与光输入面相对的反射面，并且有些所述小平面倾斜，使得从反射面反射的供应光线经过这些倾斜的小平面从光波导中引出。
3.如权利要求1所述的接触面板，其特征在于：所述光波导包括平板玻璃和引出层，该引出层包括面向所述光波导的有结构的表面和背向所述光波导的平滑面。
4.如权利要求1所述的接触面板，其特征在于：所述光引出层包括具有有结构的表面的薄膜，该有结构的表面包含许多面向所述光波导的凸起，邻近小平面并位于凸起之间的凹陷区中含有一种介质，该介质的折射率比制造薄膜的材料的折射率低。
5.如权利要求4所述的接触面板，其特征在于：所述凸起具有四面形的形状。
6.如权利要求4所述的接触面板，其特征在于：所述凸起包括小平面，还包括升起面和凸平面，其中供应的光线从光输出面通过凸平面，然后从一小平面反射后经过光射出面。
7.如权利要求4的接触面板，其特征在于：凹底分隔着凸起，所述凹陷区中含有空气。
8.如权利要求7的接触面板，其特征在于：总的凸平面长度对总的凹底长度的比例大于1∶1。
9.如权利要求8的接触面板，其特征在于：所述比例大于3∶1。
10.如权利要求4的接触面板，其特征在于：供应的光在观察面上均匀地分布。
11.如权利要求4的接触面板，其特征在于：由射出面反射并通过小平面折射的供应光线通过附近的小平面折射后被再次捕获并引入光引出层。
12.如权利要求4的接触面板，其特征在于：在光输入面附近处隔开的凸起的节距大于在远离光输入面处隔开的凸起的节距。
13.如权利要求4的接触面板，其特征在于：莫尔图形在观察面上不可视。
14.如权利要求1的接触面板，其特征在于：所述供应光线能达到所有的小平面区域。
15.如权利要求1的接触面板，其特征在于：它还包括在光射出面上的防反射涂层。
16.如权利要求1的接触面板，其特征在于：所述接触感应传感器包括电阻接触面板。
17.如权利要求1的接触面板，其特征在于：所述接触感应传感器包括电容性覆盖层、定向声波、表面声波、或近场成像的接触面板。
18.如权利要求1的接触面板，其特征在于：向前光波导施加元件需要会破坏所述光引出层的温度或工艺条件。
19.如权利要求17的接触面板，其特征在于：所述元件包括含有氧化铟锡的层，所述光引出层包括含有有结构的表面的塑料薄膜。
20.一种照明式接触面板显示器，它包括：
a)至少一光源；
b)一个前光波导，它具有至少一个将来自光源的光通过其供应给光波导的光输入面；一个观察面；一个与观察面相对的光输出面；以及接触感应传感器的至少一个元件；所述光输出面具有在其上的一个光引出层，该光引出层具有一基本平的光射出面并且包含埋入的小反射平面，这些小平面将供应的光通过光波导引出线通过光射出面引出光波导；
c)一个反射光阀，它接受从光波导引出的光并将至少一些该光返回通过观察面。
21.如权利要求20所述的显示器，其特征在于：所述光引出层包含具有有结构的表面的薄膜，该有结构的表面包含许多面向所述光波导的凸起，邻近小平面并位于凸起之间的凹陷区中含有一种介质，该介质的折射率比制造薄膜的材料的折射率低。
22.如权利要求20所述的显示器，其特征在于：它还包括涂覆在所述光射出面上的防反射涂层和在该涂层与光阀之间的气隙。
23.一种包含权利要求20所述的显示器的移动电话、电话呼叫机、个人数字辅助设备、钟、表、计算器、便携式计算机或运输车辆。
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