CN101004654B - 触摸式面板装置 - Google Patents

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Abstract

由玻璃制成的基板既可用于触摸板的基板，也可用于前光源的基板，既具有传播超声波以检测触摸位置的功能，也具有传播从光源中发出的光线并将光线导向反射式液晶显示器的功能。在液晶显示器上的图像是由外部光线照明的情况下，进入所述基板中的外部光线被液晶显示器反射，反射光线再次穿过所述基板，从其前表面发射出去。当使用前光源时，从光源发出的已经进入基板的光线被液晶显示器反射，反射光线穿过所述基板并从其前表面发射出去。

Description

触摸式面板装置
本申请是申请日为2003年8月15日，申请号为03154317.0，发明名称为“触摸式面板装置”一案的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种触摸式面板装置，可检测诸如手指或笔等物件的触摸位置，尤指一种集成了用于反射式液晶显示器的前灯的触摸式面板装置。
背景技术
随着计算机尤其是个人计算机的普及，触摸式面板开始使用。在触摸式面板装置中，计算机系统显示数据的液晶显示器屏幕的区域可以被诸如手指或笔的物体来指点，并由此输入新的数据或给该计算机系统下达各种指令。
液晶显示器大致可分为穿透式液晶显示器和反射式液晶显示器。穿透式液晶显示器是通过设置在液晶显示器面板后部的光源(背光源)发出的光线来使图像可见。穿透式液晶显示器的触摸式面板装置必须使用背光源，从而增加了用电量，缩短了电池电源驱动的时间。结果导致这种触摸式面板装置不适合如便携式电话或PDA(个人数字助理)等的便携式电子装置。
因此，为了减少电源消耗，开始使用不需要背光源的反射式液晶显示器。反射式液晶显示器通过光线从液晶显示器面板的前面进入，然后被液晶显示器面板的后表面反射，来使图像在被反射光线的作用下变得可见的。由于反射式液晶显示器的触摸式面板装置不使用背光源而缩减了电源消耗，而且户外使用时在外部光线下具有良好的可见性，因此适合于便携式电子装置。
通常，反射式液晶显示器的触摸式面板装置包含一个光源(前光源)，用于从液晶显示器面板的前面照亮反射式液晶显示器，从而使该装置即使在外部光线不足或晚上的情况下都能够使用。即，这种装置可以使用外部光线和前光源发出的光线。
图1为传统的使用超声波的触摸式面板装置的配置的截面图。该触摸式面板装置由一个触摸板51，一个前光源52和一个反射式液晶显示器53组合而成。在触摸板51的玻璃板51a上，形成有多个发射超声波的发射元件和接收超声波的接收元件，超声波即在玻璃板51a中的该发射单元和接收元件之间传播，感测到由于诸如手指或笔的物体触摸该玻璃板而造成的超声波的衰减，就检测到物体触摸的位置。该前光源52设置在触摸板51和液晶显示器53之间，并具有：细长的发光光源52a；和平面导光板52b，其将光源52a发出的光线转换为平面光并发射出去。
图2为传统触摸式面板装置的光学路径图。如图2中的粗实箭头线所示，当通过外部光线来照亮液晶显示器53上的图像时，外部光线穿过触摸板51(玻璃板51a)和前光源52(该平面导光板52b)，而被液晶显示器53反射，反射后的光线再次穿过前光源52(该平面导光板52b)和触摸板51(玻璃板51a)，从前表面(图2中的最上面的表面)发射出去。如图2中的细实箭头线所示，当使用前光源52来照亮液晶显示器53上的图像时，从光源52a发出的光线被导向平面导光板52b，然后被液晶显示器53反射，反射光线穿过前光源52(该平面导光板52b)和触摸板51(玻璃板51a)，然后从前表面(图2中的最上面的表面)发射出去。
在这些光学路径中，有四个光学分界面(玻璃板51a的前表面(图2中的上表面)和后表面(图2中的下表面)，和平面导光板52b的前表面(图2中的上表面)和后表面(图2中的下表面))。因此，如图2中的虚线所示，入射光线在各个光学分界面处被反射。这就带来一个问题，即虚线代表的反射光线变成噪声，同时使大量的有用的光线被减弱，从而削弱了可见性。
具体地说，当没有实施基于表面镀膜的防反射处理(AR处理)时，每个光学分界面的反射大约是4％，当实施了AR处理后，每个光学分界面的反射大约是1％。当使用外部光线来照亮液晶显示器53上的图像时，光线需穿过8个光线分界面，因此在没有实施AR处理时，光线数量缩减28％，即使在实施了AR处理之后，光线也要缩减8％，结果是显示亮度变低。当使用前光源来照亮液晶显示器53上的图像，光线穿过4个光学分界面，因此当没有实施AR处理时，显示亮度缩减15％，即使在实施了AR处理后，也要缩减4％。
如上所述，组合使用触摸板、前光源和反射式液晶显示器的传统的触摸式面板装置存在的问题是，由触摸板和前光源引起的反射光线会降低显示器的亮度，并由此降低可见性。
发明内容
本发明的目标是解决上述问题，并且本发明的主要目的是提供一个包括集成安装的前光源的触摸式面板装置，甚至当一个触摸板和该前光源结合在一起时，其也可抑制亮度的降低，并可实现极好的可见性。
根据本发明的第一方案的触摸式面板装置，包括：反射式液晶显示器；光源；以及单一基板，该单一基板既作为触摸板的基板，也作为前光源的基板，其中，所述光源和所述单一基板光学耦合，所述单一基板自身的一个表面上具有触摸板的功能，所述单一基板自身的与所述一个表面相对的另一个表面上具有所述前光源的功能，所述反射式液晶显示器与所述另一个表面相对，以及从所述光源发射的光线通过所述单一基板传播，然后从所述另一个表面发射到所述反射式液晶显示器。
在第一方案的触摸式面板装置中，单一基板既实现传播超声波以检测物体触摸位置的功能，也实现传播光线并将光线发射至反射式液晶显示器的功能。即单一基板既作为触摸板的基板，也作为前光源的基板。因此，与现有技术相比，光学分界面的数目减少了，从而减少了由来自反射式液晶显示器的反射光线引起的亮度的降低，提高了可见性。
根据第一方案中的第二方案的触摸式面板装置，其中，相对于来自反射式液晶显示器的反射光线，基板具有两个光学分界面。
在第二方案的触摸式面板装置中，光学分界面的数目与现有技术相比减少了一半，因此由来自反射式液晶显示器的反射光线引起的亮度的降低也减少了一半，并且可见性也提高了。
根据第一方案中的第三方案的触摸式面板装置，其中，将入射至所述基板中的光线从所述基板的与检测触摸位置的表面相对的表面导向并发射至所述反射式液晶显示器。
在第三方案的触摸式面板装置中，将在基板中传播的光线从所述基板的与检测触摸位置的表面相对的表面导向并发射至所述反射式液晶显示器。因此，光线可确保照亮该反射式液晶显示器。
根据第一至第三方案中任一方案的第四方案的触摸式面板装置，其中，阶梯状结构形成在所述基板的与检测触摸位置的表面相对的表面上。
在第四方案的触摸式面板装置中，通过在基板上形成阶梯状结构，在基板中传播的光线经由阶梯状结构被发射至反射式液晶显示器。因此，光线可确保照亮该反射式液晶显示器。
根据第一至第三方案中任一方案的第五方案的触摸式面板装置，其中，多个槽形成在所述基板的与检测触摸位置的表面相对的表面上。
在第五方案的触摸式面板装置中，通过在基板上形成多个槽，在基板中传播的光线被槽反射并被发射至反射式液晶显示器。因此，光线可确保照亮该反射式液晶显示器。
根据第一至第三方案中任一方案的第六方案的触摸式面板装置，其中，多个棱镜形成在所述基板的与检测触摸位置的表面相对的表面上。
在第六方案的触摸式面板装置中，通过在基板上形成多个棱镜，在基板中传播的光线经由棱镜被发射至反射式液晶显示器。因此，光线可确保照亮该反射式液晶显示器。
本发明上述的以及更多的特征和目的，将在下面结合附图的详细描述中变得更清楚。
附图说明
图1为现有触摸式面板装置的配置的截面图
图2为现有的触摸式面板装置的光学路径图
图3为触摸式面板装置的第一实施例的配置的截面图
图4为触摸式面板装置的第一实施例的配置的平面视图
图5A为本发明触摸式面板装置的光学路径图
图5B为对应于图5A的标记为500的局部放大图
图6A为触摸式面板装置的第二实施例的配置的截面图
图6B为对应于图6A的标记为600的局部放大图
图7A为触摸式面板装置的第三实施例的配置的截面图
图7B为对应于图7A的标记为700的局部放大图
具体实施方式
下面，将参考附图详细描述本发明的具体实施例。
第一实施例
图3和图4分别是显示本发明第一实施例的使用超声波的触摸式面板装置的截面图和平面图。在图3和图4中，1代表由玻璃制成的基板，该基板是作为触摸板的基板和前光源的基板。该基板1既具有传播表面声波(surfaceacoutic wave，简称SAW)以检测触摸位置的功能，也具有传播来自线性光源2的光线，并将其发射到反射式液晶显示器3的功能。
例如，光源2的配置为：一个具有长柱体形状的荧光灯，其主轴平面对着基板1的一个端面。光源2和基板1彼此光学耦合。来自光源2并入射到基板1中的漫射光线通过基板1传播到其表面。通常，通过基板1传播到其表面的光线的角度等于或大于全反射角度。因此，光线被完全反射而不会发射到外面。因此，在第一实施例中，实现前光源功能(发射从里面传播的光线到后表面那端(图3中的下表面)的液晶显示器3)的阶梯状结构形成在基板1的表面(与液晶显示器3相对的表面)上，该表面与检测触摸位置的表面相对。从而，从光源2发出的光线入射到基板1中，并在其中传播，然后从后表面(图3中的下表面)发出，以照射液晶显示器3。这样，本发明中的基板1用作平面导光板。
在此，参考图4对本发明的触摸式面板装置检测触摸位置的功能进行描述。多个用以激励表面声波的激励元件11在基板1的每一X方向和Y方向的一端部排列成一行。多个用以接收表面声波的接收元件12在基板1的每一X方向和Y方向的另一端部排列成一行，并且分别与激励元件11相对。每一个激励元件11和接收元件12均是由一个中间数字传感器(inter digitaltransducer，简称IDT)13和一个位于该传感器上面的压电薄膜14形成，该中间数字传感器是通过图案化一个薄膜，例如铝薄膜得到的，该压电薄膜是由，例如，氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)制成的。
一个周期信号加到每个激励元件11，以激起表面声波。表面声波在基板1中传播。传播的表面声波被对面的接收元件接收。当一个物体(例如手指或笔)与基板1上的表面声波传播路径触摸时，表面声波会衰减。因此，当感测到接收元件12的接收信号的衰减级时，就可以检测到物体的触摸和触摸位置。
图5A显示了本发明的触摸面板装置的光学路径。在液晶显示器3上的图像是由外部光源照亮的情况下，如图5A的粗实箭头线所示，已经入射到基板1中的外部光线被液晶显示器3反射，反射光线再次穿过基板1从前表面(图5A的上表面)射出。在使用前光源的情况下，如图5A的细实箭头线所示，来自光源2中的光线进入基板1，然后被液晶显示器3反射，反射光线穿过基板1从前表面(图5A中的上表面)发射出去。
在这些光学路径中，有两个光学分界面(基板1的前表面(图5A中的上表面)和后表面(图5A中的下表面))。因此，入射光线沿如图5A中虚线所示的光学路径反射。由于只有两个光学分界面，由反射光线引起的光线衰减量比上述的现有技术(四个光学分界面，见图2)中的衰减量小。具体地说，跟现有技术相比，当使用外部光线时，显示亮度的降低在不进行AR处理时会从28％提高到15％，在进行AR处理时，则会从8％提高到4％。当使用前光源功能时，显示亮度的降低不进行AR处理时会从15％提高到8％，在进行AR处理时，则会从4％提高到2％。可见，本发明的触摸式面板装置与现有技术相比，可见性得到了显著提高。
使用前光源时，当光线射到触摸板的侧面(基板1的前侧表面)时，光线就被认为是噪声光线，还会导致显示屏幕的对比度下降。因此，在第一实施例中所使用阶梯状的结构中，阶梯斜面相对于基板1表面法线的角度设置为，可阻止阶梯斜面产生的反射光线射到触摸板的一侧(从观察者的方向)。即，当发生全反射时使光线在基板1中传播。当阶梯斜面的角度200大约是22.5°或更小时，基本上沿水平方向在基板1中传播的光线被该阶梯斜面反射，并且该反射光线留在该基板中。这是一种理想情况。如图5B所示，为对应于图5A的标记为500的局部放大图，由图可知，在噪声光线射到观察区域外面(从前表面起角度501为±40°或更多)的情况下，由于这里不涉及有关可见性的实际问题，阶梯斜面的角度502可以是(22.5+10)°或更小。
第二实施例
图6A是显示本发明第二实施例使用超声波的触摸式面板装置的配置的截面图。在图6A中，与图3中相同的部件以相同的标号表示。在第二实施例中，在由玻璃制成的基板1的背面(检测触摸位置的表面的相对表面，或者是液晶显示器3的对面)的多个位置处，以预定斜度设置有不透明的小槽5。如对应于图6A的标记600的局部放大图图6B所示，槽5相对于基板1背面法线的方向形成方向为35°到55°的角度。槽5通过图案化保护层(resistfilm)然后进行湿式蚀刻处理，或干式蚀刻处理，例如RIE(Reactive IonEtching：反应离子蚀刻)或研磨形成。
在第二实施例中，如对应于图6A的标记600的局部放大图图6B中的细实箭头线所示，通过作为导光板的基板1传播的光线被槽5反射到背面(图6B中的下表面)，并且反射光线被导向液晶显示器3。由于槽5相对于基板1背面的法线的方向的角度601为35°到55°的角度，最好是45°的角度，光线基本上是垂直发射出去的，从而光线能有效照亮反射式液晶显示器3。
在第二实施例中，基板也是既作为触摸板的基板，也作为前光源的基板。因此，以与第一实施例相同的方式，与现有技术相比，在光学分界面上的反射光线的影响可以减弱，可见性可以得到提高。
第三实施例
图7A是显示本发明第三实施例使用超声波的触摸式面板装置的配置的截面图。在图7A中，与图3中相同的部件以相同的标号表示。在第三实施例中，在由玻璃制成的基板1的背面(检测触摸位置的表面的相对表面，或者是液晶显示器3的对面)上，以0.1毫米的微小间距形成有棱镜6。棱镜6可以通过切割基板1的背面形成。
在第三实施例中，由于设置了棱镜6，光线通过作为导光板的基板1进行全反射的条件不满足了，因此，导致光线朝液晶显示器3射出。具体地说，如对应于图7A的标记700的局部放大图图7B的细实箭头线所示，从光源2中发出的光线，在基板1中传播，通过棱镜6朝向液晶显示器3射出。
在本实施例中，棱镜6直接形成在基板1的背面。作为选择，形成有许多棱镜的薄层也可以覆在基板1的背面上，该可选方法可以达到同样的效果。
在第三实施例中，基板也是既作为触摸板的基板，也作为前光源的基板。因此，以与第一实施例相同的方式，与现有技术相比，在光学分界面上的反射光线的影响可以减弱，可见性可以得到提高。
在上面描述的实施例中，线性光源，例如荧光灯被用作光源2。可选择地，光源2也可以配置为由发光二极管组(Light Emitting Diode，简称LED)和线性导光板(linear light guide)组合而成，该线性导光板将LED中发出的光线转换为线性光并输出。
在上面描述的实施例中，通过传播表面声波可以检测到物体触摸的位置。也可以使用另一种类型的超声波。
在本发明的触摸式面板装置中，由于使用单一基板作为触摸板的基板以及前光源的基板，因而基板的数量减少了。因此，与现有技术相比，光学分界面的数目减少了，从而由反射光线引起的亮度的降低得到抑制，实现了极好的可见性。
此外，在本发明的触摸式面板装置中，在基板中传播的光线从与检测触摸位置的表面相对的表面导向并发射至外部。因此，光线可以确保照亮反射式液晶显示器。
此外，在本发明的触摸式面板装置中，通过在基板的背面形成阶梯状结构、多个槽、或者多个棱镜，能够容易地将光线从基板的背面导向并发射至外部，并且能够确保照亮反射式液晶显示器。

Claims (1)

1.一种触摸式面板装置，包括：
反射式液晶显示器；
光源；以及
单一基板，该单一基板既作为触摸板的基板，也作为前光源的基板，其中，
所述光源和所述单一基板光学耦合，
所述单一基板自身的一个表面作为触摸板的表面，所述单一基板自身的与所述一个表面相对的另一个表面作为所述前光源的表面，
所述反射式液晶显示器与所述另一个表面相对，以及
从所述光源发射的光线通过所述单一基板传播，然后从所述另一个表面发射到所述反射式液晶显示器。
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