CN102880336A - 用于触摸屏人接口设备的污点控制的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
用于触摸屏人接口设备的污点控制的系统和方法被提供。在一个实施例中，触摸屏人接口设备包括：触敏显示器表面，该触敏显示器表面包括具有关于污染物材料的第一表面能的第一区域；以及分布在第一区域内的多个形核位置的图案，其中多个形核位置中的每个具有比关于污染物材料的第一表面能高的第二表面能。
Description
背景技术
触摸屏显示器是允许个人通过用其手指对显示器的特定区域进行物理触摸从而为计算机系统提供输入的人接口设备。被选择的区域将与他们希望提供的输入相关并且在显示器上通过特定的文本或图形将被可视化地识别。由于人们的手和手指分泌油脂并且携带其他污染物，在其正常的操作过程期间，这些材料被沉淀于触摸屏显示器上。在显示器上这些污染物的沉积增加反射率，当用户不能再读取所显示的信息或无法确定应当选择屏幕的哪些区域以提供期望的输入时，其能够最终致使显示器无法使用。
对于某些应用，如便携式个人电子设备，这种退化可能不是关键的，因为设备的目的是个人的便利问题，而机械或安全的运行不是关键。此外，便携式个人电子设备上的触摸屏显示器便于清洗，例如通过使用一片可用的布来将屏幕擦洗干净。在其他的应用中，如航空电子系统或工业厂房控制室，清洁显示器的机会会有限得多。例如，当航空器处于飞行中时，机组成员应该能够比定期清洗他们的仪器更加高度集中精力。此外，清洗服务设备中控制的触摸屏显示器是不期望的，因为存在无意地激活或去激活系统功能或改变配置的风险。已经引进的疏油的低表面能薄膜部分地解决了污染物在触摸显示屏显示器上引起反射率的问题。然而，尽管这类薄膜通常减轻镜面反射率的增加，但是它们倾向于增加漫反射率的发展，这也对显示器的光学性能造成负面影响。
以上所陈述的原因和下文所陈述的其他原因对于本领域普通技术人员在阅读和理解说明书时将变得明显，在本领域中，对用于触摸屏人接口设备的污点控制的改善的系统和方法存在需求。
发明内容
本发明的实施例提供了用于触摸屏人接口设备的污点控制的方法和系统，并将通过阅读和学习下述的说明书而理解。
在一个实施例中，触摸屏人接口设备包括：触敏显示器表面，该触敏显示器表面包括具有关于污染物材料的第一表面能的第一区域；以及在第一区域内的分布的多个形核位置(nucleation site)的图案，其中多个形核位置中的每一个具有比关于污染物材料的第一表面能更高的第二表面能。
附图说明
当鉴于优选实施例的描述以及下面附图考虑时，本发明的实施例能够更容易地被理解，并且其进一步优点和用途也更加显而易见，其中。
图1是示例了本发明的一个实施例的人接口设备的图，其具有在触敏显示器表面上分布的形核位置的图案；
图2A-C示例了星形形核位置的可替代的图案的实施例；
图2D-I示例了用于形核位置的可替代的形状和配置的实施例；
图3是示例了镜面反射率和漫反射率的图表；并且
图4是示例了本发明的一个实施例的方法的流程图。
按照惯例，各种所描述的特征不是按比例绘制的，而是被绘制为用于强调本发明相关的特征。在附图和文字中参考字符表示相似的元件。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考附图，其中附图形成了该详细描述的一部分，并且其中通过本发明可以被实践的特定的示例性实施例示出。这些实施例足够详细的进行描述以使得本领域普通技术人员能够实践本发明，并且应当理解的是，可以使用其他的实施例，并且在不偏离本发明范围的前提下，可以做出逻辑的、机械的和电的改变。因此，下面的详细描述不应被视为限制性意义的。
在阅读本公开后，如本领域普通技术人员应该理解的是，当指印被应用到低表面能疏油表面时，形成所述指印的油脂将倾向于聚团(bead up)成为小滴的油珠。如果这样的指印替代地被应用于高表面能亲油表面时，油脂是不太可能聚团的，而是分散开形成高反射区域，尤其是在反射率通常很低的表面上是相当明显的。表面能通常根据特定的污染物和表面之间的接触角度来测量。随着表面能降低，在污染物及表面之间的接触角增加。也就是说，油脂不希望接触疏油表面，并且因此聚团(通过减少曲率半径)以减少其与该表面的接触面积。相比之下，油脂很少反对与亲油表面的接触，并且因此通过分散开以增加它们与这样的表面的接触面积。
本发明的实施例通过提供触摸屏显示器充分利用了这些现象的两种，该触摸屏显示器在显示器的表面以形核位置的形式具有不同的表面能区域图案，其可以吸引和累积污染物材料。正如在说明书中使用的该术语，形核位置是相对于周围的区域具有表面能差的区域，使得所关注的污染物将倾向于停留在形核位置而不是蔓延到周围的区域。在一个实施例中，按照在形核位置的高表面能区域和污染物的周围的低表面能区域之间的接触角差，污染物的接触角差优选地大于10度，并且更加优选地大于20度。污染物可能包括湿气、手指的油渍以及其他的从用户转移到触摸屏表面的材料。由于这些形核位置，在另外具有低表面能表面的区域中形成相对地高表面能井。术语“井”被使用是因为其对于在这些区域中的污染物是积极地更加有利的。一旦污染物从低表面能区域向高表面能井迁移，其将想留在这些井中，并不会重新进入低表面能区域。这些污染物将在高表面能井中累积并倾向于继续留在那里，直到清洗显示器的方便的时间到达。同样地，本发明的实施例允许对污染物积累的控制，并能显著增加触摸屏显示器在清洗之间的可用时间，并且增加在清洗之间的所述屏的光学质量。
图1是在100一般性地示意了本发明的一个实施例的触摸屏人机接口设备110(此处也简称为触摸屏110)的图。触摸屏110是电子设备，其经由触敏显示器表面120向用户显示图形图像和文字。正如其名称所暗示地，触敏显示器表面120进一步起到输入接口的作用，通过其用户物理地接触显示器的特定区域以提供输入。
触敏显示器表面120包括形核位置140的图案，对于一个或多个污染物而言其具有比表面120的区域130更高的表面能，形核位置140通过表面120的区域130被分布。在操作中，在触摸屏110的正常使用期间，应用到触敏显示器表面120的污染物将被吸引且被集中到这些形核位置140，而不是在表面120上以任意的方式或者分散开或者聚团。
两个不同的机制中的一个或者两个在操作中将污染物带到形核位置140。关于第一个机制，当用户的手指在触摸屏显示器上移动时，他们将拖动污染物跨过形核位置140，其中相当数量将留下。此外，如下面所解释的，形核位置140可被配置为通过由图案和/或表面能梯度所创建的净吸引力积极地吸引污染物。
在触摸屏110的一个实施例中，在表面120上形成的较高和较低的表面能区域是共面的或至少非常接近共面。具有共面区域在结构强度以及除尘度方面是有利的，因为微纤维或其他清洗/擦拭结构将很容易到达两个区域的部分。实质上，共面的特征在于区域的横向尺寸比它们之间的相对高度差大得多(例如，一个或两个数量级)。一个优选的方案是通过薄(例如，亚微米)层的存在或不存在来区分表面能区域，在这种情况下，在区域之间的相对的高度差是该薄层的厚度。
在触摸屏110的其他实施例中，表面120是有纹理的或另外具有拓扑变化的。当污染物水平低的时候，这种类型的纹理图案可以保持污染物分布在多个形核位置140中。根据表面能和使用的特定图案，对于一些实施例而言，表面120可以包括有些斑点或脊状的图案，从而具有稍微类似于适度控制的防眩表面的表面拓扑。再者，图案、大小以及自由能的仔细选择能够对污染物形核位置的光散射分布进行一定程度控制。
在图1中，每个形核位置140被示例为均匀分布的圆形表面的能量井。然而，其他的图案和分布是潜在有益的并且被期望为在本发明的实施例的范围内。例如，可替代的实施例包括形核位置140，其成形为圆形、菱形、星形图案、螺旋或其他几何形状，并且包括各种大小、定向和锥形的条纹。图案本身可以是随机和/或包括相互连接的形核位置140。例如，对于一些实施例来说，本领域普通技术人员已知的用于减少莫尔条纹于扰的可能性的图案可以被使用。其他的实施例采用在表面120的区域上优先设置形核位置140的策略而不是用于在所显示的图像上显示关键信息。(例如，用于关键的数据或符号的显示区域之间、在关键信息区域的周边上、在滑动条上、在文本线之间具有增加密度的形核位置)。此外，作为下面的讨论，在可替代的实施例中，形核位置140包括梯度特征或功能，基于空间图案的梯度或连续的类似表面能的梯度。此处所讨论的任一图案选项不应被解释为是相互排斥的。相反，应当被理解为结合单独的表面120可以一起利用它们。
图2A和2B通常在200示例了一个可替代图案，其中星形形核位置240分布在表面120上。如上所述，这些星形形核位置240潜在地被用于与上面所描述的任何一个图案选项相结合。此外，关于图2A和2B中所描述的特征能应用于关于图1所描述的任何一个或多个形核位置140。像以前一样，每个形核位置240具有比表面120的区域130更高的表面能，形核位置140通过表面120的区域130被分布。
参考图2B，每一形核位置240包括中心毂(center hub)250，多个锥形射线260从该中心毂出现。当污染物在每条射线260的末端270附近形成或收集时，由于净吸引力，其将迁移到吸引力最强的地方(能量“井”的中心)，这将是在毂250的中心上。也就是说，污染物将被相对低表面能区域130排斥而被吸引到毂250的较高表面能区域。例如，在手指有油脂，以及其中区域130是疏油的，以及毂250和射线260是亲油的的情况下，油滴将期望向其中亲油性质较大的方向移动。虽然示出了四个锥形射线，但是射线的数量、定向、长度和可能的曲率可以被选择以对所分布的高表面能区域的所产生的覆盖面和效率进行优化。
在一个实施例中，形核位置240跨越它们毂250和射线260区域在表面能上是统一的。在这种情况下，形核位置240本身的锥形几何形状产生净吸引力，其将污染液滴从射线260拉到毂250，尤其是在液滴大小增加到其中其跨越射线260的本地宽度的点时。在其他实施例中，射线260被形成为具有(或被替换)连续的、阶梯式或半色调调制表面能梯度，其开始于射线的末端270或者向着毂250表面能增加的区域。换句话说，随着污染物液滴从末端270向毂250迁移，其所遇到的有效的表面能增加。在这些情况中的每一个中，有污染物向形核位置中心的迁移。在半色调(部分区域)调制表面的表面能梯度的情况中，对于高表面能子区域264的填充因子从末端270到毂250增加，如图2C所示。在这种情况下，每个小的子区域264将作为本地形核位置直到液滴变得足够大可以跨越多个子区域，并且因此遭遇梯度的效果。通过使得形核位置的集合分布于显示器，本发明的实施例使得光学性能退化的开始得以延迟。
如上所述，可替换的实施例包括形核位置形状如圆形、菱形、星形图案、螺旋或其他几何形状，并包括各种大小、定向和锥度的条纹。图2D-2H示例了形核位置的这些潜在的可替换的形状中的一些。图2D示出了菱形形状的形核位置280的图案。图2E示例了菱形形状的形核位置282的图案，其是由12点星形图案的互连阵列形成的。在这两个例子，锥型被应用于拖拽出污染物。图2F示例了网格形状的形核位置图案284，其由高表面能子区域的交叉线形成。图2G示出了平行面向拉长锥形形核位置286的图案。图2H示例了锥形核位置288的图案，其具有与图2G中的形核位置相同的形状，但相互之间可以在任意方向旋转。表面能梯度可以应用于任何这些可替换的形状的形核位置，表面能或者朝向形核位置的中心增加或朝向形核位置的任意其他已选择的部分增加。
如上所述，其他实施例所采用的策略是在表面120的区域上优先配置形核位置，而不是用于在所显示的图像上显示关键信息。关于图2I描述一个那样的实施例。在图2I中，表面120包括具有多个例如上面所描述的分布的多个形核位置140的区域。此外，具有表面120的区域290，其特别用于显示关键数据或符号。在此，在关键信息区域290的周边上提供密度增加的形核位置292，从而帮助该区域防止由于污染物而造成光学降级。此外，滑动条296为用户提供了触摸所述屏表面120以便滚动所显示的信息的方式。由于该区域常规地暴露污染物，形核位置298被直接提供在滑动条296上从而使得污染物防止从该区域扩散。同样地，在污染物材料存在的情况下，所显示的信息的能见度将在显示器表面120变化。
正如在图3中的图300所示例的，本发明的实施例进一步提供管理镜面反射率和漫反射率的益处。在图300上，镜面反射率相对垂直轴绘制，而在横轴上绘制漫反射率。通常如310所示，对于其中没有使用低表面能防污技术的显示屏，该屏幕将开始清洁。随着显示屏被使用，通过手指接触所述屏，油脂蔓延，这将增加了镜面反射，尤其在具有抗反射涂层的表面上。对于将低表面能防污技术应用到所述屏的整个表面上的屏幕而言，污染物将聚团，这增加漫反射，通常如320所示。本发明的实施例是有益的，因为它们延迟并限制了镜面反射率和漫反射率的开始(如330所示的区域所示例)。在显示器屏幕的大部分面积上具有低表面能区域极大地减少了镜面反射率的形成。引入形核位置的图案吸引并将污染物保持在表面能井中，并且可以通过控制液滴的大小和分布减少漫反射率的形成。
具有显示器表面(其中10％的面积包括形核位置并且90％的面积是低表面能区域)的实施例为大量的应用提供了合理的比率。多于或少于10％可能对于不同的应用是合适的。特别是，对于特定的应用，高表面能与低表面能面积的比例由已经阅读了本说明书的本领域普通技术人员根据显示器的预定用途、可以多久执行清洁、以及考虑可能存在的任何屏幕纹理容易地确定。如上所述，所使用的特定的比率将潜在地影响由污染的表面所表现出的镜面反射与漫反射的混合。
此外，用于形成相对高的和低的表面能区域的特别材料也将改变。在一个实施例中，薄的氟碳材料薄膜(例如具有与如聚四氟乙烯材料类似的表面能)被应用于实现用于如手指油脂或湿气的污染物的低表面能区域。其中缺少薄膜且暴露基板的区域将是相对高表面面积区域。在其他的实施例中，特定的材料被应用于创建高表面能区域，例如玻璃或二氧化硅。仍然在其他的实施例中，具有纳米结构的表面轮廓的表面材料被实现以降低有效的表面能并在低表面能区域中增加接触角度。选择使用哪些材料应当是基于对于特定的应用预期什么主要的污染物。例如，现代化航空器的驾驶舱是相对干净的环境，使得关注的主要污染物是人体皮肤上存在的油脂。相反，对于工业厂房的控制面板而言，触摸屏用户的手可能常规地暴露给其他材料，这将是主要的污染物，或至少是附加的潜在污染物。同样地，所选择的特定的材料可能会相应地变化。
各种制造方法对于制造本发明的实施例是可能的。图4是一个流程图，示例了用于为本发明的一个实施例的触摸屏人接口设备提供污点控制的方法。在图4中描述的方法可适用于上面关于图1和2A-I描述的实施例。
方法开始于410，为触敏显示器表面制造透明基板，并且继续到420，形成透明基板的第一区域以具有关于污染物材料的第一表面能。在一个实施例中，透明基板包括触敏显示器的表面。在其它实施例中，透明基板是将被应用到触敏显示器的表面的薄膜或其他材料。在一个实施例中，第一区域包括被应用到显示器表面的基板的低表面能材料(如薄膜、涂层或喷涂)。该方法继续到430，在第一区域内形成分布在第一区域上的多个形核位置的图案，其中多个形核位置中的每一个具有比关于污染物材料的第一表面能更高的第二表面能。在一个实施例中，多个形核位置中的每一个包括相对高的表面能区域，其中在420形成的低表面能材料已经被移除以将底层基板(如玻璃)或其他底层薄膜或涂层(例如，抗反射涂层)重新暴露。
在另一个实施例中，制造多个形核位置的图案包括移除在420中应用的低表面能材料的部分并应用高表面能材料，其中低表面能材料的部分被移除。在可替换的实施例中，在框420到430的过程使用例如但不限于如下技术实现：光刻、丝网印刷、掩盖沉积、喷涂技术等。此外，在一些可替换的实施例中，这些框被执行的顺序可能被改变。
如上所讨论的，在一个实施例中，由图4的方法所生成的触摸屏人接口设备导致这样的触摸屏显示器，其具有在显示器表面创建形核位置的不同表面能区域的图案，其将吸引并累积例如湿气、手指油脂以及从用户转移到触摸屏表面的其他材料的污染物材料。在另外低表面能表面的区域上或内形成的相对高表面能形核位置作为吸引和包含污染物的表面能井。一旦污染物从低表面能区域迁移到高表面能井，它们将倾向于保留在这些区域中并不会迁移回到低表面能区域中。这些污染物将倾向于积累在形核位置中，并一直保留直到清洁显示器的方便的时间到来。
在一个实施例中，在框430，多个形核位置随机地分布在第一区域上。在一个实施例中，本领域普通技术人员已知的利用矩阵显示器减少莫尔条纹干扰的可能性的图案被用于分布形核位置。在另一个实施例中，本领域普通技术人员已知的利用矩阵显示器减少莫尔条纹干扰的可能性的形状被用于作为已分布的形核位置的形状。仍然在另一个实施例中，多个形核位置优先分布在最小可能干扰某些显示的符号或图像的可视性的区域中.
在一个实施例中，多个形核位置中的每一个在显示器表面上与第一区域共面。在其他实施例中，触敏显示器表面是有纹理的。形核位置可以是几何形状的表面能井，具有形状如但不限于圆形、钻石、星形图案或其他的几何形状，包括各种尺寸和定向的条纹。在一个实施例中，一个或多个形核位置通过高表面能区域互连。此外，在一些实施例中，形核位置包括在这些区域上的统一表面能，而在其他实施例中，一个或多个形核位置包括表面能梯度。例如，形核位置的面积可以包括平滑变化的梯度或空间调制(如半色调或分数区域)的梯度，其在接近中心时表面能增加。这将使得污染物向内朝向形核位置的中心迁移。在其它实施例中，具有统一的表面能的形核位置的几何形状创建净吸引力，这将导致污染物向内朝向形核位置的中心(或其他指定点)迁移。上面图2A和2B所描述的锥形射线星形图案是一个这样的几何形状。
示例实施例
例1包括触摸屏人接口设备，该设备包括触敏显示器表面，该触敏显示器表面包括具有关于污染物材料的第一表面能的第一区域；以及在第一区域内分布的多个形核位置的图案；其中多个形核位置中的每个具有比关于污染物材料的第一表面能更高的第二表面能。
例2包括例1的设备，其中多个形核位置中的每一个具有关于第一区域的表面能差值从而使得污染物材料将倾向于保留在多个形核位置的每个内。
例3包括例1-2任一的设备，其中第一区域是疏水的或疏油中的一个或二者；并且其中多个形核位置中的每一个具有亲油性或亲水性中的一个或二者的表面能。
例4包括例1-3任一的设备，其中多个形核位置在显示器表面上与第一区域共面。
例5包括例1-4任一的设备，其中触敏显示器表面是有纹理的。
例6包括例1-5任一的设备，其中多个形核位置包括几何形状的表面能井的图案。
例7包括例6的设备，其中多个形核位置包括多边形、圆形、钻石、星形图案、或线形、或其组合的图案。
例8包括例1-7任一的设备，其中形核位置的分布在触敏显示器表面上变化，从而使得在存在污染物材料的情况下所显示的信息的可见性在显示器表面上变化。
例9包括例1-8任一的设备，其中多个形核位置的至少一个包括表面能梯度。
例10包括例9的设备，其中在朝向多个形核位置的至少一个的中心的方向上表面能梯度在表面能上增加。
例11包括例1-10任一的设备，其中多个形核位置的图案包括少于10％的触敏显示器表面的面积。
例12包括例1-11任一的设备，其中第一区域包括应用于触敏显示器表面的低表面能材料。
例13包括例12的设备，其中多个形核位置中的每个的图案包括其中低表面能材料已被移除的区域。
例14包括为触摸屏人接口设备提供污点控制的方法，该方法包括为触敏显示器表面制作透明基板；形成透明基板的第一区域从而具有关于污染物材料的第一表面能；并在第一区域内形成在第一区域上分布的多个形核位置的图案，其中多个形核位置中的每个具有比关于污染物材料的第一表面能更高的第二表面能。
例15包括例14的方法，其中透明基板包括至少部分应用于触敏显示器表面的基板的低表面能材料。
例16包括例15的方法，其中多个形核位置中的每个的图案包括其中低表面能材料已经从透明基板被移除的区域。
例17包括例14-16任一的方法，其中多个形核位置是实质上在显示器表面上与第一区域共面。
例18包括例14-17任一的方法，其中多个形核位置的图案包括少于10％的触敏显示器表面的面积。
例19包括用于触摸屏人接口设备的透明基板，该透明基板包括具有关于污染物材料的第一表面能的第一区域；以及在第一区域内分布的多个形核位置的图案；其中，多个形核位置的每个具有比关于污染物材料的第一表面能更高的第二表面能；其中，第一表面能和第二表面能的差异使得污染物材料将倾向于停留在多个形核位置的每个内。
例20包括例19的透明基板，其中多个形核位置中的至少一个包括表面能梯度。
以上所描述的实施例不应被视为相互排斥的但可被结合从而提供如在本发明实施例的范围内设想的另外实施例。虽然具体实施例已经在此示例和描述，但是本领域普通技术人员应当意识到，被计算来实现相同目的的任何安排都可以被替换所示的具体的实施例。此应用旨在涵盖本发明的任何适配或变形。因此，显然旨在：本发明仅仅由权利要求及其等价物进行限制。
Claims (3)
1.一种为触摸屏人接口设备提供污点控制的方法，该方法包括：
为触敏显示器表面120制造透明基板；
形成该透明基板的第一区域130以具有关于污染物材料的第一表面能；以及
在第一区域130内形成在第一区域130上分布的多个形核位置140的图案，其中，多个形核位置140中的每个具有比关于污染物材料的第一表面能更高的第二表面能。
2.一种触摸屏人接口设备，该设备包括：
触敏显示器表面120，该触敏显示器表面120包括第一区域130，其具有关于污染物材料的第一表面能；以及
在第一区域130内分布的多个形核位置140的图案，其中多个形核位置140中的每个具有比关于污染物材料的第一表面能更高的第二表面能。
3.权利要求1的方法或权利要求1的设备，其中多个形核位置140中的每个具有关于第一区域130的表面能的差从而使得污染物材料将倾向于停留在多个形核位置140的每个内。
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