JP2004533006A - フロントライト型タッチパネル - Google Patents

Abstract

ガイドに光を供給する少なくとも１つの光入力面を有するフロントライトガイドと、観察面と、この観察面に反対側の光出力面と、タッチセンシティブトランスデューサの少なくとも１つの構成要素とを含む、反射型ライトバルブ用のフロントライト型タッチパネルであって、光出力面はその上に光抽出層を有し、ほぼ平らな光出口面を有し、前記ガイドから前記光出口面を通して供給光を抽出する埋込反射ファセットを含む。タッチパネルは、光源、反射型ライトバルブ、および適切な制御電子装置と一緒に使用することで、コンパクトで高効率の照明式タッチパネルディスプレイアセンブリを形成することができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明はタッチパネルおよび電子ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレイは、透過ライトバルブに均一な照明を提供するライトガイドスラブ（「バックライト」と呼ばれることが多い）で背面照光されるのが一般である。このバックライトはディスプレイの一次光源として使われたり、半透過型（「トランスフレクティブ」と呼ばれることが多い）ディスプレイの補助光源として使われている場合がある。あるいは、フラットパネル反射型ディスプレイは、反射型ライトバルブの表示側から均一な照光を提供するライトガイドスラブ（「フロントライト」または「フロントライトガイド」と呼ばれることが多い）により前面照光される場合もある。これにより、バックライトを排除し、ライトバルブ内にリフレクタを配置して、それによりフロントライトをオフにしても、周囲の照明条件が十分であればディスプレイの反射性と明るさを高めることができる。フロントライトガイドは、ディスプレイの画像を歪めたり、あるいは大きく減衰したりしないよう、十分な透明度を有するものでなくてはならない。フロントライトガイドはまた、暗い周囲条件下でもディスプレイの視認性を確保できるだけの明るさレベルでディスプレイを均一に照光するのが好ましい。
【０００３】
ディスプレイはまた、ユーザーがスタイラスまたは指圧で情報を入力できるタッチパネルを組み込むこともできる。例えば、「抵抗膜」（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｏｖｅｒｌａｙ）方式と呼ばれる一般的なタイプのタッチパネルでは、スペーサーで分離した部分導電性コーティングを有する２つの透明な層を利用している。これらの層を押し合わせると、電気抵抗が２つの次元で感知されて接触点の座標が得られる。最下層（ディスプレイにもっとも近い層）は非常に堅くまたガラス製であるのが普通である。最上層（スタイラスまたは指でタッチされる層）は、一般的にかなり柔軟であり、プラスチックで作製されている。
【０００４】
抵抗膜とその他のタッチパネル方式は、ｗｗｗ．ｃａｒｒｏｌｌｔｏｕｃｈ．ｃｏｍで利用可能な”Ｃａｒｒｏｌｌ Ｔｏｕｃｈ Ｈａｎｄｂｏｏｋ”に記載されている。「静電膜」方式、「誘導弾性波」方式、「表面弾性波」方式、および「近距離イメージング」方式（米国特許第５，６５０，５９７号のタッチパネルを含む、このような数多くの他のタッチパネル設計では、光学的に清澄で、比較的剛性の高いスラブをディスプレイの一番上に組み込んでいる。ある種の「走査赤外線」タッチパネルではまた、光学的に清澄で、比較的剛性の高いスラブをディスプレイの最上部に組み込んでいる。抵抗膜方式と同様、ガラスを使用してこの剛性の高いスラブを形成するのがもっとも一般的である。
【０００５】
日本の公開特許出願第１１３４４６９５Ａ（ＷＯ９９６３３０４に対応）号では、一体型になったフロントライトガイドとタッチパネルを示しており、ライトガイド部が成形プラスチックで作製されている。このライトガイドの上側表面は、透明な樹脂の層を使用してタッチパネルの下面に接着され、ライトガイド下面は、光透過板よりも高い屈折率を有し、光拡散顔料を含む、透明または半透明の樹脂のインクで形成された多角形または円形のドットパターンを有する。あるいは、このライトガイド下面は、光透過板の入力の端面に平行に形成された「微細クリンプ」または「プリズム」（鋸歯状突起として示されている）で形成することができる。この資料のライトガイドは、上記光拡散顔料による散乱、あるいは上記クリンプまたはプリズムによる屈折を利用して、ライトガイドからライトバルブの中へ光を抽出する。この資料の鋸歯状突起は、鋸歯の傾斜部分がライトガイドの光入力に面していない方向に置かれる。
【０００６】
日本公開特許出願第２０００−４７１７８Ａは、一体型になったライトガイドとタッチパネルを示しており、この中ではライトガイド部が楔形を呈し、その上面はスペーサーのパターンを有している。この資料のライトガイドは、スペーサーによる散乱を利用してライトガイドからライトバルブの中へ光を抽出する。
【０００７】
他の照明式タッチパネルディスプレイ装置は、日本公開特許出願第ＪＰ ６１１８８５１５Ａ、同第ＪＰ １１０６５７６４Ａ号、同第ＪＰ １１１１０１３１Ａ号、同第ＪＰ １１１７４９７２Ａ号、同第ＪＰ １１２６０１３３Ａ号、同第ＪＰ １１３１６５５３Ａ号、同第ＪＰ １１０６５７６４Ａ号、同第ＪＰ ２００００７５２９３Ａ号、およびＰＣＴ公開特許出願第ＷＯ ９９／６３３９４Ａ号に記載されている。
【０００８】
米国特許第５，３９６，３５０号は、光を透過型ライトバルブの中へ反射するマイクロプリズム配列を有するバックライトを記載している。
【０００９】
米国特許第５，４２８，４６８号は、導波管とその導波管からの光を反射するマイクロプリズム配列とを使用した照光システムの記載がある。米国特許第５，９９５，６９０号には、導波管からの光を結合するための光抽出テープを記載している。
【００１０】
他の照明フロントリットまたは照明バックリットの照明または表示装置は、米国特許第４，３７３，２８２号、同第４，５２８，６１７号、同第４，７５１，６１５号、同第４，７９９，１３７号、同第４，８１１，５０７号、同第４，８７４，２２８号、同第５，００５，１０８号、同第５，０５０，９４６号、同第５，０５４，８８５号、同第５，１９０，３７０号、同第５，３４１，２３１号、同第５，３５９，６９１号、同第５，４８５，３５４号、同第５，５０６，９２９号、同第５，５５５，１０９号、同第５，５５５，３２９号、同第５，５７５，５４９号、同第５，５９４，８３０号、同第５，６０８，５５０号、同第５，６０８，８３７号、同第５，６１３，７５１号、同第５，６６８，９１３号、同第５，６７１，９９４号、同第５，８３５，６６１号、同第５，８９４，５３９号、同第６，０１１，６０２号、同第６，１３９，１６３号、および欧州特許出願第ＥＰ ０ ８０２ ４４６ Ａ１号に記載されている。
【００１１】
タッチパネル製造では、高温またはその他の厳しい処理条件を伴う１つ以上の製造ステップが必要となるのが普通である。例えば、多くのタッチパネルデザインでは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の導電または静電層を使用する。十分なＩＴＯ層の適用に必要な処理温度は、ほとんどのプラスチック基板を破壊する。タッチパネルはまた良好な光学特性を有していなければならない。このため、タッチパネルは、ＩＴＯ層またはタッチパネルの他の熱処理可能層を支えることのできる耐熱ガラス基板を含むことが多い。このようなタッチパネルは、良好な光抽出特性など、良好な光学特性を有する別のフロントライトガイドと組み合せることができる。このフロントライトガイドは例えば、成形プラスチックウェッジから作製することができ、そのようにして得られた組み合わせは反射型ライトバルブの一番上に配置される。このアプローチは余分な部品を使用し、供給光の経路の中に余分な界面を有し、厚みも増加してしまう。但し、このアプローチではタッチパネルの下側スラブを板ガラスで作製できるため、コストが比較的低く、ＩＴＯまたはその他の適用材料の層を形成するのに必要な処理ステップを生かすことができる。
【００１２】
いくつかの照明式タッチパネル装置が提案されているが、より薄型でより高効率でより均一に照光される装置、より容易に構築できる装置、そしてより電力消費の少ない装置に対するニーズが存在する。現在の多くの装置は、光源から供給されたすべての光を使用しているわけではない。このような使用されていない光をディスプレイに導くことができれば、電力消費はさらに低減し、ディスプレイをさらに明るくできるだろう。
【００１３】
上記の照明式タッチパネル装置の中には、散乱または屈折を利用してライトガイドからの光を抽出するものがある。これらのアプローチは、コントラストの低下を招いたり、ディスプレイ内のライトバルブに最適な角度よりも小さい角度で光を供給することになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、一態様において、ガイドに光を供給する少なくとも１つの光入力面を有するフロントライトガイドと、観察面と、観察面と反対側の光出力面と、タッチセンシティブトランスデューサの少なくとも１つの構成部品とを含み、光出力面がその上に光抽出層を有し、略フラットな光出口面を有し、供給光をガイドから光出口面を通して抽出する埋込反射面を含む、反射式ライトバルブ用のフロントライト型タッチパネルを提供する。このタッチパネルは、タッチセンシティブトランスデューサの構成部品（導電または静電層）を通常のフラットガラスシート上に作製するなどにより、またその結果得られたアセンブリをプラスチック抽出フィルムに積層することによって容易に作製できる。任意の最上部の膜は、タッチパネルの最上部に適用することができ、任意の反射防止コーティングは、構造化面フィルムの光出口面に使用することができる。
【００１５】
本発明はまた、
ａ）少なくとも１つの光源と、
ｂ）光源からの光をガイドに供給するための少なくとも１つの光入力面と、観察面と、観察面と反対側の光出力面と、タッチパネルセンシティブトランスデューサの少なくとも１つの構成部品とを有し、光出口面がその上に光抽出層を有し、略フラットな光出口面を有し、ガイドからの供給光を光出口面を通して抽出する埋込反射面を含むフロントライトガイドと、
ｃ）ガイドから抽出した光を受け取って、その光の少なくとも一部を観察面を通して戻す反射型ライトバルブと、
を含む、照明式タッチパネルディスプレイを提供する。
【００１６】
別のタッチパネルとフロントライトガイドとの使用を比較して、本発明のフロントライト型タッチパネルは、全体的な厚みを薄くし、透過率を上げ、インタフェースを減らすことができる。これらのパネルは、通常の板ガラスと、既存のタッチパネル製造方法、そして追加機能を有するタッチパネルを提供する装置とを使用して作製できる。本発明のフロントライト型タッチパネルは、ガラス層と、異なる材料で作られた１つ以上の他の層を含む複合構造を有するのが好ましい（例：タッチパネルの片方の主面には導電性層、はんだトレース、センサー、またはその他のタッチセンシティブトランスデューサ関連構成要素、タッチパネルの他方の主面には微細構造のプラスチック面と任意の反射防止コーティング）。これらのパネルの好適な実施形態は、供給光を効率的に抽出するだけでなくコントラストを改善し歪を低減する。フロントライト型タッチパネルが、タッチパネルとライトバルブとの間に微細構造反射式光学部品を有するため、このタッチパネルが滑らかな観察面を有することができるため、本発明のフロントライト型タッチパネルは、比較的頑強で、観察面上に微細構造の光学的特徴群を有するタッチパネルよりも損傷を受けにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ディスプレイ内の構成要素の位置または向きを説明するために「〜の上」、「〜の最上部に」、「上側」、「上方へ」、「〜の下に」、「〜の下の」、「下側」、そして「下方」などのよう用語がこの用途で使用される場合、これらの用語は、このディスプレイが全体が上方を向いているそのタッチセンシティブな表面で表示されることを想定して、単に便宜上使用されているだけである。これらの用語は、完成したディスプレイのいかなる必要な向きも、また完成したディスプレイの実際の使用における供給光または周辺光の経路のいかなる必要な向きも暗示するものではない。本発明の構成要素のいくつかとその互いの関係性はまた、基準面に比較することにより説明できるのが便利である。本発明の目的から、この基準面は、フロントライトガイドの光出力面により形成された（またはそれに近似する）平面となるよう取られる。これは、上記の配向規則ではライトガイドの下側面となる。
【００１８】
図１を参照すると、一般的に１０で確認される照明式タッチパネルディスプレイは、図の形態で示されている。光源４２からの供給（つまり、非周辺）光は、カップラー４４に入り、そこで、１つまたは複数の点光源から照明式タッチパネルディスプレイ１０での使用に適した線光源へと変換されるのが一般である。供給光は次にフロントライトガイド１２の光入力面１４に入り、図２と図３で詳述するように、反射式ライトバルブ（この場合は反射型ＬＣＤ）３６の中へいったん入った後にそこから上へ出る。ライトガイド１２はまた対向端１５と、光出力面１６と、観察面１８とを有する。光学的に透明な接着剤（図１には示されていない）が、構造化光抽出層３２をライトガイド１２の光出力面１６に固定する。
【００１９】
観察面１８と軟質隔膜２６とはそれぞれ、導電性コーティング２０と２４とを有する。コーティング２０および２４と、スペーサー２８と、軟質隔膜２６とは、指やスタイラスやその他の適切な道具により軟質隔膜２６に下方へ押し下げたとき、観察面１８上にコマンドまたは位置の指示を提供することのできる、タッチセンシティブなトランスデューサ２３を形成する。関連する電子装置（図１には示されていない）を使用して、観察面１８上のタッチ場所を解釈したり、電子信号を提供して、他の電子装置または電子構成部品を制御したりその他の影響を与えることができる。
【００２０】
ライトガイド１２と層３２は、照明式抵抗膜タッチパネル／フロントライトガイドアセンブリ２２の残余部分２１を形成する。エアギャップ３５は、反射型ＬＣＤ３６の最上部に配置された偏光子３８から層３２の下側面３３を分離する。反射層４０は、反射型ＬＣＤ３６の最下部に配置されており、（反射ＬＣＤ３６が光の通過を許可するよう適切に変調されることを想定して）アセンブリ２２から反射型ＬＣＤ３６を通して通過してくる光を再びアセンブリ２２の方へと戻す役割を果たす。
【００２１】
図１に示す照明式タッチパネルは、抵抗膜タッチセンシティブトランスデューサを使用する。当業者は、本発明内で他のタイプのタッチセンシティブトランスデューサも使用できることを理解するであろう。例えば、タッチセンシティブトランスデューサは、静電膜、誘導弾性波、表面弾性波、または近視野像などの接触機構によって動作することができる。タッチセンシティブトランスデューサは、また、ライトガイド上面の上または下に光線および光センサーの適切な配列を提供することなど、走査赤外線センサーなどの非接触機構によって動作することができる。当業者は、様々なタッチセンシティブトランスデューサ構成部品が本発明で使用できること、そしてまたこれらのタッチセンシティブな構成部品がＩＴＯまたはその他の熱処理材料で作製された導電性材料を必要としないことを理解するであろう。
【００２２】
図２を参照すると、光源４２からの供給光線４５は、面１８からの全内部反射によってライトガイド１２の他端１５の方向へ反射される。適切な角度で光出力面１６に入射すると、光線４５は構造化光抽出層３２の中へ通過する。光線４５が適切な角度で層３２のファセット（図１または図２に示されていない）に当たると、層３２の下側３３から出て、それにより、ライトガイド１２から取り出される。この取り出された光は、エアギャップ３５の中を通過した後、偏光子３８と反射型ＬＣＤ３６の中へ入る。反射型ＬＣＤ３６が光を透過するよう適切に変調されると想定して、光線４５は反射型ＬＣＤ３６の中へ通過し、反射板４０に当たり、反射型ＬＣＤ３６と偏光子３８の中を反射して層３２とライトガイド１２の中へ反射され、そして観察面１８からライトガイド１２を出て（コーティング２０および２４と、膜２６との中を通過する）、そこで観察者４８は光線４５を見ることができる。
【００２３】
周辺光のレベルが十分高い場合は、観察者４８は照明式タッチパネルディスプレイ１０が伝達する情報を光源４２による照光がなくても見ることができる。周辺光線５０などの周辺光線は、膜２６から照明式タッチパネルディスプレイ１０に入り、上記の様々な構成部品と層の中を通過して、そして、（反射型ＬＣＤ３６が適切に変調されると想定すると）リフレクタ４０に当たって、反射型ＬＣＤ３６の中を観察者４８へ反射される。
【００２４】
照明式タッチパネルディスプレイ１０の中では、光線４２からの供給光は、タッチパネルアセンブリ２２の下側部分２１内部のほぼ平行な面１６と１８との間に誘導される。このライトガイドは、ほぼ平行な面を有する必要はない。但し、図１と図２に示すライトガイドの面１６と１８はほぼ平行であるため、ライトガイド１２は、板ガラスなど低コストの丈夫な材料から作製することができる。導電層、はんだトレース、またはその他のタッチセンシティブトランスデューサ構成要素は、ライトガイド１２の第一主面上に形成することができる。光抽出層、任意の反射防止コーティング、およびその他の任意の光管理特徴群または層は、ライトガイド１２の第２主面上に形成できる。このようなタッチセンシティブトランスデューサ構成要素を形成するのに一般的に必要な比較的過酷な処理条件により、タッチセンシティブトランスデューサ構成要素は、ライトガイド１２の第二主面上への光抽出層およびその他の任意の特徴群または層の形成を行う前に、ライトガイド１２の第１主面上に完全に形成されることが好ましい。
【００２５】
図３を参照すると、図１と図２の照明式フロントライトタッチパネルディスプレイの一部が拡大側面図で示されている。光抽出層３２は光出口面３３と、ライトガイド１２に面するかまたはライトガイド１２の方向を指す（光学的にそれと接触するのが好ましい）突出部５２と５３などの複数の突出部を有する上面とを有する。面３３は「ほぼ平ら」である。つまり、面３３は、ディスプレイ１０内に不快な歪みができるのを回避するのに十分平らである。層３２の上面は「構造化」されている。つまり、これは、層３２の上面に当たる光線の方向または密度に影響を与える可能性のある細かく成形された特徴群（突出部５２と５３など）を有する非平面的な形態を有する。突出部５２と５３は、ランド６０ａと６０ｂなどのランド部と、層３２の原料よりも低い屈折率を有する媒体（空気など）を含むポケット５８ａと５８ｂなどの密封ポケットが側面に配置されている。これらの突出部は、ライザー５４ａと、プラトー５５ａと、ファセット５６ａなどの、ライザー、プラトー、およびファセット部分を有する。話をわかりやすくするため、突出部５２と５３などの突出部を「ほぼ台形」と呼ぶことができる。これは、これらの突出部が３つの側面しか有していない場合も、また突出部の第４の側面を完成するために想像線を引いて形成された四辺形が２つの平行な側面を有していない場合も含める。
【００２６】
プラトーは、透明な接着剤５０を使用してライトガイド１２に貼り合わされる。プラトー５５ａは、接着剤５０に接し、層３２の他のプラトーとはほぼ同一平面状にある。ファセット５６ａなどのファセットは、光抽出層３２の中に「埋め込まれ」ている。つまり、このようなファセットは層３２の内部にあり、ライトガイド１２の光出力面１６と層３２の光出口面３３との間にある。ライザー５４ａとプラトー５５ａと隣接し、プラトー５５ａはまたファセット５６ａと隣接している。できれば（この場では、透明な接着剤の介在層を無視して）、これらのファセットが光出力面１６と隣接あるいは非常に近く、光出口面３３からより遠くに間隔が取られているのが好ましい。
【００２７】
ファセット５６ａなどのファセットは、供給光線４６など、ライトガイド１２の入力面からの光が接着剤５０とプラトー５５ａの中を通過し、ファセット５６ａに当たり、下方へ反射し、そしてそれにより出口面３３を通してライトガイド１２から抽出できる方向に配置される。供給光は、このようにして、反射式光学部品によりライトガイドから抽出される。これまで提案されてきた照明式タッチパネルの多くは、ライトガイドの出口面上に角柱（鋸歯状）面を使用するなどして、屈折光学部品に依存した抽出機構を使用している。
【００２８】
供給光は、基準平面に対して直角または直角に近い角度で本発明のライトガイドから取り出すことができる。つまり、供給光は、ライトバルブに対して入射角ゼロまたはゼロに近い角度で取り出せるのである。これは、屈折抽出に依存するライトガイドに比較してライトバルブの中への抽出光の結合を改善する。屈折式抽出を使用すると、中心が基準面に対して約４０°より大きい抽出角度を得ることは困難である。つまり、ライトバルブへの垂線に対して抽出光の中心の入射角約５０°未満を達成することは困難である。抽出光があまりにも高い入射角度でライトバルブに達する場合、ライトバルブは観察者の方へ効率的に光を反射せず、あるいは、その抽出光の方向を変えるのに他の光学装置（他の屈折式光学装置など）が必要となる。
【００２９】
反射光学装置を利用した抽出機は、屈折式光学装置を利用した抽出機よりも供給光の波長の変化に左右されにくい。これは、これまで提案されてきたいくつかの照明式タッチパネルディスプレイに比べて、本発明の照明式タッチパネルディスプレイでのカラー均一性の改善を与える。不快なゴーストやコントラストの喪失につながる迷反射は、屈折式抽出機に比べて反射式抽出機の方が目立たない。反射式抽出機で発生するこの迷反射は、観察者から届かない方向に向けられる傾向にある。屈折式抽出機においては、いくつかの迷反射は観察者以外の方向へ向けられて、全体としてのコントラストの喪失につながる傾向がある。このような迷反射がノイズバンドと呼ばれる場合には、観察軸に沿ったその存在は、ノイズ源となり、ＳＮ比の喪失となる。
【００３０】
本発明の照明式タッチパネル内の反射式抽出光学装置の利用は、このようにして、屈折式光学装置の使用に比較して、設計の柔軟性と性能の改善を提供することができる。
【００３１】
当業者は、ランド６０ａと６０ｂなどのランド部が図３においては基準面に平行に示されているが、これらが平行である必要はないことを理解するであろう。さらに、ライザー５４ａなどのライザーは、基準面に対して対称的に傾斜している必要はない。同様に、ファセット５６ａ等のファセットは、基準面に対して対象的に傾斜している必要がない。
【００３２】
当業者はまた、ライトガイド１２から反射型ＬＣＤ３６の中への光の正しい抽出が行われる限り、光抽出層３２上の突出部が図３に示すもの以外の形状および向きを取れることを理解するであろう。光源４２からの供給光がライトガイド１２に入る角度、および光抽出層３２上への投影の寸法、ピッチ、および角度方向は、供給光が照明式タッチパネルディスプレイ１０の観察面全体に均一に配分されるよう選択されるのが好ましい。
【００３３】
図４〜図６は、本発明のライトガイドの底面からの全体的な光出力に対する、プラトー長とランド長の比率の影響を示している。図４は、一般的に７０で示される照明式タッチパネルディスプレイの一部の拡大側面図で示したものである。構造化光抽出層７１は、ライザー７４、プラトー７６、およびファセット７８により境界を画し、ランド８０ａと８０ｂとが側面に位置する投影７２などの投影を有する。層７１の全プラトーの全長は、層７１の全ランドの全長よりも小さい。つまり、プラトー全長とランド全長との比は１：１よりも小さい。層７１の比較的小さなプラトー全面積により、利用可能な抽出ウィンドウは比較的小さく、ファセット７８等の埋込ファセットの潜在的反射部分の幾分かは、光線４６ａなどの供給光線が届かない場合がある。したがって、このような供給光線部分が小さくなるため、供給光がライトガイド１２から出口面８２を通して抽出でき、またライトガイド１２からの全体的な光出力が所望のレベルより小さくなるよう適切な角度で層７１内の各ファセットに到達できる。
【００３４】
図５は、一般的に９０で示される照明式タッチパネルディスプレイの一部の拡大側面図である。構造化光抽出層９１は、ライザー９４、プラトー９６、およびファセット９８により境界が形成され、ランド１００ａと１００ｂが側面に配置された、投影９２等の投影を有する。層９１内の全プラトーの全長は、層９１内の全ランドの全長よりも大きい。つまり、プラトー全長とランド全長の比は１：１よりも大きい。層９１の比較的大きなプラトー面積により、ファセットはほとんどあるいはすべて、反射に利用することができ、光線４６ｂなどの供給光線は、層９１内のファセットから反射して、光出口面９９と通じてライトガイド１２から抽出できる。このため、図５の照明式タッチパネル内のライトガイド１２から全体的な光出力は、図４の照明式タッチパネルからのものよりも大きくなる傾向を示す。
【００３５】
図６は、プラトー長とランド長の比とライトガイドの出口面からの光出力との間の関係を示したグラフである。一般的に、光出力（または抽出効率）は、プラトー長とランド長の比率の増加につれて、ほぼ対数的な関係で増加する。プラトー全長とランド全長の比率は少なくとも１：１であるのが好ましく、また少なくとも３：１であるのが更に好ましい。ファセット全体が供給光線を露出された状態になると、プラトー長の重要性は低下し、図６に示す曲線は水平になる。一般に、ランド長がゼロより大きいことが好ましい。例えば、光抽出層が柔軟なフィルムから形成されている場合は、これらのランドは、構造化された柔軟なフィルムの作製によく使用されるプロファイルドツーリングからフィルムをはがしにくくなるほど短くしてはならない。
【００３６】
図７は、本発明の照明式タッチパネル１００の拡大側面図であり、潜在的な光漏れ源を示している。光線４６ｃ等の光線は、構造化光抽出層１０４の下面１０２からファセット１０３などの埋込ファセットへの全内部反射によって、上方へ反射される。ファセットに対して十分低い入射角度で、光は、ファセットから屈折され、接着剤層１０５とライトガイド１０８の中を通過し、そして、一般的なユーザーの観察軸から離れた、高い入射角度でライトガイド１０８の上面１０６から出てゆく。この光は失われ、画像の明るさに関する観察者の感覚に貢献しない。
【００３７】
図８は、本発明の照明式タッチパネル１１０の拡大部分側面図であり、潜在的なゴーストソースを示している。光線４６ｄなどの光線は、埋込ファセット１１１などのファセットから下方へ反射され、構造化光抽出層１１４の出口面１１２から上方へ反射され、接着剤層１１５とライトガイド１１８を通過し、そしてライトガイド１１８の上面１１６から出る。これらの光線は、図７の光線４６ｃの場合よりも、より低い入射角度でライトガイド１１８を出て、照光源のゴーストイメージとして見ることができる。
【００３８】
図９は、図７に示すような光漏れを低減できる構造化光抽出層１２４と、図８に示すタイプのゴーストを低減できる反射防止コーティングとを有する、本発明の照明式タッチパネル１２０の拡大部分側面図である。層１２４の下面１２２から上方へ反射される光線４６ｅなどの光線は、埋込ファセット１２６とライザー１２８を通して反射され、次に、近くの埋込ファセット１３０とライザー１３２から層１２４の中への屈折により回収される。埋込ファセット１２６等のファセットから反射される光線４６ｆ等の光線は、層１２４の下面１２２に当たり、面１２２上の反射防止コーティング１２５の存在により面１２２の中を通る。
【００３９】
構造化面よりも、平面へ均一な反射防止コーティングを塗布する方が簡単である。このため、屈折型光学装置を利用して、最下面上の構造化面を通して光を抽出する照明式タッチパネルの最下面上よりも、本発明の照明式タッチパネルの最下面（つまり、光出口面）にこのようなコーティングを利用する方が容易である。
【００４０】
当業者は、出口面３３のほぼ平らな地形を保持し、閲覧イメージの好ましくない歪みの導入を回避するよう注意が払われる限り、他の反射防止コーティング層またはその他の光管理層または特徴群が、出口面３３に適用できることを理解するであろう。
【００４１】
当業者はまた、本発明のタッチパネルディスプレイに光を提供するために複数の光源が利用できることを理解するであろう。例えば、図１を再度参照すると、複数の光源が光入力面１４に沿って配置できる。図１に示されてはいないが、複数の光源を端１５に沿って配置することも可能である。光が入力面１４と端１５の両方に沿って設けられる場合は、構造化光抽出層３２の突出部（図３に示す突出部５２と５３等の突出部）は、入力面１４と端１５の両方から供給光に対して対称的に向ける必要がある。入力面１４に沿ってのみ光が供給される場合、端１５は、端１５に達した光をもう一度ライトガイド１２の中へ戻すための鏡面、またはその他の適切な反射板を装備していることが好ましい。
【００４２】
図１０は、ライトガイド１４２と、光損失を低減できる構造化抽出層１４４を有する、照明式タッチパネル１４０の拡大部分側面図である。ライトガイド１４２は、光線４６ｈなどの光をライトガイド１４２の中へ反射して戻す鏡面または拡散リフレクタ１４６を装備している。リフレクタ１４６に到達する光の量は、更に、その光出力の大半が当たる軸がアタルライトガイド１４２の上面と平行にならないように、光源（図１０に示されていない）を傾斜またはバイアスすることによって、更に低減できる。光線４６ｇなどの光線は、埋込ファセット１４８等のファセットから下方へ反射され、層１４４から抽出される。光線４６ｈなどの光線は、リフレクタ１４６から層１４４の中へと反射して戻され、埋込ファセット１４８から反対に傾斜した、埋込ファセット１５０等のファセットから反射して下方へ反射される。これらの反対へ傾斜したファセットは、ライトガイド１４２の長手方向へ反復することができる。
【００４３】
図１１は、組み立て可能な各層を示した、本発明の照明式タッチパネル１６０の分解側面図である。タッチセンシティブトランスデューサ層１６１は、ライトガイド１６２の上面１６４上に形成される。光学的に透明な接着剤層１６５と１６６は、キャリアフィルム１６８の両面にコーティングされ、放置される。構造化光抽出層１７０は、適正な形状のツールを使用して、ベースフィルム１７２と光硬化型樹脂から形成された後に硬化して、ベースフィルム１７２の最上部に光硬化型の構造化面１７４を形成する。必要であれば、ベースフィルム１７２の下面に任意の反射防止コーティング（図１１に示されていない）を適用することができる。これは、反射防止コーティングは連続的方法を使用してベースフィルム１７２の裏面に同様に適用できるため、構造化面１７４が連続的方法を使用してベースフィルム１７２上に形成されるときには特に便利である。
【００４４】
プラトー１８０ａと１８０ｂなどの構造化光抽出層１７０のプラトー部分は、層１７０の構造化面１７４を損傷しないよう、また層１７０内の突出部の間のエアスペースに接着剤が入らないよう注意しながら、接着剤層１６６に積層される。接着剤層１６５は、次に、ライトガイド１６２の光出力面１６３に積層できるので便利である。例えば、このアセンブリは、静電膜式タッチセンシティブトランスデューサ（図１１には示されていない）の残りの構成要素と結合して、適切な反射式ライトバルブの上に配置でき、また供給光源と適切な制御装置とを備えたタッチパネル装置を提供することができる。更なる例として、光学的に透明な接着剤層１６５および１６６は、構造化光抽出層１７０のプラトー部分に積層してもよく、またその結果得られるアセンブリは、ライトガイドの光出力面へ後に積層されるよう、そのまま受け入れられる。
【００４５】
必要であれば、偏光子１７６を接着剤層１７８によって反射型ＬＣＤ１８２の上面に積層することにより、さらに完全なアセンブリを作製できる。反射型ＬＣＤ１８２は、光変調ユニット１８４と反射層１８６とを含む。他のさらに完全性を高いアセンブリまたはさらに完全性の低いアセンブリを、当業者であればすぐに思い描くことができるだろう。
【００４６】
図１２は、本発明の他の照明式タッチパネル１９０の分解側面図であり、個々の層を組み立てて、ライトガイド１９２の光出力面１９３に固定することができる状態を示している。タッチセンシティブトランスデューサ層１９１は、ライトガイド１９２の上面１９４上に形成される。光学的に透明な接着剤層１９５は、ライトガイド１９２の光出力面１９３に適用される。構造化光抽出層１９６は、ベースフィルム１９８と光硬化樹脂から適切な形状のツールから形成され、その後硬化されて、ベースフィルム１９８の上に光硬化構造化面２００を形成する。構造化層１９６は、層１９６の構造化面２００を損傷しないよう、かつ層１９６内の各突起間のエアスペースに接着剤が入らないよう注意しながら、接着剤層２０２と偏光子２０４に積層される。必要であれば、ベースフィルム１９８の下面に任意の反射防止コーティング」（図１２には示されていない）を塗布することができる。図１２のアセンブリは、図１１のアセンブリより光路内に層も光学的インタフェースも少ないが、ハンドリング中や積層中にはより大きな注意を必要とする。
【００４７】
ライトガイドには必要なサイズと厚みを与えることができるが、５ｍｍ以下など、できるだけ薄いほうが好ましい。ライトガイドの形状は、意図された表示観察点からみた場合、正方形でも長方形でも、楕円でも、あるいはその他の所望の形状にすることができる。ライトガイドのサイズと形状は通常、所望のディスプレイ装置または所望のタッチパネルのサイズと形状に縛られる。約０．１〜約０．５ｍｍのライトガイドの厚みが好ましく、約１〜約２ｍｍが更に好ましい。
【００４８】
ライトガイドは、高い温度に耐えられる光学的に適切な材料であるのが好ましく、このライトガイドの上にタッチセンシティブ面を作るためのステップが必要である。上記の通り、ライトガイドは略平面的であるのが好ましい。平面的であると、ライトガイドは通常のシートガラスから作製することができる。光入力面とライトガイドの観察面は、それぞれ、全般的に平面であることも、あるいは凹面または凸面にすることも可能である。光源が点光源または線光源であるとき、入力光をより均一に配分するために、光入力面には、凸曲面、小型レンズ、プリズム、粗面、またはその他の特徴群を設けることができる。観察面は、透過損、不要な散乱、および歪みを最小化するため、光学的に滑らかな仕上げを有するのが好ましい。
【００４９】
光抽出層は、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどのポリアクリラート、およびポリスチレンなど、様々な光学的に適切な材料から作製可能であるが、ポリカーボネートなどの高屈折率プラスチックが好ましい。光抽出層は、所望の構造化面の陰レプリカを支える金属またはその他の耐久性のある材料から作製された、旋盤回転工具またはその他の成型表面に対して成形用樹脂を成形、型押し、硬化、またはその他の形成を行うことによって作製される、フレキシブルな構造化フィルムである。このような成形表面を作製する方法、および抽出フィルムを作製、型押し、または硬化する方法は、当業者には馴染みの深いものであろう。
【００５０】
個々の光抽出層設計は、必要であれば、実際の層を作製しなくても、Ｂｒｅａｕｌｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ， Ｉｎｃ．製の「ＡＳＡＰ」、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ製の「Ｃｏｄｅ Ｖ」と「Ｌｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓ」、Ｗｏｌｆｒａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｉｎｃ．製の「Ｏｐｔｉｃａ」、およびＦｏｃｕｓ Ｓｏｆｔｗａｒｅ， Ｉｎｃ．製の「ＺＥＭＡＸ」などの適切なレイトレーシングモデル化ソフトウェアを使用すれば評価できる。
【００５１】
光抽出層内に存在し、（組み立てられたライトガイドと抽出層内に埋め込まれた）ファセットは、通常の観察者に邪魔にならないよう十分小さなものであるのが好ましい。ファセットと、光抽出層のその他の光管理特徴群の構成、形状、および寸法は、抽出効率を最大化し、均一に分散された光出力を所望の視野角で提供するために選択されるのが好ましい。
【００５２】
突出部は、光抽出層の幅全体に延在するのが好ましい。あまり好ましくはないが、突出部は、横列と縦列の整列が可能で、また横列から横列へ千鳥配列可能な、さらに短い、全幅に満たない幅のセグメント形状にすることが可能である。突出部の横列は、光入力面に平行に配置することも、あるいは光入力面に対して一定の角度で配置することもできる。突出部は、光抽出層の全幅に渡って延在し、光入力面に対して略平行であるのが最も好ましい。
【００５３】
図面内に示される発明の様々な実施形態においては、構造化された光抽出層内の個々の突出部は、同一角度の向き、形状、および突出部間寸法を有する状態が示されている。突出部はすべて同一である必要はなく、すべてが同じ角度方向、形状、または寸法を持つ必要はない。製造を容易にするため、一般的には、角度方向と突出部間セグメント距離が等しいライザー、プラトー、およびファセットを持つ突出部を設けた光抽出層を形成することが好ましい。このような突出部間のランドセグメントは、必要であれば、角度方向とセグメント長を互いに類似したものにすることもできる。但し、これらの突出部はライトガイドの光入力面の近くでは、比較的粗いピッチで間隔が取られ（反復間隔）、光入力面から比較的更に細かいピッチで間隔が取られる。片端だけから照光されるライトガイドでは、間隔のこの変化は、光入力面からライトガイド他端の面へ、光抽出層の長手方向にランドセグメントの長さを徐々に減らしていくことによって達成されるのが便利である。好適なピッチは、光入力面での１ｍｍ当たり約０．０６〜約１２個までの突出部、光入力面から離れたところでの、最大の１ｍｍ当たり約２５０〜約１個までの突出部である。
【００５４】
当業者は、モアレまたはその他の干渉縞が様々な方法で防止できることを理解するであろう。例えば、突出部の横列の寸法、角度方向、または間隔は、画素または反射型ライトバルブ内の他の反復要素の寸法、角度方向、または間隔に対して調整して（突出部の横列の方向を画素の列の方向に対して数度斜めにすることなどにより）、ディスプレイの観察面における干渉縞が最小化または排除されるようにできる。
【００５５】
それぞれの光抽出層ライザーセグメントは、凸面または凹面などの形状を必要に応じて使用できるが、できれば平面であるのが好ましい。光抽出層のファセットおよびその他の表面部分は、ライトガイド内部の光の後方散乱により発生する好ましくない視覚的アーティファクトを回避するために、光学的に滑らかなものであるのが好ましい。
【００５６】
光抽出層は、できれば約２０〜約５００マイクロメートル、更にできれば約７５〜約１２５マイクロメートルの厚みを有するのが好ましい。ファセットの高さ（つまり、ランド深さ）としては約５〜約５０マイクロメートルが好ましく、約７〜約２０マイクロメートルが更に好ましい。ファセットが十分な高さを有する限り、選択されたこの抽出層厚みが抽出効率に対して与える影響は比較的小さい。
【００５７】
抽出効率は、ファセット高さが増加するにつれて、ライトガイド厚みが小さくなるにつれて、あるいは投影ピッチが小さくなるにつれて、増加する傾向にある。つまり、抽出効率は、（ファセット高さ）／［（ライトガイド厚み）＊（ピッチ）］に比例する傾向がある。換言すれば、抽出効率は、ファセットの全断面積をライトガイド入力面の全断面積で割った値に比例する傾向がある。
【００５８】
本発明の照明式タッチパネルディスプレイ内の各層の組み立てに使用される接着剤層としては、感圧性接着剤、熱、紫外線、または電子ビームなどのエネルギー源を利用して硬化される接着剤、あるいは受け入れ可能な光学的／機械的特性を有するその他の接着剤を使用することができる。適切な接着剤と結合技術は、当業者には馴染みのあるものであろう。必要であれば、これらの接着剤層の１つ以上は、その組み立て後に、接合対象の表面の片面または両面に接着剤を塗布し、これらの表面を合わせて積層アセンブリを形成し、そして、積層アセンブリの片面または両面から接着剤層を適切な硬化エネルギー（紫外線または電子ビームなど）に当てて硬化を起こすことなどによって、硬化することができる。
【００５９】
ライトガイドと光抽出層との間の接着剤層は、慎重に塗布する必要がある。このような接着剤は、例えば、ライトガイドの光出力面とそれに積層された光抽出層とに使用できる。必要であれば、接着剤は、光抽出層のプラトー部分だけの上にコーティングし、その結果得られた、部分的にコーティングされた表面が、米国特許第５，５４５，２８０号に記載の通り、ライトガイドの光出力面に積層することができる。いずれの場合も、光抽出層の構造化面を損傷しないよう、また突出部間のポケットに接着剤が入らないよう、適切な注意を払う必要がある。
【００６０】
必要であれば、突出部間のポケットは、光抽出層の元の材料よりも屈折率の低い、流動性を有する（またできれば硬化可能な）材料で積層前に埋めることができる。これにより、ライトガイドへの光抽出層の積層が簡単になり、また接着剤がポケットに入ることもない。但し、この流動性を有する材料が空気の屈折率と、光抽出層の材料の屈折率の間の屈折率を有する場合、そのような材料を利用すると、ファセットの反射特性に悪い影響を及ぼし、空気充填ポケットの使用に比較して、全体的な抽出効率を低減する場合がある。
【００６１】
本発明の照明式タッチパネルは、小型バッテリーで駆動する１台以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）で照光された超小型または小型装置の中で特に有用である。適切な装置としては、携帯電話、ポケベル、ＰＤＡ、置き時計、腕時計、計算機、カメラ、ビデオカメラ、ラップトップコンピュータ、車両ディスプレイ、等々が含まれる。このような装置内での反射型ライトバルブは、様々なカラーまたはモノクロ装置を使用して作製することができる。例えば、反射型ライトバルブは、ＣＯＭＰＡＱ ｉＰＡＱ（商標） Ｐｏｃｋｅｔ ＰＣに使用されているような反射型カラーＬＣＤであってもよい。この反射型ライトバルブは、米国特許第６，０６４，７８４号とＰＣＴ公開出願第ＷＯ ００／７５７２０号に記載の装置など、内部全反射の被制御フラストレーション可能な装置や、ポスターまたは記号などの固定グラフィック装置（印刷メニュー）、または「Ｇｙｒｉｃｏｎ」電子表示材料（Ｇｙｒｉｃｏｎ Ｍｅｄｉａ Ｉｎｃ．により開発中）などの可変外観基板であってもよい。本発明の照明式タッチパネルは、３つ以上のＬＥＤなど、複数の光源で照光できる。着色光源の配列（赤色、緑色、青色ＬＥＤのそれぞれの１つ以上など）を使用することができ、配列内の光源は、連続的またはストロブアドレス方式を使用して電子的に通電される。ＬＥＤに加えて、本発明のタッチパネルとディスプレイ用のその他の適切な照明源は、蛍光灯または白熱灯、エレクトロルミネセントランプ等が含まれる。本発明のタッチパネルに特に好適な光源は、２００１年４月６日出願の同時係属出願第０９／８４４，７４５号に記載の線状照明源（ＬＩＮＥＡＲ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＳＯＵＲＣＥ）を使用している。
【００６２】
この発明の様々な修正と変更が、本発明の範囲と精神とから逸脱することなく可能であることは、当業者には明白であろう。この発明は上記に呈示された実施形態例に限定されないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の照明式フロントライト型タッチパネルの側面図である。
【図２】図１のタッチパネルの簡略側面図であり、周囲光線と供給光線の一般的な経路を示している。
【図３】図１と図２のタッチパネルの一部の拡大側面図であり、構造化光抽出層と供給光線の経路を示している。
【図４】プラトー長とランド長の比が低い、本発明の照明式フロントライトタッチパネルの一部の拡大側面図である。
【図５】プラトー長とランド長の比が高い、本発明の照明式フロントライトタッチパネルの一部の拡大側面図である。
【図６】プラトー長とランド長の比と抽出効率の間の関係性を示したグラフである。
【図７】光漏れの源を示す拡大部分側面図である。
【図８】ゴースト源を示す拡大部分側面図である。
【図９】光漏れとゴーストを低減できる抽出構造体を示す拡大部分側面図である。
【図１０】ライトガイドと、光漏れを低減できる抽出構造とを示した拡大部分側面図である。
【図１１】本発明のタッチパネルとライトガイドの分解側面図である。
【図１２】他のタッチパネルの分解側面図と本発明のライトガイドである。

Claims (23)

1. 反射型ライトバルブに使用するフロントライト型タッチパネルであって、自らに光を供給するための少なくとも１つの光入力面と、観察面と、該観察面の反対側の光出力面と、タッチセンシティブトランスデューサの少なくとも１つの構成要素とを有するフロントライトガイドを備え、前記光出力面がその上に光抽出層を有し、該光抽出層は、ほぼ平らな光出口面を有するとともに、前記フロントライトガイドから該光出口面を通して供給光を抽出する複数の沈降型反射ファセットを含む、タッチパネル。
2. 前記フロントライトガイドが前記光入力面の反対側に反射面を有し、前記ファセットのいくつかが傾斜して、前記反射面から反射された供給光がこのような傾斜したファセットによって前記フロントライトガイドから抽出される、請求項１に記載のタッチパネル。
3. 前記フロントライトガイドが平面ガラスシートを含んでなり、前記抽出層が前記フロントライトガイドに面する構造化面と前記フロントライトガイドに面していない平滑面とを含んでなる、請求項１に記載のタッチパネル。
4. 前記抽出層が、前記フロントライトガイドに面する複数の突出部を含む構造化面を有するフィルムを含んでなり、前記ファセットに隣接して前記突出部の間にあるポケットが、前記フィルムの材料よりも低い屈折率を有する媒体を収容する、請求項１に記載のタッチパネル。
5. 前記突出部が略台形形状を有する、請求項４に記載のタッチパネル。
6. 前記突出部が、前記ファセットとライザーとプラトーとを含み、供給光が前記光出力面からプラトーを通過し、次にファセットから前記光出力面を通して反射される、請求項４に記載のタッチパネル。
7. ランド部が前記突起を分離し、前記ポケットが空気を収容する、請求項４に記載のタッチパネル。
8. 全プラトー長と全ランド長との比が１：１より大きい、請求項７に記載のタッチパネル。
9. 前記比が３：１より大きい、請求項８に記載のタッチパネル。
10. 前記突出部は、供給光が前記観察面の全体に均一に配分されるような寸法、ピッチおよび傾斜方向を有する、請求項４に記載のタッチパネル。
11. 前記出口面から反射されてファセットで屈折する供給光が、近くのファセットを通して屈折して前記光抽出層の中へ向けられることによって回収される、請求項４に記載のタッチパネル。
12. 前記突出部が、前記光入力面の近くでは比較的粗いピッチで間隔をあけられ、前記光入力面から離れるに従い比較的細かいピッチで間隔をあけられる、請求項４に記載のタッチパネル。
13. 前記突出部が、モアレ縞が前記観察面上で見えなくなるような寸法、ピッチおよび傾斜方向を有する、請求項４に記載のタッチパネル。
14. ほぼすべてのファセット領域が前記供給光を受けることができる、請求項１に記載のタッチパネル。
15. 前記光出口面上の反射防止コーティングを更に備える、請求項１に記載のタッチパネル。
16. 前記タッチセンシティブトランスデューサが抵抗式タッチパネルを含んでなる、請求項１に記載のタッチパネル。
17. 前記タッチセンシティブトランスデューサが、静電膜タッチパネルと、誘導弾性波タッチパネルと、表面弾性波タッチパネルと、近距離イメージングタッチパネルとのいずれかを含んでなる、請求項１に記載のタッチパネル。
18. 前記フロントライトガイドへの前記構成要素の適用が、前記光抽出層を破壊する温度または処理条件を必要とする、請求項１に記載のタッチパネル。
19. 前記構成要素がインジウムスズ酸化物を含む層を含んでなり、前記光抽出層が構造化面プラスチックフィルムを含んでなる、請求項１７に記載のタッチパネル。
20. 照明式タッチパネルディスプレイであって、
    ａ）少なくとも１つの光源と、
    ｂ）前記光源からの光を導入できる少なくとも１つの光入力面と、観察面と、該観察面の反対側の光出力面と、タッチセンシティブトランスデューサの少なくとも１つの構成部品とを有するフロントライトガイドであって、前記光出力面がその上に光抽出層を有し、該光抽出層は、ほぼ平らな光出口面を有するとともに、該フロントライトガイドから該光出口面を通して供給光を抽出する複数の沈降型反射ファセットを含んでなる、フロントライトガイドと、
    ｃ）前記ガイドからの抽出光を受け取るとともに、前記観察面を通して該抽出光の少なくとも一部を返す反射型ライトバルブと、
    を備える、照明式タッチパネルディスプレイ。
21. 前記抽出層が、前記フロントライトガイドに面する複数の突出部を含む構造化面を有するフィルムを含んでなり、前記ファセットに隣接して前記突出部の間にあるポケットが、前記フィルムの材料より低い屈折率の媒体を収容する、請求項１９に記載のディスプレイ。
22. 前記光出口面上の反射防止コーティングと、該反射防止コーティングと前記ライトバルブとの間のエアギャップとをさらに備える、請求項１９に記載のディスプレイ。
23. 請求項１９に記載のディスプレイを含む携帯電話、ポケットベル、ＰＤＡ、置き時計、腕時計、計算機、ラップトップコンピュータ、または輸送乗物。

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