專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)元件和觸摸傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件。這樣的元件可以同時(shí)充當(dāng)半透反射鏡和觸摸傳感器。 本發(fā)明還涉及一種包括這樣的元件的顯示系統(tǒng)。這樣的顯示器可以用于例如提供深度或變化的深度的印象。這樣的顯示器可以例如應(yīng)用于包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、游戲和電視在內(nèi)的信息顯示應(yīng)用場(chǎng)合以及需要從背景中突出警告或其它消息的應(yīng)用場(chǎng)合。所述光學(xué)元件可以有利地應(yīng)用于需要用戶觸摸輸入的任何這樣的系統(tǒng)，以提供與顯示系統(tǒng)集成的附加觸摸功能。
背景技術(shù)：
在用于需要用戶交互的顯示器的顯示系統(tǒng)中，例如在控制系統(tǒng)、諸如電話和PDA 等移動(dòng)裝置中，加入附加的透明觸摸傳感器是已知的。然而，這樣的裝置通常具有平坦表面并且并不向用戶提供傳感器已被成功觸摸的反饋。還已知的是，存在著能夠通過(guò)同時(shí)在多個(gè)深度平面中產(chǎn)生圖像來(lái)提供增加的真實(shí)感的顯示器。這些顯示器可以通過(guò)在各平面之間移動(dòng)圖像來(lái)提供明顯的觸摸反饋。在多個(gè)圖像平面中生成圖像以及在各平面之間移動(dòng)圖像產(chǎn)生了“深度效果”，如2006年6月7日公開(kāi)的Evans等人的英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第0608360. 4號(hào)中所述。附圖的圖1示出2007年10月31日公開(kāi)的Evans等人的英國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)M37553 中所述的、用不同的圖像深度來(lái)顯示背景和前景圖像的顯示器類(lèi)型?？梢钥闯?，添加到顯示器中的半透反射鏡和其它額外光學(xué)元件的組合產(chǎn)生了兩個(gè)不同的圖像平面。圖2示出這樣的顯示器的一種應(yīng)用，其中按鈕的圖像看起來(lái)向下移動(dòng)到不同的圖像平面中，從而給人以物理按鈕發(fā)生移動(dòng)的印象并因此向用戶觸摸提供反饋。然而，這樣的顯示器將需要在頂部添加附加的觸摸傳感器，從而增加成本和厚度并降低光學(xué)性能。附圖的圖3示出用于在TFT IXD顯示器中提供觸摸功能的、在2008年3月13日公開(kāi)的Hotelling等人的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)2008/62148中公開(kāi)的類(lèi)型的顯示器。盡管它使用現(xiàn)有的導(dǎo)電層來(lái)提供觸摸功能，但是必須添加另一附加導(dǎo)電層。這增加了成本以及LCD控制電子線路的設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。附圖的圖4示出2004年7月20日公開(kāi)的Jeong等人的美國(guó)專(zhuān)利6765629中公開(kāi)的類(lèi)型的顯示器部件。觸摸面板被集成到LCD顯示器的頂部起偏器中。然而，這僅是兩個(gè)功能上分立的部件的機(jī)械集成，并且象這樣并沒(méi)有對(duì)分立觸摸面板提供實(shí)質(zhì)的改進(jìn)。附圖的圖5示出2005年10月20日公開(kāi)的Ming的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)2005/0231487 中公開(kāi)的類(lèi)型的顯示器。其示出與LCD集成的觸摸面板。典型地，LCD將包括兩個(gè)玻璃基板并且觸摸面板也將包括兩個(gè)玻璃基板，從而總共給出四個(gè)基板。該參考文獻(xiàn)描述了通過(guò)使用為兩個(gè)部件所共用的一個(gè)層來(lái)消除一個(gè)基板。然而，與基底顯示器相比，這仍然增大了尺寸和重量。此外，IXD典型地是通過(guò)在單個(gè)大型“母玻璃”基板上形成許多單元，然后將多個(gè)大型基板組裝起來(lái)并最后將組裝起來(lái)的基板切割成分立單元，來(lái)制造的。如果三個(gè)基板同時(shí)以這樣的方式組裝，那么在將其切割成分立單元的過(guò)程中會(huì)有相當(dāng)大的困難，因?yàn)橹醒氲幕宀荒軌蛉菀椎剡M(jìn)行劃線和切割。附圖的圖6示出2008年5月14日公開(kāi)的Smith等人的英國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)2443650中所述的、采用半透反射鏡作為附加部件來(lái)提供添加的功能的顯示器類(lèi)型。在這種情況下，它提供了可在顯示器模式和反射鏡模式之間切換的裝置，其中在顯示器模式中，位于下面的 LCD是可見(jiàn)的，并且在反射鏡模式中，反射環(huán)境光并且該裝置充當(dāng)平面鏡。然而，這樣的裝置不具有任何觸摸功能。附圖的圖7示出2007年7月11日公開(kāi)的Gay等人的英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第0710407. 8 號(hào)中所述的、用于產(chǎn)生具有彎曲外觀的圖像以便例如用于廣告或娛樂(lè)目的的顯示器類(lèi)型。 它在功能上與圖1中所示的顯示器的相似之處在于，圖像平面移動(dòng)到不同的表觀位置，從而產(chǎn)生“深度效果”。然而，在這種情況下，至少一個(gè)半透反射鏡是非平面的(即彎曲的)。 這可以導(dǎo)致圖像平面看起來(lái)是彎曲的，而不會(huì)有制造彎曲的LCD的復(fù)雜性。然而，這樣的裝置既不具有任何觸摸功能，也沒(méi)有描述與形成彎曲觸摸屏有關(guān)的問(wèn)題。對(duì)利用半透反射鏡的各種顯示系統(tǒng)而言，存在著具有觸摸功能從而提供附加可用性的需求。上述方法都未能以集成的方式提供這樣的顯示系統(tǒng)，從而增加了成本、厚度/重量和復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種光學(xué)元件，其具有充當(dāng)半透反射鏡和觸摸傳感器的組合功能。這樣的傳感器將確定貼近的手指或其它指點(diǎn)裝置的空間位置。所述元件可以包括一個(gè)或更多空間圖案化的導(dǎo)電層。導(dǎo)電層可以是金屬的，例如鋁或銀。所述元件的透射率和反射率可以主要由覆蓋有這樣的導(dǎo)電層的表面面積的比例來(lái)確定。所述元件的透射率⑴和反射率(R)可以都處于0. 2-0. 8的范圍內(nèi)，服從下面的等式，其中A是吸收率R+T+A = 1所述導(dǎo)電層可以包括導(dǎo)電區(qū)域和非導(dǎo)電區(qū)域的隨機(jī)圖案。這樣的圖案可以布置成避免任何不希望有的光學(xué)假象(諸如莫爾條紋或衍射效應(yīng))。所述導(dǎo)電層可以包括導(dǎo)電線條和非導(dǎo)電線條的規(guī)則陣列。這樣的陣列可以具有小于1微米的間距。這樣的導(dǎo)電層可以反射偏振軸平行于這樣的陣列的平面偏振光，并且透射與這樣的陣列垂直偏振的光。象這樣，它可以充當(dāng)反射起偏器。這樣的元件因此構(gòu)成組合式反射起偏器和觸摸傳感器。傳感器的整個(gè)區(qū)域可以是電連續(xù)的或者它可以細(xì)分為彼此電絕緣的多個(gè)區(qū)域。這些區(qū)域可以以規(guī)則陣列布置或者可以包括彼此電絕緣的平行平面中的多個(gè)層上的多個(gè)陣列。觸摸感測(cè)可以通過(guò)手指或手的存在，或者通過(guò)與手指/手接觸的材料(諸如手套或記錄筆或者任何類(lèi)似指點(diǎn)裝置)來(lái)促動(dòng)?？梢允褂秒娙莞袦y(cè)方法來(lái)確定指點(diǎn)裝置的位置。這可以包括測(cè)量從手指流到傳感
5器的四個(gè)角中的各個(gè)角的電流來(lái)確定位置的“表面電容”方法。這還可以包括“投射電容”方法，其中監(jiān)測(cè)一系列分立導(dǎo)電元件的電容，該電容將通過(guò)手指的存在而被變更。這樣的方法可能是有利的，因?yàn)樗鼘?duì)貼近敏感而不要求相對(duì)緊密的接觸來(lái)獲得良好的運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢允褂秒娮璺椒?，其中傳感器包括兩個(gè)間隔開(kāi)的導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層通常包括分立導(dǎo)體的陣列。監(jiān)測(cè)電阻的變化以檢測(cè)通過(guò)從指點(diǎn)裝置施加的壓力而變得更靠近的導(dǎo)電層的位置。觸摸傳感器可以提供分立“按鈕”，或者可以提供一維或二維的連續(xù)感測(cè)(“滑塊” 或“觸摸板”)。第三維中的某種感測(cè)(與傳感器平面的距離)也是可能的。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種包括這樣的光學(xué)元件的顯示系統(tǒng)，其中能夠看到多個(gè)圖像平面。因此，與分立部件相比，可以以減小的成本和厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)具有集成的觸摸功能的多深度顯示器。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種包括這樣的光學(xué)元件的顯示系統(tǒng)，其中圖像平面看起來(lái)是非平面的。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種包括這樣的光學(xué)元件的顯示系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)可以可切換地充當(dāng)圖像顯示器或反射鏡。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種包括這樣的光學(xué)元件的反射或透射顯示系統(tǒng)，其中所述顯示器具有集成的觸摸傳感器。提供了一種用于觸摸顯示器的觸摸傳感器，其包括包括至少一個(gè)導(dǎo)電層的光學(xué)元件，所述至少一個(gè)導(dǎo)電層對(duì)于入射光是部分反射并且部分透射的；以及感測(cè)電路，其電連接到所述至少一個(gè)導(dǎo)電層以確定手指、手或其它類(lèi)型的指點(diǎn)裝置相對(duì)于光學(xué)元件的位置。所述至少一個(gè)導(dǎo)電層可以包括導(dǎo)電區(qū)域和非導(dǎo)電區(qū)域的隨機(jī)圖案。所述至少一個(gè)導(dǎo)電層可以包括導(dǎo)電線條和非導(dǎo)電線條的規(guī)則陣列。所述陣列可以具有小于1微米的間距。所述光學(xué)元件可以反射具有與陣列平行的軸的平面偏振光，并且透射與陣列垂直偏振的光。所述至少一個(gè)導(dǎo)電層可以在所述至少一個(gè)導(dǎo)電層的整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)是電連續(xù)的。所述至少一個(gè)導(dǎo)電層可以被細(xì)分為彼此電絕緣的多個(gè)區(qū)域。細(xì)分出的多個(gè)區(qū)域可以以規(guī)則陣列布置或者包括彼此電絕緣的平行平面中的多個(gè)層上的多個(gè)陣列。所述光學(xué)元件可以充當(dāng)反射起偏器。所述至少一個(gè)導(dǎo)電層的透射率和反射率可以各自處于0. 2至0. 8的范圍內(nèi)。所述至少一個(gè)導(dǎo)電層的透射率和反射率可以各自處于0. 4至0. 6的范圍內(nèi)。感測(cè)電路可以配置成通過(guò)測(cè)量關(guān)于導(dǎo)電層上的多個(gè)不同參考位置的電流來(lái)確定手指、手或其它類(lèi)型的指點(diǎn)裝置的位置。感測(cè)電路可以配置成通過(guò)監(jiān)測(cè)所述至少一個(gè)導(dǎo)電層中的多個(gè)彼此電絕緣的區(qū)域中的各個(gè)區(qū)域的電容來(lái)確定手指、手或其它類(lèi)型的指點(diǎn)裝置的位置。所述光學(xué)元件可以包括彼此電絕緣的平行平面中的第一和第二導(dǎo)電層，第一和第二導(dǎo)電層各自被細(xì)分為彼此電絕緣的多個(gè)區(qū)域，并且感測(cè)電路可以配置成通過(guò)監(jiān)測(cè)與彼此電絕緣的多個(gè)區(qū)域中的各個(gè)區(qū)域相關(guān)的至少電容或電阻來(lái)確定手指、手或其它類(lèi)型的指點(diǎn)裝置的位置。提供了一種觸摸顯示系統(tǒng)，其包括用于提供圖像的圖像裝置和如上所述的觸摸傳感器。所述光學(xué)元件可以可操作地生成多個(gè)圖像平面。所述光學(xué)元件可以可操作地生成彎曲的圖像平面。所述至少一個(gè)導(dǎo)電層可以包括空間圖案化的金屬層。所述至少一個(gè)導(dǎo)電層包括透射率和反射率各自處于0. 4至0. 6的范圍內(nèi)的金屬層。為了實(shí)現(xiàn)上述及相關(guān)目的，本發(fā)明于是包括下文中充分描述以及權(quán)利要求中特別指出的特征。以下說(shuō)明和附圖詳細(xì)闡述了本發(fā)明的某些說(shuō)明性實(shí)施例。然而，這些實(shí)施例僅表現(xiàn)出可以采用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的以下詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將變得明了。


將參考附圖，通過(guò)舉例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，在附圖中圖1是示出常規(guī)的多圖像深度顯示器的實(shí)例的橫截面簡(jiǎn)圖；圖2是示出圖1中所示的類(lèi)型的多圖像深度顯示器的應(yīng)用的實(shí)例的圖示。圖3是示出包含觸摸傳感器的常規(guī)顯示器的實(shí)例的橫截面簡(jiǎn)圖。圖4是示出包含觸摸傳感器的常規(guī)顯示器的實(shí)例的橫截面簡(jiǎn)圖。圖5是示出包含觸摸傳感器的常規(guī)顯示器的實(shí)例的橫截面簡(jiǎn)圖。圖6是示出具有可切換的反射鏡功能的常規(guī)顯示器的實(shí)例的橫截面簡(jiǎn)圖。圖7是示出產(chǎn)生彎曲外觀的圖像的常規(guī)顯示器的實(shí)例的橫截面簡(jiǎn)圖。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的元件的圖。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的元件的圖。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的元件的圖。圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的用于觸摸感測(cè)的元件的可能布置的圖。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的用于觸摸感測(cè)的元件的可能布置的圖。圖13是示出與根據(jù)本發(fā)明的元件相關(guān)的觸摸測(cè)量方法的圖。圖14是示出與根據(jù)本發(fā)明的元件相關(guān)的觸摸測(cè)量方法的圖。圖15是示出使用根據(jù)本發(fā)明的元件的電阻觸摸傳感器的實(shí)例的橫截面簡(jiǎn)圖。圖16是示出使用根據(jù)本發(fā)明的元件的多圖像深度顯示器的實(shí)例的橫截面簡(jiǎn)圖。圖17是示出使用根據(jù)本發(fā)明的元件的多圖像深度顯示器的實(shí)例的橫截面簡(jiǎn)圖。圖18是示出使用根據(jù)本發(fā)明的元件的顯示器的實(shí)例的橫截面簡(jiǎn)圖；并且圖19是示出使用根據(jù)本發(fā)明的元件的顯示器的實(shí)例的橫截面簡(jiǎn)圖。在所有附圖中，同樣的附圖標(biāo)記始終指代同樣的部分。
具體實(shí)施方式
圖8示出代表本發(fā)明的最簡(jiǎn)單的第一實(shí)施例的元件1。元件1包括形成在透明基板(諸如玻璃或塑料基板)上的導(dǎo)電層2。這樣的導(dǎo)電層2可以由任何適合的導(dǎo)電材料(例如鋁或銀等金屬材料)使用常規(guī)技術(shù)來(lái)形成。材料典型地并不覆蓋基板的整個(gè)表面，即導(dǎo)電層不是連續(xù)的而是圖案化為多個(gè)區(qū)域。這些用金屬覆蓋的區(qū)域?qū)⒒旧戏瓷涔猓鴽](méi)有覆蓋金屬的區(qū)域?qū)⒒旧贤干涔?。象這樣，在整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行平均，該元件整體將構(gòu)成對(duì)光的半透反射鏡。(以虛線示出的)導(dǎo)電層2的擴(kuò)展視圖示出了沒(méi)有導(dǎo)體的區(qū)域4和存在導(dǎo)體的區(qū)域5。在該實(shí)例中，沒(méi)有導(dǎo)體的區(qū)域4采取邊長(zhǎng)為30微米的隨機(jī)分布的矩形的形式。該圖案對(duì)于避免顯示系統(tǒng)中由于過(guò)度規(guī)則的結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)的相當(dāng)大的衍射效應(yīng)和任何莫爾干涉效應(yīng)而言是有用的。然而，應(yīng)該理解的是，盡管導(dǎo)電材料應(yīng)該是電連續(xù)的，但是本發(fā)明并不限于任何特定的圖案。這樣的導(dǎo)電層2可以例如通過(guò)以下方式來(lái)形成通過(guò)真空濺射在基板上沉積鋁； 用光致抗蝕劑涂刷該導(dǎo)電層；通過(guò)適合的掩模對(duì)抗蝕劑進(jìn)行紫外線曝光；使抗蝕劑顯影； 用適合的酸性蝕刻劑對(duì)被曝光的金屬進(jìn)行蝕刻；去除剩余的抗蝕劑。這樣的方法和許多其它圖案化技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的。進(jìn)一步涂刷保護(hù)材料(未示出)對(duì)于限制使反射率降低的氧化是有用的。元件1在其四個(gè)拐角還包括電連接元件6以便提供觸摸感測(cè)。這樣的元件1可以與已知的觸摸電容測(cè)量技術(shù)組合以充當(dāng)觸摸傳感器。這樣的測(cè)量技術(shù)的實(shí)例是如圖13中所示并且如下所述的被稱(chēng)為“表面電容”的方法。因此，光學(xué)元件1具有充當(dāng)觸摸傳感器和半透反射鏡的組合功能。元件1的透射率⑴和反射率(R)可以主要由覆蓋有反射導(dǎo)電材料(區(qū)域5)的導(dǎo)電層2的表面面積的比例來(lái)決定。如果覆蓋有反射導(dǎo)電材料的面積的比例是X并且導(dǎo)電材料的反射率是r，那么(忽略基板中的反射/吸收損耗)R = r · XT=I-X對(duì)于鋁，可以得到> 0. 9的反射率r，并且對(duì)于銀，可以得到> 0. 95的反射率r。對(duì)于元件1，R和T可以都典型地處于0.2-0. 8的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選地處于 0. 4-0. 6的范圍內(nèi)。然而，對(duì)于許多普通應(yīng)用場(chǎng)合，接近0. 5的值是最有用的。圖9示出了代表本發(fā)明的第二實(shí)施例的元件7。該實(shí)施例與圖8中的實(shí)施例的不同之處在于，導(dǎo)電層2在位于下面的基板上被分成彼此電絕緣的分立區(qū)域(例如區(qū)域9和 11)。分立區(qū)域9、11等中的各個(gè)分立區(qū)域?qū)⒏髯苑謩e具有它們自身的電連接元件13、15等。 每個(gè)分立區(qū)域內(nèi)的子圖案化(例如，如擴(kuò)展視圖所表示的那樣)可以具有帶有區(qū)域4、5的圖8的實(shí)施例的隨機(jī)矩形的形式或者如前所述的任何其它形式。分立區(qū)域9、11等的這樣的布置可以有利地與代用觸摸感測(cè)方法(諸如圖14中所示并且如下所述的“投射電容”方法)一起使用。這樣的方法可能是有利的，因?yàn)樗鼘?duì)貼近敏感而不要求相對(duì)緊密的接觸來(lái)獲得良好的運(yùn)轉(zhuǎn)。圖10示出了代表本發(fā)明的第三實(shí)施例的元件17。該實(shí)施例與圖8中的實(shí)施例的不同之處在于，代用的精細(xì)圖案化被用于導(dǎo)電層2。在這種情況下，這樣的圖案化包括由 (代表反射區(qū)域19的)精細(xì)的導(dǎo)電線條構(gòu)成的規(guī)則陣列，在這些精細(xì)的導(dǎo)電線條之間具有(代表光學(xué)透光區(qū)域21的)非導(dǎo)電間隙。形成區(qū)域19的導(dǎo)電材料應(yīng)該是電連續(xù)的，例如使用沿著元件17的邊緣(例如沿著陣列的上邊緣和下邊緣)的導(dǎo)電跡線。由精細(xì)的導(dǎo)電線條構(gòu)成的這樣的陣列的間距將典型地小于1微米并且更典型地具有IOOnm的數(shù)量級(jí)，因?yàn)樵撽嚵械拈g距應(yīng)該典型地具有可見(jiàn)光波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)或者更小。這樣的陣列將具有這樣的特性反射偏振軸與該陣列平行的平面偏振光，并且透射與該陣列垂直偏振的光。象這樣，該陣列構(gòu)成“線柵”起偏器并且可以充當(dāng)本領(lǐng)域已知的反射起偏器。用于形成這樣的小尺寸結(jié)構(gòu)的技術(shù)(諸如激光干涉法)在本領(lǐng)域也是公知的。這樣的元件17因此構(gòu)成組合式反射起偏器和觸摸傳感器。應(yīng)該理解的是，這樣的圖案可以通過(guò)如前面在圖9的實(shí)施例中所述的那樣宏觀圖案化為彼此絕緣的分立區(qū)域，來(lái)同樣地實(shí)現(xiàn)。以這種方式，導(dǎo)電層2可以由彼此電絕緣的微柵的陣列構(gòu)成，每個(gè)微柵具有由精細(xì)的導(dǎo)電線條19構(gòu)成的陣列，在這些精細(xì)的導(dǎo)電線條19 之間具有非導(dǎo)電間隙21。圖11示出了如圖9的擴(kuò)展實(shí)施例中的元件7內(nèi)的分立區(qū)域的可能配置以便提供觸摸傳感器。大量分立觸摸區(qū)域(例如區(qū)域9、11)用方塊表示，其中附接的線(例如分別為13、1幻示出電連接元件，這些電連接元件通向周邊以便連接到測(cè)量設(shè)備?？拷撽嚵械氖种笇⒃诳拷膮^(qū)域上登記最強(qiáng)的信號(hào)。各個(gè)附接的線的信號(hào)強(qiáng)度的相互比較可以允許將位置內(nèi)插到比陣列的間距更精細(xì)的精度。因此，這樣的陣列可以用于允許沿χ和y方向確定觸摸的位置。這在用作用于顯示應(yīng)用場(chǎng)合的2維觸摸屏?xí)r會(huì)是有用的。圖12示出了元件內(nèi)的分立區(qū)域(例如區(qū)域25、27等)的另一可能配置，以便提供觸摸傳感器。這與圖11的實(shí)施例的不同之處在于，分立區(qū)域25、27等分別被形成為彼此電絕緣的平行平面中的行和列，例如在兩個(gè)分立光學(xué)透光基板上(或者在一個(gè)基板的相反兩面上)。用于在y方向上感測(cè)的、采取區(qū)域25的形式的一組導(dǎo)體形成在第一基板上，而用于在χ方向上感測(cè)的第二組區(qū)域27形成在安裝于第一基板下方的第二基板上。這樣的布置與圖11中所示的布置相比可以具有連接線路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，并且因此可以允許分立區(qū)域的更大密度以及由此產(chǎn)生的更高的位置精度。同樣，區(qū)域25、27等可以各自包括具有以下圖案的導(dǎo)電層2 如圖8和9中的區(qū)域4、5的圖案；如圖10中的區(qū)域19、21的圖案；或者導(dǎo)電且光學(xué)反射區(qū)域和光學(xué)透光區(qū)域的任何其它適合的組合。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的觸摸傳感器30的實(shí)例。該實(shí)例利用圖8中所示的類(lèi)型的光學(xué)元件1和通常稱(chēng)為“表面電容”的測(cè)量技術(shù)。光學(xué)元件1包括在各拐角處與電連接元件6電連續(xù)的導(dǎo)電層2。為了清楚起見(jiàn)，僅示出一個(gè)這樣的連接元件6。該方法采用向每個(gè)拐角提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的交流源31。當(dāng)手指觸摸或者與導(dǎo)電層2緊密接觸時(shí)，形成允許交流電流流到地的電容。手指和元件1的每個(gè)拐角之間的路徑的電阻將與離該拐角的距離成比例，因此通常來(lái)自各個(gè)拐角的各電阻值32、34將會(huì)不同。從每個(gè)拐角抽出的電流將與所述電阻成比例并且這可以通過(guò)放大器36放大并通過(guò)相關(guān)的控制器 38測(cè)量。使用四個(gè)電流測(cè)量的相對(duì)值來(lái)確定手指位置。當(dāng)手指可以與導(dǎo)電層2緊密接觸時(shí)，這樣的技術(shù)是最適合的。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的觸摸傳感器40的另一實(shí)例。該實(shí)例把通常被稱(chēng)為“投射電容”的已知測(cè)量技術(shù)的基本電配置與圖9和11中所示的類(lèi)型的、導(dǎo)體被細(xì)分為彼此電絕緣的區(qū)域的元件7組合起來(lái)。為了清楚起見(jiàn)，僅示出一個(gè)這樣的區(qū)域11，因此應(yīng)該理解的是，多個(gè)這樣的區(qū)域可以存在并且各自獨(dú)立地感測(cè)觸摸。交流源42被用于對(duì)參考電容器(C,ef)44充電。導(dǎo)體區(qū)域11充當(dāng)觸摸板并且與地之間形成由Ct。u。h 46表示的一定電容。如果停止經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電壓(VtoiJ對(duì)參考電容器Cref 44進(jìn)行的充電，那么可以在該參考電容器通過(guò)Ct。u。h 46放電時(shí)監(jiān)測(cè)該參考電容器上的電壓 (V_sured)。所述電容Ct。u。h的值將確定放電速率。觸摸電容器Ct。u。h和參考電容器(；社充當(dāng)分壓器并且所測(cè)得的電壓Vmeasured由以下等式給出Vmeasured Vdrive Cref/ (。ref+Ctouch)所測(cè)得的電壓由此代表觸摸電容。通過(guò)監(jiān)測(cè)該電壓，可以監(jiān)測(cè)該電容。如果使手指靠近觸摸板，Ctouch 46的值將增大并且這可以通過(guò)所測(cè)得的電壓的減小來(lái)檢測(cè)。用于測(cè)量由于手指的存在而產(chǎn)生的電容變化的其它方法對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的。這可以包括用于提高精度和靈敏度的技術(shù)以及用于減少噪聲的技術(shù)。這樣的技術(shù)具有這樣的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)手指接近但是沒(méi)有觸摸傳感器時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度隨著手指接近傳感器而增大，使得可以檢測(cè)到手指。在各部件的物理布置限制了直接觸摸傳感器的能力的系統(tǒng)中，例如在傳感器不位于裝置的表面或者并不非?？拷b置的表面的系統(tǒng)中，這會(huì)是特別有用的。圖1 和1 表示根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的觸摸傳感器48。觸摸傳感器48與前面描述的觸摸傳感器的實(shí)施例的不同之處在于，光學(xué)元件的導(dǎo)體被布置成提供電阻觸摸傳感器。光學(xué)元件包括多個(gè)光學(xué)透光基板50，這些基板中的至少上面的一個(gè)基板可通過(guò)觸摸發(fā)生變形。圖案化的導(dǎo)體25和27形成在每個(gè)基板50的相反兩面上。它們可以典型地具有與圖12中所示的圖案類(lèi)似的圖案以給出由兩個(gè)方向的交叉點(diǎn)構(gòu)成的陣列，并且被子圖案化以給出如前面的實(shí)施例中描述的半透反射鏡。在頂部基板上的每個(gè)導(dǎo)體和下部基板上的每個(gè)導(dǎo)體之間測(cè)量電阻。當(dāng)上部基板由于手指或其它指點(diǎn)裝置的存在而變形時(shí)，該位置處的上部導(dǎo)體變得更靠近下部導(dǎo)體并且它們之間的電阻將減小。如果監(jiān)測(cè)所有這些電阻， 那么可以推斷出手指的位置。圖16示出了包含根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的觸摸傳感器的顯示系統(tǒng)56。該顯示系統(tǒng)56是包含如本發(fā)明的任何前述實(shí)施例中所述的光學(xué)元件的、如圖1中所示的已知類(lèi)型的多圖像深度顯示器的實(shí)例。系統(tǒng)56按次序包括吸收起偏器58、反射起偏器60、四分之一波長(zhǎng)板62、半透反射鏡64、四分之一波長(zhǎng)板66、電極68、液晶單元70、出射起偏器72、圖像顯示裝置(諸如用于形成圖像的IXD 74)和入射起偏器76。除了如這里所述的光學(xué)元件的使用以外，系統(tǒng)56 的特定操作是已知的，并且因此為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)將不在這里詳細(xì)描述。系統(tǒng)56被布置成在兩個(gè)不同深度的平面中提供來(lái)自LCD 74的兩個(gè)不同的圖像。 典型地，反射起偏器60可以由本領(lǐng)域公知的被稱(chēng)為DBEF的多層聚合物堆疊構(gòu)成。半透反射鏡64通常是涂敷在玻璃或塑料上的多層薄膜?？梢哉{(diào)節(jié)該薄膜的特性以提供所需的透射和反射特性。然而，這些部件都相對(duì)昂貴。在本實(shí)施例中，作為替代，通過(guò)使用圖案化的導(dǎo)體層來(lái)形成反射起偏器60。該圖案化被布置成采取上面關(guān)于圖10中的光學(xué)元件17所述的“線柵”陣列的形式，并且象這樣將充當(dāng)反射起偏器。圖10中表示的光學(xué)元件可以布置成提供如上所述的起偏反射功能和觸摸感測(cè)功能。因此，與分立部件相比，可以以減小的成本和厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)具有集成的觸摸功能的多深度顯示器?？梢允褂萌魏吻懊婷枋龅挠糜诖_定觸摸的測(cè)量技術(shù)，包括表面電容、投射電容和電阻方法。圖17示出了包含根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的光學(xué)元件和觸摸傳感器的顯示系統(tǒng) 80。顯示系統(tǒng)80與圖16中所示的顯示系統(tǒng)的不同之處在于，反射起偏器60可以通過(guò)諸如 DBEF等任何典型的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，在這種情況下，使用半透反射鏡64的標(biāo)記為65的代用形式。在這種情況下，使用例如圖9中的光學(xué)元件7的形式的圖案化導(dǎo)體來(lái)提供部分反射和透射。因此，半透反射鏡65也可以用于充當(dāng)根據(jù)任何前述方法的觸摸傳感器(例如充當(dāng)圖14中所示的觸摸傳感器40)。因此，系統(tǒng)80提供了與分立部件相比以減小的成本和厚度實(shí)現(xiàn)具有集成的觸摸功能的多深度顯示器的另一方法。由于半透反射鏡65需要位于系統(tǒng)80頂部下方的一定距離處(以便提供深度效果)，因此使用“投射電容”方法(例如，如圖14中所示)來(lái)實(shí)現(xiàn)觸摸感測(cè)可能是有利的，因?yàn)檫@不需要手指非常貼近。在提供對(duì)來(lái)自LCD 34的噪聲的屏蔽方面，在LC單元70中存在有ITO電極可能也是有益的。本發(fā)明的第七實(shí)施例包括如圖7中所示的具有彎曲圖像平面的已知彎曲外觀顯示器的變型。該顯示系統(tǒng)以與前兩個(gè)實(shí)施例中所述的方式相似的方式使用半透反射鏡和反射起偏器。反射起偏器可以以與圖16的實(shí)施例相似的方式，由圖案化從而形成線柵起偏器 (例如，如圖10中的光學(xué)元件17)的導(dǎo)體來(lái)替代?？蛇x地，半透反射鏡可以以與圖17的實(shí)施例相似的方式，由圖案化導(dǎo)體替代來(lái)提供部分反射和透射(例如，如圖9中的光學(xué)元件7)。因此，與分立部件相比，可以以減小的成本和厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)具有集成的觸摸功能的彎曲外觀顯示器。本發(fā)明的第八實(shí)施例包括圖6中所示的已知的可切換反射鏡顯示器的變型。該系統(tǒng)使用典型地通過(guò)使用DBEF而實(shí)現(xiàn)的反射起偏器。然而，在本發(fā)明的該實(shí)施例中，作為替代，通過(guò)使用(例如如圖10中的)圖案化導(dǎo)體層來(lái)形成反射起偏器。該圖案化被布置成采取如上所述的“線柵”陣列的形式，并且象這樣將充當(dāng)反射起偏器。導(dǎo)體也可以布置成提供觸摸感測(cè)功能，如前面的實(shí)施例中所述的那樣。因此，與分立部件相比，可以以減小的成本和厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)具有集成的觸摸功能的可切換反射鏡顯示器。圖18示出了構(gòu)成本發(fā)明的第九實(shí)施例的顯示系統(tǒng)90。其表示包括基板92、液晶 94以及起偏器96和98的標(biāo)準(zhǔn)LCD。典型地，起偏器將由包含碘等二色性染料的拉伸聚合物形成。在該實(shí)施例中，起偏器96和98中的任何一個(gè)可以由圖10中所示的充當(dāng)反射起偏器和觸摸傳感器的元件17替代。象這樣，該系統(tǒng)90構(gòu)成具有集成的觸摸傳感器的顯示器。 布置這樣的元件以形成下部起偏器98可能是特別有利的。在環(huán)境光照條件下，該系統(tǒng)將自然地充當(dāng)具有集成的觸摸傳感器的反射顯示器，而無(wú)需另外的反射鏡。在由顯示器后面的背光源提供照明的情況下，不正確的偏振光將被反射回到背光源并被重新利用，從而提高光效率。因此，與附加的觸摸傳感器相比，可以以減小的成本和厚度來(lái)提供具有集成的觸摸傳感器的顯示器。圖19示出了構(gòu)成本發(fā)明的第九實(shí)施例的顯示系統(tǒng)100。該實(shí)施例與圖18中的實(shí)施例的不同之處在于，一個(gè)或多個(gè)反射起偏器96和98形成在基板的內(nèi)表面中。這在簡(jiǎn)化制造處理方面可能是有利的。此外，在下部起偏器98由諸如圖10中所示的觸摸傳感器元件形成的情況下，所得到的反射顯示器可以減少圖像的視差假象。在所有上述實(shí)施例中，導(dǎo)電層2已經(jīng)被空間圖案化以便依靠由導(dǎo)體覆蓋的面積的比例來(lái)提供部分反射和部分透射。通過(guò)空間圖案化，其意思是指有些區(qū)域是完全反射的并且有些區(qū)域是完全透射的，導(dǎo)致平均下來(lái)在裝置的整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)是部分反射和部分透射。導(dǎo)電層2的厚度是基本上反射所有光的厚度?？蛇x地，可以使用非常薄的導(dǎo)電層2來(lái)覆蓋整個(gè)基板。例如，厚度近似為5nm的鋁層將透射 50%的光并反射 50%的光。例如， 導(dǎo)電層2可以如在圖8和13的實(shí)施例中那樣在位于下面的基板的整個(gè)范圍內(nèi)是均勻的，或者如在圖9和14的實(shí)施例中那樣被分割為彼此電絕緣的多個(gè)區(qū)域。盡管已經(jīng)針對(duì)某些優(yōu)選實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但明顯的是，在閱讀并理解本說(shuō)明書(shū)之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)想到一些等效形式和改型。例如，盡管如上所述的光學(xué)元件包括反射性的導(dǎo)電區(qū)域和透光的非導(dǎo)電區(qū)域，但是也可以使用其它實(shí)施例。在另一實(shí)施例中，導(dǎo)電區(qū)域可以是透光的(例如，通過(guò)使用銦錫氧化物(ΙΤ0))，并且非導(dǎo)電區(qū)域可以是反射性的(例如通過(guò)使用非導(dǎo)電反射材料、經(jīng)由絕緣層電絕緣的導(dǎo)電材料等)。本發(fā)明包括所有這樣的等效形式和改型，并且僅由下面的權(quán)利要求的范圍來(lái)限定。工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件和觸摸傳感器為例如汽車(chē)儀表顯示器、游戲顯示器和娛樂(lè)顯示器中使用的顯示系統(tǒng)提供了增強(qiáng)的真實(shí)感。
1權(quán)利要求
1.一種用于觸摸顯示器的觸摸傳感器，包括包括至少一個(gè)導(dǎo)電層的光學(xué)元件，所述至少一個(gè)導(dǎo)電層對(duì)于入射光是部分反射并且部分透射的；和感測(cè)電路，其電連接到所述至少一個(gè)導(dǎo)電層以確定手指、手或其它類(lèi)型的指點(diǎn)裝置相對(duì)于所述光學(xué)元件的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中，所述至少一個(gè)導(dǎo)電層包括導(dǎo)電區(qū)域和非導(dǎo)電區(qū)域的隨機(jī)圖案。
3.如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中，所述至少一個(gè)導(dǎo)電層包括導(dǎo)電線條和非導(dǎo)電線條的規(guī)則陣列。
4.如權(quán)利要求3所述的觸摸傳感器，其中，所述陣列具有小于1微米的間距。
5.如權(quán)利要求3和4中的任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其中，所述光學(xué)元件反射具有與所述陣列平行的軸的平面偏振光，并且透射與所述陣列垂直偏振的光。
6.如權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其中，所述至少一個(gè)導(dǎo)電層在所述至少一個(gè)導(dǎo)電層的整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)是電連續(xù)的。
7.如權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其中，所述至少一個(gè)導(dǎo)電層被細(xì)分為彼此電絕緣的多個(gè)區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7所述的觸摸傳感器，其中，細(xì)分出的多個(gè)區(qū)域以規(guī)則陣列布置或者包括彼此電絕緣的平行平面中的多個(gè)層上的多個(gè)陣列。
9.如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中，所述光學(xué)元件充當(dāng)反射起偏器。
10.如權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其中，所述至少一個(gè)導(dǎo)電層的透射率和反射率各自處于0.2至0.8的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其中，所述至少一個(gè)導(dǎo)電層的透射率和反射率各自處于0.4至0.6的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中，所述感測(cè)電路配置成通過(guò)測(cè)量關(guān)于所述導(dǎo)電層上的多個(gè)不同參考位置的電流來(lái)確定手指、手或其它類(lèi)型的指點(diǎn)裝置的位置。
13.如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中，所述感測(cè)電路配置成通過(guò)監(jiān)測(cè)所述至少一個(gè)導(dǎo)電層中的多個(gè)彼此電絕緣的區(qū)域中的各個(gè)區(qū)域的電容來(lái)確定手指、手或其它類(lèi)型的指點(diǎn)裝置的位置。
14.如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中，所述光學(xué)元件包括彼此電絕緣的平行平面中的第一和第二導(dǎo)電層，所述第一和第二導(dǎo)電層各自被細(xì)分為彼此電絕緣的多個(gè)區(qū)域，并且所述感測(cè)電路配置成通過(guò)監(jiān)測(cè)與彼此電絕緣的多個(gè)區(qū)域中的各個(gè)區(qū)域相關(guān)的至少電容或電阻來(lái)確定手指、手或其它類(lèi)型的指點(diǎn)裝置的位置。
15.一種觸摸顯示系統(tǒng)，包括 用于提供圖像的圖像裝置；和如權(quán)利要求1-14中的任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其可操作地與所述圖像裝置組合在一起。
16.如權(quán)利要求15所述的觸摸顯示系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件可操作地生成多個(gè)圖像平面。
17.如權(quán)利要求15所述的觸摸顯示系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件可操作地生成彎曲的圖像平面。
18.如權(quán)利要求15所述的觸摸顯示系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件可操作地產(chǎn)生深度效果。
19.如權(quán)利要求1-14中的任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其中，所述至少一個(gè)導(dǎo)電層包括空間圖案化的金屬層。
20.如權(quán)利要求1-14中的任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其中，所述至少一個(gè)導(dǎo)電層包括透射率和反射率各自處于0. 4至0. 6的范圍內(nèi)的金屬層。
21.一種用于產(chǎn)生具有彎曲外觀的圖像的顯示器，包括半透反射鏡；和如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中，所述光學(xué)元件被圖案化以形成線柵起偏器并且充當(dāng)非平面反射起偏器。
22.一種用于產(chǎn)生具有彎曲外觀的圖像的顯示器，包括非平面反射起偏器；和如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中，所述光學(xué)元件被圖案化以提供部分反射和透射并且充當(dāng)半透反射鏡。
23.一種液晶顯示器，包括布置在第一基板的內(nèi)表面和第二基板的內(nèi)表面之間的液晶層；和如權(quán)利要求1-14中的任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其中，所述光學(xué)元件充當(dāng)反射起偏器。
24.如權(quán)利要求22所述的液晶顯示器，其中，所述光學(xué)元件被形成在所述第一基板層和所述第二基板層中的任何一個(gè)的內(nèi)表面中。
25.如權(quán)利要求22所述的液晶顯示器，其中，所述光學(xué)元件被形成在所述第一基板層和所述第二基板層中的任何一個(gè)的外表面中。
全文摘要
提供了一種用于觸摸顯示器的觸摸傳感器，其包括包括至少一個(gè)導(dǎo)電層的光學(xué)元件，所述至少一個(gè)導(dǎo)電層對(duì)于入射光是部分反射并且部分透射的；以及感測(cè)電路，其電連接到所述至少一個(gè)導(dǎo)電層以確定手指、手或其它類(lèi)型的指點(diǎn)裝置相對(duì)于光學(xué)元件的位置。
文檔編號(hào)G06F3/041GK102209947SQ20098014504
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者A·M·S·雅各布斯, H·G·沃爾頓 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社