触摸式面板装置 【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接触的位置，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地情况下都能够使用。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中的该发射单元和该接收元件之间传播，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：一细长的发光光源52a；和一平面导光板52b，其将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)，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发出的光线被导入平面导光板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，既而削弱了可见性。
上面提到的问题同样发生在使用电阻膜(resistance film)的触摸式面板装置中。
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面，一种触摸式面板装置，其包括：一个触摸板，用于检测触摸位置；和一个照明装置，包括光源、光导件和光导光发件，光源中的光线入射到该光导件，该光导光发件引导穿过该光导件传播的光线而将其从其表面发射出去，其中，来自所述光导光发件中的将要被导向外部的光线是从与检测触摸位置的一侧相对的另一侧发射出去的。
在触摸式面板装置的第一方面中，从该光源入射到该光导件的光线通过与触摸式面板装置的触摸位置检测表面相对的一个表面(光导光发件)导向外部(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。
根据触摸式面板装置的第二方面，所述光导光发件是形成在所述光导件上与检测触摸位置的表面相对的表面上的阶梯状结构。因此，光线可确保照亮该反射式液晶显示器。该阶梯状结构的形成方向最好是相对于所述光导件的表面的法线方向呈一不小于32.5°的角度。在该角度范围内，即使当反射光线射到检测触摸位置的侧面，它也是位于可视区域之外，实际上并不会引起问题。
根据触摸式面板装置的第三方面，所述光导光发件是形成在所述光导件上的多个凸起。所述凸起的光学折射率不小于所述光导件的光学折射率。通过在光导件上提供光学折射率不小于所述光导件的光学折射率的部位(凸起)，使在光导件中传播光线的全反射条件不满足，从而光线从光导件表面发射到外部。因此，光线确实照亮了该反射式液晶显示器。
触摸式面板装置的第四方面配置为所述光导光发件是形成在所述光导件的与检测触摸位置表面相对的表面上的多个槽。通过在导光板的表面上形成槽，在导光板中传播的光线被槽反射并发射到外部，因此，光线确实照亮了该反射式液晶显示器。该槽的形成方向相对于所述光导件的一个表面的法线方向最好呈一35°到55°的角度。在该角度范围内，被槽反射的光线实际上垂直于该导光板的表面发射出去，因此光线有效地照亮了反射式液晶显示器。
根据触摸式面板装置的第五方面，所述光导光发件是形成在所述光导件的与检测触摸位置的一侧相对的表面上的多个棱镜。通过在导光板上提供多个棱镜，在导光板中传播的光线通过该棱镜发射到外部，因此，光线确保照亮了反射式液晶显示器。
根据触摸式面板装置的第六方面，超声波在其中传播的基板和照明装置的光导件通过粘结剂结合在一起。因此，光学分界面导致的反射光线在数量上较现有技术为少，从而由于反射光线造成的亮度的降低得到减小，可见性得到提高。而且，由于触摸板的基板和前光源的基板(光导光发件)是分开制造然后结合在一起的，所以制造过程较简单。
根据触摸式面板装置的第七方面，触摸板和照明装置的光导件通过一粘结剂结合在一起，该粘结剂的折射率小于该触摸板和该光导件的折射率。因此，阻止了光线传播到触摸面板。
根据触摸式面板装置的第八方面，其中，超声波在一个基板中传播，感知因物体触摸所述基板引起的超声波传播状态的变化，以检测物体触摸的位置，其中，基板是光学透明的，该装置包含有：一光源，用于发出入射到所述基板中的光线；一光导光发件，用于导引来自所述光源，并入射到所述基板中的光线，从而将光线发射到外部。该单一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发射到外部的功能。即，既用于触摸板的基板，也可用于前光源的基板。因此，与现有技术相比光学分界面的数量减少了一半，从而，由反射光引起的亮度的降低也减少了一半，可见性得到提高。
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
图8A为触摸式面板装置的第四实施例的配置的截面图
图8B为对应于图8A的标记为800的局部放大图
图9为触摸式面板装置的第五实施例的配置的截面图
图10为触摸式面板装置的第六实施例的配置的截面图
【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接触时，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处理时在会从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(从前表面起角度501为±40°或更多)外面的情况下，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。
接下来描述其他实施例(第二到第四实施例)，在这些实施例中通过基板1传播的光线能够被确保被导引到反射式液晶显示器3上。
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)的多个位置的每一个位置上均设置有一个高光学折射率部4，其由与玻璃制成的基板1的光学折射率大致相同的光学透明树脂制成。该高光学折射率部4可以通过印制的方法，附着一个高光学折射率的树脂材料到基板1上而形成。
在第二实施例中，由于设置了高光学折射率部4，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6A的标记600的局部放大部分图6B的细实箭头线所示，以全反射角进入基板1背面的光线向前进入该光学上透明的高光学折射率部4，然后从该高光学折射率部4朝该液晶显示器3射出。
在该高光学折射率部4是由恒定的树脂形成的情况下，该高光学折射率部4离光源2越远，其面积可做得较大，或者，在该高光学折射率部4的面积恒定的情况下，其距光源2越远，由树脂形成的高光学折射率部4做得就越短，由此，在基板1的整个背面，从基板1中发出的光线的亮度能够统一。
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)的多个位置处，以一预定斜度设置有不透明的小槽5。如对应于图7A的标记700的局部放大图图7B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通过图案化一保护层(resistfilm)然后进行湿式蚀刻处理，或干式蚀刻处理，例如RIE(ReactiveIon Etching：反应离子蚀刻)或研磨形成。
在第三实施例中，如对应于图7A的标记700的局部放大图图7B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7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701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。
第四实施例
图8A是显示本发明第四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8A中，与图3中相同的部件以相同的标号表示。在第四实施例中，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。
在第四实施例中，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8A的标记800的局部放大图图8B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。
在第四实施例中，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。
第五实施例
图9是显示本发明第五实施例使用超声波的触摸式面板装置的配置的截面图。在第五实施例的触摸式面板装置中，触摸板的基板和前光源的基板由一粘合剂结合在一起。
触摸板21是通过在玻璃制成的第一基板24上设置激励元件11和接收元件12形成的。如同图4中第一到第四实施例中相同的方式，每一个激励元件11和接收元件12均是由一中间数字传感器13和压电薄膜14形成。前光源22具有一由树脂制成的第二基板25，该第二基板作为平面导光板。触摸板21的第一基板24的背面与前光源22的第二基板25的上表面通过光学透明粘结剂层23结合在一起。
用与第一实施例中基板1中相同的方式，在第二基板25的背面(触摸面板的相对表面，或液晶显示器3的相对表面)进行一形成阶梯的步骤。从光源2中发出的光线入射到第一基板24和第二基板25中，并在其中传播，然后从背面侧(图9中下面的表面)发射出去，从而照射液晶显示器3。
当第一基板24、第二基板25和粘结剂层23的光学折射率分别以n1，n2和n3表示时，光学折射率n1，n2和n3满足下列条件：
n1≈n3≈n2。
当光学折射率的条件得到满足时，光学分界面的数量基本上比现有技术中的要少，从而无用的反射光的影响能够减弱，因此，它能够实现相似于第一到第四实施例的高传输性和极好的可见性。
这样配置的触摸式面板装置可以通过在第一基板24上形成激励元件11和接收元件12，在第二基板25上形成阶梯状结构，然后将该第一基板24和第二基板25结合在一起来形成。可选择地，该装置也可以通过先将第一基板24和第二基板25结合在一起，然后进行在结合后的结构上形成激励元件11和接收元件12和形成阶梯状结构的步骤来生成。
本实施例设置为第一基板24和第二基板25通过粘结剂结合在一起。可选择地，该触摸式面板设备也可以直接将第一基板24和第二基板25结合在一起。在本实施例中，在第二基板25上形成有阶梯状结构。可选择地，以第四实施例中的基板1相同的方式，也可以形成棱镜结构。
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 Diodes，简称LEDs)和线性导光板(linear light guide)组合而成，该线性导光板将LEDs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。
第六实施例
在上面描述的第一到第五实施例中，本发明是以使用超声波类型的触摸板的触摸式面板装置作为例子进行说明的，其中，超声波在光学透明基板中传播，感知由物体的触摸导致的超声波的传播状态的改变，以检测物体触摸的位置。然而，本发明也可相似地应用于使用电阻膜型触摸板(resistancefilm-type touch panel)的触摸式面板装置，其中，感知物体触摸电阻膜导致的电阻膜阻值的变化，以检测物体触摸的位置。
下面的描述将用于解释使用电阻膜型触摸板的触摸式面板装置的例子。图10显示本发明第六实施例使用电阻膜的触摸式面板装置的配置的截面图。
在图10中，31是电阻膜型触摸板。前光源32具有树脂制成的平面导光板35，触摸板31的背面与前光源32的导光板35的前表面通过光学透明粘结层33结合在一起。以与第一实施例中的基板1相同的方式，在导光板35的背面(与触摸板31相对的表面，即朝向液晶显示器3的表面)形成有阶梯状的结构，从而由光源2中发出的光线入射到导光板35中，并在其中传播，然后从背面侧(图10中的下表面一侧)发射出去，照亮液晶显示器3。
当触摸板31的基板、导光板35和粘合剂层33的光学折射率分别以n1，n2和n3代表时，光学折射率n1，n2和n3满足下列条件：
n1≈n3≈n2.
当该光学折射率的条件得到满足时，导光板35中传播的光线在导光板35和粘结剂层33之间的分界面处发生全反射，并不传播进入该触摸板31。
如上所述，在本发明的接触式面板装置中，基板既是作为触摸板的基板，也作为前光源的基板，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。
在本发明的触摸式面板装置中，来自光源的入射到基板中的光线从与检测触摸位置的表面相对的表面导向外部(反射式液晶显示器)。因此，光线可以确保照亮反射式液晶显示器。
在本发明的触摸式面板装置中，光学折射率大于基板的部位设置在基板的背面，多个槽设置在基板的背面，或者多个棱镜设置在基板的背面。因此，光线能够容易地从基板的背面导向外部，同时光线可确保照亮反射式液晶显示器。由于设置在基板背面的槽的形成方向相对于基板背面的法向呈一35°到55°的角度，光线可有效照亮该反射式液晶显示器，并基本上垂直于该反射式液晶显示器。
在本发明的触摸式面板装置中，由于触摸板的基板和前光源的基板通过粘结层彼此粘结和集成在一起，与现有技术相比，光学分界面的反射光线能够被减弱。因此，由反射光线引起的亮度的降低得到减少，可见性得到提高。
由于在不脱离本发明的本质特征的精神下，本发明可以多种形式实施，因此上述实施例仅仅是举例，而并非用以限定本发明。由于本发明的范围由下面的权利要求书加以限定，而不是由之前的说明书来限定，所以任何落入权利要求范围内的修改，或其等效变换均包含在权利要求的范围内。