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KR20030085590A - 전면발광 터치 패널 - Google Patents

전면발광 터치 패널 Download PDF

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Publication number
KR20030085590A
KR20030085590A KR10-2003-7012956A KR20037012956A KR20030085590A KR 20030085590 A KR20030085590 A KR 20030085590A KR 20037012956 A KR20037012956 A KR 20037012956A KR 20030085590 A KR20030085590 A KR 20030085590A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
touch panel
conduit
face
extraction layer
Prior art date
Application number
KR10-2003-7012956A
Other languages
English (en)
Inventor
개리 티. 보이드
스테판 제이. 판크라츠
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 filed Critical 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Publication of KR20030085590A publication Critical patent/KR20030085590A/ko

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Abstract

전면 광도관에 빛을 공급하는 하나 이상의 광입력면, 관찰면, 관찰면 반대편의 광출력면 및 터치감지변환기의 하나 이상의 구성성분을 갖는 전면 광도관 {상기 광출력면은 실질적으로 평평한 광출사면을 가지며 공급된 빛을 도관으로부터 광출사면을 통해 추출하는 매립형 반사 각면을 포함하는 광추출층을 광출력면 상에 갖는다}를 포함하는, 반사광 밸브와 함께 사용하기 위한 전면발광 터치 패널이 제공된다. 상기 터치 패널은 광원, 반사광 밸브 및 적합한 제어 전자장치와 함께 효율적인 콤팩트 조명 터치 패널 디스플레이 조립체 제조에 사용될 수 있다.

Description

전면발광 터치 패널 {FRONTLIT TOUCH PANEL}
평판 디스플레이는 투과성 광 밸브에 균일한 조명을 제공하는 도광판(light guide slab) (종종 "백라이트"로 불림)에 의해 후면발광(backlit)되는 것이 전형적이다. 백라이트는 디스플레이에 대한 일차 광원 또는 주로 반사형 (종종 "트랜스투과형(transflective)"으로 불림) 디스플레이에서 보충적인 조명원일 수 있다. 대안적으로, 평판 반사형 디스플레이는 반사광 밸브(reflective light valve)의 관찰면으로부터 균일한 조명을 제공하는 도광판 [종종 "전면광원(frontlight)" 또는 "전면 광도관"으로 불림]에 의해 전면발광될 수 있다. 이에 따라 백라이트를 사용할 필요가 없고 광 밸브에서 반사판의 배치를 가능케 하여, 전면광원의 작동을 멈췄을 때 밝은 주변광 조건에서 디스플레이의 반사도 및 휘도가 증가한다. 전면 광도관은 디스플레이 영상을 왜곡시키거나 심각하게 흐리게하지 않도록 충분한 선명도를 가져야 한다. 전면 광도관은 또한 어두운 주변 조건에서 디스플레이를 볼 수 있도록 충분한 휘도 수준으로 디스플레이를 균일하게 조명하는 것이 바람직하다.
디스플레이는 또한 사용자가 철필 또는 손가락 압력을 통해 정보를 입력할 수 있게 하는 하는 터치 패널을 포함할 수 있다. 예를 들어, "저항막방식(resistive overlay)" 디자인으로 알려진 일반적인 종류의 터치 패널에서는 스페이서에 의해 분리된 부분 전도성 코팅을 갖는 2개의 투명층을 이용한다. 층들을 함께 누르면, 전기 저항은 2차원으로 감지되어 접촉 지점의 좌표를 얻는다. 하층 (디스플레이에 가까운 층)은 대개 매우 강성이고 유리로 제조된다. 상층(철필 또는 손가락으로 터치될 층)은 대개 상당히 가요성이고 플라스틱으로 제조된다.
저항막 방식 및 다른 터치 패널 디자인은 문헌[Carroll Touch Handbook" (www.carrolltouch.com)에서 이용가능함]에 기술되어 있다. "정전용량 방식 (capacitive overlay)", "유도음파 방식(guided acoustic wave)", "표면음파 방식(surface acoustic wave)" 및 "근접장 영상 방식(near field imaging)" (미국 특허 제5,650,597호 참조) 터치 패널을 비롯해 상기 많은 다른 터치 패널 디자인들은 디스플레이 상단에 광학적으로 투명하고 비교적 견고한 슬랩을 포함한다. 몇몇 종류의 "스캐닝 적외선방식(scanning infrared)" 터치 패널도 또한 디스플레이 상단에 광학적으로 투명하고 비교적 강성인 판(slab)을 도입한다. 저항막 방식 디자인에서와 같이, 강성 판을 형성하기 위해 유리가 가장 일반적으로 사용된다.
일본공고특허출원 제11344695A호 (WO 9963394에 상응함)에서는 광도관 부분이 성형 플라스틱으로 제조된 일체형 전면 광도관 및 터치 패널을 보여준다. 광도관의 상면은 투명 수지층을 사용하여 터치 패널의 하부 표면에 결합되고, 광도관의 하부 표면은 광 투과판보다 큰 굴절률을 갖고 광확산 안료를 함유하는 투명 또는 반투명 수지 잉크에 의해 형성된 다각형 또는 원형 도트 패턴(dot pattern)을 갖는다. 대안적으로, 광도관의 하부 표면에는 광 투과판의 입사면의 단부면에 평행하게 형성된 "미세 주름" 또는 "프리즘"(톱니형 돌출부로 보임)이 형성될 수 있다. 상기 문헌의 광도관은 상기 광확산 안료에 의한 산란 또는 상기 주름 또는 프리즘을 통한 굴절을 이용하여 광도관으로부터 광밸브 내로 빛을 추출(extraction)한다. 상기 문헌의 톱니 돌출은 광도관의 광입사 단부와 동일한 방향을 향하는 톱니의 경사진 부분으로 배향한다.
일본공고특허출원 제2000-47178A호에서는 광도관 부분이 쐐기모양이고 그의 상면 상에 스페이서의 패턴을 갖는 일체형 전면 광도관과 터치 패널을 보여준다. 상기 문헌의 광도관은 광도관으로부터 광 밸브 내로 빛을 추출하기 위해 스페이서에 의한 산란을 이용한다.
다른 조명 터치 패널 디스플레이 장치는 일본공고특허출원 JP 61188515A, JP 11065764A, JP 11110131A, JP 11174972A, JP 11260133A, JP 11316553A, JP 11065764A와 JP 2000075293A 및 PCT 특허출원 공개 제WO 99/63394A호에 제안되어 있다.
미국특허 제5,396,350호에서는 투과성 광 밸브 내로 빛을 반사시키는 마이크로프리즘의 어레이를 갖는 백라이트를 보여준다.
미국특허 제5,428,468호에서는 도파관(waveguide) 및 이 도파관 밖으로 빛을 반사시키는 미세프리즘의 어레이를 사용하는 조명 시스템을 보여준다. 미국특허 제5,995,690호에서는 도파관 밖으로 빛을 전송하기 위한 광 추출 테이프를 보여준다.
기타 다른 조명화 전면발광 또는 후면발광 조명 또는 디스플레이 장치는 미국 특허 4,373,282, 4,528,617, 4,751,615, 4,799,137, 4,811,507, 4,874,228, 5,005,108, 5,050,946, 5,054,885, 5,190,370, 5, 341,231, 5,359,691, 5,485,354, 5,506,929, 5,555,109, 5,555,329, 5,575,549, 5,594,830, 5,608,550, 5,608,837, 5,613,751, 5,668,913, 5,671,994, 5,835,661, 5,894,539, 6,011,602와 6,139,163, 및 유럽 특허 출원 제EP 0 802 446 A1호에 제시되어 있다.
<발명의 개요>
일반적으로, 터치 패널 제작에는 고온 또는 다른 가혹한 가공 조건을 수반하는 하나 이상의 제조 단계가 필요하다. 예를 들어, 많은 터치 패널 디자인에서는 산화인듐주석 ("ITO")의 전도층 또는 전기용량층을 사용한다. 만족스러운 ITO층을 적용하기 위해 필요한 가공 온도는 대부분의 플라스틱 기판을 파괴할 것이다. 터치 패널은 또한 우수한 광학 특성을 가져야 한다. 따라서, 터치 패널은 종종 터치 패널의 ITO층 또는 다른 열가공가능한 층들을 지지할 수 있는 내열성 유리 기판을 포함한다. 상기 터치 패널은 또한 우수한 광 추출 특징을 비롯해 우수한 광학 특성을 가져야 하는 별도의 전면 광도관과 결합될 수 있다. 전면 광도관은 예를 들어 성형 플라스틱 웨지(wedge)로 제조될 수 있으며, 생성된 결합체는 반사광 밸브 상단에 배치된다. 이 방안은 여분의 부품들을 사용하고, 공급된 광 경로에서 여분의 경계면을 가지며, 전체 두께를 증가시킨다. 그러나, 상기 방안은 또한 터치 패널의 하부 판을 비교적 저렴하고 ITO 또는 다른 적용된 물질의 층을 형성하기 위해 필요한 가공 단계에도 유지될 수 있는 판유리로부터의 제작을 가능케 한다.
많은 조명 터치 패널 디자인이 제안되었지만, 보다 얇거나 보다 효율적이거나 보다 균등하게 조명되는 장치, 보다 쉽게 제작할 수 있는 장치 및 전력 소비가 감소된 장치가 요구되고 있다. 현재의 많은 장치는 광원에서 공급되는 빛을 모두 이용하지는 않는다. 그러한 사용되지 않는 빛이 디스플레이로 전해될 수 있다면, 전력 소비가 더욱 감소될 수 있고 디스플레이 휘도가 증가할 수 있다.
상기 언급한 조명 터치 패널 장치 중 몇몇은 광도관으로부터 빛을 추출하기 위해 산란 또는 굴절을 이용한다. 이들 방안은 콘트라스트를 감소시킬 수 있거나, 최적 각도보다 작은 각도에서 디스플레이 내의 광 밸브로 빛을 공급할 수 있다.
본 발명은 한 측면에서 전면 광도관에 빛을 공급하는 하나 이상의 광입력면, 관찰면, 관찰면 반대편의 광출력면 및 터치감지변환기의 하나 이상의 구성성분을 갖는 전면 광도관을 포함하고, 상기 광출력면은 실질적으로 평평한 광출사면을 가지며 공급된 빛을 도관으로부터 광출사면을 통해 추출하는 매립형 반사 각면(buried reflective facet)을 포함하는 광추출층을 그 위에 갖는 것인, 반사광 밸브와 함께 사용하기 위한 전면발광 터치 패널을 제공한다. 터치 패널은 예를 들어 통상의 평평한 유리 시트 상에 터치감지변환기의 구성성분(예, 전도층 또는 전기용량층)을 제작함으로써 그리고 생성된 조립체를 플라스틱 추출 필름에 적층시킴으로써 쉽게 제작할 수 있다. 임의의 상부 멤브레인을 터치 패널 상단에 적용할 수 있고, 임의의 반사방지 코팅을 구조화 표면 필름의 광출사면에 적용할 수 있다.
본 발명은 또한
a) 하나 이상의 광원,
b) 광원으로부터의 빛을 상기 전면 광도관에 공급할 수 있는 하나 이상의 광입력면(light input face), 관찰면(viewing face), 관찰면의 반대편 상의 광출력면(light output face) 및 터치감지변환기의 하나 이상의 구성성분을 갖는 전면 광도관 {상기 광출력면은 실질적으로 평평한 광출사면(light exit face)을 가지며 공급된 빛을 도관으로부터 광출사면을 통해 추출하는 매립형 반사 각면을 포함하는 광추출층(light extraction layer)을 그 위에 갖는다} 및
c) 도관으로부터 추출된 빛을 수용하여 적어도 빛의 일부를 관찰면을 통해 반송하는 반사광 밸브(reflective light valve)
를 포함하는 조명 터치 패널 디스플레이를 제공한다.
별개의 터치 패널 및 전면 광도관을 사용하는 것에 비해, 본 발명의 전면발광 터치 패널은 전체 두께가 감소되고, 투과율이 보다 높으며 계면이 보다 적을 수 있다. 부가된 기능을 갖는 터치 패널을 제공하기 위해 통상의 평평한 유리 및 현존하는 터치 패널 제조 방법과 장치를 사용하여 패널을 제작할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 전면발광 터치 패널은 유리층 및 상이한 재료로 이루어진 하나 이상의 다른 층을 포함하는 복합재 구조[예를 들어, 터치 패널의 하나의 주면 상에 전도층, 땜납 트레이스(solder trace), 감지기 또는 다른 터치감지변환기 관련 구성성분 및 터치 패널의 다른 주면 상에 미세구조화 플라스틱 표면 및 임의의 반사방지 코팅]를 갖는다. 패널의 바람직한 실시태양은 양호한 콘트라스트와 낮은 왜곡을 나타내면서 공급된 빛을 효율적으로 추출한다. 전면발광 터치 패널은 터치 패널과 광 밸브 사이에 위치하는 미세구조화 반사 광학장치를 갖기 때문에, 그리고 터치 패널은 평탄한 관찰면을 가질 수 있기 때문에, 본 발명의 전면발광 터치 패널은 비교적 견고하며, 관찰면 상에 미세구조화 광학 모양체를 갖는 터치 패널보다 손상을 덜 받을 것이다.
본 발명은 터치 패널 및 전자 디스플레이에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 조명 전면발광 터치 패널 디스플레이의 측면도이다.
도 2는 주변 광선과 공급된 광선에 의해 취해진 일반적인 경로를 보여주는 도 1의 터치 패널의 단순 측면도이다.
도 3은 구조화 광추출층 및 공급된 광선에 의해 취해진 경로를 보여주는 도 1과 도 2의 터치 패널의 일부의 확대 측면도이다.
도 4는 평탄부(plateau) 길이 대 랜드(land) 길이의 비가 작은 본 발명의 조명 전면발광 터치 패널의 일부의 확대 측면도이다.
도 5는 평탄부 길이 대 랜드 길이의 비가 큰 본 발명의 조명 전면발광 터치 패널의 일부의 확대 측면도이다.
도 6은 평탄부 길이 대 랜드 길이의 비와 추출 효율 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 7은 광 누출원을 보여주는 확대 부분 측면도이다.
도 8은 가상(ghosting)원을 보여주는 확대 부분 측면도이다.
도 9는 광 누출 및 가상을 감소시킬 수 있는 추출 구조를 보여주는 확대 부분 측면도이다.
도 10은 광도관 및 광 누출을 감소시킬 수 있는 추출 구조를 보여주는 확대 부분 측면도이다.
도 11은 본 발명의 터치 패널 및 광도관의 분해 측면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 터치 패널 및 광도관의 분해 측면도이다.
디스플레이 내의 구성성분들의 위치와 배향을 설명하기 위해 "위에", "상단에", "상부", "상향", "밑에", "하단에", "하부" 및 "하향"과 같은 용어가 본원에서 사용될 때, 이들 용어는 디스플레이가 그의 터치 감지 표면이 일반적으로 상방향으로 마주보고 관찰되는 것을 가정하여 단지 편의상 사용된다. 이들 용어는 완성된 디스플레이에 대하여 또는 완성된 디스플레이의 실제 사용시 공급된 빛 또는 주변 빛에 의해 취해지는 경로에 대하여 임의의 요구되는 배향을 내포하는 것을 의미하지 않는다. 또한 본 발명의 몇몇 구성성분과 그들의 서로에 대한 관계는 기준면과 비교하여 간편하게 설명될 수 있다. 본 발명의 목적에서, 기준면은 상기한 배향 용어를 사용할 때 광도관의 하부면이 될 전면 광도관의 광출력면에 의해 (또는 매우 근접하게) 형성된 평면이 되도록 취해질 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 일반적으로 참조번호 (10)으로 확인되는 조명 터치 패널 디스플레이가 개략적인 형태로 도시되어 있다. 광원 (42)로부터 공급된 빛 (즉, 비주변광)은 커플러(coupler) (44)로 들어갈 것이며, 여기서 대개 점 광원(들)에서 조명 터치 패널 디스플레이 (10)에서 사용하기에 적합한 선 광원으로 전환된다. 이어서 공급된 빛은 전면 광도관 (12)의 광입력면 (14)로 들어가고, 하기 도 2와 도 3에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 반사광 밸브 (이 경우에, 반사 LCD) (36) 내 아래로 통과하고 이어서 반사광 밸브 밖으로 역전송된다. 광도관 (12)는또한 반대편 단부 (15), 광출력면 (16) 및 관찰면 (18)를 갖는다. 광학적으로 투명한 접착제 (도 1에 도시되지 않음)로 구조화 광추출층 (32)를 광도관 (12)의 광출력면 (16)에 고정시킨다.
관찰면 (18) 및 가요성 멤브레인 (26)은 각각의 전도성 코팅 (20 및 24)를 갖는다. 코팅 (20 및 24), 스페이서 (28) 및 가요성 멤브레인 (26)은 손가락, 철필 또는 다른 적합한 기구를 사용하여 가요성 멤브레인 (26) 상에서 누를 때 관찰면 (18) 상의 위치 또는 명령의 지시를 제공할 수 있는 터치감지변환기 (26)을 형성한다. 결합된 전자장치 (도 1에 도시되지 않음)는 관찰면 (18) 상의 터치 위치를 해석하기 위해 및 다른 전자 장치 또는 구성성분을 제어하거나 달리 영향을 끼치도록 전자 신호를 제공하기 위해 사용할 수 있다.
광도관 (12) 및 층 (32)는 조명 저항 터치 패널/전면 광도관 어셈블리 (22)의 나머지 부분 (21)을 형성한다. 에어 갭 (35)가 층 (32)의 하부면 (33)을 반사 LCD (36)의 상단에 놓인 편광기 (38)로부터 분리시킨다. 반사층 (40)은 반사 LCD (36)의 저변부에 위치하고, (반사 LCD (36)이 빛의 통과를 허용하도록 적합하게 조정되었다고 가정하면) 어셈블리 (22)로부터 반사 LCD (36)을 통해 통과하는 빛을 다시 어셈블리 (22)를 향해 반송하는 역할을 한다.
도 1에 도시된 조명 터치 패널에서는 반사 터치감지변환기를 사용한다. 당업계의 숙련인은 다른 종류의 터치감지변환기가 본 발명에서 사용될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 터치감지변환기는 정전용량 방식, 유도음파 방식, 표면음파 방식 또는 근접장 영상 방식과 같은 접촉 메카니즘을 통해 작동할 수 있다. 터치감지변환기는 또한 스캐닝 적외선 센서와 같은 비접촉 메카니즘을 통해, 예를 들어 광도관의 상면 위 또는 아래에 적합한 광선 및 광센서의 어레이를 제공함으로써 작동할 수 있다. 당업계의 숙련인은 또한 다양한 터치감지변환기 구성성분이 본 발명에서 사용될 수 있으며, 터치 감지 구성성분은 ITO 또는 다른 열가공 물질로 이루어진 전도층을 포함할 필요가 없음을 알 것이다.
이제 도 2를 참조하면, 광원 (42)로부터 공급된 광선 (45)과 같은 광선은 내부 전반사에 의해 면 (18)로부터 멀어져 광도관 (12)의 반대편 단부 (15)를 향해 반사된다. 광출력면 (16)에 적합한 각도로 부딪칠 때, 광선 (45)는 구조화 광추출층 (32) 내로 통과할 것이다. 광선 (45)가 층 (32)의 각면 (도 1 또는 도 2에 도시하지 않음)에 적합한 각도로 부딪치면, 광선 (45)는 각면으로부터 반사되어, 층 (32)의 하부면 (33)을 통해 빠져나가서 광도관 (12)로부터 추출될 것이다. 추출된 빛은 에어 갭 (35)를 통해 통과한 후 편광기 (38)과 반사 LCD (36)로 들어갈 것이다. 반사 LCD (36)이 빛을 투과시키도록 적합하게 조정되었다고 가정하면, 광선 (45)는 반사 LCD (36) 내로 통과하여, 반사기 (40)에 부딪치고, 반사 LCD (36)과 편광기 (38)을 통해 층 (32)와 광도관 (12) 내로 다시 반사되어, 관찰면 (18)을 통해 광도관 (12)에서 빠져나올 것이며 (코팅 (20 및 24)와 멤브레인 (26)을 통해 통과함), 여기서 관찰자 (48)은 광선 (45)를 볼 수 있다.
주변광 수준이 충분히 높으면, 관찰자 (48)은 광원 (42)에 의해 조명할 필요 없이 조명 터치 패널 디스플레이 (20)에 의해 전달된 정보를 볼 수 있다. 주변 광선 (50)과 같은 주변 광선은 멤브레인 (26)을 통해 조명 터치 패널 디스플레이(10)로 들어가고, 상기 언급한 각종 구성성분과 층들을 통해 통과하여, (반사 LCD (36)이 적합하게 조정되었다고 가정하면) 반사기 (40)에 부딪치고 반사 LCD (36)을 통해 관찰자 (48)을 향해 다시 반사된다.
조명 터치 패널 디스플레이 (10)에서, 광원 (42)로부터 공급된 빛은 2개의 전체적으로 평행한 면들 (16 및 18) 사이에서 터치 패널 어셈블리 (22)의 하부 부분 (21) 내에 인도된다. 광도관이 전체적으로 평행한 면들을 가질 필요는 없다. 그러나, 도 1 및 도 2에 도시된 광도관의 면들 (16 및 18)이 전체적으로 평행하기 때문에, 광도관 (12)는 판유리와 같은 저렴하고 내구성인 재료로 제조할 수 있다. 전도층, 땜납 트레이스 또는 다른 터치감지변환기 구성성분이 광도관 (12)의 제1 주면 상에 형성될 수 있다. 광추출층, 임의의 반사방지 코팅 및 다른 임의의 광 제어 형태 또는 층들이 광도관 (12)의 제2 주면 상에 형성될 수 있다. 상기 터치감지변환기 구성성분을 형성하기 위해 대개 요구되는 비교적 가혹한 가공 조건 때문에, 터치감지변환기 구성성분은 광도관 (12)의 제2 주면 상에 광추출층 및 다른 임의의 형태 또는 층들을 형성하기 이전에 광도관 (12)의 제1 주면 상에서 완전히 형성되는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2의 조명화 전면 광 터치 패널 디스플레의 일부가 확대 측면도로 도시된다. 광추출층 (32)는 광출사면 (33), 및 광도관 (12)를 향해 대향하거나 대면하는 (그리고 바람직하게는 광학적으로 접촉하는) 돌출부 (52 및 53)과 같은 다수의 돌출부를 갖는 상부 표면을 갖는다. 출사면 (33)은 "실질적으로 평평하다". 즉, 출사면 (33)은 디스플레이 (10)에서 결함이 되는 왜곡을 유발시키는 것을 피하기에 충분히 평평하다. 층 (32)의 상부 표면은 "구조화된다". 즉, 층 (32)의 상부 표면에 부딪치는 광선의 방향 또는 강도에 영향을 끼칠 수 있는 미세한 형상의 모양체[돌출부 (52 및 53)과 같은]를 갖는 비평면 형태를 갖는다. 돌출부 (52 및 53)은 랜드 (60a 및 60b)와 같은 랜드부 및 층 (32)가 제작되는 재료보다 굴절률이 더 낮은 매질 (예, 공기)를 함유하는 포켓 (58a 및 58b)와 같은 밀봉된 포켓과 측면에 접한다. 돌출부는 라이저(riser) (54a), 평탄부 (55a) 및 각면 (56a)과 같은 라이저부, 평탄부 및 각면부를 갖는다. 논의를 위해, 비록 돌출부가 3개의 측면만을 갖고 또한 비록 돌출부의 제4 측면을 완성하기 위해 가상의 선을 그려서 형성된 4변형이 2개의 평행한 측면을 갖지는 않을 것이지만, 돌출부 (52 및 53)과 같은 돌출부를 "전체적으로 사다리꼴"인 것으로 언급할 수 있다.
평탄부는 투명 접착제 (50)을 사용하여 광도관 (12)에 적층된다. 평탄부 (55a)는 접착제 (50)에 접하여 놓이고 층 (32)의 다른 평탄부와 전체적으로 동일평면 상에 있다. 각면 (56a)과 같은 각면은 광추출층 (32)에 "매립된다". 즉, 상기 각면은 층 (32) 내부에, 광도관 (12)의 광출력면 (16)과 층 (32)의 광출사면 (33) 사이에 놓인다. 라이저 (54a)는 평탄부 (55a)와 서로 인접하고, 평탄부는 다시 각면 (56a)과 서로 인접하다. 바람직하게는 (우선 임의의 투명 접착제의 개입층을 무시하고), 각면은 광출력면 (16)에 인접하거나 매우 근접하고 광출사면 (33)으로부터 보다 멀리 떨어져 있다.
각면 (56a)와 같은 각면은 광도관 (12)의 입력면으로부터의 빛, 예를 들어 공급된 광선 (46)이 접착제 (50) 및 평탄부 (55a)를 통해 통과하여, 각면 (56a)에부딪치고, 하향으로 반사되어 광도관 (12)로부터 출사면 (33)을 통해 추출될 수 있도록 배향된다. 이와 같이 공급된 빛은 반사 광학장치를 사용하여 광도관으로부터 추출된다. 이전에 제안된 많은 조명 터치 패널 어셈블리에서는 예를 들어 광도관의 출사면 상에 프리즘형 (예, 톱니) 표면을 사용함으로써 굴절 광학장치에 의존하는 추출 메카니즘을 사용한다.
공급된 빛은 기준면에 대해 직각으로 또는 거의 직각으로 본 발명의 광도관으로부터 추출될 수 있다. 즉, 공급된 빛은 광 밸브에 대해 0 또는 거의 0의 입사각으로 추출될 수 있다. 이는 굴절 추출에 의존하는 광도관에 비해 추출된 빛의 광 밸브 내로의 커플링을 개선시킬 수 있다. 굴절 추출을 이용하면, 중심이 기준면에 대해 약 40°보다 큰 추출각을 달성하기가 어렵다. 즉, 광 밸브에 수직에 대해 추출된 빛의 중심의 약 50° 미만의 입사각을 달성하기가 어렵다. 추출된 빛이 너무 큰 입사각으로 광 밸브에 도달하면, 광 밸브는 관찰자를 향해 빛을 효율적으로 반사시키지 않을 것이거나, 또는 추출된 빛을 반송하기 위해 부가적인 광학장치 (예, 부가적인 굴절 광학장치)가 요구될 것이다.
반사 광학장치에 기초한 추출기는 굴절 광학장치에 기초한 추출기보다 공급된 빛의 파장의 변동에 덜 민감하다. 이는 이전에 제안된 일부 조명 터치 패널 디스플레이에 비해 본 발명의 조명 터치 패널 디스플레이에서 개선된 색상 균일도를 제공할 수 있다. 또한, 바람직하지 않은 가영과 콘트라스트의 손실을 일으킬 수 있는 일탈(stray) 반사가 굴절 추출기에 비해 반사 추출기에서 덜 뚜렷하다. 반사 추출기에서 일어나는 일탈 반사는 관찰자로부터 멀리 보내지는 경향이 있다. 굴절추출기에서, 일부 일탈 반사는 관찰자 쪽으로 보내지는 경향이 있어서, 총 콘트라스트의 손실을 일으킨다. 상기 일탈 반사를 노이즈 밴드(noise band)로서 언급하면, 관찰축을 따라 일탈 반사가 존재하는 것은 노이즈원 및 시그날 대 노이즈 비의 손실을 의미한다.
따라서 본 발명의 조명 터치 패널에서 반사 추출 광학장치의 사용은 굴절 광학장치의 사용에 비해 개선된 디자인 유연성과 성능을 제공할 수 있다.
당업계의 숙련인은 랜드 (60a 및 60b)와 같은 랜드가 도 3에서 기준면에 평행한 것으로 도시되었지만 반드시 평행일 필요는 없음을 알 것이다. 또한, 라이저 (54a)와 같은 라이저는 기준면에 관하여 대칭적으로 경사질 필요가 없다. 마찬가지로, 각면 (56a)와 같은 각면은 기준면에 관하여 대칭적으로 경사질 필요가 없다.
당업계의 숙련인은 광도관 (12)로부터 반사 LCD (36) 내로 빛의 적절한 추출이 일어나는 한 광추출층 (32) 상의 돌출부가 도 3에 도시된 것과 상이한 형상 및 배향을 가질 수 있음을 또한 알 것이다. 광원 (42)으로부터의 공급된 빛이 광도관 (12)로 들어가는 각도, 및 광추출층 (32) 상의 돌출부의 치수, 피치 및 각도 배향은 바람직하게는 공급된 빛이 조명 터치 패널 디스플레이 (10)의 관찰면을 가로질러 균등하게 분포되도록 선택된다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 광도관의 저변부로부터의 총 광 출력에 대한 평탄부 길이 대 랜드 길이의 비의 영향을 설명한다. 도 4는 일반적으로 참조번호 (70)으로 확인되는 조명 터치 패널 디스플레이의 일부의 확대 측면도를 도시한 것이다. 구조화 광추출층 (71)은 라이저 (74), 평탄부 (76) 및 각면 (78)에 의해 경계지워지고 랜드 (80a 및 80b)와 측면을 접하는 돌출부 (72)와 같은 돌출부를 갖는다. 층 (71) 내의 모든 평탄부의 전체 길이는 층 (71) 내의 모든 랜드의 전체 길이보다 작다. 즉, 전체 평탄부 길이 대 전체 랜드 길이의 비는 1:1 미만이다. 층 (71)의 평탄부 총면적이 비교적 작기 때문에, 이용가능한 추출 윈도우는 비교적 작고 각면 (78)과 같은 매립형 각면의 잠재적인 반사 부분의 일부는 광선 (46a)와 같은 공급된 광선에 이용가능하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 공급된 광선의 보다 적은 분획이 층 (71) 내의 각면에, 공급된 광선이 광도관 (12)로부터 출사면 (82)를 통해 추출될 수 있도록 적합한 각도로 도달할 수 있을 것이며, 광도관 (12)로부터의 총 광 출력은 목적하는 것 미만일 수 있다.
도 5는 일반적으로 참조번호 (90)으로 확인되는 조명 터치 패널 디스플레이의 일부의 확대 측면도를 도시한 것이다. 구조화 광추출층 (91)은 라이저 (94), 평탄부 (96) 및 각면 (98)에 위해 경계지워지고 랜드 (100a 및 100b)와 측면을 접하는 돌출부 (92)와 같은 돌출부를 갖는다. 층 (91) 내의 모든 평탄부의 전체 길이는 층 (91) 내의 모든 랜드의 전체 길이보다 더 크다. 즉, 전체 평탄부 길이 대 전체 랜드 길이의 비는 1:1보다 크다. 층 (91)의 평탄부 면적이 비교적 크기 때문에, 대부분 또는 모든 각면 면적이 반사에 이용되고 광선 (46b)와 같은 공급된 광선이 층 (91) 내의 각면으로부터 반사될 수 있을 것이며 광도관 (12)로부터 광출사면 (99)를 통해 추출될 것이다. 따라서, 도 5의 조명 터치 패널에서 광도관 (12)의 저변부로부터의 총 광 출력은 도 4의 조명 터치 패널에서 보다 더 큰 경향이 있을 것이다.
도 6은 평탄부 길이 대 랜드 길이의 비와 광도관의 출사면으로부터의 광 출력 사이의 관계를 보여주는 그래프이다. 일반적으로, 광출력 (또는 추출 효율)은 평탄부 길이 대 랜드 길이의 비가 증가함에 따라 대략 대수 관계로 증가한다. 바람직하게는 전체 평탄부 길이 대 전체 랜드 길이의 비는 1:1 이상, 보다 바람직하게는 3:1 이상이다. 일단 전체 각면이 공급된 광선에 노출되어 이용가능하게 되면, 평탄부 길이는 중요하게 감소하고 도 6에 도시된 곡선은 평평하게 된다. 일반적으로, 랜드 길이가 0보다 큰 것이 바람직하다. 예를 들어, 광추출층이 가요성 필름으로부터 형성되면, 바람직하게는 랜드는 구조화 가요성 필름을 제조하기 위해 일반적으로 사용되는 프로파일드 툴링(profiled tooling)으로부터 필름을 벗겨내기 어렵게 될 정도로 짧아서는 안된다.
도 7은 잠재적인 광 누출원을 설명하는, 본 발명의 조명 터치 패널 (100)의 확대 부분 측면도이다. 광선 (46c)와 같은 일부 광선은 내부 전반사를 통해 구조화 광추출층 (104)의 하부면 (102)으로부터 각면 (103)과 같은 매립형 각면을 향하여 상향 반사될 것이다. 각면에 대한 충분히 낮은 입사각에서, 빛은 각면을 통해 굴절하고, 접착제층 (105)와 광도관 (108)을 통해 통과하고, 광도관 (108)의 상부면 (106)을 전형적인 사용자의 관찰축으로부터 멀리 큰 입사각으로 빠져나갈 것이다. 이 빛은 손실될 것이며 관찰자의 영상 휘도 인지에 기여하지 않을 것이다.
도 8은 잠재적인 가상원을 설명하는, 본 발명의 조명 터치 패널 (110)의 확대 부분 측면도이다. 광선 (46d)와 같은 일부 광선은 매립형 각면 (111)과 같은 각면으로부터 하향으로 반사되고, 구조화 광추출층 (114)의 출사면 (112)으로부터상향으로 반사되며, 접착제층 (115)와 광도관 (118)을 통해 통과하고, 광도관 (118)의 상부면 (116)을 빠져나갈 것이다. 이들 광선은 광도관 (118)을 도 7의 광선 (46c)의 경우보다 더 낮은 입사각으로 빠져나갈 것이며, 조명원의 제2영상으로 보일 수 있다.
도 9는 도 7에 도시된 것과 같은 광 누출을 감소시킬 수 있는 구조화 광추출층 (124), 및 도 8에 도시된 유형의 가상을 감소시킬 수 있는 반사방지 코팅을 갖는 본 발명의 조명 터치 패널 (120)을 보여주는 확대 부분 측면도이다. 층 (124)의 하부면 (122)으로부터 상향으로 반사되는 광선 (46e)와 같은 광선은 매립형 각면 (126)과 라이저 (128)를 통해 굴절된 다음, 근처의 매립형 각면 (130)과 라이저 (132)를 통하여 다시 층 (124) 내로 굴절에 의해 재포획된다. 매립형 각면 (126)과 같은 각면으로부터 반사된 광선 (46f)와 같은 광선은 층 (124)의 하부면 (122)에 부딪치고 면 (122) 상의 반사방지 코팅 (125)의 존재 때문에 면 (122)를 통해 통과한다.
구조화 표면보다 평평한 표면에 균일한 반사방지 코팅을 도포하는 것이 더 용이하다. 따라서, 최저면 상에서 구조화 표면을 통해 빛을 추출하기 위해 굴절 광학장치를 사용하는 조명 터치 패널의 최저면 상에서보다 본 발명의 조명 터치 패널의 최저면 (즉, 광출사면) 상에 상기 코팅을 사용하는 것이 보다 용이하다.
당업계의 숙련인은 출사면 (33)의 실질적으로 평평한 형태를 보존하고 관찰된 영상에 바람직하지 않은 왜곡을 도입하는 것을 피하도록 주의하는 한, 부가적인 반사방지 코팅층 또는 다른 광제어층 또는 모양체가 출사면 (33)에 도포될 수 있음을 알 것이다.
또한 당업계의 숙련인은 본 발명의 터치 패널 디스플레이에 빛을 공급하기 위해 하나 이상의 광원이 사용될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 다시 도 1을 참조하면, 복수의 광원이 광입력면 (14)을 따라 배치될 수 있다. 도 1에 도시되지 않았지만, 복수의 광원은 또한 단부 (15)를 따라 배치될 수도 있다. 빛이 입력면 (14)와 단부 (15) 모두를 따라 공급되면, 구조화 광추출층 (32) 내의 돌출부[예, 도 3에 도시된 돌출부 (52 및 53)과 같은 돌출부]는 바람직하게는 입력면 (14)와 단부 (15) 모두로부터의 공급된 빛에 대해 대칭적으로 배향되어야 한다. 빛이 입력면 (14)만을 따라 공급되면, 단부 (15)에 도달하는 빛을 다시 광도관 (12) 내로 보내기 위해 단부 (15)에는 거울이 달린 표면 또는 다른 적합한 반사기를 장치하는 것이 바람직하다.
도 10은 광도관 (142) 및 광 손실을 감소시킬 수 있는 구조화 추출층 (144)을 갖는 조명 터치 패널 (140)의 확대 부분 측면도이다. 광도관 (142)에는 광선 (46h)와 같은 빛을 다시 광도관 (142) 내로 반사시키는 검경 또는 확산 반사기 (146)이 장치된다. 반사기 (146)에 도달하는 빛의 양은 광 출력의 대부분이 그를 따라 떨어지는 축이 광도관 (142)의 상부면에 평행하지 않도록 광원 (도 10에 도시하지 않음)을 경사지게하거나 편향시킴으로써 추가로 감소될 수 있다. 광선 (46g)와 같은 광선은 매립형 각면 (148)과 같은 각면으로부터 하향 반사되고 층 (144)로부터 추출된다. 광선 (46h)와 같은 광선은 반사기 (146)으로부터 다시 층 (144) 내로 반사되고, 매립형 각면 (148)으로부터 반대편으로 경사진 매립형 각면 (150)과 같은 각면으로부터 반사에 의해 하향으로 반사된다. 이들 반대편으로 경사진 각면들은 광도관 (142)의 길이를 따라 반복될 수 있다.
도 11은 함께 조립할 수 있는 개별 층들을 보여주는, 본 발명의 조명 터치 패널 (160)의 분해 측면도이다. 터치감지변환기층 (161)이 광도관 (162)의 상부면 (164) 상에 형성된다. 광학적으로 투명한 접착제층 (165 및 166)은 캐리어 필름 (168)의 반대 측면에 코팅된다. 구조화 광추출층 (170)은 적합한 프로파일드 툴을 사용하여 기저필름 (172) 및 광경화성 수지로 형성된 다음 경화되어 기저필름 (172) 상단에 광 경화된 구조화 표면 (174)를 형성한다. 필요한 경우, 임의의 반사방지 코팅 (도 11에 도시하지 않음)이 기저필름 (172)의 하부면에 도포될 수 있다. 이는 마찬가지로 반사방지 코팅이 연속법을 사용하여 기저필름 (172)의 반대측 상에 도포될 수 있으므로 구조화 표면 (174)가 연속법을 사용하여 기저필름 (172) 상에 형성될 때 특히 편리할 것이다.
층 (170)의 구조화 표면 (174)를 손상시키지 않고 층 (170) 내의 돌출부들 사이의 공기 공간을 접착제로 채우지 않도록 주의하면서, 평탄부 (180a 및 180b)와 같은 구조화 광추출층 (170)의 평탄부를 접착제층 (166)에 적층시킨다. 이어서 접착제층 (165)는 광도관 (162)의 광출력면 (163)에 적층시킬 수 있다. 생성되는 어셈블리는 편리하게 그대로 시판하거나 또는 부가적인 터치 패널 변환기 또는 디스플레이 구성성분들과 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 어셈블리는 적합한 반사광 밸브 상단에 배치되고 공급된 빛의 광원 및 적합한 제어 전자장비가 장치될 수 있는 터치 패널 장치를 제공하도록 정전용량 방식 터치감지변환기 (도 11에 도시하지 않음)의 나머지 구성성분들과 결합시킬 수 있다. 추가의 예로서, 광학적으로 투명한 접착제층 (165 및 166)이 캐리어 필름 (168)의 반대측면에 코팅될 수 있고, 접착제층 (166)이 구조화 광추출층 (170)의 평탄부에 적층될 수 있으며, 생성되는 어셈블리는 광도관의 광출력면에 추후 적층시키기 위해 그대로 시판될 수 있다.
필요한 경우, 편광기 (176)을 접착제층 (178)을 통해 반사 LCD (182)의 상부면에 적층시킴으로써 보다 완전한 어셈블리를 제조할 수 있다. 반사 LCD (182)는 광 조절 유닛 (184) 및 반사층 (186)을 포함한다. 보다 완전하거나 보다 덜 완전한 다른 어셈블리는 당업계의 숙련인이 쉽게 고안할 수 있다.
도 12는 조립되어 광도관 (192)의 광출력면 (193)에 고정될 수 있는 개별 층들을 보여주는, 본 발명의 다른 조명 터치 패널 (190)의 분해 측면도이다. 터치감지변환기층 (191)이 광도관 (192)의 상부면 (194) 상에 형성된다. 광학적으로 투명한 접착제층 (195)는 광도관 (192)의 광출력면 (193)에 도포된다. 구조화 광추출층 (196)은 적합한 프로파일드 툴을 사용하여 기저필름 (198) 및 광 경화성 수지로 형성된 다음 경화되어 기저필름 (198) 상단에 광 경화된 구조화 표면 (200)을 형성한다. 층 (196)의 구조화 표면 (200)을 손상시키지 않고 층 (196) 내의 돌출부들 사이의 공기 공간을 접착제로 채우지 않도록 주의하면서, 구조화 층 (196)을 접착제층 (202) 및 편광기 (204)에 적층시킨다. 필요한 경우, 임의의 반사방지 코팅 (도 12에 도시하지 않음)을 기저필름 (198)의 하부면에 도포할 수 있다. 도 12의 어셈블리는 도 11의 어셈블리보다 층이 더 적고 광 경로에서의 광학적 인터페이스가 더 적지만, 취급시 및 적층 동안 다소 더 많은 주의가 요구된다.
광도관은 임의의 목적하는 전체 크기와 두께를 가질 수 있지만 바람직하게는 가능한 한 얇으며, 예를 들어 5 ㎜ 이하이다. 광도관은 의도된 디스플레이 관찰 지점에서 볼 때 사각형, 직사각형, 타원형 또는 임의의 다른 목적하는 형상일 수 있다. 광도관의 크기와 모양은 대개 목적하는 디스플레이 장치 또는 목적하는 터치 패널의 크기와 모양에 의해 규정될 것이다. 광도관 두께는 약 0.1 내지 약 5 ㎜가 바람직하고, 약 1 내지 약 2 ㎜가 보다 바람직하다.
광도관은 고온과 광도관 상단에 터치 감지 표면을 제작하기 위해 요구되는 단계를 견딜 수 있는 광학적으로 적합한 물질인 것이 바람직하다. 상기 언급한 바와 같이, 광도관은 실질적으로 평면인 것이 바람직하다. 평면인 경우, 광도관은 보통의 유리 시트로 제작될 수 있다. 광도관의 광입력면과 관찰면은 각각 전체적으로 평면일 수 있거나 또는 볼록 또는 오목 만곡을 가질 수 있다. 광원이 점 또는 선 광원인 경우, 들어오는 빛을 보다 균등하게 분포시키기 위해 광입력면에는 볼록 만곡, 소형 렌즈, 프리즘, 거친 표면 또는 다른 모양체가 제공될 수 있다. 관찰면은 투과 손실, 바람직하지 않은 산란 및 왜곡을 최소화시키기 위해 광학적으로 평탄한 마감재를 갖는 것이 바람직하다.
광추출층은 폴리카르보네이트, 폴리아크릴레이트, 예를 들어 폴리메틸 메타크릴레이트, 및 폴리스티렌을 포함하는 매우 다양한 광학적으로 적합한 재료로부터 제작할 수 있으나, 고굴절률 플라스틱, 예를 들어 폴리카르보네이트가 바람직하다. 광추출층은 바람직하게는 성형가능한 수지를 목적하는 구조화 표면의 음각을 갖는 금속 또는 다른 내구성 재료로 제조된 선반(lathe-turned) 툴 또는 다른 형성 표면에 대하여 몰딩, 엠보싱, 경화 또는 다른 성형 방법으로 제조된 가요성 구조화 필름이다. 상기 형성 표면의 제조 방법 및 추출 필름의 몰딩, 엠보싱 또는 경화 방법은 당업계의 숙련인에게 친숙할 것이다.
개별 광추출층 디자인은 필요한 경우 적합한 광선 추적 모델링 소프트웨어, 예를 들어 "ASAP" (브롤트 리써치 오거나이제이션, 인크. (Breault Research Organization, Inc.)), "Code V"와 "Light Tools" (옵티칼 리써치 어소시에이츠 (Optical Research Associates)), "Optica" (울프람 리써치, 인크. (Wolfram Research, Inc.)) 및 "ZEMAX" (포커스 소프트웨어, 인크. (Focus Software, Inc))를 사용함으로써 실제 층을 제작할 필요 없이 평가할 수 있다.
광추출층에 존재하는 (조립된 광도관 및 추출층 내에 매립된) 각면은 바람직하게는 보통의 관찰자에게 눈에 거슬리지 않도록 충분히 작다. 광추출층의 각면 및 다른 광 제어 모양체의 배열, 형상 및 치수는 바람직하게는 추출 효율을 최대화하고 균등하게 분포된 광 출력을 목적하는 관찰각으로 제공하도록 선택된다.
돌출부는 바람직하게는 광추출층의 전체 폭을 가로질러 신장한다. 덜 바람직하기는 하지만, 돌출부는 열 및 칼럼에서 서로 일직선으로 정렬되거나 열마다 엇갈릴 수 있는 전체 폭 세그먼트들보다 더 짧은 형태일 수 있다. 돌출부의 열들은 광입력면(들)에 평행하게 또는 광입력면(들)에 대해 일정 각도로 배열될 수 있다. 가장 바람직하게는, 돌출부는 광추출층의 전체 폭을 가로질러 신장하고 광입력면(들)에 전체적으로 평행하다.
도면에 도시한 본 발명의 다양한 실시태양에서, 구조화 광추출층 내의 개별돌출부는 돌출부마다 동일한 각도 배향, 형상 및 치수를 갖는 것으로 도시된다. 돌출부는 모두 동일할 필요가 없으며, 모두 동일한 각도 배향, 형상 또는 치수를 가질 필요가 없다. 제작의 용이함을 위해, 일반적으로 그의 라이저, 평탄부 및 각면 세그먼트가 돌출부들마다 동일한 각도 배향 및 세그먼트 길이를 갖는 돌출부를 갖는 광추출층을 형성하는 것이 바람직할 것이다. 상기 돌출부들 사이의 랜드 세그먼트도 또한 필요한 경우 각도 배향 및 세그먼트 길이에서 서로 유사할 수 있다. 그러나 바람직하게는, 돌출부들은 광도관의 광입력면(들) 근처에 비교적 더 거친 피치 (반복 간격)에서 및 광입력면(들)로부터 더 멀리 비교적 더 미세한 피치에서 이격된다. 한 단부로부터만 조명된 광도관에 있어서, 상기 간격의 변화는 광추출층의 길이를 따라 광입력면에서 광도관의 다른 단부면까지 랜드 세그먼트의 길이를 점진적으로 감소시킴으로써 간편하게 달성할 수 있다. 바람직한 피치는 광입력면(들)에서 1 ㎜ 당 약 0.06 내지 약 12개의 돌출부 내지 광입력면(들)로부터 먼 위치에서 최대 1 ㎜ 당 약 250 내지 약 1개의 돌출부이다.
당업계의 숙련인은 모아레(Moire) 또는 다른 간섭 패턴의 형성이 다양한 방법으로 방해되거나 방지될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 돌출부 열의 치수, 각도 배향 또는 간격은 반사광 밸브 내의 픽셀 또는 다른 반복 부재의 치수, 각도 배향 또는 간격에 대해 조정될 수 있어서(예컨대, 돌출부 열의 방향을 픽셀 열의 방향에 대해 몇도 비스듬하게 함으로써), 간섭 패턴은 디스플레이의 관찰면에서 최소화되거나 제거될 수 있다.
필요한 경우 볼록 또는 오목 형상과 같은 다른 형상을 사용할 수 있지만 각각의 광추출층 라이저 세그먼트는 바람직하게는 평면형이다. 바람직하게는, 광도관 내의 빛의 역산란때문에 일어날 수 있는 바람직하지 않은 가시적 인공물을 피하기 위해 광추출층의 각면 및 다른 구조화 표면 부분은 광학적으로 평탄하다.
광추출층의 두께는 바람직하게는 약 20 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 보다 바람직하게는 약 75 내지 약 125 ㎛이다. 각면 높이(즉 랜드 깊이)는 약 5 내지 약 50 ㎛가 바람직하고, 약 7 내지 약 20 ㎛가 보다 바람직하다. 각면이 충분한 높이를 갖는 한, 선택된 추출층 두께는 추출 효율에 비교적 적게 영향을 끼친다.
추출 효율은 각면 높이가 증가함에 따라, 광도관 두께가 감소함에 따라, 또는 돌출부 피치가 감소함에 따라 증가하는 경향이 있다. 즉, 추출 효율은 (각면 높이)/[(광도관 두께)*(피치)]에 비례하는 경향이 있다. 약간 다르게 표현하면, 추출 효율은 각면의 총 단면적을 광도관 입력면의 총 단면적으로 나눈 값에 비례하는 경향이 있다.
본 발명의 조명 터치 패널 디스플레이에 상이한 층을 형성시키기 위해 사용되는 접착층은 감압성 접착제, 열, UV 또는 전자빔과 같은 에너지원을 사용하여 경화시킨 접착제 또는 허용되는 광학 및 기계적 특성을 갖는 임의의 다른 접착제일 수 있다. 적합한 접착제 및 결합 기술은 당업계의 숙련인에게 잘 알려져 있다. 필요한 경우, 접착층의 하나 이상은 예를 들어 서로 결합되는 표면의 하나 또는 둘에 접착제를 인가하고, 상기 표면을 서로 포개어 적층 어셈블리를 형성시키고 접착층 또는 접착층들을 경화를 수행하는 적층 어셈블리의 한면 또는 양면을 통해 적합한 경화 에너지 (예를 들어, UV 또는 e-빔)에 노출시킴으로써 조립 후에 경화될 수있다.
광도관과 광추출층 사이의 접착층은 주의하면서 적용하여야 한다. 예를 들어, 상기 접착제는 광도관의 전체 광출력면과 여기에 적층되는 광추출층에 적용될 수 있다. 필요한 경우, 예를 들어 미국 특허 제5,545,280호에 기재되어 있는 바와 같이, 접착제는 단지 광추출층의 평탄부의 상단에만 코팅될 수 있고, 생성되는 부분 코팅된 표면은 광도관의 광출력면에 적층될 수 있다. 어느 경우에든, 광추출층의 구조화 표면을 손상시키지 않고 돌출부 사이의 포켓이 접착제로 충전되지 않도록 적절하게 주의하여야 한다.
필요한 경우, 돌출부 사이의 포켓은 적층 전에 광추출층이 제조되는 물질보다 굴절률이 더 작은 적합한 유동성(및 바람직하게는 경화성) 물질로 충전시킬 수 있다. 이것은 광도관에 대한 광추출층의 적층을 단순화시킬 수 있고, 접착제가 포켓을 충전하는 것을 억제할 수 있다. 그러나, 유동성 물질의 굴절율이 공기의 굴절율과 광추출층이 제조되는 물질의 굴절율 사이에 존재하는 값이라면, 상기 유동성 물질의 사용은 각면의 반사 특성에 유해한 영향을 끼칠 수 있고, 공기 충전 포켓 사용시에 비해 총 추출 효율을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 조명 터치 패널은 작은 전지에 의해 전력이 공급되는 발광 다이오드 (LED)로 조명되는 초소형 또는 소형 장치에 특히 유용하다. 적합한 장치는 휴대폰, 무선호출기, 개인 휴대용 단말기 (PDA), 시계, 손목시계, 계산기, 사진 및 비디오 카메라, 랩톱 컴퓨터, 차량 디스플레이 등을 포함한다. 상기 장치의 반사광 밸브는 다양한 색상 또는 단색 장치를 사용하여 제조할 수 있다. 예를 들어,반사광 밸브는 COMPAQ iPAQTM포켓(Pocket) PC에 사용되는 바와 같은 반사 색상 LCD일 수 있다. 또한, 반사광 밸브는 미국 특허 제6,064,784호 및 PCT 출원 공개 제WO 00/75720호에 기재된 장치와 같은 총 내부 반사의 억제 조절이 가능한 장치, 고정 그래픽 장치, 예를 들어 포스터 또는 사인 (예, 프린트된 메뉴) 또는 가변 외형 기판, 예를 들어 "기리콘(Gyricon)" 전자 디스플레이 물질 [기리콘 미디어 인크 (Gyricon Media Inc.)에 의해 개발됨]일 수 있다. 본 발명의 조명 터치 패널은 하나 초과의 광원, 예를 들어 3 이상의 LED로 조명될 수 있다. 착색 광원의 어레이 [예를 들어 하나 이상의 각각의 적색, 녹색 및 청색 LED)를 사용할 수 있고, 어레이 내의 광원은 연속 또는 스트로브주소지정기법(strobed addressing scheme]을 사용하여 전기적으로 전력을 공급한다. LED 이외에, 본 발명의 터치 패널 및 디스플레이에 적합한 다른 조명원은 형광 또는 백열 램프, 전기발광 등을 포함한다. 본 발명의 터치 패널에 특히 바람직한 광원은 2001년 4월 6일자로 출원되어 계류중인 미국 특허 출원 제09/844,745호에 기재되어 있는 선형 조명원을 사용한다.
당업계의 숙련인은 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 다양한 변용 및 변경을 용이하게 도출해 낼 수 있을 것이다. 본 발명이 상기 제시한 예시적인 실시태양에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (23)

  1. 전면 광도관에 빛을 공급하는 하나 이상의 광입력면, 관찰면, 관찰면의 반대편의 광출력면 및 터치감지변환기의 하나 이상의 구성성분을 갖는 전면 광도관을 포함하고, 상기 광출력면은 실질적으로 평평한 광출사면을 가지며 공급된 빛을 도관으로부터 광출사면을 통해 추출하는 매립형 반사 각면을 포함하는 광추출층을 그 위에 갖는 것인, 반사광 밸브와 함께 사용하기 위한 전면발광 터치 패널.
  2. 제1항에 있어서, 전면 광도관이 광입력면의 반대편에 반사면을 갖고, 각면의 일부가 상기 반사면으로부터 반사된 공급된 빛이 전면 광도관으부터 경사진 각면을 통해 추출될 수 있도록 경사진 것인 전면발광 터치 패널.
  3. 제1항에 있어서, 전면 광도관이 평면형 유리 시트를 포함하고, 추출층이 전면 광도관과 마주하는 구조화 표면 및 전면 광도관과 동일한 방향을 향하는 평탄한 표면을 포함하는 것인 전면발광 터치 패널.
  4. 제1항에 있어서, 추출층이 전면 광도관과 마주하는 복수의 돌출부를 포함하는 구조화 표면을 갖는 필름을 포함하고, 각면에 인접하고 돌출부들 사이에 존재하는 포켓이 필름이 제조되는 재료보다 더 낮은 굴절률을 갖는 매질을 함유하는 것인 전면발광 터치 패널.
  5. 제4항에 있어서, 돌출부가 전체적으로 사다리꼴 형상을 갖는 것인 전면발광 터치 패널.
  6. 제4항에 있어서, 돌출부가 각면을 포함하고 라이저와 평탄부를 추가로 포함하며, 공급된 빛이 광출력면으로부터 평탄부를 통해 통과한 다음 각면으로부터 광출사면을 통해 반사되는 것인 전면발광 터치 패널.
  7. 제4항에 있어서, 랜드가 돌출부들을 분리시키고, 포켓이 공기를 함유하는 것인 전면발광 터치 패널.
  8. 제7항에 있어서, 전체 평탄부 길이 대 전체 랜드 길이의 비가 1:1보다 큰 것인 전면발광 터치 패널.
  9. 제8항에 있어서, 상기 비가 3:1보다 큰 것인 전면발광 터치 패널.
  10. 제4항에 있어서, 돌출부가 공급된 빛이 관찰면을 가로질러 균등하게 분포될 수 있도록 하는 치수, 피치 및 각도 배향을 갖는 것인 전면발광 터치 패널.
  11. 제4항에 있어서, 출사면으로부터 반사되고 각면을 통해 굴절된 공급된 빛이근처의 각면을 통해 굴절되고 광추출층 내로 전송됨으로써 재포획되는 것인 전면발광 터치 패널.
  12. 제4항에 있어서, 돌출부가 광입력면 부근에서 비교적 더 넓은 피치로, 그리고 광입력면으로부터 먼 부분에서는 비교적 더 미세한 피치로 이격되는 것인 전면발광 터치 패널.
  13. 제4항에 있어서, 상기 돌출부가 모아레 패턴이 관찰면 상에서 보이지 않도록 하는 치수, 피치 및 각도 배향을 갖는 것인 전면발광 터치 패널.
  14. 제1항에 있어서, 실질적으로 모든 각면 영역이 공급된 빛에 접근할 수 있는 것인 전면발광 터치 패널.
  15. 제1항에 있어서, 광출사면 상에 반사방지 코팅을 추가로 포함하는 전면발광 터치 패널.
  16. 제1항에 있어서, 터치감지변환기가 저항식 터치 패널을 포함하는 것인 전면발광 터치 패널.
  17. 제1항에 있어서, 상기 터치감지변환기가 정전용량 방식, 유도음파 방식, 표면음파 방식 또는 근접장 영상 방식 터치 패널을 포함하는 것인 전면발광 터치 패널.
  18. 제1항에 있어서, 구성성분의 전면 광도관에 대한 적용시에 광추출층을 파괴하는 온도 또는 가공 조건을 필요로 하는 것인 전면발광 터치 패널.
  19. 제17항에 있어서, 구성성분이 산화인듐주석을 포함하는 층을 포함하고, 광추출층이 구조화 표면 플라스틱 필름을 포함하는 것인 전면발광 터치 패널.
  20. a) 하나 이상의 광원,
    b) 광원으로부터의 빛을 전면 광도관에 공급할 수 있는 하나 이상의 광입력면, 관찰면, 관찰면 반대편의 광출력면 및 터치감지변환기의 하나 이상의 구성성분을 갖고, 상기 광출력면은 실질적으로 평평한 광출사면을 가지며 공급된 빛을 도관으로부터 광출사면을 통해 추출하는 매립형 반사 각면을 포함하는 광추출층을 그 위에 갖는 것인, 전면 광도관 및
    c) 도관으로부터 추출된 빛을 수용하여 적어도 빛의 일부를 관찰면을 통해 반송하는 반사광 밸브
    를 포함하는 조명 터치 패널 디스플레이.
  21. 제19항에 있어서, 추출층이 전면 광도관과 마주하는 복수의 돌출부를 포함하는 구조화 표면을 갖는 필름을 포함하고, 각면에 인접하고 돌출부들 사이에 존재하는 포켓이 필름이 제조되는 재료보다 더 낮은 굴절률을 갖는 매질을 함유하는 것인 조명 터치 패널 디스플레이.
  22. 제19항에 있어서, 광출사면 상의 반사방지 코팅 및 상기 코팅과 광 밸브 사이의 에어 갭을 추가로 포함하는 조명 터치 패널 디스플레이.
  23. 제19항에 따른 디스플레이를 포함하는 휴대폰, 무선호출기, 개인 휴대용 단말기(PDA), 시계, 손목시계, 계산기, 랩톱 컴퓨터 또는 수송 차량.
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