專利名稱：用于觸摸屏應(yīng)用及位置感測系統(tǒng)的反向反射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于檢測觸摸屏或位置感測系統(tǒng)內(nèi)對象的位置和因而使用的 反向反射或棱鏡薄膜的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括具有金屬三角形立方角的反向反射元件 的棱鏡薄膜，該元件為不透明對象與觸摸屏和/或位置感測系統(tǒng)之間的對比提供適合的背 景；并且該棱鏡薄膜在所選部分的電磁譜中高度透明，以便于檢測觸摸屏應(yīng)用和/或位置 感測系統(tǒng)內(nèi)的對象。
背景技術(shù)：
某些涉及觸摸屏的位置檢測系統(tǒng)感測由不透明對象(如，手指、鐵筆等)導(dǎo)致的輻 射(如，光)中斷。此類系統(tǒng)一般利用輻射發(fā)射器發(fā)射平行于視場表面穿過觸摸屏區(qū)域的 輻射。輻射接收器用來檢測穿過觸摸屏區(qū)域的輻射，并感測該輻射中由不透明對象導(dǎo)致的 任何中斷的存在和位置。如美國4，507，557號專利所公開，反向反射薄片材料可以圍繞觸摸屏有效區(qū)域的 外緣設(shè)置。該反向反射薄片材料通常被設(shè)置成將從起始源接收的輻射反射回到起始源。示 例性反向反射薄片材料一般包括一層透明的樹脂，例如，丙烯酸、聚碳酸脂或乙烯基，其具 有光滑的前表面并且在反面上具有多個(gè)反向反射立方角棱鏡。入射到光滑的前表面上的光 線穿過薄片，照射到反向反射元件，并沿與入射方向成180度的方向被反射回來穿出該光 滑的前表面。在觸摸屏應(yīng)用和/或位置檢測系統(tǒng)內(nèi)使用某些傳統(tǒng)反向反射薄片材料的一個(gè)問 題是臟污和/或濕氣問題，其可能會滲透反向反射薄片材料的結(jié)構(gòu)并損害其反向反射能 力。在觸摸屏應(yīng)用和/或位置檢測系統(tǒng)內(nèi)使用某些傳統(tǒng)反向反射薄片材料的另一個(gè)問題是 很難遍及整個(gè)感興趣區(qū)域(例如，檢測區(qū)域)獲得可與不透明對象形成對比的統(tǒng)一背景。許 多傳統(tǒng)反向反射薄片材料的設(shè)計(jì)提供的背景不統(tǒng)一并且具有多個(gè)部分，尤其是檢測信號非 常低的角區(qū)域或角區(qū)域附近。這使得在此區(qū)域中難于檢測不透明對象的移動。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上文所述，需要能夠提供金屬薄片的光學(xué)及機(jī)械性能益處的反向反射薄片設(shè) 計(jì)。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及觸摸屏系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)電磁輻射源，用來在可視區(qū) 域中的至少一個(gè)部分輸出電磁輻射；以及設(shè)置成接收由棱鏡薄膜反射的電磁輻射的攝像 機(jī)，該棱鏡薄膜沿可視區(qū)域的至少一個(gè)部分的邊緣設(shè)置，其中棱鏡薄膜包括多個(gè)反向反射 元件，該反向反射元件具有在面更平行的方向上傾斜大約4度至在邊緣更平行的方向上傾斜18度的范圍之間的傾斜度以及在大約0. 002英寸至0. 008英寸之間的立方體深度。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及棱鏡薄膜，其包括具有多個(gè)三角形立方角反向反射元 件的反向反射基底；設(shè)置在反向反射元件的至少一個(gè)部分上的金屬化層；設(shè)置在反向反射 基底的至少一個(gè)部分上的第一基底，其中第一基底具有光滑的外表面。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及反射薄膜，其包括具有多個(gè)反向反射元件的非固定反 向反射基底，該多個(gè)反向反射元件具有一個(gè)在邊緣更平行的方向上傾斜大約4度至18度范 圍之間且立方體深度大約在0. 002至0. 008英寸之間的三角形立方角，或是具有一個(gè)在邊 緣更平行的方向上傾斜大約5. 5至2度范圍之間且立方體深度在0. 0005至0. 004英寸之 間的三角形立方角，或是具有一個(gè)在邊緣更平行的方向上傾斜大約8至35度范圍之間且立 方體深度在0. 001至0. 012英寸之間的三角形立方角。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及紅外線反射薄膜，其包含具有多個(gè)反向反射元件的棱 鏡薄膜，該多個(gè)反向反射元件具有一個(gè)在邊緣更平行的方向上傾斜大約4度至18度范圍之 間且基于使用薄膜的顯示尺寸選擇的立方體深度的三角形立方角。上述的本發(fā)明內(nèi)容及本發(fā)明其他的特征將在下文中做更充分地描述，并且在權(quán)利 要求書中具體指出，下文的說明詳細(xì)地闡述了本發(fā)明某些示意性的實(shí)施例，然而，這些實(shí)施 例是指示性的，而不是可以使用本發(fā)明原理的幾種不同方式。


參考西面說明和附圖，本發(fā)明這些及進(jìn)一步的特征將顯而易見，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明各方面的觸摸屏系統(tǒng)的示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明圖1所示觸摸屏系統(tǒng)的截面圖。圖3和圖4為根據(jù)本發(fā)明的棱鏡薄膜多個(gè)實(shí)施例的截面圖。圖5為圖3和圖4所示的具有傾斜立方角反向反射元件陣列的棱鏡薄膜的平面 圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明各方面的示例性傾斜立方角反向反射結(jié)構(gòu)的平面圖。圖7為圖6所示的具有兩個(gè)傾斜立方角反向反射元件陣列的棱鏡薄膜的平面圖， 其中陣列中的立方角反向反射元件相互之間被旋轉(zhuǎn)90度。圖8為圖6所示的傾斜立方角反向反射元件的非固定棱鏡薄膜的平面圖。圖9為圖5沿線9-9的截面圖。圖10為根據(jù)本發(fā)明各方面針對不同三角形立方角的攝像機(jī)信號的示例性曲線 圖。圖11至圖18為根據(jù)本發(fā)明各方面描述為傾斜度(度)和立方體深度(密耳)函 數(shù)的最小信號/范圍的多個(gè)示例性曲線圖。圖19為本發(fā)明棱鏡薄膜與傳統(tǒng)薄膜材料的示例性對比圖。
具體實(shí)施例方式在下文的詳細(xì)說明中，相應(yīng)的組件使用相同的參考標(biāo)記，而不考慮他們是否是在 本發(fā)明不同的實(shí)施例中被顯示。為了簡明清晰地說明本發(fā)明，附圖可以不必按比例并且某 些特征可以在一定程度上以示意圖形式被顯示。
就本申請而言，某些術(shù)語將按照此處的具體定義使用，而其他術(shù)語將按照工業(yè)常 例使用，例如當(dāng)前ASTM (美國材料與試驗(yàn)協(xié)會)定義。此處使用的術(shù)語“立方角元件”(即“立方角棱鏡”或“立方角”或“立方角反向反 射元件”)包含由三個(gè)相互相交的平面所組成的這些元件，其二面角通常大約為90度，但不 必精確到90度。此處使用的術(shù)語“立方體形狀”是指由主折射線方向上立方體外緣的投影限定的 二維幾何形狀。例如，三角形立方體的立方體形狀為三角形。此處使用的術(shù)語“反向反射基底”是指一層具有在其第二表面上形成有陽立方 角或陰立方角元件陣列的材料。第一表面可以是平坦的，或可以是有些不平坦的，其圖案 (pattern) 一般對應(yīng)于后表面上立方角元件陣列。對于陽立方角元件，“基底厚度”是指其 上設(shè)置立方角元件的材料的厚度。對于陰立方角元件，“反向反射基底厚度”是指陰立方角 元件在其上形成凹陷的材料的總厚度。此處使用的術(shù)語“立方軸”是指中心軸，該中心軸是立方角元件的三個(gè)相交面限定 的內(nèi)部空間的三等分線。此處使用的術(shù)語“斜立方角”是指其軸與薄片表面不垂直的立方 角。傾斜通過立方軸與薄片表面法線之間的角度來量度。需要注意的是，當(dāng)存在斜面時(shí)，垂 直于薄膜表面的平面圖顯示頂點(diǎn)處的面角不都是120度。此處使用的術(shù)語“面更平行傾斜”(或“在面更平行方向上傾斜”或“傾斜于面更平 行的方向”)和“邊緣更平行傾斜”是指立方體相對于主折射線的定位。當(dāng)立方體面與主折 射線之間的角不都等于35. 26度時(shí)，立方體是“面更平行”還是“邊緣更平行”取決于最異于 35. 26度的相對于主折射線的面角分別大于還是小于35. 26度。就薄片或其他反向反射器 而言，主折射線名義上與反向反射器的前表面垂直，那么對于面更平行立方體，所選擇的立 方體面也將比非傾斜立方體的任何面更平行于反射器的前表面。圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明各方面的示例性位置檢測系統(tǒng)100。圖1圖示說明顯示器 102 (例如，計(jì)算機(jī)顯示器，觸摸屏顯示器等)的平面圖，該顯示器具有被凸起的邊框或邊界 106包圍的屏幕區(qū)域或視場104。在顯示為計(jì)算機(jī)顯示器的情況下，位置檢測系統(tǒng)100可以 用于任何類型的光學(xué)位置檢測系統(tǒng)中。一般與顯示器102的視場104基本垂直的邊界106 的內(nèi)表面上設(shè)有棱鏡薄膜(此處也稱為反向反射薄膜108)。棱鏡薄膜108提供圍繞視場 104(此處也稱為檢測區(qū)域)至少一部分的反向反射表面，下文將對棱鏡薄膜108進(jìn)行詳細(xì) 討論。這就是說，棱鏡薄膜108提供將從起始源接收的輻射反射回起始源的表面。組成的 棱鏡薄膜108可以通過使用粘著劑或其他附著的方法直接應(yīng)用于邊框106，或者可以首先 將它制造成膠帶的形式，隨后便可將它應(yīng)用于邊界106的內(nèi)表面。希望以與棱鏡薄膜相關(guān) 聯(lián)的最大入射角的平面與視場、檢測區(qū)域和/或顯示器大致平行的方式對齊棱鏡薄膜以最 佳化感興趣區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)的可能的檢測。圖1所示的位置檢測系統(tǒng)100進(jìn)一步包含兩個(gè)輻射源110、112。這兩個(gè)輻射源 110、112優(yōu)選為點(diǎn)輻射源(或大致上是點(diǎn)輻射源)。第一輻射源110可以設(shè)置在視場104的 一角，而第二輻射源112可以設(shè)置在視場104的另一角。在優(yōu)選的實(shí)施例中，第一個(gè)輻射源 110和第二輻射源112有公共邊114。如圖1中所示，邊114上可以不具有棱鏡薄膜108，但 顯示器102的其他三邊上都有棱鏡薄膜108。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易注意到，輻射源 的精確位置可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)因素，包括環(huán)境、應(yīng)用等，而改變。同樣地，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將注意到，棱鏡薄膜108可以環(huán)繞包圍視場的全部邊緣。兩個(gè)輻射源110、112通過輻射共同照明整個(gè)視場104，輻射沿與視場104平面平行 的方向延伸。該輻射源可以提供任何想要的電磁輻射譜。這就是說，輻射源可以被選擇以 在任何需要的頻率范圍內(nèi)或在任何想要的波長上操作。例如，輻射源可以是紅外輻射源，射 頻輻射源，可見光輻射源，發(fā)光二極管(LED)，激光器等。在優(yōu)選實(shí)施例中，輻射源110、112 均為紅外發(fā)光二極管。設(shè)于視場四周邊緣的棱鏡薄膜108將紅外輻射反射回相應(yīng)的起始源，如視場內(nèi)的 箭頭所示。因此，例如如圖1所示，由點(diǎn)輻射源110發(fā)出的紅外輻射射線向外延伸到顯示屏 幕的側(cè)邊并返回到點(diǎn)輻射源110。如下文中詳細(xì)描述，電磁輻射被棱鏡薄膜108反射回其輻 射源。如下面更全面地描述，棱鏡薄膜108包含具有多層的反向反射薄膜，其中多層中 的一層包含反射進(jìn)入的輻射的多個(gè)三角形立方角反向反射元件。包含棱鏡薄膜108的一層 或多于一層的其他層的作用是允許大多數(shù)紅外輻射通過(例如，大約74%到100%的雙通 透射度)，以及基本阻擋可見光，其使棱鏡薄膜表面黑暗。本發(fā)明中的這些方面將在下文中 被進(jìn)一步討論。在操作中，示例性位置檢測系統(tǒng)100用于檢測邊框106邊界內(nèi)存在的對象109及 其位置。假設(shè)輻射是由分別位于具有公共邊的兩角上的輻射源110、112(例如，紅外發(fā)光二 極管)發(fā)出，該輻射向外橫向傳播并被反射回分別位于點(diǎn)輻射源110、112之上的對應(yīng)透鏡 115、116。兩個(gè)透鏡115、116起光學(xué)孔徑的作用，用來成像點(diǎn)輻射源發(fā)射和分別由兩臺攝像 機(jī)117、118接收的電磁輻射。透鏡可以定位在距輻射源任意想要距離。優(yōu)選該距離小于 10mm。更優(yōu)選該距離為1. Omm至1. 5mm。攝像機(jī)117、118可以為行掃描和/或面掃描攝像機(jī)。攝像機(jī)117、118—般包含電 荷耦合元件(CCD)傳感器形式的圖像捕捉裝置，該裝置由感光性元件(例如，像素)的陣列 構(gòu)成。行掃描攝像機(jī)一般獲取單行像素上的圖像。面掃描攝像機(jī)，如傳統(tǒng)的攝像機(jī)，包含像 素的CCD圖像傳感器(一般為矩形)，其產(chǎn)生與所獲取的圖像長寬相應(yīng)的二維框架。在操作中，被反射的輻射穿過相應(yīng)的透鏡(如透鏡115或116，其取決于輻射源的 位置)并形成由CCD傳感器檢測的對象的圖像。大量的光線被轉(zhuǎn)化成視頻脈沖信號然后被 輸出。CCD傳感器將光電二極管陣列上檢測到的輻射轉(zhuǎn)化成電信號并輸出測量的數(shù)量。行 掃描攝像機(jī)的單掃描行一般可被認(rèn)為是與觀測行上每個(gè)單點(diǎn)相關(guān)的亮度的一維映射。線性 掃描產(chǎn)生行，該行在Y軸上顯示灰度級中每個(gè)給定點(diǎn)的亮度(例如8-bit CCD傳感器有0 至255級灰度或10-bit C⑶傳感器有0至1023級灰度)。攝像機(jī)117、118的輸出可以由 控制部件119處理(如圖1中所示)，該部件用來產(chǎn)生表示對象109的X和Y坐標(biāo)位置的輸 出信號。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易注意到，面掃描攝像機(jī)的掃描圖像將產(chǎn)生與觀測區(qū) 域上每個(gè)點(diǎn)相關(guān)的亮度的二維映射。參考圖1及圖2可以更好地理解位置檢測系統(tǒng)100的操作。圖2為圖1中相關(guān)部 件的截面圖。如圖1及圖2中可見，由輻射源110發(fā)出的紅外輻射進(jìn)入視場104。視場沿邊 界108的兩條邊具有棱鏡薄膜108，其中輻射源110是定向的。由輻射源110發(fā)出的紅外輻 射被棱鏡薄膜108反射回到行掃描攝像機(jī)117。該紅外輻射穿過透鏡115到行掃描攝像機(jī) 117。該行掃描攝像機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的行圖像，該圖像具有取決于針對掃描器行上各個(gè)點(diǎn)的行掃描攝像機(jī)分辨率的數(shù)字化亮度值。對于行圖像中不接收輻射的任何位置產(chǎn)生邏輯值0。例 如，如果一個(gè)不透明對象109，諸如鐵筆或手指，進(jìn)入視場，則一個(gè)陰影便會投射到透鏡和相 應(yīng)的行掃描攝像機(jī)上，這會導(dǎo)致通過針對特定像素或像素區(qū)域極少或沒有電荷被行掃描攝 像機(jī)檢測到。在檢測到輻射的位置，該輻射會使與行掃描攝像機(jī)相關(guān)的相應(yīng)CCD傳感器放 電，其產(chǎn)生取決于行掃描攝像機(jī)分辨率的實(shí)質(zhì)更高的信號值。如果如圖1所示提供兩個(gè)輻 射源和行掃描攝像機(jī)的組合，則對象109的X和Y位置可以由三角形關(guān)系確定。在該情況 下，可以測量兩個(gè)角Q1* θ 2，并且通過這兩個(gè)角度值以及所測量的兩點(diǎn)之間距離“D”計(jì) 算X和Y坐標(biāo)，如圖1所示?，F(xiàn)在討論棱鏡薄膜(在此也被稱為反向反射薄膜)108。參考圖3，其圖示說明根 據(jù)本發(fā)明各方面的示例性棱鏡薄膜108的截面圖。該棱鏡薄膜108包含具有第一表面122 以及第二表面124的第一基底120。棱鏡薄膜108第一表面122 (在此也被稱為前表面)一 般是平坦的(且典型光滑的)。第二表面124 —般也是平坦的且固定在第二基底126上。第二基底126具有第一表面128以及第二表面130。如圖3中所示，第二基底126 的第一表面128 —般是平坦的(且典型光滑的)而且一般面向第一基底120的第二表面 124。第二基底126的第二表面130 —般也是平坦的且固定在反向反射基底132上。第一基底120以及第二基底126可由一種材料構(gòu)成，例如具有高彈性模量的聚合 體。該聚合體可從各種聚合體中選擇，包括但不限于聚碳酸酯，聚酯，聚苯乙烯，聚芳酯，苯 乙烯_丙烯腈共聚物，尿燒，丙烯酸酯，纖維素酯，乙烯不飽和亞硝酸鹽，硬環(huán)氧丙烯酸酯， 丙烯酸樹脂等，其中優(yōu)選丙烯酸及聚碳酸酯聚合物。優(yōu)選地，第一以及第二基底是有色的且 /或具有均勻分布在第一及第二基底上各處的染料。在一個(gè)實(shí)施例中，第一基底120包含分 布于各處的紅色染料，而第二基底126具有分布于各處的藍(lán)色染料。在另一個(gè)實(shí)施例中，第 一基底120具有分布于各處的藍(lán)色染料，而第二基底126具有分布于各處的紅色染料。第 一基底120和第二基底126都具有均勻分布于各處的染料。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將輕易注 意到，本發(fā)明各方面包含使用任意想要顏色或其混合色獲得此處所討論的想要的功能，樣 式美觀等。例如，基底120，126可以具有分布于各處的不同顏色的染料?；變?yōu)選被選為在紅外波長高透明度且在可見光波長不透明，因此其提供基本的 黑色表面。由膜提供的亮背景優(yōu)選被制為最大可能的明亮均勻，以允許在棱鏡薄膜108區(qū) 域內(nèi)(例如，檢測區(qū)域)檢測對象。反向反射基底132具有第一表面134以及第二表面136。如圖3中所示，第一表面 134 一般是平坦的(且典型光滑的)而且一般面向第二基底126的第二表面130。第二表 面136包含或限定多個(gè)立方角元件140并且在應(yīng)用中可以面向粘合劑143。包含其內(nèi)所形 成的立方角元件140的反向反射基底132可以由透明的塑性材料構(gòu)成，例如具有高彈性模 量的聚合體。高聚合體可從各種不同的聚合體中選擇，包括但不限于聚碳酸酯，聚酯，聚苯 乙烯，聚芳酯，苯乙烯_丙烯腈共聚物，尿烷，丙烯酸酯，纖維素酯，乙烯不飽和亞硝酸鹽，硬 環(huán)氧丙烯酸酯，丙烯酸樹脂等，其中優(yōu)選丙烯酸及聚碳酸酯聚合物。在圖4所示的另一個(gè)實(shí)施例中，第一基底120和第二基底126可以由單個(gè)基底150 替代?；?50具有單染色層膜用以通過前表面152和對立的后表面154吸收可見光。如 上文關(guān)于第二基底所討論的，后表面154面向反向反射基底132。前表面152 —般是光滑 的。在一個(gè)實(shí)施例中，基底150被染成黑色。采用單染色層的優(yōu)點(diǎn)是，可以使整體膜的結(jié)構(gòu)更薄并且增大穿過單染色層150透射的均勻性。在一個(gè)優(yōu)先選擇的實(shí)施例中，包含其內(nèi)所形成的立方角元件140的反向反射基底 132可由丙烯酸構(gòu)成，例如，折射率約為1.49的丙烯酸材料。當(dāng)然，在不偏離本發(fā)明范圍的 情況下可以使用其他具有更高或更低折射率的合適材料。立方角元件可以使用例如共同所 有的美國第6，015，214和6，767，102號專利中所描述任意方法被形成在基底內(nèi)或形成為基 底的整體部分，上述專利的公開通過參考整體合并于此。如下文更全面的描述，基底的折射率以及立方角元件的尺寸和傾斜度可以選擇為 提供想要的反向反射性和均勻性。盡管本發(fā)明關(guān)于整體形成為基底一部分的立方角元件來 進(jìn)行描述，但可以注意到，本發(fā)明可以適用于與基底分離形成并被粘合在基底上的立方角 元件。多個(gè)立方角元件140使用合適的金屬被金屬化，例如鋁、銀、鎳、金等。此金屬化可 以通過在立方角元件的表面上沉積(例如，濺射或真空沉積)金屬薄膜實(shí)現(xiàn)。基底的被金 屬化的立方角側(cè)可以涂覆粘合劑143或嵌入在粘合劑143中(形成，例如類似于顯眼膠帶 (conspicuity tape)的產(chǎn)品)。立方角元件的金屬化允許顯示器可以被清潔且不易受污染 物和/或濕氣影響，污染物和/或濕氣可能會對反向反射薄膜108的反向反射性產(chǎn)生有害 的影響。參考圖5至圖9并繼續(xù)參考圖3，反向反射薄膜108包含多個(gè)單個(gè)的立方角元件 140 (圖3)，這些立方角元件被排布在陣列200中或形成陣列200 (圖5)。每個(gè)立方角元件 140都由三個(gè)相互垂直(或大致垂直)且交會于頂點(diǎn)204的面202形成。相互垂直的面相 互相交在兩面邊206。相互相交面202之間的兩面邊206上的角通常被稱為兩面角。在一 個(gè)幾何形狀完美的立方角元件中，三個(gè)兩面角中的每一個(gè)都精確等于90度。然而，需要注 意的是，一個(gè)或多于一個(gè)兩面角可以根據(jù)制造的不規(guī)則性或設(shè)計(jì)選擇而稍微偏離90度。如圖6中所示，每個(gè)立方角元件140都是具有3條底邊210的三角形立方形狀。在 一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)立方角元件140都是等腰三角形立方形狀，其中兩條底邊(例如，底邊 長度為a和b)的長度近似相等。此外，一個(gè)或多于一個(gè)立方角元件140為非等腰三角形立 方形狀。因?yàn)榱⒎浇窃?40的底邊210是線性的且在同一平面上，所以立方角元件的陣 列由相交的凹槽組限定。如圖5中所示，每個(gè)立方角元件140都由三個(gè)V型凹槽212，214， 216限定，他們分別是三個(gè)凹槽組中的一個(gè)組件，這些凹槽組以相交模式穿過陣列200形成 立方角元件的匹配對。通常三個(gè)凹槽組的深度相同，但一個(gè)或多于一個(gè)凹槽組可以垂直偏 移(也就是相對于其他凹槽組的深淺不同)。同時(shí)，凹槽組中的一個(gè)可以水平偏移，其導(dǎo)致 立方形狀異于三角形。此類立方體仍被視為三角形立方角且在本發(fā)明范圍之內(nèi)。在圖6所 示實(shí)施例中，面相鄰邊a和b具有約為38.5度(例如38. 5211度)的半槽角，而面相鄰邊 c具有約為28. 3度的半槽角(例如28. 2639度)。陣列200(如圖7所示)可以被折疊多次以形成陣列片(例如形成理想尺寸的近 似方形片)。圖7顯示了棱鏡薄膜108的平面圖，其中立方角元件的多個(gè)陣列圍繞薄片法線 旋轉(zhuǎn)了 90度。例如如圖所示薄片108包含第一陣列200及第二陣列201，這兩個(gè)陣列結(jié)合 在一起以形成單一反向反射薄片段。第二陣列201包含相對于第一陣列200中立方角元件 旋轉(zhuǎn)90度的立方角元件。棱鏡薄膜也可以按線性排列提供，如圖8中所示。應(yīng)注意，反向反射薄片可以包含結(jié)合在一起的立方角元件的多個(gè)陣列或陣列片，其中每個(gè)陣列或陣列片 都相對于其他的陣列旋轉(zhuǎn)一定的角度(例如，一個(gè)陣列具有0度的相對立方角取向，另一個(gè) 陣列具有90度的相對立方角取向，另一個(gè)陣列具有180度的相對立方角取向，同時(shí)還有另 一個(gè)陣列具有270度的相對立方角取向)。具有含不同立方角取向的多個(gè)陣列片的薄片被 稱為固定的薄片。具有都含有相同立方角取向的一個(gè)陣列片或多個(gè)陣列片被稱為非固定薄 片。在棱鏡薄膜中，立方角元件一般與至少一個(gè)其他立方角元件使用作為配對的部 件，并且通常與此類立方角元件的陣列使用。此陣列如圖5至圖8所示，而此配對則如圖9 中截面圖所示。在圖6和圖8中圖示說明且在圖5、圖6和圖7的陣列中被重復(fù)的立方角元件在邊 緣更平行的方向傾斜大約7度。在該示例性實(shí)施例中，每個(gè)立方角元件的高度大約為101 微米(大約0. 004英寸或4密耳)。如上文所討論，本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一個(gè)具有高亮度值的反向反射薄膜。 因此，高反射的棱鏡薄片被用來實(shí)現(xiàn)這一目的。然而，棱鏡薄片的選擇可能包括折中期望的 均勻性。典型觸摸屏顯示器的幾何結(jié)構(gòu)是具有從0度到60度的入射角。本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員將容易注意到，這是一個(gè)非常大的范圍，通過這一范圍來維持棱鏡薄片均勻亮度。因?yàn)?觀察角也是變化的，所以在選擇立方體幾何形狀以及尺寸時(shí)應(yīng)該特別注意，以便實(shí)現(xiàn)高亮 度與較好均勻性。對于棱鏡薄片應(yīng)用，使用最普遍的是三角形立方角棱鏡，因?yàn)槭褂脗鹘y(tǒng)的裁定或 金剛石車削技術(shù)可以將此類棱鏡直接加工成基底。已被開發(fā)出來一種算法用來為具有相同 凹槽深度的等腰三角形立方角將信號亮度及均勻性模擬為幾何形狀和尺寸的函數(shù)。對于這 些立方角，幾何形狀和尺寸由兩個(gè)參數(shù)完全確定立方體傾斜度以及立方體深度。本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員將容易注意到，其他類型的三角形立方角是可能的，例如包括，不等邊三角形和 凹槽組的兩層或三層切槽。在這種情況下，信號亮度和均勻性不是由立方體傾斜度/立方 體深度的組合本身決定的，而是由入射光每個(gè)方向的有效孔徑尺寸決定。參考圖10的示例性曲線圖，其圖示說明不同三角形立方體設(shè)計(jì)的四種不同的模 擬的攝像機(jī)信號。每個(gè)信號中相關(guān)的主要參數(shù)是1)所有攝像機(jī)物鏡角的最小信號值，其 是亮度的量度；以及2)最大信號值除以最小信號值(例如信號范圍)，其是均勻性的量度。 如圖10中所示，四種信號通過相對信號與攝像機(jī)物鏡角函數(shù)關(guān)系被描繪。信號302描繪當(dāng) 立方體深度為1密耳(0.001")且立方體傾斜度為0度時(shí)的代表信號。信號304描繪當(dāng)立 方體深度為1密耳(0.001")且立方體傾斜度為8度時(shí)的代表信號。信號306描繪當(dāng)立方 體深度為密耳4(0. 004")且立方體傾斜度為0度時(shí)的代表信號。信號308描繪當(dāng)立方體 深度為4密耳(0.004")且立方體傾斜度為8度時(shí)的代表信號。如圖10中所示，對于每個(gè) 信號，其相對信號強(qiáng)度的急劇下降都出現(xiàn)在大約32度的位置，這歸因于當(dāng)視線由中等入射 角向大入射角改變時(shí)，視場角由觸摸屏的一邊向觸摸屏底邊的轉(zhuǎn)變。為了理解立方角設(shè)計(jì)對這些相關(guān)參數(shù)(如均勻性和亮度)所產(chǎn)生的影響，信號最 小值/范圍的圖像被描繪為立方體傾斜度與立方體深度的函數(shù)，如圖11-14以及15-18中 所示。圖11-14將信號最小值/范圍描繪為立方體傾斜度與立方體深度的函數(shù)。在這些 圖像中，利用符號規(guī)約可以將面更平行的傾斜度與邊緣更平行的傾斜度區(qū)分。面更平行的傾斜度被表示為負(fù)。邊緣更平行的傾斜度被表示為正。當(dāng)輻射源與攝像機(jī)之間距離為1.0 毫米時(shí)，這些圖像分別對應(yīng)17英寸顯示器(圖11)，19英寸顯示器(圖12)，22英寸顯示器 (圖13)，30英寸顯示器(圖14)。當(dāng)這完成是時(shí)，將出現(xiàn)性能改進(jìn)的三個(gè)區(qū)域。被定為區(qū)域I的區(qū)域具有大的負(fù)傾斜度(如圖11-14中下方區(qū)域所示)。該區(qū)域顯 示了根據(jù)屏幕尺寸傾斜度大約在-8. 0到-34度范圍內(nèi)且深度大約在1. 0至12. 0密耳以上 (0.001"至0.012")范圍內(nèi)的最佳化的性能。例如，圖11描繪了傾斜度大約在-8.0到-34 度且立方體深度大約在1至9. 5密耳(0.001〃至0.0095〃)范圍內(nèi)的最佳化的性能。圖 12描繪了傾斜度大約在-9. 0到-34度且立方體深度大約在1. 5至10. 5密耳(0. 0015〃至 0. 0105")范圍內(nèi)的最佳化的性能。圖13描繪了傾斜度大約在-9. 5到-33度且立方體深 度大約在1.5至12密耳(0.0015"至0.012")范圍內(nèi)的最佳化的性能。圖14描繪了傾 斜度大約在-10到-30度且立方體深度大約在3至12密耳以上(0. 003"至0. 012+〃 )范 圍內(nèi)的最佳化的性能。因此，發(fā)現(xiàn)此區(qū)域的立方體深度與顯示器尺寸之間的關(guān)系。另一個(gè)區(qū)域(區(qū)域II)主要包含正傾斜度，而大的立方體深度(如圖11-14中右 上方區(qū)域內(nèi)所示)，由于與復(fù)制與靈活性相關(guān)的復(fù)雜性的緣故，其通常很難制造。第三個(gè)區(qū)域(區(qū)域III，通常出現(xiàn)在圖11-14中左上方區(qū)域內(nèi))顯示了傾斜度大 約在_2到+22度且立方體深度大約在0. 5至9. 5密耳(0. 0005〃至0. 0095〃)范圍內(nèi)的 最佳化的性能。例如，圖11描繪了傾斜度大約在_2到+22度且立方體深度大約在0. 5至 6. 5密耳(0.0005"至0.0065")范圍內(nèi)的最佳化的性能。圖12描繪了傾斜度大約在-2 到+20度且立方體深度大約在1.0至6. 5密耳(0.001〃至0.0065〃)范圍內(nèi)的最佳化的性 能。圖13描繪了傾斜度大約在-2到+20度且立方體深度大約在1.0至7. 5密耳(0.001〃 至0.0075")范圍內(nèi)的最佳化的性能。圖14描繪了傾斜度大約在-0到+20度且立方體深 度大約在2至9. 5密耳(0.002〃至0.0095")范圍內(nèi)的最佳化的性能。因此，也發(fā)現(xiàn)此區(qū) 域立方體深度與顯示器尺寸之間的關(guān)系。因此，被最佳化改進(jìn)性能的立方體深度隨顯示器 尺寸的增加而增大。因此，最佳的立方體深度可以由常數(shù)(K)乘以與屏幕尺寸確定。常數(shù) (K)將需要考慮到顯示器高寬比。如圖11-14中所示，每臺顯示器的高寬比均為16/10。同樣地，對于尺寸分別為17英寸(圖15)，19英寸(圖16)，22英寸(圖17)，30英 寸(圖18)的顯示器，圖15-18將信號最小值/范圍描繪為立方體傾斜度與立方體深度的 函數(shù)。與圖11-14中的1.0毫米相對比，輻射源和攝像機(jī)之間的距離是1.5毫米。圖15-18 通常具有如上述關(guān)于圖11-14所討論的三個(gè)區(qū)域(區(qū)域I、II、III)。最佳立方體深度看起 來向左(例如，更小的立方體深度)轉(zhuǎn)移，并且兩相關(guān)區(qū)域的范圍看起來變得更窄。例如，在 負(fù)傾斜度區(qū)域(區(qū)域I)中，最佳化的性能大約在傾斜度約為_9到-34度且立方體深度大 約在0.5至11密耳(0.0005〃至0.011〃)范圍內(nèi)。圖15描繪了傾斜度大約在-9到-34 度且立方體深度大約在0. 5至6. 5密耳(0. 0005〃至0. 0065〃 )范圍內(nèi)的最佳化的性能。 圖16描繪了傾斜度大約在-9. 5到-34度且立方體深度大約在1. 0至7. 0密耳(0. 001 “至 0.007〃)范圍內(nèi)的最佳化的性能。圖17描繪了傾斜度大約在-10到-32度且立方體深度 大約在1.0至8.0密耳(0.001〃至0.008")范圍內(nèi)的最佳化的性能。參考圖18，最佳化 在傾斜度大約在"10到-32度且立方體深度大約在2. 0至11. 0密耳(0. 001 “至0. 008") 的范圍內(nèi)描繪了最佳化的性能。在正傾斜度區(qū)域(區(qū)域III)中，最佳化的性能處于傾斜度大約在_2到22度且立方體深度大約在0.5至6. 5密耳(0.0005"至0.0065〃)的范圍內(nèi)。例如，參考圖15，17 英寸顯示器的最佳化的性能被顯示在傾斜度大約在_2到+22度且立方體深度大約在0. 5 至4.0密耳(0.0005"至0.004")的范圍內(nèi)。參考圖16，最佳化的性能被顯示在傾斜度大 約在_2到+20度且立方體深度大約在0. 5至4. 5密耳(0. 0005〃至0. 0045〃 )的范圍內(nèi)。 參考圖17，最佳化的性能被顯示在傾斜度大約在-2到+20度且立方體深度大約在0. 5至 5.0密耳(0.0005"至0.005")的范圍內(nèi)。參考圖18，最佳化的性能被顯示在傾斜度大約 在0到+20度且立方體深度大約在1. 5至6. 5密耳(0. 0015〃至0. 0065〃 )的范圍內(nèi)。如通過圖11-14與相應(yīng)的圖15-18之間的對比可見，最佳的立方體深度和傾斜度 同樣可能受到輻射源與攝像機(jī)之間間隔(或距離)影響。例如，輻射源與攝像機(jī)之間的間 隔越大，最佳性能所使用的立方體深度就越小。圖11-18還進(jìn)一步描繪了，較淺的立方體(較小的立方體深度)在較高的傾斜度 表現(xiàn)得更好。這通過考慮區(qū)域III得知并且得知它如何隨屏幕尺寸和輻射源/攝像機(jī)間隔 變化。此外，與區(qū)域III相關(guān)的兩個(gè)區(qū)域已被識別為利用該觀察。選擇這些區(qū)域是因?yàn)樗?們?yōu)楦鞣N屏幕尺寸和輻射源/攝像機(jī)間隔提供高性能。這些區(qū)域在圖11-18中被用矩形框 表明。例如，方框1在傾斜度為_4至+18度且立方體深度為2. 0至8. 0密耳(0. 002〃至 0.008")的區(qū)域內(nèi)被描述，并且包含較大立方體尺寸的高性能深度/傾斜度組合。方框2 在傾斜度為5. 5至22度且立方體深度為0. 5至4. 0密耳(0. 0005〃至0. 004〃 )的范圍區(qū) 域內(nèi)被描述，并且包含較小立方體尺寸的高性能深度/傾斜度組合。在區(qū)域I中，各種屏幕 尺寸和輻射源/攝像機(jī)間隔的高性能處于傾斜度為約8至35度且立方體深度為0. 001英 寸至0.012英寸的范圍區(qū)域內(nèi)。圖19描繪了用于顯示器(例如，觸摸屏顯示器)的兩種不同類型棱鏡薄膜的對 比。第一薄膜的立方體深度超出了優(yōu)選的區(qū)域(例如，方框1和方框2所覆蓋的區(qū)域)。第 二薄膜的立方體深度在優(yōu)選區(qū)域以內(nèi)(例如，在方框2內(nèi))。圖19描繪了對最小信號和信 號范圍兩者的改進(jìn)。信號400描繪第一薄膜(其立方體深度超出了優(yōu)選的區(qū)域)。信號400 在大約180像素的位置達(dá)到了其最低點(diǎn)。這是由于系統(tǒng)100的兩個(gè)攝像機(jī)117，118(圖1 中所示)僅能照到屏幕三個(gè)表面中的兩個(gè)(例如，水平和垂直-90度)。該180像素范圍大 致上是屏幕角落的區(qū)域。信號402對應(yīng)于第二薄膜(其立方體深度在優(yōu)選區(qū)域以內(nèi))并顯 示相同區(qū)域內(nèi)較高的信號(大約是180像素位置上信號400信號強(qiáng)度的兩倍)。盡管本發(fā)明已經(jīng)關(guān)于特定的優(yōu)選實(shí)施例或?qū)嵤├伙@示和描述，但當(dāng)本領(lǐng)域的其 他技術(shù)人員閱讀并理解該說明書及附圖后，想到等同替換和修改是顯而易見的。特別是關(guān) 于上述元件(部件，組件，設(shè)備，成分等)所執(zhí)行的各種功能，除非另有說明，否則用來描述 這些元件的術(shù)語(包括提到的“方法“)意欲對應(yīng)于執(zhí)行所述元件指定功能的任何元件(也 就是，功能上等同)，即使是與所公開的執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例或此處描述的示例性實(shí)施例中 的功能的結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上不相等同。此外，盡管本發(fā)明的具體特征可以關(guān)于若干所述實(shí)施例 中的一個(gè)或多于一個(gè)進(jìn)行描述，但該特征可以與其他實(shí)施例中的一個(gè)或多于一個(gè)其他特征 相結(jié)合，這對于任意給定或具體應(yīng)用是期望和有利的。
權(quán)利要求
一種棱鏡薄膜，其包含具有反向反射基底和金屬化層的非固定棱鏡薄膜，所述反向反射基底包含多個(gè)三角形立方角反向反射元件，所述金屬化層設(shè)置在所述反向反射基底的至少一個(gè)部分上；以及其中所述反向反射元件具有在面更平行的方向上傾斜大約4度至在邊緣更平行的方向上傾斜18度的范圍之間的傾斜度以及在大約0.002英寸至0.008英寸之間的立方體深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱鏡薄膜，其進(jìn)一步包含設(shè)置在所述反向反射基底的至少一 個(gè)部分上的第一基底，其中所述第一基底具有光滑的外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棱鏡薄膜，其中所述第一基底具有均勻分布在各處的黑色染料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棱鏡薄膜，其中所述第一基底具有均勻分布在各處的紅色或 藍(lán)色染料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棱鏡薄膜，其進(jìn)一步包含設(shè)置在所述第一基底與所述多個(gè)反 向反射元件之間的第二基底。
6.一種棱鏡薄膜，其包含具有反向反射基底和金屬化層的非固定棱鏡薄膜，所述反向反射基底包含多個(gè)三角形 立方角反向反射元件，所述金屬化層設(shè)置在所述反向反射基底的至少一個(gè)部分上；以及其中反向反射元件具有在邊緣更平行的方向上傾斜大約5. 5度至22度的范圍之間的 傾斜度以及在0. 0005英寸至0. 004英寸之間的立方體深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的棱鏡反射薄膜，其包含設(shè)置在所述反向反射基底的至少一個(gè) 部分上的第一基底，其中所述第一基底具有光滑的外表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的棱鏡薄膜，其進(jìn)一步包含設(shè)置在所述第一基底與所述多個(gè)反 向反射元件之間的第二基底。
9.一種棱鏡薄膜，其包含具有反向反射基底和金屬化層的非固定棱鏡薄膜，所述反向反射基底包含多個(gè)三角形 立方角反向反射元件，所述金屬化層設(shè)置在所述反向反射基底的至少一個(gè)部分上；以及其中所述反向反射元件在邊緣更平行的方向上傾斜大約8度至35度的范圍之間的傾 斜度在0. 001英寸至0. 012英寸之間的立方體深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的棱鏡薄膜，其進(jìn)一步包含設(shè)置在所述反向反射基底的至少 一個(gè)部分上的第一基底和設(shè)置在所述第一基底與所述多個(gè)反向反射元件之間的第二基底。
11.一種位置檢測系統(tǒng)，其包含至少一個(gè)電磁輻射源，用來在檢測區(qū)域的至少一個(gè)部分上輸出電磁輻射；以及 設(shè)置成接收由棱鏡薄膜反射的電磁輻射的攝像機(jī)，該棱鏡薄膜沿所述檢測區(qū)域的至少 一個(gè)部分的邊緣設(shè)置，其中所述棱鏡薄膜包括多個(gè)三角形立方角反向反射元件，所述三角 形立方角反向反射元件具有在面更平行的方向上傾斜大約4度至在邊緣更平行的方向上 傾斜18度的范圍之間的傾斜度以及在大約0. 002英寸至0. 008英寸之間的立方體深度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含設(shè)置在所述多個(gè)反向反射元件上的金 屬化層，用來防止污染物和/或濕氣接觸所述反向反射元件和位于所述多個(gè)反向反射元件 與所述源之間的第一基底。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述輻射源為紅外輻射源且所述棱鏡薄膜在 可見光下基本不透明時(shí)，所述棱鏡薄膜具有超過74 %的雙通透射度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述檢測區(qū)域?yàn)橛|摸屏顯示器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述棱鏡薄膜排布成使得與所述棱鏡薄膜相關(guān) 的最大入射角的平面基本平行于觸摸屏。
16.一種位置檢測系統(tǒng)，其包含至少一個(gè)電磁輻射源，用來在檢測區(qū)域的至少一個(gè)部分上輸出電磁輻射；以及設(shè)置成接收由棱鏡薄膜反射的電磁輻射的攝像機(jī)，該棱鏡薄膜沿所述檢測區(qū)域的至少 一個(gè)部分的邊緣設(shè)置，其中所述棱鏡薄膜包括多個(gè)三角形立方角反向反射元件，所述三角 形立方角反向反射元件具有在邊緣更平行的方向上傾斜大約8度至35度的范圍之間的傾 斜度以及在0. 001英寸至0. 012英寸之間的立方體深度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含設(shè)置在所述多個(gè)反向反射元件上的金 屬化層，用來防止污染物和/或濕氣接觸所述反向反射元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含設(shè)置在所述反向反射基底的至少一個(gè) 部分上且位于所述多個(gè)反向反射元件與所述源之間的第一基底。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述輻射源為紅外輻射源且所述棱鏡薄膜在 可見光下基本不透明時(shí)，所述棱鏡薄膜具有超過74 %的雙通透射度。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含位于所述第一基底與所述多個(gè)反向反 射元件之間的第二基底。
21.一種位置檢測系統(tǒng)，其包含至少一個(gè)電磁輻射源，用來在所述檢測區(qū)域的至少一個(gè)部分上輸出電磁輻射；以及設(shè)置成接收由棱鏡薄膜反射的電磁輻射的攝像機(jī)，該棱鏡薄膜沿所述檢測區(qū)域的至少 一個(gè)部分的邊緣設(shè)置，其中所述棱鏡薄膜包括多個(gè)三角形立方角反向反射元件，所述三角 形立方角反向反射元件具有在邊緣更平行的方向上傾斜大約5. 5度至22度的范圍之間的 傾斜度以及在0. 0005英寸至0. 004英寸之間的立方體深度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含設(shè)置在所述多個(gè)反向反射元件上的金 屬化層，用來防止污染物和/或濕氣接觸所述反向反射元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含設(shè)置在所述反向反射基底的至少一個(gè) 部分上且位于所述多個(gè)反向反射元件與所述源之間的第一基底，以及位于所述第一基底與 所述多個(gè)反向反射元件之間的第二基底。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述輻射源為紅外輻射源且所述棱鏡薄膜在 可見光下基本不透明時(shí)，所述棱鏡薄膜具有超過74 %的雙通透射度。
全文摘要
觸摸屏系統(tǒng)和棱鏡薄膜包含具有三角形立方角的多個(gè)反向反射元件的反向反射基底。金屬化層設(shè)置在反向反射元件的至少一個(gè)部分上。在一個(gè)實(shí)施例中，棱鏡薄膜包含安裝在反向反射元件上的兩個(gè)染色基底。在另一個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)基底被安裝在反向反射元件上。經(jīng)常期望選擇在紅外線譜中高透明度，但在可見光譜中不透明的顏色基底，以為棱鏡薄膜提供黑暗的外表。棱鏡薄膜包括多個(gè)反向反射元件，該反向反射元件具有在面更平行的方向上傾斜大約4度至在邊緣更平行的方向上傾斜18度的范圍之間的傾斜度以及在大約0.002英寸至0.008英寸之間的立方體深度的三角形立方角，或是具有在邊緣更平行的方向上傾斜大約5.5至22度之間且立方體深度在0.0005至0.004英寸之間的三角形立方角，或是具有在邊緣更平行的方向上傾斜大約8至35度之間且立方體深度在0.001至0.012英寸之間的三角形立方角。
文檔編號G06F3/042GK101971064SQ200980109052
公開日2011年2月9日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月14日
發(fā)明者S·R·查普曼, S·布利杰 申請人:艾利丹尼森公司;耐克斯特控股有限公司