专利名称：集成的小型轮廓的显示器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及在人机接口中使用的显示器。更具体地，本发明涉及这样的显示器与线路板、仪器面板和其它衬底的集成。
背景技术：
显示器经常被用来向机器(象制作咖啡的机器和工业压力机一样形形色色)的使用者传达视觉信息。这样的显示器可以体现为多种形式，例如，一种简单的显示器可以采用一个或者多个选择地表示来表明机器状态的灯(例如，通电，运转，停止)。一个更复杂的显示器可以包括一个或者多个用于提供字符信息(例如，温度，压力，时间)的多段(multi-segment)或者点阵元件。一种传统的显示器通常被提供来作为预制的部件或者配件，用于以后安装到载体或者衬底，通常是印刷线路板或者机器的其它部件或者面板。所述衬底或者载体可以包括其它的电气/电子部件，例如近程传感器。
传统的显示器制造时既复杂又昂贵。实际上，一些应用场合甚至需要定做显示器。这使得它们不适合低成本的应用场合。而且，传统的显示器具有有限的厚度。当与机器面板或者其它衬底配合时，即使一个相对较薄的传统显示器要集成在需要小型整体轮廓(low overall profile)的应用也可能太厚了。
发明内容
本发明通过将显示器集成进一个部件载体或者衬底(显示器与其连接使用)克服了现有技术的这些和其它的缺点，例如，印刷线路板或者设备的面板，于是避免了对一个单独的显示器部件的需要。其它的部件，例如传感器，也能被集成在该组合中。没有限制，如美国专利No.5594222，No.6310611，和No.6320282中所述的传感器，非常适合于这样的一种应用，上述专利的内容在此引入作为参考。
在一个优选实施例中，所述衬底具有基本上一致的厚度并且与其长度和宽度相比相对薄。然而，该衬底也可以体现为任何一种其它的形状和横截面。于是，第一和第二面可以，但不是必须，基本上平行。所述衬底通常会体现为印刷线路板，但可以以其它任何多样的形式体现。例如，所述衬底可以是一种仪表的外部面板或者汽车的仪表盘。
在一个优选的实施例中，所述衬底限定了一个或者多个穿透的穿孔，每一个这样的穿孔具有一个侧壁，一个入口和一个出口。所述穿孔可以具有任何规则或者不规则的形状，例如，圆形，方形，或者椭圆形，并且它能使用任何合适的模具，成型或加工工艺形成，例如(NC)数字控制的钻孔或者冲孔，或其它的。光源与入口相连，并被制造为可选择地指导或者许可光穿过入口到达穿孔。优选的光源包括电灯，LED(发光二极管)，OLEDS，PLEDS，其它的能被使用，也可以。
穿孔充当光导。为此目的，穿孔的侧壁优选地被涂敷一种反光材料，例如，白漆或者反光金属，于是被引导到穿孔的光穿过，并且没有消散在衬底中。在其他实施例中，所述侧壁可以被涂敷阻止光扩散进衬底的任何基本不透明的材料。此外，如果衬底由基本上不透过光的材料制成，所述侧壁可以不被涂敷。在前述实施例中，在入口处进入穿孔的光在侧壁上反射并在出口离开所述穿孔。
可选择地，穿孔充当一种光导的外壳。在这样的优选实施例中，穿孔基本上被一种具有高折射率的材料填充，例如，具有良好光学特性的透光环氧树脂。在这个实施例中，从入口进入折射材料的光从折射材料的内壁反射并且在出口离开所述折射材料。因此，折射材料充当光导。在另一个实施例中，离散光导可被安装在穿孔中。
在一个优选实施例中，光散射体(diffuser)与穿孔的开口相连。此散射体将离开穿孔的光散射以提高使用者使用的显示器的清晰度。这样的光散射体通常会体现为施加在出口上的透光材料层。
在一个选择实施例中，所述衬底限定了一个或多个腔，代替(或者除此之外，还有)前述的穿孔。每一个腔包括一个侧壁和一个入口。这样的腔没有完全穿透衬底。因此，每个腔包括一个封闭端而不是一个出口。使用任何合适的制造工艺，这些腔能被模制在衬底中，或者在衬底中成型。在这个实施例中，衬底中至少在腔的封闭端和衬底第二面之间的部分是透明的或者半透明的，于是光可以从中穿过。所述腔的侧壁按照前述的方式被涂敷以防止光散射进衬底中。
可选择地，所述腔能被填充折射材料，如上所述。在这个实施例中，衬底中在腔的封闭端和衬底第二面之间的部分起了上述实施例中的光散射体的作用。
按照本发明的显示器能模拟传统的单元件或多元件显示器。通常地，单个穿孔或者腔被用来模拟单元件的显示器，例如状态指示灯，或者被用作模拟多元件显示器的单个元件。例如，按照传统的七段(seven segment)显示器的方式布置的七个穿孔或腔能模拟这样的传统显示器。其它的结构也是可能的。此外，任何实用数量的显示器能布置在同一个衬底上。因此，本发明很适合于需要多个显示器的应用场合。
所述衬底可以包括其它的人机接口中共有的部件，例如传感器和其它的电气或电子部件。这样的部件与显示器的集成能进一步降低成本，复杂性，和末端部件的尺寸。所述衬底还能包括功能性地或者纯粹装饰性目的的装饰品、结构和类似的东西。
图1A是本发明一个实施例的横截面视图；图1B是图1A中所示装置的俯视图；图2是本发明的一个可选择实施例的横截面视图；图3是本发明的另一个可选择实施例的横截面视图；和图4是本发明的又一个实施例的横截面视图。
具体实施例方式
图1和图2表示按照本发明的集成显示器10的一个优选实施例。显示器10包括一个具有第一表面14和第二表面16的衬底12。衬底12能体现为任何可见形式的衬底，载体，面板等。虽然以平面示意并且具有一致的厚度，衬底12可以采取任何其它可见的形式。例如，它可以具有规则变化或者不规则变化的非一致厚度。它能是弯曲的，波动的形状和截面或者具有任何复杂变化的形状和截面。在一个典型的实施例中，衬底12可以是印刷线路板，例如带有1.5盎司铜层厚度的FR4板和一个光信号处理器或HASL表面终饰。在其它实施例中，衬底12可以是一种家用设备的外面板，例如制作咖啡的机器和洗衣机，汽车的仪表盘或者其它的内部面板，或者任何其它机器或设备的面板。这些仅仅是显示器按照本发明能被集成进去的衬底的一些例子。此外，虽然第一面14和第二面16以普通对立的平行表面来说明的，第一和第二表面14和16可以成任何其它形式的关系。例如，第一和第二表面14和16可以相互成直角关系。
如图1B所示的，衬底12包括两个矩形穿孔18。在其它实施例中，衬底12可以包括比两个这样的穿孔更多或者更少的穿孔，并且这样的穿孔可以具有任何规则或不规则的形状，包括但不限于，圆形，方形，椭圆形或者任意形式。穿孔18可以通过钻孔、模制，冲孔或者其它合适的工艺成型。每一个穿孔18包括一个入口20，一个出口22和侧壁24。
穿孔18的功能是作为用于光导或光导的外壳。光从光源被耦合进入入口20。光在光导的内部反射，于是光最终在出口离开光导。
在一个优选实施例中，如图1A所示，穿孔18起光导的作用。为了使穿孔18最佳地发挥光导的作用，侧壁24优选的是不透光的以防止光通过衬底12散射或者扩散。为此，侧壁24优选的被镀有反射层26，如图1A所示。在可选择的实施例中，侧壁24能被涂有，例如白漆或者其它的不透明材料。可想到的，侧壁24可以保留不被涂敷。在这样的实施例中，衬底12优选地由固有地反射光或者基本上不透过光的材料制成，因为这样的材料会趋向降低穿过衬底的光散射。在一个可选择的实施例中，如图2所示，穿孔18起用于光导的外壳的作用。在这个实施例中，穿孔18被填充具有高折射率的环氧树脂材料，环氧树脂材料包括光导。这样的材料允许光穿过穿孔18，从衬底12的第一面到第二面，但是阻止或者抑制光在衬底12中散射。其它具有理想的光学、机械和电学性能的材料能代替环氧树脂28使用。在另一个实施例中，在附图中未示出，一个分立的光导，例如一个光管可被安装在穿孔18中。在前述实施例中，侧壁24可以是但不一定如前述关于图1A实施例那样被涂敷。一个具有于其内部构造的孔的单独光管组件充当类似形式的光导。
按照本发明的显示器可包括位于或者靠近出口22的散射体30。散射体30的目的是散射从穿孔18出来的光，否则若没有散射体30，这些光将以管道式的方式从穿孔18中射出，于是提高了使用者使用的显示器的清晰度。为此，散射体30可以由任何种类的透光材料制成。在优选的实施例中，散射体30覆盖第二面16的绝大部分，如图1A和图2所示，或者它可简单地覆盖第二面16最靠近出口22的小部分。散射体30可包括印花(printing)或者其它的装饰物(未示出)以提高显示器(和任何与衬底有关的其它部件)的功能，或者纯粹为了装饰目的。散射体30可体现为，例如，一个饰带(fascia)，一个覆盖板，一块玻璃，或者任何能有助于从穿孔18出来的光散射的其它结构。显示器10还包括一个用于引导光进入入口20的光源34，如图1A，1B和图2所示。优选地，光源34采用安装在衬底12第一面14，最靠近入口20位置的小型发光二极管(low profile LED)的形式。在另一个实施例中，光源34可以是电灯，一个EL(电子发光器)，OLED，PLED，真空荧光光源或真空光源。虽然光源LED被示意为相对穿孔18成特定方向的形式，其它方向也是可能的。
在图3中所示的另一个实施例中，衬底12限定了一个或者多个替代穿孔18的腔18A(或者除穿孔外，还有腔)。腔18A类似于穿孔18并且具有与穿孔18实质上相同的功能，除了腔18A不能完全穿透衬底12。相反，衬底材料的薄层12A保留在图1A和图2的实施例中设置出口22的地方。因此，每个腔18A包括入口20、侧壁24合闭合端32。腔18A的侧壁24可以被涂敷反射材料或者其他不透明材料(未示出)，如上所述，于是腔18A能起光导的作用。可选择地，腔18A可以被填充折射材料(未示出)，如上所述，其能起光导的作用。在这样的实施例中，至少衬底材料的薄层12A是透明的或者半透明的，于是光可以从中传输并且对使用者是可见的。因此，衬底材料的薄层12A起散射体的作用，避免了对单独的散射体的需求，这样的散射体如图1A和图2所示，并且如上所述。尽管如此，单独的散射体30可以成层地铺设或者丝网印刷在表面16上。
在另一个可选择的实施例中，如图4所示，光源被布置在载体上，例如一个印刷线路板，与包括光导的衬底分离。此处，光源34，例如表面安装的发光二极管(LEDs)，被布置在载体112A上，如上所述，该载体可以包括其它的部件，例如传感器。衬底112B包括腔18A，如上所述。在另一个实施例中，衬底112B可以包括除腔18A之外的穿孔或者代替腔18A的穿孔。使用粘接剂或者其它合适的固定手段，载体112A被固定到衬底112B，于是被安装在载体34上的光源34基本上与衬底112B中的腔18A(和/或穿孔)对齐。一个可选择的散射体130可被固定在衬底112B的可视表面上(此处，指反向的面)，如上所述。
实际上，七段的显示器可以通过以下方式制造，用工具加工(例如通过冲孔或者NC钻孔)或者模制带有对应七段的穿孔的衬底(例如印刷线路板)，使用已知的电镀工艺电镀穿孔的侧壁，并且使用合适的工艺(例如回流焊工艺，使用已知的元件表面安装工艺设备)在最靠近每一个穿孔入口的位置固定合适的光源(例如表面安装适当颜色的LED)，与出口和任一个可被置于最靠近出口的散射体或饰带相对。其它使用的界面部件(例如传感器或者其它部件)可以被同时或者作为同一生产工艺中的一步安装在衬底上，于是比使用传统的分立部件制造的降低了整体制造成本并获得更小尺寸的界面。在另一个实施例中，穿孔可以被具有适当折射率的材料填充，例如环氧树脂，代替电镀层。在又一个实施例中，衬底可以被加工或者模制出腔代替穿孔，并且穿孔可以填充折射材料或者其侧壁被电镀。
本发明只受下述权利要求而不是前述实施例的限制。一个本领域的普通技术人员会知道在不脱离权利要求的范围前提下对前述
权利要求
1.一种集成的小型轮廓的显示器，包括一个具有第一表面和第二表面的衬底；所述衬底限定了至少一个穿过所述衬底的穿孔；所述穿孔具有一个侧壁，一个入口，和一个出口；一个与所述入口相连的光源，所述光源适于有所选择地引导光通过所述入口到达穿孔。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衬底具有基本上一致的厚度。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衬底具有变化的横截面。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衬底包括印刷线路板。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衬底包括一个用户界面面板。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述侧壁被基本上不透明的材料覆盖。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述基本上不透明的材料是反射材料。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述反射材料是油漆。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述反射材料是反射涂层。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一个在所述穿孔内的光导。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述光导包括具有高折射率的材料。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述具有高折射率的材料包括透光的环氧树脂。
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述衬底包括基本上不透明的材料。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述衬底包括基本上不透过光的材料。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述孔的所述出口相连的光散射体。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述光散射体包括施加在所述出口上的透光材料层。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源包括发光二极管。
18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源包括电灯。
19.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源包括OLED。
20.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源包括PLED。
21.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述显示器包括由单个孔限定的单个元件。
22.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述显示器包括多个由多个孔限定的多个元件。
23.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少一个安装在所述衬底上的电子部件。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述电子部件包括传感器。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述传感器包括至少一个布置在所述衬底上的第一电极。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述传感器还包括一个布置在所述衬底上的第二电极。
27.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述传感器还包括与所述第一电极电连接的有源元件。
28.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述传感器还包括与所述第一电极电连接的集成控制电路。
29.一种集成的小型轮廓的显示器，包括一个具有第一表面和第二表面的衬底；所述衬底限定至少一个腔；所述腔具有一个侧壁，一个入口，和一个封闭端；一个与所述入口相连的光源，所述光源适于有所选择地引导光通过所述入口到达所述腔。
30.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述衬底具有基本上一致的厚度。
31.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述衬底具有变化的横截面。
32.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述衬底包括印刷线路板。
33.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述衬底包括一个用户界面面板。
34.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述侧壁被基本上不透明的材料覆盖。
35.如权利要求34所述的装置，其特征在于，所述基本上不透明的材料是反射材料。
36.如权利要求35所述的装置，其特征在于，所述反射材料是油漆。
37.如权利要求35所述的装置，其特征在于，所述反射材料是反射涂层。
38.如权利要求29所述的装置，其特征在于，还包括一个在所述穿孔内的光导。
39.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述光导包括具有高折射率的材料。
40.如权利要求39所述的装置，其特征在于，所述具有高折射率的材料包括透光的环氧树脂。
41.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述衬底包括基本上不透明的材料。
42.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述衬底包括基本上不透过光的材料。
43.如权利要求29所述的装置，其特征在于，还包括与所述孔的出口相连的光散射体。
44.如权利要求43所述的装置，其特征在于，所述光散射体包括施加在所述出口上的透光材料层。
45.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述光源包括发光二极管。
46.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述光源包括电灯。
47.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述光源包括OLED。
48.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述光源包括PLED。
49.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述显示器包括由单个孔限定的单个元件。
50.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述显示器包括多个由多个孔限定的多个元件。
51.如权利要求29所述的装置，其特征在于，还包括至少一个安装在所述衬底上的传感器。
52.如权利要求51所述的装置，其特征在于，所述传感器包括至少一个布置在所述衬底上的第一电极。
53.如权利要求52所述的装置，其特征在于，所述传感器还包括一个布置在所述衬底上的第二电极。
54.如权利要求52所述的装置，其特征在于，所述传感器还包括与所述第一电极电连接的有源元件。
55.如权利要求52所述的装置，其特征在于，所述传感器还包括与所述第一电极电连接的集成控制电路。
全文摘要
一个面板(10)，例如一个部件载体或者衬底(12)，设置有一个或多个穿孔(18)。与面板的表面(14)和每一个穿孔的对应端相连接的光源(34)向穿孔的内部提供光，该穿孔引导光到达穿孔的另一端和面板的对应表面(16)。所述穿孔可以被涂敷反射材料以提高作为光导的性能。可选择地或者可代替地，所述穿孔可以填充折射材料(28)。一个散射体(30)被提供来散射从穿孔(18)出去的光。光源(34)根据要求向被选择的穿孔(18)提供光，于是穿孔起显示器或者显示器的元件的作用。
文档编号G09F9/33GK1761983SQ200480007248
公开日2006年4月19日 申请日期2004年1月29日 优先权日2003年1月30日
发明者巴哈尔·N·瓦迪亚, 戴维·W·考德威尔 申请人:触摸传感器技术有限责任公司