声接触式传感器的制作方法

专利名称：声接触式传感器的制作方法
声接触式传繊
5 相关申请的交叉引用
本发明涉及2004年4月14日提出的标题为"声 虫式传感器"的美国临 时专利申请序列号为60/562,461以及2004年4月14曰提出的标题为"声接触 式传繊"的美国临时专利申请序列号为60/562,455的申请，其公开内 结 釺此作为参考。 io 发明背景 发明领域
本发明涉及接触式传感器，特别涉及具有窄功能边界以及增加的触摸敏感 区域的声^式传 以及声触,。 发明介绍
15 —种声接触式传感器，具有触摸敏感区域，在其上接触的雜和定^M过 接触穿，摸传 ^底的声波的传送的影响而感测。声接触式传感器可以使 用瑞利波(包括准瑞利波)，拉姆或切变波，^不同类型的声波的组合。


图1说明了传统声,式传感器、声触摸屏1的操作。劍虫摸屏1具有触 摸敏感区域2，在其内 定2维接 标。例如，触摸敏感区域2可以包括由
20虚线16限制的区域，其表示窗口 10的内部边界。第一传送转换器3a被定位在 触摸鹏区域2之外以及被声学地耦^M, 1的表面。该转换器3a以荆亍 地传播到触摸屏1的上边以OT常^摸屏1的平面内的声波lla的形式发送 声信号。在声波lla的传itm5J^准的是部分声学g元件4的第一线性阵 列13a，其每一^P分地传送声信号以及部分地舰它们(以大约卯。的角度)，
25创建多个垂直传播穿过触摸敏感区域2的声波(例如，5a， 5b和5c)。鄉元 件4的间距是可变的以补偿声信号随着到第一传送器3a距离的增加造成的衰 减。同样知晓的是即使颇元件4具有统一的间距，舰改^HIt元件4的反 射强度也可以实现信号均化。iiii部分声学g元件4的第二线性阵列13b声 波5a， 5b和5c被再次鄉大约90°的角度(参见箭头llb)，在到达触,1
30的下边时朝向第一接收转换器6a。在接收转换器6a，波被检测并转换为用于数
据鹏的电信号。湖元件的类似配置被沿魏辦1的左边和右边定位。第
二#^转换器3b沿着左边产生声波12a,以及部分声学目元件4的第H^性 阵列13c创建多个水平地传播穿3iM摸敏感区域2的声波(例如，7a， 7b和7c)。 i!31部分声学g元件4的第四线性阵列13d,声波7a, 7b和7c沿着12b而被 5重新定向朝向接收转换器6b，在那里它们被检测和转换为用于数据鹏的电信 号。
如 31物体例如手指或铁笔在位置8触,摸敏感区域2,声波5b和7a 的一部分育遣被触摸物体吸收。舰接收转换器6a和6b作为声信号中的扰动 而检测所得到的衰减。在微,器(未示出)的帮助下数据的时间延迟分析允 10许确定触摸位置8的坐标。图1的设备同样用作具有仅仅两^H^传您接收转 换器设计的转换器的触自。
由图1中的虚线所指示的外壳9与触麟1关联。该外壳可以用任意誠 的材料制作，例如模制聚，或金属片。该外壳9包括窗口10，由恭示窗口IO 的内部边的虚线16以及指示图1中的窗口 10的外部边的虚线17指示。内部虚 15线16示出了外壳9覆盖了触麟1的外围，隐藏了传送禾嗾收转换器、反射元 件以及其他部件，但是露出了触摸敏感区域2。该配置可以保护隐藏的部件免受 污染和/或破坏，提供美学夕卜观以及为用户定义触摸敏感区域。
触摸屏包括在显示板上的覆盖的分离面板。典型地，该面板由玻璃制作， 但是可以使用其他任何合适的衬底。该显示板可以是阴极射线管(CRT)、液晶 20显示器(LCD)，等离子体、电致发光、有机发光二极管(OLED)显示器或者 其他樹可，的显示器。
如图1所示，触摸鹏区域2被边区15环绕，妇P里鄉元件4和传送以 及接收转换器3a、 3b、 6a和6b被定位。减少边区15的宽度增加了触摸敏感区 域2。对于使用通明^K传,的^M式传自应用例如触,，边的宽度特 25别重要。具有窄的边区域15的^式传感器可以集成到监视器中，，视器自 身具有环绕显示图像的窄的边。当设备例如监视器的总的市场趋,近磨光以 及更高的机械紧凑设计时该特征是可取的。具有窄的边区域15的撒虫式传感器 也更易于密封以及更轻并可以具有增加的感观y区域。在竞争的触,技粒中， (例如，声、电容性、电阻性的以及红外线的)声角虫摸屏易于具有更宽的边。 30 基本上在声接触式传感器的衬底的上部触摸感测表面安装用于传输和接收
声波的转换器是己知的。发送器^^测器通道可以被用于声波而代替组合用于定 向声波穿过接触式传感器的触摸敏感区域的反射阵列，但是需要使用大量的转 换器。该转换器是安置在触摸表面上的楔形转换器，因此占据了有价值的边空 间。交叉指型的转换器可以被用于设计不^ffl目阵列的触摸屏，如在美国专
5利号为6,756,973专利中公开的，其公开内容被结合于此作为参考。在其中公开 的交叉指型转换器被定位在触摸屏的触摸表面上因此占据了有价值的边空间。 到此为止，使用少量转换器和结合反射阵列以定向声能穿过接触式传感器的接 触式传感器已经将阵列定位在衬底的与触摸敏感区域相同表面的边，因此占据 了边空间。
10 在声撤虫式传麟的衬底的侧壁上安糊于传送禾啦收声波的转换器是己 知的。但是，在该两种情况中，反射阵列必须安置在触摸表面上因而占据了有 价值的边空间。
如美国专利号6，636,201中公开的，m^在边区域使用波导来聚集声波以减 少触摸屏的触摸表面上的边区域的大小是可能的，其公开内容被结合于此作为 15参考。但是，不需要在接触式传感辦寸底的表面上提供波导的替换解决方案是 可取的。
除了M^、接触式传麟的边区域，期望尽可能平地制作接触式传感器。特 别^M式传感器与LCD板集^制作触自有优点。如果接触式传,非常 平以及平，汗LCD板，二者容易结合成易于密封的紧凑系统。如m^4式传感 20器具有大的窗口和边区域，接触式传繊到LCD板的密封将很复杂。
由于Jl^略述的原因，期望具有育^提供非常窄的边区域的新的声撤虫式 传感器设计。此外，期望具有其中传感器是平的新的声接触式传 设计，允 许它易于集成并与平面设备例如LCD监视M封。
发明概要
25 在一个实施例中， 一种触摸式传自包括肖嫩传播声波的衬底。该衬底包
含具有一触摸敏感区域的第一表面和在第一边横断第一表面的第一侧壁。在衬 底的第一侧壁上提側专送器。该传送器产生通过触摸敏感区域的至少一部分而 直接織—侧壁传播的声波。
在另一个实施例中，一种接触式传感器系统，包括肖辦传播声波的衬底，
30该衬底包含具有一触摸敏感区域的第一表面。第一和第二侧壁横断第一表面。
传送親皮提供在衬底的第m。该^^器产^m接，一侧壁传播的声波， 以及该声波穿过触摸敏感区域的至少一部分传播。检测器被提供在衬底的第二 侧mh，用于检测穿憑摸敏感区域的至少一部分之后的声波。
另一个实施例中，一种检测在能斷专播声波的衬底的触摸鹏区域上的接 5触的方法。该衬底包括具有触摸敏感区域的第一表面，以麟一和第二侧壁横 断第i面。接近于衬底的第一侧,生声波。舰衬底的第一侧歷的一部分 至附底中的以及穿过触摸敏感区域的至少一部分定向声波。接近于衬底的第二 侧壁检测声波。
在另一个实施例中，接触式传感器包括肖滩传播声波的衬底。该衬底包括
io具有鄉感测区域的第一表面。在衬/gi:形成转换器。该转换器包括在形成于 衬底上之后被热固化的压电元件。该转换器配置成用于产生声波和检测声波中 的至少一个。
在另一个实施例中，接触式传感器包括肖辦传播声波的衬底。该衬底包括 具有触摸敏感区域的第一表面。该转换器配置成用于产生声波和接收声波中的 15至少一个。该转换器包括含有压电材料的带。该带被随着到衬底。
在另一个实施例中，提供一种用于在接触式传自寸底上形自换器的方 法。该衬底包括具有接触感测区域的第一表面。 一导电层被施加到该衬底，压 电层M加到衬底，以及压电层覆盖了第一导电层的至少一部分。在施加到衬 底之后压电层被热固化。 20 附图简要说明
当结合附图阅读时，前述的概要以及本发明的特定实施例的以下详细描述 将更力瞎易離。可以離的是本发明不被限定在附图所示的隨和手段。
图1说明了传统声,式传感器、声触,的操作。
图2说明了根据本发明的一个实施例具有触摸表面、边和侧壁的接触式传
25 S^寸底。
图3说明了根据本发明的一个实施例具有用于产生或检测在侧魔上形成的
声波的机构的接触式传自。
图4说明了根据本发明的一个实施例用于产生或接收在侦幢上形成的声波 的机构。
30 图5说明了根据本发明的一个实施例在图4的衬底上的层的横断面。
图6说明了根据本发明的一个实施例的衬底的触摸表面上的触摸区域。 图7说明了说明了根据本发明的一个实施例的其中传送机构被定位在衬底
两铺IJ壁上，以及接收机构被定位在衬底的另两个侧壁上的接触式传感器的几
何结构。
5 图8说明了根据本发明的一个实施例的具有交叉指型电极的传誠接收机构。
图9说明了根据本发明的一个实施例的用于产生和接ilW角线声路径"U" 或者"V"坐标的聚溯膜压力模式压电带。
图10说明了根据本发明的一个实施例具有附着至l傑二表面的压电带的衬 io底的侧视图。
图11说明了根据本发明的一 个实施例的形鹏触摸表面上的栅。 图12说明了根据本发明的一个实施例的用于产生和接收声波的可替换聚 ，膜压电带。
图13说明了根据本发明的一个实施例的用于产生和接收声波的可替换聚 15合物膜压电带。
图14说明了根据本发明的一个实施例的用于产生和接收声波的聚溯膜 压电转换器。
图15说明了根据本发明的一个实施例的用于从侧壁产生和接收声波的可 替换聚，鹏电带。 20 图16说明了根据本发明的一个实施例的接触式传感器的几何结构。
图17说明了根据本发明的一个实施例的图3的传誠接收机构的侦舰图。 图18说明了根据本发明的一个实施例的用于Ul方向(图6)的电极指(图 4)之间的间距鄉巨离。
图19说明了根据本发明的一个实施例的在U1区域中声波以^J1顿(例 25如，PVDF膜或者烧成压电陶瓷层)例如压电材料的电场感应扩展和收縮之间 的耦合机制。
图20说明了根据本发明的一个实施例的衬底内的零阶水平偏振的切变波 (ZOHPS或者有时商业上称为"GAW")的声功率密度。
图21说明了根据本发明的一个实施例的的更高阶板波的传送。 30 图22说明了根据本发明的一个实施例的瑞利波的传送。 图23说明了根据本发明的一个实施例的耦合至l胜先舰"33"耦合的瑞利 波的机制的压电材料。
图24说明了根据本发明的一个实施例的具有周期性调制层的转换器结构。
图25和26说明了根据本发明的一个实施例的其中压电WJ包括具有^ 5比半波长更薄的厚度的压电层的第一种情况的例子。
图27和28说明了根据本发明的一个实施例的其中压电机构包括具有比半 波长仅仅薄一点的厚度的压电层以及相移被用于实1L调制的第二种情况的例 子。
图29说明了根据本发明的一个实施例的Mil在口o的谐振用于耦合的相位 io和振幅的关系曲线。
图30说明了根据本发明的一个实施例的设计,生瑞利波的压电机构。 图31说明了根据本发明的一个实施例的其中衬底可以被周期性地改变以 产生调制的例子。
图32说明了根据本发明的一个实施例的被形成于衬底上的栅转换器。 15图33说明了根据本发明的一个实施例的被形成于衬/gJ:的梳状转换器。
图34说明了根据本发明的一个实施例的被形成于衬底上的交叉指型转换器。
图35说明了根据本发明的一个实施例的具有沿,摸表面的周边形成的 转换器的撤虫式传麟。 20 图36说明了根据本发明的一个实施例的被形成于衬底上的可替换交叉指
型转换器c
图37说明了根据本发明的一个实施例的具有沿^M摸表面的周边形成的 转换器的^1拭传 。
图38说明了说明了根据本发明的一 个实施例形成的可,接触式传感器。 25 图39说明了根据本发明的一个实施例的被定位以实现信号均衡的波导。
图40说明了根据本发明的一个实施例被形成以实现信号均衡的波导。 图41说明了根据本发明的一个实施例的接M^传感器的另一个实施例。
图42说明了根据本发明的一个实施例的结合带的接i^:传自。
图43说明了根据本发明的一个实施例的具有形^衬底的侧鹽上的转换 30器的接触式传感器。
发明详细描述
在图1中所示的传统反射阵列的宽度范围在约5mm到15mm之间，其相 应于大约9-26声波长的范围(假定传统频率大约5MHz，相应于大约0.57mm
的波长)。具有更窄宽度的反射阵列被典型地用在更小的屏上。 5 图2说明了根据本发明的一个实施例的具有触摸表面24、边22和侦幢32
的^M式传繊寸底20。在相应于衬底20的第1面28的平面以及相应于每 一铺i歷32的平面之间的交叉处，在衬底20上形舰向边26。任何合适的材 料可以被用于衬底20，包括玻璃、陶瓷以及金属(例如，铝或钢)。对于一些应 用，需要低声损耗玻璃。例如，硼硅 玻璃具有低损耗，以及可以提供增加
io的接收信号振幅，从而反战育滩增加触摸敏感区域。
在侧壁32 ffl比邻触摸表面24的位置形成的角度42和44是90°，或者在20° 到90。之间，使得侧壁32垂直于或者基本垂直于触摸表面24。侧壁32形成为 基本没有缺陷，这样以致于任何在侧壁32上的偏差，例如碎片、条纹、凹痕、 不均匀区域等具有比声波长例如，瑞利波长更小的尺寸，更可取地少于瑞利波
15长的20%。
清洁侧壁32可以通过樹可适舒制造衬底20的材料的方法而形成。例如， 玻璃可以被切割和机械葡腊以M^清洁侧壁32。任舰，玻璃可以被划痕以及 断裂，如果仔细做，可以产生相对于划痕表面的清洁边22。可,地，可以通 过使用热应力扩展，裂痕而形自洁边32,例如i!31利用局部激光加热以及 20气体喷射^i卩处理。此外，边22也可以以与清洁侧壁32类似的方式形成以基 本上没有缺陷。
图3说明了根据本发明的实施例具有用于产生^t^测在侧壁32上形成的声 波的机构52-58的劍虫式传繊50。为了清楚，侧壁32已经被指示为侧壁3440。 该撤虫式传繊50包括具有触摸感测表面24的衬底20。在侧壁3440分别设 25置的机构52-58的每一个，产生和/^^测声波。因此，没有必要在衬底20的触 摸表面24上形成招可机构，例如反射阵列。任选池，机构52-58的每一个具有 延伸舰衬底20的接头60^66，用于制作到那里的电连接。
仅仅为了举例，两个机构52和56可以产生声波以及两个机构54和58可 以检测声波。该机构52和56以大体平纟汗由箭头71所指示的矩船寸底20的 30对角线之一的方向皿声波，例如体切变波。
图4说明了根据本发明的一个实施例用于产生或接收在侧壁32上形成的声 波的机构52。第一导电层，或者第一电极84,被布置在彻魔32上。形成第一 电极84以覆盖顿，^#微顿的侧壁32的表面。綠一电极84^bl加 了一层压电材料83 (例如，压电聚糊膜繊律岐电陶瓷材料)。第一电极84 5的部分85可以超出压电层83的范围延伸以允许制作电连接，例如接头60。具 有基础部分81和从其延伸的周期性结构例如指标件82的第二电极80，被沿 着压电层83之上的侧壁32布置。第二电极80可以由例如铜的材料形成。指状 元件82用作相干地在希望的方向上产生或接收声波的传送器或接收器的相控阵 列。可替换地，在图4中的机构52可以形戯从衬底20分离的压电带，类似
io于下面参照图9和12-14讨论的压电带。
机构52可以細于产生和接收切变波、拉姆波或者瑞禾啵。振荡电压(未 示出)可以,用到第二电极80同时第一电极84被接地。下面将详细讨论切 变波应用。如果l細于切变波，该机构52被优化如果基础部分81制作得很小， 以致于指状元件82的长度70 '歸恻壁32的几乎整体高度棘衬底20的深度
15 68延伸。但是，由于瑞禾啵集中在衬底20的触摸表面24附近，如果结合瑞利 波使用，机构52可以Mil使得指状元件82的长度70小于两倍于声波的波长A, 或者小于声波的波长/l而被优化。指状元件82以距离72而被间隔开，从中心 到中心或者M端到末端测量(如所图示的)，其中距离72大于产生的或者接 收的声波的波长;i 。该A与距离72的比率等于相对于衬底僩歷32的法线的mr
20或接收角度的正弦值。
图5说明了根据本发明的一个实施例的在图4的衬底20上的层的TOg面 74和76。横截面74说明了包括第二电极80的指状元件82的一部分。横截面 76说明了在指状元件82之间的部分，其中第二电极80占据了基础部分81 。 图6说明了根据本发明的实施例在衬底20的触摸表面24上的触摸区域
25 102-108。为了清楚侧壁3440已经被如图3中示出。触摸区域102-108的每一 个与对角线声学路径"U"或"V"相关而不是传统的笛卡尔"X"和"Y"坐 标。箭头122-128指示从衬底20的Hi到邻接1啲^f樣性声学路径的方向。 仅仅为了举例，由M侧壁38的机构产生的信号将在箭头122和126的方向上 分别产生将由沿着侧壁36和40的机构接收的U1 (触摸区域102)和V1 (触摸
30区域106)。 二维触摸坐标可以从4个对角线信号Ul 、 U2、 VI和V2中重建。
图7说明了根据本发明的一个实施例的接触式传感器100的几何结构，其 中传送机构52和56被分别定位在衬底20的侦幢34和38上，以及接收机构54 和58被分别定位在衬底20的侧壁36和40上。仅仅为了举例，如果衬底20具 有高116和宽118的矩形微，以致于比率是3: 4 (高宽)，在传送机构52 5和56上的电极指状元件82的间距136是5;i/4,以及在接收机构54和58上的 电极指状元件82的间距138是5A/3。 Mil使ftit机构52和56的电极指状元 件82的定间距大于1个波长，在期望方向上的相干耦合被实现。
图8说明了根据本发明的一个实施例的具有^X指型电极的传^接收机 构52。压电材料83可以被应用到接地电极之上(未示出)。第一电极88和第二
io电极90的每一个形成一系列周期性结构，例如分别具有电极指92和94的效 指型电极，形，压电材料83之上。指^i件92规则地彼此隔开，以及指状 元件94MM则地彼此隔开，以及如在先在图4中描述间隔被确定。例如，指状 元件92以距离72而被间隔幵(图4)，其中指^lt^件92和相邻指^件94之 间的距离题B离72的二分之一。
15 在布置在侦幢32上之前集合传送和接收机构52-58是可會猾架的。例如，
可以使用聚合物膜传感器的带。聚合物的特殊子集(具有长链碳骨架的材料) 是压电的，当遭受电场时具有膨胀和收缩特性。压电聚合物是绝缘的连续膜。 这徵包括压电聚糊层(例如，聚偏氟乙稀(PVDF)或者二氟乙烯的共聚抓 例如二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物，p (VDF-TrFE))。该压电材料83被夹在接
20地电极和 指型电极88和90的阵列之间，其可以由铜 或者金属化的铝 形成。该压电材料83或者聚合物，与指状元件92和94的宽度比较典型地是薄 尺寸(例如，30 )。带i!51樹可统的方法可以被布置在侧壁32上，雌 M3i使用有效地耦合聚合物压电部件和衬底20 (例如，玻璃)之间的剪切应 变的层，例如舰<顿薄的刚性粘结层。从控制器(未示出)到带的电连接通
25过软性电缆制作,以及任ifiW过也用作转换器^构52-58的压电材料的相同 聚^t/膜衬底的遊卖制作。
接地电极(未示出)被连接到地和指状元件92和94被反相极性激励。机 构52可传送和/或接收声波，以及指^件92和94异相180°传送。当第一和 第二电极88和90利用反相相位W)时，聚^t)压电，或者压电材料83，将易
30于在箭头98指示的平面中膨胀和收縮。例如，当负电压被应用到指^件94
时，压电材料83收縮。该指状元件92和94也经历扩展和收縮的小的测量，但
是更重要的，相M力lte用到衬底20的侧壁32。
图9说明了根据本发明的实施例用于产生和接舰角线声通路"U"或"V"
坐标的聚合物膜压力模式压电带250。压电带250由应用到聚合物压电膜254 5的第一侧258的第一电极252形成。第二电极256被用于聚合物压电膜254的
第二侧260。压电带250可以g性的，与刚性的和/或易碎的材料比,许比
较容易的组装以皿连。压电带250的第一部分262可以被粘结或者粘附到接
近边22的衬底20的第二表面28。压电带250的第二部分264可以皿衬底20
延伸以允许电连接(未示出)容易地附着到第一和第二电极252和256。 10 压电带250从衬底20分离形成，允许在制造和组装中的灵活性。因此，没
有必要考虑由于固化包括压电带250的材料时使用高温而发生在衬底20中的翘
曲和/或其他破坏结果。这允许衬底20可以考虑^ffl其他材料，打开了在产品设
计、i柳环境中的可能性。
图10说明了根据本发明的实施例的具有附着到第1面28的压电带250 15的衬底20的侧视图。栅266形^接近边22的触摸表面24上，并且对着压电
带250。任选的，固体材料268可以形，压电带250上或者附着到压电带250,
提供用于压电带250的惯性质量以推压来提高耦合效率。
图11说明了根据本发明的一个实施例形自虫摸表面24上的栅266。该
压电带250 (未示出)具有相应于压电带250的第一部分262的有效区域以及由 20栅转换器266覆盖的区域。当第一和第二电极252和256彼M时，在箭头244
的方向上产生声波。
图12说明了根据本发明的一个实施例用于产生和接收声波的可替换聚合
物膜压电带270。该压电带270由应用到聚，压电膜274的第一侧278的第一
电极272形成。第二电极276 ,用到聚合物压电膜274的第二侧280。第二电 25极276具有指状电极282。压电带270的第一部分284被固定至赎iffii 22的衬
底20的触摸表面24。压电带270的第二部分286可以延伸皿衬底20以允许
电连接附着到第一和第二电极272和276。
图13说明了根据本发明的一个实施例用于产生和接收声波的可替换聚合
物膜压电带290。该压电带290由应用到聚合物压电膜294的第一侧300的接地 30电极292形成。第一和第二电极296和298具M叉指型指^件308和310
'并且被应用到聚合物压 294的第二侧302。压电带290的第一部分304被固 定至附底20的触摸表面24上。压电带290的第二部分306可以延伸超过衬底 20以允许电连接附着到接地电极292以及第一和第二电极296和298。
图14说明了根据本发明的一个实施例的用于产生和接收声波的聚^tl膜 5压电转换器320。该压电转换器320由应用至驟，压TO 324的第~#」330 的接地电极322形成。第一和第二电极326和328具有^X指型指^;件372 和374，并且被应用到聚合物压电膜324的第二侧332。压电转换器320的第一 部分334被固定到接近于衬底20的两个或者更多个拐角的衬底20的触摸表面 34。压电转换器330的第二部分336可以IS31衬底20延伸以允许电连接附着到
io接地电极322和第一和第二电极326和328。为了形戯虫摸屏，压电转换器320 可以与沿着接近于边22的触摸表面24形成的舰阵列组合，例如在先讨论的 图1的线形阵列13a-13d。
图15说明了根据本发明的一个实施例的用于从側鹰32产生和接收声波的 可,聚^tl膜压电带350。压电带350由应用到聚^/压^M 354的第"tJ
15 360的接地电极352形成。第一和第二电极356和358具W^指型指粉件 368和370并且被应用到聚合物压电膜354的第二侧362。压电带350的第一部 分364被固定到衬底20的侧壁32。压电带350的第二部分366可以鹏衬底 20延伸以允许电连接附着到接地电极352以鹏一和第二电极356和358。结 合至柳IJ壁32的压电带350是图3的机构52的一^择。
20 图16说明了根据本发明的一个实施例的接触式传感器340的几何结构。接
M^传感器340包括具有触摸表面24的衬底20。压电带342-348被附着，例如 禾IJ用粘结剂，到触摸表面24的周边338。仅仅为了举例，压电带342-348可以 形成作为图12和13中说明的压电带的其中之一。带342-348可以在箭头376 指示的方向上产生和接收声波。可以理解的是为了清楚压电带342-348被^f似
25及没有相对于接触式传 340被按比例纟餽ij。
图17说明了根据本发明的一个实施例的图3的传誠接收机构52的侧视 图。机构52被形成具有第一电极84、压电层83和外部电极86,例如如图8中 的 指，一和第二电极88和90或者图4中的第二电极80。机构52的第一 电极84用粘结层85例如环氧树脂结，幢32。任选的，机构52可以,虫摸
30表面24的平面以及衬底20的相对侧28的平面的一个g^两个延伸以允许电连
接被附着到电极84和86。
图18说明了根据本发明的一个实施例的用于U1方向(图6)的电极指82 (图4)之间的间距郷巨离。在先在图4中讨论的电极指82的间距(距离72) 可以调整来以期望的角度传送和接收零斷JC，振的切变波(ZOHPS)，也被称 5为GAW，以提供如图6所示的U和V声M。衬底20具有高度116和宽度118。 实线110和虚线111分别f^在^7K平侧113产生的声波中的最大值和最小值 (具有与最大值同样大小的最大负振幅)。沿着水刊IJ 113的水平轴设计的最大 值之间的间距被示为Sw。 AMC平侧113发射的声波而后传播到由箭头112指示 的垂直侧114。髓垂直侧114设计的最大值(以及最小值)之间的间距被示为
10SH。皿下列等式给出量Sw和SH:
Sw=;i (H2+W2) 1/2/W Sh=;1 (H2+W2) 1/2/H
波长义由在接角拭传繊中4顿的声模式的相^IV确定，以感测触摸 以及操作频率f，具有关系;^V/f。 ^在上陈述的Sw和SH设置电极指82之间 15的间距将导 波的相干耦合平行于矩形触摸平面20的对角线以及支持 摸区,成2维坐标测量的U1、 U2、 V1和V2信号路径。
图19说明了根据本发明的一个实施例的在Ul区域中在声波以腿 (例如，PVDF膜或者烧成压电层)例如压电材料83的电场感应区:W胀和收 缩之间的耦合机构。填充箭头120表示切变声波的动作。空心箭头121表示归 20因于图8中所示的传送机构52,例如交叉指型电极88和90以及压电材料83， 、，水平侧113的力。沿着垂直侧114存在类似的接收结构52。膨胀区域140 指示为加符号以及收縮区域142指示为减符号。
如果压电材料83是mE电,^聚合物层例如PVDF，利用电场极接 以诱发偶极矩，以便证明压电行为。参见图17，禾佣可应用的电极结构压电材 25料83很容易极接，就是说，在垂直于柳歷32的方向144上。禾拥在方向144 上极接的压电材料83,施加电压到第一电极84和外部电极86将通常在方向144 上诱发膨胀或收縮，该方向平行于施加的电场(在这里称为"33"耦合)以及 在垂直于电场并平行于侧壁32的方向146上的膨胀或收縮(在这里称为"31" 耦合)。取决于压电材料83的自然特性，由于"31"耦合的收缩 胀的方向 30 146将平行于或者垂直于(或两者都)衬底20的触摸表面24 。所有这3种，的压电耦合，也就是"33"耦合以及两种类型的"31"耦合，可用来提供耦合 以产生和接收需要的声波。
参见图19，在例如零阶水平偏振的切变(ZOHPS)波的水平,切变波之 间的耦合机构被说明。填充箭头120 ^切变声波的动作同时空心箭头121表 5示归因于压电材料83的"31"耦合的力，在那里，方向146劍虫摸表面24的 平面中。同Bt没有示出，舰'M垂直于侧壁32的切变波动作(由填充箭头120 指示)的分量^S电材料83中的"33"耦合可以被用来产生声波。由于对角线 地传播瑞禾啵与在侧壁32的髓所有三条轴的材料动作关联，该"33"耦合和 "31"耦合的双偏振可以ICT于'M瑞利波以及拉姆波。
io 仅仅为了鄉ij，期望撤虫式传繊50或100的设计使得j顿以对不需要的 寄生声模式的最小耦合衝共最有效的产生和接斷万需要的声模式的耦合。此外， 该转换器的设计，例如机构52和其他在先讨论的，部分取决于所需模式的深度 剖面。例如，切变波可以穿过衬底20所有的或者大部分的深度，同时瑞利波仅 仅在衬底20的触摸表面24的附近耦合。
15 图20说明了根据本发明的一个实施例的衬底20内的零阶水平偏振的切变
波(ZOHPS或者有时商业上称为"GAW")的声功率密度。ZOHPS或者GAW 具有贯穿衬底20体的统一的声功率密度，如箭头152-156所示。为了'W)和检 测该声波，传送和接收结构52 (其可以包括压电材料层83)更可取的是、皿侧 壁32在深度158均匀耦合。
20 图21说明了根据本发明的实施例的更高阶板波的传送。机构52具有反相
极性的第一和第二压电元件164和166。第一和第二压电元件164和166被形成 在,衬底20的顶部(触摸表面24)和底部(第二表面28)的侧壁32上以传 送由接近触摸表面24的箭头168和170以及,第二表面28的箭头172和174 所指示的更高阶水平偏振切变波(或者另一个更高阶板波)。
25 图22说明了根据本发明的实施例的瑞禾啵的传送。瑞利波的声功率集中在
触摸表面24附近，如箭头192和194所示。对于在那里方向146垂直 摸表 面24的"31"耦合，需要限制机构52的压电材料83的有效面积到衬底20的 触摸表面24的，一个瑞利波长;i 176的范围内。可以理解的J^管机构52在 深度158被说明为仅仅一个瑞利波长;i 176，机构52可以g深度158具有更
30大的尺寸同时仍旧限制压电材料83的有效面积到触摸表面24的域一，利
波长A176的面积范围内。
图23说明了根据本发明的一个实施例的主要ilil"33"耦合耦合到瑞利波 的机构52的压电材料83。瑞禾啵的纵向运动的相位，如箭头196和198所指示， 以深度158反转极性符号。因此，禾,不同深度的不同极性机构52的有效压电 5材料83层被 。通常，模拟研究和实验研究的结合赚用来确定机构52的 有,电材料83的层的结构作为所需声模式的功能以及极接的压电层的压电特 性。
图24说明了根据本发明的一个实施例的具有周期性调第幅的转换器结构 134。可以使用在图2中示出的衬底20。如上所述，衬底20可以使樹可合适的 io材料，包括玻璃、陶瓷以及金属例如铝或钢。对于一些应用，需要低声损耗玻 璃。如上所述，衬底的彻歷32是清洁的。
第一导电层130被提供给(，用于)衬底20的每一，ij壁32以及将起 至,于压电转换器的第一电极的作用。可以使用樹可合适的导电材料，例如银 腐蚀(silver fret)、铜 ^者丝网印刷导电可印刷墨7乂。仅仅为了鄉ij,第一 15导电层130可以是 加到侧壁32之后在高温例如45(TC烘干的可丝网印刷墨 水。
而后在第一导电层130 ^±的侧壁32上施加压电材料层131 。可以用于压 电层131的材料的例T^括，但是不局限于，聚合物压电材料以 成压电陶 瓷材料。4趟的，在拐角Pf跪将留下暴露的区域132以允许审怖至i傑一导电层 20 130的电连接。
接着，提供第二导电层133用作压电转换器的第二电极。典型地，第一导 电层130将起到接地电极的作用以最小化电磁干扰的磁化率，以鹏二导电层 133将起到激励电极或者接收的信号电极的作用。第二导电层133可以由与第一 导电层130类似或者同样的材料制成。与图4种所示的电极80相比，第二导电 25层133是&E电层131上的持续覆层，以及因此没有5IX指型指状元件的电极 结构。可替代的，周期性调制层134被加入到第二导电层133上。
周期性调制层134由周期性结构形成，并包括作为周期性地沿着側避32 的长度的"带"施加的材料，基本上从衬底20的上部(触摸表面24)延伸至臓 部(織j面28)。因此，布置在侧壁32上的堆栈由第一导电层130、压电 30层131、第二导电层133以及周期性调制层134形成以形^于产生或检预麟断^M式传感器50的触摸区域24的声波的转换器141 。
转换器141的周期性调制层134用于空间地调制由转换器141传送或者检 测的声波。在存在周期性调制层134的地方，压电层131的传送特征被调制。 分别綠一和第二电极130和133之间应用振荡电压，将导舰电层131的机 5械鹏。压电"33"耦合导舰电层131垂直于侧壁32膨胀和收缩以及因此导 致了施加至鹏壁32的垂直表面的压力。压电"31"耦合的两个取向导致平行于 侧壁32的平面的膨胀和收縮以及导致在被应用至,歷32的垂直表面的两个取 向中的切变力。这些类型的压电耦合中的一个或多个对于产生和接收所需的声 波模式是有用的。例如，为了相干地耦合到声波以形成声鹏Ul、 U2、 VI、
io V2,如前在图18中讨论的，ilil调整声波的最大值和最小值之间的间隔可以调 制压电转换器。如果没有i顿周期性调制层134,声波的相干产生仅仅发生在垂 直于侧壁32的方向上。但是，如果周期性调制层134鹏来相干地耦合至树角 线传播声波，甚至压电"33"耦合可以被用来、激励和检测水平偏振切变波(例 如，ZOHPS)。由于切变波7K污染不灵敏，因此在一些应用中也需要<顿水平偏
15振切变波的接触式传自50和100。
周期性调制层134可以调铜底侦l歷32上的压电转换器和衬底20之间的耦 合的振幅戯目位。周期性调制层134可以包衝皆振器、移相器或者吸收器。将 考虑3种瞎况(1)如果周期性调制层134想要利用谐振调制振幅，^f^E电 层131的厚度远远小于A/2 (这里义是压电层131中的压力波的波长，而不是衬
20底20); (2)如果周期性调制层134想要ffi31,谐振频率来调整相位，
电层131的厚度略微小于;i/2;以及(3)如果周期性调制层134想要J131阻尼 ，调制振幅，i^E电层131约等于;i/2。
图25和26说明了根据本发明的一个实施例的其中压电机构206包括具有 脇小于顿长的厚度200的压电层131的第一种情况的例子。一旦压电层131
25被制作在(烧制在)衬底20上，与在先讨论的聚^l膜压电带比较它是刚性的。 在图25中说明的压电机构206的部分没有应用周期性调制层134,并具有远远 高于接触式传感器50的操作频率的谐振频率。压电层131的膨胀和收縮将不能 有效地耦合到衬底20中用于声波的产生或^f!)。压电机构206具有周期性调制 层134的部分在图26中说明。为了更加有效，周期性调制层134可以被选择以
30致于具有周期性调制层134的压电机构206以 式传感器50 (图3)的操作
频率谐振，例如5MHz。具剤氐的声衰减的材料，例如玻綱，可以被用来形 戯n调整压电机构206的谐振。可魏的，当厚度200被體为半波长时，周 期性调制层134可以被用，调机构206。
图27和28说明了根据本发明的一个实施例的其中压电机构208包括具有 5比半波长仅仅薄一点点的厚度200的压电层131以及相移被用于实现调制的第 3中情况的例子。在图27中说明的压电机构208没有调制层134以及被设计成 具有比接触式传麟50的操作频斜肖高的谐振频率。在图28中的压电机构208 包娜制层134，以及可以被设计成具有B^氐于接触式传繊50的操作频率的 谐振频率。
io 图29说明了根据本发明的一个实施例的用于M:在辺。的谐織合的相位 和振幅的关系曲线。实线150，归一化的谐振振幅A (在图的左侧的轴)。虚 线151^/示相位的度(在图的右侧的轴)。从图29，可以看出当相对于谐振的相 位被相对^。移位例如±45°或±60°时适当地保持高振幅(大于大约最大振幅的 2/3),以及因此可以实现范围在90。到120。的S^相位调整同时仍旧保持大影皆
15振振幅。具有低声衰减的材料可以被用来形淑目移调制层134。
对于第三种情况(在图中未示出)，调制层134用作吸收器。没有调制层 134的转换器141设计成以操作频率谐振用于强耦合到衬底20。在吸收调制层 134应用的位置，声谐振大;^S减。可以用作吸收调制层的材料的例子是魏环 flM脂的金属(例如，钨)以及其鹏声波吸收材料。
20 图30说明了根据本发明的一个实施例的设计成用来产生瑞禾贼的压电机
构210。用于瑞利波的边转换器，例如图4和8中的机构52，更加有效以及如 果机构52，例如图13和14中的机构52,被限制到匹配瑞利波深度剖面的深度 则产生少量声寄生信号。因此，在图30中的压电层131的有效区域被限制到深 度212以匹配瑞利波深度剖面。这可以M将压电层131、第二电极133、调制
25层134、导电层130或者它们的各种组合限制到深度212。在某些瞎况下，期望 在衬底20的底部(，1面28)上提供一层(未示出)，其可以阻尼所有的 声模式除了瑞禾啵。这样的阻尼层的例子是包含在衬底20和器件(例如，显示 器)之间的环氧层的刚性光学结合。
尽管Mil例如沉积可以在导电层133上提供周期性调制层134,周期性调
30制层也可以舰其他方法获得。例如，压电层131自身可以M31以周期性的方
式退火选择区域以使那些区域无效来调制(例如，皿在相位转变上局部加热 压电材料，例如陶瓷材料的居里点)。
图31说明了根据本发明的一个实施例的其中衬底20可以周期性的改变以 产生调制的例子。例如，衬底20可以使用局部能源例如激光束而被周期性地标 5记135，以形成周期性结构。如果衬底20是玻璃的，以355nm操作的三重Nd: YAG可以被用于在衬底20的内部区域细微的碎裂玻璃。该细微碎裂玻璃可以 具有修改的声特性(例如，增加的阻尼或散射)以及被用于为到声波的相干耦 合提供周期性的调制。换句话说，具有多个规则间隔的标记135的光学衍射光 栅形成于衬底20中。通常，iiil任何调制侧鹰32上的转换器141的声行为的
io其^"式，可以消除对周期性调制层134的需求。仅仅为了举例，压电层131 可以是压力模式压电。
返回到图24,转换器141可以在其中,层(第一导电层130、压电层131、 第二导电层133)被"烧制(fireck)n)"的鹏中制作。也就是说，以未固化材 料的形式施加层130、 131和133以及而后热固化。调讳i展134也可以被烧制。
15具有相对低的烧结温度(银烧料)的^A银的陶瓷公知的用于在玻璃衬底上制 作导电轨迹以及可用在丝网印刷形式中。仅仅为了举例，银烧料可以用于导电 层130和133的制作。对于图16B和17B所示的调制层134，可以使用任何具 有低声损耗的刚性材料，包括为了方便伟隨而j顿用于层130和133的相同材 料。可替换地，如果调制层134用作阻尼层，调制层134可以由热固化的鹆聚
20合物制成。
对于例如在图24中所示的其中层被烧制的结构的实施例，层131的压电材 料的^1的例子是溶膨 基压电陶瓷材料，例如分别分散在Al203和PZT溶 膨 溶液中的PZT和LiTa03颗粒。具有50-100pm厚度的膜可以由这样的溶 胶凝胶餘舰制产生。可以i柳其他的压电陶瓷材料，例如掺加了锶的铌,
25钠，^#无铅压电陶瓷，例如含有铋的压电陶瓷。这样的压电材料可以通过任 意顿的方法施加，包括丝网印刷或喷凃。在以未固化态施加后，这样的层134 的材料可以应用加热而固化。注意层130、 131、 133和134的材料可以柳, ;tW加和固化，在相同的加热周期中施加和固化，或都们之间的组合。
如果压电陶瓷层131是烧制的压电陶瓷材料，需要极接以鹏作压电陶瓷。
30可以M在导电层130和133之间施加大的电压实现极接，因而^ffi电层131
的材料中产生强电场。在将在皿压电材料的铁电居里温度的Mjg发生的任何 ^S步骤后必须执4m种极接。
如果压电材料131是烧制的压电陶瓷材料，衬底材料必须 择會嫩经受
住烧制压电陶瓷材料的烧结温度和任何后续的退火温度。例如，可以使用
5 Coming 1737，因为其退火点是721'C以及它的软化点是975'C, 二者都皿了 J^描述的包括在Al203和PZT溶胶 溶液中分别分散的PZT和LiTaOs颗粒 的溶胶凝胶配方的烧结旨(450'C)和退火,(650'C)。
压电转换器141也可以3te于衬底20制作以朋作组件。该组件可以是， 例如，f顿粘结剂或其他賴的接合駄结合到衬底20的带(在先讨论的)。
io该粘结或结合层^ 很薄以及充分，脱声阻尼以最小4^^|虫式传 50 的声操作的干扰。包括第一导电层130、压电层131、第二导tel33以及任选 的调制层134的分层的组件，例如可以制作在带材料上，该材料包括有 100-200pm厚度的玻璃微薄片。该分层的组件可以而后被再分为(例如，Mil 切割成片)多个可结合到多个衬底20的转换器141 。
15 图32说明了根据本发明的一个实施例形皿衬底20上的栅转换器400。
第一| 406形自第二表面28上。第一轨迹406包括导电材料例如银烧料。 第一 406可以^ffi丝网印刷、压印^#其他沉积*^而 加。压力模式 压电元件408的第1H10被应用到第一轨迹406的一部分之上并与之互连。 第二, 414形^t第1面28上以及被施加至柳i康面418以及压电元件408
20的第二侧412之上并与之互连。如以下进一步讨论的，激励压电元件408的电 连接与第一和第二轨迹406和414的每一个互连。
栅元件402形成，摸表面24上。该栅元件402可以M31材料的沉积或移 除而隔开瑞禾啵的一个波长的距离404形成，例如ffl31^网印刷或鹏lj,如前 所述。反射阵列416也形鹏触摸表面24上，以及可ilil增加或移除材料形成。
25 图33说明了根据本发明的一个实施例的形^衬底20上的梳状转换器
420。如在图32，栅元件432被形自虫摸表面24上。第一轨迹422形自触 摸表面24上以及在栅元件432 :tJ:。厚度模式压电元件426的第Hi 424被施 力口在第一 422的一部分^h并与之Sii。第二 430形皿触摸表面24 上以及被应用至綱表面434以及压电元件426的第二侧428之上并与之互连。
30 图34说明根据本发明的一个实施例的形皿衬底20上的^X指型转换器
40。第一轨迹442和第二 444形皿衬底20的触摸表面24上。第一和第 二轨迹442和444具有彼此是交叉指型的指^件(未示出)，例如图8的第一 和第二电极88和90。压电元件448 lte用到第一和第二ltt 442和444的上方 并与之互连。
5 图35说明了根据本发明的一个实施例的具有^4摸表面24的周边486
形成的转换器452458的接触式传感器450。目元件460相对于边462468成 45。形成以及在周边486内形成反射阵列。
转换器452458可以包括图32-34的转换器400、 420或440中的一个。第 一和第二轨迹470484被印刷到接近边466和468的触摸表面24上，以及与所 io说明的合适的转换器452458互连。该互连由使用的转换器的，确定。第一和 第二轨迹470484例如Mai焊接与电缆488互连。
图36说明了根据本发明的一个实施例形自衬底20上的可,转换器 490。第一和第二轨迹492和494M加到触摸表面24上。在图36的视图中示 出了单个轨迹。如在图34中讨论的，第一和第二轨迹492和494可以用于交叉 15指型电极。压电元件498的第^fj 550 M加到第一和第二 492和494之 上。接地电极548 ^S加到触摸表面24之上以及到压电元件498的第二侧552 禾口侧表面554。
图37说明了根据本发明的一个实施例的具有^M摸表面24的周边544 形成的转换器502-508的撤虫式传自500。鄉元件510关于边512-518成45° 20形成以及在周边544内形成反射阵列。
转换器502-508可以包括图36的转换器490。接地、第一和第二轨迹520-542 被印刷在触摸表面24上并与合适的转换器502-508互连。通过焊^地、第一 和第二轨迹520-542与电缆546互连。
参见图35和37，控制器(未示出)iiil第一和第二电极提供电信号给转 25换器以及如果必要通过接地电极提供电信号给地。 一次只有一个转换器是有效 的。^^f说明的Seg中，舰了 4个转换器，以及因此两个转换器可以用作传 送转换器以及两个转换器可以用作接收转换器。可以理解的是可以形成其他配 置以从具有用作或者传送或者接收，或者传送和接收二者，或者自虫摸表面 24的不同部分或面积的两个或三个转换器的接触式传自接收信号。 30 图38说明了根据本发明的一个实施例形成的可替换接触式传感器214。侧
壁32和边22是清洁的，如前所述。衬底20具有布置在侧壁32上的转换器160、 波导161以及反射阵列162。反射阵列162可以，边22形成或与边22相交。 在每一4il壁32上，转换器160、波导161以及反射阵列162可以被称为机构 171。任选地，附加波导和相关阵列可以形自衬底20的触摸表面24上。如图 5 38戶舰明的,會嫩在侧壁32上定位波导161以及鄉阵列162以进；减少用 于产生、定向和检测声波的,式传 §机构171所需的边区域216。颇阵列 162和波导161可以由衬底20中的凹槽或奮沉积在衬底20的僩歷32上的材料 的突出形成。转换器160产生耦合到波导161的声波，因而在波导161的杨1> 聚焦声能。该声能而后依靠阵列162被耦合到衬底20作为表面声波。包括转换 io器160、波导161和阵列162的机构171可操作产生声波以及将它们定向穿过接 鹏传繊214的触摸区域24，赫来检测已经穿过接触式传繊214的触摸 区域24的声波。
由于声波髓波导161的长传播，肖遣将丢失。在一^M摸式传麟214 应用中，期望由例如机构171的检测器接收的声能不强烈取决于传播路径的长
15度。因此，可以结合各种声信号均衡机构，例如各种设计成均衡信号振幅作为 路径长度的功能的娜阵列。这些设计包括在州尝反射阵列的g元件的高或 宽上的改变，或者在目元件的密度中的改变。
图39说明了根据本发明的一个实施例的被定位来实现信号均衡的波导 161。转换器160、波导161和反射阵列162被示为布置在接触式传lfl^寸底20
20的侧壁32上。形^Sr着侧壁32的长度218具有弯曲的波导161,以便当在波导 161中的声能最高时波导161在转换器160 Pf逝的第一鄉220从阵列162中被 进~^定位。当在波导161中的声能最低时在远离转换器160的第二M 222, 波导161被定位于更靴、相交和/航阵列162的上部。舰以这种方式弯曲 波导161，可以实现信号均衡。
25 图40说明了根据本发明的一个实施例的被形成来实现信号均衡的波导
161 。由于到转换器160的距离增加，或者波导161从第一末端220移动到第二 末端222，波导161的核心被缩窄，有效地削弱了核心。由于核心宽度被减小， 声波变得更少受限于波导161并扩展，以及声波增加了与反射阵列162的重叠。 在这种情况下，目阵列162的元件163之间的间隔也改变以说明 的波导
30核心对核心中的^Jt上的任何影响。可以離的JMil如图39和40戶刑兑明
的而被形成的和/或定位的波导161提供的信号均衡可以被等同地应用于其中波 导161被布置到触摸表面24上的情况。
图41说明了根据本发明的一个实施例的接 ;传 1224的另一个实施 例。提供具有清洁侧壁32的衬底20 (参见图2)。提供育辦沿着它的轴传播声 5波的带180。该带180是波导，具有类似于图3840的波导161的功能。沼着带 180传播的声波可以鄉胀波、弯曲波或者其他鄉的声波。带180被布置在玻 働寸底20的侧壁32上。该带180用包括粘合元件187的粘合层186结合到侧 壁32。在带180的一个鄉181上装配了压力模式压电元件183以及在带180 的相对鄉182上，ffim鹏能源转储区域184。该能源转储区域184可以被 10应用到带180的一个^以抑制皿。该能源转储区域184可以包括ftj可合适 的材料，例如，加入钩的环氧树脂类，其可以被调整以匹配衬底20的声阻抗。 在带180产生的声波被耦合到衬底20中的声波，该声自在衬底表面24上的 触撒艮灵敏。
带180可以包括育^(专播声波的任何材料，例如金属或玻璃。雌地，带 15材料的热膨胀系数(CTE)接近于衬底20的热膨胀系数。在一些应用中，带180 的高度(髓侧壁32的高度测量的)近似等于鹏衬底的厚度是有好处的。优 舰带180的厚度(垂直于它的高度测量的)小以便它不会从衬底20延伸大的 距离，因此保持織拭传繊224的外部边的尺寸最小化。带可以舰的材料 的例T^括玻璃棒以及具有接近于玻璃的CTE的金属带(例如，如Invar^的 20镍合金或相关材料)。带材料的合适的横截面的例子是3mmxlmm的矩形以及 1/2mmxl/2mm的正方形。
例如，压电元件183的电鹏的例子导致沿着带180的长度传播的纵波。 因为带180的禾纖面3勁啲边界剝牛，在带180中的波不是纯的压力波，而是 更好地描述为膨胀波、dialational波或者最低阶拉姆对称波。由于具有纵向分量 25波传播，在带180中的材料具有平行于波传播方向(舰是，、髓带180的长 度)的运动分量。
粘合层186 ,mM结合以及周期性间隔的粘合部件187的间隔确定了从 在带180中产生的波到发射到衬底20中的声波的tm角度。该粘合元件187被 形成作为类似于反射阵列的周期性结构。例如如果接触式传麟224是矩形的， 30以及需要以90°舰至嗰壁32，则粘合部件187的间隔应等于带180中的声波
的波长。在图41中用箭头188指示以90。娜。作为齢机构的一个例子，粘 合元件187可以传送剪切力因而将在带180中的波的纵向移动耦合到在图41中 由箭头189指示的在衬底20中的切变波的横向移动。粘合元件187的ffi^， 也可以将带波的横向移动到在衬底20中的触摸感测波(例如，瑞利波)的 5移动的纵向分量(在图中没有示出这种耦合模式)。带180也可以用于从衬底20 接收声波。
图42说明了根据本发明的一个实施例的结合带180的接触式传感器226。 为了清楚带180指示为带228和230。具有压电元件232的第一带228 、 W衬底 20的第一侧壁234布置，以及具有压电元件236的第二带230髓衬底20的第 io 二邻接侧壁238布置。如箭头190所示，由压电元件232产生和舰带228弓| 导至附底20中的切变波育滩远离侧壁240鄉以及鹏带228定向为舰压电 元件232检测。如箭头191所示，由压电元件236产生并舰带230弓l导至附 底20中的切变波肯辦远离侧壁242目并M:带230定向为通过元件236检测。 连接到压电元件232和236的电子设备(未示出)可以被用于时间复用信号以 15便在传送和接收模式之间调整。
可替换的，,式传感器可以包括安装^f 有侦幢32上的带(未示出)。 例如，对于矩形衬底20， 1顿4个带180,其中带180中的两个操作于传送模 式以及带180的两个操作于接收模式。
如果安装至附底20的侧壁32的带180设计鹏衬底20中、M瑞利波，粘 20合元件187可以粘合在侧壁32上，繊摸表面20的大约一个瑞利波长的范围 内以便有 耦合到瑞利波，如图22和23所示。带180的深度尺寸可能匹配 或可能不匹,合元件187的深度尺寸。
在带180和衬底20之间的耦合3娘鼓胖占合元件187的刚性、厚度或粘合 面积中的一个或多个的影响。,地，耦合至l井寸底20中的声波的振幅不受沿着 25侧壁32的耦入点的影响。任何影响带180和衬底20之间耦合的参数可以TO 来作为沿着衬底20的长的距离的函数均衡声信号振幅。
图41说明了粘合层186在粘合材料(粘合部件187)的存在和粘合材料不 存在之间交替的情况。 供了带180和衬底20之间的耦合强度的空间调制。 存在交替方式提供耦合所需的空间调制，例如没有气隙的粘合层，但是粘合材 30料的机械性能(例如硬度)被调制。可以理解的是带181和粘合元件187可以
从衬底20中分离形成以及而后被附着作为组件。
图43示出了根据本发明的一个实施例的具有形成在衬底20的侧壁32上的 转换器562的接触式传繊560。当被激励时，转换器562产生沿着边22传播 并通过反射阵列564穿过触摸表面24被反射的边波。这样的接触式传感器被描述在美国临时专利申请序列号60/562,461中，代理文档号ELG064-US1 ，其被结合于此作为参考。转换器562可以包括利用在先描述的丝网印刷技术和其他 技术印刷在侧壁32上的压电材料。可替换地，转换器562可以包括单独形成并 被粘合到側避32的压电材料。
对于在这里描述的接触式传感器的任何实施例，接触式传感器可以通过电互连而连接到控制器。可以是用任何合适的互连，例如，光缆捆束。可替换地， 该接触式传感器可以被直接集成到接触式传感器系统中，例如，接触式传感器可以被集成到显示器中以制造触摸屏。任选地，可以在真空荧光显示器中使用 的衬底的表面上实现丝网印刷，例如仪表盘。为了举例,衬底可以形成显示设 备的外部层，例如真空荧显示器。
可以理解的是上述的装置的配置仅仅是本发明的原理的应用的说明以及在 不脱离权利要求的精神和范围的情况下可以有很多其他的实施例和改变。
权利要求
1、一种接触式传感器，包括衬底，能够传播声波，该衬底包括具有触摸敏感区域的第一表面；以及形成在衬底上的转换器，该转换器包括在形成于衬底上之后被热固化的压电元件，该转换器被配置成用于产生声波和检测声波中的至少一个。
2、 如权利要求1的接触式传感器，其中压电元件 丝网印刷和压印之一形鹏寸底上。
3、 如权利要求1的接触式传自，衬底进一步包括平行于第一表面的第二10表面，转换器进一步包括形成在第一表面上的栅元件，形成在第二表面上与栅元件相对的压电元件。
4、 如权禾腰求1的接触式传麟，转换器进一步包括形鹏第一表面上的 栅元件，压电元件形皿栅元件之上。
5、 如权利要求l的接鹏传繊，转换器进一步包括 形皿衬底上的第一导电层；形自第一导电层之上的第二层，第二层包括压电元件； 形成，二层之上的第三导电层，第一和第三导电层分别与第一和第二电 连接互连。
6、 如权利要求1的接触式传感器，转换器进一步包括 形皿衬底上的第一层，第一层与接地连接互连；形 成一层上方的第二层，第二层包括压电元件；以及 形皿第二层之上的第三导电层，第三导电层包括第一和第二电极，第一 和第二电极与第一和第二电连接互连。
7、 如权利要求1的接触式传繊，衬底是显/彌备的外部层。
8、如权利要求1的接触式传感器，转换器进一步包括形皿衬底上的第一导电层；形皿第一导电层上方的第二层，第二层包括压电元件； 形成第二层上的第三导电层，第一和第三导电层与电连接互连；以及 第四调制层包括形皿第三导电层上方的周期性施加的材料。
9、一种,式传感器，包括 衬底，兽^(专播声波，该衬底包括具有触摸敏感区域的第一表面；以及转换器，ieg^于产生声波和接收声波中的至少一种，转换器包括具有 压电材料的带，该带被附着到衬底。
10.如权利要求9的接M^:传s^,该压电材料包括聚，压电材料。
11.如权利要求9的接鹏传繊，该带进一步包括至少两层导电材料，压电材料形鹏该至少两层导电材料的两层之间。
12、 如权禾腰求9的接角拭传繊，第1面进一步包括具有周边的接触 区域，衬底进一步包括平行于第一表面的第二表面，接触式传感器进一步包括 形，周边内的第一表面上的栅转换器，带被附着到与栅转换器相对的第二表io 面。
13、 一种用于在接触式传感l^t底上形成转换器的方法，该衬底包含具有触摸 区域的第一表面，该方飽括 施加第一导电层到衬底；施加压电层到衬底，该压电层MM^—导电层的至少一部分；以及 15 热固化压电层。
14、 如权利要求13的方法，进一步包括施力瞎二导电层到衬底，第二导电层M^E电层的至少一部分。
15、 如权利要求13的方法，进一步包括施加第二导电层到衬底，以及 20 分别施加第一和第二电压到第一导电层以及第二导电层，以极接压电层。
16、 如权利要求13的方法，其中施加压电层的步骤进一步包括丝网印刷压 电材料。
17、 如权利要求13的方法，进一步包3OTii从衬底移除材料而在衬底上形 自元件，施加步SiiS—步包括在栅元件上施加第一导电层和压电层。
18、如权利要求13的方法，进一步包括在衬底上形成导电轨迹；以及将导电 与第一导电层互连以提供电信号给第一导电层。
19、 如权利要求13的方法，其中压电材料包括溶膨ll^材料。
20、 如权利要求13的方法，其中衬底进一步包括在边与第一表面相交的侧 30壁，该侧壁基本上垂直于第一表面。
全文摘要
一种接触式传感器，包括能够传播声波的衬底。该衬底包含具有一触摸敏感区域的第一表面。在一个实施例中，该衬底包括在第一边与第一表面相交的第一侧壁。在衬底的第一侧壁提供传送器。该传送器产生通过触摸敏感区域的至少一部分而直接从第一侧壁传播的声波。在另一个实施例中，在衬底上形成转换器。该转换器包括在形成于衬底上之后被热固化的压电元件。该转换器配置成用于产生声波和检测声波中的至少一种。可选地，该转换器可以包括含有压电元件的带。
文档编号G06F3/033GK101387933SQ20081016093
公开日2009年3月18日 申请日期2005年4月13日 优先权日2004年4月14日
发明者J·C·肯特, P·I·戈姆斯, 津村昌弘 申请人:泰科电子有限公司