专利名称：具有模块传感元件的触摸传感器的制作方法
模块传感元件的触摸传感器相关专利申请的交叉引用本专利申请要求2009年4月6日提交美国临时专利申请No. 61/167027的权益， 该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
背景技术：
触敏装置为计算机或其他数据处理装置提供了简洁而直观的界面。使用者可通过触摸图标或在触敏面板上书写或绘画传递信息，而不必使用键盘输入数据。触摸面板被用于多种信息处理应用中。交互式可视显示器常常包括一些形式的触敏面板。随着诸如手机、 个人数据助理(PDA)和手持或膝上型计算机之类的下一代便携式多媒体装置的出现，将触敏面板和可视显示器集成变得更加普遍。如今电子显示器常见于多个应用中，例如，自动取款机、游戏机、汽车导航系统、餐厅管理系统、杂货店收银台、加气站、信息查询台、和手持数据管理器，等等。已经采用多种方法确定触敏面板上的触摸位置。例如，可使用连接到触摸面板的多个力传感器确定触摸位置。力传感器产生响应于触摸而变化的电信号。利用力传感器产生的信号的相对值可以确定触摸位置。电容式触摸定位技术涉及对由于触敏面板上的触摸所产生的电容耦合而产生的电流变化的感测。少量电压被施加到触敏面板若干位置处，例如，触摸屏的每个拐角处。触摸屏上的触摸产生电容耦合，该电容会改变每个角流出的电流。电容式触摸系统测量电流， 并根据电流的相对值确定触摸位置。电阻式触敏面板通常为多层装置，其具有用垫片隔开的柔性顶层和刚性底层。导电材料或导电阵列设置在顶层和底层的相对表面。触摸会使顶层弯曲，并使相对的导电表面彼此接触。系统根据接触引起的触摸面板电阻变化确定触摸位置。可依靠光学或声音信号确定触摸位置。用于触摸面板中的红外技术通常使用专用的聚光圈沿水平轴和垂直轴发出红外光束。传感器对阻断红外光束的触摸进行检测。表面声波(SAW)触摸定位方法使用在玻璃屏表面传播的高频波。利用因手指接触玻璃屏表面而导致的波衰减来检测触摸位置。SAW通常采用“飞行时间”技术，该技术利用干扰到达拾波传感器的时间检测触摸位置。当介质以非频散方式工作，使得波的速度不会在所关注的频率范围内显著变化时，可以采用这种方法。弯曲波触摸技术感测在触敏衬底的整块材料上的触摸产生的振动。这些振动指示弯曲波，并可利用通常设置在衬底边缘的传感器检测。对传感器产生的信号进行分析，以确定触摸位置。
发明内容
在一个实施例中，描述了触敏装置，该触敏装置包括能够传播弯曲波振动的第一衬底并具有触摸表面；至少一个连接到该衬底的传感器板，该传感器板包括第二衬底，该衬底上安装了用于测量第一衬底的弯曲波振动的传感器；以及通信连接到至少一个传感器板的处理器，该处理器用于处理来自传感器的与触摸表面上的接触相关的信息。在另一个实施例中，描述了一种设备，该设备包括电路板，该电路板在第一电路板表面上具有至少两个导电垫片，这两个导电垫片各自具有表面积；能够感测弯曲波的传感器，该传感器在第一传感器表面具有至少两个导电连接点，该第一传感器表面具有表面积；其中所述至少两个传感器垫片的每一个的至少一部分机械连接并且电连接到包括两个导电连接点的第一传感器表面的至少两个区域；并且其中机械连接到两个垫片的第一传感器表面的表面积大于第一传感器总表面积的20%。在另一个实施例中，描述了一种制备触敏装置的方法，该方法包括将至少三个传感器板机械连接到衬底，这些传感器板各自包括至少一个压电传感器，该压电传感器能够测量弯曲波并提供表征所测弯曲波的信号；将至少三个传感器板通信连接到电子器件，该电子器件被构造用于接收来自压电传感器的信号，并根据这些信号提供指示衬底上接触的坐标的信号。
图1为触摸传感器的拐角的图示。图2为传感器板的图示。图3为触摸传感器和控制器的图示。图4为传感器板的电路板衬底的图示。图5示意性地说明了在电路板衬底上放置传感器的步骤。图6为示出各种传感器板构型的频率响应的曲线图。图7为示出一种传感器板构型和标准传感器的频率响应的曲线图。
具体实施例方式图 1 为弯曲波型触摸屏(例如 3M Touch Systems (Methuen，Massachusetts)以商品名MicroTouch DST销售的触摸屏)的拐角的图示。玻璃3在其上具有导电迹线2，该导电迹线电连接到电子组件(两个电阻器5和场效应晶体管7)，这些电子组件又通过导电迹线连接到压电传感器1。这些导电迹线和电子组件拥有电压缓冲电路，可将来自压电传感器的高阻抗输入连接到进入控制器的低阻抗输出(从而降低噪声干扰和信号损耗)。该设计具有某些缺陷。例如，必须在玻璃上印刷导电迹线，该印刷需要按玻璃尺寸定制的印刷和烘焙设备，所述设备又难以定标到新尺寸。此外，有效地将压电传感器直接固定到玻璃需要特殊的工艺，放置电子组件也是如此。另外，导电迹线2在某些环境条件下可能“漏电”，从而可能损坏由导电迹线形成的电路。另外，导电迹线易受来自其他元件(例如位置很可能接近触摸屏的显示装置)的电噪声影响。在图1所示触摸传感器中使用屏蔽胶带4处理噪声问题，该屏蔽胶带施用到与导电迹线相对的玻璃侧，但胶带的应用构成另一道工序并产生材料成本。总之，图1所示设计的这些方面需要涉及处理和操纵大型玻璃片的多个工序。本发明涉及一种设备，在一些实施例中，该设备可以解决这些缺陷的某一些，或提供与这些缺陷不相关的新的有益效果。此外，本发明涉及一种设备，该设备可以使新装置或应用不具有任何上述缺陷。此外，本发明涉及制备触敏装置的新方法。在以下对举例说明的实施例的描述中，参考了作为实施例组成部分的附图，附图以举例说明和可实践本发明的各种实施例的方式示出。应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以利用这些实施例，并且可以进行结构上的修改。根据本发明实施的触摸感测设备可以具有本文所述的一种或多种特征、结构、方法、或它们的组合。其意指此类装置或方法视情况不必包括本文所述的所有特征和功能，但可以被实施为包括所选的特征和功能，这些特征和功能的结合可提供有用的结构和/或功能。本发明涉及触敏用户交互装置和方法，该装置和方法用于通过多个传感器感测穿过衬底传播的振动。更具体地讲，本发明涉及采用传感器的触摸感测装置和方法，该传感器被构造用于感测通过衬底传播的弯曲波振动，并且可利用全异触摸位置检测技术根据这些振动确定触摸位置信息。用于将来自传感器的数据处理为衬底上的触摸位置的此类触摸感测装置、相关的计算法、以及技术在美国专利No. 7，157，649 "Contact Sensitive Device” (《触敏装置》)(Hill)、6，871，149 "Contact Sensitive Device” (《触敏装置》) (Sullivan 等人)、6，922，642 "Contact Sensitive Device”(《触敏装置》)(Sullivan)、 7，184, 898"Contact Sensitive Device，，(《触敏装置》)(Sullivan 等人)、以及美国专利申请公布 No. 2006/0244732‘‘Touch Location Determination using Bending Mode Sensors and Multiple Detection Techniques"(《采用弯曲模式传感器和多检测技术确定触摸位置》)(Geaghan)中有所描述，所述每份专利的全部内容均以引用方式并入本文。术语“弯曲波振动，，是指使得能够支撑弯曲波振动的构件发生一定程度面外位移的激励(例如由物理接触产生)。许多材料能够弯曲，其中一些材料会产生具有理想平方根频散关系的纯弯曲，一些材料会产生纯弯曲和剪切弯曲的混合弯曲。频散关系描述了波的面内速度与波的频率的相关性。术语“弯曲”也可适用于构件在承受荷载时(例如，当触摸面板在施加到触摸面板上的触摸作用下挠曲(如产生翘曲)时)的面外位移或挠曲。就这一点而言，触摸面板的一个表面被设置为受压，而相对表面则被设置为受拉，这样会导致触摸面板翘曲。利用本文所述类型的弯曲模式传感器和下文讨论的方式可以检测到触摸面板的这种翘曲。在包括(例如)压电传感器的振动感测触摸输入装置中，在触摸面板平面内传播的振动向压电传感器施加压力，从而在传感器两端产生可检测的电压。接收到的信号可能是由振动引起的，该振动是由直接触摸输入的冲击直接导致的，或由因描绘(摩擦)产生的能量输入直接导致的，或者由影响现有振动的触摸输入(例如通过振动衰减)引起。接收到的信号也可能是由意外输入引起，例如，因使用者抓握或误操作触摸输入装置产生的输入引起，或因触摸输入装置外部的可感测环境源产生的输入引起。转到图2，图中示出了传感器板125。术语“传感器板”是指包括适用于安装电子器件的衬底(例如电路板)、能够检测弯曲波的传感器和根据需要配备的相关电子器件(用于提供表征弯曲波的电子信号)的组件。例如，在如图2所提供的一个实施例中，传感器板包括电路板10，其上安装了传感器130(在这种情况下，压电传感器在例如由于触摸事件通过衬底传播的弯曲波而变形时产生电压)。图2所示传感器板还包括场效应晶体管(FET)、 两个电阻器、和导向电子器件的电线的连接点(图2中未示出)，这些连接点接收来自传感器板的信号并在一些实施例中将这些信号处理为衬底上触摸事件的二维坐标。在其他实施例中，考虑到预期最终应用的操作条件，可根据需要去除“相关电子器件”。
传感器130为优选的压电传感器，其可感测表征衬底上接触输入的振动，下文将有更全面的描述。可用的压电传感器包括单晶片和双晶片压电传感器。压电传感器提供多个有利的特征，包括(例如)良好的灵敏度、相对低的成本、充分的稳健性、潜在小的波形系数、足够的稳定性、以及响应线性。可用于振动感测触敏装置的其他传感器包括电致伸缩式、磁致伸缩式、压阻式、声控式、电容式、和动圈式传感器/装置等等。现在转到图3，图中示出了触敏装置100的一种构型，该装置具有用于检测弯曲波振动并利用多个全异触摸位置检测技术确定触摸位置的特征和功能。根据该实施例，触敏装置100包括衬底120和感测板125 (其包括振动传感器130)，该感测板继而耦接到衬底120的上表面。在此示例性实例中，衬底120的上表面限定了触敏表面。虽然示出传感器130耦接到衬底120的上表面，但作为另外一种选择传感器板125可耦接到衬底120的下表面。在另一个实施例中，一个或多个传感器板125可以耦接到上表面，而一个或多个其他传感器板125可以耦接到触摸衬底120的下表面。传感器板125A-125D可通过任何合适的方式耦接到触摸板120，例如使用粘合剂或其他合适的材料，只要所达到的机械连接足以使在触摸板中传播的振动被振动传感器检测到。下文将进一步讨论将传感器板安装到衬底上。示例性振动传感器130和振动传感器布置方式在共同转让的美国专利申请 USSN10/440, 650 (Robrecht)和USSN 10/739，471 (Hill)中有所描述，这两份专利全文以引用方式并入本文中。衬底120可为支撑所关注振动(例如弯曲波振动)的任何衬底。示例性衬底120 包括塑料(例如丙烯酸类树脂或聚碳酸酯)、玻璃、钢、铝或其他合适的材料。通常，可以使用频散关系已知的任何材料。触摸衬底120可为透明或不透明的，并且可以任选地包括或整合其他层或支持额外的功能。例如，衬底120可提供耐刮擦性、耐沾污性、隔炫光性、 防反射性、对于方向和隐私的光控性、滤色、偏振、光学补偿、摩擦纹理、着色性、图形图像等。在一个实施例中，衬底120为矩形玻璃块。在另一个实施例中，衬底120为片型衬底， 因为其相对于长度和宽度较薄。在一些实施例中，衬底120具有相对均勻的厚度。专利申请 No. 61/080，966 "Systems and Methods for Correction of Variations in Speed of Signal Propagation Through a Touch Contact Surface" (
面传播的信号速度差异的系统和方法)描述了用于补偿衬底均勻度差异的方法和计算法， 并且以引用方式全文并入本文档。衬底120可以非常大，对角尺寸远超46"。例如，衬底 120对角尺寸可为50〃、60〃、70〃、80〃、90〃，或甚至100"。可以想到更大的尺寸，仅当振动太小，以至于传感器无法检测时，尺寸才会受到限制。衬底120可能已经整合到一些其他应用中，而未必旨在用于触敏装置。例如，传感器板可以固定到窗口的玻璃上。在一些实施例中，衬底120包括在其边缘附近布线的导电迹线，以降低电连接器 140的厚度。通常，触敏装置100包括至少三个传感器板125，以在两个维度确定触摸输入的位置。在一些实施例中，四个传感器板125(如图3所示传感器板125A、125B、125C和125D) 可为可取的，如美国专利No. 6，922，642 (Sullivan)和7，157，649 (Hill)以及共同转让的美国专利申请09/746，405中所讨论的，这些专利全文均以引用方式并入本档中。在一些不需要触摸事件的精确坐标的实施例中，可以使用更少的传感器板125。例如，在二维分辨率较少限制性要求的应用中，可以使用一个传感器板125。例如，在显示装置，例如在广告中，触敏装置100可与显示器(例如LCD显示器)结合使用，显示器向潜在用户显示使用说明，建议用户“触摸屏幕开始”。在此类实施例中，触摸位置的二维坐标可能是必要的。另外，仅配置两个传感器板125的实施例可以提供一定程度上更高的分辨率，以确定是否触摸到屏幕的特定区域。例如，在上述广告实例中，与显示器连接的触敏装置可以换成采用位于屏幕两个离散区域的信息来请求潜在用户输入，该信息为“触摸此处开始(英语)”和“触摸此处开始(西班牙语)”。在这种情况下，根据屏幕上离散区域的位置，可能不必包括四个传感器板就可满足触摸分辨率要求。在这个具体例子中，两个传感器板即可提供足够的分辨率。在一个实施例中，所有传感器130均被构造用于感测触摸衬底120中的振动。就技术和功能而言，这些传感器130可以大致相同。例如，所有传感器130都可为特定制造商以相同的部件号或名称制造的弯曲模式传感器。在其他实施例中，传感器130可以在技术上基本相同，但在功能上不同。例如，所有传感器130都可为特定制造商制造的弯曲模式传感器，其中一些传感器被实施为检测弯曲波，另一些传感器被实施为检测板挠曲。在一些实施例中，一个或多个传感器130可为弯曲模式传感器以外的传感器。根据另一个实施例，一个或多个传感器130可用作发射装置，以发射可被另一些传感器130感测的信号，这些信号可用作基准信号或产生可在触摸输入下改变的振动，这些改变的振动被传感器130感测，以确定触摸的位置。电动传感器可用作合适的发射装置。 此外，一个或多个传感器130可被构造成感测激励双功能传感器，例如，如之前并入本文的美国专禾Ij No. 6，922，642和7，157，649以及共同转让的美国专利No. 7，411，584(Hill)(该专利全文以引用方式并入本文中)中所公开的。许多采用触敏装置100的应用还透过触敏装置100使用电子显示器来显示信息。 此类显示器包括(例如)液晶显示器、等离子体显示器、和有机发光二极管显示器。由于显示器通常为矩形，因此使用矩形触敏装置100为典型并且便利的。因此，固定传感器130的触摸衬底120通常为矩形，但应当理解其他几何形状也可为可取的。根据一种构型，传感器板125A、125B、125C、125D优选地设置在衬底120的拐角附近。由于许多应用需要透过触敏装置100浏览显示器，希望将传感器板125A-D设置在触摸衬底120边缘附近，从而使其不会不可取地侵占可视显示区域。将传感器125A-D设置在触摸衬底120拐角处也可以减少衬底边缘的声波反射的影响。触敏装置100感测到的接触可具有触笔触摸的形式，而触笔又可具有手持笔的形式。触摸衬底120上触笔的移动可以生成连续信号，该信号受触摸衬底120上触笔的位置、 压力和速度影响。触笔可以具有柔性顶端，例如橡胶顶端，其通过在衬底120上施加可变力在其中生成弯曲波。可变力可以通过顶端提供，顶端或者停留在衬底120表面或者滑过衬底120表面。或者，接触可以是手指触摸的形式，该接触可以在触摸衬底120中生成弯曲波， 该弯曲波可以通过无源和/或有源感测来检测。弯曲波可具有在超声波区域(> 20kHz) 内的频率分量。图3所示触敏装置100与控制器150通信连接。传感器板125A-D通过导体(例如电线)或触摸衬底120上形成的印刷电极图案与控制器150通信连接。控制器150通常包括前端电子器件，该电子器件测量传感器板125A-D上的传感器的信号或信号变化。在另一个实施例中，控制器150向传感器板125-A-D上的传感器施加信号。在其他构型中，除了前端电子器件之外，控制器150还可包括微处理器。如下文所详述的，控制器150能够实现
8选自一系列全异触摸位置检测技术的一种或多种触摸位置检测技术，例如，如美国专利申请公开 No. 2006/0244732“Touch Location Determination using Bending Mode Sensors and Multiple Detection Techniques^利用弯曲模式传感器和多重检测技术测定触摸位置)(Geaghan)中所描述的，该专利在上文以引用方式并入本文中。在典型的调配构型中，触敏装置100与主机计算系统(未示出)的显示器联合使用，以在使用者和主机计算系统之间提供视觉和触觉交互作用。主机计算系统可包括通信接口(例如网络接口)，以方便装配触敏装置100的触摸面板系统与远程系统之间通信。各种触摸面板系统的(例如)诊断、校正和维护例程可通过触摸面板系统和远程系统之间的相互通信实现。使用本文所述构型的传感器板可以提供某些有益效果。例如，有兴趣生产触敏显示器的显示器制造商可采购包含传感器板125和相关电子器件的套件，或者如果电子器件已并入到触敏显示器的电子器件中，则可仅采购传感器板125。于是显示器制造商在确定如何使组装过程可最有效地适应于传感器板固定步骤的细节时，具有非常大的灵活性。^jE考虑到分接点到每个传感器板的距离、以及衬底的厚度、密度和杨氏模量，可以采用相对简单的校正过程来精调触摸点的分辨率。例如，衬底可以在已知位置分接，然后通过传感器板测量信号，生成数据。采用该数据及传感器板的位置和衬底的物理特性，可确定衬底的精确模型并用于计算未知位置的接触。可以分接另外的点，以进一步精调校正。感测沣意事项压电传感器(图2和图3中的传感器130)设计用于测量衬底120中的弯曲波。这些弯曲波通常具有高频率(5-20kHz)。因此，传感器130和衬底120之间的界面和层对这些振动的衰减不能达到无法接受的程度。在如图2所述的传感器板实施例中，传感器130和衬底120之间存在三个界面。这些界面包括1)传感器130与电路板10的界面；2)电路板 10自身；以及幻电路板10与衬底120的界面。以下章节将对这些界面进行讨论。1)传感器与电路板的界面将压电传感器安装到电路板是实现衬底中弯曲波的良好测量的重要因素。电路板和压电传感器之间的机械粘结必须足够强，以将衬底120振动完全传递到传感器130。使用传感器板的初始尝试是采用薄垫片，仅沿边缘使用焊料粘结传感器130。这导致粘结不够强。图4所示第二电路板布局设计采用较大的垫片200固定传感器130。这些较大的垫片 200使得可以在较大的表面区域内接触传感器130垫片，从而形成较强的粘结。据发现，焊接图4所示电路板的传感器的合适技术为加热垫片200并使焊料珠在其上流动，然后将传感器130放置到焊料上，无需将其向下推动到垫片上。这在传感器130 和垫片200之间留下了一层焊料。焊料冷却时，将实现传感器130的紧密粘结。手动操作时，难以同时在两个垫片上进行操作。在这种情况下，采用该方法处理一个垫片，然后通过加热垫片并让焊料在传感器下方流动来焊接第二垫片。图5示出了焊接工序的示意图，该示意图示出了传感器130及其2个垫片220，垫片220与电路板10的垫片200匹配，垫片 200在其上分别具有受热的焊料210珠，以形成传感器/电路板界面250。当具有垫片220的传感器的约50%的侧面总表面积(通过焊料)机械连接到垫片 200时，获得了令人满意的测试结果。当具有垫片220的传感器的低至约20%的侧面总表面积机械连接到传感器垫片时，预期可获得相似的令人满意的结果。2)电路板电路板本身为传感器130和衬底120之间的界面。典型的FR_4(—种常用于电路板的阻燃剂材料)电路板材料对传输的振动不具有显著的不利影响。然而，进行了测试以了解电路板厚度是否对感测具有影响。该测试的结果汇总于图6中，后文将有更全面的讨论。一般来讲，电路板的厚度对传感器响应具有显著影响。在实施过程中，在一些实施例中，需要电路板尽可能薄，以使传感器和显示器之间所需的间隙最小化。厚度为30密耳和 15密耳的电路板对于某些应用而言具有足够的间隙。3)电路板与衬底的界面对该界面的传感器板的初始测试使用以商品名“Loctite Superglue”销售的粘合剂(由Henkel Corporation(Diisseldorf，Germany)的分公司销售)。性能是足够的。由于希望避免采取热固化(热固化需要烘箱和相关的处理/加工步骤)，我们尝试了若干得自3M公司(M.Paul，MN)的市售紫外固化粘合剂。LC-1112和LC-1212为形成刚性粘结的光固化粘合剂。已发现，两者均能将振动出色地传递到传感器。光固化粘合剂可以特别适于将传感器板安装到玻璃衬底上，因为此类衬底通常透明，因此允许使用手持光源。重要的是，在一些应用中(例如，安装到显示器时)，在使用过程中观察到的典型加热条件下电路板和衬底之间的粘结不会变得柔性。此类应用中触摸面板和显示器表面之间的温度可达到(例如)40至50摄氏度。在正常的典型LCD型显示器加热条件下，使用 LC-1212粘合剂未观察到对性能的不利影响。在一个实施例中，如果使用玻璃边缘作为弓I导来粘合传感器板，则传感器板设计为传感器130在衬底上适当地对齐。这样，可控制传感器的正确定位。电线注意事项传感器板需要通信连接到控制器150。在一个实施例中，使用由导体构成的薄线束或粘附到衬底的柔性电路实现该目的。在一个测试中，我们成功使用34AWG磁铁线将传感器板连接到控制器。在一些实施例中，使用传感器板的潜在优势在于，能够最大限度地减小来自附近显示器、其他电子器件、或外部源的噪声污染。例如，IXD和等离子显示器均产生显著量的高频噪声，这些噪声可经由触摸面板上的银线路拾波。为处理该问题，现有的弯曲波触敏面板可以具有施用到外部边界的铜条带，以助于线路屏蔽外部噪声源。通过使用本文所述传感器板设计理念，线束可包括屏蔽的电线或屏蔽的(多层) 柔性电路。一个可供选择的方法是使用双绞线，而非屏蔽。这将最大限度地减小内部和外部噪声源的干扰。电路板还可具有作为第二层的地电位面，以最大限度地减小电路上的干扰(或者，使用连接到地面的导电性环氧树脂)。有了这些屏蔽改善，控制器所观察到的信噪比可能会增大，这将实现更好的性能并且更易于匹配较大尺寸的面板。在某些实施例中，屏蔽的另一个优点是增强静电放电(ESD)保护。预期采用上述若干屏蔽技术的设计能够满足超过27kV的ESD要求。采用不同厚度电路板时的频率响应为测定不同构型角板的响应，构建了 12个角板原型(即，3组，每组4个角板) 4个使用45密耳厚的板、4个使用30密耳厚的板、4个使用15密耳厚的板。然后使用3MLC-1112粘合剂将各组的每个角板粘附到32英寸(对角)玻璃衬底上，然后使用焊接到传感器板的垫片上的34AWG电磁线将其耦接到控制器。电线未屏蔽外部噪声源，尽管此类屏蔽在一些实施例中可能是可取的。然后采用设置在玻璃衬底中心的音圈测试面板。采用1 和40kHz之间的多正弦波驱动音圈并在四个拐角中每一个处测量响应。对于这些测试，玻璃衬底并未集成到显示器，而是位于丙烯酸片上。测量每个角板的频率响应。图6示出了三个电路板厚度的平均频率响应。结果显示，不同电路板厚度的频率响应几乎无差别。差别在预期的正常偏差范围内。接下来，将上述3个组的结果与3个标准32英寸市售弯曲波型触摸面板比较，以判定角板与标准面板的信号水平大小匹配的紧密程度。这些市售触摸面板的压电传感器直接粘合到衬底。图7的结果显示，角板的信号水平通常具有2至3dB的降低。这符合先前的测试，并且是由于穿过上述不同界面时发生了信号衰减。然而，预期由于第3节所述屏蔽而降低的噪声将补偿该信号损失。详细实例如下文所述，构造并测试了采用传感器板的弯曲波触敏装置。1)弯曲波传感器衬底由碱石灰浮法玻璃的矩形板组成，其尺寸为 752mmX 433mm (27. 63 英寸 X 17. 07 英寸)，厚度为 2. 2 士 0. Imm (0. 087 英寸士 0. 004 英寸)， 得自Eurptec Gmbh(GosIar，Germany)。该玻璃具有应用到前表面的防眩酸蚀刻。该玻璃经过化学钢化，抗拉强度彡180N/mm2。光透射比>91%。玻璃边缘经打磨和整圆，其半径 >玻璃厚度的一半。2)构造了传感器板，并将其附接到玻璃板的非蚀刻表面(与触摸表面相对)的四个角的每一个。传感器板衬底为典型商业FR-4电路板材料片，其尺寸为 15. 9mmX 15. 9mm (0. 625英寸Χ0· 625英寸)，厚度为0. 76mm (0. 030英寸)。(还成功测试了 0.015英寸和0. 045英寸厚的衬底。)然后如下文所述的，将电路板图案化为具有适当的金属电路线和焊料垫片。3)用于在每个传感器板上测量弯曲波振动的传感器为压电传感器，定制型号3M公司部件号25054，得自Belltec (Taipei，Taiwan)，类似于专利申请US 2005/0134574 "PIEZOELECTRIC TRANSDUCER” (《压电传感器》)中的那些。传感器的谐振频率为570kHz士200kHz。传感器为4. 5士0. Imm(0. 177士0. 004英寸)宽、 10. 4士0. Imm(0. 409士0. 004 英寸)长、1. 1 士0. Imm(0. 043士0. 004 英寸)厚。传感器顶部的标志指示正向极化方向。4)每个传感器在其传感器板上具有放大器电路，用于将压电高阻抗转变为更适合数据处理器的信号，从而最大限度地减小电噪声。电路由得自Calogic (Fremont， California, USA)的NJFET SST204型场发射晶体管(FET)缓冲器/放大器以及IOMΩ和 365 Ω的2个偏压电阻器组成。NJFET将电压偏置到约2. 2V(从5V输入轨偏置)。5)按照上文结合图5所示程序将压电传感器附接到传感器板。在电路板上形成2 个金属粘结垫片，每个垫片为压电传感器自身面积的约40%，传感器的每个电极/末端对应一个垫片。所用焊料为得自Ketster (Itasca，Illinois，USA)的标准无铅焊料。该焊料在220°C时熔化。在将压电传感器焊接在适当位置后，也将FET放大器和偏压电阻器焊接在电路板上的适当位置。
6)然后使用得自3M公司(St. Paul，Minnesota, USA)的3M 光固化粘合剂 LC-1212(3M Light Cure Adhesive LC-1212)，将组装的传感器板附接到玻璃板的非蚀刻触摸表面的拐角。该材料描述为在暴露于可见光或紫外光时快速固化形成半刚性粘结的单组分中粘度粘合剂。其特征包括具有改善的玻璃和金属粘附力，固化为不粘表面，以及具有较低腐蚀性。典型的固化性质包括肖氏D硬度为83 (ASTM 2240)，抗拉强度为3.1兆帕 (4500磅/平方英寸)(ASTM D638)以及伸长率为15% (ASTM D638)。将传感器板设置在玻璃板一角的未固化粘合剂的一部分上，在室温下将得自UV Source (Lebanon, Indiana, USA) 的“Green Spot”手持式紫外(UV)光源(100瓦特，365nm主输出波长)穿过玻璃板导向粘合剂，持续时间为40秒。7)然后将由得自Belden (Richmond，Indiana, USA)的未屏蔽型34AWG电磁线组成的电引线焊接到每个电路板的输出端。然后将这些引线连接到DST-3000DC型控制器，当前使用的类型为得自 3M Touch Systems, Inc. (Methuen，Massachusetts，USA)的 DST 弯曲波触摸传感器。8)然后在触敏装置中将安装泡沫(3M VHB丙烯酸泡棉胶带5925 (3M VHB Acrylic Foam Tape 5925)和 3M VHB 丙烯酸泡棉胶带 5962 (3M VHB Acrylic Foam Tape 5962)，得自3M公司(St. Paul,Minnesota,USA))施用到触摸传感器的四个边缘，这是将3M DST弯曲波触摸传感器集成到显示装置正面的标准方式。然后将传感器安装在32英寸(对角)NEC 3210液晶显示器(得自NEC Corporation (Tokyo, Japan))上，用于其余测试。9)然后将组装的弯曲波触敏装置的性能与现有的3M触摸系统DST弯曲波传感器产品的性能进行比较，组装的弯曲波触敏装置的性能显示准确性和灵敏度满足相同规格， 如下文所述。接受测试的触敏装置安装在能够提供一系列叩击或触摸脉冲的装置中，所述脉冲具有毫米级定位准确度和校准的力-时间脉冲。将“叩击器”移动到邻近触敏装置的选定位置，进行一系列低脉冲值(数mNt-s)下的30次叩击。记录检测到的叩击的次数和计算的位置。在相同位置采用具有更高脉冲值的叩击重复该过程，直至设备能够记录所有 30次叩击。现有产品需要准确定位小于50mNt-s的脉冲下的所有30次触摸。该实例的组装的弯曲波触敏装置也满足这些要求。使用本文所述角板制造触敏弯曲波型面板，可显著降低生产传统弯曲波型触摸传感器所需的设备成本，传统方法常需要筛网印刷机(用于印刷导电迹线)和烘箱(用于固化导电迹线)。在本文所公开的某些实施例中，可能不需要此类印刷机和烘箱。此外，在一些实施例中，有兴趣制造触敏衬底的客户可购买包含传感器板、电线和控制器板(或这些物品的某些组合、或其他物品，例如用于将传感器板固定到衬底的粘合剂)的套件。例如，LCD制造商可从自身来源获得玻璃衬底，然后使用上述套件组装触敏面板。这可为IXD制造商提供非常大的制造灵活性并显著降低成本。上文描述了多个实施例。然而，本发明可以多种不同形式体现，并且不应理解为限于本文示出的实施例；相反，这些实施例的提供旨在让本公开周密完整，并将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。根据上述说明和相关附图所教导的有益效果，本发明所属领域的技术人员将会想到本发明的许多修改形式和其他实施例。因此应当理解，本发明并非仅限于本文所公开的具体实施例，并且修改形式和其他实施例旨在包括在所附权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种触敏装置，包括第一衬底，所述第一衬底能够传播弯曲波振动并具有触摸表面；至少一个耦接到所述衬底的传感器板，所述传感器板包括第二衬底，所述第二衬底上安装了用于测量所述第一衬底的弯曲波振动的传感器；以及处理器，其通信连接到所述至少一个传感器板，所述处理器用于处理来自所述传感器的与所述触摸表面上的接触相关的信息。
2.根据权利要求1所述的触敏装置，其中处理信息包括解析对所述触摸表面的所述接触的X和Y坐标。
3.根据权利要求2所述的触敏装置，其中所述传感器板使用粘合剂耦接到所述衬底。
4.根据权利要求2所述的触敏装置，其中所述第一衬底为玻璃片。
5.根据权利要求4所述的触敏装置，其中所述玻璃片具有均勻的厚度。
6.根据权利要求2所述的触敏装置，其中所述衬底是透明或半透明的，并具有四个拐角，并且其中所述至少一个传感器板包括四个传感器板，所述四个传感器板耦接在紧邻所述衬底的所述四个拐角处。
7.根据权利要求6所述的触敏装置，还包括显示装置，所述显示装置紧邻所述第一衬底，以透过所述第一衬底提供视觉刺激。
8.根据权利要求7所述的触敏装置，还包括计算机，所述计算机通信连接到所述显示装置，以控制所述显示器上的视觉刺激，并且其中所述处理器也通信连接到所述计算机，并提供表征所述显示装置上接触的坐标的信肩、ο
9.一种设备，包括电路板，所述电路板在第一电路板表面上具有至少两个导电垫片，所述两个导电垫片各具有表面积；能够感测弯曲波的传感器，所述传感器在第一传感器表面具有至少两个导电连接点， 所述第一传感器表面具有表面积；其中所述至少两个传感器垫片的每一个的至少一部分机械连接并且电连接到所述第一传感器表面的至少两个区域，所述第一传感器表面包括所述两个导电连接点；并且其中机械连接到所述两个垫片的所述第一传感器表面的所述表面积大于第一传感器总表面积的20%。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述传感器为压电传感器。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述传感器垫片使用焊料连接到所述第一传感器表面。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述至少两个垫片的所述总表面积为所述第一传感器表面的所述表面积的至少50%。
13.—种制造触敏装置的方法，包括将至少三个传感器板机械连接到衬底，所述传感器板各自包括至少一个压电传感器， 所述压电传感器能够测量弯曲波并提供表征所测弯曲波的信号；将所述至少三个传感器板通信连接到电子器件，所述电子器件被构造用于接收来自所述压电传感器的信号，并根据这些信号提供表征所述衬底上接触的所述坐标的信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述至少三个传感器板为四个传感器板。
15.根据权利要求14所述的方法，其中机械连接包括使用粘合剂。
16.根据权利要求15所述的方法，其中通信连接包括使用导体进行的电连接。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述衬底为玻璃。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述衬底机械连接到显示装置，使得所述显示器可以透过所述衬底浏览。
全文摘要
本发明提供了一种用于解析对衬底上的接触的弯曲波型触摸传感器，所述触摸传感器由多个耦接到所述衬底的传感器板构成。
文档编号G06F3/043GK102439549SQ201080022328
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月1日 优先权日2009年4月6日
发明者理查德·L·圣皮埃尔 申请人:3M创新有限公司