触摸屏装置及相关制造方法

xiaoxiao2020-7-22  10

专利名称:触摸屏装置及相关制造方法
技术领域
本发明主要涉及光学器件和电子器件。特别地,但非排他地,本发明属于包括利用全内反射(TIR)现象(total internal reflection phenomenon)的触摸屏装置的 UI (用户界面)。
背景技术
关于消费者和专业人员当前和将来使用的电子设备,合适的UI及可用性的重要性总体而言是再强调也不为过的。除了传统的键区、键盘或者按钮装置之外,已经开发了不同种类的触摸屏,从而向设备的使用者提供对于相关应用程序的更加快捷和通用的控制方式。触摸屏可以采用多种不同的技术来获得触摸敏感功能性。在各种其他可能的选择中,例如,电容性的、电阻性的、红外线的、光学成像(基于相机)、声学的以及混合方案是可行的。一些红外线方案在光源与接收器之间实现无限制的光学连接,因此手指或尖笔使覆盖了检测装置的光束和显示的屏幕覆盖物变形,接下来阻断一个或一些用于位置检测的光束,或者可选地,手指或尖笔可以按照不具有透明的覆盖板的方式直接阻断光束。红外线方案的触摸检测性能也会依赖于FIlR(受抑全内反射)现象,其中,到达检测器的光的量和分布依赖于(例如)由出于控制输入目的所应用的尖笔或指尖而引入到光导表面的干扰,从而出现了所谓的‘受抑全内反射(FTIR) ’现象,S卩,光(能量)泄漏。图Ia示出了与光导相关的FIlR现象。在示图102中,光线104按照以下方式在光导106的一端输入耦合(incouple)至光导,即,光线通过来自光导壁的全反射108在光导内部传播。光线104最终经由光导106的远端出射。在随后的示图110中,指尖112放在光导的顶面上,从而114在接触的特定位置处(例如,光导106的外部)不同方向上,至少部分光被吸收(在手指中)、被发散地反射以及/或者被折射,可能只有部分原始光线被镜面地反射并最终到达前述的远端。应该注意的是,在原始传播方向上,在交互点114之后,图中的光线114以细线表示,其用来描述前述由于发生FIlR而导致的能量损耗(图中的星形和小箭头)效应。接下来,可以在位置感应应用(诸如,通常利用光的IlR效应的触摸屏)中检测并利用基于FIlR的光泄漏/损耗。接下来,从公知的斯涅耳定理来简要推导(F)IlR现象背后的理论观点。考虑其标准的表达式,即,Ii1Sine 1 = 1128化02,其中,n分别表示介质界面两侧上的折射率,θ分别表示相对于介质界面法线的入射角,然后,将θ 2(由此称作折射线)设为90°,通过修正的斯涅耳等式H1SinQ 1 = η2,我们得到了入射角Q1的所谓“临界角”。通常,当光进入两种介质之间的边界区时,其部分被折射,部分被反射。然而,对于入射角大于临界角的情况,光在介质边界处将基本上被完全反射,其中,根据反射定理,入射角等于反射角。发生全内反射的一般先决条件为光的传播方向为从具有高折射率的介质(光密材料)至具有低折射率的介质(光疏材料),即,Ii1 >η2。
例如,在图Ia的实例中,将手指放在光导上可以从根本上改变相邻介质的折射率(例如,假设原始的相邻介质2是例如折射率约为1的空气,而人皮肤的折射率约为 1. 4-1. 5),由于临界角的增大而潜在地导致了光导输入耦合与输出耦合端之间的相当大的耦合损失,并且甚至可能不再满足全内反射的必要条件Il1 > Il2,从而落入旧临界角与新临界角之间的许多光线可能现在实际上进行折射而不是反射。实际上,例如,光导的表面粗糙度影响以下事实,即,在光导的表面与手指之间(其也具有不规则的表面)的密合程度是不完美的,即,仍有空气存在于其间。然而,多亏了所谓的渐逝波耦合(evanescent wave coupling),其中,渐逝波从光导跨过光导外部介质边界(例如,玻璃-空气界面)延伸至另外接近(光波长级)介质(诸如,人的手指,其具有比所夹介质(诸如空气)更高的折射率),并像在量子遂穿中那样将能量传递至该接近介质,甚至不要求完美的密合用于耦合。 因此,全内反射被称为“受抑”。美国公开US20060114237披露了设置有红外线发射器/接收器的FIlR触摸屏。该公开方案的概念可以从作为等距图的图Ib中看出。披露的装置利用频闪式扫描 (strobing-type scan),其中,沿着光导106的边缘设置了多个光发射器120、122和接收器 118、124,并且,其按照发射器-接收器对的方式被顺序触发/禁用(注意,虚线示出了在单对的发射器与接收器之间的光传播主方向),从而,由于FTIP现象,可以通过触发的发射器-接收器对的接收器处减少的光量来检测光导上某个位置处的触摸。本发明无意否认由当前可用的触摸屏或在提供优于更传统的选择(诸如键盘、鼠标)的更精细的UI装置中的相应的方案所提供的优点和益处,但取决于每个特定使用情况,某些问题仍然存在其中。例如,传统触摸屏对于实现和制造通常有些昂贵,并且,它们会在成品中占据大量的空间并引入额外重量,因此,这在整个R&D项目的最开始就必须要考虑。例如,在移动设备中,触摸屏甚至会消耗大量的额外电力。此外,可能需要诸如光输入耦合和/或光输出耦合结构(例如,棱镜、反射器、光栅等)的附加结构以分别使光从光源集中到光导和/或从光导集中到接收器。这样的结构需要更多的设计工作并且在其他因素中会增加成品的重量、耦合损耗以及价格。

发明内容
本发明的实施方式的目的在于,在利用IlR现象的触摸屏(其例如包括各种基于 FIlR的触摸屏应用)环境中,至少减轻一个或多个在现有技术的装置中明显的前述缺陷。 通过诸如膜上模制(mold-on-film)FTIR触摸屏装置的触摸屏装置来实现该目的,其中,光导可以二次模制(over-mould,二次成型)在包括必要的电子器件的基板上,该必要的电子器件包含不同的光电部件。从而,根据本发明的一个方面,用于触摸屏的装置包括-基板,诸如基本上光学透明的膜,该基板包括支持电子器件,诸如经卷对卷 (roll-to-roll,连续卷绕)处理的、包括多个印刷导体的印刷电子器件,该支持电子器件用于为其它电子部件提供电力、控制和/或通信连接,-多个发射器和检测器,布置在该基板上与支持电子器件接触,该多个发射器和检测器分别用于发射和检测光,以及-光导,布置在基板上,从而该发射器和检测器以及可选地至少一部分该支持电子器件基本上浸入光导材料中,选择光导的特性(包含了光导材料的折射系数)以及配置发射器和检查器,使得当使用时能够实现在发射器与检查器之间的光导内的光的全内反射 (TIR)型传播,以及使得基于IlR性能的下降能够识别触摸,其中IlR性能的下降由经检测光来确定。在一个实施方式中,至少一部分上述装置被配置为用作覆盖显示器,从而显示器的使用者通过在预定的视角范围内,透过该装置(的一部分),例如触摸区域部分或其“窗口”部分进行观看,可以看到显示器视图。该装置因而可以位于显示器上方,以提供触摸界面。该装置可以进一步与显示器结构集成,从而这二者(光导的触摸区域/下层基板部分和显示器)实质上物理接触。可替换地,它们可以物理上分离,即,只要仍设置有功能性连接,则其间具有(例如)空气。因此,在优选实施方式中,诸如柔性膜的基板基本上是光学透明的,从而显示器或其他光源/反射器可以透过其向使用者提供光。所需的透明程度取决于具体使用情况。在一个实施方式中,对于预定的光波长(例如红外线),例如,优选的透射率可能因而例如驻留在约80 %至95 %的范围内。在可替换实施方式中,基板是半透明的,从而使光漫射地透过。在又一可替换方式中,基板甚至可以是基本上不透明的,于是本发明的装置不适于使光透过,然而其仍然适合于并可用作各种其他目的(例如像,便携式计算机的触摸板)的控制 (触摸)输入装置。另外,在一个实施方式中,基板的一部分(诸如中央部分)可以设置有开口,该开口可以基本上限定通孔,从而(例如)显示光可以穿过该通孔以及光导进行传播。因此,在这种情况下,基板可以是透明的、半透明的、或不透明的,其还应用于将该装置实现为显示器覆盖物的情形。在上述或另一个实施方式中,本发明的触摸屏装置可以通过注塑成型来获得,其中基板(例如柔性膜)在其上设置有电子器件,包括了支持电子器件以及其它电子部件 (如,光电发射器和检测器)的该电子器件用作注塑成型工艺期间的插入物,在该注塑成型工艺中光导材料被二次模制在电子器件和相关的基板表面上。有利地,已经设置在基板上以将该装置连接至外部元件(诸如主机的主板)的一个或多个耦合体(诸如,连接器或触点)可能不完全是二次模制的,或者至少后来被清除。此外,用于生产光导和/或附加层的其他方法(诸如迭片)可以被额外应用或代替(二次)模制。该装置自然可以进一步包括未浸入光导材料中的一个或多个附加发射器和/或检测器,但是其仍然可选地被光学耦合。在补充或可替换实施方式中,光导材料可以是异质的并包括不同材料的多个子部或“子块”,进行布置使得各种子部分接合在一起或至少彼此紧邻地设置以形成总光导。例如,在其中浸入至少一个发射器和/或检测器的部分可以包括不同于一个或多个其余光导部分的材料。在上述或一些其他实施方式中,支持电子器件的至少一部分(诸如导体)可以包括印刷电子器件。同样地,在上述或一些其他实施方式中,其余电子器件(诸如发射器、检测器、和/ 或其他部件和元件)的至少一部分可以通过使用所选择的印刷技术印刷在基板上,或通过例如胶水或其他粘接剂作为例如SMT (表面安装技术)的预制体和/或倒装体附至基板上。在本发明的各种实施方式中,触摸动作可以是指,将作用元件(诸如手指或尖笔)
6置于基本上与光导(S卩,光导本身)连接,或者如果有的话,与其最外部的附加材料层连接。 取决于每个具体实施方式
以及例如相关的检测器灵敏度,该连接可以例如包括,仅经由渐逝耦合的近范围连接、或真正的物理触点、或其组合。在上述或其他实施方式中,可以校准该装置,从而以便将接触表示为实际“触摸”, 根据本发明的触摸屏装置的使用者需要或通过手指或通过尖笔来物理地接触覆盖表面, 即,不是仅仅依赖于渐逝耦合,从而可以清楚地检测到根据TIR性能的下降进行识别被认作的触摸,以避免恼人的误检测等。通常为了控制输入处理,诸如在至少功能性地耦合至触摸屏装置的目标设备处发起该触摸(诸如,触发一个动作)。优选地,将光导的一个或多个特性(诸如,折射率)选择和/或设计为与预定外部介质(诸如空气)或者一系列预定介质(任选地包括空气)相协作地作用,以向输入耦合光提供TIR效应。代替空气,相邻外部介质可以包括例如,设置在光导的一个或多个(例如) 顶部或底部或所有(当使用时)侧面上的材料层。材料层可以被布置为足够薄,以使得渐逝耦合能够通过它到达作用元件,并因此能够经由FIlR效应进行触摸检测,而IlR效应可能已在光导材料层界面处发生。在另一实施方式中,将材料层和光导的一个或多个光学特性(诸如折射率)选择为大致相同,从而在IlR条件下光在光导内的传播不会实质上对界面起作用,并且在材料层-另一外部介质(即,空气)界面处发生TIR。例如,材料层可以被配置为在光导的触摸表面上提高触感或改善/减少作用元件的滑动,例如,通过摩擦调节。 可替换地或额外地,材料层可以用作防御物理或化学冲击的保护层。只要IlR和FIlR效应仍然可以起作用,则在光导的表面上可以存在多个(不同)材料层。在一个实施方式中,将光导材料选择为足够耐用的,以用作对于下层显示器元件的屏幕覆盖物。在一个补充或可替换的实施方式中,可以利用多层方案,从而通过局部地触摸,因而例如,通过手指或尖笔或其他合适的设备使上层(例如保护)层变形,下层光导层部分也变形(触摸可以被看作集中于此),以及(例如)由于在光导与邻近层的边界处的能量泄漏引起相关的IlR性能下降,这可以应用于识别触摸。在多层结构的最顶部的接触层与光导之间可以存在设置的一个或多个附加层。附加层可以将以最顶层为目标的力传递朝向光导且使其也发生变形。可替换地,光导层可以通过手指或尖笔直接接触,并且随之变形。可以选择基板(薄膜或较厚的塑料基板或者一些其他材料)的特性,使得光在光导-基板界面处以预定的、期望的方式做出行为。在一个实施方式中,基板和光导的一个或多个光学特性(诸如折射率)被选择为大致相同,从而在IlR条件下光在光导内的传播实质上不会对界面起作用。在另一实施方式中,选择基板和光导的该一个或多个光学特性 (例如折射率),使得IlR传播光从光导-基板界面被反射,优选地,反射越多越好。在任何情况下,当触摸屏装置的触摸屏覆盖物设置在显示器上方时(这确实是典型使用情形),应当选择基板,以对光保持光学透明,即,对用于通过该装置向使用者照明所显示的细节的可见光(的波长)透明。可以通过在检测器处测试其响应和/或变化a)当发射器常开时,以及b)当预定作用元件或诸如指尖(皮肤)的一系列元件与光导相接触时,或至少在渐逝耦合的范围内, 来确定用于识别IlR性能中的充分下降(其表明故意触摸)的检测水平。检测阈值可以是固定的或适应性的。在一个实施方式中,适应性阈值分析器确定光的检测强度相对于适应性基本强度水平(代替绝对阈值)的变化,用于识别触摸。能够以恒定或者以定时方式(例如,间隔)的较长时间窗口来测量基本水平。例如,发射器可以包括诸如LED(发光二极管)或OLED(有机LED)的光电组件。例如,检测器可以包括诸如光电二极管或光电晶体管的光电部件。此外或可替换地,可以应用诸如CCD(电荷耦合器件)、MOS (金属氧化物半导体)的图像传感器或其他类型的传感器。光导材料可以包括例如PC (聚碳酸酯)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PA (聚酰胺、 尼龙)、COC (环烯烃共聚物)、和/或COP (环烯烃聚合物)。基板材料可以包括例如PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC、PEN(聚邻苯二甲酸酯)、PI (聚酰亚胺)、LCP(液晶聚合物)、PE(聚乙烯)、和/或PP(聚丙烯)。发射器和检测器的数量可以是(但不必须是)相等的。在一个实施方式中,成对组织发射器和检测器,于是在一次触发选择中,一对可以被设置为同时触发。在最小量的情况下,存在设置在基板上的单个发射器和检测器。在本发明的另一方面中,用于制造触摸屏装置的方法包括-设置基板,诸如基本上光学透明的膜,-在基板上布置支持电子器件,诸如包括多个印刷导体的印刷电子器件,该支持电子器件用于向其他电子部件提供电源、控制和/或通信连接,-在基板上布置多个发射器和检测器与支持电子器件接触,该发射器和检测器分别用于发射和检测光,以及-在基板上制造光导,从而发射器和检测器以及可选地至少一部分支持电子器件基本上浸入光导材料中,选择光导的特性(包含了所述光导材料的折射系数)以及配置发射器和检查器,使得当使用时能够实现发射器与检查器之间的光导内的光的全内反射 (TIR)型传播,以及使得基于IlR性能的下降能够识别触摸,其中IlR性能的下降由经检测光来确定。如上文所暗示的,本发明不同方面的效用起因于取决于每个具体实施方式
的多个问题。用于生产根据本发明的触摸屏装置的制造成本可以保持较低,这是由于相当广泛地使用负担得起并且容易获得的材料、部件和工艺技术。可行的工艺技术还可以使得除了单纯的原型化情形之外,能够实现该装置的快速产业规模制造。该装置可以保持薄、轻以及节能,以便通过对外围元件和设计进行很小的修正,适应大多数使用情形。由于外部的(通常是有损的)光集中(light furmeling,光漏斗)装置(诸如光栅等)不是必需的,因此在发射器、光导以及检测器之间的耦合损耗可以被最小化。具有对于(例如)触摸表面上的污垢的低灵敏度的该装置的各种实施方式的触摸检测能力是良好的,并且甚至可以构造多触摸应用。该装置可以容易地与现有显示器或器件布局组合,并且例如经由柔性电缆将其方便地连接至外部目标体(诸如主机主板),这还使得将来能够容易地对其进行替换。取决于所使用的材料,该装置可以进一步被制造为对外部影响是坚固的,在这种情况下,该装置还可选地充当用于下层显示器元件的可更换屏幕覆盖物。此外,由于该装置可以提供对于恶劣的使用环境(像潮湿和/或含尘空气)的密封(防溅)隔离,因此其尤其良好地适于各种工业应用,例如包括,工业自动化/电子控制设备。例如,本发明的实施方式可以在各种手持装置、腕上装置、游戏装置、家用电器、运动装置以及机动车产品中使用。
表达“许多(a number of)”这里可以指从一(1)开始的任何正整数。表达“多个 (a plurality of)”分别可以指从二(2)开始的任何正整数。这里可交换地使用术语“浸入”和“嵌入”。在下文详细描述的一个实施方式中,遵循上文中所阐述的基本原理的触摸屏装置还设置有多种公开了的可替换特征。在所附从属权利要求中也公开了本发明的不同实施方式。


接下来,参照附图,更密切地观察本发明的实施方式,其中图Ia示出了触摸屏中的全内反射现象及其利用;图Ib示出了具有沿光导的侧面设置的多个发射器和检测器的一种现有技术触摸
屏装置。图加示出了本发明的一个实施方式。图2b示出了沿图加中所示类型的实施方式的A-A线的示例性截面。图2c示出了本发明的另一实施方式,其中,基板限定其中央具有开口的框。图3a总体上示出了用于制造本发明的触摸屏装置的一个实施方式。图北是用于制造本发明的触摸屏装置的实施方式的流程图。图4示出了根据本发明的触摸屏装置的一个实施方式的俯视图和仰视图。图fe是包括了根据本发明的触摸屏装置的设备的一个实施方式的框图。图恥是根据本发明的触摸屏装置的一个实施方式的框图。图6示出了用于按顺序驱动根据本发明的触摸屏装置的发射器和检测器的两个实施方式的时序图。
具体实施例方式图Ia和图Ib在上文中已结合对于发明的背景技术的回顾进行了思考。现参照图2a,描绘了触摸屏装置的一个实施方式的透视图202。可实施为显示器的覆盖板的触摸屏装置包括基板(诸如(柔性)膜)206,该基板容纳有诸如支持电子器件 (如导体)的电子器件204和/或控制电路,并且还包括诸如光电发射器、检测器的电子元件以及其他可选部件。光导208设置在基板上。例如,可应用内模制一体(in-mould integration),使得导光材料被二次模制在基板上的电子器件上,其中,设置有电子器件的基板在注塑成型工艺中被用作内模插入物。 因此,经二次模制的材料用作发射器与检测器之间的光导,并且还向其他下层元件提供密
封/封装。装置的维度X、Y、Z可被选择为尽可能地适合每个特定的制造以及使用场景(如, 主机和显示器布局)。例如,基板尺寸可以约为150mm⑴X 150mm⑴X 125 μ m(Z),如果需要的话,从基板的尺寸可进一步确定更小的专用部分以进行二次模制。例如,基板的厚度 (Z)可根据实施方式自然地改变并位于(例如)约50μπι至500μπι的范围内。例如,光导 208的厚度也可以根据使用情况来改变,并在约Imm至10mm。在检测灵敏度和响应优先于硬度的应用中,<=Imm的厚度是所期望的。与之相比,大于5mm的厚度尤其适合于要求硬
9度和相关附加耐用性的情形。中间厚度1. 5mm至2mm也可以适合于多种应用,如移动终端以及PDA。装置的形状及其组件(如,光导208及基板206)可根据所使用的制造方法和所期望的目标形状来限定。例如,所示的装置(然而仅仅是示例性的)具有基本矩形(立方)形状,(例如)利用卷对卷式制造方法以及通常的显示应用可以将其加工得很好,而(例如) 圆形形状是可行的并通过适当的切割是可实现的。仍在所示的实施例中,平行于Y轴的边缘在使用位置中被稍微地向下弯曲,以更好地适合于目标装置,该目标装置可以例如是移动终端、PDA(个人数字助理)、音乐播放器、多媒体播放器、或工业用电子器件和/或自动设备。图2b公开了沿图加所示类型的实施方式的线A-A的示例性截面。在该实施例中, 光导208覆盖基板206的表面的大部分,该基板上已设置有电子器件204,该电子元件204 包括发射器/检测器210和支持电子器件212。然而,不是所有的电子器件204必须存在为被光导208封装。该事实是通过位于光导208右边的单个电子器件204和导体部分来显现的,其中导体是由沿着基板206与光导208之间的边界线延伸的粗水平线来示出的。通过改变截面的高度和宽度,电子器件204可以包括不同尺寸的元件,如图中所示。在一个实施方式中,发射器和检测器210位于光导208的边界附近,优选地被定位使得光在由发射器输出之后并在被检测器捕获之前在预定的方向中基本上穿过光导的整个长度进行传播。例如,两行发射器可定位成平行,并且分别靠近光导的两相邻侧面(例如,两相邻侧面平行于图1中的平面^和监),并且相对于相对的相邻侧面以类似方式定位两行检测器,使得由预定发射器发射的光被相对侧面附近的一个或多个预定检测器捕获。 在其他的实施方式中,发射器和/或检测器210中的至少一些可以按照其他方式被定位。例如,发射器和/或检测器210可以放射状定位,从而检测器构成具有距离预定中心点或线的某一第一半径(距离),而发射器具有相对同一参考的另一第二半径。在有角度的光导的情况下,检测器/发射器210还可以位于其顶点(角点)附近。图2c公开了其中基板206的部分214 (在该实施例中具体为中央部分)设置有通孔的实施方式。因此,例如,显示光可通过该通孔传播然后穿过光导材料208朝向使用者。 因此,基板206在该情形下可以是透明的、半透明的或不透明的,其还应用于装置被实现为显示覆盖板的情形。图3a以非常通用的理解描绘了用于制造本发明的触摸屏装置的一个实施方式。 在阶段302,基板设置有诸如导体、检测器、发射器的必要电子器件以及必要的控制电路 (其由工作在基板表面上的旋转臂或喷嘴示出)。例如,该臂可以属于倒装装置或喷式印刷机。在阶段304,将光导布置在基板/电子器件集合体上,使得至少部分电子器件被嵌入光导中,从而将前述部分封装,这可参见在表示触摸屏装置能够用作(例如)显示覆盖板的一个实施方式的阶段306。覆盖板可被现成安装在主设备(外壳)或设置在其显示器之上并只在需要时功能性地耦合至主设备或显示器。图北是用于制造本发明的触摸屏装置的一个实施方式的更详细的流程图。在308处,参照启动步骤,进行诸如材料、部件以及装置的选择和获得的必要任务。在确定发射器和传感器类型或如其他电子器件和基板/光导/导体材料以及形状时, 必须给予以下特别的注意,即,各元件和材料的选择一起进行并且经受得住所选的整个装
10置制造工艺,优选地,这自然要根据制造工艺与部件数据表进行比对或例如通过分析生产的原型来预先进行检查。参考标号322通常指的是制造阶段,在制造阶段期间,向基板设置电子器件,该电子器件包含用于驱动光电元件等的支持电子器件以及实际的光电元件。内部阶段310和 312可以按照最适于正被讨论的特定应用方案的变换次序来执行。此外,如果被认为是有利的,则所示阶段的内部任务可在阶段310和312之间进行再分配。例如,所使用的基板可以包括诸如PET或PC膜的聚合物。可应用的基板通常被选择为满足期望的挠性、坚固性以及其他要求(如鉴于电子器件与光导材料或如鉴于可利用的制造技术的粘合性质)。所选择的基板还可在所示的处理阶段之前和/或期间被预处理。例如,基板可被预处理以增大与其他材料(例如,注塑成型光导塑料)的粘合性。在310中,在基板上、在一个或多个侧面(如,使用时预定的顶部和/或底部)上印制或以其他方式形成支持电子器件(如,导电体和电路)。用于设置电子器件的可行技术通常包括丝网印刷、轮转丝网印刷、凹版印刷、凸版印刷、喷墨印刷、移印、蚀刻(如利用PWB 基板)、转印-层压、薄膜沉积等。例如,在导电胶的情况下,可利用银基PTF (聚合物厚膜)胶在基板上丝网印制电路设计。此外,可使用如铜或碳基PTF胶。可替换地,通过蚀刻可获得铜/铝层。在其他可替换方式中,导电LTCC(低温共烧结陶瓷)或HTCC(高温共烧结陶瓷)胶可被烧结在基板上。在选择用于导体的材料时,需要考虑基板的性质。例如,LTCC胶的烧结温度可约为 850°C至900°C,这可能要求使用陶瓷基板。此外,银/金基纳米粒子墨可用于生产导体。回到可行的印刷技术,例如,将结合印刷技术以及基板材料来选择胶/墨,这是因为不同的印刷技术要求所使用的墨/胶的不同的流变性质。此外,不同的印刷技术每时间单位提供的墨/胶的量是不同的,这通常会影响可实现的导电图样。例如,电子SMT部件和电路或(倒装)芯片可利用诸如环氧树脂粘合剂的粘合剂附至基板。可利用导电的(用于实现电接触)以及不导电的(仅用于固定)粘合剂。优选地,这种元件被选择为经受得住所利用的光导建立工艺(诸如,注塑二次模制工艺)的压力和温度。在312中,包括光发射器和检测器的光电元件通过例如粘合剂与基板粘合。因此, 可采用合适的印刷技术,如,通过喷墨式印刷机或其他可利用的装置来将OLED印制在基板上。本领域的技术人员应理解以下事实,在本发明的各种其他实施方式中,可在所示出的仅是示例性步骤310和312之间将光电器件和其他电子元件以分开的且不同的方式 (如果有的话)设置在基板上,并且生产阶段的相关标号可被相应地改写。例如,在同一生产阶段或多个后续阶段期间可将部件(包括支持器件和光电部件)的大部分添加至实质上仅为已形成导体的电路模型中。柔性材料的使用通过卷对卷式方法优选地能够执行项322、310、312中的至少一些,或其他项,该方法可以提供额外的有利于时间、成本、甚至空间的明智考虑(如,运输和存储)。在卷对卷式或双卷轴方法中,期望的元件(如,光学的和/或电子的元件)可沉积在连续“卷”的基板上,该基板可既长又宽,提高了在该过程期间从源卷筒或多个源卷筒到目的卷筒的恒定速度或动态速度。因而,基板由此可以包括稍后要被切割分离的多个产品。 卷对卷式制造还有利于实现快速且节省成本地制造根据本发明的产品。在卷对卷式工艺期间,几个材料层可“悬浮(on the fly)”接合一起,且上述元件(如,电子器件)可在实际的接合瞬间时、之前、或之后造在这些材料层上。在工艺期间,源层和产生的带状集合体可进一步经受各种处理。应当选择层厚度(通常,诸如膜的更薄层在便于进行卷对卷式处理中是优选的)并且可选地其他性质,以将卷对卷式处理实现至优选程度。在314中,将光导形成在基板上,使得至少部分电子元件浸入光导中。从而,光导可用作电子器件的覆盖物以及用作发射器与检测器之间的光传输(TIR)介质。在一个实施方式中,光导包括诸如PC的塑料材料,该塑料材料被二次模制在基板上,该基板如热塑聚合物膜(如,PET膜)且具有已设置在其上的电子器件。基板可被应用为注塑成型装置的模子的插入物,使得PET铸在基板上。优选地,选择光导材料和所使用的结合方法,使得在该工艺期间基板上的电子器件保持未受伤害,而光导材料被恰当地附至基板并且其光学特性是所期望的。在316和320中,可选地,检查是否需要对光导基板集合进行进一步的处理,如果需要进行处理,则分别采取必要的步骤。例如,可以将补充的材料层添加至触摸屏装置。在一个实施方式中,装置的至少一部分(如,光导(的一部分))可设置有防止划伤的硬涂层。 另外地或可替换地,可提供其他的功能性或装饰性层或处理,如从使用者的观点来看用于增强表面触感的层。此外,步骤318可指的是将附加的和/或外部的元件(如,连接器或 (柔性)电缆)耦接至该装置,且甚至将该装置置于诸如移动终端或控制显示器的目标产品中。然而,可执行与二次模制元件、光导和/或剩余的实体的功能有关的不同的质量检查和测试。应当理解,阶段316可能不必指的是如根据装置的实时监控特性(如,电子器件或光导的功能)进行的实时检查,这是因为该“检查”还可指的是被编码在工艺控制数据中的预定处理控制参数值(例如,添加硬涂层=真),其接下来用于定义装置所经历的处理。在阶段318中,该方法的执行结束,并且可将所获得的触摸屏装置向前传送。图4示出了根据本发明的触摸屏装置布局的轮廓的一个实施方式的顶视图和仰视图。在条目402中,示出了“顶”视图,在条目408中示出了仰视图。导体、连接器、芯片以及其他元件在图中是可辨别的,其中,发射器/检测器阵列围成矩形,基本为正方形,例如, 触摸屏窗口用作显示器的触摸区域覆盖板。图如是设备501的一个实施方式的通用框图,该设备包括根据本发明的触摸屏装置。该设备可以包括或可以是移动终端、PDA、工业应用的控制装置、多用途计算机(桌上型 /膝上型/掌上型)等。对本领域技术人员清楚的是,设备501的各个元件可直接集成在同一壳内或至少设置有对于彼此的功能性连接(如有线或无线连接)。例如,显示器514和相关的触摸屏502作为集成或分离元件可结合于设备501中。如果不是必要的,则包括在设备中的一个可能的功能元件是在一个或多个物理存储器芯片和/或卡之间可以进行划分的存储器506,其可以包括必要的代码(如,以计算机程序/应用程序的形式)以实现对于设备的控制和操作,并还包括其他数据(如,当前的设定和用户数据)。存储器506可以包括如R0M(只读存储器)或RAM型(随机存取存储器)实现方式。存储器506还可指的是以有利方式可拆卸的存储卡/棒、软盘、光盘(如,⑶-ROM)、或固定的/可移除的硬盘驱动器。需要可选地包括多个协作或平行(子)单元的处理装置504(如,诸如微处理器、 DSP (数字信号处理器)、微控制器或可编程逻辑芯片的处理/控制单元),用于对存储在存储器506中的应用代码进行实际执行。除了与显示器514结合的触摸屏502(用户界面, UI)之外,显示器514和键盘/小键盘512或其他补充控制输入装置(如,键、按钮、旋钮、声控接口、滑块、摇杆开关等)可为设备501的使用者提供数据可视装置以及控制输入装置。 处理器504可控制触摸屏装置,或可替换或可附加地提供特定的控制装置用于此目的。通常需要数据接口 508(如,无线收发机(GSM(移动通信的全球系统)、UMTS (通用移动电信系统)、WLAN(无线局域网)、蓝牙、红外线等)),和/或固定的/有线连接的接口(如,USB(通用串行总线)端口、LAN(如,以太网)接口、或火线相容(如,IEEE1394)接口),以与其他的设备进行通信。例如,该设备可以包括各种补充的元件510,其可通过触摸屏装置502而使用。显而易见的,可以根据各具体的实施方式为设备添加其他的功能并且修改上述功能。图恥是根据本发明的触摸屏装置502的一个实施方式的框图。鉴于设备501的剩余部分或类似的主系统,触摸屏装置实际上可以包括本身的、外部的、和/或共用的控制或其他装置,如处理器524。例如,如果设置有至光导/基板装置的支持电子器件的必要连接,则处理器504还可控制触摸屏502 (即,处理器504 = 524)。装置502可以包括控制器开关(如,“多路信号分离器”)516,其驱动实际的触摸屏覆盖板(即,包括预定的触摸表面(区域)以及发射器/检测器阵列或其他图样的功能部)522的发射器,并由处理器5M控制该控制器开关,该处理器另外地或可替换地可以指的是共用单元504,其还控制如上所述的设备501的其他功能。所提供的控制被示为LED选择器信号(LED SEL)和LED驱动器信号(LED DRV)。此外,检测器可由处理器5 或一些其他的处理装置(如,经由多路复用器开关518)来控制。所提供的控制被示为检测器选择信号(DETECTOR SELECT)。所获得的检测器信号(如,所示的信号数据(SIGNAL DATA)信号)在发送至处理器5 或如处理器504的一些其他处理装置之前可被预处理(如,放大、 过滤、和/或A/D转换)520。所示的功能元件可以包括对于在触摸屏装置的外部或实现在同一基板上的元件的其他连接,如经由连接器或导体(可能包括数据电缆)的连接。一种这样的连接如图中所示的POSITION OUT。本领域的技术人员将理解到,根据实施方式,图fe和图恥中的所示框的功能在实际情况中在所示和/或其他实体之间是分开成不同的。图6描绘了用于顺序地驱动触摸屏装置的发射器和检测器的两个实施方式的几个仅为示例性的时序图。在标记有参考标号602的示例中,如通过控制信号的上和下部分所示,LED或其他类型的发射器以及相应的检测器(如,光电晶体管或光电二极管)基本同时地触发。以连续方式,发射器/检测器被顺序地触发,使得在一个时刻仅有一对是触发的。这用于检测和定位触摸。作为具体的实施例,通道可被定义成X或Y方向上的发射器-检测器对,其中X和 Y定义了两个正交轴,两个正交轴分别与由发射器和检测器包围的矩形触摸表面区域(窗口)606的两条边界线平行。接下来,特定、位置非独立通道上的信号基于由特定发射器发射的光的强度水平并在相应的检测器处被检测。在所示的实施例中,在触摸区域606的相对边上平行于X和Y轴设置有三个发射器和检测器,该区域分别通过表示横过光导表面的“通道”的水平虚线和垂直虚线来示出。通过保持所有的发射器和检测器连续地开启,而在与特定通道(其链接至光导的整个触摸区域上的特定发射器与相应检测器之间延伸的特定触摸表面“带”)相关联的区域上给与触摸,检测器仍会捕获来自其他触发的发射器的几乎大部分光,这自然降低了装置的触摸识别和定位能力以及灵敏度。因而,优选地,发射器应逐通道地被脉冲。·开启LED Xl长达时间tp,并同时读取传感器Xl处的信号·如果需要,则施加等待时间长达时段tl·开启LED X2长达时间tp,并同时读取传感器X2处的信号·如果需要,则施加等待时间长达时段tl·开启LED Yl长达时间tp,并同时读取传感器Yl处的信号如果关于通道交叉(Xt,Yt)检测到明确的信号衰减,则光导上的触摸位置可被程序性地映射至相关显示器上的相应点。此外,多个交叉可被映射为离散的多个同时触摸或大的手指或尖笔的触摸。光电部件的典型上升/下降时间可以是几微妙量级。因而,用硬件来获得小于约 0. 5ms的脉冲时间是容易的。在测试启动时(如12个通道),用于一整个序列的全部时间可被压至小于约0. Ols0这对大部分应用是足够快的。在标记有参考标号604的实施例中,使用“串话”定序,其中一个LED与多个检测器(在该示例中为三个检测器)相关联,即一个真正与LED相对的检测器(即,“主”检测器)以及两个相邻的检测器。在特定发射器的触发部分以及定序期间,在移动到下一组发射器和三个检测器之前,相关联的三个检测器的检测信号于是被依次地读取为所示。一些检测器可与多个发射器相关联,即,多个组关于检测器重叠。通过此过程,所获得的辨析度至少可在靠近屏幕中心的区域上的两个方向(X/Y)被加倍,这是因为由检测器捕获的光的时间和位置分布(该组的每个检测器处的局部时间强度水平)可用于分析。其他的组配置 (如,每组多个发射器-多个检测器)也是可能的。除了触摸识别和定位方面之外,还可监视触摸强度或压力(如,手指或尖笔以多大的压力压在光导上)以对目标装置进行附加的控制。例如,压力可从检测器处的基于 FIlR的光强度损失(S卩,越多的FIlR感应损失表示越大的触摸压力)的量以及任选的性质推导出。根据相关的工艺参数和装置来考虑本发明,可基于导电测试给出几个其他的准则。当基板是PET并且要二次模制到基板上的光导塑料是PC时,熔融的PC的温度可以约为280°C至320°C且模制温度约为20°C至95°C (如,约80°C )。应选择所使用的基板(膜) 和工艺参数,使得在该工艺期间基板没有熔融且保持为基本固态。基板将被定位在模上以使其保持适当地固定。同样,预安装的电子器件应被附至基板以使其在模制期间保持静态。在一些实施方式中,光发射器与相应光检测器之间的零级路径(没有反射的直接路径)可被阻挡,为了相同目的,除使用一定的发射器/检测器校正之外或替代使用一定的发射器/检测器,利用特定的遮挡结构(如,掩膜)来增加检测器处TIR传播光的相对比例, 这进一步有利于检测基于FIlR的损失,而不论光导表面(或相关的涂层表面)上的IlR现
14象何时被手指(尖)或其他尖笔的触摸干扰。因此,利用遮挡结构可保护检测器免受外部干扰光(如,太阳光或显示照明)。本发明的范围由所附权利要求及其等价物一起来确定。再则,本领域技术人员应理解这样的事实,即明确公开的实施方式只被解释为示意性目的,并且本发明的范围将覆盖更好地适合于本发明的每一个特定的应用情形的其他的实施方式、实施方式的组合、变化及等价物。例如,在一个可替换的方案中,只有支持电子元件、或部分支持电子元件、和/ 或部分发射器/检测器可由光导材料来进行外模制。在剩余的发射器/检测器可位于其他位置的情形下,优选地,仍在基板上,从而这些剩余的发射器/检测器至少以光学方式耦接至外模制的光导。该耦接可直接出现在发射器/检测器与光导之间(如,在发射器/检测器与光导之间具有小的间隙或直接接触),或经由专用的输入耦合和/或输出耦合结构(如, 光栅)。
权利要求
1.一种触摸屏装置(202,50 ,包括基板(206),所述基板诸如是基本上光学透明的膜,所述基板包括支持电子器件 012),所述支持电子器件诸如是经卷对卷加工的包括多个印刷导体的印刷电子器件,所述支持电子器件用于向其他电子部件(210)提供电力、控制和/或通信连接;多个发射器和检测器O10),布置在所述基板上与所述支持电子器件接触,所述发射器和检测器分别用于发射光和检测光,以及光导O08),布置在所述基板上,使得所述发射器和检测器以及可选地至少部分所述支持电子器件被基本嵌在光导材料中,选择包含了所述光导材料的折射系数的所述光导的特性以及配置所述发射器和检测器,使得当使用时能够实现光在所述发射器与所述检测器之间在所述光导内的全内反射(TIR)型传播,以及使得基于所述TIR性能的下降能够识别触摸,其中所述TIR性能由检测的光来确定。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,所述光导二次模制在承载所述电子器件(204, 210,212)的所述基板上。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,所述基板包括选自以下组的至少一个元件,所述组包括基本上光学透明的柔性膜、以及设置有诸如通孔的开口的基板部分。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,至少所述光导的预定触摸表面 (606)已设置有附加保护材料层或被配置为改善触感的层。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,与在IlR条件下根据预定的或适应性确定的基本接收水平和/或分布来识别不同,所述配置使得能够根据由一个以上检测器捕获的光强水平和/或分布中FTIR(受抑全内反射)导致的下降来识别所述触摸、可选地定位所述触摸、以及进一步可选地确定所述触摸的压力。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,所述发射器包括至少一个LED(发光二极管)或OLED (有机发光二极管)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,所述检测器包括选自以下组的至少一个元件,所述组包括光电二极管、光电晶体管以及图像传感器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,所述光导包括选自以下组的至少一种材料,所述组包括PC (聚碳酸酯)、PA (聚酰胺,尼龙)、COC (环烯烃共聚物)、COP (环烯烃聚合物)以及PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,所述基板包括选自以下组的至少一种材料,所述组包括PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PEN(聚邻苯二甲酸酯)、PI (聚酰亚胺)、LCP(液晶聚合物)、PE(聚乙烯)以及PP(聚丙烯)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置,包括多个被配置为以组的方式被顺序地触发和禁用(604)的发射器和检测器,使得在一个组中至少一个发射器与多个检测器关联,以增加相对于所述光导表面定位所述触摸的辨析率。
11.一种电子设备(501),包括前述权利要求中任一项所述的装置,并且可选地,所述电子设备包括与所述装置相关联的显示器或触摸垫,其中,所述设备进一步可选地包括从以下组中选择的一个元件,所述组包括移动终端、个人数字助理、音乐播放器、多媒体播放器、便携式计算机、桌上型计算机、掌上型计算机、便携式无线电设备以及用于工业应用的控制器。
12.一种用于制造触摸屏装置的方法,所述方法包括设置基板(308),所述基板诸如是基本上光学透明的膜;在所述基板上设置支持电子器件(302,322,310),所述支持电子器件诸如是包括多个印刷导体的印刷电子器件,所述支持电子器件用于向其他电子部件提供电力、控制和/或通信连接;在所述基板上布置多个发射器和检测器(302,322,31 与所述支持电子器件接触,所述发射器和检测器分别用于发射光和检测光,以及在所述基板上制成光导(304,314),使得所述发射器和检测器以及可选地至少部分所述支持电子器件被基本浸在光导材料中,选择包含了所述光导材料的折射系数的所述光导的特性以及配置所述发射器和检测器,使得当使用时能够实现光在所述发射器与所述检测器之间的所述光导内的全内反射(TIR)型传播,以及使得基于所述TIR性能的下降能够识别触摸,其中所述TIR性能由检测的光来确定。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,所述光导材料二次模制在承载所述发射器、所述检测器以及所述支持电子器件的所述基板上。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述基板被用作注塑成型工艺中的插入物。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法,其中,卷对卷制造被用于生产所述基板或向所述基板提供以下中的至少一些所述支持电子器件、所述发射器、或所述检测器, 或者所述卷对卷制造用于向所述基板提供所述光导或一些其他功能层。
全文摘要
一种适用于触摸屏的装置,该装置包括基板(206),诸如基本上光学透明的膜或限定了通孔的膜,所述基板包括支持电子器件(212),诸如包括多个印刷导体的印刷电子器件,所述支持电子器件用来对其他电子部件(210)提供电力、控制和/或通信连接;多个发射器和检测器(210),布置在基板上与支持电子器件,分别用来发射和检测光;以及光导(208),布置在基板上,使得发射器和检测器以及可选地至少部分支持电子装置基本上浸入光导材料中,选择包含了光导材料的折射系数的光导的特性以及配置发射器和检查器,使得当使用时能够实现发射器与检查器之间的光导内的光的全内反射(TIR)型传播,以及使得基于TIR性能的下降能够识别触摸,其中TIR性能的下降由经检测光来确定。披露了相关的制造方法。
文档编号G06F3/042GK102203706SQ200980142351
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月23日 优先权日2008年10月24日
发明者安蒂·克雷嫩, 扬内·艾基奥 申请人:Vtt技术研究中心

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