CN1839366A - 具有低外形衍射栅转换器组件的声触摸传感器 - Google Patents

Abstract

提供一种具有声基底、声转换器以及声衍射栅的触摸传感器。该栅设置在转换器和基底之间，从而来自转换器的声能量被耦合到沿着基底的表面传播的声波。如果用于显示装置，转换器和栅的结合可提供低外形，这使得组件能够更加容易地设置在声基底和位于该基底前面的玻璃框之间。无需在基底的后表面上安装声元件，使得声基底能够形成在显示装置的前表面上。

Description

具有低外形衍射栅转换器组件的声触摸传感器

技术领域

本发明的领域涉及触摸传感器技术，并且更具体涉及声触摸传感器技术。

背景技术

触摸传感器是用于计算机和其它电子系统的透明的或不透明的输入装置。如其名称所意味的，触摸传感器通过触摸激发，这种触摸或者来自使用者的手指，或者来自触针或某些其它装置。透明的触摸传感器，并且特别是触摸屏与显示装置例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光、或其它类型的显示器一起使用以形成触摸显示器。这些触摸显示器日益增长的用于商业应用中，例如餐馆订单输入系统、工业过程控制应用、交互式博物馆展览、公共信息亭、呼机、蜂窝式电话、个人数字助理以及视频游戏。

目前使用的主要触摸技术有电阻性、电容性、红外、以及声波技术。利用这些技术的触摸屏在有竞争优势的价格下提供了高标准的性能。它们都是透明装置，并且通过将触摸位置坐标发送到主计算机而对触摸产生响应。也称为超声波触摸屏的声触摸屏与这些其它的触摸技术相比具有竞争优势。这在很大程度上是由于声触摸屏应对要求有高透明度和高分辨率的触摸性能的应用的能力，而同时提供耐用的触摸表面。

一般，声触摸屏包括触敏基底，声波在该基底中传播。当在基底表面上发生触摸时，这导致通过基底传播的波能量的至少一部分被吸收。使用电子电路来确定该触摸位置，以便在概念性的和非可视的添加到触摸屏上的XY坐标系中定位吸收位置。实质上，这是通过记录声波开始传播的时间以及引起声波振幅衰减的触摸发生的时间来实现的。然后可以与声波通过该基底的已知速度相结合地利用这些时间的差异来确定触摸的精确位置。

通常将透明的触摸传感器并且特别是触摸屏设置到显示装置上，例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光、或其它类型的显示器。可选的是，该触摸屏可以直接构造于显示装置的前表面上，从而该显示装置的表面是触敏的。后一种构造的情形是理想的，因为它在观察者和显示装置之间无需设置玻璃片或其它材料，从而提高了可视的显示亮度以及对比率。而且，免除了覆盖的玻璃并且无需改动显示装置的机架以便腾出覆盖玻璃的空间，这在经济方面具有优势。

声触摸屏包括声波基底和转换器，转换器是将能量从一种形式转化成另一种形式的元件。例如，发射转换器可以从相关电子电路接收猝发音且然后发射通过基底的声波。接收转换器可以从基底接收所发射的声波并且产生发射到相关的电子电路以便用于处理的电信号。

现在已知有多种类型的声变换器组件。在声触摸屏中最为普遍使用的类型有斜角转换器组件、栅式转换器组件以及边缘转换器。

图1(A)示意了一种典型的斜角转换器组件10a，该组件利用了当声波斜射到具有适当的不同波速的不同介质的边界面上时发生折射的现象。基于这种原理，该斜角转换器组件10a包括楔12(例如可由塑料制成)，楔12的斜边粘结到声波基底16的前表面18上，该基底的构成材料例如玻璃不同于楔12的构成材料。该斜角转换器组件10a还包括转换器，并且具体是安装到该楔12的不同于其斜边的侧边上的压电元件14。如箭头所示意的，该压电元件14与楔12中的体波耦合，该体波以临界角即“楔角”传播，以便折射到在基底16中水平传播的波或者从该水平传播波折射。

图1(B)示意了一种典型的栅式转换器组件10b，该转换器组件包括由扰动元件24构成的栅22，该扰动元件沿着基底前表面18排列成平行的条带。该栅式转换器组件10b还包括转换器，并且具体为安装到基底16的与基底前表面18相对的后表面28上的压电元件26。如箭头所示意的，该压电元件26与基底16中的体波耦合。该体波利用栅22耦合到在基底18中沿着相对的方向行进的两个水平传播波。在美国专利No.6,091,406中公开了关于栅式转换器的结构和使用的进一步的细节，该专利通过引用明确地结合在本文中。

图1(C)示意了一种典型的边缘转换器10c，该转换器包括以如此方式直接安装在基底16的边缘34上的压电元件32，即使得在基底前表面18处产生具有明显能量的声波。该界面因此提供用于将压电元件32连接到基底16的机械功能以及耦合到在基底16中的水平传播波的声功能，如由箭头所示意的。在美国专利No.5,177,327中公开了关于边缘转换器的结构和使用以激发水平极化的剪切波的进一步的细节，该专利通过引用明确地结合在本文中。

最终，对所使用的转换器类型进行选择将至少部分地决定于其中安装触摸屏的结构环境。例如，对转换器类型的选择可依赖于声波基底是覆盖到显示装置的前部面板上以形成单独的面板，还是直接集成到显示装置的前部面板上。转换器类型的选择还可依赖于声波基底的形状，比如该基底是弯曲的还是平坦的。

例如，图2示意了一种包括显示装置52以及覆盖到显示装置52上的声波基底54的触摸显示器50。例如在典型的阴极射线管中，该显示装置52具有弯曲的前部面板56，并且该声波基底54具有对应的弯曲形状。由于声波基底54的弯曲的几何形状，在基底54和覆盖基底54的周边的玻璃框58中存在空间。在此情形，即使具有相对高的外形的斜角转换器组件10a也能在这个空间中方便地安装在基底54的前表面60上。因此，当能够或者期望在声波基底54的前表面60上安装转换器时，可以使用斜角转换器组件10a。

图3示意了一种也包括显示装置72以及覆盖到显示装置72上的声波基底74的触摸显示器70。但是，例如液晶显示器、平板CRT或等离子体显示器，该显示装置72具有平坦的前部面板76，并且声波基底74也是平坦的。因此，在基底74和玻璃框58之间没有或者仅有很小的空隙。在此情形，尽管所设置的空隙很小，仍可使用栅式转换器组件10b。具有相对低外形的该转换器组件10b的栅22可在基底74的前表面80上设置在设于玻璃框58和基底74之间的很小的空隙内。压电元件26能够设置在基底74的后表面82上。该基底后表面82可以是斜角的或倾斜的以便在压电元件26和显示装置72的前部面板76之间提供间隙。

在玻璃框58和声波基底的边缘之间存在可用周边空间的触摸显示器中，可在该空间中将边缘转换器10c安装到基底上。但是，对于这种应用，对竖直表面进行精细加工的要求将显著提高成本。而且，如果期望与瑞利(Rayleigh)波耦合，则边缘转换器变得更为复杂，并且因此更加的不理想。

虽然当选择性的将上述转换器10结合在形成单独面板的声波基底中时，触摸屏制造商一般能够找到可行的解决方案，但是当声波基底形成显示装置的前部面板时，即显示装置自身具有触敏前部面板，则将不再是这种情形。例如，栅式转换器组件的压电元件必须设置在声波基底的后表面上-当基底形成显示装置的前部面板时无法选择。在显示装置具有平坦的触敏前部面板的情形，例如CRT或50”等离子体显示器，则难以在显示器的前表面上安装斜角转换器组件，这通常导致在玻璃框和转换器之间形成机械干扰。这种干扰可能妨碍转换器的正常运行，或者更坏的情况是，对转换器或者玻璃框造成损坏。比其中声波基底形成单独面板的情形更加困难的是，对于边缘转换器提供竖直的加工表面是非常困难的。

通常，触摸屏制造商不能选择对其中封装显示装置的壳体进行改变。在制造形成显示装置的面板的触摸屏时，触摸屏制造商一般并不生产显示装置自身。而是制造商利用例如由监视器制造商提供的显示装置进行生产。因为触摸屏制造商利用新的壳体替换所提供的壳体通常是不实际的，制造商必须适应在所提供的壳体与显示装置之间的任何可用于容纳触摸屏元件的空间。即使触摸屏制造商能够控制玻璃框的设计，与转换器之间的机械干扰经常迫使玻璃框开口的尺寸不得不被减小，这就妨碍了使用者利用显示装置的整个可用的显示区域。

因此存在这种需要，即提供具有相对低外形的转换器，该转换器能够安装于声波基底的前表面。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种触摸传感器。该触摸传感器包括具有表面的声基底。在一个优选实施例中，该基底是透明的，从而可与显示装置一起使用。该触摸传感器还包括声转换器，该转换器在一个优选实施例中包括压电元件。该触摸传感器还包括在基底和转换器之间设置的声衍射栅。该衍射栅被配置成将转换器中的声能量与沿着基底表面传播的声波进行耦合。所述栅能够以多种方式中的任何一种设置在基底和转换器之间。例如，所述栅可以是在结构上独立的元件，该元件可以适当地粘附到基底和转换器之间。或者所述栅可以在结构上与转换器和基底中的任一个或者两者集成在一起，例如，在转换器和基底的表面中的任意一个表面或者同时在二者表面上或者在其内部形成。因此，可以理解，为了本说明书的目的，如果沿着基底表面行进的声波在行进穿过转换器之前撞击到栅上，或者如果从转换器行进的声波在行进通过基底表面之前撞击到栅上，则栅位于基底和转换器之间。虽然本发明在其最广义意义下不应当如此受限，但是转换器和栅的结合具有相对低的外形，从而使得该结合能够更加容易地装配到声基底和另一结构例如设置在基底前面的玻璃框之间。

在一个优选实施例中，该衍射栅包括平行元件的阵列。优选的是，这些元件以等于在基底表面上传播的声波的波长的距离相互间隔。以此方式，衍射的声能量将结合在一起以形成更强的声波。该触摸传感器还可包括第二声转换器，以及在基底和第二转换器之间设置的第二声衍射栅。在这种情形，该第二衍射栅能够将第二声转换器中的声能量耦合到声波。因此，第一转换器和栅能够传输通过基底表面的声波，并且第二转换器和栅能够从基底表面接收该声波。

根据本发明的第二个方面，提供一种触摸显示器。该触摸显示器包括显示装置，例如，阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光、真空荧光显示器(VFD)、场致发射显示器(FED)或其它类型的显示器。该触摸显示器还包括其基底是显示装置前表面的声触摸屏、声转换器、以及在基底和转换器之间设置的声衍射栅。如上所述，该衍射栅被配置成将声转换器中的声能量耦合到沿着基底表面传播的声波。衍射栅、转换器和基底可以具有与上面已经描述的那些特征相似的特征。显著的是，转换器和栅的结合自身的低外形非常适于具有平坦的集成式声基底的显示装置，该显示装置在基底和玻璃框之间具有很小的空间。

附图说明

附图示意了本发明的设计以及优选实施例的实用性，其中利用共同的参考标记表示相同的元件。为了更好的理解本发明的优点和目的，应该参考示意该优选实施例的附图。但是，附图仅描述了本发明的一个实施例，而且并不应该认为对其范围施加限制。在该说明下，将通过使用附图，更加专一和详细地描述并且解释本发明，其中：

图1(A)是现有技术中的斜角转换器组件的侧视图；

图1(B)是现有技术中的栅式转换器组件的侧视图；

图1(C)是现有技术中的边缘转换器的侧视图；

图2是现有技术中的具有带弯曲的前部面板的显示装置的触摸显示器的截面视图；

图3是现有技术中的具有带平坦的前部面板的显示装置的触摸显示器的截面视图；

图4是根据本发明的一个优选实施例构造的触摸屏系统的框图；

图5是并入了图4的触摸屏系统的触摸显示器的顶部截面视图；

图6是图5的触摸显示器在由线6-6标示的区域中的近视图；

图7是能够用于在图5中示意的触摸屏中的栅的一个优选实施例的俯视图；

图8是用于在图5中示意的触摸屏中的图7的栅的侧视图；

图9是用于在图5中示意的触摸屏中的栅的另一个优选实施例的侧视图；

图10是能够用于在图5中示意的触摸屏中的栅的再一个优选实施例的侧视图；

图11是能够用于在图5中示意的触摸屏中的栅的又一个优选实施例的侧视图；

图12是能够用于在图5中示意的触摸屏中的栅的又一个优选实施例的侧视图；

图13是能够用于在图5中示意的触摸屏中的栅的又一个优选实施例的侧视图；

图14(A)是VFD触摸显示器的透视图；

图14(B)是沿着图14(A)中的线303-303’所取的VFD触摸显示器的截面平面视图；

图15(A)是FED触摸显示器的透视图；以及

图15(B)是沿着图15(A)中的线403-403’所取的FED触摸显示器的截面视图。

具体实施方式

现在参考图4，其中描述了根据本发明的优选实施例构造的触摸屏系统100。该触摸屏系统100主要包括声触摸屏105(即具有透明基底的触摸传感器)、控制器110以及将控制器110耦合到触摸屏105的导线115。通过使声信号传输通过触摸屏105，该触摸屏系统100被配置成能够响应在触摸屏105上的触摸，当存在触摸时，一个或者多个声信号被调制。该控制器110又使用调制信号来识别在触摸屏105上发生触摸的位置。如果控制器110识别出有效触摸，则将触摸位置发送到主计算机(未示出)，该主计算机然后执行相应的计算机功能以在显示装置(示于图5)上显示有关的信息，例如图形，如图标或者使得使用者可以从中选择选项的菜单或目录。

如图5所示意的，该触摸屏105包括声基底120，其具有前表面135以及多个安装到基底前表面135上的转换器组件125。通常，使用四个转换器组件125(在图5中仅示出两个)，其中的两个利用控制器110操作以便沿着各自正交的方向通过基底前表面135发送声信号，并且其中的另外两个由控制器110操作以便接收来自基底前表面135的声信号。这些超声波信号形成栅格，该栅格使得控制器110能够确定在基底120上的触摸位置。在美国专利No.3,673,327、4,644,100和6,091,406中公开了用于对触摸进行识别和定位的声触摸屏系统的总体使用与构造的进一步的细节，通过引用将这些专利明确地结合在本文中。

如图5所示，该触摸屏系统100可结合现有显示装置155一起使用以便形成触摸显示器150。在该实施例中，显示装置155的面板用作触摸屏105的基底120。该触摸屏105经由缆线160耦合到出线口165，该出线口用于从控制器110(示于图4)获取电源并且与之连接。触摸显示器150包括总体上中空的监视器背箱170和玻璃框175，该背箱用于容纳显示装置155以及所有的相关电路和缆线，该玻璃框覆盖并且保护触摸屏105以及相关的元件部分。

在所示意的实施例中，声基底120具有总体平坦的矩形几何形状。虽然在声基底形成显示装置的平坦面板的情况下，本发明最为有利，但是本发明还通常适用于所有类型的显示装置。例如，触摸屏105可设置于显示装置的已经存在的面板的上方。基底120可以具有非矩形的形状，例如六边形形状，并且可选的是，沿着X轴线和Y轴线中的一个或两个弯曲。

基底120自身由能够使得声波沿着平行于基底前表面135的方向以工作频率传播通过基底120的材料构成。虽然基底120可方便地利用与经常用于构成传统显示装置的前表面的材料(例如玻璃)相同的材料构成，基底120还可由其它材料构成。而且，基底120并非必须是同质的，而是可由非同质的材料构成，例如由不同的层形成。

传播通过基底120的声波可以是任何能够由基底前表面135上的触摸明显扰动的类型。对于表面束缚波或板波波型的选择存在很多选项。表面束缚波例如Rayleigh波(包括准Rayleigh波)具有优良的触摸敏感性，并且即使对于具有任意大的厚度的基底，也总是固有地局限于靠近表面的薄的体积内。水平极化的剪切波具有如此优点，即它们与液体和凝胶状污染物(例如水和硅胶密封件)的耦合较为薄弱。除了用作其它波型的传播载体，非同质的基底可以特别适于用作具有非对称表面功率密度的水平极化剪切波的传播载体，这包括Love波，与Rayleigh波一样，这种波是局限在触摸表面附近的水平极化剪切波。在充分薄的基底中的Lamb波则提供了声波波型选择的另一个选项。对于特定应用选择最佳的声波波型，涉及到各种工程方面的权衡。

如在图6中最好显示的，每个转换器组件125包括声转换器180以及在基底120和转换器180之间设置的声衍射栅185。虽然转换器180最通常地由压电材料例如钛锆酸铅、钛酸铅或者铌酸锂构成，但本发明并不局限于这些材料。可以使用任何的将声能量转换成另一种能量形式的转换器，或者反之亦然，例如其中包括光声转换器、磁声转换器、声声转换器(在一种声波波型和另一种之间转换能量)以及热声转换器。

转换器180通常采用薄矩形元件的形式，该元件具有用作电极的导电部分，在该导电部分之间具有压电响应材料。但是，转换器180并非必须是矩形的，例如，如果触摸屏表面不具有方角，则转换器的形状可以适应于可用的布置空间的几何形状。当向转换器180的电极施加振荡电压信号时，在压电材料中所形成的电场通过压电效应使得转换器180振动，这依赖于压电材料的性质、电极的布置、以及机械限制或耦合。反之，如果转换器180经受机械振荡，则将在电极上产生振荡电压。

关于由转换器180所产生的机械振荡的振型，存在多个选项。通常选择的是关于转换器180的薄尺寸的最低阶的压缩-膨胀振荡。这种元件利用明显纵长的构件耦合到其它的声波波型。另一种选项是最低阶的剪切振荡，其中一个带电极的表面沿着相对的方向平行于相对面移动。这种转换器180利用剪切构件耦合到其它的声波波型。剪切运动的方向可设计成电极平面中的任何方向。更加复杂的选项也是可行的，这包括使用更高阶振荡，例如第三、第五、第七等。

转换器180设计成在理想振荡模式的工作频率处具有共振频率，例如5MHz。对于最低阶的压缩或压力振荡，共振频率是体压力波波速(在压电材料中)除以转换器180的两倍厚度，从而转换器180的厚度是体压力波波长的一半。类似的，对于最低阶的剪切振荡，共振频率是体剪切波波速(在压电材料中)除以转换器180的两倍厚度，从而转换器180的厚度是体剪切波波长的一半。当用于触摸屏105中时，由于耦合基底120中的声波，转换器180是衰减的机械振荡器。

栅185被配置成能够将转换器180产生的声能耦合到通过基底120水平传播的声波(即该声波平行于基底表面135传播)。为此，栅185包括能够耦合声波波型的周期性声扰动元件190的阵列。与在图1(B)中示意的现有技术的栅式转换器组件10b不同的是，在转换器180和栅185之间没有通过基底120行进的中间体波。而是扰动元件190与转换器180的表面直接触摸，从而声能量直接在转换器180和扰动元件190之间耦合。为了最大限度地增强转换器180和扰动元件190之间的声能量的耦合以及由此增强栅185的衍射特性，扰动元件190之间的介质无效率地耦合到转换器180。优选的是，该介质由空气构成，但是也可以由其它材料例如环氧树脂构成，只要扰动元件190的相对声耦合特性显著强于插入介质的声耦合特性。

因此，可以理解，由转换器组件125通过电信号(当在发射模式下工作时)所产生的声能量入射到栅185上并且转化成表面束缚波或者板波。该表面束缚波或板波通过前面描述的多个路径沿着X轴线和Y轴线的方向在基底120中传播。然后该表面束缚波或板波入射到栅185上并且然后转化成由转换器125(当在接收模式下工作时)所接收的声能量，该声能量又转化成电信号。

在所示意的实施例中，每个扰动元件190可以是直线形的。可选的是，每个扰动元件190还可以是弯曲的，并且这种元件可以用作声透镜。每个扰动元件190还可以是点状的或者拉长的段，它仅对声波的一部分发生作用。可选的是，可将扰动元件设为分散成两个或更多个不同的声波，每个声波均可能具有不同的波型或传播轴线。

栅扰动循环即栅185的间隔或栅距可以根据通过基底120水平传播的声波的波长在例如大约0.01到10mm，优选在大约0.1到5mm，并且更优选在大约0.3到1mm的范围内选择。从而在衍射的声波之间形成累加效应，栅185的栅距优选等于水平传播波的波长。

显著的是，栅185一般将耦合沿着相对的方向行进的两个水平传播波。触摸屏系统100将使用行进到基底120的中心或者从该中心行进的波以确定在基底120上的触摸位置，而行进到基底120的边缘或者从该边缘行进的波将被放弃。可选的是，可在栅185和基底120的边缘之间放置声反射器(未示出)以便将声波反射回栅185。

作为一般规律，扰动元件190应该是尽可能非弹性的(即难以压缩或张紧)以便提供声能从转换器180到基底120的高效耦合。由于材料的可压缩性是由元件的厚度除以杨氏模量所确定的，元件的非期望的压缩性与其厚度成比例。因此，构成扰动元件190的材料的杨氏模量越小，扰动元件190则应该越薄。显著地，即使相对软的材料例如环氧树脂如果足够薄的话也能有效的用作扰动元件190。扰动元件190即可由同质材料构成，也可由若干种材料构成。在各种情形下，材料的总体压缩性均应该予以考虑以便最大限度地增强转换器180和基底120之间的声耦合。

如将在下面进一步详细描述的，栅185可在转换器180和基底120之间以各种方式构造，并且每个扰动元件190可采用多种截面形状(例如半圆形、三角形、矩形、锯齿形等)中的任何一种。栅185即可由适当地粘附在基底120和转换器180之间的独立的组件形成，或者例如通过将其形成到基底前表面135或转换器180上或者基底前表面135或转换器180内而与基底120或转换器180集成到一起。可以使用多种方法中的任何一种来形成栅185。例如，可以通过利用丝网印刷沉积玻璃粉来形成栅185。栅185还可通过蚀刻、切削或磨削、或者激光切除，或者其它去除方法来形成。栅185还可通过模制、热印，或通过在制作之后对基底120或转换器180的性能进行改性来形成。各个扰动元件的高度和/或宽度可以在栅中进行改变以便平衡栅185上的反射性和透明度。

重要的是，栅185和转换器180的结合应该具有相对低的外形，从而这种结合能够装配到基底120和玻璃框145之间，如在图5中示意的。一般，这一点易于实现，因为栅185的厚度可被制造的比声波长小得多，并且转换器180的厚度将是相关的体波波长的一半。

图7示意了栅185a，该栅包括金属薄片195，通过该金属薄片蚀刻扰动元件190的负片图案，以便形成交替的齿200(扰动元件)和槽205。为了制造效率的目的，可在更大的金属薄片中蚀刻多组扰动图案，然后将该金属薄片切成更小的金属薄片，每一个更小的金属薄片均包括一个单独的扰动图案。金属薄片195的优选厚度在0.050和0.075mm之间。如果通过基底120(由玻璃构成)的水平传播声波的表面波速是3.16mm/μs并且频率为5.53MHz.，则相关的声波长将是0.571mm。因此，每个齿200应该是0.286mm宽，并且每个槽205也应该是0.286mm宽，以便为栅185(a)提供0.571mm的栅距(即在相邻的齿200的中心之间的距离为0.571mm)。

在蚀刻处理完成之后，则可利用适当的粘结剂例如在图8中所示意的环氧树脂将金属薄片195粘附到转换器180的下侧。然后适当地将得到的子组件(转换器180和金属薄片195)粘附到基底120的前表面135。优选的是，凝固的接合剂层的厚度应该不大于0.025mm，从而栅185的弹性没有被过度提高。在将结构接合到一起时，完全地或者部分地避免将接合剂填充到槽205中是不可能的。幸运的是，这并不是非常重要的，这是因为与通过金属薄片195的传输相比，声能量通过相对软的粘结剂进行传输的效率低得多。

可选的是，可设置槽205的尺寸并且使其完全填充环氧树脂或具有低声速的某种其它材料，从而在转换器180和基底120之间通过槽205耦合的声能量与通过齿200在转换器180和基底120之间耦合的声能量是180度异相的。以此方式，从通过槽205行进的这种“寄生的”声能量在基底表面上激发期望的波，将建设性地增加由齿200衍射的声能。为了提供这种效应，金属薄片195必须制造的更厚，以便调节通过槽205行进的声能的相对相位。

图9示意了一种栅185b，其包括例如铝的金属块210，在该金属块上面例如通过热印或精压设有栅图案，以形成交替的凸脊215(扰动元件)和凹槽220。在完成精压处理之后，然后利用适当的粘结剂例如环氧树脂将金属块210粘附到转换器180的下侧。然后适当地将得到的子组件(转换器180和金属块210)粘附到基底120的前表面135。同样，凝固的接合剂层的厚度应该不大于0.025mm，从而栅185的弹性没有被过度提高。金属块210优选具有一半波长的厚度(在铝中，在5.53MHz时是0.57mm)，从而声能量在没有变化阻抗的情况下在转换器180和基底120之间传输。如果期望在转换器180和基底120的不相等的声阻抗之间形成声阻抗匹配，则可以调节金属块210的厚度以实现这种期望的阻抗匹配。

图10示意了一种栅185c，根据一种栅图案通过在基底前表面135上沉积例如玻璃粉的材料(例如一种含有氧化铅的陶瓷)以形成交替的凸脊225和凹槽230来形成栅185c。然后如果需要可适当处理基底表面135以便使得栅材料硬化。然后可将该栅的凸脊225部分地磨削以便保证所有的凸脊225均具有相等的并且适当的高度。然后利用适当的粘结剂例如环氧树脂将转换器180粘附到平坦化的凸脊225上。作为例如玻璃粉的陶瓷材料的一种替换，可以使用聚合物墨水(polymer ink)将栅图案印制到基底前表面135上。如在图11中示意的，可选的还可通过在转换器180的底表面上沉积玻璃粉或聚合物墨水以形成交替的凸脊235和凹槽240来形成栅185d。

图12示意了一种栅185e，其形成在基底前表面135上以形成交替的凸脊245和凹槽250。可以使用任何一种适当的方法例如化学蚀刻、磨削、喷砂、激光切除等形成凹槽250。然后利用适当的粘结剂例如环氧树脂将转换器180粘附到有凹槽的基底表面135上。在将转换器180粘结到基底上时，期望避免使得凹槽填充有粘结剂。如果不能避免这种填充，则优选将凹槽250制造的足够深以便使得粘结剂和转换器180之间的声耦合可以忽略。也就是，增加凹槽250的深度将相应地增加所填充的粘结剂的厚度，并且因此提高它的可压缩性。可选的是，凹槽250的大小和深度可设计为使得通过粘结剂行进的声能量与通过凸脊245行进的声能量是180度异相的。如在图13中示意的，可选地还可在转换器180的底表面上形成栅185f以形成交替的凸脊255和凹槽260。

如上所述，在这里描述的转换器/栅组件可用于任何适当的显示器类型。真空荧光显示器(VFD)和场致发射显示器(FED)是能够结合上述具有衍射栅的转换器组件使用以形成触摸显示器的显示器实例，其中衍射栅用于将声能量从转换器耦合到已经存在于VFD或FED中的玻璃表面中。能够结合VFD和FED使用的转换器组件的实例包括图5中的元件125，以及结合分别在图8-13中示意的栅元件185a、185b、185c、185d、185e和185f的任何一个的转换器180。另外，可在与显示器驱动器电子设备相同的板上设置触摸系统控制器电子设备。

图14(A)示意了结合有转换器组件301和反射器阵列304以形成触摸显示器300的VFD299，并且图14(B)示出触摸显示器300沿着线303-303’的截面。当需要小型显示器时通常使用VFD，并且VFD通常设计成使用导线307安装于电路板。该VFD299具有前部的玻璃基底302，该基底可用作传播声波的超声波基底。VFD具有由前部玻璃302、底部玻璃308以及间隔壁309限制成的真空区域305，并且通过真空端口313接入。栅格306(连接到导线307)、阳极310、磷光体311和细丝312均位于该真空区域305内。因为区域305是高度真空区域并且含有显示机构，因此难以将转换器安装到前部玻璃302的背侧。虽然在图14(A)和(B)中示出用于一维触摸检测能力的两个转换器组件301，多种已知的触摸屏设计方法均可应用于VFD触摸显示器，这包括仅具有一个转换器组件301的设计以及用于实现二维触摸检测能力的设计。因此，在制造使用VFD的触摸显示器时，使用具有上述衍射栅的低外形的并且可以安装于前部玻璃的顶侧的转换器是特别有利的。

以上述关于VFD的相似的方式，FED也可设置于使用这里所描述的衍射栅的触摸显示器中。FED通常是小型的平板显示器，并且可以用于其中使用LCD的多种应用，例如用于便携式电子设备中。图15(A)示出结合有转换器组件401和反射器阵列404以形成触摸显示器400的FED399。图15(B)示出显示器400沿着线403-403’的截面。该FED具有可用于传播声波并且用作触摸显示器的触敏表面的顶部阳极基底402(玻璃)，转换器组件401在此处产生声能并且将其耦合到基底402中。该FED具有由阳极基底402、阴极基底408和间隔壁409围成的真空区域405。透明阳极410、磷光体411、锥体412、设置在绝缘部件414上的门电极413、以及电阻层415位于该真空区域405内。虽然在图15(A)和(B)中示出用于实现一维触摸检测能力的两个转换器组件401，多种已知的触摸屏设计方法均可应用于FED触摸显示器，这包括仅具有一个转换器组件401的设计以及用于实现二维触摸检测能力的设计。因为区域405必须被抽成真空并且含有FED显示机构，因此难以将转换器安装到阳极玻璃基底402的背侧，从而使得这里所描述的低外形的转换器组件能够特别有利地结合FED以做成触摸显示器。

虽然已经示出并且描述了本发明的具体实施例，应该理解，上述描述并非意在将本发明限定于这些实施例。对于本领域技术人员显然的是，在不背离本发明精神和范围的前提下，可以做出各种改变和修改。因此，本发明意在涵盖可包含在如由权利要求所限定的本发明精神和范围内的替代、修改以及等同物。

Claims (21)

1.一种触摸传感器，包括：

具有表面的声基底；

声转换器；以及

在所述基底和所述转换器之间设置的声衍射栅，该衍射栅将所述声转换器中的声能量耦合到沿着所述基底的表面传播的声波。

2.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述衍射栅包括平行元件的阵列。

3.根据权利要求2所述的触摸传感器，其中所述元件具有等于所述声波的波长的栅距。

4.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述衍射栅在结构上独立于所述转换器和基底。

5.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述衍射栅在结构上与所述基底集成在一起。

6.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述衍射栅在结构上与所述转换器集成在一起。

7.根据权利要求1所述的触摸传感器，还包括：

另一个声转换器；以及

在所述基底和所述另一个转换器之间设置的另一个声衍射栅，所述另一个衍射栅将所述另一个声转换器中的声能量耦合到所述声波。

8.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述基底表面是基本平坦的。

9.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述转换器包括压电元件。

10.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述栅包括交替的齿和槽，并且通过所述齿在所述转换器和所述基底之间的耦合与通过所述槽在所述转换器和所述基底之间的耦合是大约180度异相的。

11.一种触摸显示器，包括：

显示装置；

具有表面的透明声基底，所述基底形成所述显示装置的前表面；

声转换器；以及

在所述基底和所述转换器之间设置的声衍射栅，该衍射栅将所述声转换器中的声能量耦合到沿着所述基底表面传播的声波。

12.根据权利要求11所述的触摸显示器，其中所述衍射栅包括平行元件的阵列。

13.根据权利要求11所述的触摸显示器，其中所述元件以等于所述声波的波长的距离相互间隔。

14.根据权利要求11所述的触摸显示器，其中所述衍射栅在结构上独立于所述转换器和基底。

15.根据权利要求11所述的触摸显示器，其中所述衍射栅在结构上与所述基底集成在一起。

16.根据权利要求11所述的触摸显示器，其中所述衍射栅在结构上与所述转换器集成在一起。

17.根据权利要求11所述的触摸显示器，还包括：

另一个声转换器；以及

在所述基底和所述另一个转换器之间设置的另一个声衍射栅，所述另一个衍射栅将所述另一个声转换器中的声能量耦合到所述声波。

18.根据权利要求11所述的触摸显示器，其中所述基底表面是基本平坦的。

19.根据权利要求11所述的触摸显示器，其中所述转换器包括压电元件。

20.根据权利要求11所述的触摸显示器，其中所述栅包括交替的齿和槽，并且通过所述齿在所述转换器和所述基底之间的耦合与通过所述槽在所述转换器和所述基底之间的耦合是大约180度异相的。

21.根据权利要求11所述的触摸显示器，其中所述显示器包括真空荧光显示器或场致发射显示器。

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