为了避免上述现有技术中的问题，本发明将接触式传感器组件 与装饰集成在一起，以产生符合美学和人体工程学的控制面板表面。 由此，根据本发明，所述装饰放置在接触式传感器组件自身上，而不 是放置在随后附加在接触式传感器组件的另一个衬底上。
根据本发明的装饰能够可以用于警告接触式传感器用户特定的 工作接触表面的位置。它们还可以从其它工作接触表面中鉴别和区分 特定的工作接触表面，并且警告接触式传感器用户特定的工作接触表 面的特殊功能或响应。例如，可以由装饰的特殊功能或状态如同通过 标明“开”或者“关”而数字地或明显地标记和区分工作接触表面。 能够提供装饰性或功能性益处的其它显示器、指示器和照明部件也可 以更容易地与根据本发明所制造的接触式传感器组件集成。
根据本发明，当装饰随后应用于接触式传感器组件并与之集成 时，可以直接将装饰应用于接触式传感器衬底或者应用于诸如贴花膜 (decal)或薄膜的独立载板之上。一些实施例可以包括背光，其中光至 少能够穿过部分装饰，由此指明与特定接触式传感器对应的工作接触 表面面板上的位置。在其它实施例中，新型接触式传感器可以包括有 效容纳背面照明部件的集成光导管(light pipe)和衬底。如下所述，可 以结合任何适合的接触式传感器来使用本发明。
附图简述
图1示出本发明的实施例，其中利用装饰层来装饰印刷电路 板；
图2A示出典型的电容性接触式传感器的电极结构；
图2B示出放置在载板衬底元件的接触表面一侧的装饰层；
图2C示出放置在载板衬底的支撑元件(component bearing)一 侧的装饰层；
图3A示出具有完整控制电路的接触式开关的电极结构；
图3B示出放置在元件载板衬底的接触表面一侧的装饰层；
图3C示出放置在载板衬底元件的支撑元件一侧的装饰层；
图4A-4B示出本发明的实施例，该实施例具有照亮装饰层的发 光二极管，所述装饰层放置在承载接触式传感器的触控板和集成控制 电路的衬底上；
图5A-5C示出本发明的实施例，该实施例具有照亮装饰层的狭 缝的发光二极管，所述装饰层放置在承载接触式传感器的触控板和集 成控制电路的衬底上；
图6A-6E示出具有集成发光器件的接触式传感器；
图7A-7D示出本发明的实施例，该实施例具有根据美国专利申 请10/271,438、名为“集成接触式传感器和照明装置(Integrated Touch Sensor and Light Apparatus)”的发明的接触式传感器，其中装饰层放 置在承载图6D中的所描绘的接触式传感器和集成发光器件的衬底 上；
图8A-8D示出本发明的实施例，该实施例包含为接触式传感器 用户提供触觉反馈的外形和结构；
图9A-9B示出本发明的实施例，该实施例包含同样起光导管作 用的衬底，所述光导管可以照亮放置在该衬底上的装饰层；
图10A-10B示出本发明的实施例，该实施例包含同样起光导管 作用的衬底，其中放置在衬底内的装饰层将光线反射；以及
图11A-11B示出本发明的实施例，其中光导管装在装饰层下面 的载板衬底上。
发明详述
虽然这些附图在总体上为了举例说明而描绘了电容性接触式开 关和电场接触式开关，但是本领域的技术人员能够看出，本发明的原 理可以是任何样式的接触式开关器件，其中包括但不限于：电容性接 触式开关、红外线接触式开关、电场接触式开关、声学接触式开关和 电磁接触式开关。具体例子包括：在美国专利5,594,222、5,856,646、 6,310,611以及6,320,282中描述的接触式开关，这些美国专利的发明 人均为David W.Caldwell。将上述美国专利的公开内容引入于此以供 参考。此外，将下列美国专利申请的内容引入于此以供参考：名为 “Intelligent Shelving System(智能搁置系统)”的美国专利申请 10/271,933，名为“Molded/Integrated Touch Switch/Control Panel Assembly and Method for Making Same(铸模/集成接触式开关/控制面 板组件及其制造方法)”的美国专利申请10/272,219，名为“Touch Switch with Integrated Control Circuit(具有集成控制电路的接触式开 关)”的美国专利申请10/272,377，名为“Touch Sensor with Integrated Decoration(具有集成装饰的接触式传感器)”的美国专利申请 10/272,047，以及名为“Integrated Touch Sensor and Light Apparatus(集 成接触式传感器和照明装置)”的美国专利申请10/271,438，上述所有 专利申请都是于2002年10月15日提交的，并且发明人均为David W. Caldwell。
图1描绘了本发明的实施例，其中装饰层10放置在如印刷电 路板的接触式开关载板衬底20上。接触式开关载板衬底20起承载至 少部分接触式传感器的电元件、集成控制电路30以及电路走线33的 作用，所述电元件诸如分别为内部和外部电极31和32。在图1中， 装饰层10放置在衬底20的接触侧面40上，所述接触侧面与承载电 极31和32的衬底20的非接触侧面140相对。在这里，“接触侧面” 泛指接线板(wiring board)的侧面或其它为了激活接触式传感器用户 通常接触的衬底侧面，而“非接触侧面”泛指接线板或衬底的相对侧 面。同样，“装饰层”泛指施加于衬底20的装饰。例如，可以使用丝 网印刷、喷涂、墨喷式印刷、打印合、浸渍涂层或热冲压技术，或者， 例如使用粘合剂把预印的载板，比如贴花膜或装饰膜固定于接触侧面 40上，以将此装饰置于其上。在后一种情况下，可以脱机产生装饰 层，并将其放置到接触式传感器配件上以作为覆盖物。其它的装饰方 法也是可行的。同样，根据应用的需要，装饰衬底20的这些方法的 任何组合都是可以使用的。这些装饰技术也适合于所有下列附图中所 描绘的实施例。
图2A是电容性接触式传感器的局部示意性顶视平面图，其中 包括内部和外部电极31和32以及电路走线33。图2B-2C示出了装 在衬底20上的图2A的电容性接触式传感器。在图2B中，示出的装 饰层10放置在衬底20的接触侧面40上。图2C示出了本发明的实 施例，其中装饰层10和电极31和32以及走线33位于衬底20的同 一侧面。在图2C中，示出的装饰层10放置在衬底20的非接触侧面 140上，其中电极31和32以及走线33放置在装饰层10上，以使装 饰层10位于衬底20与电极31和32以及走线33之间。衬底20可以 是图1中所示的例如FR-R或CEM制成的印刷电路板。或者，衬底 20可以由玻璃、塑料或任何适合的介电材料制成。衬底20可以是由 诸如聚酯、PEN或聚酰亚胺之类的材料制成的柔性电路载板。在图 2C的实施例中，最好至少有一部分衬底20是透明的，以便允许从衬 底20的接触侧面40观察到装饰层10。
图3A是接触式传感器的局部示意性顶视平面图，该接触式传 感器分别包括集成控制电路30、内部和外部电极31和32，以及电路 走线33。图3B示出了图3A的装在衬底20上接触式传感器，其中 装饰层10放置在接触侧面40上。在图3C中，示出了放置在衬底20 的非接触侧面140上的装饰层10，所述非接触侧面在衬底20与接触 式传感器元件，即电极31和32和走线33之间。在图3C的实施例 中，最好至少有一部分衬底20是透明的，以便允许从衬底20的接触 侧面40观察到装饰层10。
图4A-7D示出本发明的多种实施例，这些实施例中并入了各种 照明技术。在这些实施例中，必须至少有一部分衬底20为透明或半 透明的，以便允许光能够从中穿过，这通过下列说明和附图将变得显 而易见。
图4A是在涉及到背照明的应用中使用的接触式传感器的局部 示意性顶视平面图。在此实施例中，内部电极31可以但不必是透明 或半透明的。在此实施例中，内部电极31是透明的或半透明的，从 图4B中的发光二极管50发射出的光能够穿过内部电极31而到达装 饰层10。内部电极31还可以具有形成符号或图形的轮廓的各种不同 形状，甚至也可以是细筛孔，以便允许仅从发光二极管50发出的一 部分光穿过并且到达接触侧面40的表面。尽管图4A-B中所示的接 触式传感器包括集成控制电路30，但是如电容性接触式传感器结构 的其它接触式传感器结构，也可以结合本发明的此实施例使用。
观察区域(viewing area)57表示装饰层10上的可以透光的区域。 在观察区域57处的装饰层10可以是透明或半透明的，或者它可以包 括与观察区域57对准的孔(如图5B所示)，所述观察区域允许来自于 发光二极管50的光至少穿过观察区域57内的装饰层10的一部分， 从而到达装饰层10的外表面60并且传向远处用户(未示出)。在此实 施例中，发光二极管50装在独立的载板衬底22上，以使电极31和 32位于分离的载板衬底22与衬底20之间，不过其它的结构同样也 是可能的。分离的载板衬底22可以是任何成分，并且可以由与上述 衬底相同的材料构成。此外，也可以根据本发明的任何原理装饰分离 的载板衬底22。发光二极管50可以用任何适合的光源代替，其中包 括光导管、白炽灯泡、电致发光灯、发光聚合物、荧光灯，诸如此类。
图5A和5C示出了图4B的实施例，其中包括内部电极31、外 部电极32以及集成控制电路30，不过其中的装饰层10放置在衬底 20的非接触侧面140上，而不是接触侧面40上。图5B示出了装饰 层10的例子，在图5C中，该装饰层的结构允许来自于发光二极管 50的光到达接触侧面40的表面。在图5B中，装饰层10定出孔54 的范围，该孔允许光到达装饰层10的外表面40并且传向远处的用户 (未示出)，如图5C中所示出。
图6A-7D描绘了本发明的另一个实施例，该实施例包含了待审 以及共同拥有的美国专利申请10/271,438的新型集成接触式传感器 和发光器件，该篇专利申请名为“Integrated Touch Sensor and Light Apparatus(集成接触式传感器和照明装置)”，将该篇申请的公开内容 引入于此以供参考。图6A中透明的导电阳极层51、阴极层52和发 光层53形成了具有图6B中所示的集成控制电路30的集成接触式传 感器和发光器件56的光源和触控板。图6C示出了图6D中的集成接 触式传感器的接触式传感元件和发光器件，包括连接于集成控制电路 30的阳极层51。可以根据如图7A-7B所示的本发明的原理装饰图 6D-6E中的具有接触侧面40的衬底20，所述图7A-7B示出的集成接 触式传感器和发光器件56具有图6B所示的集成控制电路30，并且 如图7C-7D所示，所述图7C-7D示出了不带集成控制电路的集成接 触式传感器和发光器件56。
图8A-8B示出了本发明的实施例，其中装饰层10包括纹理部 分160。纹理部分160可以放置在对应的特定接触式传感器或触控板 的接触表面240(为了触发下面的接触式传感器，必须要将诸如人的肢 体或其它物体的接触或靠近之类的激励提供给接触表面240所代表 的区域)上或靠近该接触表面的位置上，从而通过向用户提供触觉和/ 或视觉反馈而提供更为符合人体工程学的控制面板接口，所述用户将 更清楚接触表面的实际边界240的位置。可以利用上述各种装饰方法 中的任一种以及其它技术获得各种纹理。例如，如图8A所示，在接 触表面240上或附近的某些位置处，可以用多层材料获得纹理部分 160，或者如图8B所示，通过在装饰层10的某些区域中混合不一样 的东西而实现该纹理部分，比如通过点刻、溅镀印刷、冲压、划磨或 其它方法来实现。图8C-8D示出了本发明的实施例，该实施例以接 触表面240附近的圆顶65的形式涉及到触觉和视觉反馈。在这种实 施例中，在圆顶65的下面的接触式传感器的结构最好使得它不受诸 如仅仅放在圆顶上的手指之类肢体的触发，而是当压低该圆顶或者对 于衬底20的表面40“变平”时才得到触发。如图8C中所示，圆顶 65可以是装饰层10整体的一部分。或者，如图8D所示，它可以由 与装饰层10分离的结构67组成，其中示出了结构67既可以覆盖装 饰层10也可以剥离装饰层10。对于一些应用而言，听觉反馈具有优 势，圆顶65也可以为这些应用提供听觉反馈。听觉反馈可以是通过 圆顶的稳定状态与压低后的状态之间的转变而产生的爆音或咔嗒声。
图9A-10B描绘了本发明的实施例，该实施例涉及利用光导管 的背照明。这些附图中所描绘的实施例可以包含触控板，所述触控板 包括单电极，或者既包括内部电极又包括外部电极，并且也可以包含 触控板附近的集成控制电路。
对于例如汽车仪表盘、膜片开关及其它电子应用中，光导管的 使用非常普遍。光导管能够提高界面上显示器的易读性和可用性。光 导管可以有优势地结合本发明的原理使用，从而为接触式传感器界面 提供改良的符合人体工程学的显示。
图9A-9C描绘了本发明的实施例，其中衬底20是光导管。衬 底20可以方便地为完全透明，但并非必须。狭槽71可以构造成允许 来自于光源70的足够的光照射到包含光导管171的实施例中的接触 侧面40的表面上的期望区域，其中包括衬底20并非完全透明的实施 例。衬底20可以包括用以容纳光源70的挖去部分72。根据需要， 衬底21可以包括类似的挖去部分(未示出)。或者，如图9B所示，可 以将光源70直接铸造到衬底20当中。图9B中所示的本发明的实施 例与名为“Integrated Touch Sensor and Light Apparatus(集成接触式传 感器和照明装置)”的美国专利申请60/341,350和10/271,438中所公 开的发明的原理一致，将该篇引入于此以供参考。光源70可以是任 何一种适宜的发光元件，包括但不限于：LED、OLED、LEP、其它 电致发光器件、电子荧光(electroflourescent)器件或标准白炽灯泡。
如图9C所示，光源70发出的光可以被衬底20的狭狭槽71折 射。狭槽71引导从光源70发射出的光，以利于提供电极31附近或 与电极对准的区域的均匀照射，正如光学领域的技术人员所了解的那 样。狭槽71可以具有各种不同的构造。在图9A中，示出的照明在 电极31附近，而在图9B中所示，照明与电极31对准。由于光源70 可以位于衬底20的挖去部分72中或者铸造到衬底20中，因而图9A 中示出的装饰层10有优势地放置在接触侧面40的表面上。如有需要， 在接触侧面40的表面上，光源70最好是可见的。在这些应用中，装 饰层10可以放置在衬底20的非接触侧面140上。同样，光源70和 狭槽71两者都可以由衬底20顶上的触控板框架衬底(未示出)覆盖， 因而能够一并遮掩光源70和狭槽71，使装饰层10放置在衬底20的 非接触侧面140上，并且框住受照射区域，而不必增加电极31与接 触侧面40的表面之间的距离。
图10A-10B也描绘了使用光导管的本发明的实施例。图10A 示出了具有单电极31的接触式传感器，该接触式传感器具有放置在 光导管171与楔形隔离片120之间的集成装饰层10。漫反射镜170 将来自于光源70光反射到光导管171中，在该光导管中，光能够从 装饰层10的表面折射开，并使光到达接触侧面340的表面处的接触 式传感器用户。楔形隔离片120利于保持接触侧面340和电极31平 行。在可选的实施例中，可以省略掉楔形隔离片120。然而，楔形隔 离片120可能要比没有它的情况下更有利于给反射光提供入射角并 且更加均匀。在可选的实施例中，例如，当光导管171由漫射材料构 成而衬底20由反射材料构成时，光基本上以均匀的方式反射。如图 10A所示，光源70和电极31能够通过衬底20而分别装在漫反射镜 170和楔形隔离片120上，或者相反。光源70可以是任何一种适宜 的光源，包括上述的光源。可以将光源70配置为，使得一旦用户接 触到接触侧面340而激励电极31，光源70就通过漫反射镜170发射 光到光导管171中，从而向用户提供反馈，即该接触导致了接触式传 感器控制电路中的响应。漫反射镜170能够确保来自于光导管附近的 光源70的光的有效地耦合到光导管171中。光导管171能够确保接 触表面40的均匀照射。或者，光导管171可以与光交换机构集成在 一起。例如，红外探测器(未示出)能够通过光导管171检测用户接触 的内在体温。或者，发射器-检测器对(未示出)能够检测用户通过光导 管171的接近接触的阴影。应该理解，光导管171可以是任何一种适 宜的光学器件，包括波导或透镜。图10B示出了根据本发明的集成 接触式传感器可行的构造。在图10B中，三角形楔形隔离片120覆 盖在辅助电极31上面。当由漫反射镜170和光导管171所限定的结 构覆盖在相关的楔形隔离片120上面时，如图10A所示，漫反射镜 170与光源70对准。通过改变光源70的光的颜色，能够有优势地从 接触式传感器当中区分出装饰层10。或者，对于每个分离的接触式 传感器，光源70能够发射出不同波长的光。
图11A-11B描绘了包括光导管的本发明的其它实施例。在图 11A中，电极31和32以及发光器件50装在衬底20上。光导管171 也装在衬底20上，并且可以分配(dispensed)或者铸造等等。装饰层 10放置在电极31以及32的顶上。可以利用热力或紫外线技术等加 工光导管171，以便与装在衬底20上的电极31和32以及发光器件 50一致。在图11A中同样示出了第二装饰层110，放置在光导管171 上面。在图11A中，示出的第二装饰层110具有部件154，该部分可 以是透明的或半透明的，以使光从发光器件50到达接触侧面40。部 件154为可选的，并且在可选的实施例中，当第二装饰层110包括如 参照图5B和5C所示的孔(未示出)时，可以除去该部分。图11A中 描绘的实施例同样有优势地具有升高的表面440，该升高表面能够以 类似于图8A-8D中的纹理区域和圆顶的方式警告接触式传感器用户 工作接触表面的存在。图11B示出本发明类似的实施例，其中电极 31和32、发光器件50和集成控制电路30都装在与衬底20的相对的、 非接触侧面140的一侧。在这些结构中，来自于发光器件50的光必 须在到达光导管171以前首先穿过衬底20，所述光导管照射部件154。 图11B中的实施例使光导管171方便地装在衬底20上，而无需和电 极31和32、发光器件50或其它元件一致。在图11A-11B中，除了 使用衬底20两侧上的塑料封装部件的标准表面安装包装之外，还可 以使用丝焊、倒装或者其它直接模附着(direct die attachment)的方法把 发光器件安装在衬底20上。还可以根据如上所述的本发明的原理装 饰光导管171以及这些结构的其它元件。虽然在图11A和11B中示 出的光导管171靠近接触侧面40，但是光导管171也可以方便地装 在衬底20的非接触侧面140上。
虽然在此示出的接触式传感器具有内部和外部电极，但是在一 些实施例中可以除去所述内部或外部电极。此外，本发明可以与任何 类型的接触式传感器一起使用，包括具有集成控制电路的电容性接触 式传感器或接触式开关。本发明的原理同样与其它共同拥有的和已转 让的申请的发明一致。例如，具有集成装饰性衬底的接触式传感器可 以包含美国专利申请60/341,551中的新型电路，并且还可以包括美国 专利申请60/341,350中所公开的集成照明设备。此外，根据名为 “Molded/Integrated Touch Switch/Control Panel Assembly and Method for Making Same(铸模/集成接触式开关/控制面板组件及其制造方 法)”的美国专利申请60/341,550和10/272,219所公开的发明，具有 集成装饰性衬底的接触式传感器还可以包括热成形或浇铸到装饰性 衬底上的衬底，将上述申请引入于此以供参考。
前述附图是用来举例说明，而既不是用于限制也不是用于详细 研究本发明原理的。本领域的技术人员应该理解的是，对上述实施例 的各种更改应当符合本发明的精神，并且将属于下面所要求的本发明 的一部分。
相关申请的交叉引用
本申请要求了于2001年11月20日提交的序号为60/334,040 以及均于2001年12月18日提交的序号为60/341,350、60/341,550和 60/341,551的美国临时专利申请的优先权。将上述这两篇申请的公开 内容在此引入，以供参考。