壓電換能器的製作方法
2023-10-23 23:22:52
專利名稱：壓電換能器的製作方法
技術領域：
本發明涉及極化壓電換能器以及利用極化壓電換能器來發出或感測振動的裝置。
背景技術：
壓電器件用於把機械能轉換成電能以及把電能轉換成機械能。對壓電器件施以機械應力將引起該器件中的電荷失衡、建立起一個可測電場。相反，跨接壓電器件施加電場，則能感應出可用於操控與該器件聯結的一個物體的機械應力。在某些應用中，可將壓電器件聯結到物體之表面並用於檢測物體中的振動、將振動發送到物體中，或既用於檢測物體中的振動，又用於將振動發送到物體中。這種情況的實例包括把壓電器件機械聯結到平坦面板並用該器件感應該面板中的致生音頻信號的振動，因此將該面板轉換成揚聲器裝置。同樣，面板可用於接收由聯結到該面板的壓電器件感測的振動，因此將該面板轉換成話筒。壓電器件也已用於檢測由對平板的接觸而在該平板中引發的振動。檢測的振動可用於確定該接觸位置。
發明內容
本發明提供一種壓電換能器，包括從第一區到最後區串接且以並齊排列放置的多個極化壓電區，每一區具有第一和第二表面及從該區的第一表面指向第二表面的極化方向，連接的相鄰區的每一對被從該對相鄰區的一個區的第一表面電連接到該對相鄰區的另一區的第二表面。該換能器還包括放置在該第一區的第一表面上的第一終端電極；及放置在該最後區的第二表面上的第二終端電極。
本發明還提供了一種用戶輸入裝置，包括觸摸板以及至少一個放置在該觸摸板表面上的壓電換能器。該換能器包括並齊排列放置的多個極化壓電區的串接，每一區具有由北極和南極定義的極化方向，每一區的極化方向垂直於觸摸板的表面，這些串接的區使得一個區的北極電連接到串接中的下一個區的南極。
本發明還提供了用於增加壓電器件電壓靈敏度的一種方法。該方法包括步驟提供具有第一表面和相反的第二表面的壓電材料；極化該材料的第一部分，以建立從該第一表面指向該第二表面的第一極性；極化與該第一部分鄰接且不同的該材料的第二部分，以建立從該第二表面指向該第一表面的第二極性；以及，將該第一和第二部分在該第一表面電連接。
本發明提供的用於製作壓電器件的另一方法所採用的步驟包括以第一方向提供第一壓電器件，從而定義該第一器件的北和南表面；以第二方向提供第二壓電器件，從而定義該第二器件的北和南表面；在一個表面上並齊排列地放置該第一和第二器件，該第一和第二方向的每一個都垂直於該表面；以及把該第一器件的南表面電連接到該第二器件的北表面。
本發明的上述概括不打算描述本發明的每一個公開的實施例或每一實施方案。隨後的附圖和詳細描述更具體地給出了這些實施例的示例。
結合附圖考慮本發明各種實施例的下列詳細描述將可以更完整地理解本發明，其中圖1是包括兩個不同極化區的一個壓電換能器的側視圖；圖2是根據本發明的壓電換能器實施例的側視圖；圖3是根據本發明的壓電換能器實施例的側視圖；圖4是根據本發明的壓電換能器實施例的側視圖；圖5是根據本發明的壓電換能器實施例的側視圖；圖6是根據本發明的壓電換能器的側視圖；圖7(a)是根據本發明的壓電換能器實施例的示意圖；圖7(b)是根據本發明的壓電換能器實施例的示意圖；
圖8是根據本發明的壓電換能器實施例的示意圖；圖9是利用根據本發明的壓電換能器的振動感測和/或發送裝置的實施例的示意圖；圖10是根據本發明的振動感測觸摸輸入裝置的實施例的平面圖；以及圖11是根據本發明的觸摸感測器系統的實施例的示意圖。
雖然本發明可有各種改進和可選形式，但是將以實例的方式詳細描述附圖中已經示出的那些具體形式。但應該理解，本申請無意將發明限制成具體描述的實施例。相反，本申請試圖覆蓋落入由所附的權利要求書限定的本發明精神範圍中的全部修改、等同物和替換。
具體實施例方式
本發明涉及壓電換能器，尤其涉及被構成用於在用作振動感測器時增強電壓靈敏度的極化壓電換能器。在本發明中，兩個或多個極化壓電器件、或者相同壓電器件的兩個或多個極化部分能以並齊排列的方式放置而且電連接，使得一個器件的北極(或同一器件的一部分的北極)被連接到另一器件的南極(或同一器件另一部分的南極)。並齊排列的布局表明這種排列將使得這些器件(或器件的多個部分)被分別機械地聯結到同一個表面。這與器件的層疊排列相反，例如如同所謂的雙態壓電器件。器件的並齊排列還表明，器件在通常垂直於器件的極化方向的任何方向上被彼此相鄰定位。
相對具有相似總尺寸和材料性質的單一、均勻極化壓電換能器來說，本發明的構形能夠增強壓電換能器的電壓靈敏度。本發明的器件尤其適於檢測彎曲波振動，例如適於用在WO01/48684、US2002/0135570、WO00/38104、及WO02/01490中公開的振動-檢測觸摸輸入裝置中，上述專利的每一個都全文結合在本申請中參考。
在此討論的這種壓電換能器的極化方向通常貫穿器件的厚度方向，該厚度方向通常垂直於該換能器被焊至的、或將被焊至的表面。極化的取向可以是上到下、或相反(下到上)的取向。為了參考的方便，使用通常與磁鐵描述相關的北/南方向的類似方式來描述極化方向。北面極對應於下至上極化，其中上下表面分別稱為北面和南面。描述並不涉及磁性，磁性的使用純粹為了幫助簡明本發明的描述。
考慮機械聯結到一個平板表面的單一、均勻的極化壓電換能器，器件的極化方向垂直於該平板表面。當平板受物體的作用時，將引起振動波。當振動達到換能器時，換能器被加力，產生電荷不平衡，因此產生跨越換能器厚度的一個可檢測的電壓降。所以，機械能被轉化為電能。由於壓電換能器是電容器，所以能量正比於CoVo2，其中Co是換能器的電容，而Vo是跨越該換能器的電壓降。
現考慮一個第二壓電換能器的情況，該第二壓電換能器除了該換能器的一半的極化與該換能器的另一半的極化相反之外，和第一壓電換能器完全相同，並且這些半以串聯方式從一半的北極到另一半的南極電連接。當被機械聯結到同一個平板的同一個表面時，此第二換能器把相同的振動轉換成相同的電能。但是，由於兩個一半的換能器的串接，每半個換能器具有原有換能器的電容量的一半，即Co，所以該第二器件的總電容量是CN＝CO，因為串接電容器的電容量的相加情況如下，即1CN=112Co+112Co]]>所以，由於第二換能器的電容降到Co，如由關係式CNVN2＝CoVo2所確定的那樣，該第二換能器的電壓靈敏度VN被增加了兩倍(即，VN＝2Vo)，來保持相同的能量輸出。一般來說，相對於具有相同總尺寸和材料性質的單一、均勻的極化換能器而言，尤其是對振動感測來說，通過以電極化反向串聯而串接的壓電器件或區的任何並齊配置都將導致增加電壓靈敏度。
圖1示意地示出器件100，其包括以並齊排列放置的兩個極化壓電區110和120。區110包括第一表面112和第二表面114，並具有從一個表面指向另一表面的極化方向。區120包括第一表面122和第二表面124，並具有從一個表面指向另一表面的極化方向。雖然區110和120被表示為分離，但它們也可以是形成在單片材料中的不同的區。區110和120可被串接，以使一個區的北極連接到另一區的南極。如隨後討論中所示的那樣，能以各種方式實現這種連接。
本發明的壓電換能器包括極化器件，其總體上容括了全部壓電材料。壓電體的實例包括下列鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽(PZT)，是一種典型多晶體的鐵電壓電體；石英，是一種單晶壓電體；鈦酸鋇，雖然也能以單晶形式使用，但通常是以多晶體形式使用的一種壓電體(類似於PZT)；以及聚偏氯乙烯氟化物(PVDF)，是通常形成為薄膜的一種聚合物壓電體。
如由本專業技術人員理解的那樣，壓電材料能以各種方式被極化。例如，可將電極放置在一片壓電材料的相反的表面上。可跨接電極引入電壓降，使得電場足夠用來永久地極化該材料。能夠利用只跨越將被極化的區的若干電極並且在各個電極對兩端施加適當極性的電壓，來同時或順序地分別極化同一個材料片的多個區。
圖2示意地示出根據本發明的壓電換能器200，該壓電換能器200包括壓電材料210，該壓電材料210包括兩個不同的極化區220和230。區220具有從第一表面214指向第二表面212的極化方向226。區230具有從第二表面212指向第一表面214的極化方向236。單一電極240在表面212上的放置方式將使得區220和230從區220的北極到區230的南極串聯的電連接。雖然本發明考慮到了其中電極240覆蓋表面212的一個足夠的部分來電連接區220和230的任一種及全部實施例，但如圖示出了，共用電極240覆蓋整個表面212。第一終端電極250僅放置在第一區220內的表面214上。第二終端電極260僅放置在第二區230內的表面214上。該終端電極實現對布線或導電徑跡的連接，用於向控制器電子裝置發送信號和/或從控制器電子裝置接收信號。
由於終端電極250和260都被放置在換能器200的同一個面上，所以能方便地以終端電極朝著一個表面的方向定向的方式把換能器200機械聯結到該表面。以此方式，布線或導電徑跡可被構形在該表面上或以其他方式布置在該表面上，使得當換能器200被機械地聯結到該表面時，該終端電極與該布線或徑跡電接觸。能夠使用該表面上的觸墊以及焊接劑、導電膏、導電粘合劑或任何其它適當的材料來輔助對於該終端電極的電連接。在示例的實施例中，可用導電粘合劑把終端電極電聯結到該信號載體(例如，布線、導電徑跡等)，並且將換能器機械聯結到該表面。例如可用Z軸導電粘合劑來使得該換能器的整個底部被機械聯結，同時保持在成對的終端電極和信號載體之間的適當的電絕緣。
圖3示出根據本發明的另一壓電換能器300，包括並齊排列放置的第一壓電器件310和第二壓電器件320。第一器件310具有從第一表面314指向第二表面312的極化方向316。第二器件320具有從第二表面322指向第一表面324的極化方向326。電極340的放置將使得第一器件310的第二表面312電連接到第二器件320的第二表面322，從而把第一器件310的北極串接到第二器件320的南極。第一終端電極放置在器件310的第一表面314上，而第二終端電極放置在器件320的第一表面324上。在把換能器300用于振動檢測的示例的實施例中，器件310和320被放置得足夠接近，使得兩個器件能被一起使用來檢測在一個期望波長範圍中的振動。雖然換能器300是由分離器件310和320構成，但其功能上類似於換能器200，並且同樣能夠把兩個終端電極電連接在該器件的同一側，最好把兩個終端電極電連接在機械聯結了換能器的表面上。
圖4示出根據本發明的另一壓電換能器400，包括具有從第一表面414指向第二表面412的極化方向416的均勻極化的單一壓電器件410。
雖然換能器400被均勻極化，但通過使用不同的電極和一種特定電極連接設計而形成兩個不同的極化區。如圖所示，電極442和450大致跨越該器件的一半，電極442放置在第二表面412上，電極450放置在第一表面414上。類似地，電極460和444大致跨越該器件的另一半，電極460放置在第二表面412上，電極444放置在第一表面414上。雖然電極的布置顯示了大致將換能器400劃分成兩半，但能使用其它設計，包括把該換能器分成兩個以上對稱的部分，或將該換能器分成兩個或多個非對稱的部分。電極442和444由共用連接器440連接在一起，該連接器440可以採用布線或其它導電徑跡的形式，該布線或其它導電徑跡被通過焊接或其它適當方式一端連接到電極442而另一端連接到電極444。此共用連接以串聯方式電連接換能器的兩半，同時倒置該共用連接之間的該器件的極性，使得換能器400的一半的北極連接到另一半的南極。電極450和460是用於把信號傳送到換能器400以及從換能器400傳出信號的終端電極。
雖然圖4示出了使用單一壓電器件410的構形，但能夠使用以並齊關係設置的分離器件來構成類似的構形，每一器件都具有平行極化方向，但一個器件的北極串接到隨後相鄰器件的南極。同樣，可用任何數目的器件來構成一個串聯鏈路，鏈路的第一個和最後一個器件具有終端電極。
圖5示出根據本發明的另一壓電換能器500，包括以並齊關係、最好是緊密靠近地放置的三個壓電器件510、520和530。第一器件510具有從第一表面514指向第二表面512的極化方向516。第二器件520具有從第二表面522指向第一表面524的極化方向526。第三器件530具有從第一表面534指向第二表面532的極化方向536。器件的排布使得第一共用電極540能夠被放置在表面512和522上，並且第二共用電極545能夠被放置在表面524和534上。電極540連接器件510和520，使得器件510的北極連接到器件520的南極。電極545連接器件520和530，使得器件520的北極連接到器件530的南極。以此方式，以每一串接的極反向的方式來串接這些器件。第一終端電極550放置在器件510的表面514上，而第二終端電極560放置在器件530的表面532上。該終端電極可用於把信號傳送到換能器以及從換能器傳送信號。
圖6示出根據本發明的另一壓電換能器600，包括以並齊關係放置的、最好緊密靠近的四個壓電器件610、620、630和640。每一個器件的極化方向由箭頭指示。相鄰的器件具有反向極性，使得可用共用電極來以極性反向的串聯來簡單地連接相鄰的器件。所以，布置共用電極652來把器件610的北極連接到器件620的南極。布置共用電極654來把器件620的北極連接到器件630的南極。布置共用電極656來把器件630的北極連接到器件640的南極。第一終端電極650放置在器件610的南極上，而第二終端電極660放置在器件640的北極上。這種換能器設計還使得信號載體的連接部分在被焊接或機械聯結了換能器的同一表面上被結合到終端電極。
將認識到，參照圖1-6描述的並齊的壓電器件布置僅是說明各種可能的構形，而不是窮盡各種可能的構形。可利用任何適當數目的兩個或多個壓電器件或壓電區，來在連接的器件之間使所述器件以極反向串聯方式電連接的任何壓電器件或壓電區的適當的並齊排列的設計都能被使用。例如，圖7(a)和7(b)示出延長的壓電器件的各種可能的並齊排列方案的兩種設計。圖7(a)和7(b)表示出圖3所示總體布置的具體構形。圖7(a)示出換能器700A，包括兩個並齊排列放置的壓電器件710A和720A，這兩個壓電器件具有反向極性。器件710A和720A被延長，並且沿著其短軸而空間分離。由共用電極750A把器件710A的北極連接到器件720A的南極。終端電極740A和760A被分別放置在器件710A和720A的下表面上。圖7(b)示出換能器700B，包括兩個並齊排列放置的壓電器件710B和720B，這兩個壓電器件具有反向極性。器件710B和720B被延長，並且沿著其長軸而空間分離。由共用電極750B把器件710B的北極連接到器件720B的南極。終端電極740B和760B被分別放置在器件710B和720B的下表面上。
雖然換能器700A和700B的每一個被顯示為是由分離的壓電器件組成，但也考慮該換能器700A和700B能由具有分開的極化區的單一壓電器件構成。在由分離壓電器件組成換能器700A和700B的實施例中，可以根據換能器的期望取向以及具體應用的細節，諸如測量應力所沿的方向，來選擇是否使用像換能器700A的一個換能器結構。在這樣的情況下，即延長的換能器放置在矩形平板的角部、並以該換能器的長軸指向該平板的中心的方向來取向、意在用該換能器來感測由於該平板中的振動傳播引起的應力，則由於沿著長度方向的結構上完整的原因，可以期望使用例如換能器700A的換能器，因為該長度方向可能是將要被測量的應力所沿的方向。
圖8示出本發明的另一壓電換能器800，包括以並齊的矩形排列放置的四個壓電器件810、820、830和840，使得每一器件與其它三個器件鄰接。每一個器件的極性如箭頭指示。器件810的南極通過共用電極852接到器件820的北極。器件820的南極經過橋接電極855連接到器件840的北極，該橋接電極855將跨越在器件820和840之間的角對角的間隙，把器件820上的電極854連接到器件840上的電極856。器件840的南極通過共用電極858接到器件830的北極。第一終端電極850放置在器件810的北極表面上，而第二終端電極860放置在器件830的南極表面上。第一終端電極850和第二終端電極860放置在換能器800的同一側，使得換能器在同一個表面上、最好是在結合了該換能器的表面上被電連接到兩個終端電極。雖然與線性鏈相比換能器800的構形類似於二維陣列，但換能器800可被認為是圖6所示功能設計的一個實例。
圖1-8所示的各種換能器構形表明了在排列壓電器件和區來製作本發明的換能器的某些可能的設計選擇。這些設計選擇包括分離地使用同一個壓電材料的極化區來對應使用分離的極化壓電器件；定向相鄰器件或同一器件的區，使其具有相同或相反的極性；使用兩個或多個壓電區、或壓電器件、或它們的組合；使用壓電區或器件的直線連結或二維陣列；定向延長的區或器件，所述器件將在平板中被沿其短軸或長軸、或沿一個不同方向並齊定位；選擇一個或多個壓電材料等等。通過在此提供的描述將理解和推知那些沒有明確示出或表明的其它結構設計選擇。這些設計選擇的每一個都能被單獨使用或組合使用來實現根據本發明的換能器。
本發明的壓電換能器能機械結合到或以其它方式聯結到例如一個平板的物體的表面，並且特別優於用來檢測例如通過物體的彎曲波傳播的振動。該換能器也可被用於把振動驅入到該物體中，例如用於感測由其它換能器發出的振動和/或用於測量對於由物體與外部信號或刺激源之間的交互作用引起的發出振動的改變。
圖9示出一個裝置900的側視示意圖，該器件900包括放置在平板910的表面912上的壓電換能器920A和920B。換能器920A和920B可以是根據本發明的換能器。示出裝置900用於說明的目的，並且應該理解到可以利用更少或更多的換能器，並且能夠把換能器放置在該平板的同一表面或不同表面上，例如放置在表面912和表面914上。換能器920A和920B的每一個都能夠被構成來發出和/或接收振動，從而引起和/或感測在平板910中的彎曲波。例如，裝置900可以是一個觸摸感測器，因此與表面912或表面914實施的觸摸相互作用將引起能夠由換能器920A和920B感測的振動。這種振動可能是由於在該表面上實施的觸摸的影響所引起、或由跨越該表面實施的觸摸的摩擦移動所引起。例如象在WO01/48684中描述的那樣，該感測的振動可用於確定觸摸輸入的位置。此外，換能器920A和920B的一個或兩者能夠發出可被反射、衰減或由輸入到表面912或表面914的觸摸所改變的振動。如在WO01/48684中所述，換能器920A和920B的之一或兩者能因此被用於感測該改變的發出振動，以便確定與該觸摸輸入相關的信息，例如該觸摸的位置。器件900可以是對於接收或發出平板振動的任何其它適用器件，例如平板型話筒、平板型揚聲器等。平板910可以是能夠支持將被檢測和/或發出的振動的任何材料。優選地，平板910是硬平板，並且可以是任何適當的材料，例如玻璃、塑料(聚丙烯酸脂、聚碳酸酯等)、木材、厚紙板、金屬等。可以用任何適當的手段，例如使用粘合劑把換能器920A和920B結合到平板910。
當本發明的換能器被使用在感測觸摸輸入所引起或影響的振動的一個觸摸啟動式用戶輸入裝置時，可以期望放置四個感測換能器，在限定一個接觸表面的矩形平板的每一個角中放置一個。例如，圖10示出振動感測觸摸感測器1000的示意平面圖，它包括在觸摸板1010的每一個角放置一個的換能器1020A-1020D。換能器可被放置在觸摸板1010的上面或下面。在示出的本實施例中，換能器1020A-1020D的每一個都被延長，各自的長軸與該平板的側邊形成接近45度角。這將能夠在該器件對於輸入振動響應中給出器件的對稱測量。示例的換能器被延伸並且具有2∶1到5∶1的長寬比，換能器的各個極化區被沿著該換能器的長軸以並齊關係放置。在某些實施例中，換能器1020A-1020D的每一個都能被用於感測振動。在某些實施例中，換能器1020A-1020D的至少一個能被可用於發出振動。此外或可選地，一個或多個其他壓電器件(未示出)可用於發出振動，例如作為專用功能，這種專用功能能夠使得換能器1020A-1020D被專用於一種感測模式。
在如圖9和10所示的某些實施例中，使用布線或鋪設的導電徑跡，例如印刷在機械聯結了感測器的平板上的導電徑跡，把信號傳至換能器及從該換能器傳出。某些情況下，通過在事實上增加該換能器的電容量，導線或徑跡的電容能夠起作用來降低壓電換能器的輸出電壓。此效果能夠通過在該換能器和信號傳送布線或徑跡之間添加放大器來克服。例如，放大器可被直接提供在結合了換能器的表面上，例如每一換能器提供一個放大器，該放大器靠近其對應的換能器放置。信號傳送線或徑跡能夠通過放大器聯結到換能器，方式是該放大器緩衝由該換能器產生的電壓。這將能夠大大降低電壓靈敏度的潛在損耗。緩衝放大器還可以降低驅動該布線或印刷導電徑跡的阻抗，可能依據噪聲感應產生改善的性能。
本發明的壓電換能器能被結合到表面，並以任何適當的方式電連接到信號載體。在換能器把兩個終端電極都包括在器件的同一側的情況下，可以期望把該換能器結合至一個表面，使得包括該終端電極的換能器的該側被結合至該表面。能夠提供例如布線或導電徑跡的信號載體，使得在換能器被放置並結合到該表面時實現適當的電接觸。能夠通過使用導電材料來輔助電接觸，例如使用焊劑、導電膏、諸如銀填充環氧樹脂的導電粘合劑等導電材料。一種適用的導電粘合劑的特別實例是聚合厚膜銀環氧樹脂墨，例如Ercon公司以商業名稱ERCON 5600 A/B銷售的聚合厚膜銀環氧樹脂。某些情況下，導電粘合劑可被放置在換能器的每一個終端電極上，並且非導電粘合劑可被放置在該換能器底表面其餘部分。非導電粘合劑的實例包括各種環氧樹脂、氨基申酸乙酯、以及氰基丙烯酸鹽(異氰酸鹽)粘合劑。以其它情況，只能使用導電粘合劑。例如，導電粘合劑只能被放置在其中在換能器和信號載體之間實現電接觸的那些區中。在此情況中，只將該換能器的選擇部分結合到該表面。用在這種組合中的導電粘合劑的示例包括可從Epoxy Technology公司得到的、包括以商業名稱E2001、EM127和H20E-PFC銷售的銀環氧樹脂。在其它實施例中的，能夠使用Z軸導電粘合劑，或各向異性的導電粘合劑。一種Z軸導電粘合劑能夠被放置在選擇的區中，或由換能器覆蓋的整個區中。一個Z軸導電粘合劑提供了通過該粘合劑層厚度的電連接，並且實際防止了在該粘合劑層的平面中的電連接，以便抑制在終端電極和信號載體之間的串擾。
當製作振動感測觸摸板裝置時，可以提供支持振動傳播的一個基片。該基片將成為用於該觸摸板裝置的觸摸板。優選地，該基片是矩形的。該基片可在執行附加步驟之前被形成、定尺寸及切割，或可在放置了布線或導電徑跡、本發明的換能器、可選的電連接物等的任何之一或全部之後再被切割成一定尺寸。可選地，該基片可被塗覆，以便提供一種抗炫目或抗反射的塗覆層、一個構造的表面或其它光學或另外的功能元件。
布線或導電徑跡可被提供在基片上，從放置換能器的區引到能夠製作電的連接的一個區，以便把該布線或導電徑跡聯結到控制器電子裝置。可針對每一個換能器提供一對布線或徑跡，每一對布線或徑跡中的之一被設置來與每一個換能器的終端電極的一個或另一個電連接。在鋪設該布線或徑跡之前、之後或期間，可以施放可選擇的導電材料來輔助製作一個電連接。例如，可將焊接劑、導電粘合劑、導電油脂、或其它適當的導電材料施放在基板上要實現接觸的區中，或直接施放在該換能器的終端電極上。在把該換能器放置在選擇的感測器區中之前，也可以把粘合劑材料施放在基片或換能器的之一或兩者上，以便輔助換能器附著或結合到該基片，使得換能器能夠機械地聯結到該基片。該粘合劑材料可以是任何適當的粘合劑材料，並且可以要求進一步的通過加熱、暴露在輻射下或其它手段的固化步驟。換能器隨即能被放置在基片的選擇區上並被固定。
具有連接到布線或鋪設徑跡的每一個的引線的電連接物可被連接到該觸摸板。該連接物可被在該布線被鋪設之前或之後連接，並且一種導電材料可被用於輔助該連接物的引線對該布線或鋪設徑跡的電連接。
圖11示意地示出一種觸摸感測器系統1100，它包括一個振動感測觸摸感測器1110，該振動感測觸摸感測器1110包括根據本發明的壓電換能器。觸摸感測器1110的壓電換能器聯結到電子控制器1120，電子控制器1120可被靠近該換能器放置(例如在同一個觸摸板上或在連接到該觸摸板的一個電路板上)或遠離該換能器放置(例如在連接到該觸摸感測器的計算機中的控制板上)。可選地，觸摸感測器1110可被設置在顯示器1130上，以便該顯示器能夠通過該觸摸感測器1110觀看。在其它實施例中，觸摸感測器1110能夠被遠離該顯示器1130放置，例如用於一個觸摸板，該觸摸板被使用來控制膝上計算機的顯示屏上的光標。顯示器1130可以是電子顯示器，例如液晶顯示器、有機場致發光顯示器、發光二極體顯示器、陰極射線管顯示器、等離子顯示器等等。顯示器1130也可以包括靜態圖形或其它標記。
本發明不應局限於上述具體實例，而應該理解為覆蓋如所附權利要求中合理涉及的所有方案。本專業技術人員將通過直接查閱本說明書而顯見本發明可應用的各種改進、同等處理過程、以及諸多結構。
權利要求
1.一種壓電換能器，包括從第一區到最後區串接且以並齊排列放置的多個極化壓電區，每一區具有第一和第二表面及從該區的第一表面指向第二表面的極化方向，連接的相鄰區的每一對被從該對相鄰區的一個區的第一表面電連接到該對相鄰區的另一區的第二表面；放置在該第一區的該第一表面上的第一終端電極；和放置在該最後區的該第二表面上的第二終端電極。
2.權利要求1的壓電換能器，其中構成多個區的串聯，以便機械聯結到單一表面。
3.權利要求1的壓電換能器，其中該第一和第二終端電極被構成來用於在單一表面電連接。
4.權利要求1的壓電換能器，其中的多個區處在單一的壓電器件內。
5.權利要求1的壓電換能器，其中的每一區處在分別的壓電器件內。
6.權利要求1的壓電換能器，其中的多個區的至少兩個區被延長，並以它們的長軸平行的方向來定向。
7.權利要求6的壓電換能器，其中該至少兩個延長的區被沿著其長軸移位。
8.權利要求6的壓電換能器，其中該至少兩個延長的區被垂直於其長軸移位。
9.權利要求1的壓電換能器，其中以直線連結的排列來布置該多個區。
10.權利要求9的壓電換能器，其中該多個區至少包括三個區。
11.權利要求9的壓電換能器，其中該多個區至少包括四個區。
12.權利要求1的壓電換能器，其中以二維陣列排列來布置該多個區。
13.權利要求12的壓電換能器，其中該多個區至少包括四個區。
14.一種用戶輸入裝置，包括觸摸板；和至少一個壓電換能器，該壓電換能器包括並齊排列放置在該觸摸板的一個表面上的串接的多個極化壓電區，每一區具有由北極和南極定義的極化方向，每一區的極化方向垂直於該觸摸板的表面，這些串接的區使得一個區的北極電連接到串接中的下一個區的南極。
15.權利要求14的用戶輸入裝置，包括兩個或多個壓電換能器。
16.權利要求14的用戶輸入裝置，其中該觸摸板是矩形觸摸板，並且包括至少四個壓電換能器，其四個壓電換能器之一被定位在該觸摸板的每一個角上。
17.權利要求14的用戶輸入裝置，其中至少一個壓電換能器被構成來檢測該觸摸板中的振動。
18.權利要求17的用戶輸入裝置，還包括控制器電子裝置，該控制器電子裝置被聯結來從至少一個壓電換能器接收信號，該控制器電子裝置被構成來確定與該觸摸板中的振動相關的信息。
19.權利要求18的用戶輸入裝置，包括至少三個壓電換能器，其中該控制器電子裝置被聯結來從該至少三個壓電換能器接收信號。
20.權利要求19的用戶輸入裝置，其中對該觸摸板觸摸而引起該觸摸板中的振動時，控制器電子裝置被構成用於確定對該觸摸板的觸摸位置。
21.權利要求14的用戶輸入裝置，其中該至少一個壓電換能器被構成用於將振動發送到該觸摸板中。
22.權利要求14的用戶輸入裝置，其中該至少一個壓電換能器還包括分別電連接到第一和第二信號載體的第一和第二終端電極，該第一和第二終端電極用於對該換能器進行電信號的來往傳送。
23.權利要求22的用戶輸入裝置，其中該第一和第二信號載體之一通過一個放大器電連接到該換能器。
24.一種用於增加壓電器件電壓靈敏度的方法，包括步驟提供具有第一表面和相反的第二表面的壓電材料；極化該材料的第一部分，以產生從該第一表面指向該第二表面的第一極性；極化與該第一部分鄰接且不同的該材料的第二部分，以建立從該第二表面指向該第一表面的第二極性；以及，在該第一表面將該第一和第二部分電連接。
25.一種製造壓電器件的方法，包括步驟提供以第一方向極化的第一壓電器件，從而定義該第一器件的北和南表面；提供以第二方向極化的第二壓電器件，從而定義該第二器件的北和南表面；在一個表面上並齊排列地放置該第一和第二器件，該第一和第二方向的每一個都垂直於該表面；以及把該第一器件的南表面電連接到該第二器件的北表面。
全文摘要
本發明提供一種包括至少兩個極化壓電區的壓電換能器，該至少兩個極化壓電區並齊排列地放置，並通過串聯以極化方向反向的方式串接，即一個區的「北極」被連接到一個相鄰區的「南極」。該至少兩個區能夠在同一壓電材料片內，或能夠在分別的壓電材料片內。本發明的換能器尤其適於檢測例如在一個平板中的彎曲波之類的振動。例如，本發明的換能器可被附到一個平板的表面並用於檢測由對該平板的觸摸引起的或影響的振動，以便確定與該觸摸相關的信息，例如觸摸位置。
文檔編號H04R17/00GK1898815SQ200480038012
公開日2007年1月17日 申請日期2004年10月29日 優先權日2003年12月18日
發明者尼古拉斯·P·R·希爾 申請人:3M創新有限公司