CN102946579B - 振动材料、虚拟触觉生成器、触控模组及振膜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种振动材料，其包括基材层及多个振动模组，所述多个振动模组阵列设置在所述基材层表面，所述振动模组包括压电陶瓷振动单元。本发明的振动材料的每一个压电陶瓷振动单元独立发生翘曲，进而产生振动、凸起或凹陷，实现丰富的振动模式。本发明同时还提供应用所述振动材料的虚拟触觉生成器、触控模组及振膜。

Description

振动材料、虚拟触觉生成器、触控模组及振膜

技术领域

本发明涉及一种振动材料及应用所述振动材料的虚拟触觉生成器、触控模组及振膜。

背景技术

一种与本发明相关的扬声器振膜包括基材层及振动层。所述基材层与所述振动层叠合设置。

在上述扬声器振膜中，所述振动层表面包括第一电极层、压电陶瓷层及第二电极层。所述第一电极层设置在所述基材层表面形成所述第一电极。所述压电陶瓷层叠设在所述第一电极层上，所述压电陶瓷层是一完整的片状压电陶瓷层，其覆盖所述第一电极层。所述第二电极层设置在所述压电陶瓷层上，使得所述压电陶瓷层夹设在所述第一电极层与所述第二电极层之间。

当上述扬声器振膜工作时，其接收电驱动信号，对应施加至所述压电陶瓷层，由于所述压电陶瓷层自身的逆压电效应，对应产生振动物理压力或者振动作用，对应产生物理性变。当输入的电驱动信号是交流信号时，则所述压电陶瓷层对应产生振动，迫使气体流动，进而产生声音。

然而，在上述扬声器振膜中，仍存在如下缺陷：所述振动层不是由若干可独立控制的振动单元组成，所述压电陶瓷层呈整体片状结构，并未分成独立的小单元，所以在利用逆压电效应时，所述振膜1只能接收单一输入信号，同时也只有一个振动状态，无法实现复杂的功能，无法提供更好的触觉体验。

另一方面，在利用压电效应时，无论按压振膜的任何位置，都只有一个输出信号，因此只能提供非常简单的反馈信号。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是现有振膜的材料只有的那一振动状态，无法实现复杂功能的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种振动材料，其包括基材层及多个振动模组，所述多个振动模组阵列设置在所述基材层表面，所述振动模组包括压电陶瓷振动单元。

在本发明的一较佳实施例中，所述压电陶瓷振动单元包括至少二电极层及夹设于所述二电极层之间的压电陶瓷组件。

在本发明的一较佳实施例中，所述压电陶瓷组件包括单一压电陶瓷层或者复合压电陶瓷层。

在本发明的一较佳实施例中，所述二电极层分别是第一电极层及第二电极层，所述第一电极层夹设在所述基材层表面与所述压电陶瓷组件之间。

在本发明的一较佳实施例中，所述相邻振动模组之间间隔设置。

在本发明的一较佳实施例中，每二相邻振动模组之间填充谐振介质。

在本发明的一较佳实施例中，所述振动材料还包括一保护层，所述保护层设于所述基材层表面，并与所述振动模组分居所述基材层的二相对侧，或者所述保护层设于所述振动模组表面并与所述基材层分居所述振动模组的二相对侧。

在本发明的一较佳实施例中，所述保护层包括多个呈矩阵设置的保护单元，每二相邻保护单元之间间隔设置，且每一保护单元与其中一振动模组相对应。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还公开了一种虚拟触觉生成器，其包括信号生成模组及振动驱动模组，所述信号生成模组传输多个驱动信号至所述振动驱动模组，所述振动驱动模组包括振动材料，所述振动材料包括基材层及阵列形成于所述基材层的多个压电陶瓷振动单元，所述振动驱动模组接收驱动信号，所述驱动信号对应驱动所述振动驱动模组的压电陶瓷振动单元振动。

在本发明的一较佳实施例中，所述驱动信号是交流信号或者直流信号。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还公开了一种触控模组，其包括基材层、控制器及压电陶瓷振动单元阵列，所述压电陶瓷振动单元阵列设置在所述基材层表面，每一压电陶瓷振动单元包括一信号线，所述压电陶瓷振动单元接收外界物理压力信号，并转换为电信号经所述信号线传输至所述控制器。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还公开了一种扬声器振膜，其包括一基材层及多个压电陶瓷振动单元，所述多个压电陶瓷振动单元阵列形成在所述基材层表面。

相较于相关技术，本发明的振动材料表面设置多个压电陶瓷振动单元，当所述振动材料工作时，可以对每一个压电陶瓷振动单元单独进行控制，在逆压电效应的作用下，每一个压电陶瓷振动单元受其所接收的信号作用而发生翘曲，进而产生振动、凸起或凹陷，每一个压电陶瓷振动单元的状态都可以与振动材料上其他压电陶瓷振动单元不同，由此可以实现丰富的振动模式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明所揭示一种振动材料的立体组装结构示意图。

图2是图1所示振动材料的立体分解示意图。

图3是图1所示振动材料的侧面剖视图。

图4是图1所示振动材料的振动状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所揭示的一种振动材料如图1所示。所述振动材料2包括一基材层21、多个振动模组23及一保护层25。所述多个振动模组23及所述保护层25对应设置在所述基材层21的二相对侧表面，或者保护层25设于所述振动模组23表面并与基材层21分别对应设置在振动模组23的二相对侧表面。当然，保护层25也可以设置两层，从而将振动模组23及基材层21夹在中间。

所述基材层21是采用可挠材料加工而成的层状基材，其在外力作用下，能够对应形变弯曲，如塑胶基材、树脂材料等。

再请同时参阅图2及图3，其中图2是图1所示振动材料的立体分解示意图，图3是图1所示振动材料的侧面剖视图。所述振动模组23是产生振动信号的单元，所述多个振动模组23阵列设置在所述基材层表面。所述多个振动模组23呈矩阵排列，每二相邻所述振动模组23之间形成一间隔（未标示），在本实施方式中，所述间隔内空置设置，当然，为提高谐振效果，还可以提供一介质层填充在所述相邻振动模组23之间的间隔内。

所述振动模组23包括压电陶瓷振动单元230，每一压电陶瓷振动单元230包括层叠设置的第一电极231、压电陶瓷组件233及第二电极235。所述第一电极231紧贴所述基材层21表面设置，所述压电陶瓷组件233叠设在所述第一电极231上，所述第二电极235叠设在所述压电陶瓷组件233上。

所述第一电极231同样呈矩阵排布，其直接形成在所述基材层21表面，同时每一第一电极231对应包括一信号线2311，所述信号线2311一端连接所述第一电极231，另一端延伸连接至外部信号处理器（图未示）。所述多个第一电极231阵列排布，在所述基材层21表面形成第一电极阵列（未标示）。

同样，所述第二电极235对应也呈矩阵排布，所述多个第二电极235形成第二电极层（未标示）。

所述压电陶瓷组件233是单一的压电陶瓷层，所述压电陶瓷层具有压电效应和逆压电效应，在外力作用下，所述压电陶瓷产生形变，引起压电陶瓷表面带电，即压电效应；反之，在施加激励电场，压电陶瓷将产生机械形变，即逆压电效应。当然，作为上述实施方式的进一步改进，所述压电陶瓷组件233还可以是多层压电陶瓷层叠置后的复合压电陶瓷。

所述保护层25包括多个呈矩阵设置的保护单元251，所述多个保护单元251间隔阵列设置，形成所述保护层25。所述保护单元251对应所述压电陶瓷振动单元230位置相对应。所述保护层25保护所述振动材料免于外无接触损坏。

在上述振动材料2作为扬声器的振膜工作时，其工作原理如图4所示。外部驱动器施加驱动信号至所述振动模组23，所述振动模组23接收驱动信号后，所述压电陶瓷振动单元230对应产生逆压电效应，做弯曲变化。具体来讲，当输入的驱动信号为交流信号时，由于每个压电陶瓷振动单元230在不断地做弯曲变化，就产生振动，其振动的频率与输入信号的频率相关。振动的幅度由信号的幅度来决定，多个相邻压电陶瓷振动单元230同时给相同交流信号也可增强振幅。

当输入驱动信号为直流信号时，则所述压电陶瓷振动单元230可以从自由状态双向弯曲，既可以实现在自由平面上稳定的凸起效果，又可实现凹陷效果。如果所述压电陶瓷振动单元230只能单向弯曲，则只能稳定实现凸起和凹陷中的一种效果。另，增加直流驱动信号的幅度可增加凸起和凹陷的相对位移。多个相邻压电陶瓷振动单元230同时给相同的直流信号也可增加相对位移。

如此实现所述振动材料2的振动。

在本发明的振动材料2中，当所述压电陶瓷振动单元230工作时，可以对每一个压电陶瓷振动单元230单独进行控制，在逆压电效应的作用下，每一个压电陶瓷振动单元230受其所接收的信号作用而发生翘曲，进而产生振动、凸起或凹陷，每一个的状态都可以与振动材料2上的其余压电陶瓷振动单元230不同，由此可以实现丰富的薄膜振动模式。

作为本发明所揭示振动材料2的应用，本发明还提供一种虚拟触觉生成器。所述虚拟触觉生成器包括信号生成模组及振动驱动模组，所述信号生成模组传输多个驱动信号至所述振动驱动模组，所述振动驱动模组包括振动材料，所述振动材料包括基材层及阵列形成于所述基材层的多个压电陶瓷振动单元230，所述振动驱动模组接收驱动信号，所述驱动信号对应驱动所述振动驱动模组的压电陶瓷振动单元230振动。

在上述虚拟触觉生成器中，当输入信号为交流信号时，由于每个压电陶瓷振动单元230对应产生振动，其振动的频率与幅度由驱动信号决定。当输入信号为直流信号时，所述压电陶瓷振动单元230对应在自由平面产生凸起和凹陷效果，给用户以虚拟凹凸触觉。

作为本发明所揭示振动材料2的另一种应用，本发明还提供一种应用所述振动材料2的触控模组。所述触控模组包括基材层21、控制器（图未示）及压电陶瓷振动单元阵列，所述压电陶瓷振动单元阵列设置在所述基材层表面，每一压电陶瓷振动单元230包括一信号线2311，所述压电陶瓷振动单元230接收外界物理压力信号，并转换为电信号经所述信号线2311传输至所述控制器。

因逆压电效应产生形变的同时，所述振动材料2还同时存在压电效应，在外来受力的作用下产生形变，进而产生电信号，不同位置的压电陶瓷振动单元230产生信号就可反映不同位置受到的压力，并且同时可以采集多个点的压力信号，因此可以实现对触控模组表面不同位置对应产生的信号进行分析就可产生各种复杂的控制信号。

再者，作为所述振动材料2的第三种应用，本发明提供一种扬声器振膜。所述扬声器振膜包括一基材层21及多个压电陶瓷振动单元230，所述多个压电陶瓷振动单元230阵列形成在所述基材层21表面。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种振动材料，包括：

基材层；及

多个振动模组，所述多个振动模组阵列设置在所述基材层表面，其特征在于，所述振动模组包括压电陶瓷振动单元；

所述压电陶瓷振动单元包括至少二电极层及夹设于所述电极层之间的压电陶瓷组件；

所述压电陶瓷组件包括单一压电陶瓷层或者复合压电陶瓷层；

所述二电极层分别是第一电极层及第二电极层，所述第一电极层夹设在所述基材层表面与所述压电陶瓷组件之间；

相邻振动模组之间间隔设置；

每二相邻振动模组之间填充谐振介质；

所述振动材料还包括一保护层，所述保护层设于所述基材层表面并与所述振动模组分居所述基材层的二相对侧，或者所述保护层设于所述振动模组表面并与所述基材层分居所述振动模组的二相对侧。

2.根据权利要求1所述的振动材料，其特征在于，所述保护层包括多个呈矩阵设置的保护单元，每二相邻保护单元之间间隔设置，且每一保护单元与其中一振动模组相对应。

3.一种虚拟触觉生成器，其包括：

信号生成模组；及

振动驱动模组，所述信号生成模组传输多个驱动信号至所述振动驱动模组，其特征在于，所述振动驱动模组包括振动材料，所述振动材料包括基材层及阵列形成于所述基材层的多个压电陶瓷振动单元，所述压电陶瓷振动单元之间间隔设置，每二相邻压电陶瓷振动单元之间填充谐振介质，所述振动材料还包括一保护层，所述保护层设于所述基材层表面并与所述压电陶瓷振动单元分居所述基材层的二相对侧，或者所述保护层设于所述压电陶瓷振动单元表面并与所述基材层分居所述压电陶瓷振动单元的二相对侧，所述振动驱动模组接收驱动信号，所述驱动信号对应驱动所述振动驱动模组的压电陶瓷振动单元振动。

4.根据权利要求3所述的虚拟触觉生成器，其特征在于，所述驱动信号是交流信号或者直流信号。

5.一种应用如权利要求1所述振动材料的触控模组，包括：

基材层；及

控制器，其特征在于：所述触控模组还包括压电陶瓷振动单元阵列，所述压电陶瓷振动单元阵列设置在所述基材层表面，每一压电陶瓷振动单元包括一信号线，二相邻压电陶瓷振动单元之间填充谐振介质，所述触控模组还设有一保护层，所述保护层设于所述基材层表面并与压电陶瓷振动单元分居所述基材层的二相对侧，或者所述保护层设于所述压电陶瓷振动单元表面并与所述基材层分居所述压电陶瓷振动单元的二相对侧，所述压电陶瓷振动单元接收外界物理压力信号，并转换为电信号经所述信号线传输至所述控制器。