CN110413157A - 一种带有凹凸触控键的电容触摸屏 - Google Patents
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Abstract
一种带有凹凸触控键的电容触摸屏，包括前面板以及设有触控电路层的柔性膜，柔性膜粘附在前面板的内侧面；前面板设有凹凸部，凹凸部的内侧具有凹凸面；柔性膜设有与凹凸部相对应的弯曲区，弯曲区设有触摸感应电极；弯曲区还设有切口，其由切口分割为多个叶片并弯曲以粘紧或部分粘紧在凹凸面上。这种电容触摸屏，其凹凸触控键不仅容易为手指所辨识，还无需加大绝缘基板的厚度，能够保证触摸屏各处的触控灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容触摸屏，尤其是一种带有凹凸触控键的电容触摸屏。
背景技术
电容触摸屏一般包括绝缘基板(如透明玻璃基板)以及设置在绝缘基板上的触控电路层，工作时，其可根据手指对触控电路层电容的影响来探测手指的触摸动作。
有人利用触控电路层的触控功能在电容触摸屏上设置一定的触控键(如触控按键)，触控键可快捷地启动某些应用，使得触摸屏使用起来更加方便。为了提高触控键的辨识度，有人提出将触控键处的绝缘基板做成凹凸形状(包括凹入、凸出或是有凹有凸的形状)，其改变了基板表面的几何特征，由此形成的凹凸触控键更加容易为手指所辨识。
然而，由于触控电路层一般需采用磁控溅射镀膜、光刻图形化等平面工艺进行加工，在实施这些工艺时，其一般要求绝缘基板为平坦的，因而绝缘基板难以做成凹凸形状，尤其是，这种凹凸形状一般包括不可展开为平面的非可展面(包括非可展曲面和非可展弯折面)，其也难以简单地通过将绝缘基板掰弯的方法来实现。
为了形成所述凹凸触控键，也有人采用在绝缘基板的操控键位置雕刻出凹凸形貌的方法来实现，然而，这种方法需采用较厚的绝缘基板，其不仅重量大，还降低了电容触摸屏其他位置的灵敏度，并不是一种理想的技术方案。
发明内容
本发明的目的为提供一种带有凹凸触控键的电容触摸屏，其凹凸触控键不仅容易为手指所辨识，还无需加大绝缘基板的厚度，能够保证触摸屏各处的触控灵敏度，所采用的技术方案如下：
一种带有凹凸触控键的电容触摸屏，其特征为：
包括前面板以及设有触控电路层的柔性膜，所述柔性膜粘附在前面板的内侧面；所述前面板设有凹凸部，所述凹凸部的内侧具有凹凸面；所述柔性膜设有与所述凹凸部相对应的弯曲区，所述弯曲区设有触摸感应电极；所述弯曲区还设有切口，其由所述切口分割为多个叶片并弯曲以粘紧或部分粘紧在所述凹凸面上。
一般地，所述前面板可以为玻璃基板或塑料基板，尤其是PMMA、PC等塑料基板，所述凹凸部可以为处于前面板某个位置的凹凸形状(可以为凹入、凸出或凹凸混合形状)，如处于前面板中间或周边区域的圆形、方形、长方形、长条形凹凸形状，其尺寸优选为0.5cm〜8cm。为了形成所述凹凸部，所述前面板可通过模具成型，如注塑成型、浇注成型(玻璃在熔融状态下)、热压成型、热弯成型等方法形成，以及可通过雕刻、3D打印等加工方法进行制作。所述凹凸部及柔性膜的弯曲区共同构成了带有触控功能的凹凸触控键，所述凹凸触控键不仅可以为触控按键，还可以为触控虚拟旋钮、触控虚拟开关、触控滑动条等多种形式的可通过触摸感应来实现操控功能的触控键。
优选前面板的厚度为0.4mm〜5.0mm，且优选凹凸部的厚度与前面板其他位置的厚度一致(变化不大于5%可认为是一致)，由此可保证所述触控电路层各处距前面板外表面，即可为手指接触到的表面的距离不大且一致，保证触摸屏各处具有较高的触控灵敏度。当凹凸部与前面板其他位置的厚度一致时，其凹凸面(可以为凹入面、凸出面或凹凸混合面)一般与凹凸部的凹凸形状相对应，其一般为非可展面。优选地，所述凹凸面为由多个平面或可展曲面连接而成的非可展面，且所述平面或可展曲面与弯曲之后的叶片相对应，由此使得叶片能够更好地粘附在凹凸面上。
所述柔性膜可以为PET、COP等塑料膜。一般地，柔性膜的厚度可在5μm〜200μm之间，优选柔性膜的厚度小于30μm，当柔性膜的厚度较小时，其柔软易弯曲因而可更好地粘紧在凹凸部的内侧面。优选所述柔性膜为聚酰亚胺膜(PI)，尤其是无色聚酰亚胺膜(CPI)，聚酰亚胺膜具有良好的抗拉特性，因而厚度可以做得非常低，有利于弯曲部的弯曲。触控电路层一般包括多个感应电极，如由透明导电层(如ITO薄膜)图形化而成的感应电极，在工作时，其可根据感应电极电容的变化来探测手指的触摸；除此之外，触控电路层一般还包括用于连接感应电极的连线，如设置在柔性膜上的金属连线(由金属薄膜图形化而成)以及外接连线(如FPC连线)。触控电路层一般由多个图形化的膜层，如透明导电层、金属层、绝缘层重叠而成，其中，透明导电层、金属层一般需采用磁控溅射等镀膜工艺，结合光刻等图形化工艺进行制作，其一般可将柔性膜预先设置或固定在平坦的母板上，以便于上述膜层的制作和加工，最后才将柔性膜从母板上剥离下来，以便于做下一步的加工。
柔性膜的弯曲区在位置上与前面板凹凸部内侧的凹凸面相对应，弯曲区的切口即在膜体上切断形成的缝隙或开口，具体地，其可通过刀模冲切、激光切割、化学切割等方式切断而成。所述切口可针对所对应凹凸面的形状进行设计：在本发明的一优选方案中，所述叶片仅有一边与所述柔性膜其他部分相连接，定义叶片与柔性膜其他部分连接的边为该叶片的内边，由此，叶片的其他边均为自由边，使得叶片可更自由地弯曲，其能够更好的适应所述凹凸面。进一步优选地，所述相邻叶片的内边存在夹角，由此相邻叶片可在不同方向上弯曲，以相互“拱起”以适应所述凹凸面的凹凸形状。进一步优选地，至少一叶片包括次级叶片，其次级叶片的内边处于该叶片之内，次级叶片可使各叶片进一步地细化以使其更适应所述凹凸面的凹凸形状。
所述柔性膜及其弯曲区可通过胶层，尤其是光学胶层(OCA)等透明的胶层(如不干胶、热熔胶)粘紧在前面板的内侧面。优选所述胶层的厚度在30μm〜100μm之间的弹性胶层，具体地，所述胶层可以为丙烯酸胶层、硅胶层等具有弹性的胶层，使得当所述凹凸面与叶片存在弯曲形状的细小差别时，该细小的差别可以为所述胶层在上述厚度下所允许的弹性形变所缓和。在制作时，所述胶层可以先粘附和涂覆在柔性膜上，然后再形成所述切口，以使得胶层与膜体具有一致的切口。除此之外，当所述前面板为塑料面板时，还可以采用模内注塑(IML)等技术，以所述柔性膜为底，将所述前面板注塑并直接粘结在柔性膜上。
所述弯曲区设有触摸感应电极，具体地，所述感应电极设置在所述叶片之内，感应电极作为触控电路层的一部分，使得叶片及其对应的凹凸区具有触摸感应功能，由此可形成所述凹凸触控键。对于同一弯曲区来说：优选地，多个所述叶片设有感应电极，所述感应电极为同一感应电极；或者优选地，多个所述叶片设有感应电极，所述感应电极至少包括两个不同的感应电极，使得手指在相应凹凸部的不同位置上的触摸能够被分辨，因而凹凸部能够做成触控虚拟开关、虚拟旋钮、触控条等更加复杂的触控部件；又或者优选地，所述叶片分为发射叶片和接收叶片，所述感应电极分为发射电极和接收电极，发射电极和接收电极分别设置在发射叶片和接收叶片上，所述电容触摸屏依据发射电极和接收电极之间的互电容来感应手指在所述凹凸部外侧的触摸动作。由此，发射叶片与接收叶片之间的切口，尤其是在叶片弯曲之后扩张的切口，可增加发射电极与接收电极之间的距离，使得手指对发射电极和接收电极之间的互电容影响更大，因而触控更加灵敏。
与现有的技术方案相比，本发明所提供的电容触摸屏具有以下有益效果：
触摸屏的触控电路层制作在柔性膜上，再将柔性膜粘附在前面板的内侧面，在前面板和柔性膜分别设置相对应的凹凸部和弯曲区，其中，弯曲区通过切口形成的多个叶片以依照凹凸部内侧的凹凸面进行弯曲，不同的叶片可具有不同的弯曲状态(如弯曲方向、弯曲程度)，使得弯曲区整体上形成与凹凸面相适应的弯曲形状，无论凹凸面为可展面或是非可展面，只要切口的设计合理，其都能够弯曲以与所述凹凸面相适应。因而，在凹凸触控键的位置，柔性膜及其触控电路层可粘紧在凹凸部内侧的凹凸面上，形成一种带有凹凸触控键的电容触摸屏。在这种电容触摸屏中，凹凸部的厚度与前面板其他位置的厚度可以设计为一致，由此保证触控电路层各处距前面板外表面，即可为手指接触到的表面的距离一致，保证触摸屏各处具有较高的一致触控灵敏度。
以下通过附图和实施例来对本发明的技术方案做更加详细的说明。
附图说明
图1为实施一的电容触摸屏的外形示意图(正面)；
图2为实施一的电容触摸屏的外形示意图(背面)；
图3为实施一的电容触摸屏的结构示意图；
图4为实施一的电容触摸屏的用于构成触控按键的弯曲区，其未贴附在凸起面时的示意图；
图5为实施一的电容触摸屏的触控按键示意图；
图6为实施一的电容触摸屏的触控按键示意图(带剖面)；
图7为实施一的电容触摸屏的触控开关示意图；
图8为实施一的电容触摸屏的触控开关示意图(带剖面)；
图9为实施一的电容触摸屏的用于构成触控旋钮的弯曲区，其未贴附在凹入面时的示意图；
图10为实施一的电容触摸屏的触控旋钮示意图；
图11为实施一的电容触摸屏的触控旋钮示意图(带剖面的)；
图12为实施例一的其他方案中，其用于构成触控按键的另一种凸起面的示意图；
图13为实施例一的其他方案中，其用于构成触控按键的又一种凸起面的示意图；
图14为实施例一的其他方案中，其用于构成触控按键的另一种叶片的示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1—3所示，电容触摸屏100，包括前面板10和柔性膜20，柔性膜20通过光学胶层(图中无画出)粘贴在前面板10的内侧面。柔性膜20的内侧面设有触控电路层21，触控电路层21包括多个透明感应电极(暂无标出)。
前面板10为厚度2.0mm(0.4mm〜5.0mm均可)的透明塑料面板(PC、PMMA等塑料)或玻璃面板，其通过内侧油墨层(图中无画出)的遮挡以形成透明区和非透明区。触摸屏100分为显示区A和非显示区B，显示区A为透明区以便于在其后侧设置显示屏，其设有基于一般电容触控原理的透明感应阵列(图中无画出，在此不做详述)。非显示区B设有构成触控键30、40、50的凹入部31、41和凸出部51，其中，凹入部31用于构成触控按键30，其为直径16mm(5cm〜40mm均可)的球面凹入，其内侧具有球面凸起面32；凹入部41用于构成类似于滑动条的虚拟开关40，其为长度3.6cm的条形凹入，其内侧为条形的凸起面42；凸出部51用于构成虚拟旋钮50，其为直径6.4cm(2cm〜8cm均可)的圆柱形(或圆台形)凸起，其内侧具有凹入面52，凹入面52由侧壁面521和底面522构成。
柔性膜20为CPI、PET或COP透明塑料膜(厚度10μm〜300μm)，其设有与凹入部31、41和凸出部51分别对应的多个弯曲区33、43、53，如图4—11所示，各弯曲区通过刀模切割形成切口34、44、54。
其中，如图4—6所示，弯曲区33通过星形切口34形成多个三角形叶片35，每个三角形叶片仅有内边351(相邻叶片的内边存在夹角)与柔性膜20其他部分连接而得以自由弯曲，使得三角形叶片35得以弯曲再加上微小的形变就能粘紧在凸起面32上。对于同一凹入部31来说，不同的叶片35上的感应电极36为同一电极(不同叶片上的电极通过外围的电路361保持连接)，当手指按压到凹入部31之内时，感应电极36可通过自电容原理来探测手指在凹入部31之内的按键动作，由此实现触控按键31的功能。
如图7、8所示，弯曲区43的两端也通过切口形成三角形叶片451，而其中间部通过切口形成方形叶片452，三角形叶片451与方形叶片452均仅有内边与柔性膜10其他部分连接而得以自由弯曲，其再加上微小的形变便可粘紧在凸起面42上。弯曲区43分为上下两部，其分别设有相互独立的两个感应电极461、462，感应电极461、462可各自通过自电容原理来探测手指在凹入部41上下两部的触碰动作，由此实现触控键40的虚拟开关功能。
如图9—11所示，弯曲区53通过切口54形成第一叶片551和第二叶片552。其中，第一叶片551为高度与侧壁面521相同的梯形叶片，以沿着侧壁面521一圈弯折以粘紧在侧壁面521上。第一叶片551设有多个沿圈排列且相互独立的第一电极561，其中，第一电极561的数量为第一叶片551的一半，其任何一个第一电极561分布在相邻的两个第一叶片551上，第一电极561可各自通过自电容原理来探测手指在凸出部51侧柱面上的触碰及其位置，使得当手指捏住凸出部51侧柱面扭转时，可依次被不同的第一电极561感应到，由此感应到手指的扭转动作，实现触控键50的虚拟旋钮功能。
第二叶片552通过其柄部5521延伸到弯曲区53中间，柄部5521的长度大于侧壁面521的高度，使得第二叶片552的主体部分最终粘在底面522上。第二叶片552的主体部分设有构成九宫格的九个相互独立的第二电极562，其各自可通过自电容原理来探测手指在凸出部51顶面的触碰动作，以实现对手指划动的探测。
如图12、13所示，在本实施例的其他具体方案中，可将凸起面32改为由多个平面321或柱面(可展曲面) 322连接而成的弯折面，其中平面321或柱面322与弯曲之后的叶片相对应，使得各个叶片能够更好地粘附在凹入面或凸起面上。
如图14所示，在本实施例的其他方案中，将叶片35分为多个次级叶片351，次级叶片351的内边处于其叶片之内，以使叶片35更适合凸起面32。
在本实施例的其他方案中，还可将图4—6中的电极36改为一对发射电极和接收电极(仅需改变电极的外围接线)，其交错地分布在叶片35中，电容触摸屏依据发射电极和接收电极之间的互电容来感应手指在凹入部31的触摸动作。叶片35间扩张之后的切口34可增加发射电极和接收电极之间的距离，使得手指对发射电极和接收电极之间的互电容影响更大，因而触控更加灵敏。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种带有凹凸触控键的电容触摸屏，其特征为：
包括前面板以及设有触控电路层的柔性膜，所述柔性膜粘附在前面板的内侧面；所述前面板设有凹凸部，所述凹凸部的内侧具有凹凸面；所述柔性膜设有与所述凹凸部相对应的弯曲区，所述弯曲区设有触摸感应电极；所述弯曲区还设有切口，其由所述切口分割为多个叶片并弯曲以粘紧或部分粘紧在所述凹凸面上。
2.如权利要求1所述的电容触摸屏，其特征为：所述前面板的厚度为0.4mm〜5.0mm，且凹凸部的厚度与前面板其他位置的厚度一致。
3.如权利要求1所述的电容触摸屏，其特征为：所述凹凸面为由多个平面或可展曲面连接而成的非可展面，且所述平面或可展曲面与所述叶片相对应。
4.如权利要求1所述的电容触摸屏，其特征为：所述柔性膜的厚度小于30μm。
5.如权利要求1所述的电容触摸屏，其特征为：所述柔性膜为聚酰亚胺膜。
6.如权利要求1所述的电容触摸屏，其特征为：所述叶片仅有一边与所述柔性膜其他部分相连接。
7.如权利要求6所述的电容触摸屏，其特征为：定义所述叶片与柔性膜其他部分连接的边为该叶片的内边，所述相邻叶片的内边存在夹角。
8.如权利要求6所述的电容触摸屏，其特征为：至少一所述叶片包括次级叶片，其次级叶片的内边处于该叶片之内。
9.如权利要求1所述的电容触摸屏，其特征为：所述柔性膜及其弯曲区通过胶层粘紧在前面板的内侧面，所述胶层的厚度在30μm〜100μm之间的弹性胶层。
10.如权利要求1所述的电容触摸屏，其特征为：所述前面板为塑料面板，所述前面板注塑并直接粘结在柔性膜上。
11.如权利要求1所述的电容触摸屏，其特征为：对于同一弯曲区，其包含多个所述叶片，多个所述叶片设有感应电极，所述感应电极为同一感应电极。
12.如权利要求1所述的电容触摸屏，其特征为：对于同一弯曲区，其包含多个所述叶片，多个所述叶片设有感应电极，所述感应电极至少包括两个不同的感应电极。
13.如权利要求1所述的电容触摸屏，其特征为：对于同一弯曲区，其包含多个所述叶片，所述叶片分为发射叶片和接收叶片，所述感应电极分为发射电极和接收电极，发射电极和接收电极分别设置在发射叶片和接收叶片上，所述电容触摸屏依据发射电极和接收电极之间的互电容来感应手指在所述凹凸部外侧的触摸动作。
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