CN113741720B - 压电振动模块与触控反馈模块 - Google Patents

压电振动模块与触控反馈模块 Download PDF

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Abstract

一种压电振动模块与触控反馈模块，压电振动模块包括第一软性电路板及多个压电单元。第一软性电路板包括多个切割区域，其中相邻的各切割区域间设有切割穿槽。各压电单元分别设于各切割区域下方。

Description

压电振动模块与触控反馈模块
技术领域
本发明关于一种压电振动模块与触控反馈模块，特别关于一种具有矩形或 弧形切割穿槽的软性电路板的压电振动模块与触控反馈模块，借此减少各压电 单元间的干扰，维持压电振动模块与触控反馈模块中各元件的独立操作效果。
背景技术
矩形或圆形压电材制成的振动元件以适当排列形成阵列式振动装置，配合 软性电路板可达成驱动及/或感测的功能。但是，假若软性电路板为一整面与 振动元件结合，则单一或部分振动元件操作时可能受到非对应的软性电路板的 干扰而影响效果。故依各振动元件尺寸将软性电路板切割部分空间，留下与振 动元件对应的区域，独立操作而可隔绝其他的干扰性，故有改进的必要。此外， 当前段所述的振动元件用于触控面板时，与压电材料搭配使用的软性电路板为 一整面，则单一或部分压电材料操作时会带动其他区域的软性电路板一起振动而产生干扰而影响反馈效果，故有改进的必要。
发明内容
本发明的主要目的是在提供一种具有矩形或弧形切割穿槽的软性电路板 的压电振动模块，借此减少各压电单元间的干扰，维持压电振动模块中各元件 的独立操作效果。
本发明的主要目的是在提供一种具有矩形或弧形切割穿槽的软性电路板 的触控反馈模块，借此减少各压电单元间的干扰，维持触控反馈模块中各元件 的独立操作效果。
为达成上述的目的，本发明另提供一压电振动模块，包括第一软性电路板 及多个压电单元。第一软性电路板包括多个切割区域，其中相邻的各切割区域 间设有切割穿槽。各压电单元分别设于各切割区域下方。
本发明另提供一触控反馈模块，其是包括触控面板以及压电振动模块，其 中，压电振动模块包括第一软性电路板及多个压电单元。第一软性电路板包括 多个切割区域，其中相邻的各切割区域间设有切割穿槽。各压电单元分别设于 各切割区域下方。其中该压电振动模块设于该触控面板下方，其中当多个压电 单元的其中之一产生一压电效应时，压电单元的一共振频率小于500Hz。
通过本发明的设计，利用矩形或圆形设计的压电单元并配合相应切割的第 一软性电路板、第二软性电路板，使压电振动模块中压电单元的振动各自独立， 减少压电单元彼此间的干扰，可尽量维持压电振动模块与触控反馈模块中压电 单元的独立操作效果，解决现有技术存在的问题。
附图说明
图1是本发明的压电振动模块的第一实施例的爆炸图；
图2A是本发明的压电振动模块的第一实施例的上视图；
图2B是本发明的压电振动模块的第二实施例的上视图；
图3是本发明的压电振动模块的第一实施例其中的一振动单元的示意图；
图4是本发明的压电振动模块的第一实施例其中的一振动单元受力形变 的示意图；
图5A是显示本发明的压电振动模块的第一实施例搭配4个振动单元(力回 馈单元)的模型分析图形，与ANSYS分析计算的值；
图5B是显示本发明的压电振动模块的第一实施例搭配6个振动单元(力回 馈单元)的模型分析图形，与ANSYS分析计算的值；
图5C是显示本发明的压电振动模块的第一实施例搭配8个振动单元(力回 馈单元)的模型分析图形，与ANSYS分析计算的值；
图6A是本发明的压电振动模块做为触控反馈模块的感测器使用时搭配的 感测电路示意图；
图6B是本发明的压电振动模块做为触控反馈模块的致动器使用时搭配的 驱动电路示意图；
图7A是本发明的压电振动模块的第三实施例的爆炸图；
图7B是本发明的压电振动模块的第三实施例的上视图；
图8是本发明的触控反馈模块的第一实施例的爆炸图；
图9A是本发明的触控反馈模块的第二实施例的上视图；
图9B是本发明的触控反馈模块的第二实施例的上视图；
图10是本发明的触控反馈模块的第一实施例其中的一力回馈单元的示意 图；
图11是本发明的触控反馈模块的第一实施例其中的一力回馈单元受力形 变的示意图；
图12是依据图8的实施例显示本发明的压电振动模块的第一实施例的模 型分析图形，与ANSYS分析计算的值。
【符号说明】
触控反馈模块 1、1a
触控面板 10
压电振动模块 20、20a、20b
第一软性电路板 21、21a
第一电极区 211、211a
切割区域 212、232
压电单元 22
弹性件 221
压电元件 222
第二软性电路板 23、23a
第二电极区 231、231a
第一压条 30
电性连接端 215
第三长度 L3
切割穿槽 213、233、224、213a、233a、224a
导线 214、214a
第二长度 L2
贴合压条 60
第一辅助压条 50
第一长度 L1
具体实施方式
为能更了解本发明的技术内容，特举较佳具体实施例说明如下。以下请一 并参考图1、图2A、图2B、图3与图4、图5A至图5C、图6A与图6B关于 本发明的压电振动模块的第一实施例的爆炸图、第一实施例与第二实施例的上 视图、第一实施例其中的一振动单元的示意图、振动单元受力形变的示意图、 显示本发明的压电振动模块的第一实施例搭配4个、6个与8个振动单元的模 型分析图形，与ANSYS分析计算的值、本发明的压电振动模块做为触控反馈模块的感测器使用时搭配的感测电路示意图以及本发明的压电振动模块做为 触控反馈模块的致动器使用时搭配的驱动电路示意图。
如图1与图2A所示，本发明的压电振动模块20包括第一软性电路板21、 多个压电单元22以及第二软性电路板23，其中第一软性电路板21及第二软 性电路板23包括多个切割区域212、232，且相邻的各切割区域212、232间 设有一切割穿槽213、233，其中各第一电极区211及各第二电极区231分别 设于各切割区域212、232，且各切割区域212、232接触各压电单元22，借此 如图5A至图5C所示，让压电振动模块20中各压电单元22能独立振动不互相干扰，维持各压电单元22的独立操作效果，解决现有技术存在的问题。
如图1与图2A所示，为配合不同的设计需求，本发明的压电振动模块20 中的压电单元22可以阵列形式设计，也就是说，各压电单元22可是设计需求 排列为M×N阵列形式排列，其中M、N皆为自然数。如图2A与图2B所示的 阵列即为2×3的阵列，M＝2；N＝3。此外，如图6A与图6B所示，本发明的压 电振动模块20可做为感测器(sensor)或致动器(actuator)使用，当多个压电单元 22的其中之一产生正压电效应时，该压电振动模块20做为感测器(sensor)使用， 此时压电振动模块20的感测电路可以图6A所示方式建置。当多个压电单元22的其中之一产生逆压电效应时，该压电振动模块20做为致动器(actuator)使 用，此时压电振动模块20搭配的驱动电路可以6B所示方式建置，但本发明 适用的感测电路与驱动电路的型态皆不以上述实施方式为限。
在此须注意的是，本发明的切割穿槽213、233是设于第一软性电路板21 及第二软性电路板23中完全镂空的穿槽，切割穿槽213、233环绕于任两相邻 的切割区域212、232之间，在本实施例中，如图1所示，切割区域212、232 皆呈矩形，且切割穿槽213、233呈U型，此外，任一该切割区域212、232 被两个切割穿槽213、233围绕，且该两切割穿槽213、233的U型开口彼此 相对。或者，根据本发明一具体实施例，如图1所示，切割区域212、232具有一周长，且切割穿槽213、233的周长为切割区域212、232的周长的 80％～90％，前述两种方式都能达到压电振动模块20中各压电单元22独立振 动不互相干扰的功效。
如图1与图2A所示，本发明的压电振动模块20的第一实施例的压电单 元22与第一电极区211都是矩形，切割穿槽213、233都是矩形，且导线214 是由各第一电极区211的中心直接以平行压电振动模块20短轴侧边的型态延 伸至电性连接端215。如图2B所示，在第二实施例中的压电振动模块20a的 压电单元22与第一电极区211都是矩形，导线214a是先以平行各第一电极区 211的长轴侧边延伸后，再以平行压电振动模块20a短轴侧边的型态延伸至电 性连接端215。
如图1与图3所示，第一软性电路板21包括多个第一电极区211，其中 各第一电极区211具有一第一长度L1，各压电单元22分别设于各第一电极区 211下方，各压电单元22包括一压电元件222，压电元件222具有第二长度 L2，其中该第一长度L1为该第二长度L2的10％～20％，各压电单元22位于 第一软性电路板21与第二软性电路板23之间，第二软性电路板23包括多个 第二电极区231，其中各该第二电极区231具有各第二电极区亦具有第一长度 L1，其中各第二电极区231的第一长度L1为第二长度L2的10％～20％，借此当多个压电单元22的其中之一产生逆压电效应时，压电振动模块20产生一力 回馈效应，图5A、图5B及图5C所示，当压电振动模块20做为致动器(actuator) 使用时，压电振动模块20产生的该共振频率小于500Hz，恰好落于人体触觉 最具感受力频率区段中，而当压电振动模块20做为感测器(sensor)使用时，共 振频率的高低不影响压电振动模块20的运作特性。
如图1所示，在本实施例中，第一软性电路板21的第一电极区211是采 穿孔引线，并导线214独立平行引接各电极至电性连接端215，第二软性电路 板23的第二电极区231是采共接引线方式，连接各电极至连接端215。借此 当多个压电单元22的其中之一产生压电效应时，通过第一电极区211及各第 二电极区231位于压电单元22中心的特征，让被触发的压电单元22产生类似 拱型且振动频率低于500Hz的形变，据研究显示，人类触觉感受频率约为 500Hz以下，最佳感受频率约300Hz至100Hz而本发明的压电振动模块20做 为致动器(actuator)使用产生的共振频率恰位于此范围区间。在此需注意的是， 只要各第一电极区211、各第二电极区231分别位于压电单元22的长度中央 即可，在此以矩形为例，本发明所指的长度中央为各第一电极区211、各第二 电极区231的相对两短轴端到压电单元22相对两短轴端的距离相等，或误差范围在10％以下皆适用本发明。
此外，如图1所示，压电单元22包括一弹性件221，其中压电元件222 位于弹性件221与第二软性电路板23之间，根据本发明的一具体实施例，压电元件222是为压电陶瓷(PZT)或聚偏氟乙烯(PVDF)压电膜，或具有相同压电 性质的材料，本发明并不以上述所列举的材料为限。此外，如图1所示，为配 合第一软性电路板21及第二软性电路板23的切割区域212、232，弹性件221 上也有对应的切割区域223，且各相邻的切割区域223之间具有切割穿槽224。
因为第一电极区211、第二电极区231分别为第一软性电路板21、第二软 性电路板23的必要元件，且由图5A、图5B及图5C的模拟图形可看出，通 过本发明的第一电极区211的中线与各压电单元22的中线重合的特征，本发 明的触控反馈模块1在不需额外添加质量的状况下，压电振动模块20的共振 频率都低500Hz，解决了先前技术所存在的问题。此外，压电振动模块20所 有元件均为薄型，容易贴合于轻薄的触控面板符合目前电子装置与触控面板轻 薄的设计方向。
以下请参考图7A与图7B，关于本发明的压电振动模块的第三实施例的 上视图以及第三实施例的爆炸图。
如图7A与图7B所示，在第三实施例中，本发明的压电振动模块20b的 各第一电极区211a、各压电单元22a及各第二电极区231a皆为圆形，且各相 邻的第一电极区211a之间有切割穿槽213a，各相邻的各压电单元22a之间有 切割穿槽224a，各相邻的第二电极区231a之间有切割穿槽233a，其中切割穿 槽213a、224a、233a是弧形，此让压电振动模块20中各压电单元22能独立 振动不互相干扰，维持各压电单元22的独立操作效果。如图7A与图7B所示，本发明的触控反馈模块1b的各第一电极区211a、各压电单元22a及各第二电 极区231a皆为圆形，切割穿槽213a、233a呈弧型且完全镂空，且该弧型开口 是供导线214a设置，借此让各第一电极区211a、各压电单元22a及各第二电 极区231a与对应的电性连接端215电性连接。
以下请一并参考图8、图9A、图9B、图10与图11及图12关于本发明 的触控反馈模块的第一实施例的爆炸图、第一实施例的上视图、第二实施例的 上视图、触控反馈模块的第一实施例其中的一力回馈单元的示意图、触控反馈 模块的第一实施例其中的一力回馈单元受力形变的示意图以及依据图8的实 施例显示本发明的触控反馈模块的第一实施例的模型分析图形，与ANSYS分析计算的值。
如图8与图9A所示，本发明的触控反馈模块1包括触控面板10以及前 述的压电振动模块20，其中压电振动模块20位于触控面板10下方。当使用 者手指触碰触控面板10时，多个压电单元22的其中之一产生压电效应时，压 电振动模块20得产生一共振的力回馈效应，且图5A、图5B及图5C所示， 该共振频率小于500Hz。此外依据导线214的走向不同，当第一实施例的压电 单元22与第一电极区211都是矩形时，本发明的触控反馈模块1可有如图9A 所示的型态，也可有本发明的触控反馈模块1a如图9B所示的型态。根据本发 明的一具体实施例，如图8与图9A所示，本发明的触控反馈模块1还包括多 个第一压条30，其中各第一压条30分别设于第一软性电路板21的各切割区 域213的相对两侧边，第二软性电路板23的各该切割区域232的相对两侧边。 在本实施例中，第一软性电路板21的各切割区域213、第二软性电路板23的各切割区域232皆呈矩形，各第一压条30分别设于第一软性电路板21的各切 割区域213的两短轴侧边，借此如图12所示，当该多个压电单元22的其中之 一产生压电效应时，压电振动模块20得产生的共振频率小于300Hz。利用多 个第一压条30于压电振动模块20上下两端施压夹持(clamped)方式与触控面板 10结合，可获得低于500Hz较之振动频率(如图12所示)，据研究显示，人类 触觉感受频率约为500Hz以下，最佳感受频率约300Hz至100Hz而本发明的 压电振动模块20做为致动器(actuator)使用产生的共振频率恰位于此范围区 间，可增强使用者的触觉感受。根据本发明的一具体实施例，如图8与图9A所示，本发明的触控反馈模块1还包括多个第一辅助压条50，其是分别覆盖 于各第一压条30，以加强各第一压条30对于压电振动模块20的夹持效果。 如图1所示，在本实施例中，触控反馈模块1还包括两个贴合压条60，其中 各贴合压条60分别用于压电振动模块20与触控面板10贴固。
在此须注意的是，如图8与图9A所示，为配合不同触控面板的设计需求， 本发明的压电振动模块20中的压电单元22可以阵列形式设计，以及各压电单 元22可是设计需求排列为M×N阵列形式排列，其中M、N皆为自然数。如图 8所示的阵列即为2×3的阵列，M＝2；N＝3。
通过本发明的设计，利用矩形或圆形设计的压电单元22并配合相应切割 的第一软性电路板21、21a、第二软性电路板23、23a，使压电振动模块20、 20a、20b中压电单元22的振动各自独立，减少压电单元22彼此间的干扰， 可尽量维持压电振动模块20、20a、20b与触控反馈模块1、1a、1b中压电单 元22的独立操作效果，解决现有技术存在的问题。
应注意的是，上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本发明所主 张是权利范围自应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (16)

1.一种压电振动模块，其特征在于，包括：
一第一软性电路板，包括多个切割区域及多个第一电极区，其中任一该切割区域被两个切割穿槽围绕，且环绕同一个该切割区域的该两个切割穿槽彼此不连通，且该两个切割穿槽位于该切割区域的相对两端，各该第一电极区设于各该切割区域；
多个压电单元，其中各该压电单元分别设于各该切割区域下方；以及
一第二软性电路板，各该压电单元位于该第一软性电路板与该第二软性电路板之间，该第二软性电路板包括多个切割区域，其中该第二软性电路板中的任一切割区域被两个切割穿槽围绕，且环绕该第二软性电路板中的同一切割区域的两切割穿槽彼此不连通，且该第二软性电路板中的两切割穿槽位于该第二软性电路板中的切割区域的相对两端。
2.根据权利要求1所述的压电振动模块，其特征在于，该第一软性电路板中的多个切割区域呈矩形，该第一软性电路板中的切割穿槽呈U型，且该第一软性电路板中的两个切割穿槽的U型开口彼此相对。
3.根据权利要求1所述的压电振动模块，其特征在于，该第一软性电路板中的多个切割区域呈圆形，该第一软性电路板中的切割穿槽呈弧型。
4.根据权利要求1所述的压电振动模块，其特征在于，该第一软性电路板中的各切割区域具有一周长，该第一软性电路板中的切割穿槽的周长为该周长的80%~90%。
5.根据权利要求1所述的压电振动模块，其特征在于，该第二软性电路板的多个切割区域呈矩形，该第二软性电路板的切割穿槽呈U型，且该第二软性电路板中的两个切割穿槽的U型开口彼此相对。
6.根据权利要求1所述的压电振动模块，其特征在于，该第二软性电路板的多个切割区域呈圆形，该第二软性电路板的切割穿槽呈弧型。
7.根据权利要求1所述的压电振动模块，其特征在于，该第二软性电路板的各切割区域具有一周长，该第二软性电路板的切割穿槽的周长为该周长的80%~90%。
8.根据权利要求1所述的压电振动模块，其特征在于，其中该第二软性电路板包括多个第二电极区，各该压电单元分别接触该第二软性电路板的各切割区域。
9.根据权利要求8所述的压电振动模块，其特征在于，该压电单元包括两弹性件以及一压电元件，其中该压电元件位于该两弹性件之间，该压电单元分别通过该两弹性件接触该第一电极区及该第二电极区。
10.一种触控反馈模块，其特征在于，包括一触控面板以及一如权利要求1所述的压电振动模块，该第二软性电路板包括多个第二电极区，各该压电单元具有一第二长度L2，其中该压电振动模块设于该触控面板下方，其中当该多个压电单元的其中之一产生一压电效应时，该压电单元的一共振频率小于500Hz。
11.根据权利要求10所述的触控反馈模块 ，其特征在于，各该第一电极区具有一第一长度L1，其中各该第一电极区的该第一长度L1为该第二长度L2的10%~20%。
12.根据权利要求10所述的触控反馈模块 ，其特征在于，各该第二电极区具有第一长度L1，其中各该第二电极区的第一长度L1为该第二长度L2的10%~20%。
13.根据权利要求10所述的触控反馈模块 ，其特征在于，该压电单元包括一弹性件以及一压电元件，其中该压电元件位于该弹性件与该第二软性电路板之间，其中该压电元件有一第三长度L3，其中各该第一电极区具有一第一长度L1，各该第二电极区具有一第一长度L1，其中各该第一电极区的第一长度L1为该第三长度L3的10%~20%，各该第二电极区的第一长度L1为该第三长度L3的10%~20%。
14.根据权利要求10至13任一项所述的触控反馈模块，其特征在于，还包括多个第一压条，其中各该第一压条分别设于该第一软性电路板的各切割区域的相对两侧边，借此当该多个压电单元的其中之一产生该压电效应时，该压电单元的共振频率小于300Hz。
15.根据权利要求14所述的触控反馈模块，其特征在于，还包括多个第一辅助压条，其中各该第一辅助压条分别覆盖各该第一压条。
16.根据权利要求15所述的触控反馈模块，其特征在于，还包括多个贴合压条，其中各该贴合压条用于贴合该压电振动模块与该触控面板。
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