CN203616721U - 基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘及电子产品 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘及电子产品。该柔性薄膜键盘包括：按键层、公共层以及信号处理电路；所述按键层包括多个互相独立的按键区域，每个按键区域对应于一个按键；每个按键区域包括按键电极，每个按键电极分别通过互相独立的按键导线与信号处理电路连接；所述公共层包括公共电极，所述公共电极通过公共导线与信号处理电路连接；其中，所述按键层与所述公共层之间形成摩擦界面；或者，所述公共层包括形成摩擦界面的结构；或者，所述按键层包括形成摩擦界面的结构。本实用新型提供的柔性薄膜键盘柔韧性更好，更加轻薄化，能够便捷的集成应用于各种电子产品上。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子产品外围设备领域，更具体地说，涉及一种基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘及电子产品。
背景技术
键盘是计算机等电子产品的主要输入装置。目前键盘多为塑料制成的刚性体，不仅体积大，携带不方便，而且刚性按键对于长期使用电脑工作的人来说，容易造成手指关节病变。而且，刚性键盘所占用的体积较大，很难应用在小型电子产品上，比如，手机、掌上电脑等电子产品。
柔性薄膜键盘是一种具有柔性特点的键盘，可以折叠或卷起，携带方便，能够方便的应用在小型电子产品上。同时其输入体验明显强于刚性键盘。目前的柔性薄膜键盘多由面板、上电路、隔离层、下电路四部分组成，因结构所限，导致其厚度偏厚，且柔韧性不足。
实用新型内容
本实用新型的发明目的是针对现有技术的缺陷，提出一种基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘及电子产品，用以提供一种柔韧性更好，更加轻薄化，能够便捷的集成应用于各种电子产品上的键盘。
本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘，包括：按键层、公共层以及信号处理电路；所述按键层包括多个互相独立的按键区域，每个按键区域对应于一个按键；每个按键区域包括按键电极，每个按键电极分别通过互相独立的按键导线与信号处理电路连接；所述公共层包括公共电极，所述公共电极通过公共导线与信号处理电路连接；
其中，所述按键层与所述公共层之间形成摩擦界面；或者，所述公共层包括形成摩擦界面的结构；或者，所述按键层包括形成摩擦界面的结构。
可选地，所述公共层还包括位于所述按键层与所述公共电极之间的一层高分子聚合物绝缘层；其中，所述按键电极与所述高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面；或者，所述公共电极与所述高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
可选地，所述每个按键区域还包括位于所述按键电极与所述公共层之间的一层高分子聚合物绝缘层；其中，所述按键电极与所述高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面；或者，所述公共电极与所述高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
可选地，所述公共层还包括位于所述按键层与所述公共电极之间的两层高分子聚合物绝缘层；其中，所述两层高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
可选地，所述每个按键区域还包括位于所述按键电极与所述公共层之间的两层高分子聚合物绝缘层；其中，所述两层高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
可选地，所述每个按键区域还包括位于所述按键电极与所述公共层之间的一层第一高分子聚合物绝缘层，所述公共层还包括位于所述按键层与所述公共电极之间的一层第二高分子聚合物绝缘层；其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
可选地，形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设有微纳结构。
可选地，所述微纳结构设置在形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面的整个面上；或者，所述微纳结构设置在形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上与所述按键区域对应的区域。
可选地，形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设置有微框形成的阵列，每个微框是中空的柱形结构使得所述摩擦界面的两层之间形成多个空腔；所述微纳结构设置在多个空腔内。
可选地，所述微纳结构的凸起高度为10μm-500μm；每个微框的边长尺寸或直径尺寸为0.1cm-3cm，高度为20μm-510μm；每个微框的高度比微纳结构的凸起高度高10μm-500μm。
可选地，所述每个按键区域包括第一金属线基底层以及形成在所述第一金属线基底层一侧表面上的第一金属线，所述第一金属线为所述按键电极；所述公共层包括第二金属线基底层以及形成在所述第二金属线基底层一侧表面上的第二金属线，所述第二金属线为所述公共电极。
可选地，所述第一金属线基底层具有第一金属线的一侧表面与所述第二金属线基底层具有第二金属线的一侧表面形成所述摩擦界面。
可选地，所述每个按键区域还包括设置在所述第一金属线基底层具有第一金属线的一侧表面上的高分子聚合物绝缘层；其中，所述高分子聚合物绝缘层与所述第二金属线基底层具有第二金属线的一侧表面形成所述摩擦界面。
可选地，所述公共层还包括设置在所述第二金属线基底层具有第二金属线的一侧表面上的高分子聚合物绝缘层；其中，所述高分子聚合物绝缘层与所述第一金属线基底层具有第一金属线的一侧表面形成所述摩擦界面。
可选地，所述每个按键区域还包括设置在所述第一金属线基底层具有第一金属线的一侧表面上的第一高分子聚合物绝缘层；所述公共层还包括设置在所述第二金属线基底层具有第二金属线的一侧表面上的第二高分子聚合物绝缘层；其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
可选地，形成所述摩擦界面的两个表面的部分区域固接在一起。
可选地，所述信号处理电路包括与所述按键导线和公共导线连接的采集电路、与所述采集电路连接的滤波电路、与所述滤波电路连接的信号放大电路以及与所述信号放大电路连接的微处理器。
可选地，所述柔性薄膜键盘还包括：用于包裹所述按键层、公共层和信号处理电路的柔性保护结构。
本实用新型提供的电子产品包括电子产品本体以及上述柔性薄膜键盘，所述电子产品本体与所述柔性薄膜键盘电连接。
本实用新型提供的柔性薄膜键盘是基于摩擦发电机的摩擦发电原理而提出的，该柔性薄膜键盘包括具有摩擦界面的摩擦发电结构。利用本实用新型提供的柔性薄膜键盘，在按键按下的同时，由其中的摩擦发电结构产生一个电信号传递至信号处理电路进行处理，处理后的电信号输出给电子产品，使电子产品能够识别按键的按下动作。本实用新型提供的柔性薄膜键盘发电原理不依赖于复杂的电路，仅通过几层柔性结构就可以实现键盘的功能，柔韧性更好，更加轻薄化，能够便捷的集成应用于各种电子产品上。
附图说明
图1a为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例一的正面立体结构图；
图1b为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例一的反面立体结构图；
图1c为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例一的截面结构示意图；
图2a为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的一种微纳结构的平面示意图；
图2b为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的另一种微纳结构的平面示意图；
图3为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的信号处理电路的结构框图；
图4为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例二的截面结构示意图；
图5为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例三的截面结构示意图；
图6为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例四的截面结构示意图；
图7为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例五的截面结构示意图；
图8为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例六的截面结构示意图；
图9为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例七的截面结构示意图；
图10为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例八的截面结构示意图；
图11为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例九的截面结构示意图；
图12为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例十的截面结构示意图；
图13为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例十一的截面结构示意图；
图14为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘作为标准键盘的示意图；
图15为本实用新型提供的电子产品的一实施例的示意图；
图16为本实用新型提供的电子产品的另一实施例的示意图。
具体实施方式
为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明,但本实用新型并不仅仅限于此。
与现有技术不同的是，本实用新型提供的柔性薄膜键盘是基于摩擦发电机的摩擦发电原理而提出的，该柔性薄膜键盘包括具有摩擦界面的摩擦发电结构。具体地，基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘包括：按键层、公共层以及信号处理电路；按键层包括多个互相独立的按键区域，每个按键区域对应于一个按键；每个按键区域包括按键电极，每个按键电极分别通过互相独立的按键导线与信号处理电路连接；公共层包括公共电极，公共电极通过公共导线与信号处理电路连接；其中，按键层与公共层之间形成摩擦界面；或者，公共层包括形成摩擦界面的结构；或者，按键层包括形成摩擦界面的结构。利用本实用新型提供的柔性薄膜键盘，在按键按下的同时，由其中的摩擦发电结构产生一个电信号传递至信号处理电路进行处理，处理后的电信号输出给电子产品，使电子产品能够识别按键的按下动作。
下面通过几个具体的实施例对本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的结构和功能进行详细介绍。
图1a为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例一的正面立体结构图，图1b为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例一的反面立体结构图，图1c为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例一的截面结构示意图。如图1a、图1b和图1c所示，该基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘包括：按键层10、公共层20和信号处理电路（图中未示出）。
按键层10包括多个互相独立的按键区域，每个按键区域对应于一个按键，每个按键区域都具有一定的几何形状，该几何形状与按键的几何形状相同。每个按键区域包括按键电极11，每个按键电极11分别通过互相独立的按键导线12与信号处理电路连接。公共层20包括公共电极21和两层高分子聚合物绝缘层（分别为第一高分子聚合物绝缘层22和第二高分子聚合物绝缘层23），公共电极21通过公共导线24与信号处理电路连接。另外，两层高分子聚合物绝缘层之间还设置有微纳结构25，两层高分子聚合物绝缘层之间形成摩擦界面。
按键层10、第一高分子聚合物绝缘层22、第二高分子聚合物绝缘层23和公共电极21由上至下层叠设置，两层高分子聚合物绝缘层位于按键层10与公共电极21之间，上述各层均为柔性层状结构。可选地，采用印刷的方式按照一定的排列组合形式将按键电极11印刷在第一高分子聚合物绝缘层22的上表面上；采用丝网印刷的方式将微纳结构25印刷在第一高分子聚合物绝缘层22的下表面上或者印刷在第二高分子聚合物绝缘层23的上表面上；采用印刷的方式将公共电极21印刷在第二高分子聚合物绝缘层23的下表面上，或者采用印刷的方式将第二高分子聚合物绝缘层23印刷在公共电极21的上表面上。第一高分子聚合物绝缘层22和第二高分子聚合物绝缘层23相对的两个表面的部分区域通过粘接或热压的形式连接在一起，该连接在一起的部分区域为不完全连续区域，比如两个表面的若干个点或若干个线或若干个块连接在一起。一方面，第一高分子聚合物绝缘层22和第二高分子聚合物绝缘层23的部分区域连接在一起，使得整个柔性薄膜键盘的稳固性良好，不会发生层间结构偏移；另一方面，当第一高分子聚合物绝缘层22和第二高分子聚合物绝缘层23受到压力作用时，第一高分子聚合物绝缘层22和第二高分子聚合物绝缘层23没有连接在一起的区域可接触摩擦，产生电信号。
当柔性薄膜键盘的某个按键按下时，该按键区域对应的按键电极11、第一高分子聚合物绝缘层22、第二高分子聚合物绝缘层23和公共电极21发生机械形变，机械形变导致第一高分子聚合物绝缘层22和第二高分子聚合物绝缘层23接触摩擦，从而在按键电极11和公共电极21之间产生电信号，该电信号传递至信号处理电路进行处理，处理后的电信号输出给电子产品，使电子产品能够识别对应按键的按下动作。
图2a为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的一种微纳结构的平面示意图。如图2a所示，微纳结构设置在第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘层的整个面上，微纳结构为一个完整连续的平面结构。图2b为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的另一种微纳结构的平面示意图。如图2b所示，微纳结构是分区域设置的，分别设置在第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘层的表面上，与按键区域相对应。
图2a和图2b所示的微纳结构为网格状结构，本实用新型不仅限于此，微纳结构还可以为条纹状结构、叉指状结构或菱形状结构。微纳结构的每个微纳单元的宽度可以为1μm至10mm，其中优选宽度为1mm。进一步的，图3为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的信号处理电路的结构框图。如图3所示，信号处理电路包括采集电路30、滤波电路31、信号放大电路32和微处理器33。其中采集电路30与按键导线和公共导线连接，用于采集按键电极和公共电极输出的电信号；滤波电路31与采集电路30连接，用于对采集电路30输出的电信号进行滤波处理；信号放大电路32与滤波电路31连接，用于对滤波电路31输出的电信号进行放大处理；微处理器33与信号放大电路32连接，用于对信号放大电路32输出的电信号进行处理。微处理器33最后将电信号输出给电子产品。
由上述各结构组成的柔性薄膜键盘的外层可包裹一层防水、防尘、防油的柔性保护结构，起到密封保护的作用。
上述按键电极和公共电极的材料可选自铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金，其中金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。
上述第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层材料可选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维素海绵薄膜、再生海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚缩聚物薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一种。优选第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层选用不同的材料。
上述微纳结构的材料可选自聚二甲基硅氧烷、硅橡胶、环氧树脂，其中优选聚二甲基硅氧烷。
图4为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例二的截面结构示意图。如图4所示，本实施例与实施例一的不同之处仅在于，第一高分子聚合物绝缘层22的下表面和第二高分子聚合物绝缘层23的上表面都设置有微纳结构25。
作为另外一种可选的实施方式，在第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的两个相对的表面中的至少一个表面上设置微纳结构的基础上，还可以在第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的两个相对的表面中的至少一个表面上设置微框形成的阵列，每个微框都是中空的柱形结构，例如：方框（即中空的长方体）或者中空的圆柱体。形成的微框结构使得第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间形成多个空腔（即柱形结构的中空部分）；微纳结构可以设置在多个空腔内，具体地，微纳结构设置在空腔内的第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘层的表面上；第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相对的表面上设置的每个微框的高度高于微纳结构。
可选地，微纳结构的凸起高度为10μm-500μm；每个微框的边长尺寸（微框为方框时）或直径尺寸（微框为中空的圆柱体时）为0.1cm-3cm，高度为20μm-510μm；每个微框的高度比微纳结构的凸起高度高10μm-500μm。
通过设置上述微框，可以使得形成摩擦界面的两层结构的摩擦效果更为良好，进而提升柔性薄膜键盘的灵敏性。
图5为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例三的截面结构示意图。如图5所示，本实施例与实施例一的不同之处仅在于，第一高分子聚合物绝缘层22的下表面和第二高分子聚合物绝缘层23的上表面都没有设置微纳结构。也就是说，形成摩擦界面的两个表面上没有设置微纳结构。
图6为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例四的截面结构示意图。如图6所示，该基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘包括：按键层、公共层和信号处理电路，其中，按键层包括多个互相独立的按键区域，每个按键区域对应于一个按键，每个按键区域都具有一定的几何形状，该几何形状与按键的几何形状相同。每个按键区域包括按键电极41，每个按键电极41分别通过互相独立的按键导线（图中未示出）与信号处理电路（图中未示出）连接。公共层包括公共电极51和一层高分子聚合物绝缘层52，公共电极51通过公共导线（图中未示出）与信号处理电路连接。本实施例提供的结构中，按键电极41与高分子聚合物绝缘层52之间形成摩擦界面；或者，公共电极51与高分子聚合物绝缘层52之间形成摩擦界面。
按键电极41组成的按键层、高分子聚合物绝缘层52和公共电极51由上至下层叠设置，高分子聚合物绝缘层52位于按键层与公共电极51之间，上述各层均为柔性层状结构。如果想要按键电极41与高分子聚合物绝缘层52之间形成摩擦界面，可采用印刷的方式将公共电极51印刷在高分子聚合物绝缘层52的下表面上，或者可采用印刷的方式将高分子聚合物绝缘层52印刷在公共电极51的上表面上。每个按键电极41和高分子聚合物绝缘层52相对的两个表面的部分区域通过粘接或热压的形式连接在一起，该连接在一起的部分区域为不完全连续区域，比如两个表面的若干个点或若干个线或若干个块连接在一起。如果想要公共电极51与高分子聚合物绝缘层52之间形成摩擦界面，可采用印刷的方式按照一定的排列组合形式将按键电极41印刷在高分子聚合物绝缘层52的上表面上。高分子聚合物绝缘层52和公共电极51相对的两个表面的部分区域通过粘接或热压的形式连接在一起，该连接在一起的部分区域为不完全连续区域，比如两个表面的若干个点或若干个线或若干个块连接在一起。上述摩擦界面的连接方式，一方面使整个柔性薄膜键盘的稳固性良好，不会发生层间结构偏移；另一方面使形成摩擦界面的两个表面可接触摩擦，产生电信号。
当柔性薄膜键盘的某个按键按下时，该按键区域对应的按键电极41、高分子聚合物绝缘层52和公共电极51发生机械形变，机械形变导致按键电极41和高分子聚合物绝缘层52接触摩擦，或者导致高分子聚合物绝缘层52和公共电极51接触摩擦，从而在按键电极41和公共电极51之间产生电信号，该电信号传递至信号处理电路进行处理，处理后的电信号输出给电子产品，使电子产品能够识别对应按键的按下动作。
本实施例中，高分子聚合物绝缘层52的上表面或下表面可设有微纳结构，微纳结构可以设置在整个面上（见图2a）或者设置在与按键区域相对应的区域上（见图2b）。有关微纳结构的其它内容可参见实施例一的描述。
可选地，高分子聚合物绝缘层52设置有微纳结构的上表面或下表面上还可以进一步设置有微框形成的阵列，上述微纳结构设置在多个空腔内。有关微框的介绍可参见前文的描述。
由上述各结构组成的柔性薄膜键盘的外层可包裹一层防水、防尘、防油的柔性保护结构，起到密封保护的作用。
有关信号处理电路的具体结构和按键电极、公共电极、高分子聚合物绝缘层、微纳结构可选自的材料参见实施例一的描述。
图7为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例五的截面结构示意图。如图7所示，该基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘包括：按键层、公共层和信号处理电路，其中，按键层包括多个互相独立的按键区域，每个按键区域对应于一个按键，每个按键区域都具有一定的几何形状，该几何形状与按键的几何形状相同。每个按键区域包括按键电极61和一层高分子聚合物绝缘层62，每个按键电极61分别通过互相独立的按键导线（图中未示出）与信号处理电路（图中未示出）连接。公共层包括公共电极71，公共电极71通过公共导线（图中未示出）与信号处理电路连接。本实施例提供的结构中，按键电极61与高分子聚合物绝缘层62之间形成摩擦界面；或者，公共电极71与高分子聚合物绝缘层62之间形成摩擦界面。
按键电极61、高分子聚合物绝缘层62和公共电极71由上至下层叠设置，高分子聚合物绝缘层62位于按键电极61与公共电极71之间，上述各层均为柔性层状结构。如果想要按键电极61与高分子聚合物绝缘层62之间形成摩擦界面，可采用印刷的方式按照一定的排列组合形式将高分子聚合物绝缘层62印刷在公共电极71的上表面上。按键电极61和高分子聚合物绝缘层62相对的两个表面的部分区域通过粘接或热压的形式连接在一起，该连接在一起的部分区域为不完全连续区域，比如两个表面的若干个点或若干个线或若干个块连接在一起。如果想要公共电极71与高分子聚合物绝缘层62之间形成摩擦界面，可采用印刷的方式将按键电极61印刷在一层高分子聚合物绝缘层的上表面上，或者可采用印刷的方式将高分子聚合物绝缘层62印刷在一层电极的下表面上，直接得到所需尺寸的按键层（即依次层叠设置的按键电极61和高分子聚合物绝缘层62）或者通过裁减或冲压的方法制得所需尺寸的按键层（即依次层叠设置的按键电极61和高分子聚合物绝缘层62）。高分子聚合物绝缘层62和公共电极71相对的两个表面的部分区域通过粘接或热压的形式连接在一起，该连接在一起的部分区域为不完全连续区域，比如两个表面的若干个点或若干个线或若干个块连接在一起。上述摩擦界面的连接方式，一方面使整个柔性薄膜键盘的稳固性良好，不会发生层间结构偏移；另一方面使形成摩擦界面的两个表面可接触摩擦，产生电信号。
当柔性薄膜键盘的某个按键按下时，该按键区域对应的按键电极61、高分子聚合物绝缘层62和公共电极71发生机械形变，机械形变导致按键电极61与高分子聚合物绝缘层62接触摩擦，或者导致公共电极71与高分子聚合物绝缘层62接触摩擦，从而在按键电极61和公共电极71之间产生电信号，该电信号传递至信号处理电路进行处理，处理后的电信号输出给电子产品，使电子产品能够识别对应按键的按下动作。
本实施例中，高分子聚合物绝缘层62的上表面或下表面可设有微纳结构，由于高分子聚合物绝缘层是分区域设置的，所以微纳结构要设置在各个区域的高分子聚合物绝缘层的上表面或下表面上。有关微纳结构的其它内容可参见实施例一的描述。
可选地，高分子聚合物绝缘层设置有微纳结构的上表面或下表面上还可以进一步设置有微框形成的阵列，上述微纳结构设置在多个空腔内。有关微框的介绍可参见前文的描述。
由上述各结构组成的柔性薄膜键盘的外层可包裹一层防水、防尘、防油的柔性保护结构，起到密封保护的作用。
有关信号处理电路的具体结构和按键电极、公共电极、高分子聚合物绝缘层、微纳结构可选自的材料参见实施例一的描述。
图8为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例六的截面结构示意图。如图8所示，该基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘包括：按键层、公共层和信号处理电路，其中，按键层包括多个互相独立的按键区域，每个按键区域对应于一个按键，每个按键区域都具有一定的几何形状，该几何形状与按键的几何形状相同。每个按键区域包括按键电极81和两层高分子聚合物绝缘层（分别为第一高分子聚合物绝缘层82和第二高分子聚合物绝缘层83），每个按键电极81分别通过互相独立的按键导线（图中未示出）与信号处理电路（图中未示出）连接。公共层包括公共电极91，公共电极91通过公共导线（图中未示出）与信号处理电路连接。本实施例提供的结构中，两层高分子聚合物绝缘层之间形成摩擦界面。
按键电极81、第一高分子聚合物绝缘层82、第二高分子聚合物绝缘层83和公共电极91由上至下层叠设置，两层高分子聚合物绝缘层位于按键电极81与公共电极91之间，上述各层均为柔性层状结构。采用印刷的方式将按键电极81印刷在一层高分子聚合物绝缘层的上表面上，或者采用印刷的方式将第一高分子聚合物绝缘层82印刷在一层电极的下表面上，直接得到所需尺寸的按键层（即依次层叠设置的按键电极81和第一高分子聚合物绝缘层82）或者通过裁减或冲压的方法制得所需尺寸的按键层（即依次层叠设置的按键电极81和第一高分子聚合物绝缘层82）；采用印刷的方式按照一定的排列组合形式将第二高分子聚合物绝缘层83印刷在公共电极91的上表面上。第一高分子聚合物绝缘层82和第二高分子聚合物绝缘层83相对的两个表面的部分区域通过粘接或热压的形式连接在一起，该连接在一起的部分区域为不完全连续区域，比如两个表面的若干个点或若干个线或若干个块连接在一起。上述摩擦界面的连接方式，一方面使整个柔性薄膜键盘的稳固性良好，不会发生层间结构偏移；另一方面使形成摩擦界面的两个表面可接触摩擦，产生电信号。
当柔性薄膜键盘的某个按键按下时，该按键区域对应的按键电极81、第一高分子聚合物绝缘层82、第二高分子聚合物绝缘层83和公共电极91发生机械形变，机械形变导致第一高分子聚合物绝缘层82和第二高分子聚合物绝缘层83接触摩擦，从而在按键电极82和公共电极91之间产生电信号，该电信号传递至信号处理电路进行处理，处理后的电信号输出给电子产品，使电子产品能够识别对应按键的按下动作。
本实施例中，第一高分子聚合物绝缘层82和第二高分子聚合物绝缘层83相对的两个表面的至少一个表面设有微纳结构，由于两层高分子聚合物绝缘层是分区域设置的，所以微纳结构要设置在各个区域的高分子聚合物绝缘层的表面上。有关微纳结构的其它内容可参见实施例一的描述。
可选地，在第一高分子聚合物绝缘层82和第二高分子聚合物绝缘层83的两个相对的表面中的至少一个表面上设置微纳结构的基础上，还可以在第一高分子聚合物绝缘层82和第二高分子聚合物绝缘层83的两个相对的表面中的至少一个表面上设置微框形成的阵列，上述微纳结构设置在多个空腔内，具体地，微纳结构设置在空腔内的第一高分子聚合物绝缘层82和/或第二高分子聚合物绝缘层83的表面上。有关微框的介绍可参见前文的描述。
由上述各结构组成的柔性薄膜键盘的外层可包裹一层防水、防尘、防油的柔性保护结构，起到密封保护的作用。
有关信号处理电路的具体结构和按键电极、公共电极、第一和第二高分子聚合物绝缘层、微纳结构可选自的材料参见实施例一的描述。
图9为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例七的截面结构示意图。如图9所示，该基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘包括：按键层、公共层和信号处理电路，其中，按键层包括多个互相独立的按键区域，每个按键区域对应于一个按键，每个按键区域都具有一定的几何形状，该几何形状与按键的几何形状相同。每个按键区域包括按键电极101和第一高分子聚合物绝缘层102，每个按键电极101分别通过互相独立的按键导线（图中未示出）与信号处理电路（图中未示出）连接。公共层包括公共电极111和第二高分子聚合物绝缘层112，公共电极111通过公共导线（图中未示出）与信号处理电路连接。本实施例提供的结构中，第一高分子聚合物绝缘层102和第二高分子聚合物绝缘层112之间形成摩擦界面。
按键电极101、第一高分子聚合物绝缘层102、第二高分子聚合物绝缘层112和公共电极111由上至下层叠设置，第一高分子聚合物绝缘层102位于按键电极101与公共层的第二高分子聚合物绝缘层112之间，第二高分子聚合物绝缘层112位于按键层的第一高分子聚合物绝缘层102与公共电极111之间。上述各层均为柔性层状结构。可选地，采用印刷的方式将公共电极111印刷在第二高分子聚合物绝缘层112的下表面上，或者采用印刷的方式将第二高分子聚合物绝缘层112印刷在公共电极111的上表面上。采用印刷的方式将按键电极101印刷在一层高分子聚合物绝缘层的上表面上，或者采用印刷的方式将第一高分子聚合物绝缘层102印刷在一层电极的下表面上，直接得到所需尺寸的按键层（即依次层叠设置的按键电极101和第一高分子聚合物绝缘层102）或者通过裁减或冲压的方法制得所需尺寸的按键层（即依次层叠设置的按键电极101和第一高分子聚合物绝缘层102）；采用印刷的方式将第二高分子聚合物绝缘层112印刷在公共电极111的上表面上。第一高分子聚合物绝缘层102和第二高分子聚合物绝缘层112相对的两个表面的部分区域通过粘接或热压的形式连接在一起，该连接在一起的部分区域为不完全连续区域，比如两个表面的若干个点或若干个线或若干个块连接在一起。上述摩擦界面的连接方式，一方面使第一高分子聚合物绝缘层102和按键电极101粘接在一起且稳固性良好，不会发生层间结构偏移。另一方面使形成摩擦界面的两个表面可接触摩擦，产生电信号。
当柔性薄膜键盘的某个按键按下时，该按键区域对应的按键电极101、第一高分子聚合物绝缘层102、第二高分子聚合物绝缘层112和公共电极111发生机械形变，机械形变导致第一高分子聚合物绝缘层102和第二高分子聚合物绝缘层112接触摩擦，从而在按键电极101和公共电极111之间产生电信号，该电信号传递至信号处理电路进行处理，处理后的电信号输出给电子产品，使电子产品能够识别对应按键的按下动作。
本实施例中，第一高分子聚合物绝缘层102和第二高分子聚合物绝缘层112相对的两个表面的至少一个表面设有微纳结构。由于第一高分子聚合物绝缘层102是分区域设置的，所以微纳结构要设置在各个区域的第一高分子聚合物绝缘层102的表面上。第二高分子聚合物绝缘层112的微纳结构可以设置在整个面上（见图2a）或者设置在与按键区域对应的区域（见图2b）。有关微纳结构的其它内容可参见实施例一的描述。
可选地，在第一高分子聚合物绝缘层102和第二高分子聚合物绝缘层112的两个相对的表面中的至少一个表面上设置微纳结构的基础上，还可以在第一高分子聚合物绝缘层102和第二高分子聚合物绝缘层112的两个相对的表面中的至少一个表面上设置微框形成的阵列，上述微纳结构设置在多个空腔内，具体地，微纳结构设置在空腔内的第一高分子聚合物绝缘层102和/或第二高分子聚合物绝缘层112的表面上。有关微框的介绍可参见前文的描述。
由上述各结构组成的柔性薄膜键盘的外层可包裹一层防水、防尘、防油的柔性保护结构，起到密封保护的作用。
有关信号处理电路的具体结构和按键电极、公共电极、第一和第二高分子聚合物绝缘层、微纳结构可选自的材料参见实施例一的描述。
图10为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘的实施例八的截面结构示意图，该柔性薄膜键盘是由金属线作为电极和并由金属线形成微纳结构。如图10所示，该基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘包括：按键层、公共层和信号处理电路。
按键层包括多个互相独立的按键区域，每个按键区域对应于一个按键，每个按键区域都具有一定的几何形状，该几何形状与按键的几何形状相同。每个按键区域包括第一金属线基底层121、形成在第一金属线基底层121一侧表面上的第一金属线122以及设置在第一金属线基底层121具有第一金属线122的一侧表面上的第一高分子聚合物绝缘层123，第一金属线122作为按键电极分别通过互相独立的按键导线（图中未示出）与信号处理电路（图中未示出）连接。公共层包括第二金属线基底层131、形成在第二金属线基底层131一侧表面上的第二金属线132以及设置在第二金属线基底层131具有第二金属线132的一侧表面上的第二高分子聚合物绝缘层133，第二金属线132作为公共电极通过公共导线与信号处理电路连接。第一高分子聚合物绝缘层123和第二高分子聚合物绝缘层133之间形成摩擦界面。
形成有第一金属线122的第一金属线基底层121、第一高分子聚合物绝缘层123、第二高分子聚合物绝缘层133以及形成有第二金属线132的第二金属线基底层131由上至下层叠设置，上述各层均为柔性层状结构。可选地，采用涂覆或丝网印刷的方法将金属浆料涂覆或印刷在第一和第二金属线基底层的表面上，形成第一和第二金属线；或者，采用热压的方法将第一和第二金属线分别嵌入到第一和第二金属线基底层的表面上；然后，采用旋转涂覆、刮涂、印刷或静电喷涂等方法将上述形成高分子聚合物绝缘层的材料分别涂覆在第一和第二金属线基底层的具有第一和第二金属线的一侧表面上，形成具有微纳结构的第一和第二高分子聚合物绝缘层，然后将上述第一金属线基底层、第一金属线和第一高分子聚合物绝缘层形成的整体通过裁减或冲压的方法制得所需尺寸的按键层。第一高分子聚合物绝缘层123和第二高分子聚合物绝缘层133相对的两个表面的部分区域通过粘接或热压的形式连接在一起，该连接在一起的部分区域为不完全连续区域，比如两个表面的若干个点或若干个线或若干个块连接在一起。一方面，第一高分子聚合物绝缘层123和第二高分子聚合物绝缘层133的部分区域连接在一起，使得整个柔性薄膜键盘的稳固性良好，不会发生层间结构偏移；另一方面，当第一高分子聚合物绝缘层123和第二高分子聚合物绝缘层133受到压力作用时，第一高分子聚合物绝缘层123和第二高分子聚合物绝缘层133没有连接在一起的区域可接触摩擦，产生电信号。
当柔性薄膜键盘的某个按键按下时，该按键区域对应的第一金属线基底层121、第一金属线122、第一高分子聚合物绝缘层123、第二高分子聚合物绝缘层133、第二金属线132和第二金属线基底层131发生机械形变，机械形变导致第一高分子聚合物绝缘层123和第二高分子聚合物绝缘层133接触摩擦，从而在第一金属线122和第二金属线132之间产生电信号，该电信号传递至信号处理电路进行处理，处理后的电信号输出给电子产品，使电子产品能够识别对应按键的按下动作。
如图10所示，第一和第二金属线为一种纵向的条纹状结构，本实用新型不仅限于此，金属线还可以为井字状结构、Z状结构、叉指状结构、菱形状结构或轮胎花纹状结构。以条纹状结构为例，每种条纹的形状根据金属线的制备方法不同而不同。如果采用涂覆或丝网印刷的方法在金属线基底层的表面上涂覆或印刷金属线，那么所形成的金属线条纹的截面为矩形，该矩形的宽度和高度都为纳米级至微米级，优选为500nm至500μm。如果采用热压的方法将金属线嵌入到金属线基底层的表面上，那么所形成的金属线条纹的截面为圆形，该圆形的直径为纳米级至微米级，优选为500nm至500μm。这些条纹状结构的金属线之间的间距为纳米级至微米级，优选为100nm至10mm。
由上述各结构组成的柔性薄膜键盘的外层可包裹一层防水、防尘、防油的柔性保护结构，起到密封保护的作用。
第一和第二金属线基底层的材料可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者再生聚乙烯对苯二甲酸酯(PETE)，也可以为能通过热压实现金属布线的材料，例如热塑性材料：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗称有机玻璃)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙(Nylon)、聚碳酸酯(PC)和聚氨酯(PU)中的任意一种。第一和第二金属线基底层需要耐高温100℃以上
第一和第二金属线的材料可以为金属或合金，其中金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。
有关信号处理电路的具体结构、第一和第二高分子聚合物绝缘层可选自的材料参见实施例一的描述。
作为另一种实施方式，图10所示的结构中的第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层可以去掉或只留一层，具体参见图11、图12和图13对应所示的实施例九、十和十一。
如图11所示，该结构中没有第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层，第一金属线基底层121具有第一金属线122的一侧表面与第二金属线基底层131具有第二金属线132的一侧表面形成摩擦界面。
如图12所示，该结构中没有第二高分子聚合物绝缘层。第一高分子聚合物绝缘层123与第二金属线基底层131具有第二金属线132的一侧表面形成摩擦界面。
如图13所示，该结构中没有第一高分子聚合物绝缘层。第一金属线基底层121具有第一金属线122的一侧表面与第二高分子聚合物绝缘层133形成摩擦界面。
在图11、图12和图13所示的结构中，形成摩擦界面的两个表面的部分区域固接在一起。
在上述图10、图11、图12和图13所示的结构中，都是将金属线用作按键电极或公共电极，本实用新型不仅限于此，也可以在上述结构的基础上，继续在金属线基底层不具有金属线的一侧表面上制备金属电极作为按键电极或公共电极使用。
以上各实施例提供的柔性薄膜键盘可以应用于很多电子产品上，参见图14、图15和图16。
图14为本实用新型提供的基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘作为标准键盘的示意图。如图14所示，这种标准键盘可以应用于PC上，PC作为电子产品本体和该标准键盘电连接。这样的标准键盘具有超薄、超轻、可折叠、便于携带和输入感觉良好的特点。
图15为本实用新型提供的电子产品的一实施例的示意图。现有的平板电脑使用的键盘为平板电脑自身的触屏键盘，其会占用很大屏幕空间，且输入感觉不佳；由此产生了集成有键盘的平板电脑保护套，能够解决上述问题，但因为键盘采用硬质塑料键盘或厚度较厚的薄膜键盘，这样使保护套的整体体积增大、重量增加。图15中将本实用新型提供的柔性薄膜键盘集成在平板电脑保护套上，与电子产品本体（即平板电脑本体）电连接，基本上不会占用多余的空间。
图16为本实用新型提供的电子产品的另一实施例的示意图。现有的手机键盘存在的技术问题与平板电脑键盘类似。由于手机的体积更小，基于本实用新型提供的柔性薄膜键盘可折叠的性质，键盘可折叠的设置在手机保护套上，与电子产品本体（即手机本体）电连接，用户使用时只需展开键盘就可以享受到大尺寸键盘的输入体验。
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。
Claims (23)
1.一种基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘，其特征在于，包括：按键层、公共层以及信号处理电路；所述按键层包括多个互相独立的按键区域，每个按键区域对应于一个按键；每个按键区域包括按键电极，每个按键电极分别通过互相独立的按键导线与信号处理电路连接；所述公共层包括公共电极，所述公共电极通过公共导线与信号处理电路连接；
其中，所述按键层与所述公共层之间形成摩擦界面；或者，所述公共层包括形成摩擦界面的结构；或者，所述按键层包括形成摩擦界面的结构。
2.根据权利要求1所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述公共层还包括位于所述按键层与所述公共电极之间的一层高分子聚合物绝缘层；
其中，所述按键电极与所述高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面；或者，所述公共电极与所述高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
3.根据权利要求1所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述每个按键区域还包括位于所述按键电极与所述公共层之间的一层高分子聚合物绝缘层；
其中，所述按键电极与所述高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面；或者，所述公共电极与所述高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
4.根据权利要求1所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述公共层还包括位于所述按键层与所述公共电极之间的两层高分子聚合物绝缘层；
其中，所述两层高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
5.根据权利要求1所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述每个按键区域还包括位于所述按键电极与所述公共层之间的两层高分子聚合物绝缘层；
其中，所述两层高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
6.根据权利要求1所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述每个按键区域还包括位于所述按键电极与所述公共层之间的一层第一高分子聚合物绝缘层，所述公共层还包括位于所述按键层与所述公共电极之间的一层第二高分子聚合物绝缘层；
其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
7.根据权利要求2-6任一项所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设有微纳结构。
8.根据权利要求7所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述微纳结构设置在形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面的整个面上；或者，所述微纳结构设置在形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上与所述按键区域对应的区域。
9.根据权利要求7所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设置有微框形成的阵列，每个微框是中空的柱形结构使得所述摩擦界面的两层之间形成多个空腔；所述微纳结构设置在多个空腔内。
10.根据权利要求8所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设置有微框形成的阵列，每个微框是中空的柱形结构使得所述摩擦界面的两层之间形成多个空腔；所述微纳结构设置在多个空腔内。
11.根据权利要求9所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述微纳结构的凸起高度为10μm-500μm；每个微框的边长尺寸或直径尺寸为0.1cm-3cm，高度为20μm-510μm；每个微框的高度比微纳结构的凸起高度高10μm-500μm。
12.根据权利要求10所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述微纳结构的凸起高度为10μm-500μm；每个微框的边长尺寸或直径尺寸为0.1cm-3cm，高度为20μm-510μm；每个微框的高度比微纳结构的凸起高度高10μm-500μm。
13.根据权利要求1所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述每个按键区域包括第一金属线基底层以及形成在所述第一金属线基底层一侧表面上的第一金属线，所述第一金属线为所述按键电极；所述公共层包括第二金属线基底层以及形成在所述第二金属线基底层一侧表面上的第二金属线，所述 第二金属线为所述公共电极。
14.根据权利要求13所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述第一金属线基底层上具有第一金属线的一侧表面与所述第二金属线基底层上具有第二金属线的一侧表面形成所述摩擦界面。
15.根据权利要求13所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述每个按键区域还包括设置在所述第一金属线基底层上具有第一金属线的一侧表面上的高分子聚合物绝缘层；
其中，所述高分子聚合物绝缘层与所述第二金属线基底层上具有第二金属线的一侧表面形成所述摩擦界面。
16.根据权利要求13所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述公共层还包括设置在所述第二金属线基底层上具有第二金属线的一侧表面上的高分子聚合物绝缘层；
其中，所述高分子聚合物绝缘层与所述第一金属线基底层上具有第一金属线的一侧表面形成所述摩擦界面。
17.根据权利要求13所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述每个按键区域还包括设置在所述第一金属线基底层上具有第一金属线的一侧表面上的第一高分子聚合物绝缘层；所述公共层还包括设置在所述第二金属线基底层上具有第二金属线的一侧表面上的第二高分子聚合物绝缘层；
其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层之间形成所述摩擦界面。
18.根据权利要求2-6任一项所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，形成所述摩擦界面的两个表面的部分区域固接在一起。
19.根据权利要求7所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，形成所述摩擦界面的两个表面的部分区域固接在一起。
20.根据权利要求8-17任一项所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，形成所述摩擦界面的两个表面的部分区域固接在一起。
21.根据权利要求1所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，所述信号处理电路包括与所述按键导线和公共导线连接的采集电路、与所述采集电路连接 的滤波电路、与所述滤波电路连接的信号放大电路以及与所述信号放大电路连接的微处理器。
22.根据权利要求1所述的柔性薄膜键盘，其特征在于，还包括：用于包裹所述按键层、公共层和信号处理电路的柔性保护结构。
23.一种电子产品，包括电子产品本体以及上述权利要求1-22任一项所述的柔性薄膜键盘，所述电子产品本体与所述柔性薄膜键盘电连接。
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|---|---|---|---|
| CN201320646827.0U CN203616721U (zh) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | 基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘及电子产品 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
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Cited By (2)
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| CN104571551A (zh) * | 2013-10-18 | 2015-04-29 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘及电子产品 |
| CN104571551B (zh) * | 2013-10-18 | 2017-12-26 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 基于摩擦发电机的柔性薄膜键盘及电子产品 |
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