CN204303629U - 一种感应式薄膜开关 - Google Patents

Abstract

一种感应式薄膜开关，包括面板层和感应层，所述感应层包括薄膜基材以及设在薄膜基材表面的感应电极和连接电路，感应电极包括第一电极和第二电极，薄膜基材还设有插件接口，第一电极和第二电极通过对应的连接电路连接到插件接口。所述感应电极阵列式分布，第一电极按列分组连接在一起，第二电极按行分组连接在一起，各列之间、各行之间以及行列的连接电路互不连通。本实用新型的感应式薄膜开关利用信号组合进行控制，m×n(m、n均为自然数)矩阵式行列分布的感应电极可以用m+n条连接电路可实现m×n种功能控制。本实用新型的感应式薄膜开关能带给用户更佳的触控体验，且结构简单、成本低廉、工作可靠、使用寿命长以及安装灵活。

Description

一种感应式薄膜开关

技术领域

本发明涉及一种薄膜开关，尤其是涉及一种感应式薄膜按键开关，应用于电气控制领域。

背景技术

薄膜开关是集按键功能、指示元件、仪器面板为一体的一个操作系统，广泛应用于电子通讯、电子测量的仪器，工业控制，医疗设备，汽车工业，智能玩具，家用电器等领域。传统薄膜开关多为轻触接通式常开开关，由面板、上电路、隔离层、下电路四部分组成。按下薄膜开关，上电路的触点向下变形，与下电路的极板接触导通，手指松开后，上电路触点反弹回来，电路断开，回路触发一个信号，控制设备的运行。基于传统薄膜开关的工作原理和结构特点，其操作需要压力，用户操作体验不如触摸技术，不适合曲面产品的使用，而且经一段时间运行后，易产生回弹失效、触点电火花腐蚀等缺陷，可靠性相对较低，使用寿命相对较短。

CN201887740U公开了一种电容感应式薄膜开关，最先提出了电容式感应薄膜开关的结构，将电容感应式工作原理应用于薄膜开关，采用按键单电极感应，要求每个按键有一条单独的连接电路连接到插件接口，在按键较多的情况下，会导致插件接口宽度过大。

CN103474278A则公开了一种节能型薄膜开关，设有面板层、电路感应板、隔离层和电路板四层主体结构，其工作原理与CN201887740U相同，同样采用按键单电极感应方式。该薄膜开关每个感应键下的电路板对应位置均需要一条连接电路连接到插件接口，在按键个数较多的情况下，连接电路的布线较为复杂，对于功能繁多、运行复杂的仪器仪表等产品，同样难以实现精细控制。该发明的感应键数量限定为16个，可以分为上下两层连接电路接到插件接口，不会导致插件接口过宽，但如果按键数量更多，则需要加大插件接口宽度。而且，此种薄膜开关的层数较多，包括面板层、电路感应板、隔离层和电路板，制造成本较高。

当前，仪器仪表、工业控制、医疗设备、家用电器等的结构越来越紧凑，功能越来越多，运行越来越复杂，薄膜开关的按键数量相应增加，无论是传统的轻触接通式薄膜开关还是现有的感应式薄膜开关都难以完全满足需要。

发明内容：

针对传统轻触接通式薄膜开关以及现有感应式薄膜开关存在的缺陷，本发明研究一种结构更为简单、工作更为可靠、寿命更为长久、成本更为低廉的薄膜开关，并且可以满足各类设备对薄膜开关精细控制的更高要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种感应式薄膜开关，包括面板层和感应层，所述感应层包括薄膜基材以及设在薄膜基材表面的感应电极和连接电路，感应电极包括第一电极和第二电极，薄膜基材还设有插件接口，第一电极和第二电极通过对应的连接电路连接到插件接口。

感应电极阵列式分布；第一电极按列分组，每列电极由连接电路连接在一起，各列之间的连接电路互不连通；第二电极按行分组，每行电极由连接电路连接在一起，各行之间的连接电路互不连通；第一电极的连接电路和第二电极的连接电路互不连通。

所述第一电极、第二电极和对应的连接电路为导电油墨，是采用丝网印刷工艺将导电油墨印刷在薄膜基材上形成的电路层。

所述面板层和感应层之间还设有胶粘层，胶粘层的作用是将面板层和感应层紧密贴合在一起，面板层和感应层也可以通过热熔技术直接紧密贴合在一起；所述面板层设有按键，按键是印刷、压制或粘贴在面板上的图案，按键下方分别对应有第一电极和第二电极。

所述面板层的材料为PC、PET、PMMA、复合板或玻璃中的一种。

本发明的感应式薄膜开关结构简单，面板层和感应层的贴合装配在一起后，经冲切成形即可完成加工，感应层的下方还设有胶粘层，用来将薄膜开关贴合安装在被控制的设备上。

为进一步提高本发明的实用性，本发明对技术方案做了进一步完善。

作为基本方案，所述薄膜基材为单层，薄膜基材的一个表面设有第一电极、第二电极和连接电路。为避免处在同一表面的第一电极的连接电路和第二电极的连接电路的交叉短路，需要采用电路架桥设计技术。

作为优选方案，所述薄膜基材为单层，薄膜基材的一个表面设有第一电极及其连接电路，另一个表面设有第二电极及其连接电路。这种设置将感应电极的第一电极、第二电极及其各自对应的连接电路分别布置在两个面上，可以避免连接电路架桥设计，简化连接电路设计，从而在有限的安装面积内布置更多的感应电极和按键，有利于功能较多、运行复杂的设备的控制，在实现精细控制同时降低制作成本。

作为替代方案，所述薄膜基材为叠层，两层薄膜基材贴合在一起，第一层薄膜基材的一个表面设有第一电极及其对应的连接电路，第二层薄膜基材的一个表面设有第二电极及其对应的连接电路。在这种情况下，感应电极和对应的连接电路既可以设在各自所在层薄膜基材的正面，也可设在各自所在层薄基材的反面，还可以将第一电极及其连接电路设置在第一层薄膜基材的正面(或反面)将第二电极及其连接电路设置在第二层薄膜基材的反面(或正面)，都可以实现对设备的感应控制。

本发明的控制方法如下：

(1)在通电状态下，每个按键下的感应电极即第一电极和第二电极之间形成特定电容；

(2)操作物体比如人的手指但不限于手指接触到面板层的某一个开关按键，即在对应的感应电极上面增加了一个新的电容；

(3)新电容导致第一电极和第二电极之间的电容变化，第一电极和第二电极均产生变化的电信号，这种变化的电信号可以是电流，也可以是电压、频率或相位等；

(4)第一电极和第二电极的电信号通过插件接口传送到控制芯片各自对应的引脚，形成一对信号组合，每个按键下的感应电极均可产生一对信号组合；

(5)芯片通过对按键产生的信号组合进行操作功能判断，发出相应的控制代码，实现不同功能的运行控制。例如，如果按键按m×n(m、n均为自然数)矩阵式行列分布，根据本发明的技术方案，将对应有m×n个感应电极，第一电极有n列连接电路，第二电极有m行连接线路，总的连接电路条数为m+n，而制芯片会接受到感应电极产生的m×n对不同的信号组合，一对信号组合实现一种运行功能，即用m+n条连接电路可实现m×n种功能控制，有效地减少了连接电路的数量。

本发明的感应式薄膜开关的连接电路设计简单，能在有限面积内尽可能多地布置按键，有利于实现被控设备的精细控制，具有组合控制的特点；本发明的感应式薄膜开关用料少，制作简单，具有成本低廉的特点；本发明的薄膜开关的各层紧密贴合，能够防潮防尘，具有工作可靠的特点；本发明的薄膜开关不存在机械式按压触点，操作过程无损伤，具有使用寿命长的特点；本发明的薄膜开关有较好的柔韧性，能实现二维或三维曲面形状，具有安装灵活的特点。

附图说明

图1是本发明实施例的主视图。

图2是本发明实施例的感应层电路连接示意图。

图3是设在薄膜基材同一表面的感应电极结构放大示意图。

图4～图5分别是本发明基本方案实施例一和实施例二的A-A剖面结构放大示意图。

图6是本发明优选方案实施例三的A-A剖面结构放大示意图。

图7～图10分别是本发明替代方案实施例四至实施例七的A-A剖面结构放大示意图。

图11是本发明实施例八的结构示意图。

图12是本发明实施例九的感应层电路连接示意图。

图13是本发明实施例十感应层电路连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的内容作进一步的说明，更加清晰地说明本发明的技术方案。其中图3～图11的感应薄膜开关是图1中A-A剖面厚度方向上的放大图，宽度未放大，并且省略了连接电路，这种处理方式是为了较清楚地显示本发明厚度方向上的层间结构，避免过多的线条干扰。以便更明了地区分各层之间的关系。

实施例一

参见图1～图4。感应式薄膜开关包括面板层1、感应层2、将面板层1和感应层2粘贴在一起的胶粘层3以及将整个薄膜开关贴装到被控设备安装位置的胶粘层4。薄膜基材203为单层，还设有插件接口204。面板层1的材料是PC、PET、PMMA、复合板或玻璃中的一种，一般选择塑性较强的材料制作，既可以制作成平面，也可以制作成曲面。

面板层1上设有按键101，还设有显示屏102，显示屏102可显示设备的状态和运行参数。按键101为印刷、压制或粘贴在面板层1上的图案，本实施例的按键101的数量为18个，呈3列6行矩阵式排列。感应层2包括薄膜基材203以及设在薄膜基材203上表面的感应电极20，每个感应电极处于对应按键的下方，感应电极20包括第一电极201和第二电极202，第一电极201和第二电极202具有两两相对的条状突起，在通电状态下，第一电极201和第二电极202之间形成电容。

每列的第一感应电极201由连接电路211、连接电路212、连接电路213分别连接在一起，并且连接到插件接口204，每列连接电路之间互不连通。每行的第二感应电极202由连接电路221、连接电路222、连接电路223、连接电路224、连接电路225、连接电路226分别连接在一起，并且连接到插件接口204，每行连接电路之间互不连通。第一电极201、第二电极202和各连接电路是用丝网印刷工艺将导电油墨印刷在薄膜基材203上形成的电路层。基于本实施例的第一电极201和第二电极202布置在薄膜基材203的同一个表面，行连接电路和列连接电路有交叉，为避免行与列之间的连通，在交叉处采用电路架桥设计。插件接口204处的各连接电路通过被控设备的控制电路分别连接到控制芯片5的对应引脚，其中第一电极的连接电路分别连接到引脚511、引脚512和引脚513，第二电极的连接电路分别连接到引脚521、引脚522、引脚523、引脚524、引脚525和引脚526。

在操作被控设备时，操作物体如人的手指(或感应笔等)靠近或指接触到面板层1表面的按键101，操作物体与按键101下方的感应电极20形成新的电容，导致电容产生变化，并引起第一电极201和第二电极202的电信号变化，变化的电信号可以是变化的电流、电压、频率或相位中的一种或几种。每个感应电极产生一对组合信号，通过第一感应电极201和第二感应电极202分两路传输到控制芯片5的对应引脚，控制芯片5判断出每对引脚的信号输入，发出相应的控制代码，即芯片5通过判断引脚之间的组合方式发出相应的控制代码。比如，第1行第2列键位处的第一电极201的信号接入控制芯片5的引脚512，第二电极202的信号接入控制芯片引脚521，引脚512和引脚521的信号输入将触发一种控制功能。同样地，引脚513和引脚525的信号输入将触发另一种控制功能。本实施例用9条连接线路实现了18种功能控制。

按本实施例的方式，可以实现按键m×n(m、n均为自然数)矩阵式排布。例如，100个按键按10×10行列分布，依本发明的实施方案，仅用20条连接线路即可实现100种不同控制功能，极大地简化了薄膜开关设计。

实施例二

参见图1、图2、图3和图5。第一电极201和连接电路203设在薄膜基材203的下表面，其他实施方式与实施例一相同。

实施例三

参见图1、图2和图6。薄膜基材203为单层，薄膜基材203的上表面设有第一电极201及其连接电路，下表面设有第二电极202及其连接电路，第二电极202在第一电极201的下方。在通电状态下，第一电极201和第二电极202之间以薄膜基材为介质形成电容，操作物体如人的手指接触到按键101后，相当于感应电极20上串连了一个新的电容，引起第一电极201和第二电极202的电信号变化，实现对设备的控制。本实施例的方式将感应电极20的第一电极201、第二电极202及其各自对应的连接电路分别布置在薄膜基材203的上、下两个表面上，可以避免连接电路架桥设计。本实施例在薄膜基材203的上表面布置3条连接电路、下表面布6条连接电路，电路交叉处均为空间交叉，无需架桥设计。而且第一电极201和第二电极202的形状可以更为简单，可以设计成圆形、方形或其他平面实体形状，无需条状突起，极大简化了连接电路和插件接口的设计。

作为优选，本实施例的方式可以在实现精细控制同时降低制作成本。如果按键101的数量更多，例如，100个按键按10×10行列分布，按照本实施例的方式，薄膜基材203以及插件接口204的上、下表面只需分别布置10条连接电路即可，即使按键数量较多，插件接口也可以保持在正常的宽度范围内。

实施例四

参见图1、图2和图7。薄膜开关的感应层2包括两层薄膜基材203，胶粘层3将面板层1和两层薄膜基材203粘贴在一起，第一电极201及其连接电路设在第一层薄膜基材的上表面，第二电极202及其连接电路设在第二层薄膜基材的上表面。

实施例五

参见图1、图2和图8。薄膜开关设有两层薄膜基材203，第一电极201及其连接电路设第一层薄膜基材203上表面，第二电极202及其连接电路设于第二层薄膜基材203下表面。

实施例六

参见图1、图2和图9。薄膜开关设有两层薄膜基材203，第一电极201及其连接电路设在第一层薄膜基材203的下表面，第二电极202及其连接电路设在第二层薄膜基材203的下表面。

实施例七

参见图1、图2和图10。薄膜开关设有两层薄膜基材203，第一电极201及其连接电路设于第一层薄膜基材203的下表面，第二电极20及其连接电路设于第二层薄膜基材203的上表面。

实施例八

参见图1、图2和图11。薄膜开关的面板层1和感应层2直接贴合在一起，两者可以采用热熔技术粘贴在一起，之间没有增设胶粘层。

实施例九

参见图12。本实施例公开了薄膜开关感应电极20按半圆环形阵列分布时的感应层电路的连接方式。第一电极201每4个一组，分7组径向连接；第二电极202每7个一组，分4组同心圆连接，如果将径向连接看成列连接，则同心圆连接等同于行连接。依据本实施例还可实现按全圆环形、椭圆形或其它形状分布的开关按键。

实施例十

参见图13。本实施例公开了感应电极20斜向连接方式。第一电极201的连接电路与第二电极202的连接电路斜向交叉，将其中一个方向的看作列连接，则另一个方向为行连接。本实施例同时也公开了每行按键数不完全相等或每列按键数不完全相等的实施方式。

依据本发明的实施例，第一电极201、第二电极202以及各自的连接电路既可以全部设于薄膜基材203的上表面或薄膜基材203的下表面，也可以将第一电极201及其连接电路与第二电极202及其连接电路分别设于薄膜基材203的不同表面；薄膜基材203既可以是单层，也可以是两层；感应电极20既可以按矩形阵列分布，也可以按半圆环形、圆环形、椭圆形或其它图形的阵列分布；感应电极20既可以横向或竖向交叉连接，也可以斜向交叉连接；每行或每列的感应电极20的数量既可以相同，也可以不相同。本发明的实施例难以穷尽，但所有依本发明实施例的简单变形而实现的技术方案，均落入到本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种感应式薄膜开关，包括面板层和感应层，其特征在于所述感应层包括薄膜基材以及设在薄膜基材表面的感应电极和连接电路，感应电极包括第一电极和第二电极，薄膜基材还设有插件接口，第一电极和第二电极通过对应的连接电路连接到插件接口。

2.根据权利要求1所述的一种感应式薄膜开关，其特征在于所述感应电极阵列式分布；第一电极按列分组，每列电极由连接电路连接在一起，各列之间的连接电路互不连通；第二电极按行分组，每行电极由连接电路连接在一起，各行之间的连接电路互不连通；第一电极的连接电路和第二电极的连接电路互不连通。

3.根据权利要求1所述的一种感应式薄膜开关，其特征在于所述第一电极、第二电极和对应的连接电路为导电油墨，是采用丝网印刷工艺将导电油墨印刷在薄膜基材上形成的电路层。

4.根据权利要求1所述的一种感应式薄膜开关，其特征在于所述面板层和感应层之间还设有胶粘层，面板层设有按键，按键是印刷、压制或粘贴在面板上的图案，按键下方分别对应有第一电极和第二电极。

5.根据权利要求1～4之一所述的一种感应式薄膜开关，其特征在于所述面板层的材料为PC、PET、PMMA、复合板或玻璃中的一种。

6.根据权利要求1～4之一所述的一种感应式薄膜开关，其特征在于所述薄膜基材为单层，薄膜基材的一个表面设有第一电极、第二电极和连接电路。

7.根据权利要求1～4之一所述的一种感应式薄膜开关，其特征在于所述薄膜基材为单层，薄膜基材的一个表面设有第一电极及其连接电路，另一个表面设有第二电极及其连接电路。

8.根据权利要求1～4之一所述的一种感应式薄膜开关，其特征在于所述薄膜基材为叠层，两层薄膜基材贴合在一起，第一层薄膜基材的一个表面设有第一电极及其对应的连接电路，第二层薄膜基材的一个表面设有第二电极及其对应的连接电路。