TW202046075A - 球形觸控裝置 - Google Patents

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Abstract

一種球形觸控裝置，包括：基底，所述基底為球殼形，所述基底包括相背設置的內表面和外表面，所述內表面設置於所述基底靠近所述基底的球心的一側，所述外表面設置於所述基底遠離所述基底的球心的一側；支撐層，所述支撐層設置於所述外表面，所述支撐層為彈性材料；第一導電層，所述第一導電層設置於所述支撐層遠離所述基底一側，所述第一導電層包括多個電極單元，所述電極單元用於感測觸摸位置；以及，第二導電層，所述第二導電層設置於所述內表面。

Description

球形觸控裝置
本發明涉及觸控技術領域，涉及球形觸控裝置。
近年來，隨著技術的進步，觸控模組的用途已越來越廣，從常見的提款機、智慧型手機、平板電腦、到工業用的觸控電腦等等。然，目前市場上主流的觸控模組多為直板型，另有少數觸控模組的曲面為僅邊緣具有一定曲率的2.5D結構，擁有大曲率曲面（如球形曲面或橢球形曲面）的觸控模組較為少見。
習知技術中，對於大曲率曲面的觸控模組的記載較少，涉及其具體結構、製作方法的技術還有待完善。具體地，球形曲面的預期應用範圍廣泛，且球形曲面的應用場景與傳統的直板型存在一定差異，設計一種應用廣泛、製作方便且成本低廉的球形觸控裝置是本領域技術人員需要解決的技術問題。
有鑑於此，本發明提供一種球形觸控裝置。
一種球形觸控裝置，包括：
基底，所述基底為球殼形，所述基底包括相背設置的內表面和外表面，所述內表面設置於所述基底靠近所述基底的球心的一側，所述外表面設置於所述基底遠離所述基底的球心的一側；
支撐層，所述支撐層設置於所述外表面，所述支撐層為彈性材料；
第一導電層，所述第一導電層設置於所述支撐層遠離所述基底一側，所述第一導電層包括多個電極單元，所述電極單元用於感測觸摸位置；以及
第二導電層，所述第二導電層設置於所述內表面。
於一實施例中，所述第一導電層包括一基材，所述基材設置於所述支撐層遠離所述基底的表面，多個所述電極單元設置於所述基材遠離所述支撐層一側。
於一實施例中，所述電極單元包括至少一個第一子電極及一個第二子電極，所述第一子電極及所述第二子電極為導電材料。
於一實施例中，所述第一子電極及所述第二子電極間隔設置，所述第一子電極與所述第二子電極無電性連接，所述第一子電極與所述第二子電極之間存在由所述第一子電極與所述第二子電極中的一個指向另一個的電場。
於一實施例中，所述第一子電極及所述第二子電極電性連接，所述第一導電層與所述第二導電層之間存在由所述第一導電層與所述第二導電層中的一個指向另一個的電場。
於一實施例中，所述第一導電層還包括第一傳導單元及第二傳導單元，所述第一傳導單元與第一子電極電性連接，所述第二傳導單元與所述第二子電極電性連接。
於一實施例中，所述球形觸控裝置還包括至少一個導通孔及至少一個固定件，所述導通孔貫穿所述基底，所述固定件的至少部分設置於所述導通中。
於一實施例中，所述球形觸控裝置還包括一中央處理元件，所述中央處理元件設置於所述基底遠離所述第一導電層一側，所述第一傳導單元及所述第二傳導單元藉由所述導通孔與所述中央處理元件電性連接。
於一實施例中，所述第二導電層與所述中央處理元件電性連接，所述第二導電層的電勢為零。
於一實施例中，所述第一導電層的數量為多個，多個所述第一導電層彼此相連拼接覆蓋於所述支撐層表面。
本發明的球形觸控裝置，可以對觸摸位置及觸摸壓力進行感測。
附圖中示出了本發明的實施例，本發明可以藉由多種不同形式實現，而並不應解釋為僅局限於這裡所闡述的實施例。相反，提供這些實施例是為了使本發明更為全面和完整的公開，並使本領域的技術人員更充分地瞭解本發明的範圍。為了清晰可見，在圖中，層和區域的尺寸被放大了。
可以理解，儘管第一、第二等這些術語可以在這裡使用來描述各種元件、元件、區域、層和/或部分，但這些元件、元件、區域、層和/或部分不應僅限於這些術語。這些術語只是被用來區分元件、元件、區域、層和/或部分與另外的元件、元件、區域、層和/或部分。因此，只要不脫離本發明的教導，下面所討論的第一部分、元件、區域、層和/或部分可以被稱為第二元件、元件、區域、層和/或部分。
這裡所用的專有名詞僅用於描述特定的實施例而並非意圖限定本發明。如這裡所用的，單數形式“一”、“一個”和“該”也意圖涵蓋複數形式，除非上下文清楚指明是其它情況。還應該理解，當在說明書中使用術語“包含”、“包括”時，指明了所述特徵、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在。
這裡參考剖面圖描述本發明的實施例，這些剖面圖是本發明理想化的實施例（和中間構造）的示意圖。因而，由於製造工藝和/或公差而導致的圖示的形狀不同是可以預見的。因此，本發明的實施例不應解釋為限於這裡圖示的區域的特定形狀，而應包括例如由於製造而產生的形狀的偏差。圖中所示的區域本身僅是示意性的，它們的形狀並非用於圖示裝置的實際形狀，並且並非用於限制本發明的範圍。
除非另外定義，這裡所使用的所有術語（包括技術和科學術語）具有與本發明所述領域的普通技術人員所通常理解的含義相同的含義。還應當理解，比如在通用的辭典中所定義的那些的術語，應解釋為具有與它們在相關領域的環境中的含義相一致的含義，而不應以過度理想化或過度正式的含義來解釋，除非在本文中明確地定義。
下面參照附圖，對本發明的具體實施方式作進一步的詳細描述。
如圖1所示，為本發明一實施例的球形觸控裝置10的立體示意圖。如圖2所示，為本發明一實施例的球形觸控裝置10的剖視示意圖。球形觸控裝置10包括基底14、支撐層13、第一導電層12以及第二導電層15。所述基底14為球殼形，基底14包括相背設置的內表面142和外表面141，所述內表面142設置於基底14靠近基底14的球心的一側，所述外表面141設置於基底14遠離基底14的球心的一側；所述支撐層13設置於外表面141，支撐層13為彈性材料；所述第一導電層12設置於支撐層13遠離基底14一側，第一導電層12包括多個電極單元120，所述電極單元120用於感測觸摸位置；所述第二導電層15設置於內表面142。
基底14為球形觸控裝置10的支撐結構，基底14可以為硬質材料或柔性材料，於一實施例中，基底14的材料可以為有機物，如聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、聚醯亞胺（Polyimide，PI）、聚萘二甲酸乙二醇酯（Polyethylene naphthalate two formic acid glycol ester，PEN）聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene glycol terephthalate，PET）以及環狀烯烴共聚物（Cyclo-olefin polymer，COP）；基底14的材料也可以為無機物，如二氧化矽（SiO2 ）。基底14還包括一導通孔143，於一實施例中，導通孔143的數量為兩個，兩個導通孔143設置於基底14的相對兩側，兩個導通孔143的位置大致相對於基底14的球形對稱。球形觸控裝置10還包括固定件16，於一實施例中，固定件16的數量與導通孔143的數量相同，固定件16設置於導通孔143中用於封堵導通孔143或者加固球形觸控裝置10，避免在導通孔143處出現應力破損。固定件16可以為彈性材料，其可以為橡膠、矽膠等有機材質。
支撐層13設置於外表面141，支撐層13為彈性材料，當支撐層13受到外力按壓時會發生形變，當按壓支撐層13的外力被撤銷後，支撐層13的形狀可以恢復到未被按壓時的狀態。於一實施例中，支撐層13可以海綿、橡膠、矽膠等材料。
第一導電層12設置於支撐層13遠離基底14一側，第一導電層12包括多個電極單元120、第一傳輸單元124、第二傳輸單元125以及基材126。基材126設置於支撐層13遠離基底14一側的表面，多個電極單元120設置於基材126遠離支撐層13的表面，每個第一傳輸單元124及第二傳輸單元125與多個電極單元120電性連接。第一導電層12具備觸控感測功能，可對球形觸控裝置10所接收的觸控進行感測。第一導電層12可以包含軟性電路板（Flexible Printed Circuit，FPC），該軟性電路板可藉由其表面的電路對觸摸進行感測，第一導電層12還可以為其他具備觸摸感測功能的結構，這些結構應至少包含用於感測觸摸的導電材料，如氧化銦錫（INDIUM TIN OXIDE，ITO）或者金屬網格（Metal Mesh）。第一導電層12可以整片式結構，即一片完整的第一導電層12設置於支撐層13表面，在其他實施例中，第一導電層12的數量可以為多個，多個第一導電層12彼此相連拼接覆蓋於支撐層13表面，例如，如圖4所示，第一導電層12的數量為6，如圖5所示，第一導電層12的數量為3個。
如圖3所示，每個電極單元120包括至少一個第一子電極121、一個第二子電極122及一個開關123，第一子電極121與第二子電極122間隔設置，一個開關123設置於一個第一子電極121及一個第二子電極122之間用於控制第一子電極121與第二子電極122之間的導通或者斷開，第一子電極121及第二子電極122為導電材。於一實施例中，開關123控制第一子電極121與第二子電極122斷開，第一子電極121與第二子電極122無電性連接，第一子電極121與第二子電極122之間存在由第一子電極121與第二子電極122中的一個指向另一個的電容。當使用者觸控球形觸控裝置10時，會使得部分第一子電極121及部分第二子電極122上的電荷發生轉移，進一步使得部分第一子電極121及部分第二子電極122之間的電容發生變化，藉由對這種電容的變化進行分析可以實現對使用者觸摸位置的感測。一個第一傳輸單元124與多個第一子電極121電性連接，一個第二傳輸單元125與多個第二子電極122電性連接。
第二導電層15設置於基底14的內表面142。第二導電層15可以包含軟性電路板（Flexible Printed Circuit，FPC），該軟性電路板可藉由其表面的電路對觸摸進行感測，第二導電層15還可以為其他具備觸摸感測功能的結構，這些結構應至少包含用於感測觸摸的導電材料，如氧化銦錫（INDIUM TIN OXIDE，ITO）或者金屬網格（Metal Mesh）。於一實施例中，開關123控制第一子電極121與第二子電極122導通，第一子電極121與第二子電極122電性連接保持使二者具有相同的電勢，多個電極單元120亦可具備相同的電勢，第一導電層12與第二導電層15之間存在由第一導電層12與第二導電層15中的一個指向另一個的電容。當使用者按壓球形觸控裝置10時，支撐層13發生形變使得第一導電層12與第二導電層15之間的距離發生變化，進一步使得第一導電層12與第二導電層15之間的電容發生變化，藉由對這種電容的變化進行分析可以實現對使用者觸摸壓力的感測。第二導電層15還包括一第三傳輸單元151，第三傳輸單元151與第二導電層15的本體電性連接。
球形觸控裝置10還包括一中央處理元件17，中央處理元件17設置於球形觸控裝置10內的中空區域中，具體地，中央處理元件17設置於第二導電層15遠離基底14一側，中央處理元件17大致位於基底14的球心處。於一實施例中，固定件16上設置有多個通孔，第一傳輸單元124及第二傳輸單元125藉由所述通孔延伸至球形觸控裝置10內部並分別與中央處理元件17電性連接，第三傳輸單元151與中央處理元件17電性連接，中央處理元件17可以使第二導電層15接地或者使第二導電層15的電勢為零。第一導電層12及第二導電層15所感測的電信號傳導至中央處理元件17，中央處理元件17可對第一導電層12及第二導電層15的電信號進行分析，以實現對觸摸位置及觸摸壓力的判斷。
球形觸控裝置10對觸摸位置及觸摸壓力的判斷可藉由分時驅動的方式完成，即，一個偵測週期（T）內包觸控感測時段（TM）和壓力感測時段（FM），觸控感測時段（TM）和壓力感測時段（FM）交替分佈，可藉由控制開關123的導通或斷開控制觸控感測時段（TM）和壓力感測時段（FM）的切換，當開關123斷開時球形觸控裝置10處於觸控感測時段，當開關123導通時球形觸控裝置10處於壓力感測時段，球形觸控裝置10交替進行對觸控操作和按壓操作的檢測。於一實施例中，觸控感測時段（TM）的時長占整個偵測週期（T）的總時段的三分之二，壓力感測時段（FM）的時長占整個偵測週期（T）的總時段的三分之一。
球形觸控裝置10還包括外殼11，外殼11包括第一外殼111及第二外殼112，第一外殼111及第二外殼112結構相同且對稱分佈，第一外殼111以及第二外殼112扣合以形成外殼11。將外殼11分為相互扣合的第一外殼111以及第二外殼112可使外殼11與其他元件之間的裝配提供足夠的操作空間。
可以理解，雖然上述實施例以球形觸控裝置為例進行介紹，然並非限定本發明僅能用於為球形的球形觸控裝置，本發明還可應用於其他球形觸控裝置，例如橄欖形觸控裝置等。
以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
10:球形觸控裝置 11:外殼 111:第一外殼 112:第二外殼 12:第一導電層 120:電極單元 121:第一子電極 122:第二子電極 123:開關 124:第一傳輸單元 125:第二傳輸單元 126:基材 13:支撐層 14:基底 141:外表面 142:內表面 143:導通孔 15:第二導電層 151:第三傳輸單元 16:固定件 17:中央處理元件
圖1為本發明一實施例的球形觸控裝置的立體示意圖。
圖2為本發明一實施例的球形觸控裝置的剖視示意圖。
圖3為本發明一實施例的球形觸控裝置的第一導電層的局部示意圖。
圖4為本發明一實施例的球形觸控裝置的第一導電層的整體示意圖。
圖5為本發明另一實施例的球形觸控裝置的第一導電層的整體示意圖。
10:球形觸控裝置
11:外殼
12:第一導電層
120:電極單元
121:第一子電極
122:第二子電極
124:第一傳輸單元
125:第二傳輸單元
126:基材
13:支撐層
14:基底
141:外表面
142:內表面
143:導通孔
15:第二導電層
151:第三傳輸單元
16:固定件
17:中央處理元件

Claims (10)

  1. 一種球形觸控裝置，其改良在於，包括： 基底，所述基底為球殼形，所述基底包括相背設置的內表面和外表面，所述內表面設置於所述基底靠近所述基底的球心的一側，所述外表面設置於所述基底遠離所述基底的球心的一側； 支撐層，所述支撐層設置於所述外表面，所述支撐層為彈性材料； 第一導電層，所述第一導電層設置於所述支撐層遠離所述基底一側，所述第一導電層包括多個電極單元，所述電極單元用於感測觸摸位置；以及 第二導電層，所述第二導電層設置於所述內表面。
  2. 如請求項1所述之球形觸控裝置，其中：所述第一導電層包括一基材，所述基材設置於所述支撐層遠離所述基底的表面，多個所述電極單元設置於所述基材遠離所述支撐層一側。
  3. 如請求項2所述之球形觸控裝置，其中：所述電極單元包括至少一個第一子電極及至少一個第二子電極，所述第一子電極及所述第二子電極為導電材料。
  4. 如請求項3所述之球形觸控裝置，其中：所述第一子電極及所述第二子電極間隔設置，所述第一子電極與所述第二子電極無電性連接，所述第一子電極與所述第二子電極之間存在由所述第一子電極與所述第二子電極中的一個指向另一個的電容。
  5. 如請求項3所述之球形觸控裝置，其中：所述第一子電極及所述第二子電極電性連接，所述第一導電層與所述第二導電層之間存在由所述第一導電層與所述第二導電層中的一個指向另一個的電容。
  6. 如請求項3所述之球形觸控裝置，其中：所述第一導電層還包括第一傳導單元及第二傳導單元，所述第一傳導單元與第一子電極電性連接，所述第二傳導單元與所述第二子電極電性連接。
  7. 如請求項5或6所述之球形觸控裝置，其中：所述球形觸控裝置還包括至少一個導通孔及至少一個固定件，所述導通孔貫穿所述基底，所述固定件的至少部分設置於所述導通中。
  8. 如請求項7所述之球形觸控裝置，其中：所述球形觸控裝置還包括一中央處理元件，所述中央處理元件設置於所述基底遠離所述第一導電層一側，所述第一傳導單元及所述第二傳導單元藉由所述導通孔與所述中央處理元件電性連接。
  9. 如請求項8所述之球形觸控裝置，其中：所述第二導電層與所述中央處理元件電性連接，所述第二導電層的電勢為零。
  10. 如請求項8所述之球形觸控裝置，其中：所述第一導電層的數量為多個，多個所述第一導電層彼此相連拼接覆蓋於所述支撐層表面。
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