TWI637596B - 觸摸感應開關及電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種觸摸感應開關，包括一蓋板、一信號接收單元和一信號發送單元，所述信號接收單元和所述信號發送單元形成在蓋板的同一側，所述信號接收單元包括一第一壓電材料層，所述第一壓電材料層的固有頻率為fR；所述信號發送單元包括一第二壓電材料層，所述第二壓電材料層的固有頻率為fT，fR和fT滿足如下關係：fR<fT×(1-10%)。本發明還提供一種使用該觸摸感應開關的電子裝置。

Description

觸摸感應開關及電子裝置

本發明涉及一種觸摸感應開關及使用該觸摸感應開關的電子裝置。

近年來，電子裝置例如手機、電腦、遊戲機等的開關按鍵或Home鍵，通常採用聲波式觸摸感應開關取代機械開關與電容式開關，聲波式觸摸感應開關具有壽命長、解析度高等優點。聲波式觸摸感應開關通常包括一信號接收單元和一信號發送單元，工作時，信號發送單元發送一聲波信號，該聲波信號穿過信號接收單元到達介面，到達介面的聲波信號部分被觸摸手指吸收，部分反射至信號接收單元，信號接收單元接收反射回來的聲波信號並轉換為電信號形成觸控資訊。目前發現，聲波信號在觸摸感應開關內部傳輸過程中的衰減極大影響觸摸感應開關的靈敏度。

鑒於以上內容，有必要提供一種降低聲波傳輸衰減的觸摸感應開關及應用該觸摸感應開關的電子裝置。

一種觸摸感應開關，包括一蓋板、一信號接收單元和一信號發送單元，所述信號接收單元和所述信號發送單元形成在蓋板的同一側，所述信號接收單元包括一第一壓電材料層，所述第一壓電材料層的固有頻率為fR；所述 信號發送單元包括一第二壓電材料層，所述第二壓電材料層的固有頻率為fT，fR和fT滿足如下關係：fR<fT×(1-10%)。

一種電子裝置，所述電子裝置具有一觸摸感應開關，所述觸摸感應開關，包括一蓋板、一信號接收單元和一信號發送單元，所述信號接收單元和所述信號發送單元形成在蓋板的同一側，所述信號接收單元包括一第一壓電材料層，所述第一壓電材料層的固有頻率為fR；所述信號發送單元包括一第二壓電材料層，所述第二壓電材料層的固有頻率為fT，fR和fT滿足如下匹配關係：fR<fT×(1-10%)。

相較於習知技術，本發明的觸摸感應開關通過對信號接收單元和信號發送單元壓電材料層的固有頻率進行匹配優化，降低信號發送單元發出的聲波信號在所述觸摸感應開關內部傳輸過程中的衰減，進而有效提高觸摸感應開關的靈敏度。

1‧‧‧觸摸感應開關

2‧‧‧電子裝置

11,21‧‧‧蓋板

12‧‧‧第一柔性印刷電路板

13‧‧‧信號接收單元

14‧‧‧隔離層

15‧‧‧信號發送單元

16‧‧‧第二柔性印刷電路板

110‧‧‧接觸面

131‧‧‧第一電極層

132‧‧‧第二電極層

151‧‧‧第三電極層

152‧‧‧第四電極層

133‧‧‧第一壓電材料層

153‧‧‧第二壓電材料層

211‧‧‧顯示區

212‧‧‧非顯示區

4‧‧‧控制模組

41‧‧‧資訊處理模組

42‧‧‧存儲模組

411‧‧‧信號接收組件

412‧‧‧資料分析組件

413‧‧‧指令生成組件

圖1為本發明第一實施例的觸摸感應開關的剖面結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例的觸摸感應開關在有、無外界觸摸情況下的輸出電壓變化的實驗測試結果資料圖。

圖3為本發明一對比實施例的觸摸感應開關在有、無外界觸摸情況下的輸出電壓變化的實驗測試結果圖。

圖4為應用圖1的觸摸感應開關的電子裝置的結構示意圖。

圖5為圖4的電子裝置中觸摸感應開關的功能模組示意圖。

本發明提供的觸摸感應開關通過調節其信號接收單元和信號發送單元的壓電材料層的固有頻率fR和fT之間的關係，來降低聲波信號在所述觸摸感應開關內部傳輸過程中的衰減。所述fR和fT滿足如下關係：fR<fT×(1-10%)。

以下通過具體實施例配合附圖進行詳細說明。

請參閱圖1，圖1為本發明第一實施例觸摸感應開關1的結構示意圖。觸摸感應開關1為聲波式觸摸感應開關，其包括依次層疊設置的一蓋板11、一第一柔性印刷電路板12、一信號接收單元13、一隔離層14、一信號發送單元15及一第二柔性印刷電路板16。所述蓋板11遠離所述信號接收單元的表面即為使用者手指觸摸的接觸面110。所述信號接收單元13通過第一柔性印刷電路板12與外部電路(圖未示)電性相連，所述信號發送單元15通過第二柔性印刷電路板16與外部電路(圖未示)電性相連。所述信號接收單元13包括一第一電極層131、一第二電極層132及夾設於所述第一電極層131與所述第二電極層132之間的一第一壓電材料層133，所述信號發送單元15包括一第三電極層151、一第四電極層152及夾設於所述第三電極層151與所述第四電極層152之間的一第二壓電材料層153。所述第二壓電材料層153的固有頻率fT與所述第一壓電材料層133的固有頻率fR滿足關係：fR<fT×(1-10%)。

所述第一壓電材料層133和所述第二壓電材料層153材料可為但不限於如下材料中的一種：聚二氟亞乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛(PZT)、鉭鈧酸鉛(PST)、石英及偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物。所述第一電極層131、第二電極層132、第三電極層151、第四電極層152可以由導電率較好的金屬材料製成，例如，鋁、銅、鎳、金等高導電率材料，還可以由如透明氧化物導電材料(如氧化銦錫、氧化銦鋅)、銀、碳納米管或石墨烯等導電材料製成，但不限於以上材料。

所述隔離層14可為電絕緣材料，如電絕緣樹脂等。較佳地，所述隔離層14的厚度取所述信號接收單元和所述信號發送單元二者厚度較小者厚度的十分之一。

當觸摸感應開關1工作時，外部電路(圖未示)通過所述第二柔性印刷電路板16對所述信號發送單元15的第三電極層151與第四電極層152施加電壓，使二者之間形成電場，所述第二壓電材料層153在電場作用下產生振動發射聲波信號，所述聲波信號穿過信號接收單元13到達所述蓋板11的接觸面110並經該接觸面110反射形成反射信號後再被所述信號接收單元13接收。所述信號接收單元13接收到信號並將其轉換為電信號通過所述第一柔性印刷電路板12傳輸至外部電路(圖未示)。外部電路分析有、無外界觸摸情況下的輸出電壓變化並形成觸控指令再傳輸至手機程式實現手機Home鍵功能，例如返回主頁面。

在本實施例中，所述第二壓電材料層153和所述第一壓電材料層133的材料均為鋯鈦酸鉛(PZT)。所述第二壓電材料層153的固有頻率fT為2.85MHz，所述第一壓電材料層133的固有頻率fR為2.5MHz，即，fR和fT滿足關係：fR<fT×(1-10%)。

請參閱圖2，圖2為所述觸摸感應開關1在有、無外界觸摸情況下的輸出電壓變化的實驗測試結果資料圖。使用一示波器通過所述第二柔性印刷電路板16對所述信號發送單元15輸入不同頻率下(2.60MHz~3.44MHz)的電壓信號，同時通過所述第一柔性印刷電路板12接收所述信號接收單元13的輸出信號。圖2中，波形A為所述接觸面110無外界觸摸時，所述信號接收單元13的輸出電壓；波形B為所述接觸面110有外界觸摸時，所述信號接收單元13的輸出電壓；波形C為所述接觸面110未接收外界觸摸和接收外界觸摸時，所述信號接收單元13的輸出電壓變化率。從圖中可看出，所述接觸面110接收外界觸摸後，所述信號接收單元的輸出電壓有明顯變化。

請參閱圖3，圖3為對比實施例的觸摸感應開關在有、無外界觸摸情況下的輸出電壓變化的實驗測試結果圖。所述對比實施例的觸摸感應開關與所述觸摸感應開關1結構一致，區別點僅在於，所述對比實施例的觸摸感應開關的第二壓電材料層的固有頻率fT’與第一壓電材料層的固有頻率fR’相同，均為2.5MHz。波形A’為所述接觸面無外界觸摸時，所述信號接收單元的輸出電壓；波形B’為所述接觸面有外界觸摸時，所述信號接收單元的輸出電壓；波形C’為所述接觸面未接收外界觸摸和接收外界觸摸時，所述信號接收單元的輸出電壓變化率。從圖中可看出，所述接觸面接收外界觸摸後，所述信號接收單元的輸出電壓信號變化不明顯。

請同時參閱圖2和圖3，在相同頻率的外界電壓信號下，觸摸感應開關1的信號接收單元13相較於對比實施例的觸摸感應開關的信號接收單元有更大的輸出電壓；在同一輸出電壓變化率處(如-5%)，觸摸感應開關1相較於對比實施例的觸摸感應開關有更寬的響應頻率範圍。這一結論在有、無外界觸摸情況下均成立。由此可看出所述觸摸感應開關1能有效降低聲波信號在所述觸摸感應開關內部傳輸過程中的衰減，從而具有更靈敏的觸摸感應功能。即，當觸摸感應開關的第二壓電材料層的固有頻率fT為2.85MHz，第一壓電材料層133的固有頻率fR為2.5MHz時，相較於二者具有共同的固有頻率2.5MHz，所述觸摸感應開關1具有更靈敏的觸摸感應功能。

當觸摸感應開關1的第二壓電材料層153的固有頻率fT與第一壓電材料層133的固有頻率fR為滿足關係fR<fT×(1-10%)的其他數值時，同樣具有類似的觸摸感應靈敏度。

請參閱圖4，圖4為應用第一實施例中的觸摸感應開關1的電子裝置2的結構示意圖。該電子裝置2可以是且不限於手機、電腦及遊戲機等，對應地，該觸摸感應開關1例如可以作為手機的主頁鍵(例如Home鍵)、電腦開關機鍵、 遊戲機開關鍵等。本實施例的電子裝置2以手機為例進行說明，所述觸摸感應開關1以該手機的Home鍵為例進行說明。

繼續參閱圖4，所述電子裝置2包括一蓋板21，所述蓋板21具有一用於顯示畫面的顯示區211，及圍繞該顯示區211的非顯示區212，所述觸摸感應開關1設置於所述非顯示區212。圖1為圖4中觸摸感應開關1沿I-I線的截面示意圖。

請參閱圖5，圖5為所述觸摸感應開關1在所述電子裝置2中實現Home鍵功能的功能模組示意圖。當所述信號接收單元13接收到信號並將其轉換為電信號通過所述第一柔性印刷電路板12傳輸至外部電路，如一控制模組4，該控制模組4進一步可包括存儲模組42及資訊處理模組41。該存儲模組42存儲預先輸入的觸控資料，該觸控資料例如包括按壓力度範圍資料、觸摸軌跡資料、紋路資訊資料、按壓次數資料等。該資訊處理模組41將該觸控資訊進行處理分析並與預先存儲於該存儲模組42內的觸控資料進行對比分析，並進一步根據分析結果輸出相應的觸控指令。

更進一步地，該資訊處理模組41可使用軟體功能模組或硬體電路模組來實施功能，即，該資訊處理模組41可以通過軟體功能模組的方式來實現，也可以通過硬體電路的方式來實現。可以理解，該資訊處理模組41可以是集成了控制功能模組的電子裝置2中的積體電路晶片，例如單片機、中央處理器(CPU)、微控制器等。該資訊處理模組41的功能模組包括信號接收組件411、資料分析組件412及指令生成組件413。該信號接收組件411接收該觸控資訊，並輸出至該資料分析組件412，該資料分析組件412將該觸控資訊進行處理分析並與該觸控資料進行對比分析，進一步產生分析結果輸出至該指令生成組件413，該指令生成組件413根據該分析結果產生觸控指令以控制該手機程式最終實現該觸摸感應開關1的Home鍵功能，例如返回主頁面。

Claims (8)

1. 一種觸摸感應開關，包括一蓋板、一信號接收單元和一信號發送單元，所述信號接收單元和所述信號發送單元形成在蓋板的同一側，所述信號接收單元包括一第一電極層、一第二電極層及夾設於所述第一電極層與所述第二電極層之間的一第一壓電材料層，所述第一壓電材料層的固有頻率為fR；所述信號發送單元包括一第三電極層、一第四電極層及夾設於所述第三電極層與所述第四電極層之間的一第二壓電材料層，所述第二壓電材料層的固有頻率為fT，其改良在於，fR和fT滿足如下關係：fR<fT×(1-10%)。
2. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸感應開關，其中，所述觸摸感應開關還包括一第一柔性印刷電路板、一絕緣的隔離層及一第二柔性印刷電路板，所述蓋板、第一柔性印刷電路板、信號接收單元、隔離層、信號發送單元及第二柔性印刷電路板依次層疊設置，所述信號接收單元通過所述第一柔性印刷電路板與外部電路電性相連，所述信號發送單元通過所述第二柔性印刷電路板與外部電路電性相連。
3. 如申請專利範圍第2項所述的觸摸感應開關，其中，所述隔離層的厚度為所述信號接收單元和所述信號發送單元二者厚度較小者厚度的十分之一。
4. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸感應開關，其中，所述第一壓電材料層和所述第二壓電材料層的材料分別選擇如下材料中的一種：聚二氟亞乙烯、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鉭鈧酸鉛、石英及偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物。
5. 一種電子裝置，所述電子裝置具有一觸摸感應開關，所述觸摸感應開關，包括一蓋板、一信號接收單元和一信號發送單元，所述信號接收單元和所述信號發送單元形成在蓋板的同一側，所述信號接收單元包括一第一電極層、一第二電極層及夾設於所述第一電極層與所述第二電極層之間的一第一壓電材料層，所述第一壓電材料層的固有頻率為fR；所述信號發送單元包括一第三電極層、一第四電極層及夾設於所述第三電極層與所述第四電極層之間的一第二壓電材料層，所述第二壓電材料層的固有頻率為fT，其中，fR和fT滿足如下匹配關係：fR<fT×(1-10%)。
6. 如申請專利範圍第5項所述的電子裝置，其中，所述觸摸感應開關還包括一第一柔性印刷電路板、一絕緣的隔離層及一第二柔性印刷電路板，所述蓋板、第一柔性印刷電路板、信號接收單元、隔離層、信號發送單元及第二柔性印刷電路板依次層疊設置，所述信號接收單元通過所述第一柔性印刷電路板與外部電路電性相連，所述信號發送單元通過所述第二柔性印刷電路板與外部電路電性相連。
7. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中，所述隔離層的厚度為所述信號接收單元和所述信號發送單元二者厚度較小者厚度的十分之一。
8. 申請專利範圍第5項所述的電子裝置，其中，所述第一壓電材料層和所述第二壓電材料層的材料分別選擇如下材料中的一種：聚二氟亞乙烯、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鉭鈧酸鉛、石英及偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物。