TWI652610B - 音波式觸控裝置及應用其該音波式觸控裝置的電子裝置 - Google Patents

音波式觸控裝置及應用其該音波式觸控裝置的電子裝置 Download PDF

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Abstract

一種音波式觸控裝置，包括軟性電路板、超聲感測器及用於實施觸控操作的蓋板，所述超聲感測器與所述軟性電路板電連接以實現信號傳輸，超聲感測器用於發射超音波及接收反射的超音波，所述軟性電路板至少部分位於所述超聲感測器與所述蓋板之間，軟性電路板位於超聲感測器與蓋板之間的部分對應超聲感測器形成有一開口，所述蓋板與所述軟性電路板之間通過第一粘膠直接粘結，所述第一粘膠填滿所述開口並粘結超聲感測器對應開口的部分。本發明還提供應用該音波式觸控裝置的電子裝置。

Description

音波式觸控裝置及應用其該音波式觸控裝置的電子裝置
本發明涉及一種觸控裝置，尤其涉及一種音波式觸控裝置及應用該音波式觸控裝置的電子裝置。
觸摸是人類最重要的感知方式，是人與機器進行互動的最自然的方式。觸控裝置發展至今己廣泛用於個人電腦、智慧型電話、公共資訊、智慧家電、工業控制等眾多領域。在目前的觸控領域，主要有電阻式觸控裝置、光電式觸控裝置、音波式觸控裝置、平面電容式觸控裝置、投射電容式觸控裝置。
音波式觸控裝置是一種新型的人機對話模式，目前的音波觸控技術中，音波發生器能發送一種高頻音波並抵達蓋板表面，當手指觸及蓋板時，觸點上的音波即被阻止，然後終端找出未接收到音波的音波接收器，基於找出的音波接收器所在的位置確定出手指的座標位置，基於手指的座標位置，執行相應操作，以實現使用者與終端之間的交互。
在實現本發明的過程中，發明人發現習知技術至少存在以下問題：習知的音波式觸控裝置中，音波式觸控裝置包括用於發射或接收超音波的感測單元，蓋板覆蓋所述感測單元，蓋板的一側表面為與使用者手指接觸的觸摸操作界面，感測單元到觸摸操作界面之間還存在一定距離的必要傳播路徑，在音波式觸控裝置的工作過程中，超音波必然會途經所述必要傳播路徑。習知的音波式觸控裝置的必要傳播路徑上一般存在間隙，間隙之 間存在空氣，常用頻率的超音波遇到空氣後會發生反射、折射以及透射，導致超音波訊號強度減弱。超音波在由超聲感測器向觸摸操作界面傳遞過程中會穿透多層不同介質，超音波的一部分在不同介質的交界處時會發生反射、折射以及透射，使得超音波訊號強度減弱，尤其是軟性電路板，軟性電路板結構較為複雜，其內部設置有金屬線以及金屬塊等結構，相較於其他單一材料原件(如導電膠、銀電極等)，軟性電路板各處的密度及聲阻抗往往不相同，超音波在穿透軟性電路板之後，其訊號強度往往會大幅減弱。超音波訊號強度的減弱將會造成觸控靈敏度的下降。
本發明提供了一種可以有效避免音波在傳遞過程中衰減的音波式觸控裝置。
另，還提供一種應用該音波式觸控裝置的電子裝置。
一種音波式觸控裝置，包括軟性電路板、超聲感測器及用於實施觸控操作的蓋板，所述超聲感測器與所述軟性電路板電連接以實現信號傳輸，超聲感測器用於發射超音波及接收反射的超音波，所述軟性電路板至少部分位於所述超聲感測器與所述蓋板之間，軟性電路板位於超聲感測器與蓋板之間的部分對應超聲感測器形成有一開口，所述蓋板與所述軟性電路板之間通過第一粘膠直接粘結，所述第一粘膠填滿所述開口並粘結超聲感測器對應開口的部分。
一種應用上述音波式觸控裝置的電子裝置，該電子裝置包括本體，該音波式觸控裝置設置於該本體內。
另一種音波式觸控裝置，包括軟性電路板、超聲感測器及用於實施觸控操作的蓋板，所述超聲感測器與所述軟性電路板電連接以實現信號傳輸，超聲感測器用於發射超音波及接收反射的超音波，所述軟性電路板 至少部分位於所述超聲感測器與所述蓋板之間，所述軟性電路板位於超聲感測器與蓋板之間的部分存在一開口，所述開口的面積占該超聲感測器朝向蓋板發射超音波的表面面積的90%以上，所述開口被第一粘膠完全填滿，使得由超聲感測器向蓋板發射的超音波中，至少90%的超音波穿透的介質僅有第一粘膠。
上述音波式觸控裝置中，超聲感測器至蓋板之間的軟性電路板形成有一開口，開口中填滿第一粘膠，使得超音波由超音波發射單元傳播至蓋板的過程中，超音波穿透的介質主要為第一粘膠，超音波穿透的介質較為單一，超音波的衰減程度較弱，觸控的靈敏度較高。
100‧‧‧音波式觸控裝置
110‧‧‧軟性電路板
116‧‧‧第一部分
112‧‧‧開口
120‧‧‧電連接片
102‧‧‧超聲感測器
130‧‧‧超音波接收單元
140‧‧‧超音波發射單元
160‧‧‧蓋板
131‧‧‧第一壓電片
141‧‧‧第二壓電片
132‧‧‧第一電極
133‧‧‧第二電極
142‧‧‧第三電極
143‧‧‧第四電極
1311‧‧‧第一表面
1312‧‧‧第二表面
1313‧‧‧第三表面
1411‧‧‧第五表面
1412‧‧‧第六表面
1413‧‧‧第七表面
151‧‧‧第一粘膠
153‧‧‧第二粘膠
154‧‧‧第三粘膠
10‧‧‧電子裝置
101‧‧‧本體
圖1為本發明第一實施例的音波式觸控裝置的剖視示意圖。
圖2為本發明第一實施例的音波式觸控裝置的軟性電路板的局部平面示意圖。
圖3為應用本發明音波式觸控裝置的較佳實施例的電子裝置示意圖。
圖4為圖3沿IV-IV線的剖面示意圖。
為了使本申請所揭示的技術內容更加詳盡與完備，可以參照附圖以及本發明的下述各種具體實施例，附圖中相同的標記代表相同或者相似的組件。然而，本領域的普通技術人員應當理解，下文中所提供的實施例並非用來限制本發明所覆蓋的範圍。此外，附圖用於示意性地加以說明，並未依照其原尺寸進行繪製。
本發明的音波式觸控裝置可應用於個人電腦、智慧型電話、智慧家電、工業控制器等電子裝置中。
下面通過具體實施例對本發明的音波式觸控裝置及電子裝置進行說明。
如圖1所示，在該實施例中，該音波式觸控裝置100包括軟性電路板110、超聲感測器102、粘膠及蓋板160。粘膠包括不同類型，分別為第一粘膠151、第二粘膠153及第三粘膠154。軟性電路板110捲繞超聲感測器102，且與超聲感測器102電性連接以實現信號傳輸，超聲感測器102被軟性電路板110覆蓋的其中一個表面通過第一粘膠151與蓋板160結合。
本實施例中，超聲感測器102包括超音波接收單元130與超音波發射單元140。該超音波接收單元130與超音波發射單元140堆疊設置，並通過第三粘膠154粘結在一起，第三粘膠154為絕緣膠。超音波接收單元130遠離該超音波發射單元140的一側通過第二粘膠153與軟性電路板110粘結，並由此與軟性電路板110電性連接。軟性電路板110沿著超聲感測器102的側部延伸至超音波發射單元140遠離超音波接收單元130的一側，並通過第二粘膠153與超音波發射單元140遠離超音波接收單元130的一側粘結，由此超音波發射單元140與軟性電路板110電性連接。
超音波接收單元130包括第一壓電片131、第一電極132和第二電極133。第一壓電片131包括第一表面1311、第二表面1312和第三表面1313，第一表面1311和第三表面1313相對設置，第二表面1312大致垂直連接第一表面1311和第三表面1313且位於第一表面1311和第三表面1313之間。第二電極133完全覆蓋第一壓電片131的第一表面1311及第二表面1312，並從第二表面1312延伸至第三表面1313以局部覆蓋第三表面1313。第一電極132 置於該第三表面1313上，且與第二電極133間隔設置，即第一電極132與第二電極133之間無接觸。
超音波發射單元140與超音波接收單元130具有相同結構，包括第二壓電片141、第三電極142和第四電極143。第二壓電片141包括第五表面1411、第六表面1412和第七表面1413，第五表面1411和第七表面1413相對設置，第六表面1412大致垂直連接第五表面1411和第七表面1413且位於第五表面1411和第七表面1413之間。第四電極143完全覆蓋第二壓電片141的第五表面1411及第六表面1412，並從第六表面1412延伸至第七表面1413以局部覆蓋第七表面1413。第三電極142置於該第七表面1413上，且與第四電極143間隔設置，即第三電極142與第四電極143之間無接觸。超音波發射單元140的覆蓋於第五表面1411的第四電極143通過第三粘膠154與超音波接收單元130的覆蓋於第一表面1311的第二電極133粘結。
軟性電路板110上對應第三表面1313上的第一電極132和第二電極133、以及對應第七表面1413上的第三電極142和第四電極143分別設置有電連接片120。第一電極132及第二電極133覆蓋於第三表面1313的部分通過第二粘膠153與對應的多個電連接片120電性連接；第三電極142及第四電極143覆蓋於第七表面1413的部分通過第二粘膠153與對應的電連接片120電性連接。
請一併參閱圖2，軟性電路板110延伸至超音波發射單元140遠離超音波接收單元130的一側的部分定義為第一部分116，第一部分116位於蓋板160與超聲感測器102之間。對應第三電極142的電連接片120和對應第四電極143的電連接片120形成於該第一部分116上。軟性電路板110的第一部分116上對應超音波發射單元140形成一開口112。該開口112貫穿軟性電路板110的第一部分116以暴露超音波發射單元140，及暴露第七表面1413及第七 表面1413上的第三電極142和第四電極143。開口112大致位於第一部分116的中心位置，本實施例中，開口112位於對應第三電極142的電連接片120和對應第四電極143的電連接片120之間，且第三電極142與第四電極143之間的間隙對應該開口112。開口112的面積占第二壓電片141的第七表面1413面積的90%以上。在本實施例中，開口112為矩形，在其他實施例中，開口112還可以是圓形、橢圓形、菱形、六邊形等其他滿足要求的形狀。第一電極132、第二電極133、第三電極142與第四電極143為金屬，可以為銅、銀、金、鎂鋁合金。第一壓電片131與第二壓電片141可以為壓電陶瓷材料形成，比如鋯鈦酸鉛。電連接片120材料為金屬，可以為銅、銀等。第三粘膠154可以為絕緣膠，也可以為導電膠，當第三粘膠154為導電膠時，可以導通第四電極143和第二電極133。第二粘膠153為具有導電能力的膠，其可為填充有金屬顆粒的粘膠，也可以是含有銀的導電膠。
蓋板160置於超聲感測器102靠近超音波發射單元140的一側，並通過第一粘膠151與軟性電路板110粘結。蓋板160提供該音波式觸控裝置100的觸摸操作界面。第一粘膠151填充所述開口112並與位於第七表面1413上的第三電極142和第四電極143以及第三電極142和第四電極143之間的部分第七表面1413接觸，即填滿第三電極142和第四電極143之間的間隙。第一粘膠151填滿開口112之後從開口112中溢出，溢出的第一粘膠151進一步覆蓋軟性電路板110的第一部分116朝向蓋板160一側表面，實現蓋板160與超聲感測器102的粘結。第一粘膠151為絕緣膠類，第一粘膠151具有定向聲阻抗，第一粘膠151材料可以為聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)粘膠或者環氧樹脂粘膠。
在傳統結構中，超音波由超聲感測器102向觸摸操作界面傳遞過程中會出現衰減。一方面，超聲感測器102與觸摸操作界面之間存在間隙，具 體為，傳統結構中第三電極142與第四電極143之間的間隙中存在空氣，常用頻率的超音波遇到空氣後會發生反射、折射以及透射，導致超音波訊號強度減弱；另一方面，超音波在由超聲感測器102向觸摸操作界面傳遞過程中會穿透多層不同介質，超音波的一部分在不同介質的交界處時會發生反射、折射以及透射，使得超音波訊號強度減弱，尤其是軟性電路板，軟性電路板結構較為複雜，其內部設置有金屬線以及金屬塊等結構，相較於其他單一材料原件(如導電膠、銀電極等)，軟性電路板各處的密度及聲阻抗往往不相同，超音波在穿透軟性電路板之後，其訊號強度往往會大幅減弱。超音波訊號強度的減弱將會造成觸控靈敏度的下降。
本實施例中，在位於發射超音波傳播路徑上的軟性電路板110的第一部分116設置開口112，開口112的面積占到第二壓電片141朝向蓋板160的表面(即第七表面1413)的90%以上，開口112中填充有第一粘膠151，第一粘膠151經由該開口112直接與超音波發射單元140朝向蓋板的表面接觸，使得超音波由超音波發射單元140傳播至蓋板160的過程中，超音波穿透的介質主要為第一粘膠151。也就是說，第七表面1413為超聲感測器102朝向蓋板160發射超音波的表面，開口112的面積占該超聲感測器102朝向蓋板160發射超音波的表面面積的90%以上，使得由超聲感測器102向蓋板160發射的超音波中，至少90%的超音波穿透的介質僅有第一粘膠151。使得超音波穿透的介質較為單一，減少反射、折射以及透射的發生，超音波的衰減程度較弱，觸控的靈敏度較高。
請一併參閱圖3及圖4，本發明還提供一種電子裝置10，該電子裝置包括及設置於本體101內的音波式觸控裝置100。圖3中僅以電子裝置10為手機為例，在其它實施例中，該電子裝置10也可為個人電腦、智慧家電、 工業控制器等。當該電子裝置10為手機時，該音波式觸控裝置100可以對應手機的home鍵設置，使該home鍵具有可觸摸操作的功能。
上文中，參照附圖描述了本發明的具體實施方式。但是，本領域中的普通技術人員能夠理解，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，還可以對本發明的具體實施方式作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發明請求項書所限定的範圍內。

Claims (9)

  1. 一種音波式觸控裝置，包括軟性電路板、超聲感測器及用於實施觸控操作的蓋板，所述超聲感測器與所述軟性電路板電連接以實現信號傳輸，超聲感測器用於發射超音波及接收反射的超音波，其改良在於：所述軟性電路板至少部分位於所述超聲感測器與所述蓋板之間，軟性電路板位於超聲感測器與蓋板之間的部分對應超聲感測器形成有一開口，所述開口的面積占所述超聲感測器朝向蓋板發射超音波的表面面積的90%以上，所述蓋板與所述軟性電路板之間通過第一粘膠直接粘結，所述第一粘膠填滿所述開口並粘結超聲感測器對應開口的部分，使得由超聲感測器向蓋板發射的超音波中，至少90%的超音波穿透的介質僅有第一粘膠。
  2. 如請求項1所述之音波式觸控裝置，其中：所述超聲感測器包括超音波接收單元與超音波發射單元，該超音波發射單元相對於該超音波接收單元更靠近所述蓋板。
  3. 如請求項2所述之音波式觸控裝置，其中：該超音波接收單元包括第一壓電片，該超音波發射單元包括第二壓電片，所述開口的面積占所述第二壓電片朝向蓋板的表面的面積的90%以上。
  4. 如請求項3所述之音波式觸控裝置，其中：所述超音波接收單元還包括第一電極和第二電極，所述第一壓電片包括第一表面和第三表面，第一表面和第三表面相對設置，第二電極完全覆蓋第一表面，並從第一表面延伸至第三表面，第一電極置於該第三表面上且與第二電極間隔設置；所述超音波發射單元還包括第三電極和第四電極，所述第二壓電片包括第五表面和第七表面，第五表面和第七表面相對設置，第四電極完全覆蓋第五表面並從第五表面延伸至第七表面，第三電極置於該第七表面上且與第四電極間隔設置，所述覆蓋於第五表面的第四電極通過一導電的粘膠與所述超音波接收單元的覆蓋於第一表面的第二電極粘結。
  5. 如請求項4所述之音波式觸控裝置，其中：該軟性電路板上對應第三表面上的第一電極和第二電極、以及對應第七表面上的第三電極和第四電極分別設置有電連接片，第一電極及第二電極覆蓋於第三表面的部分與對應的電連接片電性連接；第三電極及第四電極覆蓋於第七表面的部分與對應的電連接片電性連接。
  6. 如請求項1所述之音波式觸控裝置，其中：所述第一粘膠為絕緣膠。
  7. 如請求項6所述之音波式觸控裝置，其中：所述第一粘膠為聚甲基丙烯酸甲酯粘膠或環氧樹脂粘膠。
  8. 如請求項1所述之音波式觸控裝置，其中：該開口為矩形、圓形、橢圓形、菱形或六邊形中的一種。
  9. 一種電子裝置，該電子裝置包括本體及設置於該本體內的音波式觸控裝置，其中：該音波式觸控裝置為請求項1-8任意一項所述之音波式觸控裝置。
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