TWI664559B - 觸控裝置 - Google Patents

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TWI664559B TW107120580A TW107120580A TWI664559B TW I664559 B TWI664559 B TW I664559B TW 107120580 A TW107120580 A TW 107120580A TW 107120580 A TW107120580 A TW 107120580A TW I664559 B TWI664559 B TW I664559B
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大陸商業成科技（成都）有限公司
大陸商業成光電（深圳）有限公司
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Abstract

本揭露提出一種觸控裝置，包含外殼、第一壓電層、第二壓電層、顯示板、發光元件以及控制器。外殼具有一板體。第一壓電層設置於板體下方，第一壓電層具有第一開口。第二壓電層設置於第一壓電層下方，並具有第二開口，第二開口連通第一開口。顯示板設置於第一開口內，且從板體裸露。發光元件設置於外殼中，且位於顯示板下方。控制器電性連接第一壓電層、第二壓電層以及發光元件。

Description

觸控裝置
本揭露有關於一種觸控裝置。
按鈕式觸控裝置廣泛地應用於各個領域中。常見的機械式按鈕結構透過彈簧、彈片等復位機構達成按壓功能。然而復位機構長期使用下會產生彈性疲乏，且用以啟動電路的接觸膜之間若有異物入侵，則會產生誤觸(false triggering)、或是反應不靈敏的問題。整體而言，機械式觸控裝置的使用壽命受限於上述問題而難以改善。
本揭露提出一種觸控裝置，包含外殼、第一壓電層、第二壓電層、顯示板、發光元件以及控制器。外殼具有一板體。第一壓電層設置於板體下方，第一壓電層具有第一開口。第二壓電層設置於第一壓電層下方，並具有第二開口，第二開口連通第一開口。顯示板設置於第一開口內，且從板體裸露。發光元件設置於外殼中，且位於顯示板下方。控制器電性連接第一壓電層、第二壓電層以及發光元件。
在一些實施方式中，控制器配置以輸出第一電訊 號至第一壓電層，使第一壓電層發出第一震波，第一震波傳遞至板體。
在一些實施方式中，第一震波由板體傳遞至第二壓電層，第二壓電層配置以將第一震波轉換為第二電訊號。
在一些實施方式中，控制器配置以依據第二電訊號的變化，開啟或關閉發光元件。
在一些實施方式中，外殼更包含凸台，發光元件設置於凸台上。
在一些實施方式中，第一開口小於第二開口。
在一些實施方式中，第一壓電層以及第二壓電層為環形，且第一壓電層完整覆蓋第二壓電層。
在一些實施方式中，顯示板120包含有透光區與不透光區，該不透光區圍繞該透光區。
在一些實施方式中，發光元件大致對齊第一開口或第二開口。
在一些實施方式中，第一壓電層電性連接至第一電極，第二壓電層電性連接至第二電極，第一壓電層以及第二壓電層一同電性連接至共用電極。
綜上所述，綜上所述，本揭露提出了一種觸控裝置，藉由兩個壓電層之間的壓電效應來偵測觸控裝置是否受到按壓。本實施方式中省略了彈簧、彈片等復位機構，解決了長期使用下觸控裝置可能會產生彈性疲乏的問題。此外，由於並未使用接觸式的電路膜來啟動電路，亦解決了異物入侵觸控裝置中可能會導致誤觸或是反應不靈敏的問題，大幅的增加了觸 控裝置的使用壽命。此外，藉由在兩個壓電層之間預留開口，使得按壓區域的中央可以形成明顯可見的顯示區，並藉由發光的方式作為按壓回饋，還進一步適用於暗處中。
100‧‧‧觸控裝置
110‧‧‧外殼
111‧‧‧板體
111a‧‧‧板體開口
112‧‧‧側壁
113‧‧‧凸台
120‧‧‧顯示板
120a‧‧‧透光區
120b‧‧‧不透光區
130‧‧‧第一壓電層
130a‧‧‧第一開口
140‧‧‧第二壓電層
140a‧‧‧第二開口
150‧‧‧發光元件
160‧‧‧控制器
2-2‧‧‧線段
S1‧‧‧第一電訊號
S2‧‧‧第二電訊號
S3‧‧‧第三電訊號
RX‧‧‧接收電極
TX‧‧‧傳送電極
V1‧‧‧電壓
V2‧‧‧電壓
W1‧‧‧第一震波
GND‧‧‧接地電極
第1圖繪示依據本揭露一實施方式之觸控裝置的立體圖。
第2圖繪示第1圖中沿著線段2-2的剖面圖。
第3圖繪示第2圖中部份元件的底視圖。
第4圖繪示第2圖中部份元件的底視圖。
第5A圖繪製依據本揭露一實施方式之顯示板的俯視圖。
第5B圖繪製依據本揭露另一實施方式之顯示板的俯視圖。
第6圖繪示依據本揭露一實施方式之控制器處理第一電訊號、第二電訊號以及第三電訊號的流程圖。
第7圖繪示第三電訊號隨著使用者按壓而改變電位的示意圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在 圖式中將以簡單示意的方式繪示之。並且，除非有其他表示，在不同圖式中相同之元件符號可視為相對應的元件。這些圖式之繪示是為了清楚表達這些實施方式中各元件之間的連接關係，並非繪示各元件的實際尺寸。
請參照第1圖，其繪示依據本揭露一實施方式之觸控裝置100的立體圖。如第1圖所示，觸控裝置100從外觀上來看包含有外殼110以及顯示板120，其中外殼110具有板體111以及側壁112。板體111具有一個板體開口111a，顯示板120設置於板體開口111a之中，且從板體111中裸露出來。顯示板120具有透光區120a以及不透光區120b，當使用者按壓顯示板120附近的區域，透光區120a的部分會亮起，作為觸發回饋。
接下來請參照第2圖，其繪示第1圖中沿著線段2-2的剖面圖。如第2圖所示，觸控裝置100除了包含有外殼110以及顯示板120以外，還包含有第一壓電層130、第二壓電層140、發光元件150以及控制器160。第一壓電層130設置於板體111下方，並具有第一開口130a。第二壓電層140設置於第一壓電層130下方，並具有第二開口140a，第二開口140a連通第一開口130a。顯示板120除了設置於板體開口111a以內，還設置於第一壓電層130的第一開口130a內。發光元件150設置於外殼110中，並大致對齊第一開口130a或第二開口140a。也就是說，發光元件150位於第一開口130a或第二開口140a所垂直投影出的空間內。控制器160電性連接至第一壓電層130、第二壓電層140以及發光元件150。藉由以上配置，控制器160可以判斷使用者是否觸壓顯示板120，並據以開啟或關閉發光 元件150，來控制透光區120a(見第1圖)的亮暗。
如第2圖所示，本實施方式中的第一壓電層130與第二壓電層140由壓電材料(piezoelectric material)製作，如鋯鈦酸鉛(Pb(ZrTi)O3,PZT)。機械能與電能可透過壓電材料之壓電效應互相轉換。具體而言，在本實施方式中，控制器160配置以輸入第一電訊號S1至第一壓電層130，並使第一壓電層130產生第一震波W1。第一電訊號S1決定了壓電效應所產生之第一震波W1的震動幅度與頻率。在本實施方式中，第一電訊號S1的電壓圖呈現規律的週期波(如連續的弦波、方波或三角波)，並相應產生規律的第一震波W1。
控制器160與第一壓電層130之間可以由傳送電極TX與接地電極GND電性連接，而傳送電極TX與接地電極GND之間的電位差會造成第一壓電層130產生微幅形變。在第一電訊號S1呈現週期波的狀況中，第一壓電層130會隨著時間周期性的收縮，產生第一震波W1。
在本實施方式中，第一壓電層130與板體111之間由膠體固定。第一壓電層130所產生的第一震波W1會直接透過膠體傳遞至板體111，而部分的第一震波W1會被板體111反射，並被第二壓電層140接收。接著第二壓電層140由壓電效應將第一震波W1轉換為電壓(第二電訊號S2)並傳遞至控制器160。
控制器160與第二壓電層140之間可以由接收電極RX與接地電極GND連接。也就是說，在本實施方式中，接收電極RX與傳送電極TX共用同一個接地電極GND作為參考 電極。而第二壓電層140接收到第一震波W1後，會因微幅形變造成接收電極RX與接地電極GND之間產生電位差，此電位差即上述之第二電訊號S2。
一般而言，在使用正壓電效應的材料製作第一壓電層130與第二壓電層140時，機械力的強度會與第一電訊號S1或第二電訊號S2呈現正相關。也就是說，第一電訊號S1的振幅越大，第一震波W1也會越大；而第一震波W1越大，第二電訊號S2也越大。
當外部物件(如第1圖中所示的手指)觸碰顯示板120或第一壓電層130上方區域的板體111時，部分的第一震波W1會傳遞至外部物件，而使得反射回第二壓電層140的第一震波W1減少。在此情形下，第二電訊號S2會隨之減弱。因此藉由控制器160監控第二電訊號S2的大小，即可判斷外部物件是否觸壓觸控裝置100。
因此，在本實施方式中受按壓時第二電訊號S2的強度較低，而未被按壓時第二電訊號S2的強度較高。舉例而言，當控制器160監測的第二電訊號S2的大小在一段時間內低於一個預定的閥值時，即判斷該段時間內觸控裝置100受到按壓，並相應的開啟或關閉發光元件150。具體而言，控制器160發送第三電訊號S3至發光元件150，以關閉或是開啟發光元件150。本領域人士可以依據實務需求去調整閥值的大小，或是該段時間的長度，本揭露不在此加以限制。
由上述內容可知，第一壓電層130決定了觸控裝置100可供觸發的區域。第二壓電層140則用以監控第一壓電 層130所發出的第一震波W1是否受到外部物件吸收。因此本領域人士還可依據實務需求調整第一壓電層130與第二壓電層140的外型以及面積，來製作出相應的按鈕結構。
舉例而言可參照第3圖，其繪示第2圖中部份元件的底視圖。具體而言第3圖可以視為第一壓電層130與第二壓電層140的底視圖。在本實施方式中，第一壓電層130與第二壓電層140呈現環形，且第一開口130a比第二開口140a還要小。若由頂面來看，則第一壓電層130會完整覆蓋住第二壓電層140。藉由以上配置，可以在保有最大觸發面積的情形下，節省第二壓電層140的材料。
接下來請參照第4圖，其繪示第2圖中部份元件的底視圖。第4圖可以視為發光元件150以及部分外殼110的底視圖。如第2圖以及第4圖所示，外殼110進一步包含有凸台113，以供發光元件150設置於其上。發光元件150配置以朝向顯示板120發出光線。具體而言，發光元件150可以是有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)、各式金屬絲燈泡、或是能發出各種色光的元件。
如第2圖所示，在本實施方式中，發光元件150的尺寸小於顯示板120的尺寸。為了確保發光元件150發出的光線能夠均勻的使顯示板120的透光區120a(見第1圖)明亮，顯示板120本身可以包含有光導(light guide)或是光學膜(light diffuser)的設計。
除此之外，顯示板120的透光區120a與不透光區120b可以有多種造型設計，並不以第1圖中所繪製者為限。依 據使用情境選用恰當形狀的透光區120a，可以讓使用者迅速了解按壓觸控裝置100所能達成的功能。
舉例而言，可以參考第5A圖以及第5B圖。第5A圖繪製依據本揭露一實施方式之顯示板120的俯視圖。第5B圖繪製依據本揭露另一實施方式之顯示板120的俯視圖。第5A圖的例子中透光區120a為一個電源開關的標誌，使用者將能明白按壓觸控裝置100能夠開啟或是關閉電源。而第5B圖的例子中透光區120a為加號型的設計，使用者依據使用情境將能明白按壓觸控裝置100可以達到的效果。舉例而言，在應用於音響的例子中，使用者將很容易猜到案壓觸控裝置100能夠增大音量。
接下來可參考第6圖。第6圖繪示依據本揭露一實施方式之控制器160處理第一電訊號S1、第二電訊號S2以及第三電訊號S3的流程圖。如第6圖所示，控制器160發射第一電訊號S1至第一壓電層130的電極TX，並使第一壓電層130產生第一震波W1。第一震波W1其後傳遞至板體111後被反射回第二壓電層140，第二壓電層140將第一震波W1轉換為第二電訊號S2，並透過第二壓電層140的電極RX將第二電訊號S2傳遞給控制器160。控制器160依據設定發出第三電訊號S3給發光元件150。在本實施方式中，每次觸壓觸控裝置100就會切換發光元件150的開關。也就是說，每次按壓觸控裝置100，第三電訊號S3就會改變電位，而發光元件150也會因應電位改變發光狀態。
具體而言可以參考第7圖，其繪示第三電訊號S3隨著使用者按壓而改變電位的示意圖。如第7圖所示的其中一 實施方式中，控制器160判斷觸控裝置100未受觸碰的情形下，第三電訊號S3保持在電壓V1，而控制器160判斷觸控裝置100受到觸碰後，將第三電訊號S3降低至電壓V2。在第7圖中所示的另一個實施方式中，電壓V1與電壓V2對調，即控制器160判斷觸控裝置100未受觸碰的情形下，第三電訊號S3保持在電壓V2，而控制器160判斷觸控裝置100受到觸碰後，將第三電訊號S3提高至電壓V1。
綜上所述，綜上所述，本揭露提出了一種觸控裝置，藉由兩個壓電層之間的壓電效應來偵測觸控裝置是否受到按壓。本實施方式中省略了彈簧、彈片等復位機構，解決了長期使用下觸控裝置可能會產生彈性疲乏的問題。此外，由於並未使用接觸式的電路膜來啟動電路，亦解決了異物入侵觸控裝置中可能會導致誤觸或是反應不靈敏的問題，大幅的增加了觸控裝置的使用壽命。此外，藉由在兩個壓電層之間預留開口，使得按壓區域的中央可以形成明顯可見的顯示區，並藉由發光的方式作為按壓回饋，還進一步適用於暗處中。
本揭露已由範例及上述實施方式描述，應了解本發明並不限於所揭露之實施方式。相反的，本發明涵蓋多種更動及近似之佈置(如，此領域中之通常技藝者所能明顯得知者)。因此，附加之請求項應依據最寬之解釋以涵蓋所有此類更動及近似佈置。

Claims (9)

  1. 一種觸控裝置，包含：一外殼，具有一板體；一第一壓電層，設置於該板體下方，該第一壓電層具有一第一開口；一第二壓電層，設置於該第一壓電層下方，並具有一第二開口，該第二開口連通該第一開口，其中該第一開口小於該第二開口；一顯示板，設置於該第一開口內，且從該板體裸露；一發光元件，設置於該外殼中，且位於該顯示板下方；以及一控制器，電性連接該第一壓電層、該第二壓電層以及該發光元件。
  2. 如請求項1所述之觸控裝置，其中該控制器配置以輸出一第一電訊號至該第一壓電層，使該第一壓電層發出一第一震波，該第一震波傳遞至該板體。
  3. 如請求項2所述之觸控裝置，其中該第一震波由該板體傳遞至該第二壓電層，該第二壓電層配置以將該第一震波轉換為一第二電訊號。
  4. 如請求項3所述之觸控裝置，其中該控制器配置以依據該第二電訊號的變化，開啟或關閉該發光元件。
  5. 如請求項1所述之觸控裝置，其中該外殼更包含一凸台，該發光元件設置於該凸台上。
  6. 如請求項1所述之觸控裝置，其中該第一壓電層以及該第二壓電層為環形，且該第一壓電層完整覆蓋該第二壓電層。
  7. 如請求項1所述之觸控裝置，其中該顯示板包含有一透光區與一不透光區，該不透光區圍繞該透光區。
  8. 如請求項1所述之觸控裝置，其中該發光元件大致對齊該第一開口或該第二開口。
  9. 如請求項1所述之觸控裝置，其中該第一壓電層電性連接至一第一電極，該第二壓電層電性連接至一第二電極，該第一壓電層以及該第二壓電層一同電性連接至一共用電極。
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