TWI744924B - 壓電振動模組與觸控反饋模組 - Google Patents

壓電振動模組與觸控反饋模組 Download PDF

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TWI744924B
TWI744924B TW109118041A TW109118041A TWI744924B TW I744924 B TWI744924 B TW I744924B TW 109118041 A TW109118041 A TW 109118041A TW 109118041 A TW109118041 A TW 109118041A TW I744924 B TWI744924 B TW I744924B
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Abstract

一種壓電振動模組包括第一軟性電路板及複數壓電單元。第一軟性電路板包括複數切割區域，其中相鄰之各複數切割區域間距有切割穿槽。各壓電單元分別設於各切割區域下方。

Description

壓電振動模組與觸控反饋模組
本發明關於一種壓電振動模組與觸控反饋模組，特別關於一種具有矩形或弧形切割穿槽之軟性電路板之壓電振動模組與觸控反饋模組，藉此減少各壓電單元間的干擾，維持壓電振動模組與觸控反饋模組中各元件之獨立操作效果。
矩形或圓形壓電材製成之振動元件以適當排列形成陣列式振動裝置，配合軟性電路板可達成驅動及/或感測之功能。但是，假若軟性電路板為一整面與振動元件結合，則單一或部分振動元件操作時可能受到非對應之軟性電路板之干擾而影響效果。故依各振動元件尺寸將軟性電路板切割部分空間，留下與振動元件對應之區域，獨立操作而可隔絕其他之干擾性，故有改進之必要。此外，當前段所述之振動元件用於觸控面板時，與壓電材料搭配使用的軟性電路板為一整面，則單一或部分壓電材料操作時會帶動其他區域之軟性電路板一起振動而產生干擾而影響反饋效果，故有改進之必要。
本發明之主要目的係在提供一種具有矩形或弧形切割穿槽之軟性電路板之壓電振動模組，藉此減少各壓電單元間的干擾，維持壓電振動模組中各元件之獨立操作效果。
本發明之主要目的係在提供一種具有矩形或弧形切割穿槽之軟性電路板之觸控反饋模組，藉此減少各壓電單元間的干擾，維持觸控反饋模組中各元件之獨立操作效果。
為達成上述之目的，本發明另提供一壓電振動模組，包括第一軟性電路板及複數壓電單元。第一軟性電路板包括複數切割區域，其中相鄰之各複數切割區域間距有切割穿槽。各壓電單元分別設於各切割區域下方。
本發明另提供一觸控反饋模組，其係包括觸控面板以及壓電振動模組，其特徵在於，壓電振動模組包括第一軟性電路板及複數壓電單元。第一軟性電路板包括複數切割區域，其中相鄰之各複數切割區域間距有切割穿槽。各壓電單元分別設於各切割區域下方。
藉由本發明之設計，利用矩形或圓形設計之壓電單元並配合相應切割之第一軟性電路板、第二軟性電路板，使壓電振動模組中壓電單元之振動各自獨立，減少壓電單元彼此間之干擾，可盡量維持壓電振動模組與觸控反饋模組中壓電單元之獨立操作效果，解決現有技術存在的問題。
1、1a:觸控反饋模組
10:觸控面板
20、20a、20b:壓電振動模組
21、21a:第一軟性電路板
211、211a:第一電極區
212、232:切割區域
22:壓電單元
221:彈性件
222:壓電元件
23、23a:第二軟性電路板
231、231a:第二電極區
30:第一壓條
215:電性連接端
L3:第三長度
213、233、224、213a、233a、224a:切割穿槽
214、214a:導線
L2:第二長度
60:貼合壓條
50:第一輔助壓條
L1:第一長度
216、236:邊框
圖1係本發明之壓電振動模組之第一實施例之爆炸圖。
圖2A係本發明之壓電振動模組之第一實施例之上視圖。
圖2B係本發明之壓電振動模組之第二實施例之上視圖。
圖3係本發明之壓電振動模組之第一實施例其中之一振動單元之示意圖。
圖4係本發明之壓電振動模組之第一實施例其中之一振動饋單元受力形變之示意圖。
圖5A係顯示本發明之壓電振動模組之第一實施例搭配4個力回饋單元之模型分析圖形，與ANSYS分析計算之值。
圖5B係顯示本發明之壓電振動模組之第一實施例搭配6個力回饋單元之模型分析圖形，與ANSYS分析計算之值。
圖5C係顯示本發明之壓電振動模組之第一實施例搭配8個力回饋單元之模型分析圖形，與ANSYS分析計算之值。
圖6A係本發明之壓電振動模組做為觸控反饋模組之感測器使用時搭配之感測電路示意圖。
圖6B係本發明之壓電振動模組做為觸控反饋模組之致動器使用時搭配之驅動電路示意圖。
圖7A係本發明之觸控反饋模組之第三實施例之爆炸圖。
圖7B係本發明之壓電振動模組之第三實施例之上視圖。
圖8係本發明之觸控反饋模組之第一實施例之爆炸圖。
圖9A本發明之觸控反饋模組之第一實施例之上視圖。
圖9B本發明之觸控反饋模組之第二實施例之上視圖。
圖10係本發明之觸控反饋模組之第一實施例其中之一力回饋單元之示意圖。
圖11係本發明之觸控反饋模組之第一實施例其中之一力回饋單元受力形變之示意圖。
圖12係依據圖7之實施例顯示本發明之壓電振動模組之第一實施例之模型分析圖形，與ANSYS分析計算之值。
為能讓 貴審查委員能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。以下請一併參考圖1、圖2A、圖2B、圖3與圖4、圖5A至圖5C、圖6A與圖6B關於本發明之壓電振動模組之第一實施例之爆炸圖、第一實施例與第二實施例之上視圖、第一實施例其中之一振動單元之示意圖、振動單元受力形變之示意圖、顯示本發明之壓電振動模組之第一實施例搭配4個、6個與8個振動單元之模型分析圖形，與ANSYS分析計算之值、本發明之壓電振動模組做為觸控反饋模組之感測器使用時搭配之感測電路示意圖以及本發明之壓電振動模組做為觸控反饋模組之致動器使用時搭配之驅動電路示意圖。
如圖1與圖2A所示，本發明之壓電振動模組20包括第一軟性電路板21、複數壓電單元22以及第二軟性電路板23，其中第一軟性電路板21及第二軟性電路板23包括複數切割區域212、232，且相鄰之各切割區域212、232間具有一切割穿槽213、233，也就是說切割穿槽213、233分散設置於各切割區域212、232之間，其中各第一電極區211及各第二電極區231分別設於各切割區域212、232，且各切割區域212、232接觸各壓電單元22，藉此如圖5A至圖5C所示，讓壓電振動模組20中各壓 電單元22能獨立振動不互相干擾，維持各壓電單元22之獨立操作效果，解決現有技術存在的問題。
如圖1與圖2A所示，為配合不同的設計需求，本發明之壓電振動模組20中之壓電單元22可以陣列形式設計，也就是說，各壓電單元22可是設計需求排列為M×N陣列形式排列，其中M、N皆為自然數。如圖2A與圖2B所示之陣列即為2×3之陣列，M=2；N=3。此外，如圖6A與圖6B所示，本發明之壓電振動模組20可做為感測器(sensor)或致動器(actuator)使用，當複數壓電單元22之其中之一產生正壓電效應時，該壓電振動模組20做為感測器(sensor)使用，此時壓電振動模組20的感測電路可以圖6A所示方式建置。當複數壓電單元22之其中之一產生逆壓電效應時，該壓電振動模組20做為致動器(actuator)使用，此時壓電振動模組20搭配之驅動電路可以6B所示方式建置，但本發明適用之感測電路與驅動電路之型態皆不以上述實施方式為限。
在此須注意的是，本發明之切割穿槽213、233是設於第一軟性電路板21及第二軟性電路板23中完全簍空的穿槽，切割穿槽213、233環繞於任兩相鄰之切割區域212、232之間，在本實施例中，如圖1所示，切割區域212、232皆呈矩形，且切割穿槽213、233呈U型，此外，任一該切割區域212、232被兩個切割穿槽213、233圍繞，且該兩切割穿槽213、233的U型開口彼此相對。或者，根據本發明一具體實施例，如圖1所示，切割區域212、232具有一周長，且切割穿槽213、233的周長為切割區域212、232之周長的80%~90%，前述兩種方式都能達到壓電振動模組20中各壓電單元22獨立振動不互相干擾之功效。
如圖1與圖2A所示，本發明之壓電振動模組20之第一實施例之壓電單元22與第一電極區211都是矩形，切割穿槽213、233都是矩形，且導線214係由各第一電極區211的中心直接以平行壓電振動模組20短軸側邊的型態延伸至電性連接端215。如圖2B所示，在第二實施例中之壓電振動模組20a之壓電單元22與第一電極區211都是矩形，導線214a係先以平行各第一電極區211的長軸側邊延伸後，再以平行壓電振動模組20a短軸側邊的型態延伸至電性連接端215。
如圖1與圖3所示，第一軟性電路板21包括複數第一電極區211，其中各第一電極區211具有一第一長度L1，各壓電單元22分別設於各第一電極區211下方，各壓電單元22包括一壓電元件222，壓電元件222具有第二長度L2，其中該第一長度L1為該第二長度L2的10%~20%，各壓電單元22位於第一軟性電路板21與第二軟性電路板23之間，第二軟性電路板23包括複數第二電極區231，其中各該第二電極區231具有各第二電極區亦具有第一長度L1，其中各第二電極區231之第一長度L1為第二長度L2的10%~20%，藉此當複數壓電單元22之其中之一產生逆壓電效應時，壓電振動模組20產生一力回饋效應，圖5A、圖5B及圖5C所示，當壓電振動模組20做為致動器(actuator)使用時，壓電振動模組20產生之該共振頻率小於500Hz，恰好落於人體觸覺最具感受力頻率區段中，而當壓電振動模組20做為感測器(sensor)使用時，共振頻率之高低不影響壓電振動模組20的運作特性。
如圖1所示，在本實施例中，第一軟性電路板21之第一電極區211是採穿孔引線，並導線214獨立平行引接各電極至電性連接端 215，第二軟性電路板23之第二電極區231是採共接引線方式，連接各電極至連接端215。藉此當複數壓電單元22之其中之一產生壓電效應時，藉由第一電極區211及各第二電極區231位於壓電單元22中心的特徵，讓被觸發的壓電單元22產生類似拱型且振動頻率低於500Hz的形變，據研究顯示，人類觸覺感受頻率約為500Hz以下，最佳感受頻率約300Hz至100Hz而本發明之壓電振動模組20做為致動器(actuator)使用產生之共振頻率恰位於此範圍區間。在此需注意的是，只要各第一電極區211、各第二電極區231分別位於壓電單元22的長度中央即可，在此以矩形為例，本發明所指之長度中央為各第一電極區211、各第二電極區231的相對兩短軸端到壓電單元22相對兩短軸端的距離相等，或誤差範圍在10%以下皆適用本發明。
此外，如圖1所示，壓電單元22包括一彈性件221，其中壓電元件222位於彈性件221與第二軟性電路板23之間，根據本發明之一具體實施例，壓電元件222係為壓電陶瓷(PZT)或聚偏氟乙烯(PVDF)壓電膜，或具有相同壓電性質的材料，本發明並不以上述所列舉之材料為限。此外，如圖1所示，為配合第一軟性電路板21及第二軟性電路板23的切割區域212、232，彈性件221上也有對應的切割區域223，且各相鄰之切割區域223之間具有切割穿槽224。
因為第一電極區211、第二電極區231分別為第一軟性電路板21、第二軟性電路板23的必要元件，且由圖5A、圖5B及圖5C的模擬圖形可看出，藉由本發明之第一電極區211的中線與各壓電單元22的中線重合的特徵，本發明之觸控反饋模組1在不需額外添加質量的狀況下， 壓電振動模組20的共振頻率都低500Hz，解決了先前技術所存在的問題。此外，壓電振動模組20所有元件均為薄型，容易貼合於輕薄的觸控面板符合目前電子裝置與觸控面板輕薄的設計方向。
以下請參考圖7A與圖7B，關於本發明之觸控反饋模組之第三實施例之上視圖以及第三實施例之爆炸圖。
如圖7A與圖7B所示，在第三實施例中，本發明之壓電振動模組20b之各第一電極區211a、各壓電單元22a及各第二電極區231a皆為圓形，且各相鄰之第一電極區211a之間有切割穿槽213a，各相鄰之各壓電單元22a之間有切割穿槽224a，各相鄰之第二電極區231a之間有切割穿槽233a，其中切割穿槽213a、224a、233a是弧形，此讓壓電振動模組20中各壓電單元22能獨立振動不互相干擾，維持各壓電單元22之獨立操作效果。如圖7A與圖7B所示，本發明之觸控反饋模組1b之各第一電極區211a、各壓電單元22a及各第二電極區231a皆為圓形，切割穿槽213a、233a呈弧型且完全簍空，且該弧型開口係供導線214a設置，藉此讓各第一電極區211a、各壓電單元22a及各第二電極區231a與對應之電性連接端215電性連接。
以下請一併參考圖8、圖9A、圖9B、圖10與圖11及圖12關於本發明之觸控反饋模組之第一實施例之爆炸圖、第一實施例之上視圖、第二實施例之上視圖、壓電振動模組之第一實施例其中之一力回饋單元之示意圖、壓電振動模組之第一實施例其中之一力回饋單元受力形變之示意圖以及依據圖7之實施例顯示本發明之壓電振動模組之第一實施例之模型分析圖形，與ANSYS分析計算之值。
如圖8與圖9A所示，本發明之觸控反饋模組1包括觸控面板10以及前述之壓電振動模組20，其中壓電振動模組20位於觸控面板10下方。當使用者手指觸碰觸控面板10時，複數壓電單元22之其中之一產生壓電效應時，壓電振動模組20得產生一共振之力回饋效應，且圖5A、圖5B及圖5C所示，該共振頻率小於500Hz。此外依據導線214的走向不同，當第一實施例之壓電單元22與第一電極區211都是矩形時，本發明之觸控反饋模組1可有如圖9A所示之型態，也可有本發明之觸控反饋模組1a如圖9B所示之型態。根據本發明之一具體實施例，如圖8與圖9A所示，本發明之觸控反饋模組1更包括複數第一壓條30，其中各第一壓條30分別設於第一軟性電路板21之各切割區域213的相對兩側邊，第二軟性電路板23之各該切割區域232的相對兩側邊。在本實施例中，第一軟性電路板21之各切割區域213、第二軟性電路板23之各切割區域232皆呈矩形，各第一壓條30分別設於第一軟性電路板21之各切割區域213的兩短軸側邊，藉此如圖12所示，當該複數壓電單元22之其中之一產生壓電效應時，壓電振動模組20得產生之共振頻率小於300Hz。利用複數第一壓條30於壓電振動模組20上下兩端施壓夾持(clamped)方式與觸控面板10結合，可獲得低於500Hz較之振動頻率(如圖12所示)，據研究顯示，人類觸覺感受頻率約為500Hz以下，最佳感受頻率約300Hz至100Hz而本發明之壓電振動模組20做為致動器(actuator)使用產生之共振頻率恰位於此範圍區間，可增強使用者的觸覺感受。根據本發明之一具體實施例，如圖8與圖9A所示，本發明之觸控反饋模組1更包括複數第一輔助壓條50，其係分別覆蓋於各第一壓條30，以加強各第一壓條30對於壓電振動模組20之夾持效果。如圖1所示，在本實施例中， 觸控反饋模組1更包括兩個貼合壓條60，其中各貼合壓條60分別用於壓電振動模組20與觸控面板10貼固。
在此須注意的是，如圖8與圖9A所示，為配合不同觸控面板的設計需求，本發明之壓電振動模組20中之壓電單元22可以陣列形式設計，以及各壓電單元22可是設計需求排列為M×N陣列形式排列，其中M、N皆為自然數。如圖2所示之陣列即為2×3之陣列，M=2；N=3。
藉由本發明之設計，利用矩形或圓形設計之壓電單元22並配合相應切割之第一軟性電路板21、21a、第二軟性電路板23、23a，使壓電振動模組20、20a、20b中壓電單元22之振動各自獨立，減少壓電單元22彼此間之干擾，可盡量維持壓電振動模組20、20a、20b與觸控反饋模組1、1a、1b中壓電單元22之獨立操作效果，解決現有技術存在的問題。
應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
20:壓電振動模組
213:切割穿槽
211:第一電極區
215:電性連接端
214:導線

Claims (17)

  1. 一種壓電振動模組，用以與一觸控面板連接，該壓電振動模組包括：一第一軟性電路板，包括複數切割區域、複數第一電極區與複數切割穿槽，其中各該切割穿槽分散設置於各該複數切割區域之間，各該第一電極區設於各該切割區域，且各該切割區域不與該觸控面板貼合；以及複數壓電單元，其中各該壓電單元分別設於各該切割區域下方，且各該壓電單元分別與該第一軟性電路板電性連接於各該第一電極區。
  2. 如請求項1所述之壓電振動模組，該複數切割區域呈矩形，該切割穿槽呈U型，且任一該切割區域被兩個該切割穿槽圍繞，且該兩切割穿槽的U型開口彼此相對。
  3. 如請求項1所述之壓電振動模組，該複數切割區域呈圓形，該切割穿槽呈弧型。
  4. 如請求項1所述之壓電振動模組，各該切割區域具有一周長，該切割穿槽的周長為該周長的80%~90%。
  5. 如請求項1所述之壓電振動模組，更包括一第二軟性電路板，各該壓電單元位於該第一軟性電路板與該第二軟性電路板之間，該第二軟性電路板包括複數切割區域，其中相鄰之各該複數切割區域間距有該切割穿槽。
  6. 如請求項5所述之壓電振動模組，該第二軟性電路板之該複數切割區域呈矩形，該第二軟性電路板之該切割穿槽呈U型，且任一 該切割區域被兩個該切割穿槽圍繞，且該兩切割穿槽的U型開口彼此相對。
  7. 如請求項5所述之壓電振動模組，該第二軟性電路板之該複數切割區域呈圓形，該第二軟性電路板之該切割穿槽呈弧型。
  8. 如請求項5所述之壓電振動模組，該第二軟性電路板之各該切割區域具有一周長，該第二軟性電路板之該切割穿槽的周長為該周長的80%~90%。
  9. 如請求項5所述之壓電振動模組，其中該第二軟性電路板包括複數第二電極區，各該壓電單元分別接觸該第二軟性電路板之各該切割區域。
  10. 如請求項9所述之壓電振動模組，該壓電單元包括兩彈性件以及一壓電元件，其中該壓電元件位於該兩彈性件之間，該壓電單元分別藉由該兩彈性件接觸該第一電極區及該第二電極區。
  11. 一種觸控反饋模組，包括一觸控面板以及一如請求項1至請求項10任一項所述之壓電振動模組，其中該壓電振動模組黏貼於該觸控面板下方，該第一軟性電路板電性連接該觸控面板，其中當該複數壓電單元之其中之一產生一壓電效應時，該壓電單元之一共振頻率小於500Hz。
  12. 如請求項11所述之觸控反饋模組，其中各該第一電極區具有一第一長度L1，各該壓電單元具有一第二長度L2，其中該第一長度L1為該第二長度L2的10%~20%。
  13. 如請求項11所述之觸控反饋模組，其中各該第二電極區具有該第一長度L1，其中各該第二電極區之該第一長度L1為該第二長度L2的10%~20%。
  14. 如請求項11所述之觸控反饋模組，該壓電單元包括一彈性件以及一壓電元件，其中該壓電元件位於該彈性件與該第二軟性電路板之間，其中該壓電元件有一第三長度L3，其中該第一長度L1為該第三長度L3的10%~20%。
  15. 如請求項11所述之觸控反饋模組，更包括複數第一壓條，其中各該第一壓條分別設於該第一軟性電路板之各該切割區域的相對兩側邊，藉此當該複數壓電單元之其中之一產生該壓電效應時，該壓電單元之該共振頻率小於300Hz。
  16. 如請求項15所述之觸控反饋模組，複數第一輔助壓條，其中各該第一輔助壓條分別覆蓋各該第一壓條，藉此當該複數壓電單元之其中之一產生該壓電效應時，該壓電振動模組產生之該共振頻率小於500Hz。
  17. 如請求項16所述之觸控反饋模組，更包括複數貼合壓條，其中各該貼合壓條用於貼合該壓電振動模組與該觸控面板。
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