本發(fā)明涉及一種觸摸感應(yīng)開關(guān)及使用該觸摸感應(yīng)開關(guān)的電子裝置。

背景技術(shù)：

近年來，電子裝置例如手機(jī)、電腦、游戲機(jī)等的開關(guān)按鍵或Home鍵，通常采用聲波式觸摸感應(yīng)開關(guān)取代機(jī)械開關(guān)與電容式開關(guān)，聲波式觸摸感應(yīng)開關(guān)具有壽命長、解析度高等優(yōu)點。聲波式觸摸感應(yīng)開關(guān)通常包括一信號接收單元和一信號發(fā)送單元，工作時，信號發(fā)送單元發(fā)送一聲波信號，該聲波信號穿過信號接收單元到達(dá)界面，到達(dá)界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并轉(zhuǎn)換為電信號形成觸控信息。目前發(fā)現(xiàn)，聲波信號在觸摸感應(yīng)開關(guān)內(nèi)部傳輸過程中的衰減極大影響觸摸感應(yīng)開關(guān)的靈敏度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種降低聲波傳輸衰減的觸摸感應(yīng)開關(guān)。

一種觸摸感應(yīng)開關(guān)，包括一蓋板、一信號接收單元和一信號發(fā)送單元，所述信號接收單元和所述信號發(fā)送單元形成在蓋板的同一側(cè)，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f_R；所述信號發(fā)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f_T，f_R和f_T滿足如下關(guān)系：f_R<f_T×（1-10%）。

一種電子裝置，所述電子裝置具有一觸摸感應(yīng)開關(guān)，所述觸摸感應(yīng)開關(guān)，包括一蓋板、一信號接收單元和一信號發(fā)送單元，所述信號接收單元和所述信號發(fā)送單元形成在蓋板的同一側(cè)，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f_R；所述信號發(fā)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f_T，f_R和f_T滿足如下匹配關(guān)系：f_R<f_T×（1-10%）。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的觸摸感應(yīng)開關(guān)通過對信號接收單元和信號發(fā)送單元壓電材料層的固有頻率進(jìn)行匹配優(yōu)化，降低信號發(fā)送單元發(fā)出的聲波信號在所述觸摸感應(yīng)開關(guān)內(nèi)部傳輸過程中的衰減，進(jìn)而有效提高觸摸感應(yīng)開關(guān)的靈敏度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實施例的觸摸感應(yīng)開關(guān)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明第一實施例的觸摸感應(yīng)開關(guān)在有、無外界觸摸情況下的輸出電壓變化的實驗測試結(jié)果數(shù)據(jù)圖。

圖3為本發(fā)明一對比實施例的觸摸感應(yīng)開關(guān)在有、無外界觸摸情況下的輸出電壓變化的實驗測試結(jié)果圖。

圖4為應(yīng)用圖1的觸摸感應(yīng)開關(guān)的電子裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖4的電子裝置中觸摸感應(yīng)開關(guān)的功能模塊示意圖。

主要元件符號說明

觸摸感應(yīng)開關(guān) 1

電子裝置 2

蓋板 11，21

第一柔性印刷電路板 12

信號接收單元 13

隔離層 14

信號發(fā)送單元 15

第二柔性印刷電路板 16

接觸面 110

第一電極層 131

第二電極層 132

第三電極層 151

第四電極層 152

第一壓電材料層 133

第二壓電材料層 153

顯示區(qū) 211

非顯示區(qū) 212

控制模組 4

信息處理模塊 41

存儲模塊 42

信號接收元件 411

數(shù)據(jù)分析元件 412

指令生成元件 413

如下具體實施例將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

具體實施方式

本發(fā)明提供的觸摸感應(yīng)開關(guān)通過調(diào)節(jié)其信號接收單元和信號發(fā)送單元的壓電材料層的固有頻率f_R和f_T之間的關(guān)系，來降低聲波信號在所述觸摸感應(yīng)開關(guān)內(nèi)部傳輸過程中的衰減。所述f_R和f_T滿足如下關(guān)系：f_R<f_T×（1-10%）。

以下通過具體實施例配合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。

請參閱圖1，圖1為本發(fā)明第一實施例觸摸感應(yīng)開關(guān)1的結(jié)構(gòu)示意圖。觸摸感應(yīng)開關(guān)1為聲波式觸摸感應(yīng)開關(guān)，其包括依次層疊設(shè)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(fā)送單元15及一第二柔性印刷電路板16。所述蓋板11遠(yuǎn)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(fā)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(shè)于所述第一電極層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(fā)送單元15包括一第三電極層151、一第四電極層152及夾設(shè)于所述第三電極層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f_T與所述第一壓電材料層133的固有頻率f_R滿足關(guān)系：f_R<f_T×（1-10%）。

所述第一壓電材料層133和所述第二壓電材料層153材料可為但不限于如下材料中的一種：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(dǎo)電率較好的金屬材料制成，例如，鋁、銅、鎳、金等高導(dǎo)電率材料，還可以由如透明氧化物導(dǎo)電材料(如氧化銦錫、氧化銦鋅)、銀、碳納米管或石墨烯等導(dǎo)電材料制成，但不限于以上材料。

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(fā)送單元二者厚度較小者厚度的十分之一。

當(dāng)觸摸感應(yīng)開關(guān)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(fā)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(chǎn)生振動發(fā)射聲波信號，所述聲波信號穿過信號接收單元13到達(dá)所述蓋板11的接觸面110并經(jīng)該接觸面110反射形成反射信號后再被所述信號接收單元13接收。所述信號接收單元13接收到信號并將其轉(zhuǎn)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并形成觸控指令再傳輸至手機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)手機(jī)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f_T為2.85MHz，所述第一壓電材料層133的固有頻率f_R為2.5MHz，即，f_R和f_T滿足關(guān)系：f_R<f_T×（1-10%）。

請參閱圖2，圖2為所述觸摸感應(yīng)開關(guān)1在有、無外界觸摸情況下的輸出電壓變化的實驗測試結(jié)果數(shù)據(jù)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(fā)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接收外界觸摸后，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(yīng)開關(guān)在有、無外界觸摸情況下的輸出電壓變化的實驗測試結(jié)果圖。所述對比實施例的觸摸感應(yīng)開關(guān)與所述觸摸感應(yīng)開關(guān)1結(jié)構(gòu)一致，區(qū)別點僅在于，所述對比實施例的觸摸感應(yīng)開關(guān)的第二壓電材料層的固有頻率f_T’與第一壓電材料層的固有頻率f_R’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后，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(yīng)開關(guān)1的信號接收單元13相較于對比實施例的觸摸感應(yīng)開關(guān)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(yīng)開關(guān)1相較于對比實施例的觸摸感應(yīng)開關(guān)有更寬的響應(yīng)頻率范圍。這一結(jié)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(yīng)開關(guān)1能有效降低聲波信號在所述觸摸感應(yīng)開關(guān)內(nèi)部傳輸過程中的衰減，從而具有更靈敏的觸摸感應(yīng)功能。即，當(dāng)觸摸感應(yīng)開關(guān)的第二壓電材料層的固有頻率f_T為2.85MHz，第一壓電材料層133的固有頻率f_R為2.5MHz時，相較于二者具有共同的固有頻率2.5MHz，所述觸摸感應(yīng)開關(guān)1具有更靈敏的觸摸感應(yīng)功能。

當(dāng)觸摸感應(yīng)開關(guān)1的第二壓電材料層153的固有頻率f_T與第一壓電材料層133的固有頻率f_R為滿足關(guān)系f_R<f_T×（1-10%）的其他數(shù)值時，同樣具有類似的觸摸感應(yīng)靈敏度。

請參閱圖4，圖4為應(yīng)用第一實施例中的觸摸感應(yīng)開關(guān)1的電子裝置2的結(jié)構(gòu)示意圖。該電子裝置2可以是且不限于手機(jī)、電腦及游戲機(jī)等，對應(yīng)地，該觸摸感應(yīng)開關(guān)1例如可以作為手機(jī)的主頁鍵（例如Home鍵）、電腦開關(guān)機(jī)鍵、游戲機(jī)開關(guān)鍵等。本實施例的電子裝置2以手機(jī)為例進(jìn)行說明，所述觸摸感應(yīng)開關(guān)1以該手機(jī)的Home鍵為例進(jìn)行說明。

繼續(xù)參閱圖4，所述電子裝置2包括一蓋板21，所述蓋板21具有一用于顯示畫面的顯示區(qū)211，及圍繞該顯示區(qū)211的非顯示區(qū)212，所述觸摸感應(yīng)開關(guān)1設(shè)置于所述非顯示區(qū)212。圖1為圖4中觸摸感應(yīng)開關(guān)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(yīng)開關(guān)1在所述電子裝置2中實現(xiàn)Home鍵功能的功能模塊示意圖。當(dāng)所述信號接收單元13接收到信號并將其轉(zhuǎn)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(jìn)一步可包括存儲模塊42及信息處理模塊41。該存儲模塊42存儲預(yù)先輸入的觸控數(shù)據(jù)，該觸控數(shù)據(jù)例如包括按壓力度范圍數(shù)據(jù)、觸摸軌跡數(shù)據(jù)、紋路信息數(shù)據(jù)、按壓次數(shù)數(shù)據(jù)等。該信息處理模塊41將該觸控信息進(jìn)行處理分析并與預(yù)先存儲于該存儲模塊42內(nèi)的觸控數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，并進(jìn)一步根據(jù)分析結(jié)果輸出相應(yīng)的觸控指令。

更進(jìn)一步地，該信息處理模塊41可使用軟件功能模塊或硬件電路模塊來實施功能，即，該信息處理模塊41可以通過軟件功能模塊的方式來實現(xiàn)，也可以通過硬件電路的方式來實現(xiàn)?？梢岳斫?，該信息處理模塊41可以是集成了控制功能模塊的電子裝置2中的集成電路芯片，例如單片機(jī)、中央處理器（CPU）、微控制器等。該信息處理模塊41的功能模塊包括信號接收元件411、數(shù)據(jù)分析元件412及指令生成元件413。該信號接收元件411接收該觸控信息，并輸出至該數(shù)據(jù)分析元件412，該數(shù)據(jù)分析元件412將該觸控信息進(jìn)行處理分析并與該觸控數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，進(jìn)一步產(chǎn)生分析結(jié)果輸出至該指令生成元件413，該指令生成元件413根據(jù)該分析結(jié)果產(chǎn)生觸控指令以控制該手機(jī)程序最終實現(xiàn)該觸摸感應(yīng)開關(guān)1的Home鍵功能，例如返回主頁面。