带发光功能的薄膜开关、发光按键及发光键盘的制作方法

1.本发明涉及薄膜开关技术领域，尤其涉及一种带发光功能的薄膜开关、发光按键及发光键盘。


背景技术：

2.薄膜开关又称轻触式键盘，采用平面多层组合而成的整体密封结构，将按键开关、面板、标记、符号显示及衬板密封在一起的新型电子元器件，被广泛应用于各种电子产品中。薄膜开关主要包括上线路板、隔离层、下线路板，按下薄膜开关，上线路板的触点向下变形，与下线路板的触点接触导通，以产生信号。此外，为了满足消费者按压发光的需求，还需在薄膜开关的下方再增加一层发光层。
3.也就是说，现有的带发光功能的薄膜开关共有四层结构(上线路板、隔离层、下线路板、发光层)，这种结构的薄膜开关厚度较厚，占用空间较大；而且现有的发光层需要单独的ic控制模块来控制，ic控制模块本身的厚度也占用了部分空间，在一定程度上影响了产品轻薄化的设计需求。


技术实现要素：

4.为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种带发光功能的薄膜开关、发光按键及发光键盘，集成度高、厚度薄，能适应市场对电子产品轻薄化的需求。
5.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案之一是：一种带发光功能的薄膜开关，包括柔性基板；开关线路层，位于柔性基板的正面，其包括多个相互不接触的导电接点；柔性按键，盖设在开关线路层上，且其内壁与柔性基板之间留有按压空腔；导体，位于按压空腔内，用以在柔性按键的按压下接通多个导电接点以实现开关线路层的导通；发光组件，集成在柔性基板上，用以产生光束；发光组件包括集成在柔性基板背面的发光电路，柔性基板的正面设有若干与发光电路导通的点位，若干点位围绕在柔性按键的外侧，点位上安装有带内驱ic的led。
6.本发明的有益效果在于：
7.1、取消了现有技术中的上线路板、隔离层、发光层，并将开关线路层、发光电路直接集成在一个柔性基板上，即将原来的四层结构(上线路板、隔离层、下线路板、发光层)整合为一层结构(柔性基板)，有效减少了薄膜开关的整体厚度；
8.2、在开关线路层中，通过多个不接触的导电接点使得开关线路层在未施压状态下处于未导通的状态，以使开关线路层能作为开关电路；再通过柔性按键对导体的按压使得导体能接触到导电接点，进而触发导电接点实现开关线路层的导通，产生按键按压信号；
9.3、将发光组件直接集成在集成有开关线路层的柔性基板上，即一个柔性基板上同时集成有发光组件、开关线路层，在保证薄膜开关通断及发光功能的同时，减少了薄膜开关的厚度，使得薄膜开关的整体结构更加紧凑，厚度更加轻薄，更能适应市场需求；
10.4、通过带内驱ic的led将内驱ic内置在led内部，既实现了单个led的独立控制，又
节省了额外加装ic控制模块所需的安装空间，使得发光组件更加紧凑，厚度更薄。
11.进一步来说，带内驱ic的led包括绝缘主体、导电端子、内驱ic、发光芯片、透光罩。绝缘主体固接在柔性基板上，其上设有与点位导通的导电端子。内驱ic、发光芯片均固接在导电端子上，且内驱ic、发光芯片通过导线电连。透光罩盖设在内驱ic、led上，并与绝缘主体固定。绝缘主体将内驱ic、发光芯片与柔性基板分隔开来，再通过导电端子实现内驱ic、发光芯片与发光电路的电性连接。
12.进一步来说，导体为盖设在开关线路层上的金属锅仔片，金属锅仔片的边缘固接在柔性基板上。通过金属锅仔片的设置既实现了导体导电的功能，又实现了按压回弹的弹片功能；而且在按压时能产生较强的机械敲击声，满足不同用户的个性化需求。
13.进一步来说，按压空腔内设有盖设在开关线路层上的硅胶弹片，导体为涂覆在硅胶弹片面向开关线路层的内壁上的导电银浆，导电银浆位于开关线路层的正上方。相较于金属锅仔片而言，硅胶弹片按压弹性更好，而且静音效果好，能满足不同用户的个性化需求；将导电银浆直接设置在硅胶弹片上节省了导体的安装空间。
14.进一步来说，按压空腔内设有盖设在开关线路层上的硅胶弹片，硅胶弹片内设有环绕在开关线路层外侧的绝缘层，绝缘层的上端面高于开关线路层的上端面，导体架设在绝缘层的上端面上；硅胶弹片与导体之间留有按压间隙。通过绝缘层的设置使得导体与开关线路层之间能留出隔离间隙，避免导体在非按压状态下直接接触到开关线路层；相较于直接在硅胶弹片上涂覆导电银浆，通过内置在硅胶弹片内的绝缘层与导体能有效提高硅胶弹片的使用寿命。
15.进一步来说，按压空腔内设有盖设在开关线路层上的硅胶弹片，硅胶弹片内设有环绕在开关线路层外侧的绝缘层，绝缘层的上端面高于开关线路层的上端面；绝缘层的上端面架设有pet平板，pet平板与硅胶弹片之间留有按压间隙；导体为涂覆在pet平板下端面上的导电银浆。
16.进一步来说，绝缘层采用uv胶材质制成。
17.进一步来说，绝缘层的厚度为2-4μm或8-12μm。当绝缘层的厚度为2-4μm时，绝缘层只是略高出开关线路层的上端面，当有水汽蔓延时，水汽极易越过绝缘层进入到开关线路层上，因此，当绝缘层的厚度为2-4μm时，绝缘层仅能起到将导体与开关线路层分隔开来的作用；当绝缘层的厚度为8-12μm时，绝缘层不仅能起到将导体与开关线路层分隔开来的作用，还能将水汽阻挡在绝缘层的外侧，进而避免水汽越过绝缘层进入到开关线路层上。
18.进一步来说，还包括防水结构，防水结构为环绕在柔性按键外侧的防水层，防水层的下端固接在柔性基板上，其上端面高于开关线路层的上端面。通过防水层的设置能够隔离水汽，防止水汽侵蚀导致的开关线路层氧化。
19.进一步来说，开关线路层为蚀刻在柔性基板表面的铜箔线路图案，铜箔线路图案包括一对相互不接触的且相互垂直向外环绕的回字纹型铜箔线路，每一个回字纹型铜箔线路上均设置有至少一个导电接点。
20.进一步来说，开关线路层为蚀刻在柔性基板表面的铜箔线路图案，铜箔线路图案包括一对相互不接触的且交错穿插的梳齿型铜箔线路，每一个梳齿型铜箔线路上均设置有至少一个导电接点。
21.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案之二是：一种发光按键，包括上述任一
的发光薄膜开关。采用上述发光薄膜开关制作的按键，相较于现有的按键，结构更加紧凑，厚度更加轻薄，能适应市场轻量化、极致薄的需求。
22.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案之三是：一种发光键盘，包括键盘基板，键盘基板上设有若干按键，按键采用上述任一的按键。采用上述按键制作的键盘，结构紧凑，厚度轻薄，能适应市场轻量化、极致薄的需求。
附图说明
23.图1为本发明实施例一的薄膜开关的电路原理图；
24.图2为图1中a部位的局部放大图；
25.图3为本发明实施例一的薄膜开关结构示意图；
26.图4为本发明实施例一的薄膜开关中柔性基板的俯视示意图；
27.图5为本发明实施例一的薄膜开关中开关线路层的俯视示意图；
28.图6为本发明实施例二的薄膜开关的结构示意图；
29.图7为本发明实施例三的薄膜开关的结构示意图；
30.图8为本发明实施例三的薄膜开关的另一个方案的结构示意图；
31.图9为本发明实施例四的薄膜开关的结构示意图；
32.图10为本发明实施例五的薄膜开关的结构示意图；
33.图11为本发明实施例六的薄膜开关的结构示意图；
34.图12为本发明实施例七的薄膜开关中开关线路层的俯视示意图。
35.图中：
36.11-柔性基板；12-开关线路层；121a、121b-回字纹型铜箔线路；122a、122b、124a、124b-导电接点；123a、123b-梳齿型铜箔线路；131-发光电路；132-点位；133-led；1331-绝缘主体；1332-导电端子；1333-透光罩；1334-发光芯片；1335-内驱ic；2-柔性按键；21-按压空腔；22-按键本体；23-按键触点；3-导体；4-硅胶弹片；5-绝缘层；6-pet平板；7-防水层。
具体实施方式
37.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
38.实施例
39.实施例一
40.参见附图1-5所示，一种带发光功能的薄膜开关，包括：一柔性基板11、一开关线路层12、一发光组件、一柔性按键2、一导体3。开关线路层12、发光组件8均集成在柔性基板11上。柔性按键2盖设在开关线路层12上，其内壁与柔性基板11之间留有按压空腔21；导体3位于按压空腔21内，用以在柔性按键2的按压下接通开关线路层12。
41.具体的，开关线路层12为蚀刻在柔性基板11正面的铜箔线路图案，参见附图5所示，铜箔线路图案包括一对相互不接触的且相互垂直向外环绕的回字纹型铜箔线路121a、121b，回字纹型铜箔线路121a上设置有至少一个导电接点122a,回字纹型铜箔线路121b上设置有至少一个导电接点122b。回字纹型铜箔线路121a、121b上设置的导电接点数量保持一致。图3中，回字纹型铜箔线路121a上设置有一个导电接点122a,回字纹型铜箔线路121b
上设置有一个导电接点122b。
42.实际设置时，可将两个回字纹型铜箔线路121a、121b分别设置为正极线路、负极线路，在柔性按键2未按压时，由于两个回字纹型铜箔线路121a、121b相互不接触，正极线路、负极线路处于不导通的状态；在柔性按键2按压时，导体受力下移并同时接触到导电接点122a、122b，实现导电接点122a、122b之间的连接，进而实现正极电路、负极电路之间的导通，当导体3将两个回字纹型铜箔线路121a、121b上的导电接点122a、122b接通时，能同时导通正、负极线路，进而产生按键按压的信号。
43.铜箔线路图案采用蚀刻工艺直接整体制作在柔性基板上，相较于传统的印刷银浆线路而言，能更加适用于严苛的环境，而且由于蚀刻工艺精度较高，其制得的铜制线路的线宽及线距相较于印刷能大幅缩小(即线条更加精细)，进而使得两个回字纹型铜箔线路在相互不接触的前提下能排列地更加密集，即两个回字纹型铜箔线路之间间隙更小。这样在导体抵靠到铜箔线路图案上时，同时接触到两个回字纹型铜箔线路的可能性越大，两个回字纹型铜箔线路上的导电接点被接通的可能性越大，进而越容易导通两个回字纹型铜箔线路。
44.实际加工时，柔性基板11可采用聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成。由于聚酰亚胺或聚酯薄膜具有优良的耐高、低温性及拉伸强度，其制得的柔性基板能具有较佳的挠折度，故能适用于具有挠折需求的产品。
45.在本实施例中，参见附图3-4所示，柔性按键2包括固接在柔性基板11上的按键本体22，按键本体22与柔性基板11之间还留有按压空腔21。按键本体22的中部内壁向下延伸形成位于开关线路层12的导电接点正上方的按键触点23。当按压按键本体22与按键触点23对应的位置时，按键本体22变形下压并带动按键触点23向开关线路层12的方向移动。在实际操作时，柔性按键2的边缘可采用胶水(如uv胶)粘结到柔性基板11上。
46.导体3为设置于开关线路层12、按键触点23之间的金属锅仔片，金属锅仔片的边缘通过防水胶水(如uv胶)固接在柔性基板11上。在按键触点23向开关线路层12方向移动的过程中，按键触点23能抵压到金属锅仔片上，并带动金属锅仔片变形下移接触到开关线路层12的导电接点122a、122b上，实现开关线路层12的导通，进而产生按键按压信号。
47.在本实施例中，采用金属锅仔片作为导体，既实现了导电的功能，又兼具按压回弹的弹片功能，相当于将导体、弹片合二为一，节省了零部件。而且，在按压时，金属锅仔片能产生较强的机械敲击声，满足部分用户对强烈敲击感的需求。此外，通过uv胶将金属锅仔片的边缘固接到柔性基板上，一是实现金属锅仔片的固定，二是使得金属锅仔片的内部形成一个密闭空间，有效隔绝水汽，避免水汽侵蚀到线路层上，造成开关线路层的氧化。
48.在本实施例中，上述发光组件包括集成在柔性基板11背面的发光电路131，柔性基板11的正面设有若干与发光电路131导通的点位132，点位132与开关线路层12位于同一侧，且设置在柔性按键2的外侧，用以焊接带内驱ic(integrated circuit)的led 133。通过在led 133内设置内驱ic实现了单个内驱ic对对应的led的独立控制，便于控制单个按键的发光。
49.其中，带内驱ic的led结构如下：
50.参见附图3所示，所述带内驱ic的led 133包括绝缘主体1331、导电端子1332、内驱ic 1335、发光芯片1334、透光罩1333。所述绝缘主体1331固接在位于柔性按键2外侧的柔性
基板11上，其上设有与所述点位132导通的导电端子1332。所述内驱ic 1335、发光芯片1334均焊接固定在导电端子1332上，且所述内驱ic 1335、发光芯片1334通过导线电连。所述透光罩1333盖设在所述绝缘主体1331上，其两端与所述绝缘主体1332卡接固定或螺纹固定。所述内驱ic 1335、发光芯片1334均位于所述透光罩1333内。
51.其中，导电端子1332包括嵌装在绝缘主体1331内的多个导电焊脚，导电焊脚的下端延伸出绝缘主体1331并与点位132电接触。多个导电焊脚的上端延伸出绝缘主体1331并共同连接有导电焊盘。内驱ic 1335、发光芯片1334均固接在导电焊盘上。
52.将内驱ic 1335内置在透光罩1333内，并通过导线直接实现内驱ic 1335与发光芯片1334电性连接，达到整合内驱ic 1335和发光芯片1334的目的，既实现了单个内驱ic1335对单个led的独立控制发光，而且通过内置的内驱ic减少了额外加装ic控制模块所占用的空间，便于产品薄型化的生产，而且在透光罩1333内直接通过导线连接内驱ic 35与发光芯片1334，使得发光芯片1334发光更加稳定可靠。
53.在本实施例中，所述透光罩1333可采用环氧树脂材质制成。环氧树脂具有高透光率、高折射率、良好耐热性、抗湿性、绝缘性、高机械强度与化学稳定性，既能实现良好的透光功能，又能实现良好的绝缘保护性能。
54.在本实施例中，柔性基板11的正面、背面还涂覆有绝缘黑胶涂层，位于正面的绝缘黑胶涂层上设有与导电接点、点位相对应的穿孔。通过绝缘黑胶涂层的涂覆能减缓铜箔线路图案氧化速度。
55.相较于现有技术而言，本技术取消了现有技术中的上线路板、隔离层、发光层，并将带有开关电路功能的开关线路层、带有发光功能的发光电路直接集成在一个柔性基板上，即将原来的四层结构(上线路板、隔离层、下线路板、发光层)整合为一层结构(柔性基板)，有效减少了薄膜开关的整体厚度；再通过柔性按键对金属锅仔片的按压使得金属锅仔片能接触到开关线路层上的导电接点，进而导通线路层上的两个回字纹型铜箔线路，实现按键按压信号的产生。
56.实施例二
57.实施例一中采用金属锅仔片作为导体的薄膜开关在按压时会产生较强的金属敲击感，但在实际使用时，部分用户会具有按压静音的需求。为了满足用户的个性化需求，本实施例对实施例一的薄膜开关的导体进行了改进，其与实施例一的区别在于：将金属锅仔片替换成硅胶弹片，并在硅胶弹片上涂覆导电银浆以作为导体。
58.具体的，参见附图6所示，在按压空腔21内设有盖设在开关线路层12上的硅胶弹片4，硅胶弹片4的边缘通过防水胶水(如uv胶)固接在柔性基板11上。导体3为涂覆在硅胶弹片4内壁上的导电银浆，导电银浆位于开关线路层12的正上方。当柔性按键2下压时，柔性按键2能抵压到硅胶弹片4上，并带动硅胶弹片4变形下移接触到开关线路层12，以实现开关线路层12的导通。
59.相较于金属锅仔片而言，硅胶弹片的按压弹性更好，手感体验更好，而且按压时产生的声响极小，能满足用户静音按压的需求；通过将导体(导电银浆)直接设置在硅胶弹片上，既节省了导体的安装空间，还使得施加到硅胶弹片上的力直接传递到导电银浆上，减少按压力的损失。
60.实施例三
61.在对薄膜开关进行测试时，申请人发现实施例二中将导电银浆直接涂覆在硅胶弹片4的内壁上，可能会导致硅胶弹片4的耐磨性能下降，这直接导致了硅胶弹片4的使用寿命变短；因此，本实施例对实施例二的导体安装位置和方式进行了改进，其与实施例二的区别在于：将导体3与硅胶弹片4进行分离。
62.具体的，参见附图7所示，按压空腔21内设有盖设在开关线路层12上的硅胶弹片4，硅胶弹片4的边缘通过防水胶水(如uv胶)固接在柔性基板11上，并形成空腔。硅胶弹片4的上述空腔内设有环绕在开关线路层12外侧的绝缘层5，绝缘层5的下端固接在柔性基板11上，其上端面高于开关线路层12的上端面。绝缘层5可采用闭合式的环形、方形或其他闭合式的结构。示例性地，绝缘层5的高度设置为3μm。在实际设计时，可根据实际需求将绝缘层5的高度设置为2-4μm。导体3固定架设在绝缘层5的上端面上，且导体3与硅胶弹片4之间留有按压间隙。绝缘层5采用uv胶或其他绝缘材质制成。导体3采用平板式的导电材质制成。
63.通过按压间隙的设置使得硅胶弹片4与导体3分离开来，避免了直接在硅胶弹片4上集成导体3导致的硅胶弹片4耐磨性下降的问题；通过绝缘层5的设置使得导体3与开关线路层12之间能留出隔离间隙，避免导体3在非按压状态下直接接触到开关线路层12。而且采用uv胶作为绝缘层5既实现了对导体的胶粘固定，又能起到一定的防水作用。当柔性按键2下压时，柔性按键2能抵压到硅胶弹片4上，并带动硅胶弹片4变形下压到导体3上，导体3随之下移并接触到位于绝缘层5内部的开关线路层12，以实现开关线路层12的导通。
64.相较于实施例二而言，本实施例的薄膜开关在保证静音按压的同时，能有效提高硅胶弹片的使用寿命，满足用户对薄膜开关敲击次数的需求。
65.作为本实施例的另一种方案，参见附图8所示，导体3不直接架设在绝缘层5的上端面上，而是在绝缘层5的上端面架设pet平板6，并在pet平板6的下端面涂覆导电银浆以作为导体3。其中，pet平板即为聚酯板。
66.实施例四
67.由于本技术的开关线路层是将正、负极线路集成在一块柔性基板上的，当开关线路层因水汽出现线路氧化现象，同一块柔性基板上的开关线路层的正、负极线路极易出现同时被氧化损坏的现象，导致多个导电接头均无法被接通，因此，本实施例对薄膜开关的防水性能作进一步改进。
68.本实施例与实施例三的区别在于：绝缘层5的高度为8-12μm。
69.具体的，参见附图9所示，本实施例将绝缘层5的高度直接抬高至10μm，使得绝缘层5形成包围住开关线路层12的壁垒，直接起到增强防水性能的作用。当水汽在柔性基板上蔓延时，由于绝缘层5的高度设置的较高，其能起到较好的阻挡作用。当水汽向开关线路层12方向移动时，由于环绕在开关线路层12外侧的绝缘层形成类似堤坝原理的环形壁垒，将水汽隔绝在绝缘层5的外侧，进而避免了水汽对开关线路层的侵蚀。需要注意的是，为了增强防水性能，绝缘层的高度并不局限为10μm，设计人员可根据实际设计要求将其设定为8-12μm。
70.实施例五
71.在对薄膜开关进行测试时，申请人发现实施例四的薄膜开关，由于绝缘层高度与开关线路层的高度相差较大，在按压薄膜开关时，能明显感觉到按压手感偏硬，因此，本实施例在实施例四的基础上，取消了实施例四中的带防水功能的绝缘层，将绝缘层的高度仍
设置为2-4μm，并在柔性按键的外侧设置防水结构。
72.由于绝缘层的高度设置为2-4μm，仅略高于开关线路层，其对开关线路层的防水效果较为局限，水汽极易越过绝缘层进入到绝缘层内部，造成对绝缘层内的开关线路层的侵蚀。因此，参见附图10所示，本实施例将防水结构设置为环绕在柔性按键2外侧的防水层7，防水层7的下端固接在柔性基板11上，其上端面高于开关线路层12的上端面。防水层7的高度为8-12μm。防水层7为闭合式的环状结构，以实现对柔性按键2的全部包围。防水层7为uv胶层。通过在柔性按键的外侧加设防水层，从柔性按键的外侧就将水汽隔离掉，进而避免水汽进入到柔性按键的内部，实现了对柔性按键整体的防水防护，而且将防水层设置在柔性按键的外侧，使得防水层的高度不会影响到柔性按键按压的手感。
73.当水汽在柔性基板11上蔓延时，由于防水层7的阻挡，水汽直接被隔绝在防水层7的外侧，进而阻挡了水汽进入到柔性按键2内，实现了对柔性按键2内的开关线路层12的防水保护。
74.实施例六
75.本实施例与实施例一至三任一实施例的区别在于：增设了防水结构，参见附图11所示，防水结构为环绕在柔性按键2外侧的防水层7，防水层7的下端固接在柔性基板11上，其上端面高于线路层12的上端面。防水层7的高度为不小于8μm。防水层7为uv胶层。防水层7为闭合式的环状结构，以实现对柔性按键的全部包围。
76.当水汽在柔性基板11上蔓延时，由于防水层7的阻挡，水汽直接被隔绝在防水层7的外侧，进而阻挡了水汽进入到柔性按键2内，实现了对柔性按键2内的开关线路层12的防水保护。
77.实施例七
78.本实施例与实施例一至六任一实施例的区别在于：铜箔线路图案不同。
79.具体的，参见附图12所示，本实施例中的铜箔线路图案包括一对相互不接触的交错穿插的梳齿型铜箔线路123a、123b,梳齿型铜箔线路123a上设置有至少一个导电接点124a,梳齿型铜箔线路123b上设置有至少一个导电接点124b。示例性地，图10中梳齿型铜箔线路123a上设置有五个导电接点124a,梳齿型铜箔线路123b上设置有五个导电接点124b。
80.实际设置时，可将两个梳齿型铜箔线路123a、123b分别设置为正极线路、负极线路，在柔性按键2未按压时，由于两个梳齿型铜箔线路123a、123b相互不接触，正极线路、负极线路处于不导通的状态；在柔性按键2按压时，导体受力下移并同时接触到导电接点124a、124b，实现导电接点124a、124b之间的连接，进而实现正极电路、负极电路之间的导通，当导体3将两个梳齿型铜箔线路123a、123b上的导电接点124a、124b接通时，能同时导通正、负极线路，进而产生按键按压的信号。
81.在本实施例中，两个梳齿型铜箔线路的梳齿交叉排列地越密，导体3同时接触到两个梳齿型铜箔线路上的导电接点的可能性越大，两个线路越容易被导通。
82.实施例八
83.本实施例的一种具有薄膜开关的按键，包括实施例一至七任一的薄膜开关。该按键，相较于现有的按键，结构更加紧凑，厚度更加轻薄，能适应市场轻量化、极致薄的需求。
84.实施例九
85.本实施例的一种具有薄膜开关的键盘，包括键盘基板，键盘基板上设有若干按键，
按键采用实施例八中的按键。该键盘具有结构紧凑、厚度轻薄的特点，能适应市场轻量化、极致薄的需求。
86.以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。