CN101930866A - 具有触控功能的机械键盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有触控功能的机械键盘，包含一按键组，其包含多只键帽与覆盖键帽的键顶、位于按键组下方的背光层、选择性位于数个键帽下方的电容式触控单元、位于电容式触控单元下方的弹性层，其包含弹性体与对应键帽的凸柱、以及电路板，其包含对应于键帽的金属弹片以及弹片薄膜。各单一的金属弹片提供一机械反馈力，使得键帽得以经由凸柱而间接接触金属弹片与弹片薄膜。本发明具有同时兼顾机械式键盘与触控板的优点。

Description

具有触控功能的机械键盘

技术领域

本发明涉及一种机械式输入装置。特别是涉及一种应用于电子产品中的人机界面(Human machine interface)，并同时整合有触控式功能的机械式键盘。

背景技术

随着科技的进步与发展，在许多电子设备中都需要用到输入装置。特别是移动式电子产品，例如移动电话或是个人数字助理。在这些电子产品中都具有按键结构，以方便使用者输入各种数据，例如简讯或指令，或是执行各种功能，例如移动游标。

机械式键盘是一种常见于移动式电子产品中的输入装置。机械式键盘中通常包含有多只按键。每一只按键代表单一或是多个预定的信息，例如文字或是符号，以方便使用者选择与输入。虽然使用机械式键盘的按键可以快速地输入固定的信息，例如用来聊天或是撰写文件，而广受使用者喜爱并历久不衰，但是一旦要输入非制式信息，例如在图形界面系统中驱动游标移位或是建立抽象图形时，由于机械式键盘中每一只按键只能代表单一或是多个制式的信息，机械式键盘此时在应付非制式信息上便显得力有未逮。

另一种后进的输入装置称为触控板(touch pad)。和机械式键盘相较，触控板中通常并没有任何按键与盲人点的设置。在使用时，触控板侦测使用者手指的动作而产生对应的动作。因此，触控板在驱动游标移位或是建立抽象图形等基于移动的操作时，取得了巨大的成功。但是，触控板却在输入制式的信息上显得缓慢。此外，传统电阻式触控面板(LCD touch panel)，关键技术由国外制造商所掌握。一方面，书写时需使用特殊的书写笔，另一方面，制造成本高，使用年限也不长。

在现今公开技术中，日本申请案JP 2008-270000揭示了一种输入装置。图1例示此现有技术的元件分解图。输入装置1包含多个1彼此独立的按键7，并使用覆盖元件9来固定各按键7。输入装置1中也包含可以侦测动作的一整片感应器50a。然而，该现有技术并未揭示按键组会彼此相连。另外，该现有技术也缺乏背光源，与促进背光源均匀的导光片。此等设计并不适用于各种场合。

于是，本案发明人等，一来对于目前使用者在不能方便地同时输入制式的信息与移动操作的问题上感同身受，加以从事本行业多年所累积的宝贵经验，深信此等实用上问题，必定存在着可以改善的空间，以造福大众，提供一般使用者更加顺手的使用经验。

发明内容

本案发明人等，因此潜心研究、配合实际的运用，本着精益求精的精神，终于提出一种设计合理且能够有效改善上述问题点的本发明。本发明的目的在于提出一种输入装置，能同时兼顾机械式键盘与触控板的优点，当应用于电子装置中时，能够提供使用者最大的实用性与便利性。

本发明首先提出一种触控式机械键盘，包含一按键组、一电容式触控单元、一弹性层、一背光层以及一电路板。按键组包含多只键帽与覆盖多只键帽的键顶。电容式触控单元选择性位于按键组中数个键帽的下方，并包含多个开口以容置键帽。弹性层位于电容式触控单元下方，并包含一弹性体与对应多只键帽的多个凸柱(plunger)。背光层包含多个开口以容置键帽。电路板位于背光层下方，并包含对应于多只键帽的多个金属弹片(metal dome)以及对应于多个金属弹片的弹片薄膜(dome sheet)。单一的金属弹片提供一机械反馈力，使得多只键帽得以经由多个凸柱间接地接触多个金属弹片与弹片薄膜。

本发明其次提出一种触控式机械键盘，包含一按键组、一背光层、一电容式触控单元、一弹性层以及一电路板。按键组包含多个相连的键帽，与覆盖多个相连键帽的键顶。背光层位于按键组的下方。电容式触控单元位于背光层的下方。弹性层位于电容式触控单元的下方，并包含弹性体与对应多只键帽的多个凸柱。电路板包含对应于多个凸柱的多个金属弹片以及对应于多个金属弹片的弹片薄膜。单一的金属弹片提供一机械反馈力，使得多只键帽得以经由多个凸柱间接地接触多个金属弹片与弹片薄膜。

本发明又提出另一种触控式机械键盘，包含一按键组、一背光层、一电容式触控单元、一弹性层以及一电路板。按键组包含多个相连的键帽与支撑多个相连键帽的键顶。背光层位于按键组的下方。电容式触控单元位于背光层的下方。弹性层位于电容式触控单元的下方，并包含弹性体与对应多只键帽的多个凸柱。电路板包含对应于多个凸柱的多个金属弹片以及对应于多个金属弹片的弹片薄膜。单一的金属弹片提供一机械反馈力，使得多只键帽得以经由多个凸柱间接地接触多个金属弹片与弹片薄膜。

附图说明

图1为现有技术的元件分解图；

图2A、图2B为本发明触控式机械键盘的第一实施方式；

图3为本发明触控式机械键盘第二实施方式的上视图；

图4为图3中沿着切线A-A’的剖视图；

图5为本发明触控式机械键盘第三实施方式的上视图；

图6为图5中沿着切线B-B’的剖视图。

主要元件符号说明

1 输入装置

7 按键

9 元件

50a 感应器

200 机械键盘

210 按键组

211 键帽

212 键顶

220 电容式触控单元

221 开口

230 弹性层

231 弹性体

232 凸柱

240 背光层

241 开口

242 导光片

243 发光二极管

250 电路板

251 金属弹片

252 弹片薄膜

260 粘着剂

300 触控式机械键盘

310 按键组

311 键帽

312 键顶

313 浅沟

314 印刷图案

320 背光层

322 导光片

323 发光二极管

330 电容式触控单元

340 弹性层

341 弹性体

342 凸柱

350 电路板

351 金属弹片

352 弹片薄膜

400 触控式机械键盘

410 按键组

411 键帽

412 键顶

420 背光层

422 导光片

423 发光二极管

430 电容式触控单元

440 弹性层

441 弹性体

442 凸柱

450 电路板

451 金属弹片

452 弹片薄膜

460 粘着剂

具体实施方式

本发明所提供的输入装置，不但具有机械式键盘在输入制式信息上的便利性，又兼容触控板擅长驱动游标移位或是建立抽象图形等基于移动的操作。当应用于电子装置中，特别是移动式电子产品时，能够提供使用者最大的实用性与便利性。

本发明所提供的输入装置，可以有多种的实施方式。有关本发明多种实施方式的技术内容及详细说明，现配合附图说明如下。

本发明第一方面，提供一种触控式机械键盘200。请参阅图2A，例示本发明触控式机械键盘的第一实施方式的上视图。图2B例示图2A中沿着切线A-A的剖视图。本发明的触控式机械键盘200包含一按键组210、一电容式触控单元220、一弹性层230、一背光层240以及一电路板250。按键组210包含多只键帽211，例如可以为各别独立者，与完全覆盖多只键帽的键顶212。键帽211通常由一高分子材料所构成，例如塑胶或是硅胶。例如可以者，键帽211具有T形的断面。

键顶212可通过模具进行热压后而成型，而键帽211则可利用塑胶射出进行注塑成型。另外，键顶212则整体性地覆盖所有的键帽211。键顶212可以由聚碳酸酯(PC)或聚苯二甲酸乙二酯(PET)等材料所形成。各别键帽211上方的键顶212，例如可以包含有特定的印刷图案(图未示)，例如文字与符号，以分别对应标示各按键的功用。

电容式触控单元220则选择性地位于按键组210中数个键帽211的下方，用以侦测使用者手指(图未示)的移动而产生对应的动作。所谓的「选择性」，表示视情况需要，本发明的电容式触控单元220可以仅位于数个相连键帽211的下方而形成一触控区，或是电容式触控单元220可以位于多数个相连键帽211的下方而形成一触控区。此时，使用者即可接触具有电容式触控单元220的键帽211所集合形成的触控区，来进行移动式操作。

电容式触控单元220例如可以可为一电容式触控板。本发明第一实施方式特点之一即在于，触控式机械键盘200的电容式触控单元220包含多个开口221。多个开口221分别对应多只键帽211，而特别用来容置多只键帽211，使得位于触控区部分的各键帽211可分别穿过电容式触控单元220的开口而实质接触一位于下方的弹性装置，以强化操作时的机械反馈力。另外，还可以使用粘着剂260来分别固定键顶212或电容式触控单元220。

位于电容式触控单元220下方者为一弹性层230，以提供使用者弹性触感。弹性层230可以包含弹性体231与对应多只键帽211的多个凸柱232。弹性体231可以由硅胶(silicone)或橡胶(rubber)所形成。

本发明的触控式机械键盘200还额外包含有背光层240，以辅助使用者在光线不足的场合下操作本发明的触控式机械键盘200。本发明第一实施方式的另一特点在于，背光层240还包含多个开口241。各开口241分别对应多个穿过电容式触控单元220的键帽211，而特别用来容置多只键帽211，使得该些部分的键帽211在穿过电容式触控单元220后会继续穿过背光层240。

背光层240中可以包含有导光片242与至少一发光二极管243(LED)。导光片242可以由聚胺酯弹性体、聚碳酸酯、硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二酯等所形成。同样地，本发明的导光片242也包含多个开口241以容置多只键帽211。发光二极管243的数量与位置可以视情况需要而安排，例如位于角落或是中央附近。

位于背光层240下方的电路板250，包含对应于多只键帽211的多个金属弹片251，以及对应于多个金属弹片251的弹片薄膜252。弹片薄膜252的功用在于粘着金属弹片251与电路板250。电路板250可以为一印刷电路板，例如软性印刷电路板，以在受到按压时产生一特定的电子信号。

对应每一键帽211的单一的金属弹片251与单一的弹片薄膜252在一起会稍为突起。此等突起即会提供使用者在按压任意键帽211时一机械反馈力，以符合一般使用者的使用者习惯。如前所述，多个键帽211会穿过电容式触控单元220与背光层240。于是，键帽211即会直接接触凸柱232。当使用者在按压任意键帽211时，键帽211即会经由凸柱232间接接触金属弹片251与弹片薄膜252，而明确提供使用者在按压时的机械反馈力。

在本发明第一实施方式中，触控式机械键盘200可以提供卷轴控制器(scroll bar)与感应键盘(sensor keypad)的卷动操作(scrolling)与操作触感(tactility)等。一来卷轴控制器防止静电放电伤害(ESD)的能力较佳，二来，触控控制又比五向选择键(navigation key)的灵敏度还要好。此外，本发明第一实施方式中，触控式机械键盘200的厚度可以设定在电容式触控单元220可感知的范围内，而制成较厚的键盘成品。

本发明第二方面，提供另一种触控式机械键盘300。图3例示本发明触控式机械键盘第二实施方式的上视图。图4例示图3中沿着切线B-B的剖视图。请参阅图4，本发明的触控式机械键盘300包含一按键组310、一背光层320、一电容式触控单元330、一弹性层340以及一电路板350。按键组310包含多只相连的键帽311，与一覆盖多只相连键帽311的键顶312。相连的键帽311通常由一高分子材料所构成，例如紫外光固化树脂。，各别键帽311间可以以一浅沟313相隔。键顶312则整体性地覆盖所有的键帽311。键顶312可以由聚碳酸酯或聚苯二甲酸乙二酯等材料所形成。各别键帽311上方的键顶312，例如可以包含有特定的印刷图案314，例如文字与符号，以分别对应标示各按键的功用。

如图3所示，本发明的触控式机械键盘300还额外包含有位于按键组310下方的背光层320，以辅助使用者在光线不足的场合下操作本发明的触控式机械键盘300。背光层320中可以包含有导光片322与至少一发光二极管323(LED)。导光片322可以由聚胺酯弹性体、聚碳酸酯、硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二酯等所形成，以协助光线均匀分散。发光二极管323的数量与位置可以视情况需要而安排，例如位于角落或是中央附近。

电容式触控单元330位于背光层320的下方，用以侦测使用者手指(图未示)的移动而产生对应的动作。电容式触控单元330例如可以可为一电容式触控板。位于电容式触控单元330下方者为一弹性层340，以提供使用者弹性触感。弹性层340可以包含弹性体341与对应多只键帽311的多个凸柱342。弹性体341可以由硅胶或橡胶所形成。

位于背光层320下方的电路板350，包含对应于多只键帽311的多个金属弹片351，以及对应于多个金属弹片351的多个弹片薄膜352。弹片薄膜352的功用在于粘着金属弹片351与电路板350。电路板350可以为一印刷电路板，例如软性印刷电路板，以在受到按压时产生一特定的电子信号。

对应每一键帽211的单一的金属弹片351与单一的弹片薄膜352在一起会稍为突起。此等突起即会提供使用者，在按压任意键帽311时一机械反馈力，以符合一般使用者的使用者习惯。当使用者在按压任意键帽311时，键帽311即会经由凸柱342间接接触金属弹片351与弹片薄膜352，而明确提供使用者在按压时的机械反馈力。

在本发明第二实施方式中，各层之间，例如键帽311、背光层320与电容式触控单元330之间，可以使用粘着剂360或胶带来固定。本发明第二实施方式的优点在于，触控式机械键盘300的厚度可以相当小，例如，键顶312至电容式触控单元330间的距离可以小于2毫米，使得电容式触控单元330对于使用者的操作更为敏感。在按键模式与触控模式结合下可以进行多种不同形式的输入方式。例如，拨号模式、使用指尖书写文字，例如中文与拉丁字母的书写模式、或是图片浏览模式，使用指尖来移动、点选、放大或缩小图片。

本发明第三方面，提供又一种触控式机械键盘400。图5例示本发明触控式机械键盘第三实施方式的上视图。图6例示图5中沿着切线C-C的剖视图。请参阅图6，本发明的触控式机械键盘400，可以为一薄膜式塑胶(film-in-plastic，FIP)键盘，包含一按键组410、一背光层420、一电容式触控单元430、一弹性层440以及一电路板450。

与第二实施方式不同的是，本发明第三实施方式中按键组410包含多只相连的键帽411，与支撑多只相连键帽411的键顶412。相连的键帽411通常由一高分子材料所构成，例如聚碳酸酯或聚苯二甲酸乙二酯。键顶412中有许多突起，以支撑键帽411。键顶412可以由紫外光固化树脂或是聚胺基甲酸酯)所形成。可以使用背面印刷的方式来制作特定的印刷图案(图未示)，例如文字与符号，以分别标示各对应按键的功用。

背光层420中可以包含有导光片422与至少一发光二极管423(LED)。弹性层440可以包含弹性体441与对应多只键帽411的多个凸柱442。电路板450，包含对应于多只键帽411的多个金属弹片451，以及对应于多个金属弹片451的弹片薄膜452。弹片薄膜452的功用在于粘着金属弹片451与电路板450。弹片薄膜452通常由一高分子材料所构成，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。

在本发明第三实施方式中，各层之间，例如键帽411、背光层420、电容式触控单元430、弹性层440与电路板450之间，可以使用粘着剂460或胶带来固定。本发明第三实施方式的优点在于，触控式机械键盘400的厚度可以相当小，例如，键顶412至电容式触控单元430间的距离可以小于2毫米，使得电容式触控单元430对于使用者的操作更为敏感。在按键模式与触控模式结合下可以进行多种不同形式的输入方式。例如，拨号模式、使用指尖书写文字，例如中文与拉丁字母，的书写模式、或是图片浏览模式，使用指尖来移动、点选、放大或缩小图片。本发明第三实施方式的其他特点可以参照前述的第二实施方式，在此不多加赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (24)

1.一种触控式机械键盘，包含：

按键组，其包含多只键帽与覆盖该多只键帽的一键顶；

电容式触控单元，选择性位于该按键组中数个键帽的下方，并包含多个开口以容置该数个键帽；

弹性层，位于该电容式触控单元下方并包含一弹性体与对应该多只键帽的多个凸柱(plunger)；

背光层，其中该背光层包含多个开口以容置该多只键帽；以及

印刷电路板，位于该背光层下方并包含对应于该多只键帽的多个金属弹片(metal dome)以及对应于该多个金属弹片的弹片薄膜(dome sheet)，单一该金属弹片提供一机械反馈力，其中，该多只键帽经由该多个凸柱间接接触该多个金属弹片与该弹片薄膜。

2.如权利要求1的触控式机械键盘，其中该键顶由聚碳酸酯(PC)或聚苯二甲酸乙二酯(PET)的任一种所形成。

3.如权利要求1的触控式机械键盘，其中该键顶包含一印刷图案。

4.如权利要求1的触控式机械键盘，其中该弹性体由硅胶(silicone)或橡胶(rubber)所形成。

5.如权利要求1的触控式机械键盘，还包含：

一粘着剂，用以固定该键顶与该电容式触控单元。

6.如权利要求1的触控式机械键盘，其中该背光层包含一导光片与至少一发光二极管(LED)，且该导光片包含多个开口以容置该多只键帽。

7.如权利要求6的触控式机械键盘，其中该导光片由聚胺脂弹性体、聚碳酸酯、硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二酯所形成。

8.一种触控式机械键盘，包含：

按键组，该按键组包含多个相连的键帽与覆盖该多个相连键帽的一键顶；

背光层，位于该按键组下方；

电容式触控单元，位于该背光层下方；

弹性层，位于该电容式触控单元下方并包含一弹性体与对应该多只键帽的多个凸柱；以及

印刷电路板，其包含对应于该多个凸柱的多个金属弹片以及对应于该多个金属弹片的弹片薄膜，单一该金属弹片提供一机械反馈力，其中该多只键帽经由该多个凸柱间接接触该多个金属弹片与该弹片薄膜。

9.如权利要求8的触控式机械键盘，其中该键顶包含聚碳酸酯或聚苯二甲酸乙二酯。

10.如权利要求8的触控式机械键盘，其中该键顶包含一印刷图案。

11.如权利要求8的触控式机械键盘，其中该键帽包含紫外光固化树脂。

12.如权利要求8的触控式机械键盘，其中该背光层包含一导光片与至少一发光二极管。

13.如权利要求12的触控式机械键盘，其中该导光片由聚胺脂弹性体、聚碳酸酯、硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二酯所形成。

14.如权利要求8的触控式机械键盘，其中该弹性体由硅胶或橡胶所形成。

15.如权利要求9的触控式机械键盘，其中还包含：

粘着剂，用以固定该键帽、该背光层与该电容式触控单元。

16.一种触控式机械键盘，包含：

按键组，其包含多个相连的键帽与支撑该多个相连键帽的一键顶；

背光层，位于该按键组下方；

电容式触控单元，位于该背光层下方；

弹性层，位于该电容式触控单元下方并包含一弹性体与对应该多只键帽的多个凸柱；以及

印刷电路板，其包含对应于该多个凸柱的多个金属弹片以及对应于该多个金属弹片的弹片薄膜，单一该金属弹片提供一机械反馈力，其中该多只键帽经由该多个凸柱间接接触该多个金属弹片与该弹片薄膜。

17.如权利要求16的触控式机械键盘，其中还包含：

键顶，以覆盖该按键组。

18.如权利要求17的触控式机械键盘，其中该键顶包含聚碳酸酯(PC)。

19.如权利要求17的触控式机械键盘，其中该键顶包含一印刷图案。

20.如权利要求16的触控式机械键盘，其中该键帽包含聚胺基甲酸酯。

21.如权利要求16的触控式机械键盘，其中该背光层包含一导光片与至少一发光二极管。

22.如权利要求16的触控式机械键盘，其中该导光片由聚胺脂弹性体、聚碳酸酯、硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二酯所形成。

23.如权利要求16的触控式机械键盘，其中该弹性体由硅胶或橡胶所形成。

24.如权利要求16的触控式机械键盘，其中该触控式机械键盘还包含：

粘着剂，用以固定该键帽、该背光层与该电容式触控单元。

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