CN111600592B - 电容式触控按键 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容式触控按键，包含按键单元、触控模组与弹性元件。触控模组设有第一透明导电层，按键单元包含导光体与金属框体，金属框体的本体包覆导光体侧面且暴露出导光体顶面，并自本体底端周缘延伸一延伸部，延伸部之投影部分与第一透明导电层重叠，另外，亦可设有与延伸部电性连接之第二透明导电层。弹性元件连接于按键单元与触控模组之间，当使用者进行触控操作时，将按键单元朝向触控模组方向按压，于延伸部或第二透明导电层与第一透明导电层之间的电容值产生变化。藉此，可大幅降低手指和感应电极的等效距离，从而提升触控讯号的感应量。

Description

电容式触控按键

技术领域

本发明是属于触控技术领域，尤其有关于一种可提升触控讯号量的电容式触控按键。

背景技术

触控技术近几年获得迅速的发展，广泛运用于许多消费性电子装置上，例如笔记本电脑、平板电脑与智能型手机，目前也已经逐渐扩展至医学仪器、自动化设备、家用电器与车用装置等等。触控式界面主流为触控屏幕(Touch panel)与触摸板(Touch pad)，可取代传统机械式按键，让电子装置增加更大的操作空间。然而，在追求科技化的同时，尽管这些触控式界面具备众多优势，有些电子装置，例如卫星导航装置、车用影音设备、飞机驾驶舱显示面板、电子游戏机等，还是需要设计实体的按键、旋钮或摇杆等，来提供真实的触觉反馈，增加使用者的感官体验。

典型的电容式触控按键设计，通常使用塑料材质作为按键本体来覆盖在感应元件上，但是太厚的塑料按键容易有感应不良的情形发生，而影响触控效果。请参照图1，其显示一种可以动态的显示不同内容的电容式触控按键10，其按键本体11为透明塑料材质，属于非导体介质，由于介质具备一定厚度，再加上其下方的弹性元件13，会导致可感应手指的电容量极小，触控晶片(Touch IC)12必须强化感测触控讯号的灵敏度，否则难以达成触控效果。

因此，上述现有技术尚有改进和发展的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在的缺失，其主要目的是提供一种电容式触控按键，能够大幅地降低手指触碰点和感应电极之间的等效距离，以增加触控讯号的感应量，有效提升触控效能。

为实现上述目的，本发明提供一种电容式触控按键，包含一按键单元、一触控模组与至少一弹性元件。其中，触控模组设置于弹性元件之上，触控模组具有一第一透明导电层。按键单元设置于触控模组上且藉弹性元件连接第一透明导电层，并包含一导光体及一金属框体，金属框体具有一本体及自本体底端周缘延伸之一延伸部，本体包覆导光体之侧面并暴露出导光体之顶面，且延伸部之投影位置部分与第一透明导电层重叠。当进行触控操作时，弹性元件会产生弹性变形，使按键单元朝向触控模组位移，并于延伸部与第一透明导电层之间产生电容变化量。

在本发明的一实施例中，上述按键单元更包括一第二透明导电层，且延伸部延伸至第二透明导电层上并与其电性连接。当进行触控操作时，弹性元件会产生弹性变形，使按键单元朝向触控模组位移，并于第二透明导电层与第一透明导电层之间产生电容变化量。

在本发明的一实施例中，上述金属框体和第二透明导电层之间的电阻值小于或等于100千欧姆(kΩ)。

在本发明的一实施例中，上述第二透明导电层为氧化铟锡(ITO)或金属网格(Metal mesh)。

在本发明的一实施例中，上述延伸部围绕本体形成一环状且延伸方向远离导光体。

在本发明的一实施例中，上述延伸部在延伸方向上的面积大于130平方毫米(mm²)。

在本发明的一实施例中，上述本体暴露出之导光体之顶面直径小于或等于20毫米(mm)。

在本发明的一实施例中，上述本体更部分包覆导光体之顶面。

在本发明的一实施例中，上述触控模组之第一透明导电层系连接触控模组之一触控感测电路，以供触控感测电路侦测电容变化量。

在本发明的一实施例中，上述第一透明导电层为氧化铟锡(ITO)或金属网格(Metal mesh)。

相较于现有技术，本发明是在导光体侧面包覆有金属框体，并由金属框体之本体底端周缘延伸形成一延伸部，或进一步设有与延伸部电性连接之第二透明导电层；当使用者以手指进行触控操作时，手指之触碰点会与金属框体的延伸部或第二透明导电层导通连接，而将手指与作为感应电极之第一透明导电层的等效距离大幅降低，有效提升触控讯号的感应量，藉以获得较佳的感应效果。

底下藉由具体实施例详加说明，当更容易了解本发明之目的、技术内容、特点及其所达成之功效。

附图说明

图1是先前技术所提供的一种电容式触控按键之剖面示意图。

图2是本发明之第一实施例所提供的电容式触控按键之剖面示意图。

图3是本发明之第二实施例所提供的电容式触控按键之剖面示意图。

图4是本发明之第三实施例所提供的电容式触控按键之剖面示意图。

图5是本发明之第三实施例所提供的电容式触控按键之等效结构。

附图标记：

10…电容式触控按键

11…按键本体

12…触控晶片

13…弹性元件

50…手指

100…电容式触控按键

110…按键单元

111…导光体

112…金属框体

114…顶面

115…延伸部

116…本体

120…触控模组

121…第一透明导电层

122…触控感测电路

130…弹性元件

200…电容式触控按键

211…导光体

212…金属框体

214…顶面

216…本体

300…电容式触控按键

310…按键单元

311…导光体

312…金属框体

313…第二透明导电层

314…顶面

315…延伸部

316…本体

320…触控模组

321…第一透明导电层

322…触控感测电路

330…弹性元件

具体实施方式

本发明揭露一种电容式触控按键，电容式触控按键应用于譬如卫星导航装置、车用影音设备、飞机驾驶舱显示面板、电子游戏机等各种电子装置。下面结合附图对本发明之电容式触控按键的具体实施方式进行说明。

请参照图2，其绘示本发明之第一实施例所提供的电容式触控按键100之剖面示意图。

本实施例中，电容式触控按键100是由一按键单元110、一触控模组120和二弹性元件130所组成。其中，触控模组120位于弹性元件之上，触控模组120的顶面设有一第一透明导电层121，此第一透明导电层121是作为感应电极。按键单元110位于触控模组120上且藉弹性元件130连接第一透明导电层121，按键单元110包含一导光体111与一金属框体112，金属框体具有一本体116及自本体116底端周缘延伸之一延伸部115，本体116包覆导光体111侧面且暴露出导光体111之顶面114，延伸部115之投影位置部分与第一透明导电层121重叠。当进行触控操作时，使用者之手指50通过触碰或按压导光体111之顶面114且同时接触金属框体112，使弹性元件130产生弹性变形，并连带使按键单元110朝向触控模组120产生位移，且手指50接触金属框体112而电性导通至下方的延伸部115，而于延伸部115与第一透明导电层121之间产生一电容变化量。另外，第一透明导电层121更连接触控模组120之一触控感测电路122，以供触控感测电路122侦测电容变化量。

本实施例中，按键单元110的制作可使用塑料射出成形制品中埋金属嵌件的方式或使用贴合的方式将导光体111和金属框体112作结合。本实施例中，由本体116所暴露出之导光体111之顶面114直径较佳是小于或等于20毫米(mm)。

进一步地，本实施例之电容式触控按键100的按键单元110的金属框体112之延伸部115围绕本体116形成一环状且延伸方向远离导光体111。本实施例中，金属框体112的延伸部115在其延伸方向上的面积较佳是大于130平方毫米(mm²)。

请参照图3，其绘示本发明之第二实施例所提供的电容式触控按键200之剖面示意图。

和第一实施例不同的是，本实施例之金属框体212的本体216部分包覆导光体211之顶面214，便于手指接触金属框体212，而由本体216所暴露出之导光体211之顶面214直径较佳是小于或等于20毫米(mm)。

请参照图4，其绘示本发明之第三实施例所提供的电容式触控按键300之剖面示意图。

和第一实施例不同的是，本实施例之按键单元310更包含一第二透明导电层313，且金属框体312之延伸部315延伸至第二透明导电层313上并与其电性连接。当进行触控操作时，使用者之手指50通过触碰或按压导光体311之顶面314且同时接触金属框体312，使弹性元件330产生弹性变形，并连带使按键单元310朝向触控模组320产生位移，且手指50接触金属框体312而电性导通至第二透明导电层313，而于第二透明导电层313与第一透明导电层321之间产生一电容变化量。

本实施例中，按键单元310的制作可使用塑料射出成形制品中埋金属嵌件的方式或使用贴合的方式将导光体311和金属框体312作结合，并形成第二透明导电313和金属框体312相接，而金属框体312可透过导电胶(图中未示)与第二透明导电层313相互黏合在一起。本实施例中，金属框体312和第二透明导电层313之间的电阻值较佳是小于或等于100千欧姆(kΩ)。本实施例中，由本体316所暴露出之导光体311之顶面314直径较佳是小于或等于20毫米(mm)。

具体而言，本发明之导光体为电性绝缘材料，包括塑料(例如PMMA)或玻璃；金属框体可选自铝、钢、不锈钢、铜或钛；第一透明导电层和第二透明导电层可为氧化铟锡(ITO)或金属网格(Metal mesh)；弹性材料可为橡胶、弹簧、弹片、海绵等，其数量并不限定可为一个或多个。

如表一所示，其显示了本发明图4中之第三实施例和习知技术的电容式触控按键之感应效果的差异比较。结果显示，在习知的电容式触控按键中，由于在手指和感应电极间多了一定厚度的非导体介质(例如10mm)，而几乎感应不到任何讯号；本发明则可大幅缩短手指和感应电极的感应距离，可以感应到大量的触控讯号，信噪比(SNR)较高，有更佳的灵敏度及稳定性。

表一

电容式触控装置是通过其结构中的外侧导电层与导电体(例如手指)之间的电容耦合变化，从所产生的诱导电流来推算出手指触碰的位置和功能。在本发明中，只要利用手指接触到金属框体，让手指电性导通于金属框体之延伸部或/及第二透明导电层，相当于少了导光体的介质厚度之等效结构；如图5所示，第三实施例的等效结构也就是相当于手指50直接触摸在第二透明导电层313上；而第一实施例和第二实施例的等效结构就是相当于手指直接触摸在金属框体之延伸部上。藉此，可大幅地降低手指50和感应电极(即第一透明导电层321)的距离，也代表着可以增加触控感测电路322所搜集的触控讯号之感应量。

再者，基于C＝(εA)/d，其中C为平行导板电容，ε为介质的电容率，A为两导板面积，d为两导板间距。电容与导板面积成正比，当面积提高，则电容增加。因此，在本发明中，和手指相互导通的金属框体之延伸部或第二透明导电层可以加大手指和感应电极的感应面积，亦可进一步提升触控讯号的感应量。

综上所述，根据本发明所提供的电容式触控按键，是在按键本体的外侧设有金属框体，可供手指直接接触而电性导通由金属框体延伸之延伸部或其下方的透明导电层，可大幅地降低将手指触碰点与感应电极的等效距离，而提升触控讯号的感应量。藉此，本发明除了具有较佳的触控效果，可避免感应不良的情形发生，另一方面，则不用担心按键厚度会超出可以清晰辨识触碰点的材料厚度临界值，其减少了设计难度，进而可提升产品价值和产业竞争力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电容式触控按键，其特征在于，包括：

至少一弹性元件，

一触控模组，设置于该弹性元件之上，该触控模组具有一第一透明导电层；以及

一按键单元，设置于该触控模组上且藉该弹性元件连接该第一透明导电层，包含一导光体及一金属框体，该金属框体具有一本体及自该本体底端周缘延伸之一延伸部，该本体完整包覆该导光体侧面且暴露出该导光体之顶面，该延伸部之投影位置部分与该第一透明导电层重叠；

其中，该按键单元更包括一第二透明导电层，且该延伸部延伸至该第二透明导电层上并与其电性连接。

2.如权利要求1所述的电容式触控按键，其特征在于，当进行一触控操作时，该弹性元件系产生弹性变形，使该按键单元朝向该触控模组位移，并于该第二透明导电层与该第一透明导电层之间产生电容变化量。

3.如权利要求1所述的电容式触控按键，其特征在于，其中该金属框体和该第二透明导电层之间的电阻值小于或等于100千欧姆。

4.如权利要求1所述的电容式触控按键，其特征在于，其中该第二透明导电层为氧化铟锡或金属网格。

5.如权利要求1所述的电容式触控按键，其特征在于，其中该延伸部围绕该本体形成一环状且该延伸方向远离该导光体。

6.如权利要求1所述的电容式触控按键，其特征在于，其中该延伸部在延伸方向上的面积大于130平方毫米。

7.如权利要求1所述的电容式触控按键，其特征在于，其中该本体暴露出之该导光体之顶面直径小于或等于20毫米。

8.如权利要求1所述的电容式触控按键，其特征在于，其中该本体更部分包覆该导光体之顶面。

9.如权利要求1所述的电容式触控按键，其特征在于，其中该第一透明导电层系连接该触控模组之一触控感测电路，以供该触控感测电路侦测电容变化量。

10.如权利要求1所述的电容式触控按键，其特征在于，其中该第一透明导电层为氧化铟锡或金属网格。

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