TW201415334A - 電容性觸控鍵盤 - Google Patents

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Abstract

一種電容性觸控鍵盤，包括第一基板、多個觸控電極、緩衝層、共同電極板以及遮蔽層。這些觸控電極配置在第一基板上且彼此互不重疊，其中這些觸控電極對應多個感測電容值。緩衝層配置於第一基板與這些觸控電極上，且覆蓋這些觸控電極。共同電極板配置於緩衝層上。遮蔽層配置於共同電極板上，且由覆蓋共同電極板的軟性材質或可撓性材質所構成。

Description

電容性觸控鍵盤
本發明是有關於一種觸控鍵盤，且特別是有關於一種電容性觸控鍵盤。
就鍵盤的設計而言，一般可分為接觸式(contact type)與非接觸式(contactless type)的鍵盤設計。接觸式鍵盤一般最常見的即為機械式鍵盤(mechanical keyboards)與薄膜鍵盤(membrane keyboards)，而非接觸式鍵盤一般較為常見的則為電容性鍵盤(capacitive keyboards)。
具體來說，接觸式鍵盤與非接觸式鍵盤的差異在於接觸式鍵盤是藉由按壓鍵盤時在鍵盤內部產生元件間的接觸之方式來傳遞鍵盤的電子訊號，而電容性的非接觸式鍵盤則是透過感測電容值的變化來產生對應的電子訊號。相較之下，接觸式鍵盤由於需利用按壓的方式造成內部元件的接觸，故可提供較為良好的操作感受，但是相對的，元件間的接觸所造成的損耗會造成接觸式鍵盤的可靠度較差，而使鍵盤使用壽命較短。
電容性觸控鍵盤係藉由類似於一般觸控面板的原理來實現，由於其不需藉由內部元件間的接觸來產生電子訊號，因此可靠度相較於接觸式鍵盤而言較高。然而，電容性觸控鍵盤無法提供給使用者按壓的操作感受，而可能造成使用者在操作上的不適應，並且使用者無法確認鍵盤是 否已感應到按壓。此外，一般使用者利用雙手操控電容性觸控鍵盤時，感測電容值常常會因為手指擺放位置而不同，因此可能造成電容性觸控鍵盤的誤動作。
本發明提供一種電容性觸控鍵盤，其可提供按壓式的操作感受，並且可降低電容性觸控鍵盤的誤動作。
本發明提出一種電容性觸控鍵盤，包括第一基板、多個觸控電極、緩衝層、共同電極板以及遮蔽層。這些觸控電極配置在第一基板上且彼此互不重疊，其中這些觸控電極對應多個感測電容值。緩衝層配置於第一基板與這些觸控電極上，且覆蓋這些觸控電極。共同電極板配置於緩衝層上。遮蔽層配置於共同電極板上，且由覆蓋共同電極板的軟性材質或可撓性材質所構成。
在本發明一實施例中，各個感測電容值反應於對應的觸控電極與共同電極板之間的距離。
在本發明一實施例中，遮蔽層更形成多個鍵帽。
在本發明一實施例中，這些觸控電極分別對齊於該些鍵帽的其中之一。
在本發明一實施例中，共同電極板對應這些鍵帽形成多個通孔。
在本發明一實施例中，各個感測電容值反應於對應的觸控電極的等效電容。
在本發明一實施例中，各個感測電容值反應於對應的 通孔的開口形狀與孔徑。
在本發明一實施例中，第一基板為配置有觸控電極的印刷電路板。
在本發明一實施例中，遮蔽層為玻璃基板、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)薄膜及聚對苯二甲酸乙二酯(PolyEthylene Terephthalate，PET)薄膜的其中之一。共同電極板則將導電材質，具體如銦錫氧化物或其他材質由沈積、微影與蝕刻製程直接形成在遮蔽層表面，具有製程簡單、可與觸控面板整合且成本低的優點。
基於上述，本發明實施例提出一種電容性觸控鍵盤，依據上述電容性觸控鍵盤的結構，其可提供類似於機械式鍵盤的按壓操控方式，並且由於所述之電容性觸控鍵盤係以遮蔽層作為手指的觸碰面，因此可進一步地降低電容性觸控鍵盤受到其他影響而造成誤動作的機會。此外，本發明實施例亦提出一種可分別利用觸碰或按壓方式來進行對應操作的電容性觸控鍵盤，進而提升了電容性觸控鍵盤操控的便利性。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為了使本發明之內容更容易明瞭，以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表 相同或類似部分。
圖1為本發明一實施例之電容性觸控鍵盤的結構示意圖。請參照圖1，電容性觸控鍵盤100包括第一基板110、多個觸控電極120_11~120_mn、緩衝層130、共同電極板140以及遮蔽層150，其中m、n為正整數且可依據電容性觸控鍵盤100的解析度及尺寸需求而有所更動，本發明不以此為限。
觸控電極120_m1~120_mn配置在第一基板110上且彼此互不重疊。換言之，電容性觸控模組110具有一維(one-dimensional，1D)電容式觸控面板的架構。
在本實施例中，第一基板110可例如為配置有觸控電極的印刷電路板(printed circuit board，PCB)。此外，在本實施例中觸控電極120_11~120_mn的形狀係以方形為例。但是在其他實施例中，觸控電極120_11~120_mn亦可為菱形或蜂巢形等電極形狀，本發明不以此為限。
圖2A為圖1依照本發明一實施例之電容性觸控鍵盤的剖面結構示意圖。請同時參照圖1與圖2A，緩衝層130配置於第一基板110與觸控電極120_11~120_mn上，且緩衝層130覆蓋觸控電極120_11~120_mn，例如為圖2A所繪示之緩衝層130覆蓋觸控電極120_m1~120_mn的配置方式。共同電極板140配置於緩衝層130上。遮蔽層150配置於共同電極板140上，且覆蓋於共同電極板140上。其中，緩衝層130與遮蔽層150可分別由相同或不同的軟性材質或可撓性材質所構成，所述軟性材質例如為鐘形橡 膠(bell-shape rubber)等，所述可撓性材質例如為玻璃基板、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)薄膜及聚對苯二甲酸乙二酯(PolyEthylene Terephthalate，PET)薄膜。
具體而言，遮蔽層150上可形成多個鍵帽KEY11~KEYpq，鍵帽KEY11~KEYpq上可標示有圖形化文字以令使用者便於識別，並且觸控電極120_11~120_mn可分別對齊於鍵帽KEY11~KEYpq的其中之一。換言之，每一鍵帽KEY11~KEYpq可藉由一對一或一對多的對應配置方式對齊觸控電極120_11~120_mn。舉例來說，若是鍵帽KEY11~KEYpq以一對一對應的方式對齊觸控電極120_11~120_mn，例如鍵帽KEY11對齊觸控電極120_11，鍵帽KEY21對齊觸控電極120_21等等以此類推，此時p、q為正整數且p等於m且q等於n。若是鍵帽KEY11~KEYpq分別以一對多對應的方式對齊觸控電極120_11~120_mn，例如鍵帽KEY11對齊觸控電極120_11、120_12、120_21及120_22所組成的區域，鍵帽KEY21對齊觸控電極120_31、120_32、120_41及120_42所組成的觸控的區域等等以此類推，則此時p、q為正整數且p小於m且q小於n。由此可知，鍵帽KEY11~KEYpq的數量以及鍵帽KEY11~KEYpq與觸控電極120_11~120_mn之間的對應關係可根據設計者的需求而有所更動。
此外，在本實施例中，鍵帽KEY11~KEYpq以圖案化的方式形成於遮蔽層150的表面上，但是在其他實施例 中，鍵帽KEY11~KEYpq亦可為具有一特定厚度的結構，並且配置於遮蔽層150上，本發明不以此為限。
圖2B為圖1依照本發明一實施例之電容性觸控鍵盤的剖面結構示意圖。請同時參照圖1與圖2B，本實施例與前述圖2A實施例的結構大致相同，兩者間的差異在於本實施例的緩衝層130可由多個間隔物(spacer)132_1~132_p所組成。其中，間隔物132_1~132_p分散配置於第一基板110與共同電極板140之間，p為正整數且可根據設計需求更動。在本實施例中，間隔物132_1~132_p可用以支撐共同電極板140，以使觸控電極120_11~120_mn與共同電極板140之間的距離d在第一基板110未被按壓時維持的固定。除此之外，圖2B實施例在相關結構上的特徵皆可參照圖1和圖2A的說明，故於此不再贅述。
更進一步地說，圖3為依照圖2A與圖2B實施例之電容性觸控鍵盤的等效電路示意圖。在本實施例中，為便於說明，圖3的等效電路同樣係以觸控電極120_m1~120_mn的等效電路為例，熟悉本領域者應可由此而推知整體電容性觸控鍵盤100的等效電路。
以圖2A為例，請同時參照圖2A與圖3，在電容性觸控鍵盤100中，觸控電極120_m1~120_mn會分別對應感測電容Cm1~Cmn，其中感測電容係參照共同電極板140所提供的共同電壓而建立，在此共同電壓例如為接地電壓GND。
詳細而言，由於緩衝層130的材質為可撓曲而使緩衝 層具有可壓縮的特性，因此各個感測電容Cm1~Cmn的感測電容值會反應於對應的觸控電極Cm1~Cmn與共同電極板140之間的距離而改變。藉此，後端的感測電路160可依據每個感測電容Cm1~Cmn的感測電容值變化而判斷電容性觸控鍵盤100是否被觸控。
舉例來說，在電容性觸控鍵盤100未被觸控的情況下，各個觸控電極120_m1~120_mn與共同電極板140之間的距離d應為相同，以使得每個感測電容Cm1~Cmn的感測電容值相同。此時，後端的感測電路160偵測各個感測電容Cm1~Cmn的感測電容值相同，故判斷電容性觸控鍵盤100未被觸碰。
另一方面，在使用者施加壓力按壓電容性觸控鍵盤100的情況下，電容性觸控鍵盤100的剖面結構可如圖4所示，其中，圖4為觸控圖2A與圖2B實施例之電容性觸控鍵盤的示意圖。請同時參照圖3與圖4，當使用者按壓電容性觸控鍵盤100時，遮蔽層150及共同電極板140會反應於使用者所施加的壓力而撓曲，並且使得緩衝層130被壓縮而造成共同電極板140與觸控電極120_m1~120_mn間的距離縮小。在圖4中是繪示以按壓對應於觸控電極120_m2的位置為例，因此觸控電極120_m2與共同電極板140間的距離d_t會縮短，而使得對應的感測電容Cm2的感測電容值變大。此時，感測電路160可根據感測電容Cm1~Cmn的感測電容值改變而判斷使用者的按壓位置為對應觸控電極120_m2。
值得注意的是，由於使用者按壓電容性觸控鍵盤100時的觸碰面為遮蔽層150的表面，因此若使用者不施加壓力而僅觸碰電容性觸控鍵盤100時，手指的電容會被遮蔽層150所遮蔽而不會造成感測電容值的變化。換言之，在本實施例中，使用者必需透過按壓的觸控方式才得以使電容性觸控鍵盤100反應使用者的觸控動作。如此一來，即可大幅地降低電容性觸控鍵盤100感測到非預期的手指電容而造成誤動作的機會。
圖5為本發明另一實施例之電容性觸控鍵盤的結構示意圖。請參照圖5，電容性觸控鍵盤500包括第一基板510、觸控電極520_11~520_mn、緩衝層530、共同電極板540以及遮蔽層550，其中電容性觸控鍵盤500與前述圖1之電容性觸控鍵盤100的結構大致相同，故相同或相似之處於此不再贅述。兩者間不同之處在於本實施例的電容性觸控鍵盤500中，於共同電極板540形成對應遮蔽層550上的鍵帽KEY11~KEYpq的多個通孔，如通孔HL，使得使用者在觸碰鍵帽KEY11~KEYpq時，可將手指電容耦合至對應的觸控電極520_11~520_mn，進而改變觸控電極520_11~520_mn的等效電容。在本實施例中，通孔HL的開口形狀雖以圓形的方式表示之，但在其他實施例中，通孔HL亦可具有不同樣式的開口形狀，本發明不以此為限。
換言之，各個感測電容值會反應於對應的觸控電極520_11~520_mn的等效電容而變化。因此，在本實施例中，電容性觸控鍵盤500除了可利用前述圖1至圖4所說明的 按壓式觸控方式來操作外，電容性觸控鍵盤500更可進一步地利用一般電容性觸控面板的觸碰操控方式來加以操作，藉以增加操作上的選擇性與便利性。此外，為便於說明，在本實施例中鍵帽KEY11~KEYpq與觸控電極520_11~520_mn係以一對一對應的方式來配置，亦即p等於m且q等於n，但本發明不以此為限。
為了能夠進一步地說明圖5實施例之電容性觸控鍵盤100的觸控操作，圖6為依照圖5實施例之電容性觸控鍵盤中對應單一觸控電極的剖面結構示意圖，且圖7A至圖7B為依照圖6實施例之電容性觸控鍵盤的等效電路示意圖。其中，由於每個觸控電極520_11~520_mn所對應的剖面結構相類似，在圖6係以電容性觸控鍵盤500中對應觸控電極520_m1所對應的區域的剖面結構示意圖為例，熟悉本領域者應可由圖6與圖7至圖7B的相關說明而推知整體電容性觸控鍵盤500的剖面結構配置及其等效電路。
請同時參照圖6與圖7A，在本實施例中，當電容式觸控鍵盤500未被使用者觸碰或按壓時，其觸控電極520_m1的等效電路會等於觸控電極520_m1和共同電極板540之間感測電容CP1。請同時參照圖6與圖7B，當使用者以非按壓的方式觸碰鍵帽時，在此例如為觸碰鍵帽KEYp1，使用者的手指電容C_Finger將會經由通孔HL而耦合至觸控電極520_m1，使得觸控電極520_m1的等效電路會等於手指電容C_Finger並聯觸控電極520_m1和共同電極板540之間的電容Cp1。換言之，此時之感測電容值 等於手指電容C_Finger的電容值加上電容Cp1的電容值。因此，感測電路560可基於感測電容值的變化而判斷使用者碰觸對應於觸控電極520_m1的鍵帽KEYp1。其中，手指電容C_Finger耦合至觸控電極520_m1的耦合量需視通孔HL的開口形狀與孔徑大小而決定，故觸控電極520_m1對應的感測電容值會反應於對應的通孔的開口形狀與孔徑大小而改變。
另一方面，當使用者以按壓的方式觸碰鍵帽KEYp1時，由於按壓的動作會使觸控電極520_m1和共同電極板540之間的距離縮短，使得電容Cp1的電容值對應的增加。並且，手指與觸控電極520_m1之間的距離亦會縮短，使得經由通孔HL耦合至觸控電極520_m1的手指電容C_Finger亦會對應的增加。因此，使用者按壓電容式觸控鍵盤500時，對應被按壓點的觸控電極(如520_11~520_mn)所對應的感測電容的感測電容值將會大於前述手指觸碰鍵帽時對應被觸碰點的觸控電極(如520_11~520_mn)的感測電容值。
詳細而言，電容性觸控鍵盤500於不同觸控事件下所對應的感測電容值變化如圖8所示，其中，圖8為本發明一實施例之於不同觸控事件下感測電容值變化的示意圖。
在本實施例中，一個連續的按壓動作可被區分為觸控事件E0~E4，在此同樣地係以按壓對應於觸控電極520_m1的鍵帽KEYp1為例。請參照圖6至圖8，觸控事件E0表示使用者尚未按壓鍵帽KEYp1的狀態，此時之感測電容 值為對應於未被觸碰狀態的感測電容值SC1。
觸控事件E1表示使用者碰觸到鍵帽KEYp1但尚未施加壓力而使遮蔽層550及共同電極板540產生撓曲的狀態，此時由於手指電容C_Finger經由通孔HL耦合至對應的觸控電極520_m1而使觸控電極520_m1的等效電容改變，因此感測電容值會從感測電容值SC1提升至感測電容值SC2。
觸控事件E2表示使用者施加壓力按壓鍵帽KEYp1而使得共同電極板540與觸控電極520_m1的距離縮短的狀態，此時電容Cp1會反應於共同電極板540與觸控電極520_m1之間的距離而改變，使得感測電容值從感測電容值SC2提升至感測電容值SC3。
觸控事件E3與E4則分別表示使用者按壓完成而釋放壓力的過程，觸控事件E3為使用者釋放壓力但手指仍觸碰鍵帽KEYp1的狀態，而觸控事件E4則是表示使用者的手指離開鍵帽KEYp1的狀態。因此，觸控事件E3與E4的感測電容值可分別等同於觸控事件E1與E0的感測電容值SC2與SC1。
由此可知，由於利用按壓的觸控方式與僅觸碰而不施加壓力的觸控方式會令感測電容值有不同的變化，因此感測電路560可基於此不同的感測電容值而判斷使用者的操作是按壓或者僅為觸碰，並據以根據不同的操作而做出不同的反應。舉例來說，當感測電路560判斷使用者以按壓的方式進行操作時，則後端的處理單元(未繪示)可依據 感測電路560的判斷結果而進行例如為鍵盤輸入的訊號處理，因此電容性觸控鍵盤500可支援一般的鍵盤操作方式。另一方面，當感測電路560判斷使用者以觸碰的方式進行操作時，則後端的處理單元可依據感測電路560的判斷結果而進行例如為一般觸控操作的訊號處理，因此電容性觸控鍵盤500亦可支援利用不同手勢進行觸控的操作。
綜上所述，本發明實施例提出一種電容性觸控鍵盤，依據上述電容性觸控鍵盤的結構，其可提供類似於機械式鍵盤的按壓操控方式，並且由於所述之電容性觸控鍵盤係以遮蔽層作為手指的觸碰面，因此可進一步地降低電容性觸控鍵盤受到其他影響而造成誤動作的機會。此外，本發明實施例亦提出一種可分別利用觸碰或按壓方式來進行對應操作的電容性觸控鍵盤，進而提升了電容性觸控鍵盤操控的便利性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、500‧‧‧電容性觸控鍵盤
110、510‧‧‧第一基板
120_11~120_mn、520_11~520_mn‧‧‧觸控電極
130、530‧‧‧緩衝層
132_1~132_p‧‧‧間隔物
140、540‧‧‧共同電極版
150、550‧‧‧遮蔽層
160、560‧‧‧感測電路
d、d_t‧‧‧距離
Cm1~Cmn‧‧‧感測電容
C_Finger‧‧‧手指電容
Cp1、CP1‧‧‧電容
E0~E4‧‧‧觸控事件
GND‧‧‧接地電壓
HL‧‧‧通孔
KEY11~KEYpq‧‧‧鍵帽
SC1~SC3‧‧‧感測電容值
圖1為本發明一實施例之電容性觸控鍵盤的結構示意圖。
圖2A為依照圖1實施例之電容性觸控鍵盤的剖面結構示意圖。
圖2B為依照圖1另一實施例之電容性觸控鍵盤的剖面結構示意圖。
圖3為依照圖2A與圖2B實施例之電容性觸控鍵盤的等效電路示意圖。
圖4為觸控圖2A與圖2B實施例之觸控電容性觸控鍵盤的示意圖。
圖5為本發明另一實施例之電容性觸控鍵盤的結構示意圖。
圖6為依照圖5實施例之電容性觸控鍵盤中對應單一觸控電極的剖面結構示意圖。
圖7A及圖7B為依照圖6實施例之電容性觸控鍵盤的等效電路示意圖。
圖8為本發明一實施例之於不同觸控事件下感測電容值變化的示意圖。
100‧‧‧電容性觸控鍵盤
110‧‧‧第一基板
120_11~120_mn‧‧‧觸控電極
130‧‧‧緩衝層
140‧‧‧共同電極板
150‧‧‧遮蔽層
KEY11~KEYpq‧‧‧鍵帽

Claims (12)

  1. 一種電容性觸控鍵盤，包括：一第一基板；多個觸控電極，配置在該第一基板上且彼此互不重疊，其中該些觸控電極對應多個感測電容值；一緩衝層，配置於第一基板與該些觸控電極上，且覆蓋該些觸控電極；一共同電極板，配置於該緩衝層上；以及一遮蔽層，配置於該共同電極板上，且由覆蓋該共同電極板的一軟性材質或可撓性材質所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控模組，其中各該些感測電容值反應於對應的觸控電極與該共同電極板之間的距離。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控鍵盤，其中該遮蔽層更形成多個鍵帽。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電容性觸控鍵盤，其中該些觸控電極分別對齊於該些鍵帽的其中之一。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電容性觸控鍵盤，其中該共同電極板對應該些鍵帽中形成多個通孔。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電容性觸控鍵盤，其中各該些感測電容值反應於對應的觸控電極的等效電容。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電容性觸控鍵盤，其中各該些感測電容值反應於對應的通孔的開口形狀與孔徑。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控鍵盤，其中該第一基板為配置該些觸控電極的一印刷電路板。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控鍵盤，其中該遮蔽層為一玻璃基板、一聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)薄膜及一聚對苯二甲酸乙二酯(PolyEthylene Terephthalate，PET)薄膜的其中之一。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控鍵盤，其中該共同電極板的材質為導電材質，且係藉由沈積、微影與蝕刻製程形成在該遮蔽層的表面。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電容性觸控鍵盤，其中該共同電極板的材質為銦錫氧化物。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電容性觸控鍵盤，其中該緩衝層為多個間隔物，分散配置於該第一基板與該共同電極板之間。
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