TWI453637B

TWI453637B - 按鍵結構

Info

Publication number: TWI453637B
Application number: TW100146779A
Authority: TW
Inventors: Chuan Wang Chang
Original assignee: Kinpo Elect Inc
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2014-09-21
Also published as: CN103164048A; TW201327288A

Description

按鍵結構

本發明有關於一種按鍵結構，且特別是有關於一種可應用於方向鍵的按鍵結構。

方向鍵是一種常見的按鍵，而現今的手機、遊戲機(game console)的搖桿以及掌上型遊戲機(handheld game console)等電子設備多半會採用方向鍵來作為操作工具。例如，上述電子設備的螢幕可以顯示游標(cursor)，而使用者可以使用方向鍵來移動游標，從而操作電子設備。

一般方向鍵通常包括至少四個接觸電極組，而各個接觸電極組包括一對彼此分離的電極。這些接觸電極組分別代表不同的方向，即各個接觸電極組能決定游標所要移動的方向。例如，上述四個接觸電極組的其中一者可以用來移動游標往上、下、左或右的方向來移動。因此，在現有的方向鍵技術中，方向鍵所包括的接觸電極組的數量越多，則方向鍵可以讓游標越靈活地移動。

本發明所提供的按鍵結構，其可應用於方向鍵。

本發明提出一種按鍵結構，其適於電性連接一位置感測單元。上述按鍵結構包括一基板、一第一圖案電極、一第二圖案電極以及一壓觸件。基板具有一平面。第一圖案電極配置在平面上，並具有一第一感測端。第二圖案電極配置在平面上，並具有一第二感測端，其中第一圖案電極不接觸第二圖案電極。壓觸件配置在第一圖案電極與第二圖案電極的上方，並包括至少一接觸導體件。接觸導體件用於接觸第一圖案電極與第二圖案電極，以定義一接觸位置，而位置感測單元根據第一感測端與第二感測端之間的一電阻值來感測接觸位置。

本發明另提出一種按鍵結構，其包括一基板、一第一圖案電極、一第二圖案電極以及一壓觸件。基板具有一平面，而第一圖案電極配置在平面上，並具有一第一感測端。第二圖案電極配置在平面上，並具有一第二感測端　其中第一圖案電極不接觸第二圖案電極。壓觸件配置在第一圖案電極與第二圖案電極的上方，並包括至少一接觸導體件。接觸導體件用於接觸第一圖案電極與第二圖案電極，以定義一接觸位置，而第一感測端與第二感測端之間的一電阻值隨著接觸位置的改變而變化。

綜上所述，由於第一圖案電極的第一感測端與第二圖案電極的第二感測端之間的電阻值會隨著接觸位置的改變而變化，以至於本發明的按鍵結構得以應用於方向鍵。

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。

圖1A繪示本發明一實施例之按鍵結構的俯視示意圖，而圖1B繪示圖1A中沿線A-A剖面而成的剖面示意圖。請參閱圖1A與圖1B，按鍵結構100包括一第一圖案電極110、一第二圖案電極120、一基板130以及一壓觸件140。基板130具有一平面132，而第一圖案電極110與第二圖案電極120皆配置在平面132上，其中第一圖案電極110與第二圖案電極120二者可視為一個接觸電極組。

基板130、第一圖案電極110與第二圖案電極120三者可以整合成一塊電路板，其中此電路板可以是單面電路板(single-sided circuit board)、雙面電路板(double-sided circuit board)或多層電路板(multilayer circuit board)。因此，基板130可以包括至少一層絕緣層，而第一圖案電極110與第二圖案電極120皆位在此絕緣層上，其中絕緣層例如是由樹脂(resin)或膠片(prepreg)所形成。

壓觸件140配置在第一圖案電極110與第二圖案電極120的上方，所以第一圖案電極110與第二圖案電極120皆位在壓觸件140與基板130之間。壓觸件140包括一接觸導體件142，而接觸導體件142位在第一圖案電極110與第二圖案電極120之間。此外，接觸導體件142的形狀可以是環狀，如圖1A所示。

壓觸件140更可包括一按鍵膜層144，而按鍵膜層144配置在第一圖案電極110與第二圖案電極120上，並覆蓋第一圖案電極110與第二圖案電極120。按鍵膜層144可為絕緣膜片，其例如是塑膠膜片。此外，按鍵膜層144可具有可撓性(flexible)與彈性(elasticity)，所以按鍵膜層144可受外力的施加而形變。當按鍵膜層144不受此外力的施加時，按鍵膜層144基本上可恢復成形變前的外貌。

當按鍵結構100沒有被按壓時，按鍵膜層144會具有一按鍵罩144a，而按鍵罩144a的形狀可以是環狀，因此環狀的接觸導體件142得以配置在按鍵罩144a內。按鍵膜層144更具有一上表面S1以及一相對上表面S1的下表面S2，其中下表面S2位在上表面S1與基板130之間，並且可接觸第一圖案電極110與第二圖案電極120，而接觸導體件142則位於下表面S2。

承上述，從圖1B來看，位於按鍵罩144a處的上表面S1為隆起的表面，而位於按鍵罩144a處的下表面S2為凹陷的表面，因此第一圖案電極110與第二圖案電極120二者與接觸導體件142之間存有一間隙G1。也就是說，當按鍵結構100沒有被按壓時，第一圖案電極110與第二圖案電極120皆不會與接觸導體件142接觸。另外，在本實施例中，接觸導體件142可以是一種附著在按鍵膜層144上的導體薄膜，其例如是金屬薄膜或石墨薄膜。

第一圖案電極110不接觸第二圖案電極120。詳細而言，在正常的按鍵結構100中，第一圖案電極110是不會接觸第二圖案電極120，也不會與第二圖案電極120相連，而在按鍵結構100未被按壓的狀態下，第一圖案電極110會與第二圖案電極120電性絕緣。

第一圖案電極110與第二圖案電極120皆為導體，但是第一圖案電極110與第二圖案電極120二者的電阻率皆大於3.5×10^-5 歐姆公尺(Ω‧m)，而此電阻率大於銅的電阻率。因此，相較於銅而言，第一圖案電極110與第二圖案電極120皆具有較高的電阻。此外，滿足上述電阻率條件的材料例如是石墨，因此第一圖案電極110與第二圖案電極120二者的材料可皆為石墨。

圖1C繪示圖1A中移除壓觸件後的按鍵結構的俯視示意圖。請參閱圖1A至圖1C，第一圖案電極110的形狀與第二圖案電極120的形狀可皆為環狀，其中第一圖案電極110圍繞第二圖案電極120因此第一圖案電極110與第二圖案電極120可呈同心圓狀排列，如圖1C所示。

在本實施例中，第一圖案電極110與第二圖案電極120二者結構彼此相似。詳細而言，第一圖案電極110可以包括一第一環狀部112以及多個連接第一環狀部112的第一延伸條114，而第二圖案電極120可以包括一第二環狀部122以及多個連接第二環狀部122的第二延伸條124。

各條第一延伸條114可以從第一環狀部112朝向第二圖案電極120的第二環狀部122延伸，而各條第二延伸條124可從第二環狀部122朝向第一圖案電極110的第一環狀部112延伸。此外，這些第一延伸條114可呈輻射狀分布，而這些第二延伸條124可呈輻射狀分布，其中這些第一延伸條114與這些第二延伸條124可以彼此交錯排列。

請參閱圖1A與圖1C，按鍵結構100可以電性連接一位置感測單元10。詳細而言，第一環狀部112具有一第一感測端T1，而第二環狀部122具有一第二感測端T2，其中第一感測端T1與第二感測端T2皆電性連接位置感測單元10，而第一感測端T1與第二感測端T2皆可作為輸出輸入端(Input/Output，I/O)。

位置感測單元10可以從第一感測端T1與第二感測端T2接收第一圖案電極110與第二圖案電極120二者其中之一所輸出的感測信號，並且也可從第一感測端T1與第二感測端T2傳送電流至第一圖案電極110或第二圖案電極120。此外，位置感測單元10可以包括微處理器(micro processor)，而此微處理器例如是中央處理器(Central Processing Unit，CPU)，但不限定本發明。

圖2A繪示圖1B中按鍵結構被按壓時的剖面示意圖，而圖2B繪示圖1A中的按鍵結構在運作時的示意圖。請參閱圖2A與圖2B，接觸導體件142可用於接觸第一圖案電極110與第二圖案電極120，以使第一圖案電極110與第二圖案電極120二者彼此電性導通，並定義出一接觸位置L1，其如圖2B中的圓形網點區域所示。

詳細而言，當按鍵結構100被按壓時，按鍵罩144a會被壓扁，以至於接觸導體件142會朝向基板130移動，直到接觸導體件142接觸第一圖案電極110與第二圖案電極120。此外，本發明所述的接觸位置乃是指第一圖案電極110與第二圖案電極120二者因按鍵結構100被按壓而與接觸導體件142所接觸的位置。因此，圖2B中的接觸位置L1是表示位在接觸位置L1處的接觸導體件142接觸第一圖案電極110與第二圖案電極120。

當接觸導體件142接觸第一圖案電極110與第二圖案電極120而定義出接觸位置L1時，會形成一電傳導路徑P1(如圖中所示的粗黑線條)，其中電傳導路徑P1的兩端分別位於第一感測端T1與第二感測端T2，而電傳導路徑P1會經過部分第一環狀部112、至少一第一延伸條114、部分第二環狀部122、至少一第二延伸條124以及位在接觸位置L1處的接觸導體件142。

當按鍵結構100被按壓時，利用電傳導路徑P1，原先彼此電性絕緣的第一圖案電極110與第二圖案電極120得以彼此電性導通，以至於位置感測單元10可以從第一感測端T1與第二感測端T2之間的電流與電壓來量測出第一感測端T1與第二感測端T2之間的電阻值。此外，由於第一圖案電極110與第二圖案電極120二者電阻率皆大於3.5×10^-5 歐姆公尺(Ω‧m)，因而可以降低量測第一感測端T1與第二感測端T2之間的電阻值的固難度。

根據基本電學的知識，上述電阻值與電傳導路徑P1的路徑長度成正比，而電傳導路徑P1的路徑長度會受到接觸位置L1的改變而變化。以圖2B為例，當接觸位置L1沿著第一圖案電極110與第二圖案電極120往順時針方向移動時，電傳導路徑P1的路徑長度會被拉長，從而增加第一感測端T1與第二感測端T2之間的電阻值。

反之，當接觸位置L1沿著第一圖案電極110與第二圖案電極120往逆時針方向移動時，電傳導路徑P1的路徑長度會被縮短，從而減少第一感測端T1與第二感測端T2之間的電阻值。由此可知，第一感測端T1與第二感測端T2之間的電阻值會隨著接觸位置L1的改變而變化，以至於一個電阻值基本上會對應到一個接觸位置。

因此，位置感測單元10可根據第一感測端T1與第二感測端T2之間的電阻值來感測接觸位置L1。當使用者按壓壓觸件140，以使第一圖案電極110經由接觸導體件142與第二圖案電極120電性導通時，位置感測單元10能感測第一圖案電極110與第二圖案電極120二者與接觸導體件142接觸的位置，進而操作電子設備，其例如是手機、遊戲機、掌上型遊戲機、電腦或翻譯機。

如此，按鍵結構100可以應用於方向鍵，讓使用者可以使用按鍵結構100來操作上述電子設備。例如，按鍵結構100不僅可以控制螢幕上的游標往上、下、左與右的方向來移動，而且還可以控制游標往其他任意方向來移動，讓使用者可以靈活地控制游標移動。

圖3A繪示本發明另一實施例之按鍵結構的俯視示意圖，而圖3B繪示圖3A中沿線B-B剖面而成的剖面示意圖。請參閱圖3A與圖3B，本實施例的按鍵結構200包括一基板130、一第一圖案電極210、一第二圖案電極220以及一壓觸件240，其中第一圖案電極210與第二圖案電極220皆配置在平面132上，且彼此不接觸，而壓觸件240配置在第一圖案電極210與第二圖案電極220的上方。

壓觸件240包括一按鍵膜層144與多個接觸導體件242，其中這些接觸導體件242配置在按鍵罩144a內，並位於下表面S2。當按鍵結構200沒被按壓時，第一圖案電極210與第二圖案電極220二者與這些接觸導體件242之間會存有一間隙G2，所以第一圖案電極210與第二圖案電極220皆不與任何接觸導體件242接觸。此外，各個接觸導體件242的形狀可為點狀，且這些接觸導體件242可呈環狀排列，並可皆為導體薄膜，例如金屬薄膜或石墨薄膜。

這些接觸導體件242與前述實施例的接觸導體件142二者功用相同，即這些接觸導體件242可用於接觸第一圖案電極210與第二圖案電極220，以定義出接觸位置並形成電傳導路徑。第一圖案電極210具有一第一感測端T3，而第二圖案電極220具有一第二感測端T4。第一感測端T3與第二感測端T4皆可用來作為輸出輸入端，而上述電傳導路徑的兩端分別位於第一感測端T3與第二感測端T4。

上述接觸位置的定義及形成電傳導路徑的原理皆與前述實施例相同，所以在本實施例中，電傳導路徑的路徑長度會受到接觸位置的改變而變化，以至於第一感測端T3與第二感測端T4之間的電阻值隨著接觸位置的改變而變化。如此，電性連接第一感測端T3與第二感測端T4的位置感測單元10可量測出第一感測端T3與第二感測端T4之間的電阻值，並根據電阻值來感測接觸位置。由此可知，按鍵結構100、200二者感測接觸位置的原理皆相同。

值得一提的是，若將壓觸件240更換成前述實施例中的壓觸件140，仍不影響按鍵結構200的運作。反之，在前述實施例中，若將壓觸件140更換成本實施例中的壓觸件240，也不影響按鍵結構100的運作。因此，壓觸件140與240皆可使用於按鍵結構100、200其中任一者，而圖式所示的按鍵結構100、200僅為舉例說明，非限定本發明。

圖3C繪示圖3A中移除壓觸件後的按鍵結構的俯視示意圖。請參閱圖3A至圖3C，在本實施例中，第一圖案電極210、110二者構造相似，第二圖案電極220、120二者構造也相似，而以下將主要針對第一圖案電極210、110的差異以及第二圖案電極220、120的差異來進行說明。

第一圖案電極210包括一第一環狀部212、多條第一延伸條214與多個第一觸墊216，而第二圖案電極220包括多個第二觸墊226與多條線段部228。各條第一延伸條214連接在第一環狀部212與其中一個第一觸墊216之間，而各條線段部228連接其中一個第二觸墊226，其中這些接觸導體件242用於接觸第一觸墊216與第二觸墊226。

承上述，各個第二觸墊226位在其中一個第一觸墊216的對面，而各個第一觸墊216以及與其相鄰的第二觸墊226皆位在其中一條第一延伸條214以及與其相鄰的線段部228之間。此外，第一環狀部212具有第一感測端T3，而其中一條線段部228(圖3A與圖3C中，長度最長的線段部228)具有第二感測端T4。

各條線段部228具有二端部228a，而第二感測端T4為其中一個端部(僅以T4標示)。在第二圖案電極220中，其中一條線段部228的其中一端部228a連接另一線段部228的其中一端部228a，以使線段部228呈齒輪狀排列。

詳細而言，這些線段部228實質上呈鋸齒狀排列，並沿著第一圖案電極210排列，因此從圖3A與圖3C來看，這些第一圖案電極210所排列而成的形狀與齒輪的形狀相似。此外，各個第二觸墊226連接其中一個端部228a，而其他端部228a則彼此相連。

綜上所述，由於第一圖案電極的第一感測端與第二圖案電極的第二感測端之間的電阻值會隨著接觸位置的改變而變化，使得本發明的按鍵結構得以應用於方向鍵。例如，利用上述電阻值的變化，本發明的按鍵結構能控制螢幕上的游標移動，從而讓使用者得以操作電子設備(例如手機、遊戲機、掌上型遊戲機、電腦或翻譯機)。

其次，本發明的按鍵結構只採用一個接觸電極組(即第一圖案電極與第二圖案電極)，即能讓游標不僅往上、下、左與右的方向移動，而且還可以控制游標往其他任意方向來移動，讓使用者靈活地控制游標移動。相較於習知方向鍵而言，本發明的按鍵結構能促進電子設備的體積縮小，從而滿足現今電子設備所朝向的小體積化的發展趨勢。

此外，在習知方向鍵中，一個接觸電極組具有一對輸出輸入端。由於習知方向鍵通常包括至少四個接觸電極組，因此習知方向鍵的輸出輸入端的數量為四個或四個以上。然而，本發明的按鍵結構所具有的輸出輸入端(即第一感測端與第二感測端)的數量可以只有二個，因此相較於習知方向鍵而言，本發明的按鍵結構具有數量較少的輸出輸入端。如此，本發明的按鍵結構不僅能促進電子設備的體積縮小，且還可以降低電路佈線(layout)的困難度。

以上所述僅為本發明的實施例，其並非用以限定本發明的專利保護範圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍為本發明的專利保護範圍內。

10．．．位置感測單元

100、200．．．按鍵結構

110、210．．．第一圖案電極

112、212．．．第一環狀部

114、214．．．第一延伸條

120、220．．．第二圖案電極

122．．．第二環狀部

124．．．第二延伸條

130．．．基板

132．．．平面

140、240．．．壓觸件

142、242．．．接觸導體件

T1、T3．．．第一感測端

144．．．按鍵膜層

144a．．．按鍵罩

216．．．第一觸墊

226．．．第二觸墊

228．．．線段部

228a．．．端部

G1、G2．．．間隙

L1．．．接觸位置

P1．．．電傳導路徑

S1．．．上表面

S2．．．下表面

T2、T4．．．第二感測端

圖1A繪示本發明一實施例之按鍵結構的俯視示意圖。

圖1B繪示圖1A中沿線A-A剖面而成的剖面示意圖。

圖1C繪示圖1A中移除壓觸件後的按鍵結構的俯視示意圖。

圖2A繪示圖1B中按鍵結構被按壓時的剖面示意圖。

圖2B繪示圖1A中的按鍵結構在運作時的示意圖。

圖3A繪示本發明另一實施例之按鍵結構的俯視示意圖。

圖3B繪示圖3A中沿線B-B剖面而成的剖面示意圖。

圖3C繪示圖3A中移除壓觸件後的按鍵結構的俯視示意圖。

10．．．位置感測單元

100．．．按鍵結構

110．．．第一圖案電極

112．．．第一環狀部

114．．．第一延伸條

120．．．第二圖案電極

122．．．第二環狀部

124．．．第二延伸條

140．．．壓觸件

142．．．接觸導體件

144．．．按鍵膜層

T1．．．第一感測端

T2．．．第二感測端

Claims

一種按鍵結構，適於電性連接一位置感測單元，該按鍵結構包括：一基板，具有一平面；一第一圖案電極，配置在該平面上，並具有一第一感測端；一第二圖案電極，配置在該平面上，並具有一第二感測端，其中該第一圖案電極不接觸該第二圖案電極；以及一壓觸件，配置在該第一圖案電極與該第二圖案電極的上方，並包括至少一接觸導體件，該接觸導體件用於接觸該第一圖案電極與該第二圖案電極，以定義一接觸位置，而該位置感測單元根據該第一感測端與該第二感測端之間的一電阻值來感測該接觸位置。
如申請專利範圍第1項所述之按鍵結構，其中該壓觸件更包括一按鍵膜層，該按鍵膜層具有至少一按鍵罩，而該接觸導體件配置在該按鍵罩內。
如申請專利範圍第1項所述之按鍵結構，其中該接觸導體件的數量為多個，各該接觸導體件的形狀為點狀，且該些接觸導體件呈環狀排列。
如申請專利範圍第1項所述之按鍵結構，其中該接觸導體件的形狀為環狀。
如申請專利範圍第1項所述之按鍵結構，其中該第一圖案電極的形狀與該第二圖案電極的形狀皆為環狀，而該第一圖案電極圍繞該第二圖案電極。
如申請專利範圍第1項所述之按鍵結構，其中該第一圖案電極包括一第一環狀部以及多個連接該第一環狀部的第一延伸條，而各該第一延伸條從該第一環狀部朝向該第二圖案電極延伸，該第一環狀部具有該第一感測端。
如申請專利範圍第1項所述之按鍵結構，其中該第一圖案電極與該第二圖案電極二者的電阻率皆大於3.5×10^-5 歐姆公尺。
如申請專利範圍第1至7項中之任一項所述之按鍵結構，其中該第一圖案電極與該第二圖案電極二者的材料皆為石墨。
如申請專利範圍第6項所述之按鍵結構，其中該些第一延伸條呈輻射狀分布。
如申請專利範圍第6項所述之按鍵結構，其中該第二圖案電極包括一第二環狀部以及多個連接該第二環狀部的第二延伸條，而各該第二延伸條從該第二環狀部朝向該第一環狀部延伸，該第二環狀部具有該第二感測端。
如申請專利範圍第10項所述之按鍵結構，其中該些第一延伸條呈輻射狀分布，而該些第二延伸條呈輻射狀分布，該些第一延伸條與該些第二延伸條彼此交錯排列。
如申請專利範圍第6項所述之按鍵結構，其中該第一圖案電極更包括多個第一觸墊，各該第一延伸條連接在該第一環狀部與其中一第一觸墊之間，而該接觸導體件用於接觸該第一觸墊。
如申請專利範圍第12項所述之按鍵結構，其中該第二圖案電極更包括：多個線段部，各該線段部具有二端部，其中一線段部的其中一端部連接另一線段部的其中一端部，以使該些線段部呈齒輪狀排列，而該些端部的其中之一為該第二感測端；多個第二觸墊，各該第二觸墊位在其中一第一觸墊的對面，且各該第一觸墊以及與其相鄰的該第二觸墊皆位在其中一第一延伸條以及與其相鄰的該線段部之間，各該第二觸墊連接其中一端部，而其他該些端部彼此相連，該接觸導體件用於接觸該第二觸墊。
一種按鍵結構，包括：一基板，具有一平面；一第一圖案電極，配置在該平面上，並具有一第一感測端；一第二圖案電極，配置在該平面上，並具有一第二感測端，其中該第一圖案電極不接觸該第二圖案電極；以及一壓觸件，配置在該第一圖案電極與該第二圖案電極的上方，並包括至少一接觸導體件，該接觸導體件用於接觸該第一圖案電極與該第二圖案電極，以定義一接觸位置，而該第一感測端與該第二感測端之間的一電阻值隨著該接觸位置的改變而變化。