TWI550669B - 薄膜式鍵盤 - Google Patents

Description

薄膜式鍵盤

本發明係與按鍵結構及鍵盤有關，特別有關於薄膜式按鍵結構及薄膜式鍵盤。

現有鍵盤的按鍵皆係採用數位開關。換句話說，現有的鍵盤的各按鍵僅具有開啟(ON)及關閉(OFF)兩種狀態。當按鍵處於開啟狀態(即被使用者按壓)時，可觸發對應的按鍵訊號(此時訊號值為ON)；當按鍵處於關閉狀態(即未使用者按壓)時，則不觸發按鍵訊號(此時的訊號值為OFF)。

由於現有鍵盤僅可輸出數位訊號(ON或OFF)，而無法依據使用者按壓按鍵的力量來進一步輸出對應的類比訊號，這將降低現有鍵盤的實用性。

以使用現有鍵盤進行賽車遊戲為例，當使用者分別使用不同力量按壓按鍵多次(以按壓前進鍵來控制遊戲中汽車前進為例)時，由於每次所輸出的按鍵訊號皆相同(皆為ON)，所觸發的遊戲效果亦相同(如遊戲中汽車皆係以相同速度前進)，而無法觸發對應不同力量的不同的遊戲效果(如遊戲中汽車可隨按壓力量的大小以不同速度前進)，這使得遊戲的娛樂性不佳。

是以，現有鍵盤存在上述無法同步輸出數位訊號及類比訊號問題，而亟待更有效的方案被提出。

本發明之主要目的，在於提供一種具有類比訊號輸出及數位訊號輸出的薄膜式按鍵結構及薄膜式鍵盤。

為達上述目的，本發明主要係提供一種薄膜式按鍵結構，包括一下薄膜、鋪設於該下薄膜上方的一上薄膜及與該上薄膜及該下薄膜堆疊的一壓力感測薄膜。該下薄膜包括一下接點。該上薄膜係受一外力擠壓來產生形變並朝該下接點接近，並且該上薄膜包括一上接點。該上接點與該下接點導接時該上接點觸發一數位訊號。該壓力感測薄膜包括一感測區。該感測區用以依據該外力的大小改變一阻抗，並觸發對應該阻抗的一類比訊號。其中該感測區、該上接點及該下接點係垂直對齊。

本發明更提供一種薄膜式鍵盤，包括用以連接一外部電腦的一連接模組、一如前段所述的薄膜式按鍵結構、電性連接該連接模組、該壓力感測薄膜、該上薄膜及該下薄膜的一電路板；及電性連接於該電路板，並經由該電路板電性連接該連接模組、該壓力感測薄膜、該上薄膜及該下薄膜的一微控制器。該微控制器經由該連接模組傳送該薄膜式按鍵結構所觸發的該數位訊號及該類比訊號至該外部電腦。

本發明的薄膜式按鍵結構及薄膜式鍵盤可輸出數位訊號及對應使用者按壓按鍵的力量的類比訊號，而具有更佳的實用性。

1‧‧‧鍵盤

10‧‧‧連接模組

12‧‧‧微控制器

14‧‧‧電路板

140a‧‧‧導線

140b‧‧‧導線

140c‧‧‧導線

16‧‧‧模式切換開關

18‧‧‧發光元件

2‧‧‧薄膜式按鍵結構

20‧‧‧上薄膜

200‧‧‧上接點

22‧‧‧下薄膜

220‧‧‧下接點

24‧‧‧壓力感測薄膜

240‧‧‧感測區

260‧‧‧阻隔薄膜

2600‧‧‧定位孔

262‧‧‧基板

28‧‧‧按鍵模組

280‧‧‧鍵帽

282‧‧‧彈性元件

3‧‧‧外部電腦

圖1為本發明第一具體實施例的薄膜式鍵盤架構圖。

圖2為本發明第一具體實施例的薄膜式按鍵結構示意圖。

圖3A為本發明第一具體實施例的薄膜式按鍵結構的第一動作示意圖。

圖3B為本發明第一具體實施例的薄膜式按鍵結構的第二動作示意圖。

圖3C為本發明第一具體實施例的薄膜式按鍵結構的第三動作示意圖。

為能夠更加詳盡的了解本發明之特點與技術內容，請參閱以下所述之說明及附圖，然而所附圖示僅供參考說明之用，而非用來加以限制者。

首請參閱圖1，圖1為本發明第一具體實施例的薄膜式鍵盤架構圖。如圖1所示，本發明的薄膜式鍵盤1(以下簡稱鍵盤1)主要包括一連接模組10、一微控制器12、一電路板14及一薄膜式按鍵結構2。該微控制器12、該連接模組10及該薄膜式按鍵結構2係共同設置於同一該電路板14，該微控制器12通過該電路板14電性連接該連接模組10及該薄膜式按鍵結構2(如電性連接圖2所示之一壓力感測薄膜24、一上薄膜20及一下薄膜22)。

該連接模組10用以有線/無線連接一外部電腦3以進行訊號傳輸。具體而言，該連接模組10可為一無線傳輸模組(如藍芽無線傳輸模組或紅外線無線傳輸模組)，並可與該外部電腦3直接建立一無線連接，或經由與可卸式連接該外部電腦3的一無線傳輸器(dongle)建立該無線連接來連接該外部電腦3。 或者，該連接模組10可經由一傳輸線(如通用序列匯流排(USB)連接線)來可卸式連接該外部電腦30。

該薄膜式按鍵結構2於接受來自一使用者的一按壓操作時，可觸發一數位訊號及對應該按壓操作的一外力的一類比訊號，並輸出至該電路板14(容後詳述)。

該微控制器12可經由複數下接點(如圖2所示之複數下接點220)及該電路板14自該薄膜式按鍵結構2的複數上接點(如圖2所示之複數上接點200)接收上述被觸發的該數位訊號及該類比訊號，並經由該連接模組10傳送該數位訊號及該類比訊號至該外部電腦3。較佳地，該微控制器12可先將該類比訊號數值化(如轉換該類比訊號為0-15其中一個數值)後，再傳送至該外部電腦3。

於本發明的另一實施例中，該鍵盤1更包括電性連接該微控制器12的一模式切換開關16。具體而言，該模式切換開關16設置於該電路板14上，並通過該電路板14電性連接該微控制器12。該模式切換開關16用以接受來自該使用者的一模式切換操作，並依據該模式切換操作發送一單輸出模式訊號或一雙輸出模式訊號至該微控制器12。

接著，該微控制器12可依據所收到的該單輸出模式訊號進入一單輸出模式，或依據所收到的該雙輸出模式訊號進入一雙輸出模式。於該單輸出模式下，該微控制器12僅傳送該數位訊號或該類比訊號至該外部電腦3。於該雙輸出模式下，該微控制器12可同時傳送該數位訊號及該類比訊號至該外部電腦3。

雖於本實施例中，該單輸出模式訊號及該雙輸出模式訊號係經由操作該模式切換開關16被觸發，但不應以此限定。

於本發明之另一實施例中，係於該薄膜式按鍵結構2的至少一組按鍵(該按鍵包括一個該上接點200及一個該下接點220)被按壓時，觸發該單 輸出模式訊號或該雙輸出模式訊號，以使該微控制器12可於該單輸出模式及該雙輸出模式間進行切換。換句話說，本實施例係將該按鍵視為該模式切換開關16。

於本發明之另一實施例中，該微控制器12亦可經由該連接模組10自該外部電腦30接收該單輸出模式訊號或該雙輸出模式訊號。具體而言，該外部電腦30可執行一鍵盤控制程式，該使用者可對該外部電腦30輸入該模式切換操作，以使該鍵盤控制程式依據該模式切換操作發送該單輸出模式訊號或該雙輸出模式訊號至該鍵盤1。

於本發明之另一實施例中，該鍵盤1更包括一發光元件18。該發光元件18電性連接該電路板14，並經由該電路板14電性連接該微控制器12。

較佳地，該發光元件18係發光二極體(LED)並且，該微控制器12於自該薄膜式按鍵結構2收到上述被觸發的該數位訊號或該類比訊號時可控制該發光元件18發光。

較佳地，該鍵盤1係包括複數該發光元件182。並且，複數該發光元件182係分別對應複數按鍵來加以設置。複數該發光元件182可被設置於一基板(如圖2所示之一基板262)上且鄰近對應的該按鍵的位置，並經由複數發光元件導線(圖未標示)電性連接該電路板14以經由該電路板14接受該微控制器12控制。

續請參閱圖2，圖2為本發明第一具體實施例的薄膜式按鍵結構示意圖。

該薄膜式按鍵結構2主要包括該上薄膜20、該下薄膜22及該壓力感測薄膜24。

該上薄膜20包括該複數上接點200(於本實施例中，以四個該上接點200為例進行說明)。該複數上接點200分別經由複數導線140a電性連接該電路板14。

該下薄膜22鋪設於該上薄膜20下方，並且包括該複數下接點220(於本實施例中，以四個該下接點220為例進行說明)。該複數下接點220分別經由複數導線140b電性連接該電路板14。較佳地，該上薄膜20及該下薄膜22係軟性印刷電路板(PCB)。

較佳地，該複數上接點200係分別對應該下接點220設置。並且，當對應的該上接點200與該下接點220導接時，該上接點200可觸發上述該數位訊號。更詳細地，該上接點200係經由該下接點220輸出一第一電流至該電路板14以作為該數位訊號(容後詳述)。

該壓力感測薄膜24包括複數感測區240(於本實施例中，以四個該感測區240為例進行說明)。各該感測區240可於被施加一外力時，改變一阻抗，並觸發對應該阻抗的一類比訊號。

具體而言，該複數感測區240分別經由複數導線140c電性連接該電路板14，並且係由可變阻抗材料所製成(如尿素樹脂或聚脂樹脂等高分子材料)。當各該感測區240被施加該外力時，該感測區240的該阻抗將隨該外力的大小而改變，進而改變輸出至該電路板14的一第二電流的強度(該第二電流的強度係對應該類比訊號)。藉此，本發明的該薄膜式按鍵結構2可觸發並輸出該類比訊號。

於本發明中，當該外力越大時該感測區240的該阻抗越小，進而產生的該第二電流的強度越強；反之，當該外力越小時該感測區240的該阻抗越大，進而產生的該第二電流的強度越弱。然而，上述僅為本發明的其中一實施例，但不加以限定。

較佳地，該壓力感測薄膜24係與該上薄膜及該下薄膜垂直堆疊。並且，各組該感測區240、該上接點200及該下接點220係垂直對齊。

較佳地，該壓力感測薄膜24係堆疊於該上薄膜20上方，並可將所受的該外力向下傳遞至該上薄膜20，但不應以此限定。

於本發明之另一實施例中，該壓力感測薄膜24更包括電性連接該電路板14的一上壓力薄膜(圖未標示)及電性連接該電路板14並與該上壓力薄膜垂直堆疊的一下壓力薄膜(圖未標示)。並且，該上壓力薄膜及該下壓力薄膜至少其中之一設置有該複數感測區240(如該上壓力薄膜設置有該複數感測區240、該下壓力薄膜設置有該複數感測區240或該上壓力薄膜及該下壓力薄膜皆設置有該複數感測區240)。更進一步地，該上壓力薄膜可受該外力擠壓來產生形變並於與該下壓力薄膜接觸時觸發該類比訊號。於本發明之另一實施例中，該壓力感測薄膜24係堆疊於該下薄膜22下方，該外力係施加於該上薄膜20，並經由該上薄膜20及該下薄膜22傳遞至該壓力感測薄膜24。

於本發明之另一實施例中，該薄膜式按鍵結構2更包括一阻隔薄膜260。該阻隔薄膜260鋪設於該上薄膜20及該下薄膜22間，以阻隔該上薄膜20(包括該複數上接點200及該複數線路140a)與該下薄膜22(包括該複數下接點220及該複數線路140b)。具體而言，該阻隔薄膜260的設置可避免該上薄膜20及該下薄膜22的接點或導線因堆疊而直接導接，而於該薄膜式按鍵結構2未接受該外力時誤觸發該數位訊號。

較佳地，該阻隔薄膜260係由絕緣材質所製成，並包括分別對齊該複數上接點200及該複數下接點220的複數定位孔2600(於本實施例中，以四個該定位孔2600為例進行說明)。藉此，當該薄膜式按鍵結構2被施加該外力時可產生形變，而使各該上接點200分別穿過正下方的各該定位孔2600來與對應的各該下接點220導接。

於本發明之另一實施例中，該薄膜式按鍵結構2更包括該基板262(如塑膠硬板)。該基板262設置於該薄膜式按鍵結構2的最底層(如設置於該下薄膜22下方)，以於該薄膜式按鍵結構2被施加該外力時支撐該薄膜式按鍵結構2的各層元件(如該壓力感測薄膜24、該上薄膜20、該阻隔薄膜260及該下薄膜22。)。

於本發明之另一實施例中，該薄膜式按鍵結構2更包括複數按鍵模組28(於本實施例中，以四個該按鍵模組28為例進行說明)，該複數按鍵模組28設置於該薄膜式按鍵結構2最上方(於本實施例中，係設置於該壓力感測薄膜24上方)，用以直接接受該外力並向下擠壓下層元件(於本實施例中，為該壓力感測薄膜24)，以使下層元件將該外力繼續向下傳遞。本實施例中，各該按鍵模組28的設置位置係分別與下層的各組該感測區240、該上接點200該定位孔2600及該下接點220垂直對齊，藉此可將所受之該外力垂直向下傳遞至各元件。

較佳地，該複數按鍵模組28可分別包括一鍵帽280及對應該鍵帽280設置的一彈性元件282(如橡膠帽或彈簧)。各該鍵帽280於被施加該外力時，可向下擠壓對應的該彈性元件282以使該彈性元件282產生形變並經由接觸將該外力傳遞至下層元件。

較佳地，該複數鍵帽280係採用剪刀腳按鍵結構或導套(如十字軸導套)結構。

值得一提的是，雖於本實施例中，係以該薄膜式按鍵結構2以四組按鍵(即四個該鍵帽280、四個該彈性元件282、四個該感測區240、四個該上接點200、四個該定位孔2600及四個該下接點220)為例進行說明，但不應以此限定，本發明所述技術領域中具有通常知識者可依需求任意變更該薄膜式按鍵結構2所包括的按鍵數量(如該薄膜式按鍵結構2僅包括單一組按鍵，或包括104組按鍵)。

續請同時參閱圖2、圖3A、圖3B及圖3C。圖3A為本發明第一具體實施例的薄膜式按鍵結構的第一動作示意圖。圖3B為本發明第一具體實施例的薄膜式按鍵結構的第二動作示意圖。圖3C為本發明第一具體實施例的薄膜式按鍵結構的第三動作示意圖，用以說明本發明的該薄膜式按鍵結構2如何觸發該數位訊號及該類比訊號。

於本實施例中，係以該薄膜式按鍵結構2僅包括單一組按鍵(即單一該鍵帽280、單一該彈性元件282、單一該感測區240、單一該上接點200、單一該定位孔2600及單一該下接點220)為例進行說明。

並且，於本實施例中，該薄膜式按鍵結構2係依據該壓力感測薄膜24、該上薄膜20、該阻隔薄膜260、該下薄膜22及該基板262的順序由上至下堆疊。

如圖3A所示，於該使用者未按壓該鍵帽280時，該鍵帽280係處於一復位位置。此時，由於該感測區240未被施加任何該外力，故該感測區240的該阻抗不會發生改變，而不會觸發該類比訊號。並且，於此狀態下，由於該阻隔薄膜260的阻隔，該上接點200不會與該下接點220導接，而該薄膜式按鍵結構2不會觸發該數位訊號。

如圖3B所示，當該使用者對該鍵帽280施加該外力時，該鍵帽206向下擠壓該彈性元件282、該壓力感測薄膜24及該上薄膜20，而使該彈性元件282、該壓力感測薄膜24及該上薄膜20產生形變並使該上接點200朝該下接點220接近。此時，由於該感測區240已被施加該外力，該感測區240的該阻抗發生改變，而可觸發對應當前的該外力的該類比訊號。並且，如圖3B所示，由於該上接點200仍未與該下接點220導接，故此時該薄膜式按鍵結構2不會觸發該數位訊號。

如圖3C所示，當該使用者持續增加該外力時，該鍵帽206向下移動至一觸發位置，並擠壓該彈性元件282、該壓力感測薄膜24及該上薄膜20，而使該彈性元件282、該壓力感測薄膜24及該上薄膜20產生形變，並使該上接點200穿過該定位孔2600導接該下接點220。此時，由於該感測區240被施加更大的該外力，因此該感測區240的該阻抗再次發生改變，而觸發對應當前的該外力的該類比訊號(即，不同於圖3B中的該類比訊號)。並且，如圖3C所示，由於該上接點200與該下接點220直接導接，故此時該薄膜式按鍵結構2觸發該數位訊號。

本發明的薄膜式按鍵結構及薄膜式鍵盤可輸出數位訊號及對應使用者按壓按鍵的力量的類比訊號，而具有更佳的實用性。

以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例之具體說明，非用以侷限本發明之專利範圍，其他任何等效變換均應俱屬後述之申請專利範圍內。

140a‧‧‧導線

140b‧‧‧導線

140c‧‧‧導線

2‧‧‧薄膜式按鍵結構

20‧‧‧上薄膜

200‧‧‧上接點

22‧‧‧下薄膜

220‧‧‧下接點

24‧‧‧壓力感測薄膜

240‧‧‧感測區

260‧‧‧阻隔薄膜

2600‧‧‧定位孔

262‧‧‧基板

28‧‧‧按鍵模組

280‧‧‧鍵帽

282‧‧‧彈性元件

Claims (11)

1. 一種薄膜式鍵盤，包括：一連接模組，用以連接一外部電腦；一下薄膜，包括一下接點；一上薄膜，鋪設於該下薄膜上方，受一外力擠壓來產生形變並朝該下接點接近，並且該上薄膜包括一上接點，該上接點與該下接點導接時該上接點觸發一數位訊號；一壓力感測薄膜，與該上薄膜及該下薄膜堆疊，包括一感測區，該感測區用以依據該外力的大小改變一阻抗，並觸發對應該阻抗的一類比訊號，其中該感測區、該上接點及該下接點係垂直對齊；一電路板，電性連接該連接模組、該壓力感測薄膜、該上薄膜及該下薄膜；及一微控制器，電性連接於該電路板，並經由該電路板電性連接該連接模組、該壓力感測薄膜、該上薄膜及該下薄膜，該微控制器將該類比訊號數值化，並於收到一單輸出模式訊號時進入一單輸出模式，並僅傳送該數位訊號或數值化後的該類比訊號之一至該外部電腦，於收到一雙輸出模式訊號時進入一雙輸出模式，並同時傳送該數位訊號及數值化後的該類比訊號至該外部電腦。
2. 如請求項1所述之薄膜式鍵盤，其中更包括一模式切換開關，電性連接於該電路板，並經由該電路板電性連接該微控制器，接受一模式切換操作並依據該模式切換操作發送該單輸出模式訊號或該雙輸出模式訊號至該微控制器。
3. 如請求項1所述之薄膜式鍵盤，其中該微控制器係經由該連接模組自該外部電腦接收該單輸出模式訊號或該雙輸出模式訊號。
4. 如請求項3所述之薄膜式鍵盤，其中更包括一發光元件，電性連接於該電路板，並經由該電路板電性連接該微控制器，以受該微控制器控制而於該微控制器收到被觸發的該數位訊號或該類比訊號時發光。
5. 如請求項1所述之薄膜式鍵盤，其中更包括一阻隔薄膜，鋪設於該上薄膜及該下薄膜間，該阻隔薄膜包括對齊該上接點及該下接點的一定位孔，該上接點係穿過該定位孔來與該下接點導接。
6. 如請求項5所述之薄膜式鍵盤，其中該壓力感測薄膜係堆疊於該上薄膜上方，接受該外力並向下傳遞至該上薄膜。
7. 如請求項6所述之薄膜式鍵盤，其中更包括一基板，設置於該下薄膜下方以支撐該壓力感測薄膜、該上薄膜、該阻隔薄膜及該下薄膜。
8. 如請求項7所述之薄膜式鍵盤，其中該上薄膜及該下薄膜係軟性印刷電路板。
9. 如請求項8所述之薄膜式鍵盤，其中該感測區係由高分子材料所製成。
10. 如請求項9所述之薄膜式鍵盤，其中更包括一按鍵模組，設置於該壓力感測薄膜上方，接受該外力並向下擠壓該壓力感測薄膜，以使該壓力感測薄膜產生形變並將該外力向下傳遞至該上薄膜。
11. 如請求項10所述之薄膜式鍵盤，其中該壓力感測薄膜包括：一下壓力薄膜；及 一上壓力薄膜，與該下壓力薄膜垂直堆疊，該上壓力薄膜及該下壓力薄膜至少其中之一設置有該感測區，該上壓力薄膜用以受該外力擠壓來產生形變並於與該下壓力薄膜接觸時觸發該類比訊號。