TWI578361B - 按鍵結構及輸入裝置 - Google Patents

Description

按鍵結構及輸入裝置

本發明一般係關於一種按鍵結構，具體而言，本發明係關於一種具有觸覺回饋的按鍵結構及具有此按鍵結構的輸入裝置。

隨著電子裝置的薄型化要求日益增高，適用的按鍵結構高度顯著縮小。因此，習知按壓行程較大的機械式按鍵結構已逐漸為小行程按鍵或觸碰式按鍵所取代。然而，隨著行程的縮小或採用觸碰式輸入，使用者通常難以感受到按壓回饋，導致使用者無法確認按壓操作是否完成，造成操作上的困擾。

目前已有以震動器產生震動以提供使用者按壓回饋的設計，但此設計通常是在既有的按鍵結構加設震動器，或是震動器與按鍵結構的整合具有複雜的電路及支撐設計，不利於薄型化。再者，行動裝置，例如平板電腦或智慧型手機之螢幕鍵盤，在手指觸碰時雖然會提供震動回饋，提示使用者已完成按壓操作。然而，此類提供震動回饋的裝置通常是使整個裝置一起震動，或是使裝置的某個面震動，無法提供獨立與局部的回饋，不利於操作確認。

因此，如何在薄型化同時達到有效的觸覺回饋係為按鍵結構設計的主要議題之一。

本發明之一目的在於提供一種具有觸覺回饋功能的按鍵結構及具有此按鍵結構之輸入裝置，以提供獨立及局部的按壓回饋，提升使用者的使用經驗。

本發明之一目的在於提供一種按鍵結構及具有此按鍵結構之輸入裝置，其具有多層式薄膜結構，有效縮小按鍵尺寸，增加可應用性。

於一實施例，本發明提供一種按鍵結構，其包含鍵帽層、電路層、至少一觸覺產生器、緩衝層、感應單元及控制電路。鍵帽層具有鍵帽區；電路層設置於鍵帽層下方，電路層之下表面對應鍵帽區具有電隔離的至少一第一接點及至少一第二接點；至少一觸覺產生器設置於電路層下方且電連接至少一第一接點及至少一第二接點；緩衝層設置於電路層下方，緩衝層具有容置空間，觸覺產生器係位於容置空間中；感應單元設置於緩衝層下方，當感應單元被觸發時可輸出觸發訊號；控制電路耦接於感應單元與電路層，控制電路接收觸發訊號而可輸出驅動訊號給觸覺產生器；其中當外界施加按壓力時，該按壓力透過緩衝層向下傳遞以觸發感應單元，使感應單元輸出觸發訊號，進而使觸覺產生器接收到驅動訊號而震動。

於一實施例，緩衝層包含膜片部及突出部，其中膜片部具有容置區，突出部係設置於容置區周圍並自膜片部朝電路層突起，以在容置區上方形成容置空間。

於一實施例，容置區係為通孔，其中突出部係設置於通孔周圍，且通孔與容置空間連通

於一實施例，本發明之按鍵結構更包含支撐層，其中支撐層 係設置於電路層及感應單元之間，支撐層具有開口，且突出部係穿設於開口，當外界於鍵帽區施加按壓力時，按壓力透過突出部而向下傳遞以觸發感應單元。

於一實施例，支撐層開口具有第一上視外形，緩衝層容置空間具有第二上視外形，觸覺產生器具有第三上視外形，其中第一上視外形、第二上視外形、第三上視外形同時均為四邊形或同時均為圓形。

於一實施例，電路層更具有第一電路徑與第二電路徑，緩衝層之突出部為上視U形結構，上視U形結構定義出U形結構開口，第一電路徑與第二電路徑係經過U形結構開口而分別電性連接第一接點及第二接點。

於一實施例，支撐層之硬度大於緩衝層的硬度，且支撐層之厚度係大於觸覺產生器之厚度，使電路層與感應單元之間保持適當間距，以提供觸覺產生器震動的空間。

於一實施例，上述之適當間距係指觸覺產生器與感應單元之間保持0.8mm以上距離。

於一實施例，緩衝層更具有延伸部，其中延伸部係自突出部朝容置空間內側延伸，且延伸部之頂面低於突出部之頂面，觸覺產生器係部分重疊延伸部。

於一實施例，膜片部更具有至少一肋條，其中至少一肋條係設置於通孔中，且肋條之頂面低於突出部之頂面，以使容置空間分隔為複數子空間。

於一實施例，至少一觸覺產生器包含複數觸覺產生器，至少一第一接點及至少一第二接點包含複數第一接點及複數第二接點以對應複 數觸覺產生器，且複數觸覺產生器係分別對應複數子空間。

於一實施例，肋條之厚度係大於等於觸覺產生器之厚度。

於一實施例，緩衝層係為硬度70A以下之矽膠材料所製成。

於一實施例，本發明之按鍵結構更包含黏著層，其中黏著層係設置於鍵帽層下表面且位於鍵帽區之外，以黏著鍵帽層及電路層，且使鍵帽區之鍵帽層下表面與電路層保持分離。

於另一實施例，本發明提供一種輸入裝置，其包含鍵帽層、電路層、複數觸覺產生器、緩衝層、感應層及控制電路。鍵帽層具有複數個鍵帽區；電路層設置於鍵帽層下方，電路層之下表面對應各鍵帽區具有電隔離的至少一第一接點及至少一第二接點；複數觸覺產生器對應複數鍵帽區設置於電路層下方且分別電連接對應的第一接點及第二接點；緩衝層設置於電路層下方，緩衝層對應複數個鍵帽區具有複數容置空間，以供容置複數觸覺產生器；感應層設置於緩衝層下方，感應層包含複數感應單元分別對應複數鍵帽區，當各感應單元被觸發時可輸出觸發訊號；控制電路耦接於複數應單元與電路層，控制電路接收觸發訊號而可輸出驅動訊號給對應的觸覺產生器；其中當外界施加按壓力於複數按鍵區其中一個時，按壓力透過緩衝層向下傳遞以觸發對應的感應單元，使感應單元輸出觸發訊號，進而使對應的觸覺產生器接收到驅動訊號而震動。

於一實施例，緩衝層包含膜片部及複數突出部，其中膜片部具有複數通孔，複數突出部係分別設置於複數通孔周圍並自膜片部朝電路層突起，以形成複數容置空間。

於一實施例，本發明之輸入裝置更包含支撐層，其中支撐層 係設置於電路層及緩衝層之間，支撐層具有複數開口分別對應複數鍵帽區，且複數突出部係分別穿設於複數開口。

於一實施例，複數個鍵帽區包含倍數鍵帽區與非倍數鍵帽區，倍數鍵帽區大於非倍數鍵帽區，複數容置空間之第一容置空間係對應倍數鍵帽區以供容置至少兩個觸覺產生器，倍數鍵帽區所對應之膜片部更具有至少一肋條，至少一肋條係設置於對應第一容置空間之通孔中，且肋條之頂面低於突出部之頂面，以使對應的第一容置空間分隔為複數子空間，且至少兩個觸覺產生器係分別對應複數子空間。

於一實施例，電路層包含複數條第一線路及複數條第二線路，其中第一線路的數目係對應複數觸覺產生器的數目且複數第一線路各具有一個第一接點。

於一實施例，第二線路的數目少於觸覺產生器的數目，且複數條第二線路各具有一個以上的第二接點，以使第二接點的數目對應觸覺產生器的數目。

10‧‧‧輸入裝置

100、100’‧‧‧按鍵結構

110、210‧‧‧鍵帽層

111、211‧‧‧區域界定符

112、212‧‧‧鍵帽區

112a‧‧‧字符或圖案

114、214‧‧‧周邊區

120、220‧‧‧電路層

122、222‧‧‧第一線路

122a、222a‧‧‧第一接點

124、224‧‧‧第二線路

124a、224a‧‧‧第二接點

130、230‧‧‧觸覺產生器

140、240‧‧‧支撐層

140a、240a‧‧‧開口

150、250‧‧‧緩衝層

150a、250a‧‧‧容置空間

152、252‧‧‧膜片部

152a‧‧‧容置區

154、254‧‧‧突出部

156、256‧‧‧延伸部

160、262‧‧‧感應單元

170、270‧‧‧控制電路

180、280‧‧‧黏著層

200’‧‧‧空白鍵位置

250b‧‧‧子空間

258‧‧‧肋條

260‧‧‧感應層

D‧‧‧驅動訊號

F‧‧‧按壓力

T‧‧‧觸發訊號

圖1A為本發明一實施例之按鍵結構之爆炸圖；圖1B為本發明一實施例之按鍵結構之電路層、觸覺產生器及緩衝層之配置示意圖；圖1C為圖1A之截面示意圖；圖1D為圖1A之按鍵結構之作動示意圖；圖2A為本發明另一實施例之按鍵結構之爆炸圖； 圖2B為本發明另一實施例之按鍵結構之電路層、觸覺產生器、支撐層及緩衝層之配置示意圖；圖2C為圖2A之截面示意圖；圖2D為圖2A之按鍵結構之作動示意圖；圖2E為本發明另一實施例之按鍵結構之電路層、觸覺產生器、支撐層及緩衝層之配置示意圖；圖2F為本發明另一實施例之按鍵結構之電路層、觸覺產生器、支撐層及緩衝層之配置示意圖；圖3A及圖3B分別為本發明一實施例之輸入裝置之爆炸圖及組合圖；圖4A為圖3A之鍵帽層之示意圖；圖4B為圖3A之電路層之示意圖；圖4B-1為圖4B之電路層之第一線路之配置示意圖；圖4B-2為圖4B之電路層之第二線路之配置示意圖；圖4C為圖3A之支撐層之示意圖；圖4D為圖3A之緩衝層之示意圖；圖5為本發明另一實施例之按鍵結構之局部截面示意圖；以及圖6為本發明另一實施例之輸入裝置之鍵帽層及黏著層之配置示意圖。

本發明提供一種具有觸覺回饋功能的按鍵結構及具有此按鍵結構之輸入裝置。具體而言，本發明之輸入裝置可為任何具有按鍵結構的輸入裝置，例如獨立的鍵盤裝置、整合於電子產品的輸入裝置(例如行動裝置、平板電腦等配備之按鍵或鍵盤等)，但不以此為限。於後以鍵盤為例， 參考圖式詳細說明本發明實施例之按鍵結構及輸入裝置之細節。

如圖1A至圖1C所示，於一實施例，本發明之按鍵結構100係具有多層式薄膜結構，其包含鍵帽層110、電路層120、至少一觸覺產生器130、緩衝層150、感應單元160及控制電路170(見圖1C)。於此實施例，鍵帽層110具有鍵帽區112，係作為使用者按壓按鍵結構100之介面層。電路層120設置於鍵帽層110下方，係作為傳遞一驅動訊號D的電路徑層及載置觸覺產生器130之基板層，該驅動訊號D可使該觸覺產生器130振動。至少一觸覺產生器130設置於電路層120下方並電連接電路層120，以作為按壓後之觸覺回饋層。緩衝層150設置於電路層120下方，係作為(a)傳導一垂直方向按壓力至感應單元160之力傳導層及，(b)支撐電路層120之支撐結構層。感應單元160設置於緩衝層150下方，且感應單元160被觸發時可輸出觸發訊號T。控制電路170耦接於感應單元160與電路層120，且可依據實際應用需求設置於任何合宜的位置。控制電路170係用以接收感應單元160之觸發訊號T以產生感應訊號及驅動觸覺產生器130之驅動訊號D。

具體而言，緩衝層150具有容置空間150a供容置觸覺產生器130。電路層120用以電連接觸覺產生器130，並提供驅動觸覺產生器130的電路徑，使得控制電路170可透過電路層120電連接觸覺產生器130。緩衝層150係用以傳遞按壓力，當外界施加按壓力時，按壓力透過緩衝層150向下傳遞以觸發感應單元160。感應單元160係為開關式感應單元，當感應單元160被按壓觸發時，感應單元160可輸出觸發訊號T，進而使控制電路170產生(1)使用者輸入字元或指令的感應訊號，及(2)驅動觸覺產生器130震動之驅動訊號D。電路層120之下表面對應鍵帽區112具有至少一第一接點122a及至 少一第二接點124a，其中第一接點122a係與第二接點124a電性隔離。至少一觸覺產生器130係位於緩衝層150之容置空間150a中，且電連接第一接點部122a及第二接點124a。感應單元160被觸發時可輸出觸發訊號T，而控制電路170於接收觸發訊號T後，會輸出驅動訊號D給觸覺產生器130，以驅動觸覺產生器130發生震動(詳見圖1D之相關說明)。

再者，本發明於此所述之「觸覺產生器」係泛指可受驅動訊號D驅動而提供觸覺回饋(例如震動)的元件。觸覺產生器可包含，例如但不限於：壓電致動器(piezoelectric actuator)、聲圈致動器(voice coil actuator)、震動馬達(pager motor)、電磁震動器(solenoid)或其他類型的觸覺產生器。壓電致動器具有非常薄且小的優點，因此非常適合用於多層式薄膜結構的按鍵結構。於後，以壓電致動器為例，說明本發明之按鍵結構各元件的細部結構及相互作用。

如圖1A至圖1C所示，鍵帽層110係覆蓋於電路層120上，且鍵帽層110具有鍵帽區112及周邊區114，其中周邊區114係鄰接於鍵帽區112之周圍。鍵帽區112係對應觸覺產生器130並作為供使用者按壓的區域，且周邊區114係用於連接下方的電路層120。於此實施例，周邊區114係環繞鍵帽區112設置，且鍵帽區112可具有字符或圖案112a，以指示按鍵結構100所輸入的對應指令或字符。再者，於鍵帽區112周圍可具有區域界定符111，以定義鍵帽區112的範圍，讓使用者輕易辨識鍵帽區112的位置，提高按壓的正確性。換言之，區域界定符111係設置於鍵帽區112及周邊區114之交界處，以界定出鍵帽區112及周邊區114。於此實施例，區域界定符111可為突起的框形圖案，且於框形圖案內定義為鍵帽區112，於框形圖案外定義為周邊區 114。當使用者進行盲打時，可藉由鍵帽區112周圍突起的區域界定符111辨識鍵帽區112的位置，有助於提升輸入的速度及正確性。再者，區域界定符111及字符或圖案112a可藉由印刷、壓印、黏貼、雷射等方式形成於鍵帽層110之上表面，且區域界定符111及字符或圖案112a可具有不同形式，不以實施例所示為限。

鍵帽層110的厚度較佳為0.075~2mm，且較佳為軟性材質，以增加使用者按壓按鍵結構100的舒適感。當使用者按壓鍵帽區112時，軟性材質可具有相對較低的硬度以提升按壓舒適感，且在按壓點的徑向上具有較小的能量損失。此外，軟性材質因為鍵帽區112的按壓撓曲對於接受觸覺回饋亦可提供較佳的效應。當鍵帽區112的按壓撓曲越大時，鍵帽區112對應按壓點之厚度越小，使得將能量傳遞至使用者(例如手指)的路徑越短，有利於減少觸覺產生器130發生震動時的動能損耗。鍵帽層110之材料可包含例如聚酯(PU)、熱塑聚酯(TPU)、皮革、織物、矽膠等。

此外，於一實施例，鍵帽層110可僅覆蓋於電路層120上作為按鍵結構100的最上層；此時按鍵結構100可選擇性具有將各元件整合的鍵盤殼體(keyboard frame)，使得各元件設置於鍵盤殼體中且裸露出鍵帽層110供使用者操作。再者，按鍵結構100可選擇性包含基底層(base plate，未圖示)，其中基底層係設置於感應單元160下方，以增進按鍵結構100之整體結構強度。基底層較佳為相對剛性較大的材質(例如金屬板材，硬質塑料或聚合物層)，以維持按鍵結構100的強度而不至於彎折損壞。於另一實施例，鍵帽層110可作為包覆按鍵結構100之整體元件的包覆層，但不以此為限。

電路層120較佳為相對較硬的材料所構成的薄片形式，以作 為載置觸覺產生器130的基板。電路層120的厚度較佳為0.05~0.5mm，且電路層120可由絕緣層及設置於絕緣層的導電路徑線路所構成，其中絕緣層可由例如聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)所構成。換言之，電路層120之硬度係大於鍵帽層110之硬度，且電路層120之厚度較佳係小於鍵帽層110之厚度。如圖1A及圖1B所示，電路層120設置於鍵帽層110下方，其中電路層120之下表面對應鍵帽區112具有電隔離的至少一第一接點122a及至少一第二接點124a，以供電連接觸覺產生器130。具體而言，電路層120具有第一電路徑122及第二電路徑124，如此構成能把驅動訊號D自控制器170傳遞至觸覺產生器130的電訊號迴路，其中第一電路徑122及第二電路徑124係電隔離地設置於電路層120的下表面，且分別包含第一接點122a及第二接點124a。亦即，第一電路徑122及第二電路徑124係設置於電路層120背向於鍵帽層110的一側(即下側)，以使得觸覺產生器130及鍵帽層110係分別設置電路層120的兩相對側。

於此實施例，觸覺產生器130係由壓電材料所構成，且較佳為片狀形式，其中壓電材料可包含例如壓電單晶體、壓電多晶體(壓電陶瓷)、壓電聚合物、或壓電複合材料，但不以此為限。觸覺產生器130設置於電路層120下方，且電連接第一電路徑122之第一接點122a及第二電路徑124之第二電接點124a，經由電路徑122、124傳遞，使得驅動訊號D可自控制器170傳遞至觸覺產生器130，以驅動觸覺產生器130產生應變而提供觸覺回饋(例如震動)。在此需注意，觸覺產生器130較佳僅藉由第一接點122a及第二電接點124a實體連接於電路層120，觸覺產生器130其他部分保持和電路層120分離，以使得觸覺產生器130具有較大震動效應。亦即，觸覺產生 器130可藉由例如銀膠、焊錫等電連接材料連接第一接點122a及第二電接點124a，進而達到實體連接電路層120，使得觸覺產生器130其他和電路層120分離的部分具有較大的震動效應。然而，於其他實施例，若觸覺產生器130所提供的振動強度已經足夠，則除了藉由第一接點122a及第二電接點124a外，觸覺產生器130其他區域亦可與電路層120的實體連接黏合，以防止觸覺產生器130自電路層120脫離。再者，觸覺產生器130相對於電路層120的震動方向可包含例如上/下蝶式震動或水平伸縮式震動，且振動方式可包含例如連續震動或脈衝式震動，但不以此為限。

如圖1A至圖1C所示，緩衝層150設置於電路層120下方，且緩衝層150具有容置空間150a，其中觸覺產生器130係位於容置空間150a中。具體而言，緩衝層150包含膜片部152及突出部154，其中膜片部152具有容置區152a，突出部154係設置於容置區152a周圍並自膜片部152突起，以定義容置空間150a供容置觸覺產生器130。於此實施例，膜片部152具有通孔以作為容置區152a。換言之，突出部154係設置於通孔152a周圍並自膜片部152上表面朝電路層120突起，以於容置區152a(即通孔)上方形成容置空間150a，使得突出部154之頂面係高於膜片部152之上表面，且通孔152a與容置空間150a連通。在此需注意，於此實施例，雖以通孔作為膜片部152之容置區152a，但不以此為限。於其他實施例，膜片部152之容置區152a可為膜片部152之部分表面區域或凹陷區域。此外，容置區152a較佳係對應於鍵帽區112，且可依據按鍵實際需求設計，而不限於圖LA所示的矩形。於其他實施例(未圖示)，容置區152a可為圓形、橢圓形或任何合宜形狀。對應於容置區152a的形狀，突出部154可僅環繞容置區152a的部分周邊或實質環繞容置區 152a的所有周邊。舉例而言，如圖1A及圖1B所示，當容置區152a對應鍵帽區112為矩形時，突出部154可環繞容置區152a的三個側邊設置，僅保留設置第一接點122a及第二接點124a之側邊未設置突出部154。換言之，緩衝層150之突出部154為上視U形結構，且上視U形結構定義出U形結構開口，使得第一電路徑122與第二電路徑124係經過U形結構開口而分別電性連接第一接點122a及第二接點124a。於其他實施例，當容置區152a對應鍵帽區112為圓形時，除對應第一接點122a及第二接點124a的位置外，突出部154可實質環繞容置區152a的所有周邊(如圖2F所示)。於此實施例，突出部154較佳為連續的突出結構，但不以此為限。於其他實施例，突出部154亦可為不連續的突出結構，即突出部154可由複數個凸柱或凸塊沿容置區152a之周圍設置所構成。當緩衝層150作為電路層120之支撐結構層時，突出部154的厚度較佳係大於觸覺產生器130的厚度，且當觸覺產生器130於容置空間150a震動時，突出部154的厚度係足以提供觸覺產生器130適當的震動空間(即觸覺產生器130的下方具有足夠空間)。

再者，於一實施例，緩衝層150更具有延伸部156，其中延伸部156係自突出部154朝容置空間150a內側延伸，且延伸部156之頂面低於突出部154之頂面。如圖1C所示，當觸覺產生器130容置於容置空間150a時，觸覺產生器130較佳部分重疊延伸部156。換言之，延伸部154之頂面較佳係高於膜片部152的上表面且低於觸覺產生器130之底面，且延伸部154較佳係朝容置空間150a內側延伸至部分觸覺產生器130下方。藉此，緩衝層150向上突起的突出部154係於鍵帽層110下方提供觸覺產生器130震動的空間(例如150a)，且延伸部156提供觸覺產生器130發生震動時的局部支撐，以免觸 覺產生器130壓抵感應單元160。

緩衝層150較佳係由硬度70A以下的緩衝材，更佳係由硬度10A~60A之緩衝材，藉由雷射或熱壓模技術所製成。於一實施例，緩衝層150係由例如矽膠材料所製成。亦即，緩衝層150可為軟性材料，以免設置於感應單元160上時會因其自身的重量而使感應單元160在鍵帽層110未被按壓的情況下產生誤觸訊號。如上所述，緩衝層150係用以傳遞按壓力至其下方的感應單元160，以觸發感應單元160輸出觸發訊號T。於此實施例，按壓力可透過兩種途徑向下傳遞至感應單元160，例如(1)按壓力係透過電路層120及突出部154傳遞，(2)按壓力係透過電路層120、觸覺產生器130及延伸部156傳遞。於一實施例，如圖1C所示，突出部154之外側壁較佳係實質對準鍵帽區112之邊界，或略大於鍵帽區112之邊界，藉此當使用者按壓於鍵帽區112之邊界時，亦可有效透過突出部154向下傳遞按壓力，但不以此為限。再者，當使用者不慎按壓於鍵帽區112外時(即按壓於周邊區114)，因周邊區114下方實質並無設置突出部154，故按壓力無法藉由突出部154向下傳遞至感應單元160，進而可避免誤觸發感應單元160。

再者，於一實施例，如圖1C所示，按鍵結構100更包含黏著層180，其中黏著層180係設置於鍵帽層110下表面且位於鍵帽區112之外，以黏著鍵帽層110及電路層120。具體而言，黏著層180係僅設置於鍵帽層110對應於周邊區114的下表面。換言之，黏著層180並未設置於鍵帽層110對應於鍵帽區112的下表面，使得鍵帽區112及電路層120對應鍵帽區112的部分不黏著在一起(或有空隙)。藉此，當觸覺產生器130受到驅動訊號D的驅動而震動時，可以減少觸覺產生器130發生震動時的動能損耗。亦即，若電路層120 與鍵帽層110全部都黏起來時，觸覺產生器130的”負載”加重，不易產生震動，而使得動能損耗加大。於此實施例，黏著層180的厚度較佳小於0.5mm，但不以此為限。再者，按鍵結構100的其餘元件(例如電路層120、緩衝層150、感應單元160等)之間亦可藉由黏著方式固定，以定位各元件間的相對位置。

如圖1D所示，當外界施加按壓力F時，按壓力F透過緩衝層150向下傳遞以觸發感應單元160，使得感應單元160輸出觸發訊號T到控制電路170。控制電路170接收觸發訊號T而可輸出驅動訊號D給觸覺產生器130進而驅動觸覺產生器130發生震動。亦即，當使用者按壓按鍵結構100時(例如按壓於鍵帽層110之鍵帽區112時)，藉由緩衝層150的結構特性(例如突出部154、延伸部156)，按壓力係透過上述的兩種途徑向下傳遞以觸發感應單元160發出觸發訊號T，觸發訊號T一方面係作為操作按鍵結構100以輸入相應的字元或指令的感應訊號，同時亦作為產生驅動訊號D的指示訊號，使得控制電路170接收觸發訊號T而發出驅動訊號D。當觸覺產生器130經由電路層120的電路徑(例如第一電路徑122及第二電路徑124)接收到來自控制電路170的驅動訊號D時，觸覺產生器130可於容置空間150a中產生震動，以提供使用者確認按壓的震動回饋。

此外，於另一實施例，如圖2A至圖2D所示，按鍵結構100’進一步可包含支撐層140，以作為支撐電路層120之支撐結構層。具體而言，支撐層140係設置於電路層120及感應單元160之間，以作為按鍵結構100的主要支撐結構層，使電路層120與感應單元160之間保持適當間距並提供觸覺產生器130震動的空間。於一實施例，上述的適當距離係指觸覺產生器130 與感應單元160之間較佳保持0.8mm以上的距離。於此實施例，支撐層140係設置於膜片部152上且具有開口140a，使得突出部154係穿設於開口140a。亦即，開口140a較佳係對應鍵帽層110之鍵帽區112且範圍涵蓋環繞容置區152a之突出部154，而使得支撐層140設置於膜片部152上時，突出部154係位於開口140a中(如圖2C所示)。於此實施例，支撐層140之硬度較佳係大於緩衝層150的硬度，且支撐層140之厚度係大於觸覺產生器130之厚度，以確保觸覺產生器130震動的空間。換言之，當使用者較大力按壓鍵帽層110時，支撐層140可確保觸覺產生器130具有足夠的震動空間，而不會因為緩衝層150的硬度較低，過度變形而嚴重壓縮容置空間150a，進而使得觸覺產生器130直接壓抵住感應單元160，使得觸覺產生器130無法順利震動，反而導致觸覺產生器130輸出的振動回饋減小。相對地，如圖1A所示之實施例，當按壓力不會使緩衝層150過度變形進而壓縮容置空間150a時，可選擇不設置支撐層140，以使緩衝層150不僅作為按鍵結構100之力傳導層亦作為支撐結構層。

於一實施例，當緩衝層150之突出部154穿設於支撐層140的開口140a時，支撐層140的頂面較佳係實質等於或略高於突出部154的頂面，以供支撐電路層120及鍵帽層110，但不限於此。具體而言，支撐層140的厚度係取決於觸覺產生器130的厚度及震動空間的高度。舉例而言，當震動空間的高度大於或等於例如0.8mm時，觸覺產生器130會具有較佳的震動效果。因此，支撐層140的厚度較佳設計為大於觸覺產生器130的厚度且在按壓時能於觸覺產生器130下方保有高度大於或等於0.8mm的震動空間。於一實施例，支撐層140之開口140a較佳係對應鍵帽區112，亦即開口140a的形 狀、大小、位置較佳與鍵帽區112對應，以使得使用者按壓於鍵帽區112時可確保藉由緩衝層150之力傳遞部分(例如突出部154、延伸部156)傳遞按壓力至感應單元160。再者，感應單元160之感應線路較佳係設置於緩衝層150之力傳遞部分(例如突出部154、延伸部156)的正下方，以使得施加在鍵帽區112的按壓力藉由上述的兩種途徑傳遞，能正常觸發感應單元160；同時避免施加在非鍵帽區112的按壓力透過支撐層140傳遞而誤觸發感應單元160的可能性。

如圖2D所示，當外界在鍵帽區112施加按壓力F時，按壓力F透過緩衝層150向下傳遞以觸發感應單元160，使得感應單元160輸出觸發訊號T到控制電路170。控制電路170接收觸發訊號T而可輸出驅動訊號D給觸覺產生器130進而驅動觸覺產生器130發生震動。亦即，當使用者按壓按鍵結構100時(例如按壓於鍵帽層110之鍵帽區112時)，支撐層140在按壓力的作用下，使觸覺產生器130仍有足夠的震動空間，且藉由緩衝層150的結構特性(例如突出部154、延伸部156)，按壓力係透過上述的兩種途徑向下傳遞以觸發感應單元160發出觸發訊號T，觸發訊號T一方面係作為操作按鍵結構100以輸入相應的字元或指令的感應訊號，同時亦作為產生驅動訊號D的指示訊號，使得控制電路170接收觸發訊號T而發出驅動訊號D。當觸覺產生器130經由電路層120的電路徑(例如第一電路徑122及第二電路徑124)接收到來自控制電路170的驅動訊號D時，觸覺產生器130可於容置空間150a中產生震動，以提供使用者確認按壓的震動回饋。

再者，於圖1A及圖2A之實施例中，延伸部156係為沿突出部154朝容置空間150a內側連續延伸的形式。然而，於其他實施例，如圖2E所 示，延伸部156’可為沿突出部154’朝容置空間150a內側不連續延伸的形式，以配合實際需求增加按鍵結構的設計彈性。

此外，支撐層140之開口140a具有第一上視外形，緩衝層150之容置空間150a具有第二上視外形，觸覺產生器130具有第三上視外形，其中第一上視外形、第二上視外形、第三上視外形較佳係相互對應，例如可同時均為四邊形(如圖2A之實施例所示)、同時均為圓形(如圖2F之實施例所示)，或為其他合宜形狀，不以實施例所示為限。

如圖3A及圖3B所示，於另一實施例，本發明提供一種包含多個前述實施例之按鍵結構的輸入裝置10。在此需注意，於此實施例，輸入裝置10係以鍵盤裝置為例進行說明，但於其他實施例，輸入裝置可包含一個以上的按鍵結構且以任何合宜的方式配置，不以實施例所示為限。再者，於此實施例，輸入裝置10係以圖2A之按鍵結構為例說明，但不以此為限。亦即，本發明之輸入裝置可由具有圖1A、圖2A及/或圖2E的多個按鍵結構所組成。

具體而言，如圖3A所示，輸入裝置10包含鍵帽層210、電路層220、複數觸覺產生器230、緩衝層250、感應層260及控制電路270(參見圖3B)。此外，輸入裝置10進一步可選擇性包含支撐層240。於此實施例，鍵帽層210具有複數個鍵帽區212。電路層220設置於鍵帽層210下方，且如圖4B所示，電路層220之下表面對應各鍵帽區212具有電隔離的至少一第一接點222a及至少一第二接點224a。緩衝層250設置於電路層220下方，且緩衝層250對應複數個鍵帽區212具有複數容置空間250a，以供容置複數觸覺產生器230。感應層260設置於緩衝層250下方，且感應層260包含複數感應單 元262分別對應複數鍵帽區212。換言之，當多個按鍵結構整合成輸入裝置10(例如鍵盤)時，各按鍵結構的元件可對應整合成單一部件層。

舉例而言，如圖3A及圖4A所示，複數個鍵帽區212可藉由周邊區214相互連接形成單一鍵帽層210。具體而言，鍵帽層210可依據各按鍵配置的位置於其上表面形成複數個區域界定符211，以界定出對應的鍵帽區212，而鍵帽區212之間的空間及周邊部分即形成周邊區214。類似於上述，各鍵帽區212具有對應的字符或圖案(未圖示)，以指示各按鍵結構所輸入的對應指令或字符。於此實施例，鍵帽層210可具有與上述鍵帽層110類似的特性，例如材質、厚度等，於此不再贅述。

如圖3A及圖4B所示，電路層220設置於鍵帽層210下方，且電路層220之下表面對應各鍵帽區212具有電隔離的至少一第一接點222a及至少一第二接點224a，供電連接對應的觸覺產生器230。亦即，複數觸覺產生器230係對應複數鍵帽區212設置於電路層220下方且分別電連接對應的第一接點222a及第二接點224a。在此需注意，觸覺產生器230具有類似於上述觸覺產生器130的特性，且其與電路層220之連接方式亦可參考上述圖1A實施例之相關說明，於此不再贅述。具體而言，電路層220包含複數條第一線路222及複數條第二線路224，以分別提供驅動對應觸覺產生器230的電路徑。於一實施例，如圖4B-1所示，第一線路222的數目係對應複數觸覺產生器130的數目且複數第一線路222各具有一個第一接點222a，以分別電連接對應的觸覺產生器130。如圖4B-2所示，第二線路224的數目較佳少於觸覺產生器230的數目，且複數條第二線路224各具有一個以上的第二接點224a，以使第二接點224a的數目對應觸覺產生器230的數目，以分別電連接 對應的觸覺產生器130。於此實施例，第一線路222係作為驅動觸覺產生器230的驅動路徑，而第二路徑224係作為複數個驅動觸覺產生器230可共用的接地(ground)路徑。換言之，複數個觸覺產生器230的接地路徑(即第二線路224)較佳分組連接在一起，使得單一條第二線路224具有一個或至少兩個的第二接點224a，且所有第二線路224所包含的第二接點224a的總數量係與觸覺產生器230的數量相同，以達到簡化電路徑的布局，減少所需的布局面積，進而縮小輸入裝置的尺寸。

如圖3A及圖4C所示，支撐層240係設置於電路層220及緩衝層250之間，其中支撐層240具有複數開口240a分別對應複數鍵帽區212，且複數開口240a係供複數突出部254分別穿設於其中。類似於上述，支撐層240之硬度係大於緩衝層250的硬度，且支撐層250之厚度係大於觸覺產生器230之厚度，以提供觸覺產生器230震動的空間。

如圖3A及圖4D所示，緩衝層250設置於電路層220下方，其中緩衝層250對應複數個鍵帽區212具有複數容置空間250a，以供容置複數觸覺產生器230。具體而言，緩衝層250包含膜片部252及複數突出部254，其中複數個突出部254係藉由膜片部252相互連接成單一緩衝層250。亦即，類似於上述，膜片部252具有複數容置區(例如複數個通孔)，且複數突出部254係分別設置於複數容置區(例如通孔)周圍並自膜片部252朝電路層220突起，以形成複數容置空間250a。類似地，當支撐層240設置於緩衝層250之膜片部252時，複數突出部254係分別穿設於複數開口254a。再者，緩衝層250更具有複數延伸部256，其中複數延伸部256係自複數突出部254朝對應的容置空間250a內側延伸，且各延伸部256之頂面低於各對應突出部254之 頂面。再者，延伸部256較佳係延伸於對應觸覺產生器230的下表面，以使得觸覺產生器230係部分重疊對應的延伸部256。在此需注意，如圖4D所示，複數突出部254之間係藉由膜片部252相互連接，而使得突出部254之間具有空隙而不直接相連。因此，當使用者按壓其中一個按鍵結構時，按壓力係藉由對應的突出部254向下傳遞，而不易透過空隙(或下方相連的膜片部252)或支撐層240(若設置時)傳遞到相鄰的突出部254，進而避免誤觸發相鄰的按鍵結構。

再者，如圖3A及圖3B所示，複數個感應單元262可整合於感應層260，且可藉由單一控制電路270控制多個按鍵，以簡化製造程序及組裝程序，但不以此為限。

類似於圖1D或圖2D所示之作動說明，當外界施加按壓力於複數個鍵帽區212其中一個時，按壓力透過對應的緩衝層250之力傳遞部分(例如突出部254、延伸部256)經由上述的兩種途徑向下傳遞以觸發對應的感應單元262，使得感應單元262輸出觸發訊號到控制電路270。觸發訊號T一方面係作為操作按鍵結構以輸入相應的字元或指令的感應訊號，同時亦作為產生驅動訊號的指示訊號，使得控制電路270接收觸發訊號而可輸出驅動訊號給對應的觸覺產生器230。當觸覺產生器230經由電路層220的電路徑(例如對應的第一電路徑222及第二電路徑224)接收到來自控制電路270的驅動訊號時，觸覺產生器230可於容置空間250a中產生震動，以提供使用者確認按壓的震動回饋。

在此需注意，當按鍵結構具有較大尺寸(例如倍數鍵)時，緩衝層可具有較大的容置空間及額外的結構設計以供容置不同數量的觸覺產 生器，藉此使得使用者按壓在鍵帽區的任何位置皆可提供相應的觸覺回饋。舉例而言，當單一按鍵結構具有複數個觸覺產生器230時，電路層220可具有複數個第一接點222a及複數個第二接點224a以分別對應連接複數個觸覺產生器230。如圖4B所示，對應於空白鍵位置200’，電路層220可具有四個第一接點222a及四個第二接點224a，以分別電連接四個觸覺產生器230。

相應於此，於一實施例，如圖4D及圖5所示，膜片部250更具有至少一肋條258，其中至少一肋條258係設置於作為容置區250a的通孔中，且肋條258之頂面低於突出部254之頂面，以使容置空間250a分隔為複數子空間250b。具體而言，複數肋條258較佳平行設置且橫越容置空間250a的相對側(即跨接通孔的兩相對側)，以使得容置空間250a的下半部分隔為複數子空間250b，以作為對應觸覺產生器230的震動空間。換言之，按鍵結構具有較大尺寸時，可將容置空間250a藉由肋條258劃分為複數個(例如四個)子空間250b，且複數個子空間250b係分別供設置對應的觸覺產生器230，以使得單一按鍵可具有複數個觸覺產生器230，進而增進按壓的觸覺回饋效應。於一實施例，肋條258之厚度係大於等於觸覺產生器230之厚度，以使得使用者按壓鍵帽區212時，尤其是按壓於鍵帽區212遠離支撐層240或突出部254的位置(例如中間位置)時，可確保觸覺產生器230具有適宜的震動空間。此外，於此實施例，感應單元262之感應線路較佳亦對應肋條258布局，以使得緩衝層250除了上述兩種力傳導路徑外，還具有額外的力傳導路徑，即(3)透過肋條258傳遞至感應單元160。

再者，如圖6所示，本發明之輸入裝置更包含黏著層280，其中黏著層280係設置於鍵帽層210下表面且位於複數鍵帽區212之外，以黏著 鍵帽層210及電路層220。類似於上述，黏著層280係僅設置於鍵帽層210對應於周邊區214的下表面。換言之，黏著層280並未設置於鍵帽層210對應於鍵帽區212的下表面，使得鍵帽區212及電路層220對應鍵帽區212的部分不黏著在一起(或有空隙)。藉此，當觸覺產生器230受到驅動訊號的驅動而震動時，可以減少觸覺產生器230發生震動時的動能損耗。亦即，若電路層220與鍵帽層210全部都黏起來時，觸覺產生器230的”負載”加重，不易產生震動，而使得動能損耗加大。再者，輸入裝置10的其餘元件(例如電路層220、支撐層240、緩衝層250、感應單元260等)之間亦可藉由黏著方式固定，以定位各元件間的相對位置。

相較於習知技術，本發明之按鍵結構及輸入裝置藉由層疊結構達到薄型化的特性，同時藉由觸覺產生器提供按壓的觸覺回饋作為使用者操作提示。再者，本發明之按鍵結構及輸入裝置藉由電路層同時作為觸覺產生器(例如壓電材料)的基板層及電路徑層，且藉由緩衝層作為力傳導層及支撐結構層，有助於簡化組裝程序且增加可製造性。此外，本發明之按鍵結構及輸入裝置藉由緩衝層作為力傳導層且藉由支撐層作為支撐結構層，不僅可確保觸覺產生器具有適宜的震動空間，更可減少誤觸發感應單元的可能性。本發明之輸入裝置係藉由突出於膜片部之突出部作為力傳導部分，進而使得按壓力不易傳遞至相鄰按鍵的突出部，以避免誤觸發相鄰按鍵。再者，本發明之按鍵結構及輸入裝置係藉由肋條的設置，使得按壓在鍵帽區的任何位置時，觸覺產生器接可具有適宜的震動空間。

本發明已由上述實施例加以描述，然而上述實施例僅為例示目的而非用於限制。熟此技藝者當知在不悖離本發明精神下，於此特別說 明的實施例可有例示實施例的其他修改。因此，本發明範疇亦涵蓋此類修改且僅由所附申請專利範圍限制。

110‧‧‧鍵帽層

112‧‧‧鍵帽區

114‧‧‧周邊區

120‧‧‧電路層

130‧‧‧觸覺產生器

150‧‧‧緩衝層

150a‧‧‧容置空間

152‧‧‧膜片部

152a‧‧‧容置區

154‧‧‧突出部

156‧‧‧延伸部

160‧‧‧感應單元

170‧‧‧控制電路

180‧‧‧黏著層

D‧‧‧驅動訊號

F‧‧‧按壓力

T‧‧‧觸發訊號

Claims (16)

1. 一種按鍵結構，包含：一鍵帽層，具有一鍵帽區；一電路層，設置於該鍵帽層下方，該電路層之下表面對應該鍵帽區具有電隔離的至少一第一接點及至少一第二接點；至少一觸覺產生器，設置於該電路層下方且電連接該至少一第一接點及該至少一第二接點；一緩衝層，設置於該電路層下方，該緩衝層具有一容置空間，該觸覺產生器係位於該容置空間中；一感應單元，設置於該緩衝層下方，當該感應單元被觸發時可輸出一觸發訊號；以及一控制電路，耦接於該感應單元與該電路層，該控制電路接收該觸發訊號而可輸出一驅動訊號給該觸覺產生器；其中當外界施加一按壓力時，該按壓力透過該緩衝層向下傳遞以觸發該感應單元，使該感應單元輸出該觸發訊號，進而使該觸覺產生器接收到該驅動訊號而震動；其中該緩衝層包含一膜片部及一突出部，該膜片部具有一通孔，該突出部至少設置於該通孔周圍兩相對側，該突出部並自該膜片部朝該電路層突起，該通孔與該容置空間連通。
2. 如申請專利範圍第1項所述之按鍵結構，更包含一支撐層，其中該支撐層係設置於該電路層及該感應單元之間，該支撐層具有一開口，且該突出部係穿設於該開口，當外界於該鍵帽區施加該按壓力時，該按壓力透過該突 出部而向下傳遞以觸發該感應單元。
3. 如申請專利範圍第2項所述之按鍵結構，其中該支撐層開口具有一第一上視外形，該緩衝層容置空間具有一第二上視外形，該觸覺產生器具有一第三上視外形，該第一上視外形、該第二上視外形、該第三上視外形同時均為四邊形或同時均為圓形。
4. 如申請專利範圍第1項所述之按鍵結構，其中該支撐層之硬度大於該緩衝層的硬度，且該支撐層之厚度係大於該觸覺產生器之厚度，使該電路層與該感應單元之間保持適當間距，以提供該觸覺產生器震動的空間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之按鍵結構，其中該適當間距係指該觸覺產生器與該感應單元之間保持0.8mm以上距離。
6. 如申請專利範圍第1項所述之按鍵結構，其中該膜片部更具有至少一肋條，該至少一肋條係設置於該通孔中，且該肋條之頂面低於該突出部之頂面，以使該容置空間分隔為複數子空間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之按鍵結構，其中該至少一觸覺產生器包含複數觸覺產生器，該至少一第一接點及該至少一第二接點包含複數第一接點及複數第二接點以對應該複數觸覺產生器，且該複數觸覺產生器係分別對應該複數子空間。
8. 如申請專利範圍第6項所述之按鍵結構，其中該肋條之厚度係大於等於該觸覺產生器之厚度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之按鍵結構，其中該緩衝層係為硬度70A以下之矽膠材料所製成。
10. 如申請專利範圍第1項所述之按鍵結構，更包含一黏著層，其中該黏著 層係設置於該鍵帽層下表面且位於該鍵帽區之外，以黏著該鍵帽層及該電路層，且使該鍵帽區之該鍵帽層下表面與該電路層保持分離。
11. 一種按鍵結構，包含：一鍵帽層，具有一鍵帽區；一電路層，設置於該鍵帽層下方，該電路層之下表面對應該鍵帽區具有電隔離的至少一第一接點及至少一第二接點；至少一觸覺產生器，設置於該電路層下方且電連接該至少一第一接點及該至少一第二接點；一緩衝層，設置於該電路層下方，該緩衝層具有一容置空間，該觸覺產生器係位於該容置空間中；一感應單元，設置於該緩衝層下方，當該感應單元被觸發時可輸出一觸發訊號；以及一控制電路，耦接於該感應單元與該電路層，該控制電路接收該觸發訊號而可輸出一驅動訊號給該觸覺產生器；其中當外界施加一按壓力時，該按壓力透過該緩衝層向下傳遞以觸發該感應單元，使該感應單元輸出該觸發訊號，進而使該觸覺產生器接收到該驅動訊號而震動；其中該電路層更具有一第一電路徑與一第二電路徑，該緩衝層之突出部為一上視U形結構，該上視U形結構定義出一U形結構開口，該第一電路徑與該第二電路徑係經過該U形結構開口而分別電性連接該第一接點及該第二接點。
12. 一種按鍵結構，包含： 一鍵帽層，具有一鍵帽區；一電路層，設置於該鍵帽層下方，該電路層之下表面對應該鍵帽區具有電隔離的至少一第一接點及至少一第二接點；至少一觸覺產生器，設置於該電路層下方且電連接該至少一第一接點及該至少一第二接點；一緩衝層，設置於該電路層下方，該緩衝層具有一容置空間，該觸覺產生器係位於該容置空間中；一感應單元，設置於該緩衝層下方，當該感應單元被觸發時可輸出一觸發訊號；以及一控制電路，耦接於該感應單元與該電路層，該控制電路接收該觸發訊號而可輸出一驅動訊號給該觸覺產生器；其中當外界施加一按壓力時，該按壓力透過該緩衝層向下傳遞以觸發該感應單元，使該感應單元輸出該觸發訊號，進而使該觸覺產生器接收到該驅動訊號而震動；其中該緩衝層包含一膜片部及一突出部，該膜片部具有一容置區，該突出部係設置於該容置區周圍並自該膜片部朝該電路層突起；其中該緩衝層更具有一延伸部，其中該延伸部係自該突出部朝該容置空間內側延伸，且該延伸部之頂面低於該突出部之頂面，該觸覺產生器係部分重疊該延伸部。
13. 一種輸入裝置，包含：一鍵帽層，具有複數個鍵帽區；一電路層，設置於該鍵帽層下方，該電路層之下表面對應各該鍵帽區具 有電隔離的至少一第一接點及至少一第二接點；複數觸覺產生器，對應該複數鍵帽區設置於該電路層下方且分別電連接對應的該第一接點及該第二接點；一緩衝層，設置於該電路層下方，該緩衝層對應該複數個鍵帽區具有複數容置空間，以供容置該複數觸覺產生器；一感應層，設置於該緩衝層下方，該感應層包含複數感應單元分別對應該複數鍵帽區，當各該感應單元被觸發時可輸出一觸發訊號；以及一控制電路，耦接於該複數應單元與該電路層，該控制電路接收該觸發訊號而可輸出一驅動訊號給對應的該觸覺產生器；其中當外界施加一按壓力於該複數按鍵區其中一個時，該按壓力透過該緩衝層向下傳遞以觸發對應的該感應單元，使該感應單元輸出該觸發訊號，進而使對應的該觸覺產生器接收到該驅動訊號而震動；其中該複數個鍵帽區包含一倍數鍵帽區與一非倍數鍵帽區，該倍數鍵帽區大於該非倍數鍵帽區，該複數容置空間中之一第一容置空間係對應該倍數鍵帽區以供容置至少兩個觸覺產生器，該倍數鍵帽區所對應之該膜片部更具有至少一肋條，該至少一肋條係設置於對應該第一容置空間之該通孔中，且該肋條之頂面低於該突出部之頂面，以使對應的該第一容置空間分隔為複數子空間，且該至少兩個觸覺產生器係分別對應該複數子空間。
14. 如申請專利範圍第13項所述之輸入裝置，其中該緩衝層包含一膜片部及複數突出部，該膜片部具有複數容置區，該複數突出部係分別設置於該複數容置區周圍並自該膜片部朝該電路層突起，以形成該複數容置空間。
15. 如申請專利範圍第13項所述之輸入裝置，其中該電路層包含複數條第一 線路及複數條第二線路，該第一線路的數目係對應該複數觸覺產生器的數目且該複數第一線路各具有一個第一接點。
16. 如申請專利範圍第15項所述之輸入裝置，其中該第二線路的數目少於該觸覺產生器的數目，且該複數條第二線路各具有一個以上的第二接點，以使該第二接點的數目對應該觸覺產生器的數目。