TWI717280B - 電容式觸控按鍵 - Google Patents

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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
    • H03K17/975—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a capacitive movable element

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Abstract

一種電容式觸控按鍵，包含按鍵單元、觸控模組與彈性元件。觸控模組設有第一透明導電層，按鍵單元包含導光體與金屬框體，金屬框體的本體包覆導光體側面且暴露出導光體頂面，並自本體底端周緣延伸一延伸部，延伸部之投影部分與第一透明導電層重疊，另外，亦可設有與延伸部電性連接之第二透明導電層。彈性元件連接於按鍵單元與觸控模組之間，當使用者進行觸控操作時，將按鍵單元朝向觸控模組方向按壓，於延伸部或第二透明導電層與第一透明導電層之間的電容值產生變化。藉此，可大幅降低手指和感應電極的等效距離，從而提昇觸控訊號的感應量。

Description

電容式觸控按鍵
本發明是屬於觸控技術領域，尤其有關於一種可提昇觸控訊號量的電容式觸控按鍵。
觸控技術近幾年獲得迅速的發展，廣泛運用於許多消費性電子裝置上，例如筆記型電腦、平板電腦與智慧型手機，目前也已經逐漸擴展至醫學儀器、自動化設備、家用電器與車用裝置等等。觸控式介面主流為觸控螢幕(Touch panel)與觸控板(Touch pad)，可取代傳統機械式按鍵，讓電子裝置增加更大的操作空間。然而，在追求科技化的同時，儘管這些觸控式介面具備眾多優勢，有些電子裝置，例如衛星導航裝置、車用影音設備、飛機駕駛艙顯示面板、電子遊戲機等，還是需要設計實體的按鍵、旋鈕或搖桿等，來提供真實的觸覺反饋，增加使用者的感官體驗。
典型的電容式觸控按鍵設計，通常使用塑膠材質作為按鍵本體來覆蓋在感應元件上，但是太厚的塑膠按鍵容易有感應不良的情形發生，而影響觸控效果。請參照第1圖，其顯示一種可以動態的顯示不同內容的電容式觸控按鍵10，其按鍵本體11為透明塑膠材質，屬於非導體介質，由於介質具備一定厚度，再加上其下方的彈性元件13，會導致可感應手指的電容量極小，觸控晶片(Touch IC)12必須強化感測觸控訊號的靈敏度，否則難以達成觸控效果。
因此，上述現有技術尚有改進和發展的空間。
有鑒於此，本發明針對現有技術存在的缺失，其主要目的是提供一種電容式觸控按鍵，能夠大幅地降低手指觸碰點和感應電極之間的等效距離，以增加觸控訊號的感應量，有效提昇觸控效能。
為實現上述目的，本發明提供一種電容式觸控按鍵，包含一按鍵單元、一觸控模組與至少一彈性元件。其中，觸控模組設置於彈性元件之一側，觸控模組具有一第一透明導電層。按鍵單元設置於觸控模組上且藉彈性元件連接第一透明導電層，並包含一導光體及一金屬框體，金屬框體具有一本體及自本體底端周緣延伸之一延伸部，本體包覆導光體之側面並暴露出導光體之頂面，且延伸部之投影位置部分與第一透明導電層重疊。當進行觸控操作時，彈性元件會產生彈性變形，使按鍵單元朝向觸控模組位移，並於延伸部與第一透明導電層之間產生電容變化量。
在本發明的一實施例中，上述按鍵單元更包括一第二透明導電層，且延伸部延伸至第二透明導電層上並與其電性連接。當進行觸控操作時，彈性元件會產生彈性變形，使按鍵單元朝向觸控模組位移，並於第二透明導電層與第一透明導電層之間產生電容變化量。
在本發明的一實施例中，上述金屬框體和第二透明導電層之間的電阻值小於或等於100千歐姆(kΩ)。
在本發明的一實施例中，上述第二透明導電層為氧化銦錫(ITO)或金屬網格(Metal mesh)。
在本發明的一實施例中，上述延伸部圍繞本體形成一環狀且延伸方向遠離導光體。
在本發明的一實施例中，上述延伸部在延伸方向上的面積大於130平方毫米(mm2)。
在本發明的一實施例中，上述本體暴露出之導光體之頂面直徑小於或等於20毫米(mm)。
在本發明的一實施例中，上述本體更部分包覆導光體之頂面。
在本發明的一實施例中，上述觸控模組之第一透明導電層係連接觸控模組之一觸控感測電路，以供觸控感測電路偵測電容變化量。
在本發明的一實施例中，上述第一透明導電層為氧化銦錫(ITO)或金屬網格(Metal mesh)。
相較於現有技術，本發明是在導光體側面包覆有金屬框體，並由金屬框體之本體底端周緣延伸形成一延伸部，或進一步設有與延伸部電性連接之第二透明導電層；當使用者以手指進行觸控操作時，手指之觸碰點會與金屬框體的延伸部或第二透明導電層導通連接，而將手指與作為感應電極之第一透明導電層的等效距離大幅降低，有效提昇觸控訊號的感應量，藉以獲得較佳的感應效果。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
10:電容式觸控按鍵
11:按鍵本體
12:觸控晶片
13:彈性元件
50:手指
100:電容式觸控按鍵
110:按鍵單元
111:導光體
112:金屬框體
114:頂面
115:延伸部
116:本體
120:觸控模組
121:第一透明導電層
122:觸控感測電路
130:彈性元件
200:電容式觸控按鍵
211:導光體
212:金屬框體
214:頂面
216:本體
300:電容式觸控按鍵
310:按鍵單元
311:導光體
312:金屬框體
313:第二透明導電層
314:頂面
315:延伸部
316:本體
320:觸控模組
321:第一透明導電層
322:觸控感測電路
330:彈性元件
第1圖是先前技術所提供的一種電容式觸控按鍵之剖面示意圖。
第2圖是本發明之第一實施例所提供的電容式觸控按鍵之剖面示意圖。
第3圖是本發明之第二實施例所提供的電容式觸控按鍵之剖面示意圖。
第4圖是本發明之第三實施例所提供的電容式觸控按鍵之剖面示意圖。
第5圖是本發明之第三實施例所提供的電容式觸控按鍵之等效結構。
本發明揭露一種電容式觸控按鍵，電容式觸控按鍵應用於譬如衛星導航裝置、車用影音設備、飛機駕駛艙顯示面板、電子遊戲機等各種電子裝置。下面結合圖式對本發明之電容式觸控按鍵的具體實施方式進行說明。
請參照第2圖，其繪示本發明之第一實施例所提供的電容式觸控按鍵100之剖面示意圖。
本實施例中，電容式觸控按鍵100是由一按鍵單元110、一觸控模組120和二彈性元件130所組成。其中，彈性元件130位於觸控模組120之上，觸控模組120的頂面設有一第一透明導電層121，此第一透明導電層121是作為感應電極。按鍵單元110位於觸控模組120上且藉彈性元件130連接第一透明導電層121，按鍵單元110包含一導光體111與一金屬框體112，金屬框體具有一本體116及自本體116底端周緣延伸之一延伸部115，本體116包覆導光體111側面且暴露出導光體111之頂面114，延伸部115之投影位置部分與第一透明導電層121重疊。當進行觸控操作時，使用者之手指50通過觸碰或按壓導光體111之頂面114且同時接觸金屬框體112，使彈性元件130產生彈性變形，並連帶使按鍵單元110朝向觸控模組120產生位移，且手指50接觸金屬框體112而電性導通至下方的延伸部115，而於延伸部115與第一透明導電層121之間產生一電容變化量。另外，第一透明導電層121更連接觸控模組120之一觸控感測電路122，以供觸控感測電路122偵測電容變化量。
本實施例中，按鍵單元110的製作可使用塑膠射出成形製品中埋金屬嵌件的方式或使用貼合的方式將導光體111和金屬框體112作結合。本實施例 中，由本體116所暴露出之導光體111之頂面114直徑較佳是小於或等於20毫米(mm)。
進一步地，本實施例之電容式觸控按鍵100的按鍵單元110的金屬框體112之延伸部115圍繞本體116形成一環狀且延伸方向遠離導光體111。本實施例中，金屬框體112的延伸部115在其延伸方向上的面積較佳是大於130平方毫米(mm2)。
請參照第3圖，其繪示本發明之第二實施例所提供的電容式觸控按鍵200之剖面示意圖。
和第一實施例不同的是，本實施例之金屬框體212的本體216部分包覆導光體211之頂面214，便於手指接觸金屬框體212，而由本體216所暴露出之導光體211之頂面214直徑較佳是小於或等於20毫米(mm)。
請參照第4圖，其繪示本發明之第三實施例所提供的電容式觸控按鍵300之剖面示意圖。
和第一實施例不同的是，本實施例之按鍵單元310更包含一第二透明導電層313，且金屬框體312之延伸部315延伸至第二透明導電層313上並與其電性連接。當進行觸控操作時，使用者之手指50通過觸碰或按壓導光體311之頂面314且同時接觸金屬框體312，使彈性元件330產生彈性變形，並連帶使按鍵單元310朝向觸控模組320產生位移，且手指50接觸金屬框體312而電性導通至第二透明導電層313，而於第二透明導電層313與第一透明導電層321之間產生一電容變化量。
本實施例中，按鍵單元310的製作可使用塑膠射出成形製品中埋金屬嵌件的方式或使用貼合的方式將導光體311和金屬框體312作結合，並形成第二透明導電313和金屬框體312相接，而金屬框體312可透過導電膠(圖中未示)與第二透明導電層313相互黏合在一起。本實施例中，金屬框體312和第二透明 導電層313之間的電阻值較佳是小於或等於100千歐姆(kΩ)。本實施例中，由本體316所暴露出之導光體311之頂面314直徑較佳是小於或等於20毫米(mm)。
具體而言，本發明之導光體為電性絕緣材料，包括塑膠(例如PMMA)或玻璃；金屬框體可選自鋁、鋼、不鏽鋼、銅或鈦；第一透明導電層和第二透明導電層可為氧化銦錫(ITO)或金屬網格(Metal mesh)；彈性材料可為橡膠、彈簧、彈片、海綿等，其數量並不限定可為一個或多個。
如表一所示，其顯示了本發明第4圖中之第三實施例和習知技術的電容式觸控按鍵之感應效果的差異比較。結果顯示，在習知的電容式觸控按鍵中，由於在手指和感應電極間多了一定厚度的非導體介質(例如10mm)，而幾乎感應不到任何訊號；本發明則可大幅縮短手指和感應電極的感應距離，可以感應到大量的觸控訊號，信噪比(SNR)較高，有更佳的靈敏度及穩定性。
Figure 109116873-A0305-02-0008-1
電容式觸控裝置是通過其結構中的外側導電層與導電體(例如手指)之間的電容耦合變化，從所產生的誘導電流來推算出手指觸碰的位置和功能。在本發明中，只要利用手指接觸到金屬框體，讓手指電性導通於金屬框體之延伸部或/及第二透明導電層，相當於少了導光體的介質厚度之等效結構；如第5圖所示，第三實施例的等效結構也就是相當於手指50直接觸摸在第二透明導電層313上；而第一實施例和第二實施例的等效結構就是相當於手指直接觸摸在金屬框體之延伸部上。藉此，可大幅地降低手指50和感應電極(即第一透明導 電層321)的距離，也代表著可以增加觸控感測電路322所蒐集的觸控訊號之感應量。
再者，基於C=(ε A)/d，其中C為平行導板電容，ε為介質的電容率，A為兩導板面積，d為兩導板間距。電容與導板面積成正比，當面積提高，則電容增加。因此，在本發明中，和手指相互導通的金屬框體之延伸部或第二透明導電層可以加大手指和感應電極的感應面積，亦可進一步提昇觸控訊號的感應量。
綜上所述，根據本發明所提供的電容式觸控按鍵，是在按鍵本體的外側設有金屬框體，可供手指直接接觸而電性導通由金屬框體延伸之延伸部或其下方的透明導電層，可大幅地降低將手指觸碰點與感應電極的等效距離，而提昇觸控訊號的感應量。藉此，本發明除了具有較佳的觸控效果，可避免感應不良的情形發生，另一方面，則不用擔心按鍵厚度會超出可以清晰辨識觸碰點的材料厚度臨界值，其減少了設計難度，進而可提昇產品價值和產業競爭力。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到其各種變化或替換，這些都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述請求項的保護範圍為準。
50:手指
100:電容式觸控按鍵
110:按鍵單元
111:導光體
112:金屬框體
114:頂面
115:延伸部
116:本體
120:觸控模組
121:第一透明導電層
122:觸控感測電路
130:彈性元件

Claims (10)

  1. 一種電容式觸控按鍵，包括：至少一彈性元件；一觸控模組，設置於該彈性元件之一側，該觸控模組具有一第一透明導電層；一按鍵單元，設置於該觸控模組上且藉該彈性元件連接該第一透明導電層，包含一導光體及一金屬框體，該金屬框體具有一本體及自該本體底端周緣延伸之一延伸部，該本體包覆該導光體側面且暴露出該導光體之頂面，該延伸部之投影位置部分與該第一透明導電層重疊；以及一第二透明導電層，該延伸部延伸至該第二透明導電層上並與其電性連接。
  2. 如請求項1所述的電容式觸控按鍵，當進行一觸控操作時，該彈性元件係產生彈性變形，使該按鍵單元朝向該觸控模組位移，並於該第二透明導電層與該第一透明導電層之間產生電容變化量。
  3. 如請求項1所述的電容式觸控按鍵，其中該金屬框體和該第二透明導電層之間的電阻值小於或等於100千歐姆(kΩ)。
  4. 如請求項1所述的電容式觸控按鍵，其中該第二透明導電層為氧化銦錫(ITO)或金屬網格(Metal mesh)。
  5. 如請求項1所述的電容式觸控按鍵，其中該延伸部圍繞該本體形成一環狀且該延伸方向遠離該導光體。
  6. 如請求項1所述的電容式觸控按鍵，其中該延伸部在延伸方向上的面積大於130平方毫米(mm2)。
  7. 如請求項1所述的電容式觸控按鍵，其中該本體暴露出之該導光體之頂面直徑小於或等於20毫米(mm)。
  8. 如請求項1所述的電容式觸控按鍵，其中該本體更部分包覆該導光體之頂面。
  9. 如請求項1所述的電容式觸控按鍵，其中該第一透明導電層係連接該觸控模組之一觸控感測電路，以供該觸控感測電路偵測電容變化量。
  10. 如請求項1所述的電容式觸控按鍵，其中該第一透明導電層為氧化銦錫(ITO)或金屬網格(Metal mesh)。
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