CN110764192B - 光学薄膜开关装置 - Google Patents

Abstract

一种光学薄膜开关装置，包括第一薄膜层、第二薄膜层及间隔层。第一薄膜层包括第一表面与多个入光线路，所述入光线路设置在第一表面上，各入光线路在倾斜的方向上延伸出多个第一旁支线。第二薄膜层包括第二表面与多个出光线路，所述出光线路设置在第二表面上，各出光线路在倾斜的方向上延伸出多个第二旁支线，所述第二旁支线分别延伸至所述多个第一旁支线以形成多个触压区。间隔层位于第一薄膜层与第二薄膜层之间且包括分别对应所述触压区的多个贯通孔。贯通孔内对应的第一旁支线与第二旁支线至少部分层叠并彼此保持预定间距。

Description

光学薄膜开关装置

【技术领域】

本发明是关于一种开关装置，特别是指一种光学薄膜开关装置。

【背景技术】

键盘为目前十分常见的输入设备，其通常是搭配电子装置使用，例如桌面计算机、笔记本电脑、智能型手机或平板计算机等等。随着现今电子装置朝轻薄化的发展趋势，因此目前多数键盘都采用积小、厚度薄及重量轻的薄膜开关。

一般来说，薄膜开关主要构造是由3层薄膜所层压形成，上、下薄膜的相对表面分别都印刷有导电线路与导电接触点，并使导电接触点对应于按键的位置。中间层则为绝缘层，可避免上下层直接互相接触造成短路。当用户按下键盘的按键时，上层的薄膜就会受到挤压，而使上、下薄膜对应的导电接触点彼此接触，如此一来就能导通上、下薄膜的导电线路，以产生受压按键所对应的信号。

然而，由于导电接触点易磨损及氧化、易受灰尘影响，造成按键灵敏度下降，且习知按键会有防水性的疑虑，以致键盘输入的质量大幅下降。另一方面，当多个按键同时按压时，因电路的逆向反馈使得未被按压的按键被检测到按压的信号，或者多按键一并按压时无法判断出正确的组合键信号，导致鬼键(Ghost key)的现象发生。

【发明内容】

有鉴于此，在一种实施例中，提供一种光学薄膜开关装置包括第一薄膜层、第二薄膜层以及间隔层。第一薄膜层包括第一表面与多个入光线路，所述入光线路设置在第一表面上，各入光线路都具有一入光端，各入光线路在倾斜的方向上延伸出多个第旁支线。第二薄膜层包括第二表面与多个出光线路，所述出光线路设置在第二表面上，且第二表面与第一表面相向设置，各出光线路都具有一感光端，各出光线路还斜向延伸出多个第二旁支线，所述第二旁支线分别对应延伸至多个第一旁支线以形成多个触压区。间隔层设置在第一薄膜层的第一表面与第二薄膜层的第二表面之间，间隔层包括分别对应所述多个触压区的多个贯通孔。各贯通孔内对应的各第一旁支线与各第二旁支线至少部分层叠、并彼此保持一预定间距。其中各触压区可选择性地被按压，使对应的各第一旁支线与各第二旁支线在各贯通孔内彼此层压接触而导光，以使由入光端传入的光线能经由各入光线路、各第一旁支线、各第二旁支线、各出光线路而传递至各感光端。

综上，根据本发明实施例的光学薄膜开关装置，当各触压区受压时，对应的各第一旁支线与各第二旁支线会彼此层压接触而导光，使由入光端传入的光线能传递至感光端，以根据此导光状态产生对应的信号，所以本发明实施例相对于现有导电接触式的薄膜开关来说，不需要设置电路而可达到防水的功能，也不会有导电接触点磨损及氧化的问题，造成按键灵敏度下降。此外，透过各贯通孔内对应的第一旁支线与第二旁支线至少部分层叠，能够确保在各触压区受压时，对应的第一旁支线与第二旁支线可彼此接触，并能进一步根据第一旁支线与第二旁支线的层压接触面积判断触压区受压的力度。

【附图说明】

[图1]为本发明光学薄膜开关装置一种实施例的分解立体图。

[图2]为本发明光学薄膜开关装置一种实施例的局部线路示意图。

[图3]为本发明光学薄膜开关装置一种实施例的局部剖面示意图。

[图4]为本发明光学薄膜开关装置一种实施例的导光示意图。

[图5]为本发明光学薄膜开关装置一种实施例的线路导通示意图。

[图6]为本发明光学薄膜开关装置一种实施例的触发示意图。

[图7]为本发明光学薄膜开关装置另一种实施例的触发示意图。

[图8]为本发明光学薄膜开关装置另一种实施例的线路导通示意图。

[图9]为本发明光学薄膜开关装置又一种实施例的线路导通示意图。

[图10]为本发明光学薄膜开关装置另一种实施例的分解立体图。

[图11]为本发明光学薄膜开关装置另一种实施例的平面示意图。

【具体实施方式】

图1为本发明光学薄膜开关装置一种实施例的分解立体图，图2为本发明光学薄膜开关装置一种实施例的局部线路示意图，图3为本发明光学薄膜开关装置一种实施例的局部剖面示意图。

如图1至图3所示，光学薄膜开关装置1为多层薄膜结构，包括第一薄膜层10、第二薄膜层20以及间隔层30。其中光学薄膜开关装置1整体可依据产品实际设计制成长方形、正方形、圆形或其他不规则形。例如在本实施例中，光学薄膜开关装置1是应用于计算机键盘，所以因应计算机键盘的形状而制成长方形，但不局限于此。

再如图1所示，在本实施例中，第一薄膜层10是位于最顶层，第二薄膜层20则是位于底层，间隔层30夹设在第一薄膜层10与第二薄膜层20之间，例如间隔层30可透过黏胶黏着在第一薄膜层10与第二薄膜层20之间。然而，在一些实施例中，光学薄膜开关装置1的第一薄膜层10与第二薄膜层20的上、下配置关系可依实际需求作改变。以光学薄膜开关装置1应用于键盘为例，第一薄膜层10可靠近键盘的按键，而第二薄膜层20则是相对靠近键盘的底板。或者，第一薄膜层10可靠近键盘的底板，而第二薄膜层20则是相对靠近键盘的按键，但不局限于此。

对照图1与图2所示，第一薄膜层10包括第一表面11与多个入光线路12，在本实施例中，第一表面11为第一薄膜层10的下表面(若第一薄膜层10为最底层时，则第一表面11则为第一薄膜层10的上表面)，多个入光线路12是设置在第一表面11上。举例来说，多个入光线路12是以导光材料(例如无机高分子导光材料、有机高分子导光材料或有机无机混合导光材料)透过印刷或蚀刻等加工方式设置在第一表面11上而形成多个导光线路。在一些实施例中，第一薄膜层10本体可为聚酰亚胺(Polyimide)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethyleneterephthalate)、或聚碳酸酯(Polycarbonate)等塑料材料所制成的薄膜。在一些实施例中，各入光线路12的折射率范围可介于1.6～4之间，例如各入光线路12可采用奈米二氧化钛油墨、二氧化钛或硅等高折射率的导光材料所制成。

如图1与图2所示，第二薄膜层20包括第二表面21与多个出光线路22，且第二表面21与第一表面11相向设置。在本实施例中，第二表面21为第二薄膜层20的上表面(若第二薄膜层20为最顶层时，则第二表面21则为第二薄膜层20的下表面)，多个出光线路22设置在第二表面21上。举例来说，多个出光线路22是以导光材料(例如无机高分子导光材料、有机高分子导光材料或有机无机混合导光材料)透过印刷或蚀刻等加工方式设置在第二表面21上而形成多个导光线路。在一些实施例中，第二薄膜层20本体可为聚酰亚胺(Polyimide)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate)、或聚碳酸酯(Polycarbonate)等塑料材料所制成的薄膜。在一些实施例中，各出光线路22的折射率范围也可介于1.6～4之间，例如各出光线路22可采用奈米二氧化钛油墨、二氧化钛或硅等高折射率的导光材料所制成。

依据司乃耳(Snell’s)定律，当光从高折射率材料(光密介质)进入低折射率材料(光疏介质)时，若入射角大于临界角，则光不会折射进入低折射率介质，而是在高折射率介质中不断地进行全内反射(Total internal reflection,TIR)。根据本发明实施例，各入光线路12及各出光线路22可都以高折射率的材料分别印刷在第一薄膜层10及第二薄膜层20上，即各入光线路12及各出光线路22的折射率均大于第一薄膜层10、第二薄膜层20、间隔层30及周围的空气等介质。因此，当光线在入光线路12或出光线路22中传递时，光线能够在入光线路12和出光线路22中进行全内反射，而避免向外漏出，达到防止光线损耗而提高信号检测的准确性。

如图2所示，本实施例为光学薄膜开关装置1的局部线路示意图，多个入光线路12与多个出光线路22是彼此交错设置。例如以图1来说，多个入光线路12可分别沿X轴方向设置在第一表面11上(此图面省略绘示)，多个出光线路22则可分别沿Y轴方向设置在第二表面21上(此图面省略绘示)，使多个入光线路12与多个出光线路22呈经纬交错配置，但不局限于此。

如图1至图3所示，第一薄膜层10可具有多个第一按键对应区18，所述第一按键对应区18为第一薄膜层10对应于多个按键2的区域，每条入光线路12具有一入光端13，各入光线路12在倾斜的方向上延伸出多个第一旁支线14至各第一按键对应区18。由此，对照图2与图4所示，由于各入光线路12与第一旁支线14为导光材料，所以当外部光线由各入光端13传入时，可经由各入光线路12导光至第一旁支线14(如图4所示)。在一种实施例中，如图5所示，各入光线路12的各入光端13可分别连接一发光源15(例如LED灯、荧光灯或红外线灯等)，发光源15可发出光线以从入光端13传入所述入光线路12中，但本实施并不局限于此，各入光线路12的各入光端13也可连接于同一发光源15。

如图1至图3所示，第二薄膜层20可具有多个第二按键对应区28以对应于第一薄膜层10的多个第一按键对应区18，每条出光线路22具有一感光端23，各出光线路22在倾斜的方向上延伸出多个第二旁支线24，所述第二旁支线24分别对应延伸至第一薄膜层10上的多个第一旁支线14的下方以形成多个触压区T。如图3所示，触压区T为各第一旁支线14与各第二旁支线24对应于按键2的触发件3的区域，在本例中，触发件3为弹性体(Rubber dome)，但亦可为金属弹片(Metal dome)或机械式开关，并不局限于此。

如图1与图3所示，间隔层30包括分别对应多个触压区T之多个贯通孔31，并使各贯通孔31内对应的各第一旁支线14与各第二旁支线24至少部分层叠并彼此保持一预定间距。在本实施例中，各贯通孔31内对应的各第一旁支线14与各第二旁支线24为全部区域层叠，但不局限于此。由此，由于出光线路22与第二旁支线24同样也为导光材料，所以当触压区T受压时，可使对应的第一旁支线14与第二旁支线24在贯通孔31内彼此层压接触而能导光，使得由入光端13传入的光线能经由入光线路12、第一旁支线14、第二旁支线24、出光线路22而传递至感光端23，进而根据此导光状态产生对应的按键信号。此进一步配合图式详述如下。

对照图3至图5所示，在本实施例中，各入光线路12的入光端13都位于光学薄膜开关装置1的同一侧，各出光线路22的感光端23位于光学薄膜开关装置1的同一侧且连接一光传感器25。多个发光源15依序发出光线，使光线从入光端13传入入光线路12中并导光至各第一旁支线14(如图4所示)。再对照图5与图6所示，当其中一个按键2受压时(如图5中为左上角的按键2受压)，可使触发件3向下抵压对应的触压区T，使第一旁支线14与第二旁支线24在贯通孔31内彼此接近并层压接触(如图6所示)，进而使第一旁支线14中的光线能传递至第二旁支线24并经由出光线路22而传递至感光端23，光传感器25即可接收到光线而对应输出光感测信号，使后续能根据光感测信号判断出哪个按键2受压而对应产生受压按键的功能信号。

由此，本实施例的光学薄膜开关装置1透过光导通的方式产生按键2信号，相较于现有导电接触式的薄膜开关来说，不需要设置电路而可达到防水的功能，也不会有导电接触点磨损及氧化的问题，造成按键灵敏度下降。再者，透过贯通孔31内对应的第一旁支线14与第二旁支线24至少部分层叠，能够确保在各触压区T受压时，对应的第一旁支线14与第二旁支线24可彼此层压接触而导光，因此导光效率佳，不会产生漏光或错位的问题。此外，还能进一步根据第一旁支线14和第二旁支线24的层压接触面积判断各触压区T受压的力度。此处参照图6与图7所示，当触压区T受压的力度越大时，第一旁支线14与第二旁支线24的层压接触面积会大，如图7的触压区T的受压力度大于图6的触压区T的受压力度，因此图7的第一旁支线14与第二旁支线24的层压接触面积会大于图6的第一旁支线14与第二旁支线24的层压接触面积而提高导光面积，进而使光传感器25输出的光感测信号的信号强度值提高，也就是说，光感测信号与对应的第一旁支线14与第二旁支线24的层压接触面积成正比，因此可根据光感测信号的信号强度值判断出触压区T的受压力度，以作为其他应用的参考信息。

如图6与图7所示，在一种实施例中，出光线路22的各第二旁支线24的折射率高于或等于入光线路12的第一旁支线14的折射率。也就是说，根据光线容易从低折射率往高折射率传递的特性，当各触压区T受压以使对应的第一旁支线14与第二旁支线24在各贯通孔31内彼此层压接触时，由于各第二旁支线24的折射率高于或等于第一旁支线14的折射率，因此光线较容易由第一旁支线14传递至第二旁支线24而提高导光的效率以及信号检测的准确性。

如图6与图7所示，在一种实施例中，第一薄膜层10的各入光线路12与第二薄膜层20的各出光线路22可为单层线路结构，其中各入光线路12的折射率高于第一薄膜层10与间隔层30的折射率。各出光线路22的折射率高于第二薄膜层20与间隔层30的折射率，以防止光线在各入光线路12与各出光线路22中传递时，发生导光至第一薄膜层10、第二薄膜层20或间隔层30的情形，避免造成光能损耗而影响信号检测的准确性。

请参阅图2所示，在本实施例中，各入光线路12由同一侧延伸出多个第一旁支线14，此外，各入光线路12是朝远离各入光端13且接近各感光端23的方向斜向延伸出多个第一旁支线14。各出光线路22也由同一侧延伸出多个第二旁支线24，此外，各出光线路22朝远离各感光端23且接近各入光端13的方向斜向延伸出多个第二旁支线24。藉此，透过本实施例的线路配置，可使光学薄膜开关装置1进一步达到防鬼键(Ghostkey)的功能，上述鬼键是指未被按压的按键2却被检测到按压信号，或者多个按键2同时间按压时无法判断出正确的信号等情形，此配合图式详述如下。

如图8所示，在本实施例中，当三个按键2同时受压时(例如在本图中为左上、右上及右下的按键2受到按压)，首先由图中最左边的发光源15先发出光线，使对应的光线从入光端13传入入光线路12中并导光至各第一旁支线14，接着第一旁支线14中的光线会传递至第二旁支线24并经由出光线路22以传递至感光端23，而使对应的左上方的光传感器25接收到光线而对应输出光感测信号，据以判断出左上按键2受到按压。并且，基于光的直线传播特性，第一旁支线14中的光线在传递至第二旁支线24后，不会往远离感光端23的方向传递，避免光线逆向反馈经由右上、右下导通的按键2传递至左下方的光传感器25，而误判左下的按键2受到按压，所以可避免鬼键的发生。

接着，如图9所示，再改由图中右边的发光源15发出光线，使对应的光线从入光端13传入入光线路12中并导光至右上及右下的按键2所对应的两个第一旁支线14，两个第一旁支线14中的光线同样能传递至第二旁支线24并经由出光线路22以传递至两个感光端23，此时，对应的上下两个光传感器25即可接收到光线而对应输出光感测信号，据以判断出右上及右下的按键2受到按压，由此，本实施例的光学薄膜开关装置1不会感测到未被按压的按键2所对应的信号，而避免错误信号的产生，达到防止鬼键的功能。

在一些实施例中，上述各发光源15可发出相同或不同光学特性(例如波长、频率或颜色)的光线。举例来说，各发光源15可同时发出不同光学特性的光线，以使各光传感器25能根据不同光学特性的光线输出不同的光感测信号而能判断出哪些按键2受到按压。

如图10所示，在一种实施例中，光学薄膜开关装置1可包括一字键胶片层40(keyboard legend)，其中字键胶片层40可为一薄膜片体且其上印制有字母、数字或文字，字键胶片层40可层压在第一薄膜层10或第二薄膜层20(在此为层压在第二薄膜层20下方)，且第一薄膜层10、第二薄膜层20及间隔层30可由透光材料所制成，使字键胶片层40受光后，字键胶片层40上的字母、数字或文字可显示于各透光按键2上，以供使用者按压操作。由此，当使用者需要使用不同语文或功能的键盘时，仅需将字键胶片层40抽换为对应的其他字键胶片层40即可达成，不需要更换整个键盘而达到提高使用上的便利性与节省成本。

再对照图1与图11所示，在一种实施例中，第一薄膜层10包括一第一出线端16，第一出线端16可从第一薄膜层10的一侧一体式延伸而出，例如第一薄膜层10本体与第一出线端16可透过机械加工方式(例如冲压或裁切等方式)一体制造成型。第一出线端16设有第一导光连接器17，第一导光连接器17具有多个第一导光孔171，各入光线路12的入光端13延伸至第一出线端16并对应于第一导光连接器17的第一导光孔171。第二薄膜层20包括一第二出线端26，第二出线端26可由第二薄膜层20的一侧一体延伸而出，例如第二薄膜层20本体与第二出线端26可透过机械加工方式(例如冲压或裁切等方式)一体制造成型。第二出线端26设有第二导光连接器27，第二导光连接器27具有多个第二导光孔271，各出光线路22的感光端23延伸至第二出线端26并对应于第二导光连接器27的第二导光孔271。

由此，如图11所示，光学薄膜开关装置1即可透过第一导光连接器17与第二导光连接器27分别连接至外部电子组件(例如平板计算机)的导光连接器4、5，发光源15与光传感器25即可设置在外部电子组件内部，以经由导光连接器4与第一导光连接器17发出光线至光学薄膜开关装置1、再经由导光连接器5与第二导光连接器27接收按键2触压后所产生的光线，传递至外部电子组件并转换为所需的电信号。由于光学薄膜开关装置1与外部电子组件是透过非接触的光电导光孔连接(前述的第一导光连接器17和导光连接器4、第二导光连接器27和导光连接器5)，所以，无论是外部电子组件或是光学薄膜开关装置1都易进行防水设计。并且，光学薄膜开关装置1所应用的键盘不需设置发光源15与光传感器25，故能达到完全防水的效果。

再参阅第11图，在一些实施方式中，为减少第一导光孔171及第二导光孔271的个数，可将第一导光孔171及第二导光孔271设计为允许两个以上不同波长光线通过的导光孔，并分别在第一薄膜层10的入光线路12的入光端13及外部电子组件上邻近光传感器25处设置滤光器29。由此，透过滤光器29的设置，可使不同频率的光能共享同一导光孔，以进一步减少第一导光孔171及第二导光孔271的个数。

虽然本发明的技术内容已经在上文以较佳实施例揭露，但是其并非用以限定本发明，任何熟习此技术领域的人员，在不脱离本发明的精神所作些许的改动与润饰，都应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围应当以所附的本申请权利要求书所限定的范围为准。

【符号说明】

1 光学薄膜开关装置

2 按键

3 触发件

4、5 导光连接器

10 第一薄膜层

11 第一表面

12 入光线路

13 入光端

14 第一旁支线

15 发光源

16 第一出线端

17 第一导光连接器

171 第一导光孔

18 第一按键对应区

20 第二薄膜层

21 第二表面

22 出光线路

23 感光端

24 第二旁支线

25 光传感器

26 第二出线端

27 第二导光连接器

271 第二导光孔

28 第二按键对应区

29 滤光器

30 间隔层

31 贯通孔

40 字键胶片层

T 触压区

Claims (12)

1.一种光学薄膜开关装置，其特征在于，所述光学薄膜开关装置包括：

第一薄膜层，包括第一表面与多个入光线路，所述多个入光线路设置在所述第一表面上，各所述入光线路具有入光端，各所述入光线路在倾斜的方向上延伸出多个第一旁支线；

第二薄膜层，包括第二表面与多个出光线路，所述多个出光线路设置在所述第二表面上，且所述第二表面与所述第一表面相向设置，各所述出光线路具有感光端，各所述出光线路还斜向延伸出多个第二旁支线，所述多个第二旁支线分别对应延伸至所述这些第一旁支线以形成多个触压区；以及

间隔层，设置在所述第一薄膜层的所述第一表面与所述第二薄膜层的所述第二表面之间，所述间隔层包括分别对应所述多个触压区的多个贯通孔，各所述贯通孔内对应的各所述第一旁支线与各所述第二旁支线至少部分层叠、并彼此保持预定间距；

其中，各所述触压区可选择性地被按压，使对应的各所述第一旁支线与各所述第二旁支线在各所述贯通孔内彼此层压接触而导光，以使由各所述入光端传入的光线能经由各所述入光线路、各所述第一旁支线、各所述第二旁支线、各所述出光线路而传递至各所述感光端。

2.根据权利要求1所述的光学薄膜开关装置，其特征在于，各所述感光端还连接光传感器，以对应输出光感测信号。

3.根据权利要求2所述的光学薄膜开关装置，其特征在于，所述光感测信号具有信号强度值，所述信号强度值与对应的各所述第一旁支线与各所述第二旁支线的层压接触面积成正比。

4.根据权利要求2所述的光学薄膜开关装置，其特征在于，所述光学薄膜开关装置还包括多个滤光器，其中各所述滤光器分别设置在各所述入光端并邻近各所述光传感器处。

5.根据权利要求1所述的光学薄膜开关装置，其特征在于，各所述入光线路是由同一侧斜向延伸出所述多个第一旁支线，各所述出光线路是由同一侧斜向延伸出所述多个第二旁支线。

6.根据权利要求1所述的光学薄膜开关装置，其特征在于，所述多个入光线路与所述多个出光线路经纬交错设置，各所述入光线路是朝远离各所述入光端且接近各所述感光端的方向斜向延伸出所述多个第一旁支线，各所述出光线路是朝远离各所述感光端且接近各所述入光端的方向斜向延伸出所述多个第二旁支线。

7.根据权利要求1所述的光学薄膜开关装置，其特征在于，各所述入光端还连接发光源，所述多个发光源是同时或依序发出光线。

8.根据权利要求1所述的光学薄膜开关装置，其特征在于，各所述入光端还连接发光源，所述多个发光源是分别发出相同或不同光学特性的光线。

9.根据权利要求1所述的光学薄膜开关装置，其特征在于，各所述第二旁支线的折射率高于或等于各所述第一旁支线的折射率。

10.根据权利要求1所述的光学薄膜开关装置，其特征在于，各所述入光线路的折射率高于所述第一薄膜层与所述间隔层的折射率，各所述出光线路的折射率高于所述第二薄膜层与所述间隔层的折射率。

11.根据权利要求1所述的光学薄膜开关装置，其特征在于，所述光学薄膜开关装置还包括字键胶片层，所述字键胶片层叠合于所述第一薄膜层或所述第二薄膜层，且所述第一薄膜层、所述第二薄膜层及所述间隔层是由透光材料所制成。

12.根据权利要求1所述的光学薄膜开关装置，其特征在于，所述第一薄膜层包括第一出线端，所述第一出线端设有第一导光连接器，所述第一导光连接器具有多个第一导光孔，所述多个入光线路的所述多个入光端延伸至所述第一出线端并对应于所述第一导光连接器的所述多个第一导光孔，所述第二薄膜层包括第二出线端，所述第二出线端设有第二导光连接器，所述第二导光连接器具有多个第二导光孔，所述多个出光线路的所述多个感光端延伸至所述第二出线端并对应于所述第二导光连接器的所述多个第二导光孔。

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