TWI753769B - 具按鍵輸入功能的觸控板 - Google Patents

Abstract

本發明為一種具按鍵輸入功能的觸控板，包含一印刷電路板、多個微型發光二極體單元及一導光模組。該印刷電路板具有一第一表面和一觸控感應層，該觸控感應層形成於該第一表面並具有一觸控感應範圍。該些微型發光二極體單元相應於該觸控感應範圍而設置於該第一表面上。該導光模組設置於該觸控感應層與該些微型發光二極體單元上。該導光模組包含一導光板，該導光板具有多個相應於該些微型發光二極體單元且將其容置的凹槽。該觸控感應層具有構成多個觸控感應區域的多個觸控感應單元，每一觸控感應區域形成代表一預設內容的一觸控按鍵。

Description

具按鍵輸入功能的觸控板

本發明是有關於一種具按鍵輸入功能的觸控板，尤其是有關於一種具有微型發光二極體的觸控板。

現代人於日常生活裡常會使用到筆記型電腦，而使用者除了可搭配外接的滑鼠裝置來操作筆記型電腦之外，還可藉由一般都會配置在筆記型電腦上的一觸控板(Touch Pad)來進行例如游標移動或點選(click)的控制與操作。

隨著觸控與背光技術的進步，目前許多筆記型電腦所配置的觸控板還進一步內建有按鍵輸入功能。其設計是對觸控板的一特定位置進行觸壓後就可點亮下方的背光模組並顯示出多個數字或符號，同時觸控板就會將顯示的數字或符號所對應的區域切換成相應的按鍵，使用者對其點按就可輸出相應的數字、符號或做退格(Backspace)、輸入(Enter)等功能。如此，筆記型電腦可不必外接數字按鍵裝置也能夠快速地提供輸入功能。

請參見圖1A至圖1C。其中圖1A為習知具按鍵輸入功能的觸控板1的示意圖；圖1B為該觸控板1的平面設置示意圖；圖1C為該觸控板1的側面設置示意圖。如圖1A所示，該觸控板1的按鍵輸入功能包括了多個數字或符號，且由分隔線所劃分出的每一區域代表一個觸控按鍵110。其次，如圖1B和圖1C所示，該觸控板1是採用側向式光源設置，也就是將多個發光二極體(LED)單元13設置在該觸控板1的一側上，並由一導光板12擴散至該觸控板1的整個平面區域以形成面光源。

承上所述，該觸控板1是在一印刷電路板10上形成有以陣列形式呈現的多個觸控感應單元111，並將多個發光二極體單元13分佈設置在該印刷電路板10的一側上。此外，該導光板12具有多個相應於該些發光二極體單元13的缺口120，用以提供與該些發光二極體單元13的組裝和置放。在該導光板12上方還依序設有一遮罩層14、一擴散層15和一透光片16，該遮罩層14上形成有相應其數字或符號的透光圖案，以將其數字或符號的光線透射而出，而該擴散層15和該透光片16則可分別提供透射光線的均勻化與使用者手指的接觸。

但眾所周知的，在觸控感應單元111上設置發光二極體單元13會影響觸控感應的效果。以電容式的觸控技術來說，該些觸控感應單元111是分別由具有特定圖案的感應電路和驅動電路所構成，若發光二極體單元13的設置遮蔽了相關的電路結構將會造成該處的電容值改變，使得在其相應位置上的觸控感應單元111的敏感度較差，讓手指的觸控無法被正常的感應。以圖1B來說，位於該觸控板1的一上緣部分A的觸控感應單元111會成為觸控的失效區域。

此外，由於該些發光二極體單元13是採用以白光為主的側向投射，所以當該觸控板1被點亮時是呈現全部範圍的單色發光，而被關閉時則是一起變暗。可知，這樣的光源並無法進行多樣化的顯示變化應用。或者，在特定的驅動控制設計下可使該觸控板1做到某幾行的觸控按鍵110呈現為發光，而某幾行的觸控按鍵110呈現為不發光的效果，例如數字鍵7、4、1和一半的數字鍵0呈現為發光，而其他則呈現為不發光，但這樣的設計會增加電路的複雜度，也有相對較高的製造成本。

是以，如何改善此一習知觸控板的設計以提供更有效的觸控感應和更多樣的顯示效果，便為本案發展的主要目的。

本發明之目的在於提出一種具按鍵輸入功能的觸控板。該觸控板採用了微型發光二極體作為光源的設置，因此可有效縮小整體裝置的厚度，並能達到多樣化的顯示變化應用以及減少感應失效的問題等技術增進。

本發明為一種具按鍵輸入功能的觸控板，包含有：一印刷電路板、多個微型發光二極體單元以及一導光模組。該印刷電路板具有一第一表面和一觸控感應層，該觸控感應層形成於該第一表面上，且該觸控感應層具有一觸控感應範圍。該些微型發光二極體單元相應於該觸控感應範圍而設置於該第一表面上。該導光模組設置於該觸控感應層與該些微型發光二極體單元上，且該導光模組包含有一導光板，該導光板具有多個相應於該些微型發光二極體單元的凹槽，用以容置該些微型發光二極體單元。其中，該觸控感應層具有多個觸控感應單元，該些觸控感應單元構成多個觸控感應區域，每一觸控感應區域形成代表一預設內容的一觸控按鍵。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例並配合所附圖式進行詳細說明。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並不會限縮本發明欲保護之範圍。此外，實施例中之圖式係省略不必要或以通常技術即可完成之元件，以清楚顯示本發明之技術特點。

現以一實施例進行本發明所提出之具按鍵輸入功能的觸控板的實施說明。請同時參見圖2至圖3B，其中圖2為本發明的一觸控板2的側面設置示意圖；圖3A為該觸控板2的部分元件的平面設置示意圖；圖3B為圖3A的局部放大示意圖。

如圖2所示，本發明的該觸控板2主要包含有一印刷電路板20、多個微型發光二極體單元23以及一導光模組2a，其中該印刷電路板20具有一第一表面201和一觸控感應層21，該觸控感應層21形成於該第一表面201上。其次，該些微型發光二極體單元23是設置於該第一表面201上，而該導光模組2a是設置於該觸控感應層21與該些微型發光二極體單元23上。

於此實施例中，該導光模組2a包含有一導光板22、一遮罩層24以及一擴散層25。從下而上依序是該導光板22相應各微型發光二極體單元23而設置於該觸控感應層21上，該遮罩層24設置於該導光板22上，而該擴散層25設置於該遮罩層24上。該導光板22可將點光源的光線加以擴散成面光源，而該遮罩層24上形成有多種預設內容的透光圖案(即數字或符號)，而該擴散層25則可對透射光線做進一步的均勻化。該導光模組2a的功能與習知技術類似，故於此不多贅述。

本發明的其一特徵在於，光源所採用的是微型化的發光二極體(Mini LED或稱Micro LED)，其尺寸是數個量級差距地小於傳統的發光二極體(LED)。就目前技術來說，習用發光二極體(LED)每顆尺寸在長度或寬度上最大可達到約5毫米(mm)；而微型發光二極體(Mini LED)又可稱為次毫米發光二極體，也就是其尺寸可小至約100微米(μm)(即0.1毫米(mm))的程度，故本發明的微型發光二極體單元23明顯尺寸較小。

此外，該些微型發光二極體單元23可採用彩色顯示設計，即其一個單元就具有RGB三原色的模組，使得該些微型發光二極體單元23不止可運作背光功能，還可運作全彩顯示功能，並能根據需求來顯示出相同或不同的顏色。

在該些微型發光二極體單元23的小尺寸條件下，如圖2所示，該導光板22具有多個相應於該些微型發光二極體單元23的凹槽220，用以容置該些微型發光二極體單元23。進一步來說，為減少對觸控感應上的影響，該些凹槽220的形狀、尺寸或所形成的位置、數目等皆與該些微型發光二極體單元23的條件相互對應，以使該些微型發光二極體單元23能吻合地組裝和置放於相應的凹槽220中，且該導光板22可選取適當厚度的材料進行製作。

因此，本發明的另一特徵在於，由於該些微型發光二極體單元23的小尺寸特性，使得所容置的該些凹槽220的尺寸亦不大，從而避免了先前技術需要形成整個貫穿的缺口才有足夠的空間、尺寸來容置習用的發光二極體單元。就另一角度來說，本發明的該導光板22的厚度以至於是該導光模組2a整體的厚度都可較先前技術更加縮小，因而減少了光線在層疊結構中所可能出現的干涉問題。

在圖2中還示意了本發明的該觸控板2還包含有設置於該導光模組2a的該擴散層25上的一透光片26，用以提供使用者手指的接觸及保護下方的結構。該透光片26可例如為玻璃。可以理解的是，本發明的該導光模組2a與該透光片26的設置方式並不限於此實施例，而可做其他進一步的變化。例如於其他實施方式中可將透光片整合在導光模組中，或是可視需求省略其中的擴散層，或是可將遮罩層與擴散層整合成同一元件等，亦能達成與本實施例相同或類似的功效。

另外，如圖3A所示，該觸控感應層21具有一觸控感應範圍21a，而該些微型發光二極體單元23是相應於該觸控感應範圍21a設置於該第一表面201上。詳細來說，該觸控感應層21具有多個觸控感應單元211，且這些觸控感應單元211呈現出陣列形式，而所述的觸控感應範圍21a即為由該些觸控感應單元211所組成能對使用者手指進行接觸感應的範圍。

於此實施例中，如圖3A所示，該些微型發光二極體單元23的設置方式是於該觸控感應範圍21a中以呈現均勻分布的方式作設計，即大致是使兩兩相鄰的微型發光二極體單元23具有相同的間距，以達到均勻面光源的效果。可以理解的是，本發明的微型發光二極體單元23的設置方式並不限於此實施例，而可做其他進一步的變化；例如於其他實施方式中可採用不均勻分布的方式設置微型發光二極體單元。

由此可知，本發明的又一特徵在於，在小尺寸特性下的各微型發光二極體單元23可分別設置或是可設置在所需的或指定的位置上，而能不受限於習用的發光二極體單元僅能放置於觸控板靠近印刷電路板的一側的設計限制邊。

再者，如圖3B所示，其中每一觸控感應單元211包含有一感應電路211a和一驅動電路211b，且該感應電路211a與該驅動電路211b呈現交叉設置。詳細來說，整個該觸控感應層21是由多條驅動線(Tx)和多條感應線(Rx)從水平方向與垂直方向在不同平面上相互交叉所構成。每一驅動線有一驅動線圖案，每一感應線有一感應線圖案，而每一觸控感應單元211即為該驅動線圖案與該感應線圖案形成交叉的部分。關於驅動線圖案與感應線圖案的設計為習知技術，且視應用的不同亦有各種不同的圖案設計，故於此不多贅述。

承上所述，於此實施例中，該些微型發光二極體單元23的進一步設置方式是將其設置於例如圖3B中的任兩觸控感應單元211、211’的驅動電路211b、211b’之間。詳細來說，觸控感應單元211是利用所分布的感應電路211a與驅動電路211b之間的電容值變化情形來提供被觸碰與否的判斷。因此，在小尺寸的條件下，就可將該些微型發光二極體單元23設置在這些電路的間隙之中，或是設置在這些電路未作用到的地方。

因此，如圖3B所示，在該微型發光二極體單元23的設置位置上，兩驅動電路211b、211b’係呈現有相應的讓位，以供該微型發光二極體單元23設置於該第一表面201上。可以理解的是，圖3B中的感應電路211a、211a’、驅動電路211b、211b’僅為概示，其具體的圖案內容可再進一步設計。換句話說，本發明亦可將微型發光二極體單元23設置於變化設計後的各驅動電路本身所呈現疏密分布的間隙中，或可設置於任兩觸控感應單元的感應電路之間。

由於微型發光二極體單元23的尺寸較小，所以各微型發光二極體單元23的大部分或全部結構不會有重疊或遮蔽相關電路的情形。再更進一步來說，本發明的各微型發光二極體單元23的兩連接點在該第一表面201上的設置，並不會有跨越鄰近的感應電路211a的情形，也就是兩連接點之間不會被感應電路211a穿越，從而能對觸控感應造成最小的影響，也不需要為了焊接光源而將相關的感應電路挖空。

是以，本發明的又一特徵在於，在小尺寸特性下，各微型發光二極體單元23的設置與分布可大幅地降低對觸控感應單元211所造成的破壞，避免了習用的發光二極體單元設置在觸控感應單元上時所造成的感應失效的問題。再者，即使所應用的感應線圖案被設計的愈密集，微型發光二極體單元23也不會或可極小地對其造成重疊或遮蔽，使得後續所需要進行的感應補償或感應調整等應用的程度亦不至於過大。

在圖2中還示意了本發明的該觸控板2還包含有一控制器27，而該印刷電路板20具有一第二表面202和形成在內部的多個穿孔200，該控制器27是設置於該第二表面202上。該控制器27是作為控制各微型發光二極體單元23發光與否，或是作為接收各觸控感應單元211的感應結果的主要單元。由於該第一表面201的空間主要是作為電路設計之用，故將該控制器27設置在與該第一表面201為相對一側的該第二表面202上，而該些微型發光二極體單元23和該些觸控感應單元211可經由延伸的導線與該些穿孔200電連接至該控制器27。

請參見圖4，為該觸控板2進行一觸控應用的示意圖。如圖3A和圖4所示，該些觸控感應單元211構成多個觸控感應區域210，也就是將陣列形式的該些觸控感應單元211依據位置與範圍再劃分成數個區域，而構成該些觸控感應區域210。每一觸控感應區域210形成代表一預設內容的一觸控按鍵以提供使用者觸控輸入。類似於先前技術的圖1A，該預設內容即所述的數字、符號或做退格(Backspace)、輸入(Enter)等功能。

於此實施例中，每一觸控感應區域210所相應的觸控感應單元211為複數個，或者可能有一觸控感應單元211相應至兩個以上的觸控感應區域210，而每一觸控感應區域210所相應的微型發光二極體單元23則可設計為至少一個，這些設計可視所需的觸控按鍵數目和其分區大小而定。可以理解的是，每一觸控感應區域210所相應的微型發光二極體單元23及觸控感應單元211在位置上是彼此相鄰，而此一設計可預先由程式人員作規劃，並將相關的位置資訊和所分配的結果一起記錄在該控制器27可存取的記憶體中。

是以，本發明的又一特徵在於，小尺寸特性的微型發光二極體單元23除可作分別設置之外，該控制器27還可藉由獨立線路而分別對每一微型發光二極體單元23進行發光與否的控制。舉例來說，該控制器27可因應該些觸控感應單元211的被觸控情形而使與被觸控的觸控感應單元211相應的微型發光二極體單元23發光或不發光。或者，該控制器27可使該些觸控感應區域210所相應的微型發光二極體單元23分別以相同或不同顏色進行發光。

如圖4所示，此一觸控應用可為當該觸控板2被啟動了按鍵輸入功能時，會先使所有的微型發光二極體單元23皆發光。但當使用者開始點按其中一觸控感應區域210(即觸控按鍵)時，例如圖4中的數字鍵5，可設計僅使被點按到的該觸控感應區域210(即觸控按鍵)所相應的微型發光二極體單元23呈現不發光，甚或是可呈現出有別於其他觸控感應區域210之發光顏色的其他顏色，以明確提示使用者相應的觸控按鍵已成功地被點按，且相應的預設內容也已同時完成輸入。

由此可知，本發明的觸控板2在進行按鍵輸入功能時可呈現出多樣化的顯示變化應用，不但可以增加視覺上的觀看效果，還能夠提供人機互動的操作感，並將使用者的觸控結果即時反饋給使用者得知。當然，本發明的顯示變化應用並不限於上述舉例說明，而是可依需求再作其他的設計。例如，可設計在按鍵輸入功能一被啟動時，各觸控感應區域210(即觸控按鍵)就已呈現出不同的顏色；或者，可設計各觸控感應區域210(即觸控按鍵)會隨著時間不斷在變化顏色。

本發明雖然採用了微型發光二極體單元23而對觸控感應造成最小影響的效果，但仍有可能出現小部分遮蔽到電路的情形，而這是可再透過韌體或執行應用程式的方式進行觸控參數的補償或調整來改善。舉例來說，可設計由該控制器27對全部的觸控感應單元211持續進行掃描，並根據一電容值門檻值針對需要被校正的觸控感應單元211進行電容值調整。

詳細來說，無論是無觸控或是有觸控狀態，設置微型發光二極體單元23可能會造成該處相應的觸控感應單元211的電容值下降，而不受微型發光二極體單元23影響的觸控感應單元211的感應結果則可被定義為該電容值門檻值。是以，由該控制器27將有感應失效問題的觸控感應單元211的感應結果朝著該電容值門檻值的大小作校正後，就可獲得有效的改善。

綜上所述，本發明所提出的具按鍵輸入功能的觸控板相較於先前技術可達到以下幾點的技術增進：其一，本發明採用微型發光二極體，使得導光板在所組裝的位置上不必形成整個貫穿的缺口，不但減少了光線的干涉問題，也能有效縮小整體裝置的厚度；其二，本發明可將微型發光二極體單元設置在觸控感應範圍內的任何位置上，並可單獨地對其進行發光與否或顯示顏色的控制，而能達到多樣化的顯示變化應用；其三，本發明的微型發光二極體單元不會對感應電路造成顯著的破壞，從而能減少感應失效的問題，即使有需要進行補償或調整，其程度亦遠小於設置習用發光二極體單元時的情形。

是故，本發明能有效解決先前技術中所提出之相關問題，而能成功地達到本案發展之主要目的。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1:觸控板 10:印刷電路板 110:觸控按鍵 111:觸控感應單元 12:導光板 120:缺口 13:發光二極體單元 14:遮罩層 15:擴散層 16:透光片 A:上緣部分 2:觸控板 2a:導光模組 20:印刷電路板 200:穿孔 201:第一表面 202:第二表面 21:觸控感應層 21a:觸控感應範圍 210:觸控感應區域 211、211’:觸控感應單元 211a、211a’:感應電路 211b、211b’:驅動電路 22:導光板 220:凹槽 23:微型發光二極體單元 24:遮罩層 25:擴散層 26:透光片 27:控制器

［圖1A］為習知具按鍵輸入功能的觸控板1的示意圖。 ［圖1B］為習知的觸控板1的平面設置示意圖。 ［圖1C］為習知的觸控板1的側面設置示意圖。 ［圖2］為本發明的觸控板2的側面設置示意圖。 ［圖3A］為本發明的觸控板2部分元件的平面設置示意圖。 ［圖3B］為圖3A的局部放大示意圖。 ［圖4］為本發明的觸控板2進行觸控應用的示意圖

2:觸控板

21:觸控感應層

21a:觸控感應範圍

211:觸控感應單元

22:導光板

220:凹槽

23:微型發光二極體單元

Claims (10)

1. 一種具按鍵輸入功能的觸控板，包含有：一印刷電路板，具有一第一表面和一觸控感應層，該觸控感應層形成於該第一表面上，且該觸控感應層具有一觸控感應範圍；多個微型發光二極體單元，相應於該觸控感應範圍而設置於該第一表面上；以及一導光模組，設置於該觸控感應層與該些微型發光二極體單元上，且該導光模組包含有一導光板，該導光板具有多個相應於該些微型發光二極體單元的凹槽，用以容置該些微型發光二極體單元；其中，該觸控感應層具有多個觸控感應單元，該些觸控感應單元構成多個觸控感應區域，每一觸控感應區域形成代表一預設內容的一觸控按鍵。
2. 如請求項1之具按鍵輸入功能的觸控板，其中該導光模組還包含有：一遮罩層，設置於該導光板上，其上形成有相應於各預設內容的透光圖案；以及一擴散層，設置於該遮罩層上，用以進行透射光線的均勻化。
3. 如請求項1之具按鍵輸入功能的觸控板，還包含有一透光片，該透光片設置於該導光模組上，用以提供使用者手指的接觸。
4. 如請求項1之具按鍵輸入功能的觸控板，其中每一觸控感應單元包含有一感應電路和一驅動電路，且該感應電路與該驅動電路呈現交叉設置。
5. 如請求項4之具按鍵輸入功能的觸控板，其中該些微型發光二極體單元設置於任兩觸控感應單元的驅動電路或感應電路之間。
6. 如請求項1之具按鍵輸入功能的觸控板，其中該些微型發光二極體單元係於該觸控感應範圍中呈現均勻分布或不均勻分布。
7. 如請求項1之具按鍵輸入功能的觸控板還包含有一控制器，而該印刷電路板具有一第二表面和多個穿孔，該控制器設置於該第二表面上，且該些微型發光二極體單元和該些觸控感應單元係經由該些穿孔而電連接於該控制器。
8. 如請求項7之具按鍵輸入功能的觸控板，其中該控制器係因應該些觸控感應單元的被觸控情形而使與被觸控的觸控感應單元相應的微型發光二極體單元發光或不發光。
9. 如請求項7之具按鍵輸入功能的觸控板，其中該控制器係使該些觸控感應區域所相應的微型發光二極體單元分別以相同或不同顏色進行發光。
10. 如請求項7之具按鍵輸入功能的觸控板，其中該控制器用以對該些觸控感應單元進行掃描，並根據一電容值門檻值對相應的觸控感應單元的電容值進行調整。

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