TWI793881B

TWI793881B - 輸入介面裝置

Info

Publication number: TWI793881B
Application number: TW110144344A
Authority: TW
Inventors: 吳政豫
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-02-21
Also published as: TW202322166A

Abstract

一種輸入介面裝置，包含控制器、複數個按鍵、第一石墨烯層及第二石墨烯層。每個按鍵包含絕緣層、石墨烯氣凝膠層、壓力偵測器、第一電極及第二電極。石墨烯氣凝膠層設置於絕緣層之下，用以儲存離子化載體。壓力偵測器設置於石墨烯氣凝膠層之下，耦接於控制器，用以偵測按壓。第一電極從離子化載體接收多個第一電荷。第二電極從離子化載體接收多個第二電荷。第一電荷及第二電荷之極性相反。第一石墨烯層耦接於每個按鍵之第一電極，用以儲存多個第一電荷。第二石墨烯層耦接於每個按鍵之第二電極，用以儲存多個第二電荷。

Description

輸入介面裝置

本發明關於輸入介面，特別是一種使用石墨烯氣凝膠的輸入介面裝置。

電腦鍵盤係為一種電腦系統中輸入資料的裝置。傳統的電腦鍵盤由剪刀腳及鍵帽等結構所組成。由於筆電所要求的鍵帽高度越來越低，常會因為喇叭輸出瓦數過高而使剪刀腳及鍵帽產生高頻振動，導致雜音產生。此外，傳統的電腦鍵盤可能具有孔洞，若的屏蔽設計沒處理好，則電腦鍵盤的高頻雜訊會漏出導致鄰近天線接收到雜訊，導致射頻電磁相容性(electromagnetic compatibility，EMC)的問題。

本發明實施例提供一種輸入介面裝置，包含控制器、複數個按鍵、第一石墨烯層及第二石墨烯層。每個按鍵包含絕緣層、石墨烯氣凝膠層、壓力偵測器、第一電極及第二電極。石墨烯氣凝膠層設置於第一絕緣層之下，具有複數個孔洞，用以儲存離子化載體。壓力偵測器設置於石墨烯氣凝膠層之下，耦接於控制器，用以偵測按壓。第一電極接觸石墨烯氣凝膠層，用以從離子化載體接收多個第一電荷。第二電極接觸石墨烯氣凝膠層，用以從離子化載體接收多個第二電荷。第一電荷及第二電荷之極性相反。第一石墨烯層耦接於每個按鍵之第一電極，用以儲存多個第一電荷。第二石墨烯層耦接於每個按鍵之第二電極，用以儲存多個第二電荷。

1:按鍵配置

10:鍵盤中心

2:輸入介面裝置

20:控制器

21:按鍵

213:石墨烯氣凝膠層

215,217:電極

219:壓力偵測器

22,24,212:絕緣層

23,25:石墨烯層

26:處理器

300:操作方法

S302至S314:步驟

第1圖係為本發明實施例中之一種輸入介面裝置之按鍵配置的示意圖。

第2圖係為本發明實施例中之一種輸入介面裝置的方塊圖。

第3圖係為第2圖中之輸入介面裝置之操作方法的流程圖。

第1圖係為本發明實施例中之一種輸入介面裝置之按鍵配置1的示意圖。輸入介面裝置可適用於電腦系統，及可包含複數個按鍵，例如80個按鍵，分別對應設置於傳統鍵盤按鍵的位置。每個按鍵代表數字、符號及/或功能，每個按鍵的位置可以座標(X，Y)表示。例如，第1圖顯示鍵盤中心10在座標(0，0)，按鍵T設置於座標(-1，1)，按鍵Y設置於座標(1，1)，按鍵G設置於座標(-1，-1)，按鍵H設置於座標(1，-1)，其他按鍵各自設置於對應位置。第1圖僅顯示一種特定的按鍵配置1，輸入介面裝置亦可採用其他種類的按鍵配置或座標系統。輸入介面裝置中的每個按鍵包含石墨烯氣凝膠(grapheme aerogel)。石墨烯氣凝膠係為一種超輕多孔材料，可具有3維矩形結構以形成預定厚度，例如2公厘，用以替代傳統鍵盤按鍵的剪刀腳，進而簡化及縮小鍵盤結構。另外，由於石墨烯氣凝膠具有良好拉伸、壓縮及彎曲彈性，因此輸入介面裝置可減少鍵盤按鍵與喇叭高頻音訊共振所產生的異音。石墨烯氣凝膠具有導電性，可接地以屏蔽鍵盤訊號，藉以提供抗雜訊功能，避免鍵盤破孔造成電腦系統的雜訊被電腦系統的天線接收。此外，石墨烯氣凝膠可儲存離子化載體，離子化載體可於每次按壓時產生正電荷及負電荷，輸入介面裝置可儲存正電荷及負電荷以供實時時鐘 (real-time clock，RTC)電路使用。

輸入介面裝置可具有鍵盤模式及手寫板模式等2種輸入模式。當切換至鍵盤模式時，輸入介面裝置可依據受到按壓的按鍵之對應位置判斷按鍵數字、符號或功能。當切換至手寫板模式時，輸入介面裝置則可透過手指觸控或手寫筆壓力之對應位置判斷手寫數字、符號或功能。

第2圖係為本發明實施例中之一種輸入介面裝置2的方塊圖。輸入介面裝置2包含控制器20、按鍵21、絕緣層22、石墨烯層23、絕緣層24、石墨烯層25及處理器26。按鍵21包含絕緣層212、石墨烯氣凝膠層213、電極215、電極217、及壓力偵測器219。石墨烯氣凝膠層213設置於絕緣層212之下。壓力偵測器219設置於石墨烯氣凝膠層213之下，及耦接於控制器20及處理器26。電極215及電極217接觸石墨烯氣凝膠層213，及分別耦接於石墨烯層23及石墨烯層25。絕緣層22可設置於電極215、電極217及壓力偵測器219與石墨烯層23之間，絕緣層24可設置於石墨烯層23及石墨烯層25之間。雖然輸入介面裝置2僅顯示一個按鍵21，實際上輸入介面裝置2包含複數個按鍵，其構造、連接及運作方式和按鍵21相同。

絕緣層22可為聚氨酯(polyurethane，PU)，其表面可印刷有按鍵21所代表的數字、符號及/或功能。石墨烯氣凝膠層213具有複數個孔洞，用以儲存離子化載體。在一些實施例中，離子化載體可為離子化氣體，例如氫氣。在另一些實施例中，離子化載體可為離子化液體，例如鍺離子溶液。當按鍵21受到按壓時，離子化載體可藉由壓電效應(piezoelectric effect)而發生電子游離。電極215可從離子化載體接收多個第一電荷，且石墨烯層23可儲存多個第一電荷。相似地，電極217可從離子化載體接收多個第二電荷，且石墨烯層25可儲存多個第二電荷，多個第一電荷及多個第二電荷之極性相反。例如第一電荷可為負電荷，第二電荷可為正電荷，電極215可從離子化載體接收多個負電荷，石墨烯層23可儲存多個負電荷，電極217可從離子化載體接收多個正電荷，石墨烯層25可儲存多個正電荷。石墨烯層23中的負電荷及石墨烯層25中的正電荷可造成3V壓差。當電壓足夠時，石墨烯層23及石墨烯層25可對RTC電路供電。當電壓不足時，電腦系統可提出警示資訊，並由系統電池對RTC電路供電，直到電壓再次足夠為止。絕緣層22可為聚合物，用以隔絕電極215、電極217及壓力偵測器219與石墨烯層23。絕緣層24可為聚合物，用以隔絕石墨烯層23及石墨烯層25。

壓力偵測器219可由壓電(piezoelectric)材料、壓阻(piezoresistive)材料、壓感電容(piezo-capacitive)材料或壓感電感(piezo-inductive)材料製成，用以偵測按壓。當壓力偵測器219由壓電材料製成時，壓力偵測器219可在被按壓時改變電壓，且控制器20或處理器26可基於電壓的變化來判斷是否偵測到按壓。當壓力偵測器219由壓阻材料製成時，壓力偵測器219可在被按壓時改變電阻，且控制器20或處理器26可基於電阻的變化來判斷是否偵測到按壓。當壓力偵測器219由壓感電容材料製成時，壓力偵測器219可在被按壓時改變電容，且控制器20或處理器26可基於電容的變化來判斷是否偵測到按壓。當壓力偵測器219由壓感電感材料製成時，壓力偵測器219可在被按壓時改變電感，且控制器20或處理器26可基於電感的變化來判斷是否偵測到按壓。控制器20可控制鍵盤輸入，及可包含查找表，紀錄輸入介面裝置2的每個按鍵的對應位置及其數字、符號或功能，對應位置可以座標(X，Y)表示。若按鍵21的壓力偵測器219偵測到按壓，則控制器20可依據按鍵21的對應位置使用查找表判斷按鍵數字、符號或功能，及將按鍵數字、符號或功能回傳至電腦系統。處理器26可控制手寫輸入，當手指頭或手寫筆移動產生線條，多個按鍵各自的壓力偵測器可偵測到按壓，處理器26可依據多個按鍵各自的對應位置及按壓順序使用人工智慧網路辨識數字、符號或功能，及將數字、符號或功能回傳至電腦系統。人工智慧網路可為卷積神經網路(Convolutional Neural Network,CNN)。處理器26設置於輸入介面裝置內部或外部。在一些實施例中，處理器26可合併至控制器20，且控制器20亦可控制手寫輸入，依據偵測到的按鍵位至使用人工智慧網路辨識數字、符號或功能，及將數字、符號或功能回傳至電腦系統。

第3圖係為輸入介面裝置2之操作方法300的流程圖，包含步驟S302至S314，其中步驟S302至S306用以使用鍵盤模式或手寫板模式依據偵測到的按壓位置判斷符號/數字/功能，步驟S308至S314用以提供RTC電壓。任何合理的技術變更或是步驟調整都屬於本發明所揭露的範疇。以下說明步驟S302至S314：步驟S302：控制器20判斷是否要切換至鍵盤模式或手寫板模式？若要切換至鍵盤模式，繼續步驟S304；若要切換至手寫板模式，則繼續步驟S306；步驟S304：當按鍵21的壓力偵測器219偵測到按壓時，控制器20依據按鍵21的對應位置判斷按鍵符號/數字/功能；步驟S306：當手指頭或手寫筆移動產生線條，多個按鍵21各自的壓力偵測器219會偵測到按壓，當多個按鍵21的各自的壓力偵測器219偵測到按壓時，處理器26依據多個按鍵21各自的對應位置及按壓順序使用人工智慧網路判斷符號/數字/功能；步驟S308：石墨烯層23及25儲存電荷以建立RTC電壓；步驟S310：控制器20判斷RTC電壓是否足夠？若是，繼續步驟S312；若否，繼續步驟S314；步驟S312：使用石墨烯層23及25提供RTC電壓；步驟S314：由系統電池提供RTC電壓。

在步驟S302，使用者可由電腦系統的軟體介面設定輸入介面裝置2之輸入模式，輸入模式為鍵盤模式或手寫板模式中之一者。在步驟S310，控制器20可偵測石墨烯層23及25之間的壓差。若石墨烯層23及25之間的壓差超出預定電壓，例如3V時，控制器20判定RTC電壓足夠；若石墨烯層23及25之間的壓差小於預定電壓，例如3V時，控制器20判定RTC電壓不足。在步驟S312，由於石墨烯層23及25之間的壓差足夠，因此電腦系統在關機後會由石墨烯層23及25提供RTC電壓；在步驟S314，由於石墨烯層23及25之間的壓差不足，因此電腦系統在關機後會由系統電池提供RTC電壓。

第2圖及第3圖的實施例在輸入介面裝置2的使用石墨烯氣凝膠層來簡化及縮小鍵盤結構，減少鍵盤按鍵與喇叭高頻音訊共振所產生的異音，提供抗雜訊功能，及儲存按壓產生的電荷以供RTC使用。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。