TW202305552A - 發光鍵盤之背光模組 - Google Patents

Abstract

一種發光鍵盤之背光模組包含導光板、第一及第二發光單元、第一及第二電阻、電路板及遮光片；導光板包含第一與第二背光區，分別具有複數鍵帽背光區；第一發光單元具有複數發光元件對應於第一背光區的各鍵帽背光區中的各貫孔設置；第二發光單元具有複數發光元件對應於第二背光區的各鍵帽背光區中的各貫孔設置；第一及第二電阻分別與第一及第二發光單元電性串聯；遮光片包含平面區與複數凸起區，各發光元件對應於各凸起區設置；對應於第一背光區的鍵帽背光區中的開口的第一面積總和與對應於第二背光區的鍵帽背光區中的開口的第二面積總和不相等。

Description

發光鍵盤之背光模組

本發明關於一種鍵盤，特別是關於一種發光鍵盤與其背光模組。

目前普及的發光鍵盤的背光模組主要包括四大部件，由鍵盤往下依序包括遮光片、導光板（Light Guide Plate, LGP）、反射片、燈條（light bar）所組成。此類型的背光模組會將全部的發光元件放置在同一個燈條上，燈條會放置在背光模組的中心處附近，使燈條上的發光元件發出的光線往兩側射入導光板，再透過導光板使光線分布於鍵盤背側，形成鍵盤背光。

然而，因此類型的發光鍵盤具有厚度較厚和光線不均勻的問題，目前提出另一種發光鍵盤的發光模組架構，其將發光元件安裝在電路板上，而由上往下依序堆疊鍵帽、剪刀腳、鐵板、遮光片（Black Matrix, BM）、導光板、反射片、電路板的多層架構。然而，由於現行發光元件的發光二極體（LED）高度最薄為0.15mm，所以要降低整體厚度並提升發光亮度和均勻，必須思考其設計方式進一步改良。

另外，現行發光鍵盤會搭配電阻來控制整體背光模組的發光亮度；若有N個發光元件，則會搭配N個電阻來分別控制每個發光元件的亮度，以控制整體亮度。然而當發光元件數量多時，元件成本會提高，而造成產品不具成本優勢。

因此，有必要提出一種新的發光鍵盤設計，其可降低整體厚度、有效精簡元件以降低耗電功率和元件成本，提升鍵盤發光亮度且使光源均勻分布。

本發明有鑑於此，提出一種發光鍵盤和背光模組。相較於先前技術，本發明的發光鍵盤和背光模組透過創新的結構和電路設計搭配控制方式，具有較薄的厚度，亮度提升且光耦合更加均勻，因此可降低功率與耗電，並達成薄型化的效果。

為達上述目的，本發明提供一種發光鍵盤包含第一鍵帽組與第二鍵帽組、以及背光模組。第一鍵帽組與第二鍵帽組分別具有複數鍵帽。背光模組具有第一發光單元、第二發光單元、第一電阻、第二電阻、導光板及電路板。第一發光單元具有複數發光元件，各發光元件對應設置於第一鍵帽組的各鍵帽下方，第一發光單元中的該些發光元件彼此電性並聯；第二發光單元具有複數發光元件，各發光元件對應設置於第二鍵帽組的各鍵帽下方，第二發光單元中的該些發光元件彼此電性並聯。第一電阻與第一發光單元電性串聯，第二電阻與第二發光單元電性串聯；導光板開設有複數貫孔；電路板設置於導光板下方，第一發光單元、第二發光單元、第一電阻與第二電阻設置於電路板上。其中，第一鍵帽組的該些鍵帽的一第一發光面積總和與第二鍵帽組的該些鍵帽的一第二發光面積總和不相等。

在一實施例中，第一發光面積總和小於第二發光面積總和時，流經第一發光單元中的該些發光元件的一第一電流大於流經第二發光單元中的該些發光元件的一第二電流。

在一實施例中，第一發光面積總和小於第二發光面積總和時，第一電阻的阻值小於第二電阻的阻值。

在一實施例中，第一發光面積總和小於第二發光面積總和時，第一發光單元的各發光元件的平均發光亮度大於第二發光單元的各發光元件的平均發光亮度。

在一實施例中，第一發光單元或第二發光單元的該些發光元件的數量大於與發光元件串聯的電阻的數量。

在一實施例中，各發光元件具有垂直於該些鍵帽的發光面的複數個出光面。

在一實施例中，該些出光面中包含一第一出光面，第一出光面的法線方向與其對應的鍵帽的側邊形成一銳角，銳角為35度至60度。

在一實施例中，發光鍵盤更具有一底板，設置於第一鍵帽組與第二鍵帽組下方，底板開設有複數開孔分別對應各鍵帽與各發光元件，該些貫孔分別對應該些開孔。且背光模組更具有一遮光片，包含一平面區與複數凸起區，平面區設置於底板與導光板之間，各凸起區對應於各開孔。第一發光單元與第二發光單元中的各發光元件容置於由各開孔、各貫孔與各凸起區形成的容置空間中。

在一實施例中，發光元件與凸起區之間設有一反光部，反光部只設置在發光元件上方的區域，以便反射發光元件發出的光線。

在一實施例中，電路板具有反射層面向導光板，將各發光元件發出的部分光線反射至導光板，反射層露出於貫孔。

又，本發明提供一種背光模組具有導光板、第一發光單元、第二發光單元、第一電阻、第二電阻、電路板、以及遮光片。導光板包含有一側邊、一第一背光區與一第二背光區，第一背光區與第二背光區分別具有複數鍵帽背光區，其中各鍵帽背光區開設有一貫孔。第一發光單元具有複數發光元件，各發光元件對應於第一背光區的各鍵帽背光區中的各貫孔設置，第一發光單元中的該些發光元件彼此電性並聯；第二發光單元具有複數發光元件，各發光元件對應於第二背光區的各鍵帽背光區中的各貫孔設置，第二發光單元中的該些發光元件彼此電性並聯。第一電阻與第一發光單元電性串聯，第二電阻與第二發光單元電性串聯。電路板設置於導光板下方，第一發光單元、第二發光單元、第一電阻與第二電阻設置於電路板上。遮光片包含一平面區與複數凸起區，平面區開設有複數開口以出射光線，各發光元件對應於各凸起區設置。其中，對應於第一背光區的該些鍵帽背光區中的該些開口的一第一面積總和與對應於第二背光區的該些鍵帽背光區中的該些開口的一第二面積總和不相等。

在一實施例中，各發光元件具有垂直於導光板的上表面的複數個出光面。

在一實施例中，第一發光單元與第二發光單元中的各發光元件凸出於各貫孔，並容置於由各貫孔與各凸起區形成的容置空間中。

以下將參照相關圖式，說明依據本發明發光鍵盤和背光模組的較佳實施例，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

參照圖1，發光鍵盤100包括鍵盤組件10、底板1及背光模組20。

參照圖2及圖3，圖2為本發明一實施例的發光鍵盤的俯視示意圖，圖3為本發明一實施例的發光鍵盤的局部放大圖。自發光鍵盤100上方俯視，鍵盤組件10包含多個大小不一的鍵帽13，例如功能鍵（F1〜F12）、數字鍵、字母鍵、輸入鍵等。依照一實施例，鍵盤組件10劃分為多個鍵帽組11a～11f，其中包括第一鍵帽組11a及第二鍵帽組11b。第一鍵帽組11a包括功能鍵區，第二鍵帽組11b包括字母鍵區，第一鍵帽組11a及第二鍵帽組11b分別具有多個鍵帽13。各個鍵帽13的頂面13a上標示有對應該鍵帽的字符或功能的符號註記，該符號註記可以是鍵盤功能所需的任何符號，例如但不限於英文字、數字、特殊符號，或各種輸入法的符碼等。鍵帽13的符號註記處設計為半透光設計的字符出光區131，因此背光模組20發出的光線可由字符出光區131透出以使鍵帽13發光，供使用者觀看與辨識。

詳以圖3所示的其中一鍵帽為例，依中心剖面線A-A，參照圖4及圖5，繼續說明本發明發光鍵盤的架構。

各鍵帽13下設有彈性組件16，以支撐鍵帽13。鍵盤組件10以下設有底板1，底板1位於鍵盤組件10和背光模組20之間，材質例如但不限於鐵、不銹鋼、鎳、銅等各種金屬、或樹脂、塑膠、橡膠等材質。底板1可為透光或不透光設計。底板1對應各鍵帽13的字符出光區131位置開設有多個開孔18a，對應各鍵帽13的各發光元件3位置開設有多個開孔18b，開孔18b約位於鍵帽13的中心下方，可容置發光元件3。開孔18a、18b可為圓孔，但亦可為方形、多邊形等其他形狀。

背光模組20位於鍵盤組件10及底板1的下方，包含遮光片2、導光板4、多個發光元件3及電路板5。背光模組20劃分有多個發光單元，各發光單元中具有多個發光元件3。本實施例中，一個鍵帽13分別對應一個發光元件3。

遮光片2包含一平面區21與複數凸起區22。平面區21設置於底板1及導光板4之間，於對應各鍵帽13的字符出光區131位置設有開口212，以供光線穿過開口212入射至各鍵帽13的字符出光區131提供光源。各凸起區22不透光而遮蔽光線，對應開孔18b位置配置於各發光元件3上方，容置各發光元件3。發光元件3的上出光面3a發出的光線可經由遮光片2的凸起區22反射，進入導光板4再經由開口212出光。遮光片2具有遮蔽光線與反射光線性質。

參照圖6，為本發明一實施例的鍵帽的俯視示意圖。自鍵帽13往下，首先第一層為底板1，底板1在鍵帽13正下方中心開設有一圓形的開孔18b，四周開設有多個開孔18a。再往下第二層為遮光片2，遮光片2於開孔18b處轉折一角度凸起形成凸起區22，其餘為平面區21，平面區21設有開口212以出光。又，遮光片2下設有導光板4。導光板4於凸起區22下設有貫孔48，貫孔48容置有發光元件3（圖未示）。導光板4於對應開口212處設有導光圖樣45，以助於導光。也就是說，一併參照圖5及圖6，於鍵帽13的大致中心位置由鍵帽13往下對應底板1的開孔18b、遮光片2的凸起區22、發光元件3，周圍則為底板1或開孔18a、遮光片2的平面區21及開口212，其下佈有導光板4。隨著各個鍵帽13大小不同及所需光源設計，字符出光區131大小不同，其對應的開口212大小也不同，可依需求調整開口212位置和面積。

本實施例中，發光元件3可為長方型或正方型發光二極體元件，具有多個出光面。參照圖4、5及圖7，發光元件3為具有第一出光面31、第二出光面32、第三出光面33、第四出光面34、上出光面3a、底面3b等六面的立方體，第一出光面31、第二出光面32、第三出光面33、第四出光面34垂直於上出光面3a且/或底面3b。

參照圖7，發光元件3以上出光面3a面向鍵帽13的頂面13a，而第一出光面31、第二出光面32、第三出光面33、第四出光面34垂直於鍵帽13的頂面13a，安裝於鍵帽13下方。依照一實施例，發光元件3安裝於鍵帽13下方時轉置一角度θ，以使發光元件3的四個出光面31～34發出的光線可以較好地擴及鍵帽13的四角，獲得較好的發光效率，並且得到均勻的發光效果，該轉置角度θ約為30至60度。優選地，該轉置角度θ約為30至55度。而且，發光元件3的出光面其中之一，如第一出光面31的法線方向和發光元件3所對應的鍵帽13的側邊13S或導光板4的側邊4S形成一銳角θ1，轉置角度θ與銳角θ1互成餘角（和為90度），因此該銳角θ1約為30至60度，優選地，該銳角θ1約為35至60度。

在一實施例中，發光元件3與凸起區22之間設有一反光部37，反光部37只設置在發光元件3上方的區域。反光部37貼著發光元件3的上出光面3a，以便反射發光元件3發出的光線，將光線導入導光板4中。反光部37可為白色，或其他利於反射的顏色。反光部37可為獨立設置，亦可與發光元件3一體成形，如此光線可在發光元件3內做來回的反射，將上出光面3a發出的光線收至四周，透過四周的出光面31～34入射至導光板4，藉此提升導光板4的進光量。

導光板4是具有厚度的片材，具有一橫向的側邊4S。導光板4區分有多個分別對應於鍵帽組11a～11f的背光區14a～14f，其中包括第一背光區14a及第二背光區14b，各背光區具有多個鍵帽背光區，鍵帽背光區大致位於各鍵帽13垂直投影下範圍。第一背光區14a中，具有多個鍵帽背光區141a；第二背光區14b中，具有多個鍵帽背光區141b。各鍵帽背光區中對應發光元件3開設有貫孔48，以容置各發光元件3。各發光元件3凸出貫孔48，容置於底板1的開孔18b、導光板4的貫孔48與遮光片2的凸起區22形成的容置空間。貫孔48形狀可為矩形、方形、圓形、多邊形、不規則形狀等，使發光元件3的多個出光面31～34發出的光線入射貫孔48周邊的多個入光面，達到適合的混光效果。發光元件3發出的光線進入導光板4後會在導光板4內全反射傳遞，碰到導光圖樣45時反射而透過開口212出光。第一出光面31、第二出光面32、第三出光面33、第四出光面34垂直於導光板4的上表面4a。

電路板5設置於導光板4下方，具有面向導光板4的一第一平面5a及背向導光板4的一第二平面5b。依照一實施例，第一平面5a塗佈有反射層51，作為反射與遮光材料，可將發光元件3發出的部分光線反射至導光板4。導光板4的貫孔48大於發光元件3的尺寸，反射層51可露出於導光板4的貫孔48。發光元件3可近接或緊接反射層51，使得光線直接在反射層51反射，提高光線利用率。反射層51可為白色，或其他利於反射的顏色。反射層51與電路板5可一體成形，使得入光處更加平整，以減少入光時產生耗損，提高進光量效益的最佳化利用。電路板5可以是但不限於軟性電路板（FPC）。

參照圖8，說明本發光鍵盤的串並聯電路設計。電路板5上的電路由多個發光電路區塊L1、L2...Ln並聯地電性連接所組成，且各個發光電路區塊L1、L2...Ln分別對應於發光鍵盤100的各個鍵帽組11a～11f，如第一鍵帽組11a、第二鍵帽組11b等。

每一發光電路區塊L1、L2...Ln由至少一電阻及多個發光元件3組成，連接到控制器F。其中多個發光元件3彼此電性並聯，組成各個發光單元，再與電阻串聯以利於進行各區塊的控制。各發光單元中，由於以分區方式，將多個發光元件3並聯再與電阻串聯，因此發光單元中發光元件3的數量N與該發光單元串聯的電阻的數量n不相等，發光單元中發光元件3的數量N大於與該發光單元串聯的電阻的數量n。

電阻可為可變電阻、或多個電阻形成的等效電阻。發光電路區塊L1、L2...Ln分區方式可參考各對應的發光單元所需照亮的鍵帽發光面積，例如包含功能鍵、退後鍵、字母鍵等不同鍵帽大小的鍵帽組，而藉由分區方式，來達到控制不同區的亮度表現。第一發光電路區塊L1中，第一電阻R1與第一發光單元15a串聯，第二發光電路區塊L2中，第二電阻R2與第二發光單元15b串聯。第一發光單元15a、第二發光單元15b、第一電阻R1、第二電阻R2設置於電路板5上。

按照一實施例，將第一發光單元15a對應於第一鍵帽組11a，第二發光單元15b對應於第二鍵帽組11b作為光源。由於第一鍵帽組11a包含鍵帽的頂面13a面積較小且字符出光區131的面積總和也較小的功能鍵區，第二鍵帽組11b包含鍵帽的頂面13a面積較大且字符出光區131的面積總和也較大的字母鍵區，因此第一發光單元15a需要相較第二發光單元15b大的電流，以使第一發光單元15a的發光元件311可產生相較第二發光單元15b的發光元件312大的發光功率，以平衡發光亮度，使得整體視覺更為平衡。如此，在降低元件成本過程中也可達到整體發光最佳均勻度。又，每一發光單元的發光元件3的數量可依不同分區方式的需求和設計變化改變。

又，將各鍵帽組中的鍵帽13的字符出光區131的面積設為各鍵帽13的發光面積，則第一發光單元15a所對應的第一鍵帽組11a的發光面積為第一鍵帽組11a中各鍵帽13的發光面積的總和，設為第一發光面積總和A1；第二發光單元15b所對應的第二鍵帽組11b的發光面積為第二鍵帽組11b中各鍵帽13的發光面積的總和，設為第二發光面積總和A2。第一發光面積總和A1與第二發光面積總和A2不相等。更進一步說，第一發光面積總和A1小於第二發光面積總和A2。

又，第一鍵帽組11a所對應的第一背光區14a中具有多個鍵帽背光區141a，各鍵帽背光區141a透過對應的各開口212出光。第二鍵帽組11b所對應的第二背光區14b中具有多個鍵帽背光區141b，各鍵帽背光區141b透過對應的各開口212出光。各鍵帽13的頂面13a面積越大，各鍵帽13所對應的開口212的面積也越大，兩者成正比。

因此，將對應於第一背光區14a的鍵帽背光區141a的開口212的面積總和設為第一面積總和A01，對應於第二背光區14b的鍵帽背光區141b的開口212的面積總和設為第二面積總和A02時，第一面積總和A01與第二面積總和A02不相等。更進一步說，第一面積總和A01小於第二面積總和A02。同樣地，由於第一背光區14a的第一面積總和A01小於第二背光區14b的第二面積總和A02，因此第一發光單元15a需要相較第二發光單元15b大的電流，以使第一發光單元15a的發光元件311產生相較第二發光單元15b的發光元件312大的發光功率，以平衡發光亮度，使得整體視覺更為平衡。

依據一實施例，可調整與發光單元串聯的電阻大小來控制電流。當第一鍵帽組11a的第一發光面積總和A1小於第二鍵帽組11b的第二發光面積總和A2，或對應於第一背光區14a的第一面積總和A01小於對應於第二背光區14b的第二面積總和A02時，將第一電阻R1的阻值設為小於第二電阻R2的阻值，如此流經第一發光單元15a的發光元件311的第一電流I1大於流經第二發光單元15b的發光元件312的第二電流I2，使得第一發光單元15a的發光元件311的平均亮度大於流經第二發光單元15b的發光元件312的平均亮度。又，由於電路板線路與電源（圖未示）的距離越長，會因線路阻抗耗損導致電流變小，因此可因應採用不同電阻值的串接電阻，藉由調整阻值設計，調整各區電流大小。

綜上所述，依據一些實施例，發光鍵盤100將發光元件3容置於底板1的開孔18b、導光板4的貫孔48與遮光片2的凸起區22形成的容置空間中以降低整體厚度，並依據不同鍵帽組的不同發光面積區分不同電路區塊以精簡元件。本發明的發光鍵盤和背光模組透過創新的結構和電路設計搭配控制方式，具有較薄的厚度，亮度提升且光耦合更加均勻，因此可降低功率與耗電，並達成薄型化的效果。

100:發光鍵盤 10:鍵盤組件 11a:第一鍵帽組 11b:第二鍵帽組 11c~11f:鍵帽組 13:鍵帽 13a:頂面 13S:側邊 131:字符出光區 14a:第一背光區 14b:第二背光區 14c~14f:背光區 141a,141b:鍵帽背光區 15a:第一發光單元 15b:第二發光單元 16:彈性組件 1:底板 18a,18b:開孔 20:背光模組 2:遮光片 21:平面區 212:開口 22:凸起區 3,311,312:發光元件 3a:上出光面 3b:底面 31:第一出光面 32:第二出光面 33:第三出光面 34:第四出光面 37:反光部 4:導光板 4S:側邊 4a:上表面 45:導光圖樣 48:貫孔 5:電路板 5a:第一平面 5b:第二平面 51:反射層 R1:第一電阻 R2:第二電阻 I1:第一電流 I2:第二電流 A1,A2:發光面積總和 A01,A02:面積總和 L1~Ln:發光電路區塊 θ:角度 θ1:銳角 F:控制器 A-A:剖面線

圖1為本發明一實施例的發光鍵盤的示意圖。 圖2為本發明一實施例的發光鍵盤的俯視示意圖。 圖3為本發明一實施例的發光鍵盤的局部放大圖。 圖4為本發明一實施例的發光鍵盤的局部剖面示意圖。 圖5為本發明一實施例的發光鍵盤的局部剖面示意圖。 圖6為本發明一實施例的鍵帽的俯視示意圖。 圖7為本發明一實施例的發光元件的角度示意圖。 圖8為本發明一實施例的背光模組的串並聯電路示意圖。

100:發光鍵盤

10:鍵盤組件

13:鍵帽

13a:頂面

16:彈性組件

1:底板

18b:開孔

20:背光模組

2:遮光片

21:平面區

22:凸起區

3:發光元件

3a:上出光面

3b:底面

37:反光部

4:導光板

48:貫孔

5:電路板

Claims (10)

1. 一種發光鍵盤之背光模組，包含： 一導光板，包含有一側邊、一第一背光區與一第二背光區，該第一背光區與該第二背光區分別具有複數鍵帽背光區，其中各該鍵帽背光區開設有一貫孔； 一第一發光單元，具有複數發光元件，該第一發光單元的各該發光元件對應於該第一背光區的各該鍵帽背光區中的各該貫孔設置，該第一發光單元中的該些發光元件彼此電性並聯； 一第二發光單元，具有複數發光元件，該第二發光單元的各該發光元件對應於該第二背光區的各該鍵帽背光區中的各該貫孔設置，該第二發光單元中的該些發光元件彼此電性並聯； 一第一電阻，與該第一發光單元電性串聯； 一第二電阻，與該第二發光單元電性串聯； 一電路板，設置於該導光板下方，該第一發光單元、該第二發光單元、該第一電阻與該第二電阻設置於該電路板上；以及 一遮光片，包含一平面區與複數凸起區，平面區開設有複數開口以出射光線，各該發光元件對應於各該凸起區設置； 其中，對應於該第一背光區的該些鍵帽背光區中的該些開口的一第一面積總和與對應於該第二背光區的該些鍵帽背光區中的該些開口的一第二面積總和不相等。
2. 如請求項1所述的背光模組，其中該第一面積總和小於該第二面積總和時，流經該第一發光單元中的該些發光元件的一第一電流大於流經該第二發光單元中的該些發光元件的一第二電流。
3. 如請求項1所述的背光模組，其中該第一面積總和小於該第二面積總和時，該第一電阻的阻值小於該第二電阻的阻值。
4. 如請求項1所述的背光模組，其中該第一面積總和小於該第二面積總和時，該第一發光單元的各該發光元件的平均發光亮度大於該第二發光單元的各該發光元件的平均發光亮度。
5. 如請求項1所述的背光模組，其中該第一發光單元或該第二發光單元的該些發光元件的數量大於與該些發光元件串聯的電阻數量。
6. 如請求項1所述的背光模組，其中各該發光元件具有垂直於該導光板的上表面的複數個發光面。
7. 如請求項6所述之背光模組，其中該些出光面中包含一第一出光面，該第一出光面的法線方向與該側邊形成一銳角，該銳角為35度至60度。
8. 如請求項1所述的背光模組，其中該發光元件與該凸起區之間設有一反光部，該反光部只設置在該發光元件上方的區域，以便反射該發光元件發出的光線。
9. 如請求項1所述的背光模組，其中該第一發光單元與該第二發光單元中的各該發光元件凸出於各該貫孔，並容置於由各該貫孔與各該凸起區形成的容置空間中。
10. 如請求項1所述的背光模組，其中該電路板具有反射層面向該導光板，將各該發光元件發出的部分光線反射至該導光板，該反射層露出於該貫孔。

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