TWI791401B - 發光指紋辨識鍵及鍵盤 - Google Patents

Abstract

一種對指紋辨識鍵提供背光之結構，其利用光源發光以對鍵帽提供背光，以產生光學指示效果。根據一實施例之發光指紋辨識鍵的鍵帽為多層結構，其具有遮光層，使得光線穿過該鍵帽時能呈現該遮光層的透光圖案。根據另一實施例之發光指紋辨識鍵於可透光的鍵帽下方設置一反光片，光線經該反光片反射而能呈現該反光片上的顯示圖案。根據另一實施例之鍵盤包含前述任一發光指紋辨識鍵。根據另一實施例之鍵盤的發光指紋辨識鍵的光源位於鍵盤的薄膜電路板下方，該光源發射的光線經該發光指紋辨識鍵的支撐結構導引以對該發光指紋辨識鍵的鍵帽提供背光。

Description

發光指紋辨識鍵及鍵盤

本發明關於一種指紋辨識鍵，尤指一種具有背光的指紋辨識鍵及具有指紋辨識鍵之鍵盤。

隨著指紋識別技術的發展，指紋識別裝置已可整合至各種電子裝置中，例如鍵盤、行動裝置等，可增加安全性應用。指紋識別鍵的鍵帽一般僅有印刷的圖示。當其使用於光線不足的環境中，使用者不易找出指紋識別鍵的位置，靠成使用上的不便。此外，若指紋識別鍵整合至具有背光的鍵盤中，受限於辨識單元的設置，通常背光僅能自指紋識別鍵的鍵帽周圍溢出，鍵帽本身仍無背光穿過，鍵帽頂面上若有圖示仍需靠環境光線照明，故此背光架構提供的光學指示效果有限。

鑑於先前技術中的問題，本發明之一目的在於提供一種發光指紋辨識鍵，其鍵帽為一多層結構。當光線穿過該多層結構時，可顯示圖案。

根據本發明之一發光指紋辨識鍵包含一鍵帽、一導光片、一指紋辨識元件及一光源。該鍵帽為一多層結構，該多層結構包含一透光載層及一遮光層，該遮光層具有一透光圖案。該導光片疊置於該鍵帽下方。該指紋辨識元件疊置於該導光片下方。該光源設置於該鍵帽下方。該光源發射之光線進入該導光片以對該鍵帽提供背光，進而顯示出該透光圖案。藉此，於該發光指紋辨識鍵中，該背光能直接穿過該鍵帽，以直接於該鍵帽上顯示出該透光圖案，方便 使用者準確地找出該發光指紋辨識鍵的位置。

本發明之另一目的在於提供一種發光指紋辨識鍵，其具有可透光的鍵帽，鍵帽下方設置有導光片及反光片。導光片內的光線能反射出該反光片上的圖案。

根據本發明之一發光指紋辨識鍵包含一鍵帽、一導光片、一反光片、一指紋辨識元件及一光源。該鍵帽可透光。該導光片疊置於該鍵帽下方。該反光片疊置於該導光片下方，該反光片具有一顯示圖案。該指紋辨識元件疊置於該反光片下方。該光源設置於該鍵帽下方，該光源發射之光線進入該導光片、經該反光片反射以射向該鍵帽。藉此，於該發光指紋辨識鍵中，該光線能反射該顯示圖案於該鍵帽上，方便使用者準確地找出該發光指紋辨識鍵的位置。

本發明之另一目的在於提供一種鍵盤，其包含複數個按鍵及如前述任一種發光指紋辨識鍵，故能於該發光指紋辨識鍵之鍵帽上顯示該透光圖案或該顯示圖案，方便使用者準確地找出該發光指紋辨識鍵的位置。

本發明之另一目的在於提供一種鍵盤，其光源設置於薄膜電路板下方，光線發射之光線經由對應指紋辨識元件之支撐結構導引以對對應的鍵帽提供背光，以顯示於該鍵帽上的圖案。

根據本發明之一鍵盤包含一底板、一薄膜電路板、複數個第一鍵帽、複數個第一支撐結構、一第二支撐結構、一指紋辨識元件、一第二鍵帽及一光源。該薄膜電路板設置於該底板上，該薄膜電路板可透光且包含複數個開關。該複數個第一鍵帽對應該複數個開關設置於該薄膜電路板之上。該複數個第一支撐結構對應地連接至該複數個第一鍵帽與該底板之間。該第二支撐結構設置於該底板上。該指紋辨識元件疊置於該第二支撐結構上。該第二鍵帽覆蓋於該指紋辨識元件上，該第二鍵帽具有一透光圖案。該光源鄰近該第二支撐結構設置於該薄膜電路板下方，該光源發射之光線經該第二支撐結構導引以對該第二 鍵帽提供背光。藉此，於該鍵盤中，經該第二支撐結構導引的背光能直接穿過該鍵帽，以直接於該鍵帽上顯示出該透光圖案，方便使用者準確地找出該發光指紋辨識鍵的位置。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

1,3:發光指紋辨識鍵

10,10',30:鍵帽

102:透光載層

104:遮光層

104a:透光圖案

106:透光塗層

108:半透明層

12,32:導光片

122,322:出光面

124,324:側面

14,34:指紋辨識元件

14a,34a:感測面

16,36:光源

18,38:電路板

182:連接介面

20:底板

22:支撐結構

220:剪刀腳支架

222:載板

224:開關

33:反光片

33a:顯示圖案

4:鍵盤

40a:發光指紋辨識鍵

40b:按鍵

42:殼體

44:支撐結構

46:底板

48:開關電路板

482:開關

5:鍵盤

50:殼體

52:底板

522:避讓孔

54:薄膜電路板

542:開關

56:第一鍵帽

58:第一支撐結構

60:第二支撐結構

62:指紋辨識元件

62a:感測面

64:第二鍵帽

64a:透光圖案

66:光源

68:光源電路板

70:電路板

第1圖為根據一第一實施例之一發光指紋辨識鍵之分解示意圖。

第2圖為第1圖中發光指紋辨識鍵之剖面圖。

第3圖為第2圖中鍵帽根據一實施例之剖面圖。

第4圖為發光指紋辨識鍵之一應用例之剖面圖。

第5圖為根據一第二實施例之一發光指紋辨識鍵之剖面圖。

第6圖為根據一第三實施例之一鍵盤之示意圖。

第7圖為第6圖中鍵盤沿線X-X之部分剖面圖。

第8圖為根據一第四實施例之一鍵盤之部分剖面圖。

請參閱第1圖及第2圖(為方便表現光線路徑，其截面未繪示剖面線)。根據一第一實施例之一發光指紋辨識鍵1包含一鍵帽10、一導光片12、一指紋辨識元件14、二光源16及一電路板18(例如但不限於軟性電路板)。導光片12疊置於鍵帽10下方。指紋辨識元件14疊置於導光片12下方。光源16(例如但不限於發光二極體)設置於鍵帽10下方。指紋辨識元件14及光源16電性固定於電路板18上，經由電路板18以控制指紋辨識元件14及光源16的運作。光源16發射之光線(以箭頭表示於第2圖中)經由導光片12的側面124進入導光片12、並經由導光片12的出光面122射出導光片12以對鍵帽10提供背光。電路板18具有一連接介面182(例如 連接器或金手指)，以與外部通訊連接，以接收電力(及控制訊號等)。

於第一實施例中，鍵帽10為一多層結構，其包含一透光載層102及一遮光層104，遮光層104具有一透光圖案104a(以虛線框表示於第2圖中；於第1圖中，例如但不限於以一個指紋圖式表示當光線穿過鍵帽10時顯示出的圖案)。透光載層102可以是但不限於透明的，其材質可為但不限於聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)或玻璃。遮光層104可透過印刷或其他方式形成於透光載層102上。透光載層102除作為遮光層104承載基板外，亦作為透光圖案104a的保護蓋。於實作上，遮光層104亦可改設置於透光載層102上方，另以其他材料覆蓋透光圖案104a保護。當背光穿過鍵帽10時，透光圖案104a即可作為光學指示圖示而被使用者看到。

於實作上，鍵帽10的多層結構可依設計需求而包含更多層結構。如第3圖所示(為方便與第2圖比較，其截面未繪示剖面線)，其為鍵帽10之一變化例，即鍵帽10'。相較於第2圖中鍵帽10，鍵帽10'還包含一透光塗層106及一半透明層108。透光塗層106位於透光載層102與遮光層104之間。透光塗層106具有透光效果，其顏色可與發光指紋辨識鍵1所設置裝置外觀顏色相近；例如，若發光指紋辨識鍵1設置於筆記型電腦的上時(例如整合至鍵盤按鍵的排列中)，透光塗層106的顏色可與鄰接鍵盤的外殼的顏色接近，或與其他按鍵鍵帽顏色接近。此可增進整體外觀(例如整個鍵盤)顏色大致一致。半透明層108位於透光塗層106與遮光層104之間。半透明層108亦具透光效果；例如半透明層108可略呈灰色，可用於調整光線射出鍵帽10'的強度。於實作上，前述增加的層數及其材質視實際設計需求而定，不以前例為限。

此外，請回到第1圖及第2圖。於第一實施例中，透光圖案104a位於指紋辨識元件14之感測面14a(朝向鍵帽10)的正上方，使得使用者可直覺地、快速地且準確地找出感測面14a的位置，以有效地實施指紋辨識。透過導光片12的 導引，光源16發射的光線仍可有效地對透光圖案104a提供足夠的背光。光源16朝向導光片12的側面124設置，使得光源16發射之光線自側面124進入導光片12。該二光源16相對設置於導光片12的兩側，有助於使背光均勻，但實作上不以此為限；例如，可使用更多或更少的光源16提供光線。又，例如以單一光源搭配反光結構(例如在導光片12的側面塗覆反光材料)，亦可提升背光均勻度。此外，於實作上，指紋辨識元件14可選用不受光源16產生的光線的影響的指紋辨識元件，例如但不限於採用電容式感應器之指紋辨識元件。

另外，於第一實施例中，鍵帽10、導光片12、指紋辨識元件14、光源16及電路板18採固定設置之設計，但實作上不以此為限。例如，於實際應用時(請併參閱第4圖；為方便與第2圖比較，其截面未繪示剖面線)，發光指紋辨識鍵1可再包含一底板20(以一平板截面簡單示意於第4圖中)及一支撐結構22(以一方塊簡單示意於第4圖中)，支撐結構22設置於底板20，電路板18設置於支撐結構22。支撐結構22可提供電路板18(連同導光片12、鍵帽10)上下移動。例如，支撐結構22可包含一剪刀腳支架220(以虛線繪示的簡單幾何圖形示意於第4圖中)及一載板222(以虛線繪示的平板截面簡單示意於第4圖中)，剪刀腳支架220連接至底板20及載板222之間，電路板18設置於載板222上；但實作上不以此為限。於實作上，指紋辨識元件14之作動可於鍵帽10被按壓後啟動；例如，鍵帽10被按壓以觸發一開關224(以虛線示意於第4圖中，例如被載板222觸發；開關224與電路板18電連接)。若發光指紋辨識鍵1整合至鍵盤中，底板20亦得與鍵盤的底板(用以支撐其他按鍵)結構整合。另外，於結構上，第4圖所示之結構整體亦可視為一發光指紋辨識鍵(即包含圖中發光指紋辨識鍵1、底板20及支撐結構22)。

請參閱第5圖。根據一第二實施例之一發光指紋辨識鍵3與前述發光指紋辨識鍵1結構邏輯大致相近，主要差異在於發光指紋辨識鍵1的光學指示圖示是由鍵帽10內的透光圖案104a產生，而發光指紋辨識鍵3的光學指示圖示則是 由一反光片33上的顯示圖案33a(於第5圖中以虛線框示意其位置)產生。故前文關於發光指紋辨識鍵1(及其變化例)之相關說明於此可適用者，亦可適用，不另贅述。於第二實施例中，發光指紋辨識鍵3包含一鍵帽30、一導光片32、反光片33、一指紋辨識元件34、二光源36及一電路板38。鍵帽30可透光。導光片32疊置於鍵帽30下方。反光片33疊置於導光片32下方。指紋辨識元件34疊置於反光片33下方。光源36設置於鍵帽30下方。指紋辨識元件34及光源36電性固定於電路板38上，經由電路板38以控制指紋辨識元件34及光源36的運作。光源36發射之光線(以箭頭表示於第5圖中)經由導光片32的側面324進入導光片32、並經由導光片32的出光面322射出導光片32以對鍵帽30提供背光；其中，導光片32內光線經反光片33反射而射向鍵帽30，可顯示出顯示圖案33a，其即可作為光學指示圖示而被使用者看到。

此外，於第二實施例中，顯示圖案33a位於指紋辨識元件34之感測面34a(朝向鍵帽30)的正上方，使得使用者可直覺地、快速地且準確地找出感測面34a的位置，以有效地實施指紋辨識。另外，前述於發光指紋辨識鍵1中關於透光塗層106及半透明層108之設置及其功效，亦可適用於發光指紋辨識鍵3中。例如，於鍵帽30與導光片32之間設置一透光塗層及一半透明層。

於實際應用中，發光指紋辨識鍵1、3可設置於鍵盤(例如單一鍵盤、或筆記型電腦上的鍵盤)上。請參閱第6圖及第7圖，根據一第三實施例之一鍵盤4包含複數個按鍵及容置該複數個按鍵之一殼體42。該複數個按鍵其中之一為發光指紋辨識鍵40a，為便於說明，以前述發光指紋辨識鍵1為例，發光指紋辨識鍵40a沿用發光指紋辨識鍵1之元件符號。關於發光指紋辨識鍵40a之其他說明，請參閱前文發光指紋辨識鍵1及其變化例之相關說明，不另贅述。其中，當發光指紋辨識鍵40a採固定方式設置時，發光指紋辨識鍵40a的鍵帽10的頂表面可設計為與殼體42的頂表面齊平。

此外，於第三實施例中，發光指紋辨識鍵40a旁的按鍵40b為機械式按鍵，但實作上不以此為限。為簡化圖面，按鍵40b的支撐結構44以簡單幾何圖塊表示。於實作上，支撐結構44可為但不限於剪刀腳支架。鍵盤4的底板46同時支撐一般按鍵40b及發光指紋辨識鍵40a。鍵盤4的開關電路板48除提供一般按鍵40b的開關功能外(其中，開關482以單一方塊表示於圖中)，於實作上，發光指紋辨識鍵40a的電路板38亦可視設計而與開關電路板48整合在一起。

於前述發光指紋辨識鍵1、3(及發光指紋辨識鍵40a)中，光源16、36鄰近電路板18、38設置，光源16、36發射的光線可直接進入導光片12、32中進而提供鍵帽10、30背光。但於實作上，發光指紋辨識鍵亦可透過結構設計而使光源可相對遠離鍵帽設計。請參閱第8圖，其為根據一第四實施例之一鍵盤5之部分剖面圖。鍵盤5外觀與鍵盤4相似，不另顯示。鍵盤5包含一殼體50及容置於殼體50內之一底板52、一薄膜電路板54、複數個第一鍵帽56、複數個第一支撐結構58、一第二支撐結構60、一指紋辨識元件62、一第二鍵帽64及二光源66。薄膜電路板54於實作上為三層結構，其上下層上形成有開關電路，於上下層之間夾置一絕緣層；為簡化圖面，薄膜電路板54仍以單一結構繪示於圖中。薄膜電路板54設置於底板52上且包含複數個開關542(以單一方塊表示於圖中)。該複數個第一鍵帽56對應該複數個開關542設置於薄膜電路板54之上。該複數個第一支撐結構58對應地連接至該複數個第一鍵帽56與底板52之間，使得第一鍵帽56能經由對應的第一支撐結構58相對於底板52上下移動以使對應的開關542被觸發。第二支撐結構60設置於底板52上。指紋辨識元件62疊置於第二支撐結構60上。第二鍵帽64覆蓋於指紋辨識元件62上。光源66鄰近第二支撐結構60設置於薄膜電路板54下方，光源66發射之光線經第二支撐結構60導引以對第二鍵帽64提供背光。

於第四實施例中，第二支撐結構60得以可透光材質製作，故光源66 發射之光線可穿過，進而射向第二鍵帽64。此外，由於第二支撐結構60結構材質可透光的特性，第二支撐結構60亦具有導引光線的效果，使得光源66雖非鄰近第二鍵帽64，但其發射的光線可透過進入第二支撐結構60的結構中，並經其導引，以射向第二鍵帽64；此結構有助於光源66發射的光線的利用率。此外，於實作上，第二支撐結構60可設計為固定支撐第二鍵帽64及指紋辨識元件62，亦可設計為活動支撐第二鍵帽64及指紋辨識元件62。關於後者，例如類似第2圖所示結構，第二支撐結構60可包含一底板、一載板及連接此底板及載板間之剪刀腳支架(或其他可提供升降之機構)，底板可固定至鍵盤5的底板52(例如鎖固或鉚接)或殼體50、或直接與鍵盤5的底板52一體成型。指紋辨識元件62(連同第二鍵帽64)固定於此載板上，使得指紋辨識元件62(連同第二鍵帽64)可經由剪刀腳支架相對於底板上下移動。此外，於實作上，可於此底板上設置開關，其可於第二鍵帽64被按壓後觸發。藉此，指紋辨識元件62之作動可設計為於該開關被觸發後啟動。前述關於第2圖中支撐結構22之相關說明於此可適用者，亦有適用，不另贅述。

於第四實施例中，第二鍵帽64具有一透光圖案64a(以虛線框表示於圖中)，故當背光可穿過第二鍵帽64時，透光圖案64a即可作為光學指示圖示而被使用者看到，使得使用者可直覺地、快速地且準確地找出指紋辨識元件62的感測面62a的位置，以有效地實施指紋辨識。此外，於實作上，第二鍵帽64可採類似前文中鍵帽10的多層結構以形成透光圖案64a，但不以此為限。例如，第二鍵帽64本身以可透光材質製作，另以於可透光鍵帽表面上設置不透光層(例如塗覆不透光漆)以形成透光圖案64a。

於第四實施例中，光源66位於底板52之避讓孔522內且位於薄膜電路板54下方，此結構配置有助於抑制鍵盤5整體高度。若薄膜電路板54可透光(例如其三層結構之材質可透光)，可於薄膜電路板54上形成一遮光區域54a(例如於薄 膜電路板54上表面設置不透光層(例如塗覆不透光漆)，其分佈範圍以粗實線表示於圖中)，遮蓋光源66，具有遮蔽或抑制漏光的效果。於實作上，亦可於薄膜電路板54整個上表面均塗覆不透光層，可增加遮蔽效果。此外，於實作上，不透光層亦可設置於薄膜電路板54內，亦可同時提供絕緣效果；又，薄膜電路板54中三層結構的絕緣層可直接採用不透光材質製作，同時兼具絕緣及遮光效果。

此外，於第四實施例中，光源66電性固定於一光源電路板68上，經由光源電路板68以控制光源66的運作。光源電路板68上設置於底板52下方，光源66位於光源電路板68上方。於實作上，光源66亦可位於光源電路板68下方，如圖中虛線框所示。此外，該二光源66相對設置於第二支撐結構60的兩側，有助於使背光均勻，但實作上不以此為限；例如，可使用更多或更少的光源66提供光線。又例如，光源66設置於第二支撐結構60下方。另外，於實作上，當光源66位於光源電路板68下方且光源電路板68不透光時，前述遮光區域54a可省略。又，於實作上，光源66可改電性固定於薄膜電路板54上(例如電性固定至其三層結構中之上層上之電路)，則光源電路板68亦可省略。

此外，於第四實施例中，指紋辨識元件62固定於另一電路板70上，經由電路板70以控指紋辨識元件62的運作。指紋辨識元件62經由電路板70設置於第二支撐結構60上。電路板70可選用可透光的材質製作，以容許光線穿過。於結構邏輯上，第二鍵帽64、指紋辨識元件62、電路板70、第二支撐結構60、光源電路板68及光源66之組合可視為一發光指紋辨識鍵，電路板70與光源電路板68間可電連接可簡化此發光指紋辨識鍵對外之電連接結構。

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。

1:發光指紋辨識鍵

10:鍵帽

102:透光載層

104:遮光層

104a:透光圖案

12:導光片

122:出光面

124:側面

14:指紋辨識元件

14a:感測面

16:光源

18:電路板

Claims (11)

1. 一種發光指紋辨識鍵，包含：一鍵帽，該鍵帽為一多層結構，該多層結構包含一透光載層及一遮光層，該遮光層具有一透光圖案；一導光片，疊置於該鍵帽下方；一指紋辨識元件，疊置於該導光片下方；以及一光源，設置於該鍵帽下方，該光源發射之光線進入該導光片以對該鍵帽提供背光。
2. 如請求項1所述之發光指紋辨識鍵，其中該多層結構包含一半透明層位於該透光載層與該遮光層之間。
3. 如請求項1所述之發光指紋辨識鍵，其中該透光圖案位於該指紋辨識元件之感測面的正上方。
4. 一種發光指紋辨識鍵，包含：一鍵帽，該鍵帽可透光；一導光片，疊置於該鍵帽下方；一反光片，疊置於該導光片下方，該反光片具有一顯示圖案；一指紋辨識元件，疊置於該反光片下方；以及一光源，疊置於該鍵帽下方，該光源發射之光線(light)進入該導光片、經該反光片反射以射向該鍵帽。
5. 如請求項4所述之發光指紋辨識鍵，其中該顯示圖案位於該指紋辨識元件之感測面的正上方。
6. 如請求項1至5其中任一請求項所述之發光指紋辨識鍵，其中該光源朝向該導光片之一側面設置，使得該光源發射之光線自該側面進入該導光片。
7. 如請求項1至5其中任一請求項所述之發光指紋辨識鍵，更包含一電路板，其中該指紋辨識元件及該光源電性固定於該電路板上。
8. 一種鍵盤，包含複數個按鍵，該複數個按鍵其中之一為請求項1至5其中任一請求項所述之發光指紋辨識鍵。
9. 一種鍵盤，包含：一底板；一薄膜電路板，設置於該底板上，該薄膜電路板可透光且包含複數個開關；複數個第一鍵帽，對應該複數個開關設置於該薄膜電路板之上；複數個第一支撐結構，對應地連接至該複數個第一鍵帽與該底板之間；一第二支撐結構，設置於該底板上；一指紋辨識元件，疊置於該第二支撐結構上；一第二鍵帽，覆蓋於該指紋辨識元件上，該第二鍵帽具有一透光圖案；以及一光源，鄰近該第二支撐結構設置於該薄膜電路板下方，該光源發射之光線經該第二支撐結構導引以對該第二鍵帽提供背光。
10. 如請求項9所述之鍵盤，其中該薄膜電路板具有一遮光區域，遮蓋該光源。
11. 如請求項9所述之鍵盤，更包含一光源電路板，設置於該薄膜電路板下方，其中該光源電性固定於該光源電路板上且位於該光源電路板下方。

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