thumb|Budowa klawiatury typowego notebooka (cztery warstwy) Technologia klawiatur komputerowych obejmuje wiele elementów. Opracowano różne technologie przeznaczone dla użytkowników domowych i zoptymalizowane do zastosowań przemysłowych. Standardowa pełnowymiarowa klawiatura alfanumeryczna zwykle ma 101–105 klawiszy; klawiatury zintegrowane w laptopach są zazwyczaj mniej rozbudowane.

Klawiatury wirtualne, obsługiwane głównie przez ekrany dotykowe, nie mają fizycznych przełączników – zamiast tego zapewniają sztuczny dźwięk i sprzężenie haptyczne. Ta odmiana bywa użyteczna, bo nie ogranicza jej sztywna konstrukcja fizycznej klawiatury.

Większość współczesnych klawiatur ma własny procesor sterujący i diody sygnalizacyjne, które przekazują użytkownikowi (oraz CPU) informacje o bieżącym stanie klawiatury. Dzięki technologii Plug and play domyślny układ klawiszy może zostać przekazany systemowi podczas podłączania, co umożliwia natychmiastowe użycie bez dodatkowej konfiguracji (o ile użytkownik tego nie wymaga). Pozwala to także produkować uniwersalne klawiatury na wiele rynków językowych – różnią się jedynie symbolami nadrukowanymi na nakładkach klawiszy.

Wykrywanie naciśnięć klawiszy Membranowe

thumb|Przykładowy zespół membran Typowa konstrukcja membranowa składa się z trzech warstw. Górna i dolna zawierają odsłonięte ścieżki przewodzące tworzące matrycę, a warstwa środkowa działa jako dystans, zapobiegając pasywnemu przepływowi prądu między ścieżkami. Po dociśnięciu górnej membrany zwiera ona pady kontaktowe górnej i dolnej warstwy, co pozwala na przepływ prądu.

Dwie najczęstsze odmiany to klawiatury pełnoskokowe z gumową kopułką nad membraną (rubber dome over membrane) oraz płaskie panele membranowe. Płaskie klawiatury membranowe spotyka się często w urządzeniach domowych, jak kuchenki mikrofalowe czy kserokopiarki.

Gumowa kopułka nad membraną thumb|lewo|234x234px|Widok rozstrzelony typowej konstrukcji z gumową kopułką nad membraną Pełnoskokowe klawiatury z gumową kopułką nad membraną to obecnie najpowszechniejszy typ. Nad membranami umieszcza się arkusz z kopułkami tak, aby każda kopułka pokrywała się z padami kontaktowymi. Kopułka spełnia podwójną funkcję: działa jako sprężyna dająca wyczuwalny zwrot (tactile) oraz rozkłada siłę nacisku na górną membranę. Aby zewrzeć pady kontaktowe, kopułkę trzeba wcisnąć do końca.

Rozwiązanie to stało się popularne wśród producentów PC, ponieważ obniżało koszty wraz ze spadkiem cen komputerów osobistych.

Mechanizm nożycowy thumb|Mechanizm nożycowy Kompaktową odmianą „gumowej kopułki” jest mechanizm nożycowy (scissor-switch), oparty na parach plastikowych dźwigni połączonych jak nożyczki. Wymagania smukłej obudowy w notebookach wymuszają niski profil klawiszy, dlatego ta technologia jest szczególnie częsta w laptopach. Klawisze mocowane są do klawiatury dwiema elementami zatrzaskowymi pracującymi „jak nożyczki”. Takie klawiatury są zazwyczaj ciche i wymagają niewielkiej siły nacisku.

Klawiatury nożycowe są zwykle nieco droższe. Trudniej je czyścić (mały skok i wiele punktów mocowania), ale też rzadziej zbierają zanieczyszczenia, bo szczeliny między klawiszami są mniejsze (nie ma potrzeby pozostawiania „luzu” jak w typowych membranówkach).

Płaskie panele membranowe thumb|Klawiatura Atari 400 Płaskie klawiatury membranowe stosuje się w środowiskach wymagających szczelności (odporność na wodę/zalanie). Mogą być bezskokowe, z kopułkami z tworzywa (polydome) lub z kopułkami metalowymi. Kopułki polimerowe formuje się z poliestru (PET); po dociśnięciu przewodząca warstwa na spodzie kopułki zwiera dolny obwód. Kopułki metalowe wykonuje się ze stali nierdzewnej – zapewniają większą trwałość i niezawodność, a ich kształt można dostosować do projektu. Bezskokowe panele płaskie prawie nie dają czucia kliku i zwykle sygnalizują naciśnięcie dźwiękiem lub błyskiem.

Choć w początkach komputerów osobistych (np. ZX80, ZX81, Atari 400) był to popularny typ, obecnie został wyparty przez konstrukcje bardziej responsywne.

Rolowana klawiatura thumb|Większość klawiatur jest sztywna – ta jest elastyczna. Klawiatury wykonane z elastycznego silikonu lub poliuretanu można zwinąć w rulon. Wykorzystują cienkie elastyczne membrany, ale nadal narażone są na uszkodzenia mechaniczne. Po pełnym zalaniu gumą bywają wodoszczelne. Dają jednak niewielką informację dotykową; silikon łatwo przyciąga kurz i włosy.

Styki metalowe (przełączniki dyskretne) thumb|Cherry MX Blue (po lewej) i rozebrany Cherry MX Brown (po prawej) Klawiatury ze stykami metalowymi zwykle wykorzystują osobne moduły (przełączniki) dla każdego klawisza. Taki przełącznik składa się z obudowy, sprężyny i suwaka oraz – w zależności od konstrukcji – dodatkowych elementów, np. blaszki dotykowej lub „clickbara”.

thumb|Styki w przełączniku Cherry MX W spoczynku styki wewnątrz przełącznika są rozwarte. Wciśnięcie klawisza zbliża styki i powoduje przewodzenie. Często stosuje się złoto jako materiał stykowy, aby przeciwdziałać utlenianiu i wydłużyć żywotność. Najczęściej stosuje się sprężystą blaszkę stykową (leaf spring).

Ważnym producentem przełączników dyskretnych jest Cherry (rodzina Cherry MX od lat 80.). Kolorowe oznaczenia Cherry stały się de facto systemem rynkowym i bywają naśladowane przez innych producentów (np. Gateron, Kailh).

Klawiatury wykorzystujące tę technologię często nazywa się „mechanicznymi”, choć ścisła, jednoznaczna definicja tego terminu nie jest powszechnie uzgodniona.

Hot-swappable (wymiana „na gorąco”) Hot-swappable klawiatury pozwalają wyjmować i wymieniać przełączniki bez lutowania. Zamiast lutować piny przełącznika bezpośrednio do PCB, na płytce lutuje się gniazda hot-swap, co umożliwia wymianę przełączników bez narzędzi do lutowania.

Kontaktronowe (reed) thumb|Przełącznik kontaktronowy (moduł kontaktronu zdjęty) Moduł reed zawiera dwa metalowe styki w szklanej kapsule (zwykle wypełnionej gazem obojętnym, np. azotem). Suwak w obudowie przesuwa magnes w pobliże kapsuły, a pole magnetyczne przyciąga styki, powodując ich zwarcie. Mechanizm kontaktronu opracowano w 1936 r. w Bell Telephone Laboratories.

Choć kontaktrony wykorzystują blaszki sprężyste, zalicza się je osobno – bo sterowanie stykami odbywa się magnetycznie, a nie przez docisk suwaka.

Pojemnościowe thumb|Pojemnościowy przełącznik Topre W mechanizmie pojemnościowym wciśnięcie klawisza zmienia pojemność pary padów kondensatora. Pady (zwykle dwie połówki w kształcie litery „D”) drukuje się na płytce drukowanej i pokrywa cienką warstwą maski lutowniczej (dielektryk).

W popularnym wariancie „pianka + folia” ruchomy element zakończony jest krążkiem z pianki o rozmiarze zbliżonym do tabletki aspiryny, wykończonym folią aluminiową. Po przeciwnej stronie znajduje się PCB z padami kondensatora. Po wciśnięciu folia ściśle przylega do powierzchni PCB, tworząc łańcuch dwóch kondensatorów (pady ↔ folia ↔ pady) rozdzielonych cienką maską; skutkiem jest łatwo wykrywalny spadek reaktancji pojemnościowej między padami.

Zaletą technologii pojemnościowej jest brak konieczności przepływu prądu przez styki metalowe podczas aktywacji – nie wymaga to eliminacji drgań styków (debounce).

Czujnik może też informować o położeniu klawisza, co pozwala regulować punkt aktywacji (czułość) – nawet osobno dla każdego klawisza, jeśli przewidziano takie oprogramowanieDokumentacja klawiatur Topre, funkcje modeli oraz instrukcja oprogramowania.. Przykładem jest seria Realforce RGB.

IBM Model F łączył sprężynę uginającą (buckling spring) z pojemnościowym PCB (późniejszy Model M używał membrany).

W konstrukcji Topre stosuje się stożkową sprężynę pod gumową kopułką. Kopułka zapewnia opór, a sprężyna odpowiada za efekt pojemnościowy.

Zjawisko Halla thumb|Przełącznik z efektem Halla (RAFI RS 76 C 010) – elementy Klawiatury wykorzystujące Zjawisko Halla stosują czujniki Halla do wykrywania ruchu magnesu poprzez zmianę napięcia. Wciśnięcie klawisza przemieszcza magnes, co wykrywa czujnik półprzewodnikowy. Ponieważ nie ma tu fizycznego kontaktu styków, klawiatury te są wyjątkowo niezawodne (wielomilionowe liczby naciśnięć), odporne na kurz i wilgoć; używa się ich w zastosowaniach o krytycznych wymaganiach (energetyka jądrowa, kokpity lotnicze, przemysł ciężki). Wadą są wyższe koszty (magnes + czujnik na każdy klawisz i niestandardowa elektronika sterująca).

Optyczne Technologia optyczna została wprowadzona w 1962 r. przez Harley’a E. Kelchnera (do maszyn do pisania) w celu redukcji hałasu.

Klawiatury optyczne wykorzystują diody LED i czujniki fotoelektryczne do wykrywania naciśnięć, co daje krótszy czas reakcji i eliminuje kontakt mechaniczny między ruchomymi częściami. Najczęściej emiter i sensor umieszcza się na obrzeżach na niewielkich płytkach, a światło prowadzi się w poprzek wnętrza klawiatury – wciśnięty klawisz przerywa wiązkę. Do określenia klawisza zwykle potrzebne są co najmniej dwie wiązki (pozioma i pionowa), choć istnieją konstrukcje wykorzystujące wzory przesłaniania.

Zaletą jest duża odporność na wilgoć, kurz i zabrudzenia (brak styków metalowych). Specjalistyczna klawiatura DataHand używa jednego źródła światła i sensora na klawisz; klawisze w pozycji spoczynkowej utrzymywane są przez magnesy.

Projekcja laserowa Urządzenie projekcyjne wielkości myszy rzutuje kontury klawiszy na płaską powierzchnię (np. biurko). Taka klawiatura jest bardzo mobilna (do PDA i telefonów), bywa też bezprzewodowa. Wadą są większe błędy (przypadkowe przerwania wiązki) i całkowity brak czucia kliku.

Wybrane mechanizmy przełączników Sprężyna uginająca (buckling spring) thumb|Ilustracja z patentu (IBM, 1978) Mechanizm buckling spring odpowiada za charakterystyczny „klik” – steruje małym młoteczkiem uderzającym w czujnik pojemnościowy lub membranę.

Seria IBM Model F jako pierwsza stosowała sprężynę uginającą z czujnikiem pojemnościowym. Późniejszy Model M (opatentowany w 1983 r.) użył membrany dla obniżenia kosztów produkcji względem Modelu F. Najbardziej znany pełnowymiarowy wariant to tzw. IBM Enhanced Keyboard.

thumb|left|Klasyczny Model M (układ ISO, język hiszpański) W 1993 r., po wyodrębnieniu Lexmarka, IBM przekazał produkcję klawiatur do tej spółki; po 1996 r. kontynuował ją Unicomp, który nabył patenty i narzędzia. IBM w fabryce w Szkocji produkował Model M do 1999 r.

Eliminacja drgań styków (debouncing) thumb|Zrzut z oscyloskopu: odbicie styków generuje serię przełączeń zanim sygnał się ustabilizuje Po wciśnięciu klawisz wielokrotnie „odbija” o styki, zanim sygnał się ustabilizuje, a po puszczeniu – podobnie. Choć zjawisko trwa bardzo krótko, może wygenerować wiele impulsów. Procesor klawiatury dokonuje więc „debounce’u” – uśrednia sygnał w czasie, generując jeden „potwierdzony” impuls. Wczesne klawiatury membranowe miały z tego powodu niższą szybkość pisania; problem był widoczny np. w ZX81.

Nakładki na klawisze (keycapy) Nakładki stosuje się w klawiaturach pełnoskokowych. Współcześnie nadruk bywa powierzchniowy, ale spotyka się też techniki dwuwtrysku, laserowego, sublimacji barwnika czy grawerunku, a także przezroczyste kapturki z papierową wstawką. Nowszą, rzadką innowacją są klawisze OLED – małe wyświetlacze OLED pod keycapem (np. w panelach makr do skrótów/aplikacji). Wysokie koszty sprawiają, że zwykle nie są to pełne klawiatury do pisania.

Wspólne trzpienie w przełącznikach umożliwiają łatwą wymianę keycapów.

Stabilizatory Klawisze o długości ≥2 unitów (np. spacja, Enter) zwykle mają stabilizatory, aby poruszały się równomiernie i nie „kołysały się”. Używa się smarów i podkładek w celu redukcji grzechotania.

Inne elementy