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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zur Hinterleuchtung eines Tastenfeldes gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 100 03 699 A1 ist ein
Mobiltelefon mit einem Gehäuse
bekannt, dessen Oberschale Durchbrechungen aufweist, durch die die
Tasten einer Tastatur in Form einer Tastaturmatte gesteckt sind.
Auf einer im Gehäuse
des Mobiltelefons befindlichen Leiterplatte, die die elektronischen
Bauteile und Leiterbahnen trägt, befinden
sich unterhalb der Tasten der Tastatur Schaltmittel, die als unterbrochene
Leiterbahnmäander
oder zweiteilige Leiterbahnstrukturen ausgebildet sind, die beim
Drücken
der entsprechenden Taste kurzgeschlossen werden und dadurch jeweils
einen Schaltimpuls auslösen.
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Unterhalb der Oberschale und der
darunter befindlichen Tastaturmatte ist eine zur Beleuchtung der Tastatur
dienende Lichtleiterplatte angeordnet, in der sich Ausnehmungen
befinden, durch die die Stößel der Tasten
der Tastaturmatte hindurchragen und auf die Leiterplatte mit den
darauf angeordneten Schaltmitteln einwirken. Auf der Leiterplatte
sind Leuchtdioden (LEDs) angeordnet, deren Licht über Durchbrechungen
in der Lichtleiterplatte zur Tastaturmatte gelangt und dort eine
Hintergrundbeleuchtung bildet.
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Nachteilig bei einer derartigen Hinterleuchtung
eines Tastenfeldes ist die inhomogene Lichtverteilung über das
Tastenfeld infolge der auf den Ort der Anordnung der Leuchtdioden
konzentrierten Lichtabgabe sowie eine mangelhafte Hinterleuchtung
der Tasten, deren obere Berührungsfläche Zeichen
und/oder Symbole trägt, deren
gute Erkennbarkeit für
den Benutzer von besonderer Bedeutung ist.
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Zur homogenen Hinterleuchtung einer
Anzeige mit Lichtquellen verschiedener Farben ist aus der
DE 100 65 728 A1 eine
Hinterleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtleiterplatte bekannt,
an deren Seitenflächen Lichtquellen
angeordnet sind, und die an die Farbe der jeweiligen Lichtquellen
angepasste Lichtauskoppelelemente aufweist, so dass durch die Verteilung
der Lichtauskoppelelemente eine homogene Hinterleuchtung einer der
Hinterleuchtungsvorrichtung zugeordneten Anzeige mit den verschiedenfarbigen
Lichtquellen gewährleistet
wird.
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Diese bekannte Hinterleuchtungsvorrichtung
weist wegen der an den Schmalseiten der Lichtleiterplatte angeordneten
langgestreckten Lichtquellen jedoch einen erhöhten Platzbedarf auf und eignet
sich demzufolge nicht für
entsprechende Kleingeräte
wie mobile Kommunikationsendgeräte.
weiterhin eignet sich die bekannte Hinterleuchtungsvorrichtung nicht
für Tastenfelder,
da die Vielzahl der Lichtauskoppelelemente die Anordnung von Durchbrüchen in
der Lichtleiterplatte zur Durchführung
von Tastenstößeln verhindert,
so dass die bekannte Hinterleuchtungsvorrichtung zwar für Anzeigefelder,
nicht aber für
Tastenfelder geeignet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Hinterleuchtungsvorrichtung für ein Tastenfeld der eingangs
genannten Art anzugeben, die eine homogene Ausleuchtung eines Tastenfeldes
bei minimalem Platzbedarf gewährleistet
und kostengünstig
bei geringem Herstellungs- und Montageaufwand herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Das von der mindestens einen Lichtquelle
abgestrahlte Licht wird zunächst
in die Lichtleiterplatte eingekoppelt, die das Licht gleichmäßig über ihre
Fläche
verteilt und an den Stellen der Tastendurchbrüche in die Tasten des Tastenfeldes
einkoppelt, so dass eine homogene Lichtverteilung über das
Tastenfeld und insbesondere eine optimale Ausleuchtung der Tasten
gewährleistet
ist. Durch das Einkoppeln der von der Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen
in die Lichtleiterplatte werden nur wenige Lichtquellen bis hin
zu einer einzelnen Lichtquelle benötigt, um ein relativ großes Tastenfeld
homogen auszuleuchten, so dass der Herstellungs- und Kostenaufwand
zur optimalen Tastaturbeleuchtung gering ist.
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Vorzugsweise wird das von der mindestens
einen Lichtquelle abgegebene Licht von der der Leiterplatte zugewandten
Unterseite der Lichtleiterplatte über einen Lichtumlenkkegel
in die Lichtleiterplatte eingekoppelt. Dadurch kann die Lichtquelle
in einfacher Weise in die auf der Leiterplatte vorgesehene Schaltung
integriert und die Leiterplatte einseitig bestückt werden.
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Die Umlenkung des von der Lichtquelle
abgegebenen Lichts in die Ebene der Lichtleiterplatte über Lichtumlenkkegel
ermöglicht
neben einer gleichmäßigen Lichtverteilung über die
gesamte Fläche
der Lichtleiterplatte eine sehr einfache Herstellung der Lichtumlenkvorrichtung
durch eine entsprechende Prägung
oder Bearbeitung der Lichtleiterplatte ohne zusätzlichen Materialaufwand.
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Da der Lichtumlenkkegel das von der
Lichtquelle abgegebene Licht gleichmäßig über 360° in die Lichtleiterplatte einstrahlen,
ist bei einer entsprechenden Anordnung der einzelnen Lichtquelle
oder einiger weniger Lichtquellen in Verbindung mit den ihnen zugeordneten
Lichtumlenkkegeln eine gleichmäßig helle
Ausleuchtung und damit Hinterleuchtung des Tastenfeldes gewährleistet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die mindestens eine Lichtquelle in einer Bohrung
der Leiterplatte angeordnet, so dass eine einfache Kontaktierung
der Lichtquelle zur Stromversorgung sowie deren stabile Anordnung
ohne zusätzlichen
Platzbedarf gewährleistet
ist.
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Die gleichmäßige Einkopplung des von der
mindestens einen Lichtquelle abgegebenen Lichts in die Lichtleiterplatte
wird weiterhin dadurch unterstützt,
dass die Lichtquelle symmet risch zur Mitte des Lichtumlenkkegels
angeordnet ist, dessen lichtreflektierende Flächen so in Bezug auf die Lichtquelle
geneigt sind, dass das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht um
90° in die
Ebene der Lichtleiterplatte umgelenkt wird.
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Da die den Tasten zugeordneten Lichtumlenkelemente
vorzugsweise aus in der Lichtleiterplatte am Umfang von Tastendurchbrüchen angeordneten
konischen Lichteinkoppelflächen
bestehen, die das in die Ebene der Lichtleiterplatte eingekoppelte
Licht der mindestens einen Lichtquelle um 90° umlenken und in die Tasten
einkoppeln, ist eine Einkopplung des von der mindestens einen Lichtquelle
abgebenden Lichts in die Tasten der Tastatur mit geringem Herstellungsaufwand
durch eine entsprechende Bearbeitung der Lichtleiterplatte gewährleistet,
wobei keine konstruktiven Änderungen
an den für
die Durchführung
der Tastenstößel benötigten Tastendurchbrüchen erforderlich
sind.
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Durch die Anordnung mehrerer über die
Fläche
der Lichtleiterplatte verteilt angeordneter Lichtquellen sowie die
gleichmäßige Verteilung
der das Licht in die Lichtleiterplatte einkoppelnden Lichtumlenkkegel
zwischen den das Licht in die Tasten des Tastenfeldes einkoppelnden
konischen Lichteinkoppelflächen
wird eine gleichmäßige Hinterleuchtung
sowohl der Tasten als auch des die Tasten umgebenden Tastenfeldes
bei einer minimalen Anzahl an Lichtquellen gewährleistet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Tasten Teil einer Tastaturmatte oder Schaltmatte, insbesondere
einer Silikonschaltmatte, was die Verwendung unterschiedlicher Schaltmattentypen
innerhalb eines Tastenfeldes sowie einen modularen Aufbau durch
die Verwendung vormontierter Liefereinheiten sowie eine montagefreundliche
Herstellung ermöglicht.
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Die Tasten bestehen vorzugsweise
aus einem transluzenten bzw. lichtdurchlässigen Tastenkörper mit auf
der bedienungsseitigen Oberfläche
angeordneten Zeichen oder Symbolen, wobei die Tastenkörper durch die
von den konischen Lichteinkoppelflächen umgebenen Tastendurchbrüche ragen
und an ihrer Unterseite einen mit Kontakten der Leiterplatte zusammenwirkenden
Schaltkontakt aufweisen.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung weist
die Lichtleiterplatte einen erhabenen Bereich mit darauf angeordneten
Tastenführungen
und Lagerstellen für
Kurzhubtasten auf, die mit einer an der Unterseite der Lichtleiterplatte
angeordneten Polydomschaltmatte verbunden sind.
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Dadurch kann die Lichtleiterplatte
als Verbindungsglied Langhubtasten in Form einer Silikonschaltmatte
und Kurzhubtasten in Form einer Polydomschaltmatte in einer Montageeinheit
miteinander kombinieren, so dass unterschiedliche Tastenhübe und Tastenkräfte innerhalb
eines Tastenfeldes realisierbar sind, was zusätzlich zu einer Erhöhung des
Maßes
an gestalterischer und funktioneller Vielfalt führt.
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Infolge des die Tastenführungen
und Lagerstellen für
Kurzhubtasten aufnehmenden, gegenüber dem die Schaltmatte aufnehmenden
erhabenen Bereich der Lichtleiterplatte wird nicht nur das in die
Lichtleiterplatte eingekoppelte Licht optimal zu den Kurzhubtasten
der Schaltmatte geleitet, sondern auch eine hinreichend lange Tastenführung und
optimale Anordnung von Lagerstellen für die Kurzhubtasten gewährleistet.
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Vorzugsweise sind die Kurzhubtasten
lichtdurchlässig
ausgebildet oder weisen auf ihren Tastenkappen mindestens ein lichtdurchlässiges Symbol
auf, zu dem ein von der Unterseite der Tastenkappen zur Lichtleiterplatte
gerichtetes Lichtleitelement führt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines hinterleuchteten Tastenfeldes;
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung des Tastenfeldes gemäß 1 mit einer Tastatur- und
Polydom-Schaltmatte und einer Lichtleiterplatte;
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3 eine
Draufsicht auf das Tastenfeld gemäß 1;
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4 einen
Schnitt durch das Tastenfeld entlang der Schnittlinie IV gemäß 3;
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5 einen
Schnitt durch das Tastenfeld entlang der Schnittlinie V gemäß 3 und
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6 einen
Schnitt durch die Anordnung und Lagerung einer Hartkappentaste im
erhabenen Bereich der Lichtleiterplatte entlang der Schnittlinie
VI gemäß 3.
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1 zeigt
in perspektivischer Ansicht ein Tastenfeld 1 eines Kommunikationsendgerätes wie
beispielsweise eines Mobil-oder
Schnurlostelefons. Das Tastenfeld 1 besteht aus gleich mäßig verteilt
angeordneten Wähl-
oder Eingabetasten in Form von Langhubtasten 3, deren obere
Bedienungsfläche
alphanumerische Zeichen, Ziffern oder Symbole trägt. Weiterhin weist das Tastenfeld 1 Funktionstasten 6, 7 zur
Auslösung
eingestellter oder programmierbarer Funktionen sowie zur Eingabe
und zum Abrufen von im Kommunikationsendgerät gespeicherten Daten auf.
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Die gleichmäßig verteilt auf dem Tastenfeld 1 angeordneten
Tasten 3 sind aus einer Tastatur- oder Schaltmatte 4 herausgeformt,
die aus einer einteiligen Elastomerteil, insbesondere aus Silikonkautschuk,
besteht. Die aus der Schaltmatte 4 herausgeformten Tasten 3 ragen
im montierten Zustand eines Kommunikationsendgerätes durch die in einer Oberschale
eines Gehäuses
des Kommunikationsendgerätes
angeordneten Durchbrüche
nach außen.
Auf einer in dem Gehäuse
unterhalb der Schaltmatte 4 angeordneten Leiterplatte 2 (4 und 5), auf der die elektronischen Bauelemente
und Leiterbahnen des Kommunikationsendgerätes angeordnet sind, befinden
sich unter den Tasten 3 der Schaltmatte 4 Schaltmittel,
die beim Drücken
der entsprechenden Taste kurzgeschlossen werden und dadurch einen
Schaltimpuls auslösen.
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Die Schaltmatte 4 ist vorzugsweise
mittels eines Klebefilms mit der Oberseite einer Lichtleiterplatte 5 verbunden.
Dadurch ist die Lichtleiterplatte 5 Träger der Schaltmatte 4,
die sich somit bei der Montage des Kommunikationsendgerätes beim
Aufsetzen der Gehäuseoberschale
auf die Schaltmatte 4 nicht verwinden und damit in den
Tastendurchbrüchen
der Gehäuseoberschale
verklemmen kann, so dass die Montage wesentlich vereinfacht und
die Montagezeit verkürzt
wird.
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Die Lichtleiterplatte 5 besteht
aus einer ca. 1 mm dicken klarsichtigen Kunststoffplatte, die gemäß 5 den Tasten 3 zugeordnete
Tastendurchbrüche 12 aufweist,
durch die die Tastenstößel 32 der
Tasten 3 ragen, die an ihrer Unterseite einen elektrisch
leitenden Belag aufweisen, durch den die auf der Leiterplatte 2 angeordneten
und den Tasten 3 zugeordneten Schaltmittel kurzgeschlossen
werden und einen Schaltimpuls auslösen.
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Gemäß 2 weist die Lichtleiterplatte 5 mehrere
den einzelnen Tasten 3 zugeordnete Lichtumlenkelemente
auf, die gemäß 5 als konische Lichteinkoppelflächen 11 ausgebildet
sind, die vom Rand der Tastendurchbrüche 12 ausgehend sich
unter einem vorgegebenen Winkel zu der der Leiterplatte 2 zugewandten Oberfläche der
Lichtleiterplatte 5 erweiternd erstrecken.
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Zwischen den konischen Lichteinkoppelflächen 11
am Umfang der Tastendurchbrüche 12 sind
mehrere Lichtumlenkkegel 10 in der Lichtleiterplatte 5 ausgebildet,
deren Öffnungsfläche gemäß 4 auf der Seite der Schaltmatte 4 angeordnet
ist.
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In der Verlängerung der Schaltmatte 4 sind
Kurzhubtasten in Form einer Hartkappen-Wipptaste 6 sowie
seitlich von der Hartkappen-Wipptaste 6 angeordnet Hartkappentasten 7 vorgesehen,
die mit einer Polydomschaltmatte 8 und einer Polydomfolie 9 zusammenwirken.
In die Hartkappen-Wipptaste 6 und die Hartkappentasten 7 können lichtdurchlässige Bedienungssymbole
eingelassen werden, in die über
die Lichtleiterplatte 5 und die Polydomschaltmatte 8 ebenfalls
von der mindestens einen Lichtquelle ausgehendes Licht eingekoppelt
werden kann, wodurch die Erkennbarkeit und Bedienbarkeit der Hartkappen-Wipptaste 6 sowie
der Hartkappentasten 7 beiderseits der Hartkappen-Wipptaste 6 erleichtert
wird.
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Die Polydomschaltmatte 8 weist
mehrere Schaltdome 81 bis 84 auf, die mit den
Hartkappentasten 7 bzw. mit der Hartkappen-Wipptaste 6 in
Verbindung stehen. Bei Betätigung
der Hartkappen-Wipptaste 6 oder Hartkappentaste 7 wird über den
zugehörigen
Schaltdom 81 bis 84 sowie den darunter angeordneten
Dom 91 der Polydomfolie 9 (6), der bei Betätigung nach dem „Knackfrosch-Prinzip" umspringt, das zugehörige Schaltmittel
auf der Leiterplatte 2 kurzgeschlossen.
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Die mit der Polydomschaltmatte 8 zusammenwirkenden
Hartkappen-Wipptaste 6 und Hartkappentaste 7 sind
auf einem erhabenen Bereich 50 der Lichtleiterplatte 5 angeordnet,
so dass das in die Lichtleiterplatte 5 eingekoppelte Licht über entsprechende
Lichtumlenkelemente zu Symbolen 64, 74 der Hartkappen-Wipptaste 6 und
Hartkappentaste 7 geleitet werden kann und infolge der
im Querschnitt größeren Dicke
der Lichtleiterplatte in diesem erhabenen Bereich 50 hinreichend
Platz zur Anordnung der Tastenführungen
und Lagerstellen für
die Hartkappen-Wipptaste 6 und Hartkappentaste 7 zur
Verfügung
steht.
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3 zeigt
in einer Draufsicht auf das Tastenfeld 1 die An-und Zuordnung der
aus der Schaltmatte herausgebildeten Tasten 3 zu den gestrichelt
dargestellten Tastendurchbrüchen 12 und
den ebenfalls gestrichelt dargestellt konischen Lichteinkoppelflächen 11
am Umfang der Tastendurchbrüche 12.
In den beiden zwischen den in drei Reihen angeordneten Tasten 3 gebildeten
Zwischenräumen
sind in gleichen Abständen
zueinander jeweils drei ebenfalls gestrichelt dargestellte Lichtumlenkkegel 10 angeordnet,
die das von den darunter in Öff nungen
der Leiterplatte vorgesehenen Leuchtdioden abgestrahlten Lichts
in die Lichtleiterplatte einkoppeln. Unterhalb der aus der Schaltmatte
herausgeformten Tasten 3 befinden sich in der Lichtleiterplatte
die Tastendurchbrüche 12,
an deren Umfang die konischen Lichteinkoppelflächen 11 ausgebildet
sind, von denen aus das in die Lichtleiterplatte eingekoppelte Licht
in die transluzenten Tasten 3 abgezweigt wird.
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Im oberen Bereich des Tastenfeldes
sind die Kurzhubtasten in Form der Hartkappen-Wipptaste 6 sowie
der seitlich von der Hartkappen-Wipptaste 6 angeordneten
Hartkappentasten 7 vorgesehen, die mit der Polydomschaltmatte 8 zusammenwirken.
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Den Lichtumlenkkegeln 10 in
der Lichtleiterplatte 5 sind gemäß 4 Leuchtdioden 13 zugeordnet, die
in Bohrungen 20 der Leiterplatte 2 angeordnet
und über
an der der Lichtleiterplatte 5 entgegengesetzten Oberfläche der
Leiterplatte 2 angeordnete Leitungen gespeist werden. Die
Leuchtdioden 13 bzw. die Bohrungen 20 in der Leiterplatte 2 fluchten
mit den Lichtumlenkkegeln 10 der Lichtleiterplatte 5,
so dass das von den Leuchtdioden 13 emittierte Diodenlicht
durch die Bohrungen 20 in der Leiterplatte 2 an
der Unterseite der Lichtleiterplatte 5 eingekoppelt wird.
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An den mittig zu den Leuchtdioden 13 angeordneten
Lichtumlenkkegeln 10 wird das von der Leuchtdiode 13 abgegebene
Licht um 90° umgelenkt,
gleichzeitig in einem 360° Winkel
gleichmäßig in die
Lichtleiterplatte 5 eingestrahlt und über die ebene Fläche der
Lichtleiterplatte 5 verteilt. Infolge der mehreren auf
der Fläche
der Lichtleiterplatte 5 angeordneten Lichtumlenkkegel 10 und
der diesen zugeordneten Leuchtdioden 13 wird auch gleichzeitig
eine gleichmäßige Lichtstärkeverteilung über die
Fläche
der Lichtleiterplatte 5 erzielt.
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Die versetzt zu den Lichtumlenkkegeln 10 angeordneten
Tasten 3 weisen einen transluzenten, das heißt milchig-transparenten
Tastenkörper 30 auf.
Das in die Lichtleiterplatte 5 eingekoppelte Licht wird
an den winklig zur Längserstreckung
der Lichtleiterplatte 5 am Umfang der Tastendurchbrüche 12 angeordneten
konischen Lichteinkoppelflächen
11 um ebenfalls 90° umgelenkt
und gemäß 5 in den Tastenkörper 30 abgezweigt,
so dass die transluzenten Tasten 3 be- und hinterleuchtet
werden.
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Die Hartkappen-Wipptaste 6 und
die beidseitig der Hartkappen-Wipptaste 6 angeordneten
Hartkappentasten 7 können
entweder ebenfalls klarsichtfarbig ausgebildet werden, so dass über die
Lichtleiterplatte 5 und die Polydomschaltmatte 8 in
analoger Weise Licht in die Hartkappen-Wipptaste 6 und
die Hartkappentasten 7 eingekoppelt wird oder sie sind
undurchsichtig ausgebildet und enthalten auf ihren Tastenkappen 60 Durchbrüche, in
die klarsichtige und/oder farbig-lichtdurchlässige Kunststoffteile mit Symbol-Querschnittsflächen eingesetzt
sind, die als Pfeile, Punkte oder dergleichen ausgebildet sind. Über Lichtleitelemente 63 in Form
von Hohlzylindern oder Leitflächen
wird das Licht von der Lichtleiterplatte 5 zu dem in die
Tastenkappe 60 der Hartkappen-Wipptaste 6 eingelassen
Symbol 64 geleitet.
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6 zeigt
einen Schnitt durch die Anordnung und Lagerung einer Hartkappentaste
7 im erhabenen Bereich 50 der Lichtleiterplatte 5.
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Die in den erhabenen Bereich 50 der
Lichtleiterplatte 5 eingelassene Zylinderführung 54 dient
zur Aufnahme des Tastenstößels 72 der
Hartkappentaste 7. Der Tastenstößel 72 ist als Hohlzylinder
ausgebildet und ermöglicht
somit das Einkoppeln von Licht aus der Lichtleiterplatte 5 zur
Tastenkappe 70 und dem in die Tastenkappe 70 eingelassenen
Symbol 74 gemäß 2. Die Unterseite des Tastenstößels 72 stößt an einen Schaltdom 81 der
Polydomschaltmatte 8 an, der über den Dom 91 auf
die Polydomfolie 9 einwirkt, die – wie vorstehend beschrieben – bei Betätigung umspringt
und das unterhalb des Doms 91 angeordnete Schaltmittel auf
der Leiterplatte 2 kurzschließt.
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6 zeigt
weiterhin eine in eine Bohrung 55 der Lichtleiterplatte 5 eingreifende
Stiftrippe 73, die von der Unterseite der Tastenkappe 70 der
Hartkappentaste 7 absteht. Mittels eines Klebefilms 15 ist
die Polydomfolie 9 mit der Unterseite der Lichtleiterplatte 5 bzw.
der in die Lichtleiterplatte 5 eingesetzten Polydomschaltmatte 8 verklebt.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung beschränkt sich
nicht auf eine Hinterleuchtung von Tastenfeldern von Kommunikationsendgeräten wie
Mobiltelefonen und Schnurlostelefonen, sondern kann in analoger
Weise auch auf andere, insbesondere mobile Kleingeräte, wie
Fernbedienungen, Organizer und Notebooks Anwendung finden, bei denen
es auf eine homogene Lichtverteilung und gute Erkennbarkeit von
Tasten und deren Funktionen ankommt.
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