DE3643124C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tastatur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Tastatur ist aus der DE-PS 32 39 324 bekannt. Dort wird eine relativ dicke flexible Schicht verwendet, in welcher sog. Druckdome ausgebildet sind, deren Seitenwände einstückig an der flexiblen Schicht angeformt sind, jedoch eine geringere Materialstärke haben und daher flexibler sind. Die Mitte des Druckdomes ist in der einen Schaltstellung von der Grundplatte im Abstand gehalten, und zwar durch die Feder­ kraft der Seitenwände der Druckdome. In der anderen Schaltstellung, bei der eine externe Kraft aufgebracht wird, liegt die elektrisch leitfähig beschichtete Unterseite des jeweiligen Druckdomes an Schaltkontaktflächen auf der Grundplatte auf und stellt damit den gewünschten Kontakt her. Die Herstellung derartiger flexibler Schichten mit ausgebildeten Druckdomen ist relativ teuer, da solche Schichten nur in komplizierten und damit teuren Formen gegossen oder gespritzt werden können. Auch sind diese Schichten relativ dick, was das Gewicht und die Bauhöhe der Tastatur ungünstig beeinflußt. Als weiterer Nachteil ist zu nennen, daß aufgrund der durchgehend geschlossenen flexiblen Schicht auch eine Beleuchtung einzelner Tasten nicht möglich ist.

Eine ähnliche Tastatur ist auch aus der DE-PS 25 00 701 bekannt. Auch dort wird eine durchgehend geschlossene Folie verwendet, die so geformt ist, daß sie auf ihrer Oberseite Vorsprünge aufweist, welche sich nach unten zur Schaltkon­ taktfläche hin zu Druckdomen verlängern. Diese Vorsprünge und Druckdome sind also zylindrische Körper, die durch Warmverformung der Folie hergestellt werden. Wie aus den Schnittzeichnungen der Fig. 1A, 3, 4 und 5 dieser Druck­ schrift klar erkennbar ist, handelt es sich um durchgehend geschlossene Flächen.

Ähnliche Tastaturen sind auch aus der US 43 01 845, US 43 65 130, DE-AS 24 48 587, DE-OS 26 49 667 und DE-GM 76 28 275 bekannt. Bei all diesen Tastaturen handelt es sich um sogenannte "Folien­ tastaturen", bei denen eine flexible Folie oder Membran elektrisch leitfähige Schaltflächen besitzt, die gegen­ überliegenden Schaltkontaktflächen auf einer Grundplatte zugeordnet sind. Zwischen dieser Folie und der Grund­ platte ist dabei immer ein Abstandhalter (im deutschen Fachjargon inzwischen auch "Spacer" genannt) vorgesehen. Dieser Spacer kann seinerseits eine Folie mit Durch­ brüchen sein (z. B. Folie 18 in US 43 65 130), sie kann ein rahmenartiges Stützelement sein (z. B. 63 in Fig. 12 des DE-GM 76 28 275); der Abstand kann auch durch Ver­ formung der Folie im Bereich der Schaltkontaktflächen in Form sogenannter Druckdome erzeugt werden (z. B. 35 und 35 A in Fig. 6 und 9 der DE-AS 24 48 587); schließlich können die Spacer auch aufgeklebt oder aufgedruckt sein (vgl. 26 und 42 in Fig. 1 und 4 der US 43 01 845).

Folientastaturen haben den Vorteil, daß sie sehr flach aufgebaut sein können; sie haben aber bei manchen Anwen­ dungszwecken auch den Nachteil, daß sie sehr flach aufgebaut sein müssen. Will man nämlich auf ein und derselben Platine (Grundplatte) sowohl eine Tastatur als auch weitere Bauelemente (Bestückung) aufbringen, so liegt die Oberkante der Bauelemente nicht in einer Ebene mit der Oberseite der Folientastatur. Man hat sich daher bisher dadurch geholfen, daß man dem Gehäuse einen "Sprung" gegeben hat, d. h. das Gehäuse war an der Tasta­ tur flacher als im Bereich der Bauelemente. Dies bedingt u. a. teure Formen für die Gehäuse. Auch hat man sich damit geholfen, Tastatur und Bestückung auf zwei ge­ trennten Platinen unterzubringen und diese nur über elektrische Leitungen (Kabel) miteinander zu verbinden. Dies ist in der Herstellung aufwendig, u. a. wegen der "Verdrahtung" der beiden Platinen.

Eine dritte Lösung bestand darin, die Tastatur selbst dicker zu machen, so daß ihre Aufbauhöhe über der Grund­ platte der Höhe der Bauelemente (vor allem bei SMD- Technik) oder der Lötpunkte (bei Bestückung auf der der Schaltseite gegenüberliegenden Seite der Grundplatte) entsprach. Da die üblichen Folien oder Membranen sich jedoch zerstörungsfrei nur über einen eng begrenzten Weg verformen lassen, müßte man entweder über aufwendige mechanische Führung von Tasten den gewünschten Abstand zwischen Folie und Grundplatte überbrücken, was im engeren Sinne dann keine Folientastatur mehr war. Als andere Alternative hat man statt der Folie sogenannte Schaltmatten verwendet, die aus Gummi oder Silikonkaut­ schuk bestanden, dem elektrisch leitfähige Partikel zuge­ mischt wurden. Solche Schaltmatten können relativ dick sein. Sie können bei einer Alternative so wirken, daß im entspannten Zustand der Matte ihr Durchgangswiderstand hoch ist und sich bei Zusammendrücken (z. B. durch Finger­ druck) deutlich erniedrigt, so daß man diese Widerstands­ änderung für eine Schalterfunktion ausnutzen kann. Bei einer anderen Variante arbeitet man nach dem Prinzip der Druckdome bei der (dickeren) Schaltmatte damit, daß sie an der den Schaltkontaktflächen der Grundplatte gegen­ überliegenden Stellen Ausnehmungen hat, die ggf. mit leitfähigem Material zusätzlich beschichtet sind, welche dann durch Fingerdruck und Verformung der Schaltmatte erst in elektrischen Kontakt mit der Schaltkontaktfläche gebracht werden. Eine dritte Variante solcher dicken Schaltmatten zeigt das DE-GM 75 40 879 (vgl. insbes. Fig. 10 und 11), bei dem die elektrisch miteinander zu ver­ bindenden Teile der Schaltkontaktfläche (45) ständig in elektrischem Kontakt mit einer Schaltmatte (44) stehen, deren elektrischer Widerstand jedoch bei nicht betätigtem Schalter so groß ist, daß die beiden Schaltkontaktflächen elektrisch voneinander isoliert sind. Auf der gegenüber­ liegenden Seite der Schaltmatte ist eine flexible Membran mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (42), die bei Betätigung des Schaltrs mit der anderen Seite der Schaltmatte in Berührung gebracht wird. Der Querwider­ stand (senkrecht durch die Schaltmatte hindurch) ist dabei relativ gering, so daß über diesen Weg dann die beiden Schaltkontaktflächen elektrisch miteinander verbunden werden. Es soll dort keine Widerstandsänderung der Schaltmatte durch Druck auftreten.

Wesentlicher Nachteil aller dieser Tastaturen mit (dicker) Schaltmatte ist vor allem ihr hoher Preis, jedoch auch ihr hohes Gewicht, als auch das Problem, daß zumindest bei zwei der oben beschriebenen Varianten bei geöffnetem Schaltkontakt der elektrische Widerstand nicht unendlich ist, was zur Unterscheidung der Schaltzustände aufwendige Komparatoren fordert und - vor allem bei batteriebetriebenen Geräten - zu unnötigen Leistungsver­ lusten führt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die eingangs genannte Tastatur dahingehend zu verbessern, daß man mit geringem technischen Aufwand eine leichte, betriebssichere Tastatur mit größerer Dicke (Höhe des Aufbaus über der Grund­ platte) erhält.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsbildenden Tastatur durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

Kurz zusammengefaßt besteht der wesentliche Aspekt der Erfindung darin, daß statt einer Schaltfolie oder einer Schaltmatte ein gitterartiges Netz verwendet wird, dessen Maschen flexible Schaltstege aus elektrisch leitfähigem Material aufweisen. Das gitterartige Netz übernimmt dabei sozusagen die Spacer-Funktion, während die Schaltstege die Funktion der Schaltflächen übernehmen, welche die Schalt­ kontaktflächen auf der Grundplatte elektrisch miteinander verbinden.

Vorzugsweise sind die flexiblen Schaltstege und das gitterartige Netz einstückig.

Zusätzlich können an Kreuzungspunkten des Netzes Erhö­ hungen bzw. "Füße" vorgesehen sein, die ebenfalls zur Spacer-Funktion beitragen.

Das Netz samt Schaltstegen kann zunächst aus nicht leitendem Material hergestellt sein, wobei in einem späteren Arbeitsgang nur die Schaltstege mit leitfähigem Material beschichtet werden. Nach einer anderen Variante kann das gesamte Netz einschließlich der Schaltstege aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, wobei dann natürlich dafür gesorgt werden muß, daß die Längs- und Querstäbe des Netzes keinen Kurzschluß zwischen den Leiterbahnen auf der Grundplatte hervorrufen. Dies erreicht man beispielsweise dadurch, daß die Leiterbahnen auf der Grundplatte mit einem elektrisch isolierenden Lack überdruckt werden, wobei nur die Schaltkontakt­ flächen frei bleiben. Statt dieses Lackes könnte man auch theoretisch eine Isolierfolie mit Aussparungen im Bereich der Schaltkontakte zwischen die Grundplatte und das Netz legen. Schließlich kann bei der Variante mit den Füßen bzw. Vorsprüngen auch diese Füße und ggf. die Unterseiten der Längs- und Querstäbe des Netzes mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht überziehen. Bevorzugt ist bei der Variante mit leitfähigem Netz allerdings, den Isolier­ lack aufzubringen.

Die Schaltstege können als Einzelsteg parallel zu den Stäben des Netzes verlaufen, sie können auch diagonal zur Masche verlaufen. Auch können zwei Schaltstege als Kreuz vorgesehen sein, wobei die Achsen des Kreuzes diagonal in der Masche liegen können oder parallel zu den benachbar­ ten Stäben.

Will man einen längeren Schalthub bzw. Schaltweg haben, so können die Schaltstege auch von der Grundplatte weg­ weisend (nach oben) gewölbt sein, womit man auch einen gewissen "Klick-Effekt" erreichen kann.

Über das Netz kann man eine dünne Abdeckfolie legen, die gegen Staub, Feuchtigkeit etc. schützt, wobei diese Folie mit den entsprechenden Tastensymbolen bedruckt ist, sowie auch mit Markierungen der räumlichen Lage der einzelnen Schaltkontakte. Die eine Masche umrundenden Längs- und Querstege des Netzes lassen sich bei ausreichend dünner Abdeckfolie auch vom Finger ertasten, womit die Lage der einzelnen Schaltpunkte auch taktil erfaßbar ist.

Die Deckfolie kann auch aus durchsichtigem Material sein, wobei man in die zwischen den Schaltstegen und den Stäben einer Masche verbleibenden Freiräume Beleuchtungskörper bzw. Leuchtdioden einbringen kann. Diese Leuchtdioden können auch neben der zu einem Schaltkontakt gehörenden Masche liegen.

Auch ist es möglich, bei der Tastatur nach der Erfindung mechanisch geführte Tasten vorzusehen, die auf die Schaltstege gedrückt werden und diese verformen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1A und B eine Draufsicht und eine Seitenansicht des bei der Erfindung verwendeten Netzes, jedoch noch ohne Schaltstege;

Fig. 2A bis D Draufsichten auf einzelne Maschen des Netzes mit verschiedenen Varianten der Anordnung von Schaltstegen;

Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht einer Tastatur nach der Erfindung und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Tastatur mit Tasten.

Zunächst wird auf Fig. 3 Bezug genommen.

Auf einer Grundplatte 1 aus elektrisch isolierendem Material sind Leiterbahnen 2 (z. B. aus Kupfer, Silber oder Kohlenstofflack in bekannter Weise durch Sieb­ drucken, Ätztechnik etc.) aufgebracht. An vorbestimmten Stellen sind diese Leiterbahnen zu Schaltkontaktflächen 3 ausgebildet, beispielsweise in Form von halbkreisförmigen Verdickungen, kammartig ineinandergreifenden Stücken etc. Je ein Paar solcher Schaltkontaktflächen bildet "die Schaltkontaktfläche" eines Schaltkontaktes. An der Grundplatte 1 können konventionelle Bauelemente 4 ange­ lötet sein, wobei die Anschlußbeinchen dieser Elemente durch die Grundplatte 1 hindurchragen und auf der Seite der Grundplatte 1, auf der auch die Leiterbahnen 2 auf­ gebracht sind, angelötet werden, wie durch den Lötpunkt 5 dargestellt. Es können statt dessen oder in Kombination damit auch sogenannte SMD-Bauteile 6 (Surface Mounted Device) verwendet werden, wobei diese Bauteile dann auf der Leiterbahnseite (Oberseite) der Grundplatte aufge­ lötet sind. Die Grundplatte ist dabei eben, wobei sie natürlich auch aus flexiblem Material, wie z. B. Mylar, sein kann, die auf dem ebenen Boden eines (nicht dargestellten) Gehäuses aufliegt. Die Grundplatte hat damit einen Tastaturbereich 7 und einen Bestückungsbereich 8. Im Tastaturbereich sind nun in beliebiger Anordnung, üblicher­ weise in einer Matrix-Anordnung, verschiedene Schaltpunkte 9 angeordnet, entsprechend der Lage der Schaltkontakt­ flächen 3.

Bis hierher handelt es sich im Prinzip um den herkömm­ lichen Aufbau einer Tastatur.

Bei der Erfindung ist nun ein flexibles, gitterartiges Netz auf die Grundplatte 1 auf der Leiterbahnseite angeordnet, das aus Längsstäben 11 und Querstäben 12 (Fig. 1) besteht und dementsprechend Öffnungen bzw. Maschen 13 aufweist. Das Netz 10 ist dabei gegenüber der Grundplatte 1 so ausgerichtet, daß allen Schaltkontakt­ flächen 3 jeweils genau eine Masche 13 gegenüberliegt. Vorzugsweise erfolgt die Ausrichtung so, daß die Mitte der Schaltkontaktfläche auch möglichst genau in der Mitte (Schnittpunkt der Diagonalen) der zugeordneten Masche liegt.

An den Schnittpunkten der Längs- und Querstäbe 11 und 12 kann das Netz auch noch Vorsprünge bzw. Füße 15 aufwei­ sen, die einstückig an dem Netz ausgebildet sind und zusätzlich zu der Materialdicke der Stäbe 11 und 12 eine Abstandhalter- bzw. Spacerfunktion übernehmen.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind in jeder Masche, die einer Schaltkontaktfläche gegenüberliegt nun Schaltstege 16 bzw. 17 vorgesehen, die entweder vollständig aus elektrisch leitfähigem Material sind oder eine Beschich­ tung aus elektrisch leitfähigem Material haben. Diese Stege sind ebenfalls flexibel und können durch mecha­ nischen Druck bzw. Fingerdruck so weit verformt werden, daß sie mit ihrer Unterseite die ihnen zugeordneten Schaltkontaktflächen 3 auf der Grundplatte 1 berühren, wodurch die Schaltkontaktflächen eines Paares elektrisch miteinander verbunden werden. Der gewünschte Kontakt wird also geschlossen. Beim Loslassen des Steges federt dieser zurück, womit der Kontakt wieder geöffnet wird.

Fig. 2 zeigt verschiedene Varianten für die Anordnung der Stege. In Fig. 2A sind die Stege als Kreuz ausgebildet, dessen "Balken" parallel zu den Stäben 11 und 12 des Netzes verlaufen. In Fig. 2B sind die Schaltstege ebenfalls kreuzförmig angeordnet, jedoch in diagonaler Anordnung zu den Stäben.

In Fig. 2C ist nur ein Schaltsteg 16 vorgesehen, der parallel zu den Stäben 11 und 12 liegt.

In Fig. 2D liegt ebenfalls ein Schaltsteg in einer Diagonalen der Masche.

Wie eingangs erwähnt, werden die Schaltstege 16 bzw. 17 vorzugsweise einstückig mit dem gitterartigen Netz 10 ausgebildet, ebenso wie die Füße 15. Das gesamte Netz kann dann in einer Form gespritzt oder gegossen werden.

Wie ebenfalls bereits angedeutet, kann man das gesamte Netz einschließlich Schaltstege und Füße aus elektrisch leitfähigem Material herstellen bzw. aus Silikonkautschuk, der mit elektrisch leitfähigen Partikeln, wie z. B. Graphit, Ruß und/oder Metall, versetzt ist. Hierbei ist natürlich dann Sorge zu tragen, daß die Stäbe des Netzes oder die Füße nicht in elektrischem Kontakt mit den Leiterbahnen stehen. Hierzu kann man an den Stellen, wo dies zu befürchten ist, eine elektrisch isolierende Schicht aufbringen.

Bei geeigneter Führung der Leiterbahnen auf der Grund­ platte kann man auch erreichen, daß die Füße 15 nur an solchen Stellen aufliegen, wo keine Leiterbahnen vorhan­ den sind.

Bei einer anderen Variante der Erfindung ist das kom­ plette Netz (einschließlich Schaltstege und Füße) aus elektrisch isolierendem Material, wobei dann nur die Schaltstege 16 bzw. 17 ganz oder teilweise mit elektrisch leitfähigem Material, wie z. B. Kohlenstofflack, beschichtet sind.

Über die Wahl des Materiales für die Stege, deren Dimen­ sionierung und insbesondere auch deren geometrische Ge­ staltung kann die gewünschte Schaltkraft erreicht werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Modifikation, bei der in eine Aussparung der Abdeckfolie 19 eine Taste 20 eingesetzt ist, die in dieser Aussparung aufgeführt wird. Bei Nie­ derdrücken der Taste 20 wird dann der Schaltsteg ver­ formt. Die Abdeckfolie ist in diesem Ausführungsbeispiel natürlich stabiler, um die Taste 20 zu führen. Sie muß auch nicht flexibel sein. Es kann also auch eine harte Abdeckplatte verwendet werden.

Mit der Erfindung erhält man kurz zusammengefaßt folgende Vorteile:

Man kann auf einer herkömmlichen Leiterplatte in hoher Qualität, die auch elektronische Bauelemente aufnehmen kann, eine Tastatur integrieren;
man muß nicht mehr die herkömmlichen Membrantastaturen in Folientechnik verwenden, die speziell mit der Elektronik kontaktiert werden müssen;
man benötigt weniger Einzelteile und reduziert damit den Montageaufwand, da Befestigungselemente in das gitter­ artige Netz integriert werden können, die das Netz auf der Leiterplatte fixieren und gleichzeitig justieren;
die Dicke des Netzes kann der Höhe der Lötpunkte bei kon­ ventionellen Bauteilen bzw. der Höhe von SMD-Bauteilen angepaßt werden, wodurch eine völlig ebene Oberfläche für die Tastatur und die mit ihr verbundene Elektronik möglich ist;
und man kann auch flüssigkeits- und staubdichte Tasta­ turen in einfacher Weise realisieren.

Claims (11)

1. Tastatur mit einer Grundplatte aus elektrisch isolierendem Material, auf dem Leiterbahnen und Schaltkontaktflächen auf­ gebracht sind und mit einer darüberliegenden, flexiblen Schicht, die zumindest in den Schaltkontaktflächen gegenüber­ liegenden Bereichen elektrisch leitfähig ist und in diesen Be­ reichen derart verformbar ist, daß sie in Berührung mit zuge­ ordneten Schaltkontaktflächen bringbar ist, wobei die flexible Schicht aus einem Abstand haltenden Teil besteht, das so gegen­ über der Grundplatte angeordnet ist, daß den Schaltkontakt­ flächen nur die elektrisch leitfähigen, flexiblen Teile gegen­ überliegen, die im Abstand zu den Schaltkontaktflächen liegen, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die flexible Schicht aus einem gitterartigen Netz (10) besteht,
• b) das so gegenüber der Grundplatte angeordnet ist, daß den Schaltkontaktflächen (3) nur Maschen (13) des Netzes (10) gegenüberliegen und
• c) daß die elektrisch leitfähigen, flexiblen Teile als in den Maschen (13) des Netzes (10) angeordnete Schaltstege (16, 17) ausgebildet sind.

2. Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Schaltstege (16, 17) einstückig an dem Netz (10) angeformt sind.

3. Tastatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem gitterartigen Netz (10) und vorzugsweise an Kreuzungspunkten (14) von das gitterartige Netz bildenden Längs- und Querstäben (11, 12) Erhöhungen bzw. Füße (15) vorgesehen sind, die auf der Grundplatte (1) aufliegen.

4. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz (10) aus elektrisch nicht leitendem Material ist und daß nur die Schalt­ stege (16, 17) aus elektrisch leitfähigem Material sind oder mit einem solchen beschichtet sind.

5. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz (10) einschließlich der Schaltstege (16, 17) und der Füße (15) aus elek­ trisch leitfähigem Material ist.

6. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstege als ein längs-, quer- oder diagonal zur Masche (13) verlaufender Steg oder als Kreuz (17) zweier diagonal oder paral­ lel zu Stäben (11, 12) der jeweiligen Maschen (13) liegender Steg ausgebildet sind.

7. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Teile des Netzes (10) der Schaltstege (16, 17) und der Füße (15) aus einem mit elektrisch leitenden Partikeln versetzten Polymer, vorzugsweise aus Silikonkautschuk sind.

8. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstege (16, 17) von der Grundplatte wegweisend gewölbt sind.

9. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Grundplatte (1) ab­ gewandten Seite des Netzes (10) eine - vorzugsweise durchsichtige - Abdeckfolie (19) aufgebracht ist.

10. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in ausgewählten Maschen des Netzes (10) Leuchtkörper, vorzugsweise lichtemit­ tierende Dioden angeordnet sind.

11. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Schaltstege (16, 17) in Durchbrüchen einer Platte oder der Deckfolie (19) Tasten (20) angeordnet sind zum Niederdrücken der Schaltstege.