DE9415289U1 - Area lighting of tactile membrane keyboards - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die Erfindung betrifft eine flächenmäßig integrierte Beleuchtung von Folientastaturen, deren Tastpunkte bezüglich der Betätigungscharakteristik einen Kraft-Druckpunkt haben, der durch den Bediener überwunden werden muß, um die elektrische Funktion des Kontaktschließens ("momentary contact") eines Tasters auszulösen. Tastaturen mit einer Betätigungscharakteristik mit Schnappeffekt (Fig. 2) werden mit dem Fachbegriff als "taktile Tastaturen" bezeichnet.The invention relates to a surface-integrated illumination of membrane keyboards, the touch points of which have a force pressure point with regard to the actuation characteristics, which must be overcome by the operator, in order to trigger the electrical function of the contact closure ("momentary contact") of a button. Keyboards with an actuation characteristic with a snap effect (Fig. 2) are referred to in the technical term as "tactile keyboards".
Bei Folientastaturen wird die taktile Charakteristik entweder durch den Einbau spezieller Elemente (Schnappscheiben) oder besonders hergestellter {"Dom-geprägter") Kunststoff-Folien realisiert.In membrane keyboards, the tactile characteristics are realized either by installing special elements (snap-on disks) or specially manufactured {"dome-embossed") plastic foils.
Um auch bei schlechten Umgebungslichtverhältnissen ein sicheres Finden der gewünschten Taste zu gewährleisten,wird bei Tastaturen ein "Selbstleuchten" der Tastfelder, insbesondere deren Beschriftung, gefordert.In order to ensure that the desired key can be found safely even in poor ambient light conditions, keyboards must have "self-illuminating" key fields, especially their labels.
Die flächenhafte Beleuchtung von Tastaturen wird grundsätzlich als Durchleuchtung von hinten ("Hinterleuchtung") ausgeführt, da eine Anordnung von Lichtquellen auf der Bedienseite/Oberfläche der Tastatur nicht in Frage kommt.The surface lighting of keyboards is generally carried out as illumination from behind (“backlighting”), since an arrangement of light sources on the operating side/surface of the keyboard is out of the question.
Für die Beleuchtung des Tastpunktbereichs einer Tastatur besteht somit die Aufgabe, die Kontur und meist vorhandene Beschriftung des Tastpunktes, die durch durchscheinende Bedruckung der Frontfolie entsprechend gestaltet sind, von hinten zu durchleuchten. Das bedeutet, daß unter der Frontfolie eine Lichtquelle vorhanden sein muß, und daß die über dieser Lichtquelle liegenden Teile lichtdurchlässig sein müssen, damit keine Schattenkonturen von hinten auf die Tastfläche projiziert werden. Wenn die Lichtquelle direkt hinter dem zu durchleuchtenden Funktionselement Frontfolie liegen kann, besteht kein weiteres Problem mit Schattenerzeugung. Je weiter "hinten" aber die Lichtquelle liegen muß um so mehr andere Funktionsteile des Tasters (wie Kontaktfedern, Stößel, etc.) kommen zwischen Lichtquelle und Tastkappe zu liegen und um so schwieriger (bis unlösbar) wird das Problem der Schattenerzeugung, da diese Funktionsteile in der Regel nicht in transparenter Ausführung realisiert werden können.The task of lighting the touch point area of a keyboard is to illuminate the contour and usually existing labeling of the touch point, which are designed accordingly by means of translucent printing on the front foil, from behind. This means that there must be a light source under the front foil and that the parts above this light source must be translucent so that no shadow contours are projected onto the touch surface from behind. If the light source can be located directly behind the functional element of the front foil to be illuminated, there is no further problem with shadow creation. However, the further "back" the light source must be, the more other functional parts of the button (such as contact springs, plungers, etc.) are located between the light source and the key cap and the more difficult (or even unsolvable) the problem of shadow creation becomes, since these functional parts cannot usually be made transparent.
Außerdem haben die meisten verfügbaren Lichtquellen solch große Höhen-/Dickenmaße, daß sie überhaupt nicht zwischen die Elemente eines Tasters oder Schalters eingeplant werden können, ohne die Originalbauhöhe und damit die Konstruktion desselben drastisch zu verändern.In addition, most available light sources have such large height/thickness dimensions that they cannot be installed between the elements of a button or switch without drastically changing the original height and thus the design of the button or switch.
Das heißt, solche üblichen Lichtquellen können nur hinter dem zu beleuchtenden Taster/Schalter, im hier zu betrachtenden Fall, der Folientastatur angeordnet werden. Dies aber bedeutet, daß alle zwischen Lichtquelle und Frontfolie liegenden Funktionselemente {Leiterbahnen, Schnappscheiben, etc.) lichtdurchlässig sein müßten. Dies ist nur in speziellen Ausführungen mit besonderen Materialien möglich {"Touch-screen-Systeme"), deren grundsätzliche, funktionell Eigenschaften aber von der hier betrachteten, taktilen Folientastatur stark abweichen.This means that such conventional light sources can only be arranged behind the button/switch to be illuminated, in the case under consideration here, the membrane keyboard. However, this means that all functional elements located between the light source and the front membrane (conductor tracks, snap-on disks, etc.) must be translucent. This is only possible in special designs with special materials (“touch screen systems”), the basic functional properties of which, however, differ greatly from the tactile membrane keyboard considered here.
Mit EL(Elektro-Lumineszens)-Folien-Lichtquellen ist dagegen der oben angesprochene Einbau in den Taster/Schalter hinter der zu beleuchtenden Frontfolie, möglich, so daß die Problematik der Schattenerzeugung und der transparenten Materialien für die Funktionselemente entfällt.With EL (electro-luminescence) foil light sources, however, the above-mentioned installation in the button/switch behind the front foil to be illuminated is possible, so that the problem of shadow creation and transparent materials for the functional elements is eliminated.
EL{Elektro-Lumineszens)-Folien werden seit einigen Jahren zur Beleuchtung von Flächen von wenigen cm2 bis ca. 1 m2 verwendet. Ein besonderer Vorteil dieser Beleuchtungstechnologie ist, daß die Bauhöhe des EL-Elementes kleiner als 1 mm sein kann, und daß das Element mehr oder weniger flexibel ist. EL-Folien wurden bislang in gekapselter Form verwendet, wobei das EL-Element durch beidseitig auflaminierte Schutzfolien vor Feuchtigkeit geschützt wird. In dieser Ausführung ist die Dicke des EL-Foliensystems ca. 1 mm und damit kaum noch flexibel; dies schränkt die Anwendung des EL-Systems auf die Fälle ein, wo das EL-Laminat flach in eine nicht-taktile Tastatur eingebaut wird, deren Tastpunkte einen Betätigungshub von <0,2 mm haben.EL (electroluminescence) films have been used for several years to illuminate areas from a few cm 2 to around 1 m 2 . A particular advantage of this lighting technology is that the height of the EL element can be less than 1 mm and that the element is more or less flexible. EL films have previously been used in encapsulated form, with the EL element being protected from moisture by protective films laminated on both sides. In this version, the thickness of the EL film system is around 1 mm and therefore hardly flexible; this limits the use of the EL system to cases where the EL laminate is installed flat in a non-tactile keyboard whose touch points have an actuation stroke of <0.2 mm.
Wegen diesem durch die Steifigkeit der gekapselten EL-Folien gegebenen Problem werden bislang bei taktilen Folientastaturen mit einem Hub > ca.0,2 mm die EL-Folien für den Tastpunktbereich ausgestanzt. Damit liegt die EL-Folie im Bereich außerhalb der Tastpunkte unbeweglich im Aufbau und es wird damit nur die Umgebung der Tastpunkte beleuchtet. Eine Durchleuchtung (Hinterleuchtung) der Tastpunktfläche mit einer meist dort angeordneten Beschriftung ist damit nicht möglich.Because of this problem caused by the rigidity of the encapsulated EL foils, the EL foils for the touch point area have so far been punched out on tactile membrane keyboards with a stroke of > approx. 0.2 mm. This means that the EL foil in the area outside the touch points is immobile in the structure and only the area around the touch points is illuminated. It is therefore not possible to illuminate (backlight) the touch point area with the labeling usually located there.
In Folientastaturen werden die einzelnen Folien großflächig mittels sog. Haftklebefilmen miteinander verklebt, damit die einzelnen Folien unbeweglich und eben aufeinander fixiert sind und gleichzeitig eine Rundum-Dichtigkeit der durch Ausbrüche der inneren Folien gebildeten Schaltkammern gegenüber der Umwelt erreicht wird.In membrane keyboards, the individual foils are bonded together over a large area using so-called pressure-sensitive adhesive films so that the individual foils are immobile and fixed evenly to one another and at the same time an all-round seal against the environment is achieved for the switching chambers formed by breakouts in the inner foils.
G 94 15 289.6*" * Blatt - 4-G 94 15 289.6*" * Sheet - 4-
Seit einiger Zeit werden auf dem Markt EL-Basissysteme ohne äußere als Feuchtigkeitsbarriere dienende Schutzfolien angeboten, wodurch die EL-FoIien wesentlich flexibler sind und auch schneidbar werden, so daß der Anwender selbst dem EL-Element die gewünschte Form geben kann.For some time now, EL basic systems have been available on the market without external protective films that act as a moisture barrier, which makes the EL films much more flexible and also cuttable, so that the user can give the EL element the desired shape himself.
Dieses wesentlich dünnere EL-Basissystem, Dicke ca. 0,3 mm, kann vom Anwender zwischen Schutzschichten eingebaut werden, die bereits in seinem System (z.B. Folientastatur) vorhanden sind. Damit kann einerseits Material gespart werden und andererseits die Dicke des Gesamtaufbaus verringert werden.This much thinner EL base system, thickness approx. 0.3 mm, can be installed by the user between protective layers that are already present in their system (e.g. membrane keyboard). This saves material on the one hand and reduces the thickness of the overall structure on the other.
Allerdings besteht auch bei Verwendung solcher dünner EL-Laminate noch immer das Problem, daß die Flexibilität des dünnen Basis-EL-Laminats noch immer zu gering ist und die Taktilität von taktilen Folientastaturen noch spürbar reduziert wird. Dies rührt daher, daß die EL-Folie in das Laminat der Foüentastatur so integriert ist, daß sie zwar im Bereich der einzelnen Tastpunkte nicht mit der Frontfolie und dem "Unteraufbau" verklebt wird, aber die Größe dieser unverklebten Fläche doch nicht ausreichend groß gemacht werden kann, so daß die Steifigkeit der EL-Folie - über den Betätigungsweg S]< von bis zu 0,6 mm hinweg - die sog. "Kraft-Weg-Charakteristik" des Tastpunktes merklich beeinflußt, da sich bei dem Laminataufbau von Frontfolie (1) und EL-Folienelement (3) über dem Schaitkammer-Ausbruch der Tastpunkte im Schaltpaket, bestehend aus Leiterplatte (7) und Arretierfolie (6) mit Schnappscheiben (5), die Rückstellkraft des EL-Folienelement-Bereichs zu der des Frontfolienbereichs addiert und sich so die Kennlinie b in Fig. 2 ergibt.However, even when using such thin EL laminates, the problem still exists that the flexibility of the thin base EL laminate is still too low and the tactility of tactile membrane keyboards is still noticeably reduced. This is because the EL foil is integrated into the laminate of the foil keyboard in such a way that, although it is not glued to the front foil and the "substructure" in the area of the individual touch points, the size of this unglued area cannot be made sufficiently large, so that the stiffness of the EL foil - over the actuation path S]< of up to 0.6 mm - noticeably influences the so-called "force-displacement characteristic" of the touch point, since in the laminate structure of the front foil (1) and EL foil element (3) above the switch chamber breakout of the touch points in the switch package, consisting of the circuit board (7) and locking foil (6) with snap disks (5), the restoring force of the EL foil element area is added to that of the front foil area, thus resulting in the characteristic curve b in Fig. 2.
Der unverklebte Bereich bei Frontfolie (1) bzw. EL-Fo!ienelement (3) kann meist nicht größer gemacht werden als eine Kreisfläche mit Durchmesser zwischen 15 mm bis 19 mm, wenn mehrere Tastpunkte nebeneinander liegen. Solche am Rand verklebte ("eingespannte") Folienkreisflächen haben bei den überlicherweise hier eingesetzten Folienmaterialien und Dicken Rückstellkräfte in der Größe von mehreren Newton; wenn das taktile Element (Schnappscheibe) eine Druckpunktkraft Kos von üblicherweise zwischen 2 und 3 Newton hat, wird wegen der Addition der Rückstellkräfte des Folienlaminats aus Frontfolie (1) und EL-Folienelement (3) und der Schnappscheibe (Kennlinie a in Fig. 2) die Kraft-Weg-Betätigungscharakteristik des Tastpunktes der beleuchteten Folientastatur in der Art verändert, daß über den Wegbereich kein Kraftabfall und damit kein Druckpunkt mehr entsteht, wodurch kaum noch eine Taktilität spürbar ist (Kennlinie c in Fig. 2)und die Schaltbetätigungskraft Ks auf einen vergleichsweise hohen Wert zu liegen kommt (Vergleich von Ks mit Ks in Fig. 3).The unglued area of the front foil (1) or EL foil element (3) can usually not be made larger than a circular area with a diameter of between 15 mm and 19 mm if several touch points are located next to each other. Such circular foil areas glued at the edge ("clamped") have restoring forces of several Newtons with the foil materials and thicknesses usually used here; If the tactile element (snap-action disk) has a pressure point force Kos of usually between 2 and 3 Newtons, the force-displacement actuation characteristic of the touch point of the illuminated membrane keyboard is changed due to the addition of the restoring forces of the foil laminate made up of the front foil (1) and EL foil element (3) and the snap-action disk (characteristic curve a in Fig. 2) in such a way that there is no drop in force and thus no pressure point over the travel range, whereby hardly any tactility is noticeable (characteristic curve c in Fig. 2) and the switch actuation force Ks is at a comparatively high value (comparison of Ks with Ks in Fig. 3).
Dieses durch die Festigkeit der EL-Fo!ien verursachte Taktilitätsproblem wird durch die im folgenden vorgeschlagene Lösung auf einfache Art wirksam gelöst.This tactility problem caused by the strength of the EL foils is effectively solved in a simple way by the solution proposed below.
Das Prinzip der Lösung ist, daß die EL-Folienfläche, die zum Beleuchten der Tastfläche benötigt wird, durch u-förmiges Einschneiden voll beweglich gemacht wird und sie damit der Auslenkung der Tastpunktfläche keinerlei zusätzlichen Widerstand entgegensetzt. Dadurch wird die Rückstellkraft des Laminat-Tastpunktbereiches (Kennlinie d in Fig. 3) durch den EL-Folienelement-Antei! nur unbedeutend gegenüber der Rückstellkraft der Frontfolie (1) erhöht, so daß die Taktilität des beleuchteten Tastpunktes (Kennlinie e in Fig. 3), gegeben durch den Kraft-Abfall zwischen Druckpunkt KDT und Kraft Kr (Fig. 3), noch gut spürbar ist für den Benutzer. Die Leuchtfunktion bleibt über den vollen Betätigungsweg erhalten, da die elektrische Betriebsspannung über den "Schamier"-Steg der u-förmigen Einschneidung ohne Einschränkung in der bewegten u-förmigen Fläche wirksam bleibt, also diese leuchtet. Die im Scharnierbereich auftretenden Biegespannungen können von dem EL-Laminat, wie Lebensdauer-Versuche gezeigt haben, ohne Funktionsprobleme verkraftet werden.The principle of the solution is that the EL foil surface required to illuminate the touch surface is made fully mobile by a U-shaped cut, so that it does not offer any additional resistance to the deflection of the touch point surface. As a result, the restoring force of the laminate touch point area (characteristic curve d in Fig. 3) is only increased insignificantly by the EL foil element proportion compared to the restoring force of the front foil (1), so that the tactility of the illuminated touch point (characteristic curve e in Fig. 3), given by the drop in force between the pressure point K DT and the force Kr (Fig. 3), is still clearly perceptible for the user. The lighting function is maintained over the entire actuation path, since the electrical operating voltage remains effective without restriction in the moving U-shaped surface via the "hinge" bar of the U-shaped cut, i.e. it lights up. The bending stresses occurring in the hinge area can be absorbed by the EL laminate without functional problems, as durability tests have shown.
Fig. 1 zeigt die Einzelelemente einer solchen mit einer EL-FoNe hinterleuchteten, taktilen Folientastatur, bei der die Taktilität (und elektrische Schaltfunktion) durch den Einsatz von metallischen Schnappscheäben (5) erzielt wird. Diese sitzen auf der Leiterplatte (7) auf und werden durch die auf die Leiterplatte laminierte "Arretier"-Folie (6) in Position gehalten. Die Laminierung (Verklebung) von Leiterplatte (7) und Arretierfoiie (6) erfolgt durch einen (nicht gezeichneten) Haftklebefilm; er ist Teil der Arretierfolie (6).Fig. 1 shows the individual elements of such a tactile membrane keyboard backlit with an EL film, in which the tactility (and electrical switching function) is achieved by using metallic snap disks (5). These sit on the circuit board (7) and are held in position by the "locking" film (6) laminated onto the circuit board. The lamination (bonding) of the circuit board (7) and the locking film (6) is carried out by a pressure-sensitive adhesive film (not shown); it is part of the locking film (6).
Die Arretierfolie (6) trägt auf ihrer Oberseite auch einen (nicht eingezeichneten) Haftklebefilm, der zunächst mit einem Abdeckpapier abgedeckt ist, bis das darüber liegende Element, die EL-Folie (3) mit Schutzfolie (4) auf die Arretierfolie (6) laminiert wird. Schutzfolie (4) und EL-Folie (3) werden mit dem auf der Oberseite der Schutzfolie (4) befindlichen (nicht eingezeichneten) Haftklebefilms zuerst aufeinander laminiert und dann werden die u-förmigen Einschneidungen (8) gleichzeitig an beiden Elementen angebracht.The locking film (6) also has a (not shown) adhesive film on its top, which is initially covered with a masking paper until the element above it, the EL film (3), is laminated to the locking film (6) with protective film (4). The protective film (4) and EL film (3) are first laminated to one another with the (not shown) adhesive film on the top of the protective film (4) and then the U-shaped incisions (8) are made simultaneously on both elements.
Die Frontfolie (1) wird mittels des in den Tastpunktbereichen ausgestanzten Klebefilms (2) auf die EL-Folie (3) laminiert. Die Ausstanzungen des Klebefilms (2) in den Tastpunktbereichen gewährleisten, daß über die Frontfolie die beweglichen Zungen des EL-Folie/Schutzfolie-Laminates ohne Widerstand betätigt werden können.The front foil (1) is laminated to the EL foil (3) using the adhesive film (2) punched out in the touch point areas. The punched out areas of the adhesive film (2) in the touch point areas ensure that the movable tongues of the EL foil/protective foil laminate can be operated without resistance via the front foil.
G 94 15 289.6 Blatt - 6 -G 94 15 289.6 Sheet - 6 -
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 2 angegeben. An advantageous embodiment of the invention is specified in claim 2.
Da die Kraftübertragung via Frontfolie und EL-Folie auf das "Schaltpaket" mit taktiler Kraft-Weg-Charakteristik punktförmig erfolgt (das taktile Element im "Schaltpaket" ist ein dom-förmiges Gebilde entweder in Form einer metallischen Schnappscheibe oder einer geprägten Kunststoff-Folie), kann zur Reduzierung eines eventuell zu großen Flächendrucks in der "punktuellen" Berührung von EL-Folie mit taktilem Element eine Schutzfolie zwischen EL-Folie und "Schaltpaket" angeordnet werden. Diese Schutzfolie erhält ebenfalls die u-förmige Einschneidung. Die Schutzfolie kann zwecks rationeller Fertigung vor dem Einschneiden auf die EL-Folie laminiert werdenund zusammen mit dieser mit den Einschneidungen versehen werden.Since the force is transmitted via the front foil and EL foil to the "switching package" with tactile force-displacement characteristics in a point-like manner (the tactile element in the "switching package" is a dome-shaped structure in the form of either a metallic snap-action disk or an embossed plastic foil), a protective foil can be placed between the EL foil and the "switching package" to reduce any excessive surface pressure in the "point" contact between the EL foil and the tactile element. This protective foil also has the U-shaped notch. For the sake of efficient production, the protective foil can be laminated to the EL foil before it is cut and provided with the notches together with it.
Claims (2)
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| DE9415289U1 true DE9415289U1 (en) | 1995-04-06 |
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1994
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