DK167084B1 - Folietastatur - Google Patents

Description

DK 167084 B1

Opfindelsen angår et tastatur af den i krav l's indledning angivne art.

Kendte folietastaturer har to med mellemrum anbragte folier, der hver har ledende tasteområder. De over for hinanden be-5 liggende tasteområder henholdsvis tastekontakter er isoleret fra hinanden ved hjælp af et mellemrum, der indeholder luft.

Ved tryk på en folies tasteområde deformeres denne og det derpå værende liggende lag, indtil der er dannet en kontakt med det ledende lag på den nedre folie. Da tastekontakten 10 således bevæges og deformeres ved hver betjening, kan det efter en vis brugsvarighed komme til træthedsforekomster og fejlkontakter. Den i mellemrummene indeholdte luft kan bidrage til kontaktoxidering og kan ved stor omgivelsestemperatur eller lavt ydre tryk (f.eks. i stor højde) udvide sig så me-15 get, at tastaturets funktion forringes eller tastaturet beskadiges. Ved disse fuldstændigt passivt arbejdende folietastaturer forefindes der på tastaturets lederbaner til stadighed en udefra tilført spænding, der skal omskiftes, og som bevirker elektrolytiske virkninger og oxidering og således 20 kan forringe tastaturets livslængde.

Fra europæisk offentliggørelsesskrift nr. 0.107.318 kendes et tastatur, hvor der benyttes piezokrystaller som signalgiver, I denne forbindelse drejer det sig ikke om et tastatur med en folie- henholdsvis lagopbygning, men enkelte piezokrystalele-25 menter er fastgjort under en stiv husoverflade, i hvilken forbindelse der er tilvejebragt flere mellemlag mellem hver krystal og huset.

Fra US patentskrift nr. 4.190.785 kendes endvidere et stift piezoelektrisk tastatur, der har en gennemgående piezoelek-30 trisk belægning under en stiv plade. En sådan indretning viser en kraftig krydstale mellem de enkelte taster.

Fra FR offentliggørelsesskrift nr. 2.455.402 kendes endvidere et tastatur med elementer af under trykpåvirkning ledende DK 167084 B1 2 gummi.

Der kendes talrige tryktastaturer, som anvender piezoelektri-ske krystalelementer. Disse er fortrinsvis udformet som enkelttaster med komplicerede ledningstilslutninger, jvf. US-PS 5 nr. 3.339.104, nr. 3.553.588, nr. 3.464.531, nr. 3.940.637, nr. 3.976.899, nr. 4.137.475 og nr. 4.185.621 samt DE-OS nr.

20 64 657 og nr. 32 26 350. Udformningen af hele tastaturet ved sådanne enkeltafbrydere eller -taster synes på grund af den enorme kompleksitet næppe realiserbare.

10 Hvor integreret tastatur med piezoelektriske elementer foreslås, bygges de enten på piezoelektrisk folier (US-PS nr. 4.190.785), med stærk krydstale mellem de enkelte taster eller enkeltelementerne (EP-A-107.318), som ved hver tast har ledningstilslutninger, og som støbes ind i kunstharpiks for 15 at tilvejebringe tilstrækkelig stabilitet og tilslutningssikkerhed. Sådanne tastaturer bliver derfor relativt tykke og vanskelig håndterbare.

Der kendes også tastaturer med folielagopbygning for passive afbrydere (kontakter eller modstande). Det er imidlertid nød-20 vendig med en betydelig tastevej, som betinger en tilsvarende elastisk folieopbygning jvf. FR-A-2.455.402, US-PS nr.

4.375.018, nr. 4.207.443 og nr. 4.431.882. Der tilvejebringes her ikke noget tastatur, som er fri for træthedssvækkelse af materialet.

25 De tidligere kendte foliestrukturer bygger således på passive afbryderelementer med tastevej, og det er derfor nødvendig med en elastisk struktur. Da piezoekrystalelementerne mekanisk er meget følsomme (kan let brydes i stykker), er disse af fagmanden ikke blevet anset som egnet i integration af 30. sådanne elastiske foliestrukturer. Sådanne krystalelementer er til nu blevet anbragt i stive huse eller støbt ind i kunstharpiks. Passive abryderelementer i elastiske foliestrukturer står således i modsætning til piezoekry- DK 167084 B1 3 stalelementer i stive huse.

Det er den foreliggende opfindelses formål at anvise et tastatur med folieopbygning, der ikke har de ovenfor nævnte ulemper eller kun har disse i formindsket målestok. Dette op-5 nås ved, at det indledningsvis omtalte tastatur ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte.

Ved at anbringe trykfølsomme krystalelementer mellem folierne kan man i stor udstrækning undgå forstyrrende luftkamre og 10 betjeningen kan praktisk ske uden nogen forskydningsvej. Da krystalelementerne ved trykpåvirkning aktivt afgiver spænding, kan man give afkald på en udefra tilført spænding, dvs., at tastaturet i hviletilstand er spændingsfrit.

Nedenfor forklares udførelseseksempler for opfindelsens genis stand på grundlag af tegningen, hvori fig. 1 i perspektiv viser tastatur med kun delvis gengivne folier, fig. 2 viser et længdesnit gennem et tastatur af lignende art som vist i fig. 1, 20 fig. 3 viser et krystalelement, set fra siden, fig. 4 viser et andet krystalelement, set fra oven, fig. 5 er et snit gennem en udførelsesform for tastaturet med hvælvet krystalelement, fig. 6 er et snit gennem en videre udførelsesform for tasta-25 turet, og fig. 7 er et snit gennem en yderligere udførelsesform for tastaturet.

DK 167084 B1 4

Fig. 1 viser et folietastatur med tre tryktaster, med folierne 1, 2 og 3 og krystalelementerne 6a, 6b, 6c. Enkelte folielag er af hensyn til den tydelige gengivelse kun vist delvis. Den første folie 1 danner et underlag for tastaturets 5 yderligere dele og kan bestå af kendte plastmaterialer, f.eks. polyester eller polycarbonat. Folien l's tykkelse er vist forstørret i fig. 1. Ved et typisk folietastatur andrager den ca. 0,1 mm, men kan frit vælges inden for et stort område. Således kan der i stedet for folien 1 også anvendes 10 en stiv plade med vilkårlig tykkelse. På folien 1 ligger krystalelementerne 6a, 6b og 6c an imod de steder, ved hvilke der skal dannes en tryktaste. En dækfolie 2 anbringes over krystalelementerne og klæbes sammen med folien 1. I det viste foretrukne udførelseseksempel er der tilvejebragt en yder-15 ligere folie 3 mellem folien 1 og dækfolien. Denne folie 3 har udsparinger ved de forudsete tastesteder og dens tykkelse svarer i det væsentlige til tykkelsen af krystalelementet med de tilhørende tilslutningsflader. Derved dannes en ensartet jævn tastaturoverflade, hvilket almindeligvis er fordelag-20 tigt. Folierne 1, 3 og 2 klæbes sammen, idet der på de steder, ved hvilke krystalelementerne befinder sig, almindeligvis ikke er tilvejebragt nogen lim for ikke at forstyrre den elektriske kontaktdannelse. Dækfolien 2's tykkelse er i fig. l's billede ligeledes vist forstørret og andrager typisk ca.

25 0,1 mm. Også dækfoliens tykkelse kan varieres inden for et stort område, når blot trykoverføringsfunktionen på elementet sikres. Folien 3's tykkelse er tilpasset de benyttede krystalelementer og andrager f.eks. 0,4 mm. Denne folie kan ligeledes fremstilles af en kendt plast. For et normalt ta-30 statur, der skal betjenes med fingrene, andrager krystal- elementernes diameter 10 mm, men kan, alt afhængig af tastaturets brugsformål og krystalmaterialet, vælges inden for et stort område.

Krystalelementerne 6a, 6b, 6c's placering definerer tastatu-35 rets tasteområde. Ved tryk på dækfolien 2 over et krystalelement, er der over krystalelementet en elektrisk spænding, DK 167084 B1 5 der, som er nærmere beskrevet nedenfor, affanges fra hvert element og fores til en tilslutning til tastaturet.

Som krystalelementer kommer alle piezoelektriske krystaller eller keramikstoffer, som f.eks. kvarts, bariumtitanat, bly-5 zirkontitanat eller andre kendte stoffer med piezoelektriske egenskaber i betragtning. Der kan også benyttes siliciumkrystaller. Endvidere kan de forskellige materialer også benyttes kombineret. Til forøgelse af den ved trykpåvirkningen frembragte spænding, kan der endvidere stables flere krystal-10 elementer oven over hinanden, hvilket ganske vist forøger tastaturets tykkelse. Ved en foretrukken udførelsesform omfatter en eller flere af krystalelementerne desuden en forstærker- eller logikkobling. Til dette anvendes fortrinsvis markedsførte integrerede koblinger sammen med trykfølsom kry-15 stal mellem folierne. Disse koblinger kan f.eks. indsættes til udnyttelse og signaltilpasning af tastaturspændingerne til forudgivne niveauer, f.eks. CMOS-niveauer, til indbyrdes låsning af tasterne og til tasternes kodificering. For i hviletilstand at holde tastaturet spændingsfrit, skal disse kob-20 linger fortrinsvis have det mindst mulige strømforbrug, hvilket tillader at drive koblingerne med den elektriske energi fra krystalelementet, dvs. med omformet trykenergi. For også ved lille tastetrykhyppighed at sikre funktionen, kan der på tastaturet forefindes ladningslagrende kapaciteter. Disse kan 25 f.eks. dannes af egnede belagte folier 1, 2. Også en viserindretning med lille strømoptagning, f.eks. en væskekrystal-viser, kan direkte drives med tastaturet ifølge opfindelsen.

Krystalelementernes kontaktdannelse sker fortrinsvis via lederbaner, der er påført på det ene eller begge af folierne 1, 30 2, f.eks. ved hjælp af en trykfremgangsmåde, såsom filmtryk, eller ved hjælp af klæbning. I fig. 1 ses én lederbane 4 på folien 1, der indbyrdes forbinder alle tre krystalelementer 6a, 6b, 6c over den med folien 1 vendende flade. Dette svarer til en fælles elektrisk tilslutning for tryktasterne. På den 35 mod folien 3 vendende flade af folien 2 er der anbragt ad- DK 167084 B1 6 skilte lederbaner 5, der hver fører til en tilslutningsflade 7a for de enkelte krystalelementer 6a, 6b, 6c. Disse lederbaner danner en individuel elektrisk tilslutning for hver tryktaste. Skønt der kun er vist et tastatur med tre taster, 5 kan der selvfølgelig ifølge opfindelsen dannes tastaturer med enkelte taster, indtil tastaturer med en mængde taster i vilkårlig elektrisk forbindelse. På tastaturets rand kan der frilægges lederbaner til tastaturets tilslutning, eller lederbanerne kan - som eksempelvis vist for banen 4 - ledes 10 bort på en folieforlængelse, der ved sin ene ende er udstyret med et ikke-vist stikforbindelsesorgan.

I fig. 2 ses et folietastatur med to krystalelementer 6a, 6b snit. Henvisningstallet 1 angiver igen den nedre folie, og henvisningstallet 2 dækfolien. Den mellemliggende folie 3 har 15 de nævnte udtagninger for krystalelementerne 6a, 6b og har en tykkelse, der i det væsentlige svarer til tykkelsen af et kryst al element med dettes tilslutningsflader 7a, 7b. Hvert krystalelements tilslutningsflader 7a, 7b består af ledende materiale, der er påført på krystallet på de ladningsbærende 20 flader, f.eks. ved hjælp af fordampning, tryk eller klæbning med et ledende klæbemiddel. Tilslutningsfladerne er i berøring med lederbanerne 4 henholdsvis 5 på de tilsvarende folier 1 henholdsvis 2. På dækfolierne kan der påføres et tryk eller en yderligere trykt folie, der optisk kendetegner 25 tastaturets tasteområder for brugeren. Nedenfor folien 1 kan tastaturet udstyres med et (ikke vist) mekanisk element, der giver det i sig selv valgfrie tastatur et trykpunkt, såfremt dette ønskes. Dette element kan også frembringe en støj, der tjener som tilbagemelding ved nedtrykket taste. Da den piezo-30 elektriske virkning kan vendes om (elektrostriktiv virkning), kan der imidlertid ved tastaturet ifølge opfindelsen ske en tilbagemelding på enkel måde, idet det pågældende krystalelement styres med en vekselspænding. Således kan brugeren afhængig af vekselspændingens frekvens informeres ved en føle-35 eller hørbar impulsdannelse eller ved krystallens svingninger.

DK 167084 B1 7

Fig. 3 viser, set fra siden, en speciel kry s tal elementudførelsesform. I dette tilfælde er krystallen 6 på en flade udstyret med en tilslutningsflade 7, jf. ovenfor. På den anden flade er der tilvejebragt en stiv metalskive 8, der overtager 5 den anden tilslutningsflades (7b i fig. 2) funktion. Den stive skive danner en egnet grundflade for trykudøvelsen på krystallen 6, især når folien 1 er meget tynd og underlaget dermed er fleksibelt.

I fig. 4 ses oppefra et andet krystalelement 6, der igen har 10 en stiv skive 8 på undersiden. På dette element er den øvre tilslutningsflade opdelt i de elektrisk indbyrdes adskilte områder 10 og 11. Ved forskellig størrelse af områderne 10 og II forekommer en signal spænding ved tryk på elementet ikke blot mellem tilslutningsfladerne 10 og 8 såvel som 11 og 8, 15 men også mellem områderne 10 og 11. Ved dette område kan således kun områderne 10 og 11 bringes i kontakt, hvilket kun nødvendiggør lederbaner på en af folierne, eller man kan opfange forskellige signalspændinger.

Der kan også være forudset et krystalelement, der ikke aktivt 20 frembringer et signal, men ved trykpåvirkning ændrer et påført signal. F.eks. et svingende piezokrystalelement, der ved trykpåvirkning ændrer svingningsfrekvensen eller en piezo-transistor, der under tryk ændrer kollektorstrømmen eller strømforstærkningen.

25 Som vist i fig. 2, 5, 6 og 7 er den pågældende udtagning for krystalelementet i afstandsfolien valgt større end elementet. Derved kan elementet forskydes en vis størrelse, holdes altså "svømmende" mellem underlaget 1 og dækfolien 2. Herved muliggøres små sideværts undvigebevægelser for krystallen ved ta-30 staturets bøjriingsbelastninger og muliggør den tynde lagopbygning uden risiko for krystalbrud.

Afstandsfolien 3 skal endvidere så vidt mulig være inkompres-sibel, hvilket reducerer risikoen for krydstale mellem ta-

Claims (13)

1. Tastatur med piezoelektriske taster, hvilke taster har piezokrystalelementer (6, 6a, 6b, 6c), der er forsynet med elektriske kontaktflader (7, 7a, 7b) på over- og undersiden, DK 167084 B1 kendetegnet ved, at tastaturet udviser en lagopbygning med en underlagsfolie (1), en midterfolie (3) og en dækfolie (2), at en af kontaktfladerne af hvert piezoekry-stalelement er dannet af en i det væsentlige stiv skive (8), 5 og hvor hvert piezokrystalelement i sit randområde hviler på støtteorganer (14), hvorved det pågældende krystalelement ved betjening af tasterne påvirkes til bøjning af midterfolien (3) dannes af et i det væsentlige usammentlykkeligt materiale, ved hver taste udviser en udsparing for krystalelementet 10 og har en tykkelse, der i det væsentlige er lig med tykkelsen af krystalelementerne med deres kontaktflader, og hvor underlaget, midterfolien og dækfolien indbyrdes er klæbet sammen med undtagelse af de områder, i hvilke krystalelementerne er anbragt.

2. Tastatur ifølge krav 1, kendetegnet ved, at underlaget og dækfolien har lederbaner (5) til at danne elektrisk kontakt med kontaktfladerne.

3. Tastatur ifølge krav 2, kendetegnet ved, at lederbanerne (5) på dækfolien (2) har et forhøjet område (15) 20. centrum af hvert tasteområde.

4. Tastatur ifølge krav 2 eller 3, kendetegnet ved, at støtteorganerne dannes af forhøjede områder (14) af lederbanerne (4) på anlægget (1) .

5. Tastatur ifølge et af ovenstående krav, kendeteg-25 net ved, at krystalelementet dannes af et piezokvartskry- stalelement og/eller et piezokeramikelement og/eller et siliciumkryst alelement .

6. Tastatur ifølge krav 5, kendetegnet ved, at krystalelementet omfatter en forstærker og/eller logikkob- 30 ling.

7. Tastatur ifølge krav 6, kendetegnet ved, at DK 167084 B1 koblingen kan drives med den elektriske energi fra krystal-elementet.

8. Tastatur ifølge et af de foregående krav, kende -tegnet ved, at flere krystalelementer er anbragt over 5 hinanden.

9. Tastatur ifølge et af de foregående krav, kende -tegnet ved, at der i tasteområdet er tilvejebragt et mekanisk element til definition af tastaturtrykpunktet.

10. Tastatur ifølge et af de foregående krav, kende -10 tegnet ved, at krystalelementet kan styres aktivt til frembringelse af et hør- og/eller følbart tilbagemeldingssignal .

11. Tastatur ifølge et af de foregående krav, kende -tegnet ved, at udtagningen for krystalelementet (6a, 15 6b) i midterfolien (3) har en diameter, der er større end krystalelementets diameter.

12. Tastatur ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at krystalelementet (16) har en hvælving.

13. Tastatur ifølge et af de foregående krav, kende -20 tegnet ved, at dækfolien (2) har en tykkelse, der ved tastebetjening muliggør en trykoverføring til krystalelementet i det væsentlige uden deformering af dækfolien.