计算机键盘的背后照明系统的制作方法

专利名称：计算机键盘的背后照明系统的制作方法
本申请是申请号为99813239.X，发明名称为“计算机键盘的背后照明系统”的在先申请的分案申请。
本发明一般涉及照明装置，用于电键开关组件和键盘，如计算机桌上电脑、便携式电脑和笔记本电脑键盘或“网络电视”的键盘。本发明尤其涉及用于键盘的从键盘键下发光的背后照明装置。
长期以来，电键开关组件操作者希望得到有照明的键盘和键板。例如，当操作者正在操作计算机键盘并且同时观察计算机监视器时，弱环境光状况是优选的，以便最大限度增加监视器屏幕对比度。同样例如，便携式电脑操作者可由于需要而处在弱光环境，如在乘飞机飞行或坐火车夜行时。
无论如何，现有技术试过许多提供有照明的键盘和键垫。还有，许多这种尝试未能成功，因为它们导致了电键开关组件照明不足，或以刺眼、使人心烦意乱的形式被照亮或不方便或昂贵。先前在键盘照明方面的努力导致脆弱的系统，所述系统耗能、发热比希望的部多。
键盘组件照明的实例见于下列专利文献。美国专利5,801,345(Milkula-Curtis等，1998)公开了一种连接于印刷电路板(PCB)底的发光二极管(LED)，所述发光二极管发光，传过印刷电路板中的孔进入光导管，每个光导管都被容纳在键帽内，通过键帽的内部传导光。同样，Mikula-Curtis等系统包括背后照明系统，所述系统带有一个在光屏障中部下方的发光二极管和标记板，所述发光二极管发光，通过被光屏障包围的区域的中心，从背后照明标记板。
美国专利#5,612,692(Dugas等，1997)公开了一种密封的发光二极管照明键盘，其中发光二极管布置在印刷电路板上。发光二极管和电路板由分隔板盖起来，所述分隔板有开口用于允许与电路板顶面电接触以及允许发光二极管光到达系统上层。这些“上层”包括带拱的半透明密封板膜和在拱上的键。这样，在Dugas专利中，键被下推迫使拱向下，由此导电的键下表面可接触电路板。发光二极管光必需通过分隔板孔，通过每拱中心，通过每个键的中心并且显出半透明数字、字母或键帽顶部中心的其它标记。
美国专利5,034,602(Garcia等，1991)公开了一种背后照明系统，其中发光器如字母/数字发光二极管或液晶显示器布置在键帽中心下或靠近分光器，重新导光通过键帽中心轴。
美国专利4,806,908(Krupnik，1989)公开了一种采用电荧光条系统，所述条延伸过显示口，该口横向延伸过键盘中电键开关的身。电荧光条在键间不透明的，静止地保持板下从键身延伸到键身，从而仅照亮电键帽，仅靠光，该光从键身内(“内部”)电荧光条的部分发出并且传播到键帽。这种来自电荧光条的内部的光传播过清洁、透明或半透明键身本体并且然后到口或另外不透明键帽的中心的半透明部。因为电荧光条走行在不透明保持板下并且通过多个键身的孔，所以电荧光条还适于防止键从保持板脱离。
所以概括地，传统背后照明技术实质意味着传/导光直接通过被照键帽中心或就在标记板以下的部分。这种方法有意控制光沿特定的中心轴传播并且然后从键盘的单个键帽或单个标记板的有限部分射出。这种方法有意控制并且限制光通道，以防止光从电键开关到电键开关的传播或从电键开关的内部到电键开关的外部的照射。
所需要的仍然是用于桌上电脑、膝上电脑、笔记本电脑或“网络电视”键盘的耐久、经济和有效的背后照明系统。所需要的是这样一种系统，即该系统在键盘的适当部位供给适当亮度的光，以增强在弱/无光环境下的观察力。
本发明包括用于弱或无环境光环境的键盘照明，借助的是周边照亮诸如桌上电脑、膝上电脑、笔记本电脑或网络电视的键盘或键板上的电键开关。通过“周边照亮”意为电键开关组件被从外部照亮，从外部而不是从内部，优选从大体在限定电键开关组件侧和/或延伸过底的位置。光从板的全部或一部分发出，所述板在键盘的多个电键开关下和/或之间延伸。板可以是板或条，所述条在电键开关之间延伸并且优选到达键帽底，借助于延伸到靠近电键开关的身或身通道和/或借助于在电键开关下延伸。优选光从发光的板通过电键开关之间的间隔发出并且进入和通过电键开关，使键盘的被选定部分以整个“放光”显示，而不是给键盘以有光“点”或被照亮的字母和数字的显示。这种照明在许多弱/无光环境下帮助识别键以及提高总体可见度，同时因为低功率消耗，使得旅行中膝上电脑可用以照明。
优选发光板是电荧光材料的，位于膜或印刷电路板以上和通常的电键开关帽以下。在实施例中，其中电荧光材料包括条或穿孔板，条边或穿孔边布置在至少键身或空间的两侧，并且优选完全或几乎整整一圈，压键时身移动于所述的空间(“身通道”)。在电荧光材料包括连续板材料的实施例中，板在多个电键开关下，在接触膜和电键开关最下端之间大体水平延伸。当键被压下，连续板由电键开关的接触元件撞击，把力传给接触膜执行“转换”。这样，最小地，电荧光材料优选在键帽周边下延伸，或最大地电荧光材料在键下全面延伸，两种方案都允许大量光通过进入而照亮电键开关，并且优选也在电键开关之间的间隔之间。优选板和电荧光材料不延伸进入键帽或键身的内部，以及不影响键的工作或移动。
在此处以及以下的说明和权利要求中，术语“电键开关组件”或“电键开关”或“键”指传统地提供于键盘中的装置，所述装置受压，联系并影响(接通)其在电路板或膜(印刷电路板或接触膜)上的特定的转换。电键开关典型地由此处所说的用于指弹的“帽”和“键身”或“身”构成，所述“身”一般是从帽伸向电路板或膜的垂直结构以及键被压时，接触板或膜。这样，“键身”此处指与帽连接的向下伸出的杆，加上插入件、套、拱以及偏压件，所述偏压件绕杆延伸或另外连接于杆。电键开关的帽和身可以是分开的组件，或举例来说，可以是单独组件加偏压元件。在说明书和权利要求中，术语“大体连续板”意指一个板延伸，除了孔没有大的孔或间断，这些孔用于容纳电键开关的一个部分如身，或达到接近身但留有用于身通道的空，即，用于身移进移出的孔。术语“连续板”意指板延伸，没有大的孔或间断，如没有用于容纳电键开关身的孔的板。本发明人设想一种单个连续板可能对膝上电脑计算机键盘有利，所述板没有电键开关身孔，但有一个举例来说，通过膜的孔，用于容纳“鼠标”机构。术语“延伸于...之间”意指板在任何数量的面上从电键开关到电键开关延伸，所述面接近电键开关并且大体平行于电键开关的平面，并且不意味着把板位置限制到通过电键开关中点的一个特定平面。
包括电荧光材料的一个或更多个板可布置在电键开关之间以及绕身或身通道或在电键开关以下，在键盘的一个或更多个部位。板可以是各种各样规则和不规则形状的，以便背后照明键盘的特定部位并且板可遍及全部或几乎遍及全部其顶面发光，或可有受屏蔽或使不发光部位，因此并不是板所有部位都发光。此处所述的板为两种基本类型，板和条，其中板典型地在大于两行键和/或大于两列键间延伸，而条典型地仅在两行键之间或仅在两列键之间延伸。为易于设计和安装，或为分开供电、独立开关或模糊控制，可提供多种不同的板。同样，可采用不同背后照明颜色的电荧光板，以区别键盘的不同区域。还有，并非键盘所有部位都需要照明。
优选用于本发明的键帽由半透明塑料模造，并且其顶有不透明标记或部分，以及键身和电键开关的其它部分或者是半透明或透明的，或者是反光的，因此电键开关作为一个总体，能传播或反光。同样，电荧光材料可直接位于半透明或透明基板下，所述板是键盘壳的最上部。变通地，电荧光材料可放在基板上，或在没有基板情况下安装。这样，因为电荧光材料优选几乎跨过整个键间距离，以及可选择地跨过整个键之外和之下距离，电荧光的光向上传播，通过并且绕半透明键帽以及通过基板，结果背后照亮选定部分或几乎是键盘整个顶，以光“充满”键盘表面。因此，本发明系统不仅仅使内部照明有特色，即相关技术部分讨论的，受局限的和控制的“光导管”或被轴向传导的光的途径。而且，本发明系统产生巧妙的、整体照亮的效果，该效果尚不过分或分散人们注意力。光从键帽之间和从键帽“放光”有意想不到的效果，并且产生“光平面”作用，给使用者极妙的光来看和用键盘，不是仅有键帽顶受照亮的光“点”或标记。
发光的电荧光板优选经电压变换器由计算机键盘接口供电，所述变换器经济合用于本用途。优选本发明包括一个或更多个调暗开/关和自动断开控制系统。这些控制可用于调整背后照明键盘的一些或全部的背后照明的强度。同样，这些控制可用于在持续不用期间自动切断照明，以保存电池以及在一个或更多次敲键后重新启动。而且，优选的控制可用来独立地调暗或关掉全部或选择部分的照明，例如，在被照明部分和被调暗或未照明部分之间产生增大的区别。
本发明背后照明系统可更容易确定键，因为较少误输入，例如，深夜使用不打扰家庭成员睡眠以及在飞机上使用。本发明系统允许使用者在有意弄暗房间以减少强光和遮蔽后，准确和舒服地使用键盘。全照明键盘可减少眼疲劳，所述眼疲劳在不停地把视线从照亮的监视器移到未照亮的键盘时可发生。强度调整选择可使使用者以为其自身舒适和房间情况调整键盘照明。
本发明系统的另一目的是提供一种耐久的照明系统，由此得到耐久并且低维护量的键盘。本发明系统可采用传统的、无中空中心的电键开关，并且不需要中空键身或对电键开关的特殊改动，除了对半透明材料的优选改变。本发明系统没有显著增加电键开关温度。本发明系统不需要电子的或其它复杂的照明元件与电键开关的连接。优选系统从而提供了一种经济的照明机构，该机构不降低键盘的可靠性和寿命。
本发明背后照明系统使用经济上可行的照明元件，以这样一种方式以致提供一种有效、无强光和低成本的键盘照明系统。本发明照明系统可做成任何尺寸的形状，对于设计成新键盘组件或改装成适合原有键盘，如在以下详细说明中的将更充分地予以阐述。


图1A是一个根据本发明的条形电荧光板实施例的顶视图。
图1B是带有用于容纳键身的矩形孔的模切板型电荧光板实施例的顶视图。
图1C是带有用于容纳键身的小圆孔的模切板型电荧光板另一个实施例的顶视图。
图1D是连续板型电荧光板实施例的顶视图。
图2是在电键开关组件之下和其间的，具有水平排条形电荧光板的键盘平面布置顶视图。
图3是本发明一个实施例的示意剖切侧视图，其中在电键开关键帽之间的电荧光板发光通过半透明基板并且通过键帽。
图4是图3实施例的示意剖切侧视图，有不透明的顶壳板，表示电荧光板发光仅通过键帽。
图5是本发明另一实施例的示意剖切侧视图，其中电荧光板在多个电键开关下连续延伸。
图6A是典型电荧光板线路示意图。
图6B是用于本发明一个实施例的变换系统示意图。
图7是根据本发明一个桌上电脑键盘的实施例的端部断面视图，表示绕键身组件的电荧光材料穿孔板和支持键身的凸缘。
图8是图7键盘的零件的分解图。
图9是根据本发明一个膝上电脑键盘的实施例的端部断面视图，表示绕键身轨迹的电荧光材料穿孔板。
图10是图9键盘的零件的分解图。
图11A是图9和10的键帽的放大图。
图11B是图9和10的合页的放大图。
图11C是图9和10的橡胶致动件的放大图。
参照附图，示出了一些但不是仅有的所发明的实施例的键盘背后照明系统。图1A-C表示可用于本发明的电荧光(EL)板。图1A是条形电荧光板1的顶视图。图1B是矩形模切电荧光板10的顶视图，有用于容纳多个键帽和键身的开口16。图1C是模切电荧光板100的顶视图，该板有用于容纳多个大体柱形身的小圆孔16′。图1D是电荧光板1000的顶视图，该板不需要孔，因为它在电键开关底下连续延伸。板1、10、100、1000优选从它们整个顶面2均匀照明，并且与在末端3的电源连接，该电源优选是计算机键盘接口。变通地，其它实施例可包括屏蔽、停歇或其它构造，所述构造造成顶面2的部分发光和部分不发光。举例来说，本发明人设计的实施例中，板包括可以不是传统分为电荧光材料类的部分，或者板是电荧光材料，但受到屏蔽。
板1、10、100优选安放在接触膜或其它电路板顶上，以便孔与对应于每个键的在接触膜上的区域准确对齐。电键开关组件插入孔或放在孔上并且就带基板的实施例来说，基板连接电荧光板及围绕着键。
板1、10、100、1000以传统方式固定于键盘中，如与一或更多个元件摩擦配合，是一个夹在键盘的其它层间的薄膜。电荧光材料可以是通常称为“EL”的材料，如可从美国明尼苏达州Minnetonka市的由Metromark，Inc.买到。
图2是键盘布置4的顶视图，长的条形电荧光板1在键帽5以下或之间。板基本上照亮了整个键盘布局4，优选每个键帽5，由于来自板1的光的有效作用，照亮键帽之间和贯穿半透明键帽5。
图3和4表示键盘组件剖切侧视图，包括离散的电键开关9，安装成接触上印刷电路板6。每个电键开关9都包括键帽5，和包括杆17和致动件27的身7，同时至少帽5和杆17优选是半透明或透明的。电荧光板安装在电路板6顶上、键帽5下和在每个电键开关的身7旁。电荧光板如所说明的，可以是全部多个条板1或者一个或更多个板10、100的部分，每个板10、100都有其自己的电极3，用于与电源连接。在条板1的情况下，电荧光板材料紧靠身7至少两侧外侧面旁延伸以及在条板10、100的情况下，荧光板材料紧绕身7的整个外周或“外侧面19”延伸。对于两种电荧光板中任何一种，电荧光板材料都在键帽5的外周边11下延伸，但不在电键开关内，以及不通过任何键身或键帽中的孔。这样，如图中表示光线15所示，电荧光材料可从电键开关外照射直到帽，并且也到身及直到帽顶。
在图3中，半透明基板8安装在板1、10、100上方，该板8可代替传统的不透明基板，所述不透明基板形成传统的键盘壳顶。在这样一种实施例中，光的照射从贯穿基板8还进入及贯穿电键开关，给键盘大部以通“明”效果。
在图4中，也可安装不透明基板8′。在这样一种实施例中，基板8′基本阻挡了从电键开关之间上来的光，因此光仅进入及贯穿电键开关。这种可供选择的方法也在本发明范围内，因为它们仍然为整个电键开关提供了大部分光照并且通过围绕电键开关提供光源的做法。而且，本发明还包括下列实施例，屏蔽直接加于及靠近电荧光板上表面以屏蔽掉电荧光板中选定的区域，举例来说，对于因审美原因或个人爱好而要求的特殊设计效果。
图5表示面板剖切视图，该面板在一个或更多个电键开关组件下连续延伸。这样一个面板优选整个或大部分是电荧光材料，由此可称之为电荧光板，所述板在一个或更多个电键开关组件下连续延伸及发光。这样一个连续的板因此不需要用于适合键身的穿孔也就是键身通道；而是电荧光板1000延伸过身通道，以及身的底端21，该身在键下压实际上接触及推顶板1000而不是接触膜时向下推。电键开关与电荧光板1000的接触向接触膜6传递足够的力用于完成电键开关的工作，电键开关和接触膜间不直接接触。因为电荧光板1000在电键开关9下连续延伸，光射线15可照射贯通电键开关和贯通电键开关之间的空间。变通地，本发明人设计了示于图5的电荧光板1000的部分可以被屏蔽、间歇或由不发光材料制成如因经济和美学原因而要求的那样。
图6A是用于本发明背后照明系统一个实施例的典型线路示意图。板1连接在一个公共地线和如DC-到-DC的变压器13之间，本实施例中所述变压器13把电压从+5伏转换到+100伏。多个变压器13可应用于驱动较大的电荧光板1，或多个板。
图6B是本发明变换器系统示意图。也可应用其它电路和其它变换器系统，然而数字变换器比传统的环形线圈型变换器消耗更小功率，因此是优选的。控制系统优选包括自动断开元件，从而在设定的键盘不用时间段后背后照明自动关闭。所述断开元件延长电池和电荧光材料寿命。这个电路可用材料罗列如下表1名称数量在图6B中的标号变换器1C-IMP803 1 V1二极管-IN4148BV＝100V 1 D1大容量外存媒体-100K 1 VR扼流线圈＝68μH 1 L1芯片电容器0805型(+80/-20％)0.1UF2 Cbaty，Cs芯片电阻器(0805型)+/-10％2K 1 RCL2M 1 RCL750K1 RSW电荧光“灯”1 EL LAMP
图7和8表示本发明特别优选的实施例，带有一个本发明背后照明系统的桌上电脑键盘200。电荧光板100安装成把它们的孔16′套绕于键盘壳105的凸缘103上，该凸缘103围绕电键开关组件106的身104。优选孔16′的直径与凸缘103的外径相同，用于电荧光板100与凸缘的摩擦接合，由此电荧光板100延伸得尽可能靠近身104的外表面。身104包括帽110、接触插入件112和致动件114，如分解图8所示。当压下键来接触接触膜120时，接触插入件112在凸缘103中下滑。膜120容纳于键盘200的底壳122中并且与PCB和连接器121相配合。放开键后，插入件由于受致动件114偏压而向上滑回其原来位置。本健盘200在电荧光板100的顶上不包括屏蔽或任何基板，并且优选接触插入件112和帽110是半透明的。这样，电荧光板100在键帽110之间发光并且贯穿帽110和接触插入件112的顶部。任选地，键凸缘103可以是半透明的，它进一步允许来自板100的光通过凸缘103进入插入件112并且然后贯穿帽110。
如图8从最好的方式所示，优先实施例200的组件由于电荧光板100的形状和位置而便利和经济。电荧光材料不影响任何移动件并且容纳在没有其他用途的空间内。如图8所示，若干不同的板100可安装在键盘的各种不同部位，举例来说，较小板在功能键下，较大板在字母键下，中等板在数字键垫下。图8表示一种用于光强度控制的按钮123的可能布置，但多种布置可适合不同的键盘。如上所述，对每个或某些板，所包括对依靠或不依靠光强度的控制以及光强度的调整，并且可由传统技术设计。同时，可采用各种光颜色，或板可根据个人品味或“设计者”要求另外按矩形形成。
图9和10表示另外的特别优选的实施例，即便携式电脑键盘300。这个键盘300包括键帽310、透明合页311、透明橡胶致动器312(偏压元件)、接触插入件313、透明基板314、接触膜120和金属安装托座316。带有小圆孔16′的电荧光板100布置于接触膜120和基板314之间并且大体平行于两者。孔16′布置得直接在基板314的孔下，基板314的孔直接布置在促动器312下和键帽310的中心。这样，促动器312、基板孔和孔16′都轴向对齐，限定“运动于其中的“通道321””，在本键盘设计中，“身”可以看作促动器312和插入件313。所以，电荧光材料的边326限定孔16′，在或靠近身通道延伸。换句话说，电荧光材料尽可能在键帽310下延伸，不进电键开关的任何孔或通道或电键开关的内部，不在帽下对中以及不由“光导管”引导光到达帽中心。这样，电荧光“灯”从电键开关的外部照亮到帽的大部并且优选通过合页来照亮键。并且，电荧光“灯”照明贯穿板314围绕键提供一个适当照亮的背景。因为便携式电脑键盘中键的行程比桌上电脑键盘键的行程短，电荧光材料提供了充分的光输出，即使是从纯基板314的底之下以及从透明的合页311之下。
如图10以最好的方式所示，键盘300组件是高效和方便的，因为安装电荧光板100的通道像一个簿的、平的板，平行于并且存在于键盘已有平面元件之间。键盘300的部分不同零件的放大图示于图1A-C，以示清楚。
优选实施例中的电荧光材料的特性和位置还提供了增大抗液体飞溅的益处。有连续或近乎连续的电荧光材料的面板，延伸于电键开关之间和/或于其下，阻止液体或水份进入PCB/接触膜。
多种材料可用作本发明的系统的零件。举例来说，透明键帽可以是ABS或P.C.塑料制成的；合页可以是尼龙或P.C.做的；透明或半透明“橡胶”致动器可以是硅橡胶、Latex、或橡胶的；透明或白色接触插入件可以是POM或尼龙的；透明基板可以是ABS或P.C.的，和大壳元件可以是金属或塑料的。对于要求的半透明和/或颜色，可选其它材料，材料以耐久为本。
本发明键盘照明系统，由于有其用于不同颜色、光型式和光调节的多种可能性，可以设计成适合多种不同品味和市场中人们的需要。本发明系统为希冀新潮键盘的年青人、读键盘需帮助的老年或视力障碍市民或厌烦传统计算机外观的其他人提供了有利条件。
所阐述的发明对改善键盘或不同类型电键开关组件的照明是有效的，如许多的以传统材料用传统方法制造的电键开关组件。本发明的一个重要目的是对传统设计的键盘或电键开关提供高效背后照明，而不要求对键盘和电键开关进行显著的重新设计。
虽然本发明参照具体方法、材料和实施例作了上述说明，但本发明当然不局限于这些公开了的细节，而是扩大到下述权利要求范围内的所有变型。
权利要求
1.一种用于计算机或网络电视的背后照明的键盘，所述键盘包括包括基板的键盘壳，所述基板是键盘壳的最高部分；多个电键开关，所述电键开关大体垂直延伸穿过所述基板，并且其每个都具有位于所述基板上方的帽，所示多个电键开关适于受到挤压后与键盘中的电路板或膜相接触，并且每个帽具有半透明或透明的部分以及外周边缘；其中所述多个电键开关在所述基板上间隔放置，从而在相邻帽的所述外周边缘之间具有间隙；以及由电荧光发光材料制成的板，其位于所述基板的顶部上，并且在所述电键开关之间延伸，从而所述板的一些部分垂直位于所述外周边缘之间的间隙正下方，并且穿过所述外周边缘之间的间隙直接垂直向上发光，而所述板的其它部分垂直位于所述帽的正下方，并且穿过帽的所述半透明或透明部分直接垂直向上发光，从而所述板对键盘的基本上整个顶部进行照明。
2.如权利要求1所述的背后照明键盘，其中所述帽基本上是半透明的。
3.如权利要求1所述的背后照明键盘，其中所述电键开关基本上是半透明的。
4.如权利要求1所述的背后照明键盘，其中所述板整体位于电键开关的外部。
5.如权利要求1所述的背后照明键盘，其中所述板是电荧光膜。
6.如权利要求1所述的背后照明键盘，其中所述板是板。
7.如权利要求1所述的背后照明键盘，其中所述板是条。
8.如权利要求1所述的背后照明键盘，其中所述板的顶部没有屏蔽。
全文摘要
一种用于键盘的周边背后照明系统包括一个或更多个在键盘的电键开关外的发光板。板优选电荧光材料并且围绕电键开关的身或空间的至少两侧而优选所有侧，在所述空间内，在使用中沿身上、下滑动。变通地，电荧光板可大体连续地在多个电键开关之间或之下延伸。板紧靠身或身通道，或在电键开关下延伸，尽可能在键帽下而不伸入电键开关的身或帽。电荧光板优选经电压变换器靠计算机键盘接口供电。优选电键开关是半透明或部分半透明的，并且基板在电荧光板以上，如果有，是至少部分半透明或透明的。这样，发光的板向上照射，通过并且优选绕半透明的键帽的外表面，而不是通过孔或在键帽中心的光导管。
文档编号H01H13/70GK101064221SQ200610073558
公开日2007年10月31日 申请日期1999年11月12日 优先权日1998年11月13日
发明者朱劲森, W·爱德华·丘奇, 兰德尔·克拉夫特 申请人:法尔弗莱国际公司