説明

キー照明装置

【課題】携帯電話機、PDA等の携帯端末のキー照明に好適な光の均一性に優れ、キー操作時のクリック感を損なわず、しかも薄型、低消費電力、低コストを実現できるキー照明装置を提供する。
【解決手段】回路基板1に弾性変形可能な導電性材料からなるドームスイッチ2が実装され、その上面には文字や図形が印刷された操作キー3が配置されている。また、回路基板1と操作キー3の間には、アクリル等の透明樹脂基板からなる導光板4が設けられ、その端部には光源となるLED5が配置されている。導光板4には貫通孔6が形成されている。この貫通孔6、ドームスイッチ2を縦一列ごとに収容するように構成されている。さらに、ドームスイッチ2の位置に対応する導光板4の側面部には、LED5から放出された光を操作キー3へと導くための、光拡散部7が形成されている。この光拡散部7は、導光板4を厚さ方向に貫通する円柱形状を有している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、携帯電話機等の入力装置として用いられている操作キーの照明装置であり、特に暗所でのキーの視認性、キー操作時のクリック感を損なうこともなく、薄型、低消費電力、低コスト化を図ることができるキー照明装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来のキー照明装置について説明する。図9は、特開平7-58815号公報に開示されているLED多点配置方式によるキー照明装置の断面図である。図9に示すように、従来のLED多点配置方式によるキー照明装置60は、回路基板61、ドームスイッチ62、ドームスイッチ62を押すための突起63aが設けられたシリコンラバー63、透過性の操作キー64から構成されている。回路基板61上の操作キー64の間には、光源となるLED65が多数個配置されており、暗所では多数個配置されたLED65の発光がシリコンラバー63により拡散され、操作キー64を内部から照明している。このLED多点配置方式によるキー照明装置60は、操作キー64を照明するためのLED65を操作キー64近傍に多数個配置しているので、消費電力が大きくなり電池寿命に影響を与えるとともに、コストアップにつながるという問題がある。
また、図10は、特開2001-167655号公報に開示されているLED端部配置方式によるキー照明装置の断面図である。図10に示すように、従来のLED端部配置方式によるキー照明装置70は、回路基板71に設けられたドームスイッチ72と操作キー73の間に可撓性の導光板74を介在させ、その端部に光源となるLED75が配置されている。端部に配置されたLED75の光が導光板74の側面から入射し、操作キー73に対応する部分に設けられたホログラム層74aにより回折し、操作キー73を内部から照明している。このLED端部配置方式によるキー照明装置70は、導光板74の端部にLED75を配置するので、LED75の数が少なくてすみ、消費電力やコストを低減できる。しかし、このキー照明装置70に使用される導光板74は弾性率が小さく硬度が高いために操作キー73を押したときにクリック感が損なわれる。また、導光板74の厚さの分だけ薄型化が困難である。また、長時間の繰り返し動作により導光板74上に設けられたホログラム層74aが変形し反射輝度が低下するという問題が生じる。
また、図11(a)、(b)は、特開2004-356028号公報に開示されている他のLED端部配置方式によるキー照明装置の断面図及び操作キーを除いた状態の平面図である。図11(a)、(b)に示すように、他の従来のキー照明装置80は、回路基板81に設けられたドームスイッチ82と操作キー83の間に導光板84を介在させ、その端部に光源となるLED85が配置されている。また、導光板84には空洞部86が形成され、その側面には、梨地処理を施した放光部87が形成されており、LED85の光が導光板84の側面から入射し、放光部87から出て、操作キー83を内部から照明している。このLED端部配置方式によるキー照明装置80は、導光板84の操作キー83に対応する位置に空洞部86を設けているので、操作キー83を押したときにクリック感を向上でき、薄型化に好適する。
【特許文献1】特開7-58815号公報
【特許文献2】特開2001-167655号公報
【特許文献3】特開2004-356028号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、上述した他の従来のLED端面配置方式によるキー照明装置80には、以下のような問題があった。
図11(b)に示すように、導光板84端部に配置されたLED85の光は導光板84の側面から入射し、内部で反射を繰り返しながら進み、放光部87から出て操作キー83を内部から照明する。このとき、LED85から空洞部86の側面に到達した光は放光部87のみならず、側面部84a〜84d全体からも漏れ光となって放出される。この漏れ光があると、LED85に近い操作キー83aは明るく照明されるが、LED85から遠い操作キー83bは暗くなる。このように、複数の操作キー83a、83bに明るさのばらつきが生じると、キー照明装置80の品質上大きな問題となる。この明るさのばらつきを低減するために、例えば放光部87の面積を調整することやLED85を導光板84の両側に配置することが考えられるが、少なくとも横一列ずつ放光部87の面積を変える必要があり製造工数が増加したり、LED85の個数が増加することになる。これらは、いずれも製品のコストアップにつながる。
本発明は上記問題点を解決するために考えられたもので、キー照明に好適な光の均一性に優れ、キー操作時のクリック感を損なわず、しかも薄型、低消費電力、低コストを実現できるキー照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1記載のキー照明装置は、情報入力のための操作キーと、前記操作キーの押圧により動作するスイッチ素子を実装した回路基板と、前記操作キーと前記回路基板との間に配置された導光板と、前記導光板の端部に配置された光源と、を有するキー照明装置において、前記導光板に貫通孔を設けるとともに、前記貫通孔が前記光源の光路方向に少なくとも2個以上のスイッチ素子を収容する連続した長穴形状であることを特徴とする。この構成によれば、導光板側面の不所望の漏れ光を低減でき、光の均一性を向上できる。さらに、操作キーとスイッチ素子との間に介在物がないので、キー操作時のクリック感向上と薄型化を図ることができる。
また、請求項2記載のキー照明装置は、請求項1記載のキー照明装置において、前記貫通孔の側面に前記光源から出た光を前記操作キーへと導光するための光拡散部が設けられていることを特徴とする。この構成によれば、操作キーに対応する位置に光を効率よく導くことができる。
【0005】
また、請求項3記載のキー照明装置は、請求項2記載のキー照明装置において、前記光拡散部が前記スイッチ素子径の5%〜70%の大きさを有することを特徴とする。この構成によれば、光拡散部の大きさを最適化したので、操作キーに対応する位置に光をさらに効率よく導くことができる。
【0006】
また、請求項4記載のキー照明装置は、請求項2及び3記載のキー照明装置において、前記光拡散部が前記光源からの距離に応じて数を変えることを特徴とする。この構成によれば、光の均一性をさらに向上できる。
【0007】
また、請求項5記載のキー照明装置は、請求項2及び3記載のキー照明装置において、前記光拡散部が前記光源からの距離に応じて大きさを変えることを特徴とする。この構成によっても、光の均一性をさらに向上できる。
【0008】
また、請求項6記載のキー照明装置は、請求項2及び3記載のキー照明装置において、前記光拡散部が前記光源からの距離に応じて導光板の厚さ方向の深さを変えることを特徴とする。この構成によっても、光の均一性をさらに向上できる。
また、請求項7記載のキー照明装置は、請求項2〜6記載のキー照明装置において、前記光拡散部が、円柱、円錐、多角柱、多角錐の少なくとも一つの側面の一部で構成されていることを特徴とする。この構成によれば、光拡散部の形状を適宜選択することにより、操作キーに対応する位置に光を効率よく導くことができる。
また、請求項8記載のキー照明装置は、請求項2〜7記載のキー照明装置において、前記光拡散部の周囲に、印刷、スクラッチ、凹凸、プリズムの少なくとも一つからなる反射パターンが形成されていることを特徴とする。この構成によれば、光の拡散面積を広げることができる。
【0009】
また、請求項9記載のキー照明装置は、請求項1〜7記載のキー照明装置において、前記導光板の表裏面及び前記導光板の、光源入射端と光拡散部出射端を除く端部に全反射ミラーが形成されていることを特徴とする。この構成によれば、光源からの光を導光板内で全反射させて光拡散部へ効率よく導くことができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明のキー照明装置は、以上のように構成されているので、複数の操作キーを均一な明るさで照明することができる。また、操作キーとスイッチ素子との間に介在物がないためクリック感を損なうこともなく、厚みスペースの増加もない。また、光源の使用数も減り、低消費電力で安価なキー照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明のキー照明装置の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図1(a)は本発明の第1実施例のキー照明装置の断面図であり、図1(b)は、図1(a)から操作キーを除いた状態の平面図である。
図1(a)に示すように、第1実施例のキー照明装置10は、回路基板1に弾性変形可能な金属材料からなるドームスイッチ2が実装され、その上面には文字や図形が印刷された操作キー3が配置されている。また、回路基板1と操作キー3の間には、表裏面が鏡面処理されたアクリル等の透明樹脂基板からなる導光板4が設けられ、その端部には光源となるLED5が配置されている。導光板4には貫通孔6が形成されている。この貫通孔6は図1(b)に示すように、ドームスイッチ2を縦一列ごとに収容するように構成されている。さらに、ドームスイッチ2の位置に対応する導光板4の側面部には、LED5から放出された光を操作キー3へと導くための、光拡散部7が形成されている。この光拡散部7は、導光板4を厚さ方向に貫通する円柱形状を有している。
本実施例の特徴の一つは、導光板4に形成される貫通孔6が、ドームスイッチ2を縦一列ごとに収容する連続した長穴形状を有していることである。このため、従来技術で説明した図11(b)の導光板84における側面部84aと84cがなくなる。この側面部84a、84cはLED85の光路方向に垂直な側面部であり、入射角が臨界角より小さい光の成分が多いため、水平な側面部84b、84dと比較するとより大きな漏れ光が放出される。従って、本実施例ではLED5の光路方向に垂直な側面部をなくすことにより漏れ光を大幅に低減することができ、LED5の光を有効に利用することができる。
【0012】
さらに、本実施例のもう一つの特徴は、ドームスイッチ2の位置に対応する導光板4の側面に、LED5から放出された光を操作キー3へと導くための光拡散部7が形成されていることである。この光拡散部7の大きさは輝度と大きく関係する。
このことを図面を参照して説明する。図2(a)は光拡散部の拡大図、図2(b)は光拡散部の大きさと輝度比との関係を示すグラフであり、図3はシミュレーションにより調べた導光板の輝度分布図である。
図2(a)に示す貫通孔6の幅をD、光拡散部7の幅をDとし、貫通孔6の中心部における輝度との関係を調べた。なお、輝度は光拡散部7のLED5側に向いた面が主な光拡散面8となって放出される単位面積当たりの光度である。図2(b)はその結果を示すグラフであり、横軸がD/D、縦軸が輝度比(測定輝度/最大輝度)である。なお、測定はD=5mm(ドームスイッチ径相当)一定、D=0.1mm〜4mm(D/D=0.02〜0.8)、光拡散部7の配置範囲=7.5mm(ドームスイッチ径の1.5倍、等間隔配置)とした。
同図に示すようにD/Dが0.05以上で所望輝度が得られることが分かる。D/Dが0.05未満になると、光拡散面8が小さくなり輝度比が低下する。加えて、貫通孔6と光拡散部7を同時形成することが困難となり、製造上問題となる。また、D/Dが0.7を超えると輝度比が低下し始める。これは、光拡散面8の数が減少するためであり、輝度ムラが大きくなり品質上問題となる。これにより、所望輝度を得るためのD/Dの範囲は0.05〜0.7を選定すればよいことが分かる。
以上の測定結果に基づき、D=5mm、D=0.5mm(D/D=0.1)とし、そのときの光拡散部7からの光拡散状態を、モンテカルロ法による光解析をもとにシミュレーションした結果を図3に示す。(a)はLED非点灯時、(b)はLED点灯時である。同図より、光拡散部7のある箇所が、その他の箇所と比較して非常に明るく光っているのが分かる。また、場所による明るさの差も見られない。なお、貫通孔6の中心が暗くなっているが、これはシミュレーションが導光板4単体の結果であるためである。実際のキー照明装置10では光拡散部7から拡散した光が金属材料からなるドームスイッチ2で反射されるので、操作キー3全体を明るく照明することができる。
以上、本発明によれば、導光板4の貫通孔6を縦に連続した長穴形状としたので、漏れ光を少なくできる。また、導光板4の側面に光拡散部7を形成しその大きさを最適化したので、複数の操作キー3を均一に明るく照明することができる。また、LED5の個数が少なくてすみ、消費電力を低減できる。また、ドームスイッチ2を導光板4の貫通孔6に収容したので、良好なクリック感を得ることができる。
さらに、光拡散部7が従来のμmオーダーの梨地構成とは異なり、0.数mm〜数mmオーダーのサイズを有するので、インジェクション、打抜きプレス、NC加工等の方法により貫通孔6と光拡散部7を同時形成することができ、製造コストを大きく低減することができる。
次に、本発明の第2実施例のキー照明装置を図面を参照して説明する。図4(a)は、光拡散部の数と輝度比との関係を示すグラフ、図4(b)は、第2実施例のキー照明装置から操作キーを除いた状態の平面図、図4(c)は、図4(b)のA〜D部の拡大図である。
【0013】
第1実施例でD/Dは0.05〜0.7の範囲が好ましいことを説明した。そこで図4(a)に示すように、D=5mm、D=0.5mm(D/D=0.1)としたときの光拡散部の数と輝度比との関係を調べた。同図に示すように、光拡散部の数を増やすほど輝度比が高くなることが分かった。この結果に基づき、図4(b)、(c)に示すように、LED5に近い領域Aの光拡散部17aから遠い領域Dの光拡散部17dまで徐々にその数を増やした。
本実施例によれば、LED5からの距離に応じて光拡散部17a〜17dの数を調整するようにしたので、複数の操作キーをより均一に明るく照明することができる。なお、光拡散部17a〜17dの数は図4(b)、(c)に示した例に限定されるものではなく、照明する操作キーの面積、LED5の輝度、導光板14や貫通孔16の面積等に合わせて適宜調整することができる。
次に、本発明の第3実施例のキー照明装置を図面を参照して説明する。図5(a)は、光拡散部の大きさと輝度比との関係を示すグラフ、図5(b)は、第3実施例のキー照明装置から操作キーを除いた状態の平面図、図5(c)は、図5(b)のA〜D部の拡大図である。
【0014】
図5(a)に示すように、D=5mm、D=0.25mm〜3.5mm(D/D=0.05〜0.7)、光拡散部の数M=1個としたときの光拡散部の大きさと輝度比との関係を調べた。同図に示すように、光拡散部の幅を大きくするほど輝度比が高くなることが分かった。この結果に基づき、図5(b)、(c)に示すように、LED5に近い領域Aの光拡散部27aから遠い領域Dの光拡散部27dまで徐々にその幅を大きくした。
本実施例によれば、LED5からの距離に応じて光拡散部27a〜27dの大きさを調整するようにしたので、複数の操作キーをより均一に明るく照明することができる。なお、光拡散部27a〜27dの大きさは図5(b)、(c)に示した例に限定されるものではなく、照明する操作キーの面積、LED5の輝度、導光板24や貫通孔26面積等に合わせて適宜調整することができる。
次に、本発明の第4実施例のキー照明装置を図面を参照して説明する。図6(a)は、光拡散部の深さと輝度比との関係を示すグラフ、図6(b)は、第4実施例のキー照明装置から操作キーを除いた状態の平面図、図6(c)は、図6(b)のA〜D部の拡大図である。
【0015】
図6(a)に示すように、D=5mm、D=0.5mm(D/D=0.1)、M=3個としたときの光拡散部の深さと輝度比との関係を調べた。同図に示すように、光拡散部の深さを深くするほど輝度比が高くなることが分かった。この結果に基づき、図6(b)、(c)に示すように、LED5に近い領域Aの光拡散部37aから遠い領域Dの光拡散部37dまで徐々にその深さを深くした。
本実施例によれば、LED5からの距離に応じて光拡散部37a〜37dの深さを調整するようにしたので、複数の操作キーをより均一に明るく照明することができる。なお、光拡散部37a〜37dの深さは図6(b)、(c)に示した例に限定されるものではなく、照明する操作キーの面積、LED5の輝度、導光板34や貫通孔36面積等に合わせて適宜調整することができる。
以上、上述した各実施例では光拡散部7、17a〜17d、27a〜27d、37a〜37dの形状を、導光板4、14、24、34を厚さ方向に貫通する円柱状としたが、これに限定されるものではなく、例えば図7に示すように、(a)円柱47aのほか、(b)円錐47b、(c)三角柱47c、(d)四角柱47dのいずれの形状でもよい。また、三角錐、四角錐などの形状でも光を効率よく拡散することができる。
なお、本発明のキー照明装置は、光拡散部だけでも所望輝度を得ることができるが、補助的に反射パターンを設けるようにしてもよい。例えば図8に示すように、光拡散部7を囲む底面部に、(a)白色顔料のドット印刷による反射パターン58a、(b)サンドブラスト処理による反射パターン58b、(c)エッチング処理による反射パターン58c、(d)プリズムによる反射パターン58dなどを形成することができる。これらの反射パターン58a〜58dは光を上方へ導く作用を有するので、操作キー全体をより広く均一に照明することができる。
また、導光板4、14、24、34の表裏面及びLED5入射端と光拡散部7、17a〜17d、27a〜27d、37a〜37d出射端を除く端部に、全反射ミラー(図示せず)を設けるようにしてもよい。この全反射ミラーには、スパッタ法や蒸着法によるアルミ、銀、クロム等の薄膜または印刷法による白色顔料などを使用することができる。この全反射ミラーは光を全反射させる作用を有するので、LED5からの光を光拡散部7、17a〜17d、27a〜27d、37a〜37dへ効率よく導くことができる。
【産業上の利用可能性】
【0016】
本発明は、操作キーを照明する光源を備えた携帯電話機、PDA等の携帯端末への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の第1実施例のキー照明装置の断面図及び操作キーを除いた状態の平面図
【図2】本発明の光拡散部の拡大図及び光拡散部の大きさと輝度比との関係を示すグラフ
【図3】シミュレーションにより調べた導光板の輝度分布図
【図4】光拡散部の数と輝度比との関係を示すグラフ、本発明の第2実施例のキー照明装置から操作キーを除いた状態の平面図及びA〜D部の拡大図
【図5】光拡散部の大きさと輝度比との関係を示すグラフ、本発明の第3実施例のキー照明装置から操作キーを除いた状態の平面図及びA〜D部の拡大図
【図6】光拡散部の深さと輝度比との関係を示すグラフ、本発明の第4実施例のキー照明装置から操作キーを除いた状態の平面図及びA〜D部の拡大図
【図7】光拡散部の形状を示す断面斜視図
【図8】光拡散部の底面部に設けた反射パターンを示す断面図
【図9】従来のLED多点配置方式によるキー照明装置の断面図
【図10】従来のLED端部配置方式によるキー照明装置の断面図
【図11】他の従来のLED端部配置方式によるキー照明装置の断面図及び操作キーを除いた状態の平面図
【符号の説明】
【0018】
1 回路基板
2 ドームスイッチ
3 操作キー
4 導光板
5 LED
6 貫通孔
7 光拡散部
8 光拡散面
10 本発明の第1実施例のキー照明装置
14 導光板
16 貫通孔
17a〜17d 光拡散部
20 本発明の第2実施例のキー照明装置
24 導光板
26 貫通孔
27a〜27d 光拡散部
30 本発明の第3実施例のキー照明装置
34 導光板
36 貫通孔
37a〜37d 光拡散部
40 本発明の第4実施例のキー照明装置
44a〜44d 導光板
47a〜47d 光拡散部
58a〜58d 反射パターン
60 従来のLED多点配置方式によるキー照明装置
61 回路基板
62 ドームスイッチ
63 シリコンラバー
63a 突起
64 操作キー
65 LED
70 従来のLED端部配置方式によるキー照明装置
71 回路基板
72 ドームスイッチ
73 操作キー
74 導光板
74a ホログラム層
75 LED
80 他の従来のLED端部配置方式によるキー照明装置
81 回路基板
82 ドームスイッチ
83、83a、83b 操作キー
84 導光板
84a〜84d 側面部
85 LED
86 空洞部
87 放光部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
情報入力のための操作キーと、前記操作キーの押圧により動作するスイッチ素子を実装した回路基板と、前記操作キーと前記回路基板との間に配置された導光板と、前記導光板の端部に配置された光源と、を有するキー照明装置において、前記導光板に貫通孔を設けるとともに、前記貫通孔が前記光源の光路方向に少なくとも2個以上のスイッチ素子を収容する連続した長穴形状であることを特徴とするキー照明装置。
【請求項2】
前記貫通孔の側面に、前記光源から出た光を前記操作キーへと導光するための光拡散部が設けられていることを特徴とする請求項1記載のキー照明装置。
【請求項3】
前記光拡散部が、前記スイッチ素子径の5%〜70%の大きさを有することを特徴とする請求項2記載のキー照明装置。
【請求項4】
前記光拡散部が、前記光源からの距離に応じて数を変えることを特徴とする請求項2及び3記載のキー照明装置。
【請求項5】
前記光拡散部が、前記光源からの距離に応じて大きさを変えることを特徴とする請求項2及び3記載のキー照明装置。
【請求項6】
前記光拡散部が、前記光源からの距離に応じて導光板の厚さ方向の深さを変えることを特徴とする請求項2及び3記載のキー照明装置。
【請求項7】
前記光拡散部が、円柱、円錐、多角柱、多角錐の少なくとも一つの側面の一部で構成されていることを特徴とする請求項2〜6記載のキー照明装置。
【請求項8】
前記光拡散部の周囲に、印刷、スクラッチ、凹凸、プリズムの少なくとも一つからなる反射パターンが形成されていることを特徴とする請求項2〜7記載のキー照明装置。
【請求項9】
前記導光板の表裏面及び前記導光板の、光源入射端と光拡散部出射端を除く端部に全反射ミラーが形成されていることを特徴とする請求項1〜7記載のキー照明装置。

【図1】
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【図2】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図3】
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【公開番号】特開2008−235137(P2008−235137A)
【公開日】平成20年10月2日(2008.10.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−75985(P2007−75985)
【出願日】平成19年3月23日(2007.3.23)
【出願人】(000156950)NECセミコンダクターズ関西株式会社 (26)
【Fターム(参考)】