JP2009037763A - 照光式スイッチ、照光式スイッチユニット - Google Patents

Abstract

【課題】照明ムラがなく、薄型で、携帯電話機のキーパッドに好適な照光式スイッチを実現する。
【解決手段】操作されるキートップ３に対応する突起部２１ａが変位し、それによって変形する金属ドーム１０の内面が接点１１ａ、１１ｂと接触することによって電気的導通を実現するスイッチにおいて、キートップ３と基板１との間に、光源からの光をキートップ３の方向に導く導光板４を設ける。導光板４には、突起部２１ａが挿通される貫通穴４０が設けられている。また、導光板４によって導かれる光をキートップ３側に反射する反射シートを導光板４と基板１との間に設け、透光性を有する表面シート２ａをキートップ３と突起部２１ａとの間に設ける。
【効果】キートップは導光板から放射される光で照射されるため、照明ムラがない。また、ＬＥＤを光源として用いることができるため、取扱いが容易で様々な発光色を選ぶことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は照光式スイッチ、照光式スイッチユニットに関し、特に照明ムラ（照明斑）がなくかつ様々なスペクトルの照明光を用いることができる照光式スイッチ、照光式スイッチユニットに関する。

周囲が暗い環境下でも利用される電子機器（例えば、携帯電話機など）では暗所でも利用できるように、キーパッドには照光式スイッチが採用されている。特に携帯電話機などの小型機器においてはスイッチ及び照明機構部分を薄く、また安く作る必要があるとともに、操作性をよくするためにクリック感を出す必要がある。このため、小型機器においては、金属ドームを用いたスイッチが広く用いられている。これは、外力の付与によって変形し付与が終了した場合に元の形状に復元する導電性ドームと、そのドーム内部に設けられた接点とでスイッチが構成され、ドームの変形に伴ってドーム内面と接点とが電気的に接触して導通するものである（例えば、特許文献１）。

携帯電話機のキーパッドの一般的なスイッチ機構について、図９を参照して説明する。同図は、スイッチ機構の構成を示す断面図である。同図を参照すると、キーパッドは、基板１上に表面シート２が設けられ、さらにその上にキートップ３が載った構成になっている。
基板１の上には、クリック感を出すために金属ドーム１０が設置されている。そして、この金属ドーム１０の内部（つまりドームの下）には、一対の接点１１ａおよび１１ｂが設けられている。金属ドーム１０は、導電性を有しているため、この金属ドームが押下されるとドームの内面と接点１１ａおよび１１ｂとが電気的に接触することになる。これにより、接点１１ａと接点１１ｂとが短絡される。

キートップ３は表面シート２の上に設置されており、表面シート２には、金属ドームと接触する箇所に突起部２１が設けられている。つまり、キートップ３と突起部２１とが対応しており、キートップ３を押下操作すると、その押圧力が突起部２１に伝達される。この突起部２１による押圧力が付与されると金属ドーム１０が変形する。金属ドーム１０が変形し、金属ドームの内面と接触することで接点同士の電気的導通が実現される。金属ドーム１０は、復元力を有しているので、押圧力の付与が終了すると、元の形状に復元する。図示せぬ別のキートップが設けられている場合、そのキートップに対応して突起部が設けられており、
以上の構成が、同図中の破線のように端末の筐体（つまり外枠）６で覆われることによってキーパッドが実現される。

このような構成の携帯電話機のキーパッドを照光式とする方法には、主に２つがある。すなわち、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いる方法、ＥＬ（Electronic Luminescent）シートを用いる方法、である。以下、これらについて説明する。
（１）ＬＥＤを基板に実装する方法
第１の方法は、チップＬＥＤを基板に実装する方法である。例えば、基板上に離散的にＬＥＤを配置する。例えば、特許文献１においては、キートップそれぞれの下方の近傍に、ＬＥＤが配置されている。この方法は、コストや実装の観点から、広く用いられている。ただし、ＬＥＤの近傍は明るく、遠方は暗くなってしまい、照明ムラが発生する問題がある。この問題を解決するためには、実装するＬＥＤの数を増やすことが考えられる。しかしながら、ＬＥＤの数を増やすと、それに伴ってコストが上昇してしまうことや、数を増やしても照明ムラを無くすことができない、という課題が残る。
また拡散板などを使って照明ムラを低減させることはできるが、効果は限定的なものとなってしまう。

（２）ＥＬシートを挟み込む方法
第２の方法は、金属ドームと表面シートとの間にＥＬシートを挟み込む方法である（例えば、特許文献２）。ＥＬシートはフレキシブルな素材であるため、挟み込んだ場合であっても、スイッチの操作には影響を与えない。またＥＬシートは面発光するため、照明ムラはほとんどない。しかしながら、この方式は、一般にＥＬシートは発光色を変えられないことや、任意の発色を選びにくいという問題点がある。このため、例えばＲＧＢのドットマトリクスを形成した場合には、コストが上昇する、コントロールが複雑になるといった課題が生じる。

さらに、ＥＬシートは、駆動電圧がＬＥＤと比べて高いため、電源回路を別に用意しなければならず、さらにそれがノイズ発生源になってしまうという問題点もある。
特開２００１−１５５５７６号公報 特開２００７−１０９４３９号公報

照光式スイッチにおいて、ＬＥＤと導光板とを用いて照明ムラを抑制する技術はいくつか存在する。例えば、特許文献１では、導光層の上に光反射層を配置し、特定の場所（キートップなど照明すべき場所）のみから光を放出する。しかしながら、この方式では、照明ムラは抑制されたとしても、放射光の指向性を制御することはできない。
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は照明ムラがなく、薄型で、携帯電話機のキーパッドに好適な照光式スイッチ、照光式スイッチユニットを提供することである。

本発明の請求項１による照光式スイッチは、キートップの操作に伴い該キートップに対応する突起部が変位して接点の電気的導通を実現するスイッチであって、前記キートップと前記基板との間に設けられ光源からの光を前記キートップの方向に導く導光部材と、前記導光部材によって導かれる光を前記キートップ側に放射させるプリズムシートとを含み、前記導光部材には前記突起部が挿通される貫通穴が設けられていることを特徴とする。このような構成によれば、キートップは光源から導かれ導光板から放射される光で照射されるため、照明ムラがない。また、ＬＥＤを光源として用いることができるため、取扱いが容易で様々な発光色を選ぶことができる。また、プリズムシートを設けることにより、放射光を導光板の光放射面に対して垂直に立ち上げることができ、キーパッドを正面から見たときの輝度を向上させることができる。

本発明の請求項２による照光式スイッチは、請求項１において、
前記基板は、外力の付与によって変形し付与が終了した場合に元の形状に復元する導電性ドームを有し、
変位した前記突起部が前記導電性ドームに外力を与えて前記接点と接触させることで電気的導通を実現することを特徴とする。このような構成によれば、貫通穴を、突起部が挿通し、キートップが押下されると突起部が押下され、金属ドームを変形させて接点を導通させる構成を採用することにより、導光部材が間に挟まっていても、クリック感のあるスイッチを実現できる。

本発明の請求項３による照光式スイッチは、請求項１又は２において、前記キートップと前記突起部との間に設けられ透光性を有する表面シートを更に含むことを特徴とする。透明な材料で作られている表面シートを用いることにより、導光部材から放射された光を、表面シートで吸収や拡散することなく効率的にキートップ側に導くことができる。
本発明の請求項４による照光式スイッチは、請求項１から請求項３までのいずれか１項において、前記導光部材と前記基板との間に設けられ前記導光部材によって導かれる光を前記キートップ側に反射する反射部材を更に含むことを特徴とする。導光部材と基板との間に反射部材を設けることにより、導光部材の光取り出し効率を向上させることができる。

本発明の請求項５による照光式スイッチは、請求項１から請求項４までのいずれか１項において、前記光源は、複数の点光源と線状光源とのいずれか一方であることを特徴とする。このような構成によれば、導光部材に貫通穴があった場合であっても、貫通穴の影ができることはなく、照明ムラがない照光式スイッチを実現できる。
本発明の請求項６による照光式スイッチは、請求項３から請求項５までのいずれか１項において、前記表面シートと前記導光部材とが接触しないように隔離されていることを特徴とする。このような構成によれば、キーの押下に伴って導光板に圧力が加わることがなくなり、導光部材の変形や劣化を抑えることができる。
本発明の請求項７による照光式スイッチは、請求項３から請求項６までのいずれか１項において、前記突起部は前記表面シートよりも硬度が大であることを特徴とする。このような構成によれば、突起部が長い場合であっても、それが短い場合と同様なクリック感を得ることができる。

本発明の請求項８による照光式スイッチユニットは、複数のキートップのうち操作されたキートップに対応する突起部が変位することで基板に設けられた接点の電気的導通を実現するスイッチユニットであって、前記複数のキートップそれぞれに対応する複数の突起部のうち第１の突起部群に対応する第１の貫通穴群を有する第１の導光部材と、前記複数の突起部のうち前記第１の突起部群とは異なる第２の突起部群に対応する第２の貫通穴群を有する第２の導光部材とを含み、前記第１の導光部材および前記第２の導光部材は、前記キートップと前記基板との間に設けられ光源からの光を前記キートップの方向に導くことを特徴とする。このように、複数の導光部材を含むスイッチユニットを採用すれば、貫通穴および突起物の個数を減らすことなく、それらによる輝度低下を抑えることができる。

本発明によれば、照明ムラがなくかつ様々なスペクトルの照明光を用いることができ、特に携帯電話機のキーパッド機構に好適な照光スイッチを実現することができる。また、導光板による放射光を導光板の光放射面に対して垂直に立ち上げることができ、キーパッドを正面から見たときの輝度を向上させることができる。この照光スイッチを用いれば、既存のキーパッドと整合性（互換性）が高く、クリック感が損なわれないキーパッドを実現できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（構成例）
図１は、本発明による照光式スイッチの構成例を示す断面図である。同図において、本例の照光式スイッチは、既存の構成（図９）を踏襲しつつ、表面シート２ａと基板１（より正確には、基板１表面に設けられた金属ドーム１０）との間に、導光板４が挿入された構成になっている。導光板４は、図示せぬ光源からの光を導く機能を有している。導光板４は、例えば、周知のアクリル樹脂を成型又は加工することによって得られる。アクリル樹脂に限らず、所望の特性が得られれば、他の材質を用いてもよい。なお、導光板４と基板１との間に、スペーサ５が設けられている。

この導光板４は、ＥＬシートとは異なり、フレキシブルな素材ではない。このため、単純に挿入されているだけでは、クリック感が大幅に弱まったり、キートップ３とは対応していない別の金属ドーム（図示せず）が押下されたり、高い押下圧力が要求される、などの問題が発生する。そこで、本例では、金属ドーム１０と表面シートの突起部２１ａの先端とを直接接触させるために、導光板４に貫通穴４０が設けられており、表面シート２ａの突起部２１ａがその貫通穴４０に挿通する構成が採用されている。

表面シート２ａは、透明又は半透明など、透光性を有していることが望ましい。透光性を有していることにより、導光板４からの放射光をそのままキートップ３側へと減衰することなく通過させることができる。表面シート２ａは、例えば、合成樹脂を成型又は加工することによって得られる。所望の特性が得られれば、他の材質を用いてもよい。
この構成においてキートップ３が押下操作された場合、表面シート２ａの突起部２１ａが変位し、その直下にある金属ドーム１０を押し下げて変形させる。この金属ドーム１０が変形すると、その内面と接点１１ａおよび接点１１ｂとが電気的に接触する。これにより、接点１１ａと接点１１ｂとが導通することになる。

このような構成を採用すれば、突起部２１ａが図９の構成の場合に比べて長くなったこと以外、クリック感を変化させる要因はない。表面シート２ａはフレキシブルな素材で構成されているため、突起部が長くなると、キートップ３の押下操作時に突起部２１ａの変形が大きくなってしまい、図９の構成の場合と比べてクリック感が弱まってしまう。そのため、突起部２１ａの材質は、表面シート２ａの突起部以外の部分の材質よりも堅い（すなわち硬度が大である）ことが望ましい。これを実現するためには、表面シート２ａと突起部２１ａとを別の素材で製作し、両者を接着させればよい。

（光の経路）
図２は、図１の構成における光の経路を示す図である。同図には、光の経路が矢印によって示されている。図１の構成において、光源にはＬＥＤを用いることができる。導光板４の図示されていない端面から光が入射されると、その光は導光板４内部で乱反射を繰り返しながら、導光板４の表面から放出される。つまり、導光板４によって導かれた光は、キートップ３の方向に放出される。このように、キートップ３は導光板から放射される光で照射されるため、照明ムラがない。キートップ３はポリカーボネート、アクリルなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ、シリコンなどの熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂などを成型又は加工することによって得られる。これらに限らず、所望の特性が得られれば、他の材質を用いてもよい。

導光板４は、光放射面でない側に微細な加工が施されており、光が放射面側に反射するように設計されている。また、例えば、図３に示されているように、導光板４によって導かれる光を矢印Ｙ側すなわちキートップ（図３には不図示）側に反射する反射シート７が、導光板４と基板1との間に設けられており、導光板の光取り出し効率を向上させている。なお、同図に示されている導光板４の基板側は、光源９０に近い側の端面が厚く、光源９０に遠い側の端面に向かって徐々に薄くなっている。すなわち、テーパー形状となっている。もっとも、導光板はテーパー形状である必要はなく、厚みが均一すなわちフラットな形状であってもよい。

ここで、導光板の表面に、プリズムシート８を設けることにより、キーパッドを正面から見たときの輝度を向上させることができる。プリズムシート８は、導光板４によって導かれる光を矢印Ｙすなわち正面に立ち上げる機能を有しており、見た目の輝度を向上させることができる。プリズムシート８は、熱可塑性樹脂、例えば、周知のアクリル樹脂を成型又は加工することによって得られる。アクリル樹脂に限らず、所望の特性が得られれば、他の材質を用いてもよい。

プリズムシート８は、複数枚設けられる場合もある。設ける枚数や配置については、本スイッチの設計時に決定すればよい。例えば、下向きに設ける場合は１枚設ければよいが、上向きに設ける場合は２枚設ける他に拡散シートを設ける必要がある。後者の場合、例えば、２枚のプリズムシートを上向きに、かつ、凸凹の峰がなす方向が交差するように配置し、それらプリズムシートの間に拡散シートを配置すればよい。なお、キートップや表面シートに拡散フィルタの効果を持たせた場合には、プリズムシートを挿入しても輝度向上を図ることはできない。プリズムシートを挿入することで効果があるのは、キートップや表面シートで光が拡散しない場合である。

ところで、導光板４、プリズムシート８、反射シート７は、接着剤等を用いて接着して一体化することはできない。それらは、空気の屈折率とそれぞれの屈折率との違いを利用して光を導く作用を実現しているので、接着剤が間に入ると期待通りの動作をしなくなるためである。接着せずにそれらを一体化するには、それらをケースに収容すればよい。例えば、同図中の破線で示されているような収納ケース１２を用いればよい。

（導光板の構成例）
図４は、図１の構成において用いられる導光板４の全体を上面から見た図である。同図に示されているように、キートップの位置（すなわち突起部の位置）に対応する位置に、貫通穴４０が設けられている。本例では、１２個の貫通穴が設けられており、上述した突起部が貫通穴それぞれに挿通される。一般に、携帯電話機には、「１」〜「０」の１０個の数字キーの他に、「＃」、「＊」のキーが設けられているので、これら合計１２個のキーに対応して１２個の突起部が設けられ、それらに対応して設けられた貫通穴に、対応する突起部が挿通される。

また、導光板４の光源としてはＬＥＤを用いることができる。このため、取扱いが容易で様々な発光色を選ぶことができる。
さらに、導光板４は、１ｍｍ以下（例えば０．５ｍｍ）の厚さに製作可能である。このため、スイッチ全体の厚さが、現状に比べても、あまり厚くなることはなく、携帯電話機のキーパッドに適用することができる。また、上述したように、導光板４のキートップ側の面にはプリズムシートが設置されているため、放射光に指向性を持たせることができる。

（輝度低下の可能性と対策）
また、導光板４の端面には、光源であるＬＥＤが配置されている。本例では、６個のＬＥＤ９−１〜９−６が配置されている。すでに述べたように、導光板４の内部で光は乱反射するので、貫通穴４０の影は発生しにくいものの、光源が１つのみ設けられている場合、貫通穴４０の裏側（つまり光源から見たときの裏側）の領域は多少輝度が低下してしまうと予想される。これについて図５を参照して説明する。

ここでは簡単のため、貫通穴４０が１つ設けられている場合について説明する。上述したように、貫通穴４０には、障害物すなわち表面シートの突起部が入るので、その裏側には影が生じると予想される。すなわち、同図に示されているように、光源であるＬＥＤ９から見た場合、貫通穴４０の裏側の領域４００には、突起物による影が生じると予想される。しかしながら、実際には、ほとんど影は生じない。導光板４の内部で光が乱反射して、貫通穴の裏側にも光が回りこむからである。

また、光源であるＬＥＤの数を増やせば増やすほど、その影をほとんど生じなくすることができる。このため、図４に示されているように、多数の光源を設ければ、結果的には全体の照明ムラがなくなることになる。つまり、多数のＬＥＤを配置することで、貫通穴および突起物による輝度低下を抑えることができる。
ＬＥＤを配置する場合、あるＬＥＤに対する、ある貫通穴の裏側の領域と、別のＬＥＤにとってのその貫通穴の裏側の領域とが重ならないようにすれば、輝度低下を低減できる。
また、貫通穴の数を減らすのも相対的にＬＥＤの個数を増やすことと同じ意味をもつため、例えば図６に示されているように、２つの導光板４ａ、導光板４ｂを設け、それぞれに対応してＬＥＤ９−１１〜９−１６、ＬＥＤ９−２１〜９−２６を設けてもよい。

図６の構成を採用する場合、以下のような照光式スイッチユニットが構成されることになる。すなわち、複数のキートップのうち操作されたキートップに対応する突起部が変位することで基板に設けられた接点の電気的導通を実現するスイッチユニットであり、複数のキートップそれぞれに対応する複数の突起部のうち第１の突起部群に対応する第１の貫通穴群を有する第１の導光部材（つまり導光板４ａ）と、上記複数の突起部のうち上記第１の突起部群とは異なる第２の突起部群に対応する第２の貫通穴群を有する第２の導光部材（つまり導光板４ｂ）とを含むスイッチユニットが構成される。そして、上記第１の導光部材および上記第２の導光部材は、キートップと基板との間に設けられ光源からの光をキートップの方向に導く機能を有している。このように、複数の導光部材を含むスイッチユニットを採用すれば、貫通穴および突起物の個数を減らすことなく、それらによる輝度低下を抑えることができる。

（変形例）
図７は、表面シートの変形例を示す図である。同図において、図１の構成と異なる点は、表面シート２ｂが導光板４に接触しないように隔離されている点である。そして、表面シート２ｂに設けられている突起部２１ａも、基板１に設けられている金属ドーム１０に接触しているが、導光板４には接触していない。
導光板４の表面には、図示せぬプリズムシート（表面に微細加工がなされている）が配置されており、また導光板の裏面にも微細な加工が施されているため、繰り返し圧力が加わることで、導光板（より正確には導光板の上に設けられたプリズムシート）が変形し、効率が低下してしまう可能性が考えられる。

そこで、図７の場合、キートップ３が押下操作された場合であっても、導光板４に圧力が加わらないように、導光板４と表面シート２ｂ（および突起部２１ａ）とが接触していない構成を採用している。これを実現するためには、突起部２１ａと金属ドーム１０とを接着されていればよい。
また、表面シートの形状を工夫し、端末の筐体に固定する構造を採用してもよい。例えば、図８に示されている表面シート２ｃを用い、端末の筐体６に表面シート２ｃの一部分を固定すればよい。
さらに、以上の説明においては、光源として、点状のＬＥＤを複数用いているが、その代わりに、線状に配置されたＬＥＤを用いてもよい。線状に配置されたＬＥＤを用いれば、導光板に貫通穴が設けられていても、貫通穴の影ができることなく、照明ムラがない照光式スイッチを実現できる。

本発明は、携帯電話機のキーパッドなどに利用できる。

本発明の実施の形態に係る照光式スイッチの構成例を示す断面図である。 図１の構成における光の経路を示す図である。 導光板の構成例を示す図である。 図１の構成において用いられる導光板の全体を上面から見た図である。 貫通穴による輝度低下の可能性を説明する図である。 複数の導光板を用いた場合の構成例を示す図である。 表面シートの変形例を示す図である。 筐体に表面シートを固定する構成例を示す図である。 携帯電話機のキーパッドの一般的なスイッチ機構の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 基板
２、２ａ、２ｂ 表面シート
３ キートップ
４、４ａ、４ｂ 導光板
５ スペーサ
６ 筐体
７ 反射シート
８ プリズムシート
９、９−１〜９−６、
９−１１〜９−１６、
９−２１〜９−２６ ＬＥＤ
１０ 金属ドーム
１１ａ、１１ｂ 接点
１２ 収納ケース
２１、２１ａ 突起部
４０ 貫通穴
９０ 光源

Claims (8)

1. キートップの操作に伴い該キートップに対応する突起部が変位することで基板に設けられた接点の電気的導通を実現するスイッチであって、前記キートップと前記基板との間に設けられ光源からの光を前記キートップの方向に導く導光部材と、前記導光部材によって導かれる光を前記キートップ側に放射させるプリズムシートとを含み、前記導光部材には前記突起部が挿通される貫通穴が設けられていることを特徴とする照光式スイッチ。
2. 前記基板は、外力の付与によって変形し付与が終了した場合に元の形状に復元する導電性ドームを有し、
   変位した前記突起部が前記導電性ドームに外力を与えて前記接点と接触させることで電気的導通を実現することを特徴とする請求項１に記載の照光式スイッチ。
3. 前記キートップと前記突起部との間に設けられ透光性を有する表面シートを更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の照光式スイッチ。
4. 前記導光部材と前記基板との間に設けられ前記導光部材によって導かれる光を前記キートップ側に反射する反射部材を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の照光式スイッチ。
5. 前記光源は、複数の点光源と線状光源とのいずれか一方であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の照光式スイッチ。
6. 前記表面シートと前記導光部材とが接触しないように隔離されていることを特徴とする請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の照光式スイッチ。
7. 前記突起部は前記表面シートよりも硬度が大であることを特徴とする請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の照光式スイッチ。
8. 複数のキートップのうち操作されたキートップに対応する突起部が変位することで基板に設けられた接点の電気的導通を実現するスイッチユニットであって、前記複数のキートップそれぞれに対応する複数の突起部のうち第１の突起部群に対応する第１の貫通穴群を有する第１の導光部材と、前記複数の突起部のうち前記第１の突起部群とは異なる第２の突起部群に対応する第２の貫通穴群を有する第２の導光部材とを含み、前記第１の導光部材および前記第２の導光部材は、前記キートップと前記基板との間に設けられ光源からの光を前記キートップの方向に導くことを特徴とする照光式スイッチユニット。

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