JP2009272224A - キーモジュール及び該キーモジュールを用いた情報端末機器 - Google Patents

Abstract

【課題】１個の光源の光量を光ファイバにて伝播させ、スイッチ部を照明することのできる小型で低消費電力のキーモジュールを提供すること。
【解決手段】本発明に係るキーモジュールは、光ファイバ３が、片端の端末部は光源２の近傍に位置し、スイッチ部４を通るように配線されている。スイッチ部４の近傍に位置する光ファイバ３には、溝加工、シボ加工、曲げ加工の漏れ光５Ａ（５）を発生させる加工が施してあり、漏れ光５Ａ（５）によってスイッチ部４を照明する。
【選択図】図１

Description

本発明は、操作するスイッチ部（以下、キーと称する）を背面から照明して表示するバックライト装置であるキーモジュールと該キーモジュールを用いた情報端末機器とに関する。

携帯電話をはじめとするモバイル機器が商用提供されており、年々高機能化や多機能化が進んでいることが知られている。さらに携帯性を向上させるための薄型化や軽量化も進んでいることは公知である。当該の機器に用いられるバックライト装置を用いたキーモジュールは、同様に薄型化や軽量化、小型化が求められている。さらに、キー操作性の向上や部品点数の削減、組立て工数の削減、実装の簡略化といった低コスト化も要求されている。

特許文献１には、データ入力装置の照明装置が明示されている。ドーム状スイッチの上に有機エレクトロルミネセント材料の薄膜照明があり、薄膜照明手段としてタブが設置されており、キー部分を一様に一面照光している。

特許文献２には、ＬＥＤ（レーザ発光ダイオード）を光源とし、透光材料であるライトガイドを用いて、その出射面から放出される光を用いた照明装置を明示している。
特開２００１−１４８２１３号公報 特開２００５−１１８８５号公報

しかしながら、前記特許文献の技術では数多くの光源を必要とするものであったり、部品点数が多かったりして軽量化や小型化に不利なものであった。また、実装が複雑で高コストだったり、消費電力の低減が困難といった問題を有していた。

特許文献１では、有機エレクトロルミネセント材料が高価であり、回路が複雑になり、動作させるためのドライバなどの新たな部品が必要になり高コストである。また、部品点数が多いため実装コストがかかり小型化にも不利であるという問題がある。

特許文献２では、多数のＬＥＤが必要であり、実装コストが高く、モジュールの大型化が避けられない構造である。従って、小型化・省電力化が困難であるという問題がある。

本発明の目的は、部品点数や組立て工数の削減、及び実装を簡略化して消費電力の低減を図ることのできるキーモジュールを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のキーモジュールでは、光源の数を最小の１個とし、光源からの光の伝播に光ファイバを用いるという手段を用いている。

具体的には、本発明のキートップモジュールでは、基板の一面上に複数あるスイッチ素子とそれを覆う把持体、及びスイッチ素子と重なる位置に１つの光源と接続された光ファイバが配置されており、前記配置された１本の光ファイバには所定の箇所に光源から導かれた光を漏れ光として発光できる加工部を有し、前記漏れ光がキートップの近傍に配置して照光するものである。
また、複数本の光ファイバを用いる場合には、同様に基板の一面上に複数あるスイッチ素子とそれを覆う把持体、及びスイッチ素子の近傍位置に１つの光源と接続された複数本のの光ファイバが配置されており、それぞれ他端は前記光源に接続されており、各々の光ファイバの端面から出射される光がキートップの近傍に配置して照光するものである。

上記の構成において、光ファイバの外径は200μｍ以下を用いるほうが好ましい。かかる構成によれば、特に携帯用電子機器やモバイル用途の情報端末機器に適用した際の薄型化が可能となる。

また、上記の構成において、曲げ特性や耐外傷性に優れたポリマー材料の光ファイバ（ポリマーファイバとも称する）を用いるほうが好ましい。かかる構成によれば、アセンブリ時に容易にハンドリングすることができる。

さらに、上記の構成において、メタルドームの厚さは０．５ｍｍ以下を用いるほうが好ましい。かかる構成によれば、薄型のスイッチ素子を形成することができ、特に携帯用電子機器やモバイル用途の情報端末機器に適用した際の薄型化が可能となる。

上記の構成において、光源は幅２ｍｍ程度の汎用的なチップ型ＬＥＤを用いるほうが好ましい。かかる構成によれば、ファイバ外径（２００μｍ）より十分大きいので、単数もしくは複数本の光ファイバを光源と接続することができる。

上記の構成において、光ファイバの固定はキートップ位置に対する位置ズレが小さいほうが好ましい。一般的には接着剤や粘着シートを用いて行われることが多いが、その固定方法に特に制限を設けるものではない。また、把持体に光ファイバを通すための通過孔や切り欠きを設けてもよく、特に制限するものではない。

本発明のキーモジュールは、基板の一面上に複数あるスイッチ素子とそれを覆う把持体、及びスイッチ素子と重なる位置に１つの光源と接続された光ファイバが配置された構成であり、前記配置された１本の光ファイバには所定の箇所に光源から導かれた光を漏れ光として発光できる加工部を有し、前記漏れ光がキートップの近傍に配置して照光するものである。前記構成によって、光源１個で複数のスイッチ部を照明することができるため、光源の数を減らすことができ、基板の配線も簡略化することが可能となる。従って、部品点数や組立て工数を削減して基板への実装を簡略化することができるし、消費電力の低減も達成することができる。

本発明のキーモジュールは、安価な光ファイバを用いている構成であることから、キーモジュールについてのコストが低減可能であり、前記キーモジュールを用いた情報端末機器や装置のコストを低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明のキーモジュールの第１実施形態を示す図である。
本実施形態のキーモジュールは、プリント配線基板１（以下、基板と称する）に光源２が実装され、１本の光ファイバ３がスイッチ部４を通過するように配線され、光ファイバ３にはスイッチ部４に相当する位置で光源から導かれた光を漏れ光５Ａ（５）として発光できる加工部を有している構成となっている。

基板１はガラスエポキシ基板に銅を貼り合わせた、いわゆるリジッド基板でもいいし、ポリイミドを初めとするプラスチック材料を用いたフレキシブル基板でもよい。また、片面板や両面板、さらに多層板を用いてもよく、特に制限を設けるものではない。

光源２は一般にＬＥＤ（レーザー発光ダイオード）が用いられる。ＬＤ（レーザーダイオード）を用いることも可能であり、また、上面に光量を放出するトップビュー型や横方向に光量を放出するサイドビュー型などさまざまな型式の光源が使用でき、特に制限を設けるものではない。

光ファイバ３にはさまざまな屈折率分布（プロファイルともいう）を有するものが知られているが、光源からの所望の光量を伝播できるものであれば、特に屈折率分布を制限するものではない。また、光ファイバ３の被覆材は接着剤による固定や把持体へのアセンブリが可能であれば、適宜選択すればよいものであって、特に制限するものではない。

スイッチ素子はスイッチ部４と同義であり、後述するメタルドーム１５と電極１７によって構成されるものである。

本発明では、光ファイバ３は基板１とキートップの間に配置され、スイッチ部４を漏れ光５Ａ（５）にて照明するものであるが、光ファイバ３の配線位置を制限するものではない。

前記光ファイバ３の配線位置が後述するメタルドーム１５の頂点位置とする場合には、スイッチ部を均等に照明することができる。また、前記光ファイバ３の配線位置を後述するメタルドーム１５の頂点位置からずらした場合には、メタルドーム１５の頂点からキートップ部まで距離を小さくすることができる。すなわち、筐体をコンパクトにすることが可能となる。さらに、前記光ファイバ３の配線位置を後述するメタルドーム１５の範囲外の位置にした場合には、メタルドーム１５の頂点をキートップ部の直近に設置できるため、筐体の薄型化やコンパクト化もっとも有利な構成とすることができる。光ファイバ３の配線位置や必要な位置決め精度については、適宜選択すればよいものであって、特に制限するものではない。

本実施形態は、１個の光源２と１本の光ファイバ３で構成されており、最小限の部品構成となっている。従って、小型化や薄型化が可能であり、組み立てコストも低減できるものである。さらに、電力を消費する部品は光源２が１個のみであるので、低消費電力も達成できるものである。

図２は、本発明のキーモジュールの第１実施形態において、光ファイバ３にＶ字の溝６が加工されており、前記溝６にて光ファイバ３の内部を進行する光を反射させ、漏れ光５Ａ（５）として光ファイバ3の外部に照光している状態を示す図である。

本実施形態において、光ファイバ３は光通信用途で使われているプラスチック光ファイバなどが用いられる。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなるコアと、該コアの外周にフッ素樹脂からなるクラッドを備えたプラスチック光ファイバなどが挙げられる。それ以外にも、光源からの光量を伝播することのできる材料であれば使用可能である。例えば、アクリルやポリカーボネートといったプラスチック材料であり、比較的屈折率の高く、切削等の加工が容易であるほうが好ましい。

Ｖ字の溝深さや溝角度、溝の間隔を変えることによって、漏れ光５Ａ（５）の量を制御することが可能である。例えば溝深さ（Ｄ）は１０μｍ〜８０μｍ、溝角度（θ）は３０°〜６０°、溝の間隔（Ｉ）は０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとすることができる。また、伝播する光の進行方向は、図２に示すようにＶ溝を形成する２面のうち、溝角度を有する傾斜面側へ最初に照射される方向が好ましい。

図３は、本発明のキーモジュールの第１実施形態において、光ファイバ３にシボ７が加工されており、前記シボ７にて光ファイバ３の内部を進行する光を散乱させ、漏れ光５Ａ（５）として光ファイバ３の外部に照光している状態を示す図である。

本実施形態において、光ファイバ３にシボ７を加工するには、機械加工による切削などが知られている。例えば、サンドブラストなどは当該のプラスチック光ファイバの表面に微小な凹凸をつけるための簡便な手法である。それ以外にも金型に嵌め込んで圧縮加工によって表面に凹凸をつけることも可能であり、特に加工方法を制限するものではない。

光ファイバ３の表面の凹凸深さや数を変えることによって、漏れ光５Ａ（５）の量を制御することが可能である。例えば凹凸深さは５μｍ〜５０μｍとすると好適である。

図４は、本発明のキーモジュールの第１実施形態において、光ファイバ３に臨界角以上の曲げ８が加工されており、前記曲げ８にて光ファイバ３の内部を進行する光を放出させ、漏れ光５として光ファイバ3の外部に照光している状態を示す図である。

本実施形態において、光ファイバ３は曲げ８によって破断することのない強度を有することが必要である。一般に、光ファイバ３の曲げをきつくする、すなわち、曲げ半径を小さくすると、コア９からクラッド１０に入射する光の進入角度が小さくなり、全反射する光が減り光ファイバ３の外部に放出される光が多くなることが知られている。すなわち、光ファイバ３の曲げ半径を制御することによって、当該箇所から光ファイバ３の外部に放出される光量を制御することが可能である。本発明は特に曲げ形状を規定するものではない。

光ファイバ３の曲げ角度を変えることによって、漏れ光５Ａ（５）の量を制御することが可能である。例えば曲げ角度は８０°〜１５０°とすると好適である。

図５は、本発明のキーモジュールの第１実施形態において、漏れ光５Ａ（５）が発生している箇所に顔料１１やインク１２が印刷されているものであり、漏れ光５Ａ（５）が顔料１１に当たって散乱し、インク１２を通して光ファイバ3の外部に照光している状態を示す図である。

本実施形態において、光ファイバ３に多色な着色を施すことが可能である。また、顔料１１やインク１２の印刷は、光ファイバ３ではなくキートップ側に施すことも可能である。一般に、インク１２に進入した光は顔料によってミー散乱を引き起こすことが知られている。

従って、顔料１１の粒子径は可視光の波長と同程度のもの、例えば、４００〜７００ｎｍであることが好ましい。また、インク中の顔料比率は５〜３０％であると好適である。但し、本発明は顔料１１やインク１２の成分や組成を特に制限するものではない。

図６は、本発明のキーモジュールの第２実施形態を示す図である。

本実施形態のキーモジュールは、基板１に光源２が実装され、複数の光ファイバ３の端末部が光源２の直近に配置され、光ファイバは光源２と各スイッチ部４を結ぶように配線され、もう片方の端末部はスイッチ部４の近傍に位置し、光源２から導かれた光量を光ファイバ３の端末部から出射光５Ｂ（５）としてスイッチ部に発光できる構成となっている。

基板１は、ガラスエポキシ基板に銅を貼り合わせた、いわゆるリジッド基板でもいいし、ポリイミドを初めとするプラスチック材料に銅を貼り合わせたフレキシブル基板でもよい。また、片面板や両面板、さらに多層板を用いてもよく、特に制限を設けるものではない。

光源２は、一般にＬＥＤ（レーザー発光ダイオード）が用いられる。ＬＤ（レーザーダイオード）を用いることも可能であり、また、上面に光量を放出するトップビュー型や横方向に光量を放出するサイドビュー型など、さまざまな型式の光源が使用でき、特に制限を設けるものではない。

光ファイバ３には、さまざまな屈折率分布（プロファイルともいう）を有するものが知られているが、光源からの所望の光量を伝播できるものであれば、特に制限するものではない。また、光ファイバ３の被覆材も接着剤による固定や把持体へのアセンブリが可能であれば適宜選択すればよく、特に制限するものではない。

スイッチ素子はスイッチ部４と同義であり、後述するメタルドーム１５と電極１７によって構成されるものである。

本発明の光ファイバ３は基板１とキートップの間に配置され、スイッチ部４を端末部からの出射光５Ｂ（５）にて照明するものである。前記光ファイバ３の配線は、光源２から各スイッチ部４までを適宜配線すればよいものであって、特に配線ルートを制限するものではない。また、光ファイバ３の端末部の位置は、前記スイッチ部４の近傍であって出射光５Ｂ（５）によって照光する。前記スイッチ４の近傍とされる位置は、後述するメタルドーム１５の頂点位置の近傍に相当する。光ファイバ３の端末部の位置や必要な位置決め精度については、適宜選択すればよいものであって、特に制限するものではない。

本実施形態は、１個の光源２と複数の光ファイバ３で構成されており、従来より少ない部品構成となっている。従って、小型化や薄型化が可能であり、組み立てコストも低減できるものである。さらに、電力を消費する部品は光源２が１個のみであるので、低消費電力も達成できるものである。

第１実施形態に比べて、使用される光ファイバ３の数が多いので、組み立てコストの点では不利である。しかしながら、一般に光ファイバ３の端末部からの出射光５Ｂ（５）の光量は、漏れ光５Ａ（５）の光量より多いことが知られており、第１実施形態よりもスイッチ部４を大きい光量で照明する、すなわち、明るくすることができる。

図７は、本発明のキーモジュールの第２実施形態において、光ファイバ３の端末部が光源２に位置し、光ファイバ３は接着剤１３によって把持体１４に固定され、メタルドーム１５の頂上近傍まで配線されている。そして、光ファイバ３のもう方端の端末部はキートップ１６とメタルドーム１５の上部を覆う把持体１４の間に配置され、端末部からの出射光５Ｂ（５）にてキートップ１６のスイッチ部４を照明している状態を示す図である。端末部からの出射光５Ｂ（５）はキートップ側の方向を向いており、当該部を照射する構成となっている。

本実施形態において、光ファイバ３は把持体１４と接着剤１３によって固定されており、把持体１４とキートップ１６の間に光ファイバ３が配置されている。接着剤１３は光ファイバ３を固定でき、端末部を照明可能な位置に設置できるものであれば、特に制限を設けるものではない。

図８は、本発明のキーモジュールの第２実施形態において、光ファイバ３の端末部の配置は図７の場合と同様であるが、光ファイバ３の配置が把持体１４と基板１の間にあり、通過孔１８を通ってメタルドーム１５の上部を覆う把持体１４の頂上付近に端末部が配置され、端末部からの出射光５Ｂ（５）にてキートップ１６のスイッチ部４を照明している状態を示す図である。

本実施形態において、光ファイバ３は把持体１４と基板１の間に設置されており、端末部だけが、把持体１４とキートップ１６の間に配置されている。光ファイバ３の固定については特に制限するものではない。

一般に、光ファイバは強度に優れない素材のものが多いので、把持体１４と基板１の間に設置することによって、外部応力や温度変化による歪から保護することが可能である。さらに、通過孔１８を通すことによって、アセンブリを行う際の位置決めの精度を向上させることができる。

光源２は、一般にＬＥＤ（レーザ発光ダイオード）が使用される。また、ＬＥＤには単色のものが安価であるが、多色に発光するものを用いてもよい。

本発明のキーモジュールは、部品点数や組立て工数を削減して基板への実装を簡略化することができ、消費電力の低減も達成することができるものである。さらに、安価な光ファイバを用いている構成であることから、コストの低減も可能である。このような特徴を持つ本発明のキーモジュールは、様々な電子機器や情報端末機器に適用することが可能である。特に小型で低消費電力という特徴があることから、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ端末、Personal Digital Assistantの略）を初めとするモバイル機器に適用すると好適である。

本発明に係るキーモジュールの第１実施形態の基本構成を示す概略図である。 図１に示した第１実施形態の第１例であるＶ字の溝６と漏れ光５Ａ（５）を示す概略側面図である。 図１に示した第１実施形態の第２例であるシボ７と漏れ光５Ａ（５）を示す概略側面図である。 図１に示した第１実施形態の第３例である曲げ８と漏れ光５Ａ（５）を示す概略側面図である。 図１に示した第１実施形態において光ファイバ３に漏れ光５Ａ（５）が発生する箇所に顔料１１とインク１２が印刷されている状態を示す概略側面図である。 本発明に係るキーモジュールの第２実施形態の基本構成を示す概略図である。 図６に示した第２実施形態の第１例である光ファイバ３が把持体１４と接着剤１３によって固定され、把持体１４とキートップ１６の間に配置されている光ファイバ３の端末部からの出射光５Ｂ（５）示す概略側面図である。 図６に示した第２実施形態の第２例である光ファイバ３が把持体１４と基板１の間に配置され、通過孔１８を通されている光ファイバ３の端末部からの出射光５Ｂ（５）を示す概略側面図である。

符号の説明

１ 基板、２ 光源、３ 光ファイバ、４ スイッチ部、５Ａ（５） 漏れ光、５Ｂ（５） 出射光、６ 溝、７ シボ、８ 曲げ、９ コア、１０ クラッド、１１ 願料、１２ インク、１３ 接着剤、１４ 把持体、１５ メタルドーム、
１６ キートップ、１７ 電極、１８ 通過孔。

Claims (8)

1. 基板の一面上に複数のスイッチ素子とそれを覆う把持体、及び各々のスイッチ素子と重なる位置に１つの光源と接続された光ファイバが配置されており、前記配置された１本の光ファイバには所定の箇所に光源から導かれた光を漏れ光として発光できる加工部を有し、前記漏れ光がキートップの近傍に配置していることを特徴とするキーモジュール。
2. 前記加工部は、光ファイバの側面に溝加工が施されたものであることを特徴とする請求項１のキーモジュール。
3. 前記加工部は、光ファイバの側面にシボ加工が施されたものであることを特徴とする請求項１のキーモジュール。
4. 前記加工部は、光ファイバに漏れ光が発生する臨界角以上の曲げ加工が施されたものであることを特徴とする請求項１のキーモジュール。
5. 前記加工部に着色が施されていることを特徴とする請求項２〜４のキーモジュール。
6. 基板の一面上に複数のスイッチ素子とそれを覆う把持体、及び各々のスイッチ素子の近傍位置に１つの光源と接続された複数本の光ファイバの一端が配置されており、それぞれ他端は前記光源に接続されており、各々の光ファイバの端面から出射される光がキートップの近傍に配置していることを特徴とするキーモジュール。
7. 前記光源が多色に発光することを特徴とする請求項１〜６のキーモジュール。
8. 請求項１〜７のキーモジュールを用いた情報端末機器。

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