JP2011159442A - 面状発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粘着材の形成領域が大きくなっても輝度の均一性の低下を防止できる面状発光装置の提供。
【解決手段】光源１１と、光源１１に近接配置されて光源１１からの光がその一端縁１３ｅから導入されるシート状のライトガイド１３と、ライトガイド１３の一方の面１３ａ側にライトガイド１３と対向して配置されたシートスイッチ２０と、ライドガイド１３とシートスイッチ２０とを接着する粘着材１５とが備えられた面状発光装置１０。粘着材１５は、少なくともライトガイド１３に接する部分の屈折率が、ライトガイド１３の屈折率より低くされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話、情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）、パーソナルコンピュータなどの操作キーを見易くするための照明に用いて好適な面状発光装置に関する。

携帯電話等のキーボタン部を明るく照明するために面状発光装置が用いられている。面状発光装置としては、薄板状、フィルム状のライドガイドの一端側に光源を備えた側面発光方式のものが広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、図６に示す面状発光装置は、上ケース１０１と下ケース１０２からなるケースの中に、基板１０３が配置されている。この基板１０３の上方には、複数個の操作キー１０４が配置されたキーパッド１０５が配置されている。
図６および図７に示すように、このキーパッド１０５の操作キー１０４の下方には、導光板１０６を介して、それぞれの操作キー１０４に対応する複数個のスイッチング素子１０７が基板１０３に保持されている。そして、キーパッド１０５に設けられた操作キー１０４は、上ケース１０１に設けられた挿通孔１０１ａを挿通して上ケース１０１の表面に突出している。

基板１０３には、液晶表示装置１０９が設けられており、この液晶表示装置１０９は、上ケース１に設けられた表示窓１０１ｂを介して視認可能となっている。
キーパッド１０５と基板３上のスイッチング素子１０７との間には、キーパッド１０５に配置された操作キー１０４を内側から照明する照明装置として、導光板１０６が設けられている。この導光板１０６は、透明で可撓性の材料によって形成されており、線状又は複数個の点状の発光体を有する光源１０８から入射された光をキーパッド１０５の下面に投射する。

図８に示すように、上述の構造の面状発光装置において、光源１０８から導光板１０６の一側端に入射された光は、導光板１０６の表裏面とその周囲の空気層との界面で反射しながら導光板１０６に沿って伝搬していく。導光板１０６内を伝搬していく光は、導光板１０６の背面側において、各操作キー１０４に対応した位置に設けられた光取出部１０６Ａで散乱し、漏れ光として外部に出射することで、各操作キー１０４に対応した位置が発光するようになっている。

導光板１０６と基板１０３は、それぞれ、例えば矩形をなしたフィルム状、薄板状、シート状であり、これらは互いに対向した状態で、粘着材９０により接着されている（例えば、特許文献２、３、４参照。）。
近年、この種の面状発光装置を備えた携帯電話などの電子機器の機械的強度を高めるために、導光板１０６と基板１０３とを粘着材９０で接着する領域を広めることが要請されている。
この粘着材９０の厚みは通常０．０５ｍｍ程度とされ、ポリエステル系の透明樹脂基材の上下両面に粘着層を設けて構成されている。

特開２００１ー１６７６５５号公報 特開２００７ー５３０６３号公報 特開２００７ー３０５３１３号公報 特開２００８ー６００５８号公報

前記構造の面状発光装置にあっては、粘着材９０における光の吸収等を原因として、粘着材９０が形成された部分において局所的に輝度が高くなることなどにより、全体の輝度の均一性が低下するという問題があった。
面状発光装置においては、全体の輝度のバランスを考慮して予めシミュレーションを行っているが、前記粘着材９０における光の吸収等は、シミュレーション結果と実際の装置での輝度分布の相違の原因となっている。上述のように、粘着材９０の形成領域を大きくすると、実際の装置とシミュレーションとのずれはより大きくなってしまう。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、粘着材の形成領域が大きくなっても輝度の均一性の低下を防止できる面状発光装置を提供することを目的とする。

本発明の面状発光装置は、光源と、前記光源に近接配置されて前記光源からの光がその一端縁から導入されるとともに、その面方向に沿って前記光を導光するシート状のライトガイドと、前記ライトガイドの一方の面側に前記ライトガイドと対向して配置されたシートスイッチと、前記ライドガイドと前記シートスイッチとを接着する粘着材とが備えられ、前記粘着材は、少なくとも前記ライトガイドに接する部分の屈折率が、前記ライトガイドの屈折率より低くされている面状発光装置である。
前記粘着材と前記ライトガイドの屈折率の差は、０．０５以上であることが好ましい。
前記ライトガイドは、アクリル系またはウレタン系の樹脂材料からなることが好ましい。
前記粘着材は、厚さ０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
本発明の面状発光装置は、前記光源の一面側と、前記ライトガイドの他方の面とを跨ぐように、遮光性を有した遮光部材が設けられている構成としてよい。

本発明では、粘着材の少なくともライトガイドに接する部分の屈折率が、ライトガイドの屈折率より低くされている。
このため、ライトガイドと粘着材との界面における光の吸収を起こりにくくし、輝度を向上させることができる。また、光の吸収により粘着材形成部分の輝度が局所的に高くなるのを抑えることができる。
このように、輝度の低下や局所的上昇が起こらないため、粘着材の形成領域が大きくなっても、シミュレーション結果に沿った、均一性の高い輝度分布が得られる。

本発明に係る面状発光装置の一実施形態を示す平面図である。 前図に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。 光吸収率測定装置を示す構成図である。 屈折率差と光吸収率との関係を示すグラフである。 実施例および比較例の輝度分布および試験結果を示す図である。 面状発光装置を備えた携帯電話の従来構造の一例を示す斜視展開図である。 従来の面状発光装置の一例を示す平面図である。 従来の面状発光装置の一例を示す断面図である。

本発明に係る面状発光装置の実施形態について以下に説明する。
なお、以下の実施形態は、本発明の主旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図１および図２は、本発明の面状発光装置の一実施形態を示す概略図であり、図１は平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
この実施形態の面状発光装置１０は、例えば携帯電話において複数の操作キーが配列される部分に設けられるもので、光源１１と、光源１１の出射面１１ａに近接配置された平面視長方形のシート状のライトガイド１３と、ライトガイド１３の一方の面（下面）１３ａ側に配置されたシートスイッチ２０とから概略構成されている。

シートスイッチ２０は、粘着材１５を介して、ライトガイド１３に接着されている。この構造により、ライトガイド１３とシートスイッチ２０との間に間隙１８が設けられている。即ち、ライトガイド１３とシートスイッチ２０とが接することなく、粘着材１５の厚みに応じた間隙１８をあけて両者が対向配置されている。
ライトガイド１３とシートスイッチ２０との間に設けられた間隙１８の厚み、すなわち、ライトガイド１３とシートスイッチ２０との距離は特に限定されず、面状発光装置１０が使用される状況において、ライトガイド１３とシートスイッチ２０が接しない程度であれば良いが、面状発光装置１０の全体を薄型化するためには、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。例えば、０．０１ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下であると、ライトガイド１３とシートスイッチ２０の接触やライトガイド１３とシートスイッチ２０の粘着力の低下がおこらず、かつ面状発光装置１０の薄型化を図ることができる。

ライトガイド１３のシートスイッチ２０が配置された側の面、すなわち、ライトガイド１３の一方の面１３ａには、携帯電話の各操作キー５０に対応した所定の位置に、複数の光取出部１９が形成されている。また、ライトガイド１３の他方の面１３ｂは、面状発光装置１０の上面（表面、発光面）をなしている。

光取出部１９は、ライトガイド１３を構成するシート状樹脂シートの一面の必要な領域に印刷パターン１９Ｐを形成するなどの構造を採用することができる。
ライトガイド１３にあっては、その一方の端面１３ｅ（端縁）に対し、光源１１からの出射光が入射されると、その入射光がライトガイド１３の一方の面１３ａと他方の面１３ｂの間で反射を繰り返しながらライトガイド１３の内部を伝搬してゆく。
ライトガイド１３の内部を伝搬している光は、印刷パターン１９Ｐで散乱し、外部に漏れ出る。これにより、印刷パターン１９Ｐを形成した領域、すなわち各操作キー５０に対応した領域から外側に光を出射することができる。

光取出部１９を構成する印刷パターン１９Ｐは、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、パッド印刷法などの印刷法により、ライトガイド１３の一方の面１３ａに形成された微小ドットである。
スクリーン印刷法とは、孔版印刷として版に化学繊維のスクリーンを張ったものを利用し、そのスクリーンに光学的に版膜を作って必要な画線以外の目を塞ぎ、版を作り、その版膜の孔を介してインキを擦りつけることにより版の下に設置した被印刷物の印刷面に印刷を行う方法である。インキはスクリーンの版膜の孔を通過して被印刷面に押し出されて印刷されるので、必要な大きさの印刷パターン１９Ｐを形成することができる。

グラビア印刷は、印刷しようとする凸などの部分が窪んでいる版を用い、この窪みにインキが入るように適当な方法で版全体にインキを付け、表面をドクターと呼ばれる装置で拭き取りながら余分なインキを掻き落とし、窪みに入っているインキだけを残し、そのインキを被印刷面に押し付けて移し、インキの盛り上がり部分を形成することで凹凸部を形成する印刷方法である。印刷の濃淡は、窪みの幅とインキの厚みで表現するため、精巧な凹凸形状を形成可能であり、ライトガイド１３に所望の印刷パターン１９Ｐを形成できる。

パッド印刷は、凹版プレートの凹部にインキを盛りつけ、ブレードによって凹部以外の部分のインキを掻き取り、シリコン樹脂製などのパッドを凹版に押し付けてインキをパッドに写し取り、このパッドを被印刷物の印刷面に押し付けることで凹凸部を形成する方法である。なお、パッドは球形状やドラム状など、種々のものが適用できる。この方法により３次元形状の転写も正確にできるので、ライトガイド１３に所望の印刷パターン１９Ｐを形成できる。

これらの印刷法により形成された印刷パターン１９Ｐ（光取出部１９）は、数字や文字として認識できるので、ライトガイド１３上に、操作キーを備えたキーパッド等を別途設ける必要が無いから、その場合、面状発光装置１０をよりいっそう薄型化することができ、ひいては、この面状発光装置１０を適用した電子機器をよりいっそう薄型化することができる。

これら複数の光取出部１９には、シートスイッチ２０に組み込まれた複数の感圧型のスイッチ素子３０が平面視位置合わせされ、図２に示す如く、光取出部１９とスイッチ素子３０とが上下に対向するように配置されている。
シートスイッチ２０は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）もしくはＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などのプリント配線基板からなる基板２１において、ライトガイド１３と対向する面（以下、「一方の面」と言う。）２１ａに、複数のスイッチ素子３０が設けられ、これらスイッチ素子３０が抑えシート２５により覆われた構成となっている。

各スイッチ素子３０は、基板２１の一方の面２１ａ上に所定間隔で設けられた導電性材料からなる接点部２２と、接点部２２を覆うように、接点部２２との導通、非導通を切り替えるためのドーム形状のメタルプレート２３とから構成されている。
メタルプレート２３は、接点部２２に接離可能な可撓性を備え、基板２１の一方の面２１ａとは反対側に凸状をなす椀型のメタルドームとして構成されている。このメタルプレート２３は、図示しない粘着材層を介して押えシート２５に接着されている。

操作者が指先やペンなどの操作子によりライドガイド１３の操作キー５０の部分を押圧すると、ライドガイド１３および押さえシート２５を介してメタルプレート２３の凸状面２３ａが押圧される。すると、この凸状面２３ａが、基板２１の一方の面２１ａ側に向けて湾曲するように変形して接点部２２に当接し、接点部２２との導通がとれるようになっている。
このため、メタルプレート２３が設けられている操作キー５０の存在を各光取出部１９からの漏れ光により位置表示できるとともに、操作キー５０を指などの操作子により押圧してメタルプレート２３を変形させ、接点部２２との導通を切り替えることで各スイッチ素子３０のオンオフ（導通、非導通）操作を行うことができる。

光源１１としては、発光ダイオード（Light Emitting Diode、ＬＥＤ）などの発光素子、冷陰極管などの発光体などからなるものが用いられる。光源１１がＬＥＤからなるものである場合、箱状のケースの内部に発光素子チップが内蔵され、この発光素子チップが出射した光を光源１１のケース側面の出射面１１ａから出射できるように構成されている。
また、光源１１は、はんだ２９によって、基板２１の一方の面２１ａ上の図示略の電気回路に接続されて設けられている。

ライトガイド１３は、シート状の樹脂からなり、例えば、平面視長方形をなしている。
ライトガイド１３を構成する樹脂としては、光透過性の樹脂であり、かつ、弾性変形可能なものであれば特に限定されないが、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シリコーン系樹脂（シリコン系樹脂）、ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ポリメチルメタクリレート、ＰＭＭＡ）のエラストマー、ウレタンアクリレートからなる群から選択されたいずれかが好ましい。
なかでも特に、アクリル系樹脂またはウレタン系樹脂は、弾性を有するため損傷を受けにくく、耐久性の点で優れている。

ライトガイド１３の厚みは特に限定されず、光源１１からの出射光の透過率が高く、操作キー５０を操作者が指先やペンなどの操作子で押圧した場合、メタルプレート２３を下向きに湾曲させて変形させて接点部２２に導通させることができるが、操作キー５０を押圧しない場合、ライトガイド１３とシートスイッチ２０との間に設けられた間隙１８の幅を一定に保つことができる（すなわち、ライトガイド１３とシートスイッチ２０が接しないようにすることができる）程度であればよく、面状発光装置１０を薄型化するためには、０．０１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下とすることができる。

粘着材１５は、シート状の基材の両面に、粘着材料からなる粘着層が形成された両面テープ状とすることができる。
基材には、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂等を用いることができる。
粘着材料としては、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂（シリコン系樹脂）、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、天然ゴム系粘着剤、合成ゴム系粘着剤などが挙げられる。
また、粘着材１５は、両面テープ状とせず、１層構造としてもよい。すなわち、基材を使用せず、上記粘着材料により一体に形成されていてもよい。

粘着材１５は、少なくともライトガイド１３に接する部分の屈折率が、ライトガイド１３の屈折率より低くされている。
粘着材１５が、基材両面に粘着層が形成された構造の場合は、ライトガイド１３に当接する粘着層の屈折率が、ライトガイド１３の屈折率より低くされる。
一方、粘着材１５が、１層構造である場合には、この粘着材１５を構成する粘着材料の屈折率が、ライトガイド１３の屈折率より低くされる。

屈折率がライトガイド１３より低い粘着層を形成するには、低屈折率の粘着材料を用いればよい。具体的には、シリコーン系樹脂（シリコン系樹脂）を使用することができる。
また、屈折率を低下させる作用を有する材料を粘着材料に添加することによって、粘着材料の屈折率を調整することもできる。屈折率を低下させる作用を有する材料としては、シリコーン系フィラー（シリコン系フィラー）等があり、これを前記粘着材料、例えばアクリル系樹脂に添加することによって粘着材料の屈折率を低くできる。

屈折率差（ライトガイドの屈折率から粘着材料の屈折率を減じた値）は０．０５以上であることが好ましい。屈折率差をこの範囲とすることによって、光の吸収を防ぎ、より均一性の高い輝度分布が得られる。

図１に示すように、粘着材１５は、ライトガイド１３の一方の面１３ａの外周縁部に沿って設けられた枠状部１５Ａと、携帯電話において互いに間隔を隔てて複数列に配列された各操作キー、すなわち光取出部１９の列の間に設けられた帯状部１５Ｂとに設けることができる。
粘着材１５の厚みは特に限定されないが、０．１ｍｍ以下とすると、面状発光装置１０を薄型化する点で好適である。例えば、０．０１ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下であると、ライトガイド１３とシートスイッチ２０の接触がおこらず、かつ面状発光装置１０の薄型化を図ることができる。

また、光源１１の上面１１ｂと、ライトガイド１３の一方の面１３ａとにわたり、シート状の遮光部材４０が設けられている。
遮光部材４０は、遮光性を有する材料からなり、例えば、ポリウレタン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シリコーン系樹脂（シリコン系樹脂）、ポリスチレン系樹脂等の樹脂、各種金属からなる群から選択されたいずれかを用いることができる。
遮光性を高めるために、これらの材料に顔料を含有させたり、これらの材料からなるシートの表面に塗料を塗布するのが好ましい。その色は、十分な遮光性を有するのであれば特に限定されず、白色等でもよいが、最も光を吸収して遮光性の高い黒色とするのが好ましい。

また、遮光部材４０に光反射機能を付与することもできる。
この場合には、遮光部材４０の表面に、例えばアルミニウムや銀などの金属を表面に蒸着したり塗布したりすることで反射層を形成することができる。また、遮光部材４０を前記アルミニウム等の金属で形成することで、遮光部材４０に光反射機能を与えることもできる。

上記構成の面状発光装置１０では、ライトガイド１３の一方の端面１３ｅに対して光源１１からの出射光が入射されると、その入射光がライトガイド１３の一方の面１３ａと他方の面１３ｂの間で反射しながらライトガイド１３の内部を伝搬して、その一部が光取出部１９で散乱し、外部に漏れ出る。

面状発光装置１０では、粘着材１５の少なくともライトガイド１３に接する部分の屈折率が、ライトガイド１３の屈折率より低くされている。
このため、ライトガイド１３と粘着材１５との界面における光の吸収を起こりにくくし、輝度を向上させることができる。また、光の吸収により粘着材１５形成部分の輝度が局所的に高くなるのを抑えることができる。
このように、輝度の低下や局所的上昇が起こらないため、粘着材の形成領域が大きくなっても、シミュレーション結果に沿った、均一性の高い輝度分布が得られる。

また、面状発光装置１０では、光源１１の上面１１ｂとライトガイド１３の一方の面１３ｂとに渡ってこれらを部分的に覆う遮光部材４０を備えることで、光源１１とライトガイド１３との隙間部分から漏光するのを防止することができる。
これにより、操作キー５０が配置されたライトガイド１３を照明したときの輝度分布の更なる均一化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、ライトガイド１３に印刷パターン１９Ｐからなる光取出部１９が設けられた面状発光装置１０を例示したが、本発明の面状発光装置はこれに限定されない。本発明の面状発光装置にあっては、ライトガイド１３の他方の面１３ｂ、すなわち、ライトガイド１３のシートスイッチ２０と対向する面とは反対側の面に光取出部が設けられていてもよい。
この場合、ライトガイド１３の他方の面１３ｂに設けられた光取出部１９を覆うように光透過性の樹脂からなる保護膜を設けてもよい。このようにすれば、光取出部１９を傷付き難くすることができる。

また、粘着材１５として、ライトガイド１３の一方の面１３ａの外周縁部に沿って設けられた枠状部１５Ａと、光取出部１９の列の間に設けられた帯状部１５Ｂとを設ける例を挙げたが、これに限るものではなく、粘着材１５の設置レイアウトはいかなるものとしてもよい。
本実施形態において例示した以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、他の構成に適宜変更することが可能である。

（試験例１〜４）
図３に示す光吸収率測定装置を用いて、粘着材の光吸収率を測定した。
幅１０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、厚さ２００μｍの短冊状のライトガイド３３の上下面に白色のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる遮蔽材３４、３４を設け、上面側の遮蔽材３４とライトガイド３３との間に幅１ｍｍの粘着材３５を設けた。光源３１からライトガイド３３を通ってフォトダイオード３２に達した光の強度から、次に示す式により、粘着材３５による光吸収率（％）を算定した。結果を表１に示す。
粘着材３５による光吸収率＝粘着材３５を設けたことによる光強度変化量／粘着材３５がない場合の光強度
「粘着材３５を設けたことによる光強度変化量」とは、粘着材３５がない場合の光強度と、粘着材３５がある場合の光強度との差である。

試験例１では、ポリエステル系樹脂からなる基材の両面に、シリコーン系樹脂（シリコン系樹脂）からなる粘着層（屈折率は１．４３）を形成した粘着材１５を使用した。
試験例２では、ポリエステル系樹脂からなる基材の両面に、アクリル系樹脂からなる粘着層（屈折率は１．４７４）を形成した粘着材１５を使用した。
試験例３では、ポリエステル系樹脂からなる基材の両面に、アクリル系樹脂からなる粘着層（屈折率は１．４８８）を形成した粘着材１５を使用した。
試験例４では、ポリエステル系樹脂からなる基材の両面に、アクリル系樹脂からなる粘着層（屈折率は１．６）を形成した粘着材１５を使用した。

図４は、試験例１〜４に準ずる試験により、ライトガイド３３の屈折率と粘着材１５の粘着層の屈折率との差（ライトガイド３３の屈折率−粘着材１５の粘着層の屈折率）が、光吸収率に及ぼす影響を調べた結果を示すグラフである。
表１および図４より、ライトガイドの屈折率に比べ粘着材の屈折率を低くすると、光吸収率を顕著に小さくできることがわかる。

（実施例１）
試験例１で用いたものと同様の粘着材（粘着層の屈折率は１．４３）と、屈折率１．４８８のライトガイドを用いて、図１および図２に示す構造の面状発光装置を作製した。

（比較例１）
試験例２で用いたものと同様の粘着材（粘着層の屈折率は１．４８８）と、屈折率１．４８８のライトガイドを用いて、図１および図２に示す構造の面状発光装置を作製した。

（比較例３）
試験例３で用いたものと同様の粘着材（粘着層の屈折率は１．６）と、屈折率１．４８８のライトガイドを用いて、図１および図２に示す構造の面状発光装置を作製した。

各実施例および比較例の面状発光装置について、輝度分布および平均輝度を調べた結果を図５に示す。

図５より、ライトガイドの屈折率に比べ粘着材の屈折率を低くした実施例１では、粘着材の屈折率がライトガイドの屈折率に等しいか、またはライトガイドの屈折率より高い比較例１、２に比べ、高い輝度が得られたことが確認できた。

１０・・・面状発光装置、１１・・・光源、１３・・・ライトガイド、１３ａ・・・一方の面、１３ｅ・・・端面（端縁）、１５・・・粘着材、２０・・・シートスイッチ、４０・・・遮光部材。

Claims (5)

1. 光源と、
   前記光源に近接配置されて前記光源からの光がその一端縁から導入されるとともに、その面方向に沿って前記光を導光するシート状のライトガイドと、
   前記ライトガイドの一方の面側に前記ライトガイドと対向して配置されたシートスイッチと、
   前記ライドガイドと前記シートスイッチとを接着する粘着材とが備えられ、
   前記粘着材は、少なくとも前記ライトガイドに接する部分の屈折率が、前記ライトガイドの屈折率より低くされていることを特徴とする面状発光装置。
2. 前記粘着材と前記ライトガイドの屈折率の差は、０．０５以上であることを特徴とする請求項１に記載の面状発光装置。
3. 前記ライトガイドは、アクリル系またはウレタン系の樹脂材料からなることを特徴とする請求項１に記載の面状発光装置。
4. 前記粘着材は、厚さ０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の面状発光装置。
5. 前記光源の一面側と、前記ライトガイドの他方の面とを跨ぐように、遮光性を有した遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の面状発光装置。