JP4039498B2 - インタ−フェイス装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
各種電気機器にはEL素子,液晶パネル,LEDのような表示部品や情報を入力するためのスイッチと呼ばれる種々な形態をもつ一連の入力部品は多用されると共に小形化が進められ、これら部品の利用態様には、表示部と入力手段が離れた位置に設置されたり、ほぼ近接して配置たりなど種々なものなどがある。また、表示部品にはブラウン管のような大形ものから、移動電話に用いられているLCDやELのように小形であったり、ただ単にLED素子を1個点灯し装置の動作状態を示すものなどもある。
しかしながら最近の趨勢として、微弱電波の利用や、俗称リモコンと呼ばれる装置になどでも遠隔距離が長くなると、人間がスイッチを押圧した状態を手元で確認することが必要となり、人間がスイッチを押圧した時すぐさまインプットした状態を、手元で確認できるインタ−フェイス装置が切望されている。
また、冷暖房装置や電灯などのリモコンでは、暗がりで操作することも多いので液晶パネルではバックライトが必要になったりする。
以上のような背景から、本発明は、電気装置などに人間が指示を与えたりする入力部と、その指示結果をすぐさま目視し、かつ、確認ができる輝度の大きいLED表示部とを一体化することで厚みが2mm以下の小形なインタフェイス装置を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から多用されているこの種装置では、プリント基板の上に高さが違うLEDなどの表示部品やスイッチなどの入力部品を実装するが、実装する部品の高さが異なり、表面パネルを平坦に構成することが非常に困難である。そこでプリント基板上にさらに高さをそれえるために種々な高さや形状のスペ−サを取り付け、このスペサ−上面にパネル面を装着することで、パネル面が平胆になるようにインタ−フェイス装置を構成している。
さらに、各LED間には薄い鉄板などを用い、遮蔽板を設置することでLEDの光路が強制的にパネル面に向くように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような構造のインタ−フェイス装置では、構造も複雑で加工度も高く、コスト高になることはいなめない。なおかつ、精度も得られず、特にスペ−サのありかたなどの欠点があり、本願が目標とする2mm以下のインタ−フェイス装置を構成することは、はなはだ難しい。
【0005】
【課題を解決するための手段】
インタ−フェイス部品を電気的に結線したり外部引き出し端子部に導くための電的な導体部を持ったプリント基板上に面実装LEDを装着し、当該LEDやスイッチなどの表面積に対して大きめに穿孔した一体構造のプラスッチク枠体ブロックを有し、かつ、LEDを始めとしたインタ−フェイス部品は、当該枠体ブロックの穿孔部に挿入するよう上記基板上に面実装する。また、人間がタッチする面に目視情報を印刷すると共に、面実装LEDに対しては光緩和機能を有するオ−バレイ層とを一体で構成したインタ−フェイス装置である。
さらに、本発明では、枠体ブロックにアクリル系や一連のプラスッチクスを用い、かつ、枠体ブロックの穿孔部分の開口面積比をLEDの表面積に対して1.4から1.8に設定することで、LEDが発する光束をパネル表面に効率良く導くものである。
前記LEDばかりでなく、枠体ブロックの穿孔中には、プリント基板上の電気的導体部に接点機能を持ったスイッチなどを構成することによって、小形なインタ−フェイス装置が得られるばかりでなく、枠体ブロックのスイッチ部分を穿孔するに際に得られる切り落とし材を、スイッチ機能の押圧伝達部として再利用することによって穿孔に対してスム−スに接点が可動するようにした。
【0006】
【実施の形態】
面実装LEDは、小形化できるが発光状態強度がLEDの表面の中心部分に集中する特性がある。そのためこのLEDを近接して多数平面上に配置して書画状に発光させると点発光の集合となり、はなはだ目視しづらいものとなる。
本発明は、レ−ザ加工機がプラスッチクに対しても微細加工できる点に着目して、一連の素材からなるプラッスチック枠体ブロックに入力手段やLEDを装着する部分を穿孔し、この穿孔が、光を導く為の一種の光塔を構成することを見いだした。
また、表面層、俗称オ−バレイとも呼ばれる、の少なくとも1面に曇りガラス状の微少な凹凸面を構成することや、顔料系インクを印刷し凹凸面を構成したり、また、当該層に半透明な紙のような繊維状材料を用いるなどしてLEDの部分発光を緩和し、発光する字体をオ−バレイ上に投影して自然な形に表現できる装置を得た。
【0007】
【実施例1】
図1は本発明によるインタ−フェイス装置の鳥瞰図で、1は、少なくても表裏面の何れか一方、或いは両面に磨りガラス状の微少な凹凸面を構成するか、紙のような繊維質状の光散乱による光緩和機能を持つ0.1から0.2mmの厚みのオ−バレイである。
また、図中2は、後に、図2、図3(a)、図4、図5で詳述するレ−ザ加工機による穿孔部を持つ厚みが0.5から1.5mmの一体構造の枠体ブロックである。
さらに、図中3は、絶縁体板に銀ぺ−ストをスクリ−ン印刷で構成した基板、絶縁体板上の銅張り板をフォトファブリケ−ションによって加工したり、フレキシブル状や、両面はもとより多層状に構成されているなどの一連のプリント基板を図示したもので、当該基板の表面や裏面には、図示していない電気信号を導いたりあるいは送出したりする導体や,また、必要に応じ、C、R、やICなどの部品を実装するが、裏面は平坦に構成する。
当該装置の表面には、押圧面4でのキ−信号を得たり表示面6に数字等を表示するための目視情報を印刷する。。
また、当該プリント基板3には図示していない内部回路と、これもまた図示してない外部信号処理回路や、処理装置からの信号を受けLEDを発光させたり、キ−信号を送出するためのリ−ド端子や線、7a、7b、7nが接続されている。
以上述べた1のオ−バレイと、2の枠体ブロックと、3のプリント基板とは、図1に図示したように各部を周知な方法によって固着または粘着し、一体構造に構成した。
図中4は、キ−押圧面位置を示すためにオ−バレイの表面に印刷したマ−クを図示したもので、オ−バレイ表面には、このマ−クのほか絵柄や記号を発光投影面5、或いは数字の8で図示した発光部投影部分6を除き、部分印刷や全面印刷するなどして、インタ−フェイス装置としてのパネル面を構成する。
【0008】
図2は、図1に示したオ−バレイ1、枠体ブロック2、プリント基板3の関係を明らからかにするための分解鳥瞰図である。
図2において、すでに図1に述べた符号と同一内容のものは省略し、同一番号を用いるが、図2において、10a、bは、枠体ブロック2の表面と裏面に装着した固着剤や粘着剤を示し、21は、25を穿孔する時に得られる切り落とし材、つまり端材を押圧補助体として用いた態様を示したもので、このように構成することで4の押圧面を押圧すると、この押圧力が接点材料26に伝達される。
25’はLED群24を構成する個々の発光体に対応して作られた微少穿孔部の1個を示したもので、したがって、当該穿孔部の寸法は、当然、LEDが挿入できるものでなければならぬが、この穿孔と発光体との寸法関係は後に図3(a)、(b)で詳述する。また、当該穿孔がLEDのそれぞれに対応している状態を図中に示した。すなわち、25gはLED発光体9gに対応した微少穿孔である。
さらに、図2では1のオ−バレイの表示面5に9gのLED発光による投影像6を図示した。
なお、現在入手できる小形な発光体の寸法は、厚み0.8mm、巾、0.5mm、長さ2mmである。
【0009】
図3(a)は、プリント基板3上に面実装した発光体群25’がLEDを9a、b、c、d、e、f、gのように周知な7セグメント状に配置した態様を示し、このセグメントとに対応した枠体ブロック2に構成した、図では煩雑さを避けるため個々の記号を省略した、微少穿孔25a、b、c、d、e、fが、それぞれの独立してLEDの挿入部となる。図ではこの関係を平面状に表示したものである。
このような微少穿孔部を構成すると、アンカ−30の残存巾が0.1mmから0.5mmと非常に短いものとなり、周知なプラスッチクス用成形技術では、とうてい加工できないものとなる。
そこで本発明では、容易に入手できるプラスッチクブロックにレ−ザ加工方法を用いることによって穿孔し、インタ−フェイス部品が個々の穿孔中に挿入可能で、かつ、一体構造の枠体ブロックを得た。
なお、図3(a)には図示してないが、本発明では、レ−ザ加工時、枠体ブロックの上面や裏面に加工補助層を設けることで、厚み8mm以下の厚みのプラスッチクスに0.1mm程度の梁が加工できた。またこのような処置を講じることにっよて、アクリル、ポリカ−ボネイトなどにフィラ−を混入した不透明な樹脂は無論のこと、透明あるいは半透明からなる一連の樹脂であっても、図30(a)に示した0.1mm巾のアンカ−30の微細加工が可能となった。
さらに、穿孔部の加工に際して、レ−ザの加工表面と裏面で構成される側壁にテ−パ−を持たせ、投影効率を向上することも可能になった。
なを、図3(a)中に示した枠体ブロック2のアンカ−30によって結合されている加工残存部31の意義については、図3(b)にて詳述する。
図3(b)は、LEDに対応して設けられた微少穿孔部25’とLED9との関係を模式的な側破断面として図示したものである。
図3bにおいて、2a、2bは、穿孔の側壁を示すもので、側壁2bがaに比べLED9の近傍に位置するものと仮定して、その片面のみを図示したものである。図3(b)では光路を比較対照するために片側壁を2ヶ所に示したが、実際の装置では、LEDの1側辺に対して2a、2bのいずれか1ヶ所のみに側壁が存在するものである。
所で、今、穿孔部で作られた光塔25’中に挿入したLED9が発光すると、LED9の面から光が四方に放射されその大半の光は、2点波線で示すように、オ−バレイ1の裏面に構成した光緩和機能、ここでは散乱面31に直接到達し、S1、S2に示すように散乱しLEDの発光を投影する。しかし、実線矢印で図示した斜光は、2aで示す側壁では、P1’’点で、散乱面31でS1のように散乱しLEDの発光を投影する。また、2bで示す側壁では、実線矢印のようにP1点から側壁中に進み、この光は吸収される。
ここで、LEDに近い位置に配置した側壁2bと少し離れて配置した側壁2aとの差は、光の屈折の臨界角の差として捉えることができ、2aのように配置した側壁では、側壁2a中の実線で示す光路をたどり、臨界角を越えた光はP1,P2,P3から実線で示すようにプラッスチック中を走行し吸収される。つまり、このような状態では、ロスが大きい。
もし、LEDを7セグメントで構成し図3(a)中31の残存部が存在しないと、残存部をはさんで対向するLED、9Cと9eが相互に光干渉するばかりでなく投影効率も低下する。
この状態を除くには側壁全面にメッキなどで金属を側壁全面に施すことが容易に考えつくが、この穿孔の開口面の1辺は、3mm以下と非常に小さく、このような微少な光筒の内部にメッキを施すことは、技術的に難しく、可能としても所詮コスト高になる。
本発明では、透明体や物質が光に対して反射に対する臨界角をもつことに着目して、LEDの面積に対して挿入可能な面積の開口面を持つ穿孔を枠体ブロックに加工して効率のよい投影状態を得た。
以上詳述したように穿孔の開口面は、LEDが挿入できる程度の大きさで、側壁がLEDの側面に近接すればするほど投影効率が向上する。つまり、述上のことからすればLEDは、側壁に密着させることが好ましい。しかし、実際にはLEDをプリント基板上に実装するための固着作業が必要となる。そこでこのような時に必要な穿孔のあり方を図4に示した。
図4は、枠体ブロック2に作られた穿孔25とLED9との関係と、さらにLEDをプリント基板上に実装した状態とを模式的に示す部分破断面図である。図4中40は、LED9に信号を送るための電気的導体を示し、LEDは、枠体ブロックとプリント基板を固着する前に、当該導体40に半田や導電性固着材41によって固着される。つまり、このような固着作業によってLEDが導体41に電気的にも機械的にも安定に固着されるための面積を必要とする。また、当然枠体ブロックに設ける穿孔の大きさもこの面積より大きくなる、さらに、必要によって側壁にテ−パをもたせることもできる。
本発明では、図3(a)に図示したように、7セグメントを構成する個々のLEDを挿入するための穿孔の開口面を6角形に構成することで、固着作業による側壁の離れを極力低減し、投影効率の向上を計ると共に、LEDの実装を容易にした。
また、述上の条件を備えた開口面は、LEDの表面積に対して1.4倍から1.8倍で有った。
【0010】
図5、6、7、8、9は、入力手段の構成を説明するための拡大図である。
図5は、すでに述べたような押圧補助体を付加してないスイッチ用板バネ26と押圧面4と、枠体ブロック2と、プリント基板3との関係を図示した側断面で、図中11、13は、プリント基板上に構成した電気的導体を示している。また、厚み約0.08mmの板バネ26は、電気伝導性を有する金属板で構成され、図8で後述する構造を持つ。こように構成した入力部の押圧面4が図示したように押圧されてない状態では、電気的導体11と13は電気的に断の状態を保持しているが、ひとたび押圧面4が、図では下方に押圧されると、導体11と13は接触し電気的な信号を発生する。
而して、当該信号は、図1の端子群7のいずれかの端子に図示してない電気的導体を介して接続され、さらに外部装置に押圧信号を送出するか、これもまた図示していない内部信号処理回路に送出され、図10で後述する所用の処理がおこなわれた後、端子群7の何れかに発光信号を帰還するか、直接、当該信号を図示してない導体を介してLEDに導き、信号に従った態様でLEDを発光させる。図6は押圧補助体を付加したときの構成図を示したもので、21は押圧補助体である。
当該押圧補助体は、枠体ブロック2にレザ−光を用いて穿孔する際の残差で、当該残差を補助体に用いると穿孔とのなじみが良く押圧に対してスム−スな動作が得られた。
また、図6に示した構造のインタ−フェイス装置は、厚みに余裕が有ったり図示していない大形な制御装置に用いられたり、それらの装置に適合させるための、任意な厚みのインタ−フェイス装置を構成する上で重要な役割を持つものである。
図7は,板バネ6と穿孔25との関係を平面的に示したもので、同図では穿孔の形状を角形で示したが、当該穿孔は円形であっても楕円であっても、また、他の形状であっても、押圧状態に支障がない形状であれば一向にさしつかえない。
図7(a)と(b)は、板バネ26の正面図と側面図を対比して図示したもので、81は、すでに述べたプリント基板上の導体と接点を作る凸部であって、当該凸部は26の板バネの外形をプレス加工する時に同時に加工される。
さらに、図示した板バネ26は、中心部をお椀状にわずか湾曲し、その中心部に接点82が述上したように、加工時にこれもまた同時に加工される。
したがって、このような構造の板バネは、すでに周知なように、押圧に対してクリックアクションが得られることである。
しかしながら、本発明では、良好なクリックアクションを持ち、寸法的に制約された条件下で、図5に示したように押圧面をわずか湾曲したり、押圧補助体を用いるなどして、種々な厚みの小形で、かつ、良好な板バネを得た。
又、接点部のセルフクリ−ン作用を持たせるに、押圧時接点がわずかすべるように板バネに対して枠体ブロック2に設けた穿孔25は、少し大きめに構成することがが好ましい。
図9は、板バネ上の凸状接点81’と接点82’をただ単に円で示し、その関係を模式的に強調して、プリント基板3上に構成した電気的導体40、41との関係を図示したものである。
すでに述べたように電気的導体41と接点81’は、押圧しない状態でもわずか接しているが、82’’が押圧されないていない状態では、導体40の面からわずか浮き上がっているため導体40と板バネに構成した接点82’’は、全く接触していない。ところが図8(a)で示したお椀状に構成した板バネのほぼ頂点で、かつ、中心部に押圧力が加わると、当該板バネは、湾曲し接点82’’が導体40に接触する。つまり、導体41と40は電気的な導通状態となる。
また、前述したような湾曲状に板バネ26を構成すれば、押圧されることで、お椀が歪み、接点81’が配設されている板バネの先端部が図9中に示した矢印方向にわずか伸びる。つまり、接点と導体部がスリップしながら接触状態を構成することになり、接点の自己清浄作用を付与することができる。
板バネは、すでに周知な隣青銅やステンレスなどの電気的導体でスプリング性を有する素材を適宜選定使用することで、押圧解除と共に押圧前の現状に良好に復帰し、数万回の使用に耐えるものが得られた。
【0011】
図11は本発明による動作状態を説明するための説明図で、空調用装置に適合するインタ−フェイス装置を例示したものである。
また、11図では、押圧補助体21を穿孔25中に付加しない超薄形装置を示した。
まず、図示していない空調装置の一部に本発明によるインタ−フェイス装置が装填されているものとして、その動作態様を以下述べる。
本願インタ−フェイス装置では、入力部と表示部が一体構造で構成され、当該インタ−フェイス装置のパネル面には、前記入出力部が人間に相対して外部装置の操作機能を満足するように配置されることは、ここで改めて言及するまでもないが、このパネル面には、キ−操作指示用目視情報8が印刷されている。
まず、空調装置では、図9中にon,OFFと印刷してある機能キ−が押圧されると共に、端子7aから7nの端子から接点信号が空調装置に配出され、空調装置が動作状態に入る。
而して、装置が動作状態にはいると、空調の制御検出部から温度情報が本発明によるインタフェイス装置の端子7aから7nまでのあらかじめ設定されたいづれかの端子に配入され12’で示した投影LED像をフリッカさせると共に、5の表示面の7セグメントLEDの何れかを点灯投影させる。図では20度Cの室温状態を表示している。
もし、設定温度の20度C以下の室温であれば12’の投影像の下部が点灯し、もし20度C以上であれば上部が点灯する。
また、温度の設定状態が低く過ぎれば上昇を示す黒三角印の印刷が施されているキ−を押圧することで空調装置の設定が完了し、恒常運転が開始される。
以上のべた動作状態は、本発明の利用態様のごく一例に過ぎず、LEDの配置やその桁数は、述上したものに止まることなく、当該インタ−フェイス装置を設置する機器に合わせて構成することはその言を待たない。
【0012】
図11はプリント基板と端子部7の関係を図示した断面図である。
本発明により得られたインタ−フェイス装置の寸法の1例は、厚み2mm以下、4桁の7セグメント表示、3入力での全巾が、40mm以下、高さ30mm以下と、非常に小形化された。
このような小形装置を量産する場合には、プリント基板は、定尺のものを使用し、この定尺基板に述上したインタ−フェイス装置用の個々の基板が多面付けされ、かつ、枠体ブロックは独立した個体であるので、自動化組立に際して、プリント基板と枠体ブロックとの位置出しの問題が生じる。
この問題点を除去するため、図11では、端子部7とこの端子の凸部70を避ける穿孔5によって枠体ブロック2とプリント基板3とを位置出しを行うたものである。
また位置出しは、端子ピンの他、図2、27に示すように基板上に半田ボ−ルを構成することによっても行うことができる。
【0013】
【発明の効果】
以上のように構成した本発明によるインタ−フェイス装置は、厚みが2mm以下に構成できるばかりでなく、表示と入力部が集積され、かつ、一体に構成されるので、他装置への設置が容易になる。また、枠体ブロックの穿孔部やアンカ−を微細に加工することで、LEDが7セグメントで構成できるばかりでなく、さらに、LEDを密度高く配置しても、光干渉が生ぜず投影効率が向上した。
光緩和機能を持ったオ−バレイを用いることによって、LEDの投影像が美しく表現できた。また、位置合わせ点を設定することで良い量産性が得られたなどの効果を有するインタ−フェイス装置である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるインタ−フェイス装置の鳥瞰図、
【図2】 分解鳥瞰図、
【図3】 LEDの配置例、
(a)はLEDと穿孔との配置関係を示す平面的な模式図
(b)は穿孔の側壁の位置とLEDの位置関係と光路の関係図
【図4】 LEDに対する穿孔部模式例図
【図5】 入力部の破断面図
【図6】 押圧補助体を用いた入力部の破断面図
【図7】 板バネと穿孔部の関係図
【図8】 板バネの形状図
(a)板バネの正面図
(b)板バネの側面図
【図9】 板バネの接点とプリント基板と関係図
【図10】 インタ−フェイス装置の動作説明の為の図
【図11】 プリント基板と枠体ブロックの位置出しのための説明図
【符号の説明】
1 パネル面
2 一体構造の枠体ブロック
3 LEDやインタ−フェイス部品を取り付けるプリント基板
4 き−押圧面
5、25a、25b、25c、25d、25f、25g 穿孔
6 LED発光の投影状態
7 7a、7b、7c、7n 引き出しリ−ド線や端子
8 パネル面の印刷文字や絵柄からなる目視情報
9 9a、9b、9c、9d、9f、9g LED
10a、10b 接着層や粘着層
11、13、13a、13b 電気的導体
12、12’投影像
25’ 光塔
26 板バネ
27 プリント基板上の位置出し凸部
30 アンカ−
31 枠体ブロックの一部
40、40’、40’’、41 電気的導体層
81、82、81’、82’’ 板バネ上の接点凸部
P1、P2、P3 光の屈折点
LED 発光ダイオ−ド
LCD 液晶
EL エレクトロルミネッセンス
C コンデンサ
R 抵抗器
IC 集積回路
Claims (1)
- 接点機能を有する板バネ部品に対応したスイッチ用接点パターン、面実装LEDの実装用導体パターン、および前記パターンや外部引き出し端子を電気的に接続する導体を備え、かつ表面側に突出した前記外部引き出し端子ピンを備えたプリント基板と、
孔の開口面積比を面実装LEDの表面積に対して1.4から1.8に設定した、7セグメント表示のそれぞれのセグメントと対応した面実装LEDの個々に対応した独立した孔、接点部のセルフクリ−ン作用を持たせるに、押圧時に接点がわずかにすべるように板バネ部品に対してわずかに大きく構成された、接点機能を有する板バネ部品に対応した孔、前記外部引き出し端子ピンと対応した孔をレーザ加工により穿孔したプラスチック枠体ブロックと、
表面に目視情報を印刷すると共に、少なくとも前記面実装LEDの個々に対応した独立した孔と対応する表裏面の何れか一方に顔料系インクを印刷することにより曇りガラス状の微少な凹凸面が構成されたオ−バレイ層と、
前記枠体ブロックの孔と対応して上記プリント基板の実装用導体パターンに固着された前記面実装LEDと、
前記枠体ブロックの孔と対応して上記プリント基板上に配置された接点機能を有し、かつクリックアクションが得られる板バネ部品と、
前記接点機能を有する板バネ部品と対応した孔の内部の、前記板バネ部品と前記オ−バレイ層の間に配置された、前記レーザ加工による当該孔の穿孔に際して得られた切り落とし部分を再利用した押圧補助体とを備え、
前記プリント基板の表面側に突出した端子ピンと、前記プラスチック枠体ブロックに設けられた前記端子ピンと対応した穿孔によって前記プリント基板と前記枠体ブロックの位置出しを行い、前記プリント基板、前記枠体ブロック、前記オ−バレイ層を接着剤により貼り合わせて一体構造とした
ことを特徴とするインタ−フェイス装置。
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