JP2009199948A - 導光シート、キー入力装置及び携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】導光シートの暗部領域を減少させることで、導光シートの小型化による製品サイズの小型化を可能とする。
【解決手段】基板１４上に、多数のキースイッチ１５ａ，１５ａ，・・・を備えたキーシート１５が配置され、このキーシート１５上に導光シート１６が配置され、この導光シート１６上に、前記キースイッチ１５ａに対向してキートップ１７ａが形成されたキーユニット１７が配置されており、これら積層配置されたキーシート１５、導光シート１６及びキーユニット１７の左右両側の基板１４上に、ＬＥＤ等からなる光源１８が一定の間隔で必要個数配置された構成において、前記導光シート１６は、平板状に形成された導光本体部の側面に、光源１８からの照射光を内部に導入するための受光面１６２が設けられ、この受光面１６２が概凹曲面に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源からの照射光をキーシートに導くための導光シート、この導光シートを用いたキー入力装置、及びこのキー入力装置を搭載した携帯端末に関する。

図１１（ａ）は、照射光をキーシートに導くための従来の導光シートを備えたキー入力装置の構造の一例を示す断面図、（ｂ）は導光シートを上から見た図、（ｃ）は導光シートの一部拡大斜視図である。

このキー入力装置１００は、基板１１０上に多数のキースイッチを備えたキーシート１２０が配置され、このキーシート１２０上に導光シート１３０が配置され、この導光シート１３０上に、前記キースイッチに対向してキートップ１４０ａが形成されたキーユニット１４０が配置されている。そして、これら積層配置されたキーシート１２０、導光シート１３０及びキーユニット１４０の左右両側（図では右側のみ図示している）の基板１１０上に、ＬＥＤ等からなる光源１５０が一定の間隔で必要個数配置された構成となっている。

上記構成において、光源１５０からの一定の広がりを持った照射光は、導光シート１３０の受光面１３１から導光シート１３０内に入射する。この際、図１２に一部拡大して示すように、導光シート１３０の受光面１３１が平坦面であるため、受光面１３１より距離Ｌ１だけ離れた場所に光源中心が配置された光源１５０から放射された一定の広がりのある光は、受光面１３１の端部では入射角度θ１で受光面１３１に入射し、屈折角度θ２で屈折して導光シート１３０内に導かれることになる。通常、導光シート１３０はポリカーボネート等で作製されているため、屈折率（ｓｉｎθ１／ｓｉｎθ２）は１より大きくなる。つまり、θ１＞θ２となるため、光源１５０から放射された一定の広がりのある光は、その広がりより狭くなって導光シート１３０内に入光されることになる。そのため、導光シート１３０には、受光面１３１の近傍において光が充分に届かない領域（図中斜線を付して示す）１３２が広く存在し、この暗部領域１３２では充分な光量が得られないため、この暗部領域１３２にはキーユニット１４０のキートップ１４０ａを配置することができなかった。

従って、従来は図１３（ａ）に示すように、キーユニットのキートップ１４０ａ（図中、破線により示す）の配置に対して導光シート１３０を長め（図中、距離Ｌ２により示す）に確保し、導光シート１３０の暗部領域１３２にキーが配置されないように設計していた。そのため、キーの実効配置領域に対して導光シート１３０が大きくなるので、製品の小型化にも影響を及ぼしていた。

そこで、図１３（ｂ）に示すように、ＬＥＤ等の光源１５０を互いの間隔を詰めて多数配置（図１３（ｂ）では４個配置）することで、導光シート１３０に暗部領域１３２が発生するのを低減する手法が採用されているが、この手法では、光源１５０の搭載数量を増加させる必要があるため、消費電力の増加や部品点数の増加による製造コストの増大といった問題があった。

一方、このような問題を生じないように導光シート自体に工夫を凝らせた技術も提案されている（例えば、特許文献１，２等参照）。

特許文献１に記載の導光シートは、バックライト用の光源からの光を漏れなく効率よく側面側から導くとともに、薄型化する携帯電話や携帯情報端末等のキースイッチに搭載可能な導光シートであって、平板状に形成されたシート本体部の側面に、光源（ＬＥＤ）で発光した光を導き入れる受光部が形成され、この受光部は、光源の発光面と略同じ厚みに形成された受光面と、この受光面からシート本体部に向けて傾斜するテーパ状の導光部とを備えることによって、光源からの光を導光シート内に効率よく導き、導光シート全体を明るく照射する構成となっている。

また、特許文献２に記載の導光シート（導光板）は、光源の大きさよりも薄い導光板に効率よく光を入射させるために、薄い導光シートの端部表面に光導入ブロックを接着し、この光導入ブロックを、平板部にくさび状部を連接した構造とすることで、光源から出た光が平板部の端面（光源に対向する光入射面）から光導入ブロック内に入射し、光導入ブロックの傾斜面（くさび状部の表面）と導光シートとの間で全反射しながら導光シート内に閉じ込められる構成となっている。
特開２００４−６９７５１号公報 特開２００７−１０８７９９号公報

上記特許文献１，２によれば、導光シート内に導かれる光の入射効率を向上させることが可能である。

しかし、上記特許文献１，２のものはいずれも、図１１〜図１３に示す導光シート１３０と同様、導光シートの受光面（光入射面）が平坦面となっている。そのため、光源から放射された光の広がりより狭くなって導光シート内に入光されることに変わりはなく、導光シートの受光面近傍において光が充分に届かない領域が広く存在する問題については解決されていない。

本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、消費電力の増加や製造コストの増大を招くことなく、導光シートの暗部領域を減少させることで、導光シートの小型化による製品サイズの小型化を可能とした導光シート、この導光シートを用いたキー入力装置、及びこのキー入力装置を搭載した携帯端末を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の導光シートは、光源からの照射光をキートップに導くための導光シートであって、平板状に形成された導光本体部の一側面に前記照射光を内部に導入するための受光面が設けられ、この受光面が概凹曲面に形成されていることを特徴としている。

ここで、概凹曲面とは、図５で示される受光面１６２の形状、図９（ｂ）で示される受光面１６２の形状、図１０（ｂ）で示される受光面１６２の形状の球面形状（水平断面形状として円弧、楕円弧などの連続曲面）だけでなく、垂直断面で前記導光本体部側ほど垂直断面の面積が小さくなる凹面状に形成された受光面（ポリゴン形状面）をも含むものである。

また、本発明のキー入力装置は、基板上にキーシートが配置され、このキーシート上に導光シートが配置され、この導光シート上にキーユニットが配置されると共に、前記導光シートの側部の前記基板上に発光体からなる光源が配置されたキー入力装置において、前記導光シートは、平板状に形成された導光本体部の一側面に前記光源からの照射光を内部に導入するための受光面が設けられ、この受光面が概凹曲面に形成されていることを特徴としている。

すなわち、本発明では、受光面を従来の平坦面から概凹曲面とすることで、光源から一定の広がりを持って放射された光の全てを、受光面に対してほぼ垂直に入射させることが可能となる。

ここで、ある１つの局面で考えると、前記受光面の水平断面形状を、概円弧形状に形成すると、図６（ｂ）に示すように、受光面への光の入射角度θ１１を受光面全体に渡ってほぼ０度とすることができるため、導光シートの屈折率に関係なく、入射後の光の屈折角度θ１２も受光面全体に渡ってほぼ０度となり、光が入射前の一定の広がりを持ったまま導光シート内に入射されることになる。これにより、受光面の近傍において光が充分に届かない暗部領域が広がることがないので、導光シートの受光面近傍までキーを配置することが可能となる。すなわち、キーの実効配置領域に対して導光シートをあまり大きくする必要がないので、製品の小型化に寄与することができる。

また、上記とは異なる局面で考えると、通常、導光シートを通じて照射されるキー（光拡散パターン１６ａ）は複数個所に点在する。すなわち、キーが配置されている部分がより照射されるように、キーが配置されていない方向の受光面は、キーが配置されている方向に屈折するように、平面と曲面（ただし、キーが配置されている方向は曲面がベストであるが、キーが配置されていない方向は平面や曲面に限定する必要はない）でガタガタに形成するのが最善であると言える。

しかしながら、この形状の成形は非常に困難であるとともに、光源と概凹曲面との配置関係のわずかのズレも許容範囲としない（わずかなズレで形状工夫が無駄となる）ため、生産上の困難さも生じる。

すなわち、受光面の水平断面形状を、概円弧とすることは、導光シートの多少のずれが生じても、所定範囲内で品質が確保され得るという意味でもベストモードである。

一方、前記受光面の水平断面形状を、概楕円弧形状に形成してもよい。すなわち、図７（ｂ）に示すように、光源の中心を楕円の中心とし、この楕円の最も長い対角線（ｒ１）上に受光面の中央部が位置するように概楕円弧形状の凹曲面を形成すると、受光面の左右両端部近傍では、楕円の曲率に応じて若干の入射角度θ２１が発生し、導光シート内部ではこの入射角度θ２１に対する屈折角度θ２２だけ入射光が屈折して導入されることになる。そして、この場合の角度θ２２の屈折は、導光シート内への光の入射角度を広げる（入射幅を広げる）方向への屈折であるため、導光シート内に導入された光は、入射前の一定の広がりよりもさらに広がった状態で、導光シート内に導入されることになる。その結果、受光面を円弧形状とした場合よりもさらに暗部領域を低減することが可能となり、導光シートのさらに受光面近傍までキーを配置することが可能となる。すなわち、キーの実効配置領域に対して導光シートをほとんど大きくする必要がないので、さらなる製品の小型化に寄与することができる。

また、概円弧と同様、受光面の水平断面形状を、概楕円弧とすることは、導光シートの多少のずれが生じても、所定範囲内で品質が確保され得るという意味でもベストモードである。

また、本発明では、前記受光面は、上下部側の少なくとも一方側が前記導光本体部とは反対側にせり出すように形成されていてもよい。受光面を概凹曲面にするということは、受光面が平坦面の場合に比べて光源から受光面までの距離が長くなることを意味している。すなわち、光がその距離分だけ拡散するため、受光面の受光光量が減少することになる。そこで、本発明では、このような光の拡散を少しでも抑え、受光面への入射光量を確保するために、受光面の主に上部側（下部側はキーシート１５や基板１４が光源の拡散を防止する役割を果たし得るため必須ではない）を導光本体部とは反対側（すなわち、光源側）にせり出すように形成している。これにより、主に上方に向かう光をこのせり出した受光面で捕捉できるので、受光面を概凹曲面としても、受光光量の減少を抑えることが可能となる。

なお、上記構成のキー入力装置を携帯端末に搭載することで、携帯端末の小型化、薄型化にも寄与することが可能となる。

本発明によれば、受光面を従来の平坦面ではなく概凹曲面に形成したので、光源から一定の広がりを持って放射された光の全てを、受光面に対してほぼ垂直に入射させることが可能となる。その結果、受光面の近傍において光が充分に届かない暗部領域を従来の導光シートよりも少なくすることができるので、導光シートの受光面近傍までキーを配置することが可能となる。すなわち、キーの実効配置領域に対して導光シートあまり大きくする必要がないので、この導光シートを組み込んだ製品の小型化に寄与することができる。また、光源の削減による消費電力の低減（省電力化）や製造コストの低減も図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の導光シートを備えたキー入力装置を実装した携帯端末の一実施形態を示す外観図、図２は図１に示す携帯端末の分解斜視図である。携帯端末としては、携帯電話機、電子辞書、ＰＤＡなどの各種端末があるが、ここではＰＤＡの構成を例に挙げて説明する。

本実施形態の携帯端末は、第１筐体１と第２筐体２とが、スライド機構部３を介して一方向Ｘにスライド移動可能な構成となっている。また、第２筐体２は、第１筐体１の上面１１に形成された凹部１２に嵌まり合うように配置されており、この凹部１２の側面１２ａと、第２筐体２の対向する側面２２ａとの間にスライド機構部３が配置されている。すなわち、スライド機構部３は、凹部１２の左側の側面１２ａと第２筐体２の対向する左側の側面２２ａとの間、及び凹部１２の右側の側面１２ａと第２筐体２の対向する右側の側面２２ａとの間にそれぞれ配置されている。

そして、第１筐体１の凹部表面１２ｂを完全に覆うように第２筐体２が重なりあった状態の第１姿勢（図示省略）と、第１筐体１の凹部表面１２ｂの上部を除く全体を露出させるように一部が重なりあった状態の第２姿勢（図１に示す状態）との間で、第１筐体１と第２筐体２が互いにスライド移動可能となっている。

また、第２筐体２の表面には、液晶パネル２３等を含む表示部が配置されている。また、第１筐体１の左側の上面１１には、電源キー等を含む各種機能キー１３ｂが配置されており、第１筐体１の凹部表面１２ｂには、文字キーや数字キー等の機能キー１３ａを含む操作部（キー入力装置）が配置されている。

第１筐体１は、図２及び図３に示すように、上側筐体１ａと下側筐体１ｂとに分割されており、下側筐体１ｂに配置されている基板１４上に、多数のキースイッチ１５ａ，１５ａ，・・・を備えたキーシート１５が配置され、このキーシート１５上に導光シート１６が配置され、この導光シート１６上に、前記キースイッチ１５ａに対向してキートップ１７ａが形成されたキーユニット１７が配置されている。また、導光シート１６には、前記キートップ１７ａに対向する位置に、光を拡散させてキートップ１７ａに光を均等に照射するための光拡散パターン１６ａが形成されている。そして、これら積層配置されたキーシート１５、導光シート１６及びキーユニット１７の左右両側の基板１４上に、ＬＥＤ等からなる光源１８が一定の間隔で必要個数配置（本実施形態では、左右に２個ずつ計４個配置）された構成となっている。

図４及び図５は、上記構成の携帯端末において、本実施形態に係る導光シート１６の形状を示しており、図４は導光シート１６を上から見た図、図５は一部拡大して示す斜視図である。

この導光シート１６は、光拡散パターン１６ａが形成された平板状の導光本体部１６１の左右両側面（ただし、図４，５では右側のみ図示している）であって、各光源１８に対向するそれぞれの位置に、光源１８からの照射光を導光本体部１６１内に導入するための受光面１６２が設けられており、本実施形態ではこの受光面１６２を概凹曲面に形成したものである。

上記したように、概凹曲面とは、図５で示される受光面１６２の形状（水平断面形状として概円弧などの連続曲面）だけでなく、垂直断面で導光本体部１６１側ほど垂直断面の面積が小さくなる凹面状に形成された受光面（ポリゴン形状面）をも含むものである。

ここで、受光面１６２の概凹曲面形状の具体例について説明する。

図６（ａ），（ｂ）は、概凹曲面形状の具体例１を示している。すなわち、この具体例１では、受光面１６２の水平断面形状を、概円弧形状に形成している。これにより、光源１８から一定の広がりを持って照射された光は、受光面１６２の全ての面において入射角度θ１１をほぼ０度とすることができる。従って、導光シート１６の屈折率に関係なく、入射後の光の屈折角度θ１２もほぼ０度となり、光が入射前の一定の広がりを持ったまま導光シート１６内に入射されることになる。すなわち、受光面１６２を従来の平坦面から概円弧形状の凹曲面とすることで、光源１８から一定の広がりを持って放射された光の全てを、受光面１６２に対してほぼ垂直に（直進するように）入射させることが可能となる。これにより、受光面１６２の近傍（周囲）において光が充分に届かない暗部領域１６３（斜線を付して示す）が広がるといった従来技術の場合のようなことがないので、導光シート１６の受光面近傍までキーを配置することが可能となる。すなわち、キーの実効配置領域に対して導光シート１６をあまり大きくする必要がないので、製品の小型化に寄与することができる。

図７（ａ），（ｂ）は、概凹曲面形状の具体例２を示している。すなわち、この具体例２では、受光面１６２の水平断面形状を、概楕円弧形状に形成している。すなわち、光源１８の中心を楕円の中心とし、この楕円の最も長い対角線（ｒ１）上に受光面１６２の中央部が位置するように概楕円弧形状の凹曲面を形成している。これにより、受光面１６２の左右両端部近傍では、楕円の曲率に応じて若干の入射角度θ２１が発生し、導光シート１６内部ではこの入射角度θ２１に対する屈折角度θ２２だけ入射光が屈折して導入されることになる。そして、この場合の屈折角度θ２２は、導光シート１６内への光の入射角度を広げる（入射幅を広げる）方向の屈折角度であるため、導光シート１６内に導入された光は、入射前の一定の広がりよりもさらに広がった状態で、導光シート１６内に導入されることになる。その結果、受光面１６２を円弧形状とした場合（図６に示す場合）よりもさらに暗部領域１６３を低減することが可能となり、導光シート１６のさらに受光面近傍までキーを配置することが可能となる。すなわち、キーの実効配置領域に対して導光シート１６をほとんど大きくする必要がないので、さらなる製品の小型化に寄与することができる。

なお、上記具体例１，２で示した受光面１６２の概凹曲面形状はほんの一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内においてさまざまな形状を取り得ることは当然である。

図８（ａ），（ｂ）は、概凹曲面形状の具体例３を示している。

上記具体例１，２では、受光面１６２の全体を概凹曲面形状としているが、具体例３では、受光面１６２の少なくとも左右両端部に概凹曲面を形成し、その間を直線（平坦面）若しくはより緩やかな曲線（緩曲面）に形成したものである。ただし、具体例３では間を緩曲面として示している。従来技術の図１２に示すように受光面１３１が平坦面であった場合、光源１５０の中心から離れる受光面１３１の左右両端部ほど、入射角度θ１が大きくなる。そして、暗部領域１３２がどの程度の範囲で発生するのかは、受光面１３１の左右両端部での光の入射角度θ１に影響されることになる。従って、本具体例３では受光面１６２の左右両端部に着目し、左右両端部のみを概凹曲面（具体例１の概円弧形状または具体例２の概楕円弧形状のどちらでもよい）としている。これにより、左右両端部での光の入射角度θ１１を受光面１６２に対してほぼ０度とする（概楕円弧形状の場合は広がる方向に屈折させる）ことができるので、入射後の光の屈折角度θ１２もほぼ０度となる。従って、この具体例３の形状でも、暗部領域が広くなる問題を解決するすことができる。

図９（ａ），（ｂ）は、上記具体例１〜３の形状に加え、受光面１６２の形状をさらに集光効率が良くなるように改良した具体例（具体例４）である。

すなわち、具体例４では、受光面１６２の上下部側の少なくとも一方側（この例では上部１６２ａ側）を、導光本体部１６１とは反対側（すなわち、光源１８側）にせり出すように湾曲させて形成したものである。具体例１〜３のように受光面１６２を概凹曲面にするということは、受光面１６２が平坦面の場合に比べて光源１８から受光面１６２までの距離が長くなることを意味している。すなわち、光源１８からの光がその距離分だけ拡散するため、受光面１６２の受光光量が減少することになる。そこで、本具体例４では、このような光の拡散を少しでも抑え、受光面１６２への入射光量を確保するために、受光面１６２の上部１６２ａ側を光源１８側にせり出すように形成している。これにより、光源１８から上方に向かう光をこのせり出した受光面部分で捕捉できるので、受光面１６２を凹曲面としても、受光光量の減少を抑えることが可能となる。なお、受光面１６２の下部側を、導光本体部１６１とは反対側（すなわち、光源１８側）にせり出すように湾曲させて形成した場合も同様である。

図１０（ａ），（ｂ）は、上記具体例１〜３の形状に加え、受光面１６２の形状をさらに集光効率が良くなるように改良した他の具体例（具体例５）である。

すなわち、具体例５では、受光面１６２の概凹曲面に沿って、導光本体部１６１の内部側から受光面１６２の上下両端縁に向けて上下に漸次拡開する垂直断面楔形状の集光部１６４を設けたものである。このような集光部１６４を設けることで、受光面１６２の面積が広くなり、かつ、受光面１６２から入射した光は、集光部１６４内の上下のテーパ面で反射して導光本体部１６１内に導かれるため、受光面１６２を概凹曲面としても、受光光量の減少を抑えることが可能となる。

また、上記構成のキー入力装置を本実施形態のような携帯端末に搭載することで、携帯端末の小型化、薄型化にも寄与することができる。

本発明の導光シートを備えたキー入力装置を実装した携帯端末の一実施形態を示す外観図である。 図１に示す携帯端末の分解斜視図である。 携帯端末の一部拡大断面図である。 導光シートを上から見た図である。 導光シートを一部拡大して示す斜視図である。 導光シートの受光面の概凹曲面形状の具体例１を示しており、（ａ）は導光シートの平面図、（ｂ）は導光シートの一部拡大平面図である。 導光シートの受光面の概凹曲面形状の具体例２を示しており、（ａ）は導光シートの平面図、（ｂ）は導光シートの一部拡大平面図である。 導光シートの受光面の概凹曲面形状の具体例３を示しており、（ａ）は導光シートの平面図、（ｂ）は導光シートの一部拡大平面図である。 導光シートの受光面の概凹曲面形状の具体例４を示しており、（ａ）は携帯端末の一部拡大断面図、（ｂ）は導光シートの一部拡大斜視図である。 導光シートの受光面の概凹曲面形状の具体例５を示しており、（ａ）は携帯端末の一部拡大断面図、（ｂ）は導光シートの一部拡大斜視図である。 （ａ）は、照射光をキーシートに導くための従来の導光シートを備えたキー入力装置の構造の一例を示す断面図、（ｂ）は導光シートを上から見た図、（ｃ）は導光シートの一部拡大斜視図である。 従来の導光シートの受光面への入光の様子を示す一部拡大平面図である。 従来の導光シートと光源の配置構成の例を示す一部拡大平面図である。

符号の説明

１ 第１筐体
２ 第２筐体
３スライド機構部
１１ 上面
１２ 凹部
１２ａ，２２ａ 側面
１３ａ，１３ｂ 機能キー
１４ 基板
１５ キーシート
１５ａ キースイッチ
１６ 導光シート
１６１ 導光本体部
１６２ 受光面
１６３ 集光部
１７ キーユニット
１７ａ キートップ
１８ 光源
２３ 液晶パネル

Claims (7)

1. 光源からの照射光をキートップに導くための導光シートであって、
   平板状に形成された導光本体部の側面に前記照射光を内部に導入するための受光面が設けられ、この受光面が概凹曲面に形成されていることを特徴とする導光シート。
2. 請求項１に記載の導光シートにおいて、
   前記受光面の水平断面は、概円弧、もしくは、概楕円弧形状に形成されていることを特徴とする導光シート。
3. 請求項１に記載の導光シートにおいて、
   前記受光面は、上下部側の少なくとも一方側が前記導光本体部とは反対側にせり出すように形成されていることを特徴とする導光シート。
4. 基板上にキーシートが配置され、このキーシート上に導光シートが配置され、この導光シート上にキーユニットが配置されるとともに、前記導光シートの側部の前記基板上に発光体からなる光源が配置されたキー入力装置において、
   前記導光シートは、平板状に形成された導光本体部の一側面に前記光源からの照射光を内部に導入するための受光面が設けられ、この受光面が概凹曲面に形成されていることを特徴とするキー入力装置。
5. 請求項４に記載のキー入力装置において、
   前記受光面の水平断面は、概円弧、もしくは、概楕円弧形状に形成されていることを特徴とするキー入力装置。
6. 請求項４に記載のキー入力装置において、
   前記受光面は、上下部側の少なくとも一方側が前記導光本体部とは反対側にせり出すように形成されていることを特徴とするキー入力装置。
7. 請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載のキー入力装置を搭載したことを特徴とする携帯端末。

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