(57)【要約】  携帯型装置のキーパッドのキーを照らすためのライトガイド。本ライトガイドは、フィルムと、フィルムに光学的に結合された発光ダイオードとを有している。フィルムは光をほぼ全反射させるものである。キーと反対側のフィルムの表面は複数の別個の領域を含んでおり、各領域は、光が全反射の臨界角を超えてフィルムに衝突するように光を反射及び偏向することによって各領域への入射光の相当量をフィルムから抽出するよう、１以上の微小構造化形状を有している。各領域の微小構造化形状は光源からの光をほぼ均一に抽出するように調節される。ライトガイドは光源として発光ダイオードを１個のみ用いて複数のキーを充分に照らすことが可能なものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面及び前記第１の表面と対向する第２の表面であって、光をほぼ全反射させる第１及び第２の表面を有するフィルムと、
前記フィルムに光学的に結合された光源と、
前記第１の表面上の複数の別個の領域とを有し、
前記領域のそれぞれは１以上の微小構造化形状を有することによって各前記領域に入射する光の相当量を前記フィルムから抽出し、前記領域のそれぞれの前記微小構造化形状は、各領域が前記光源からの光をほぼ均一に抽出するように調節されている、ライトガイド。
【請求項２】
前記第２の表面を有する側において前記フィルムに結合されたリフレクタを更に有する、請求項１に記載のライトガイド。
【請求項３】
前記光源が、前記フィルムの面取りされた角部に光学的に結合されている、請求項１に記載のライトガイド。
【請求項４】
前記複数の領域が、キーパッドのキーを照らす光を抽出するように配置されている、請求項１に記載のライトガイド。
【請求項５】
各前記領域の各前記微小構造化形状が、微小構造化された円弧を含む、請求項１に記載のライトガイド。
【請求項６】
各前記領域の前記微小構造化形状が、不連続的な微小構造化形状を含む、請求項１に記載のライトガイド。
【請求項７】
前記光源が発光ダイオード１個のみを含む、請求項１に記載のライトガイド。
【請求項８】
前記複数の微小構造化形状間における前記抽出光の強度が特定の強度の値の１０％の範囲内である、請求項１に記載のライトガイド。
【請求項９】
第１の表面及び前記第１の表面と対向する第２の表面であって、光をほぼ全反射させる第１及び第２の表面を有するフィルムを与えることと、
前記フィルムに光源を光学的に結合することと、
前記第１の表面上に複数の別個の領域を形成することと、を含み、
前記領域のそれぞれは１以上の微小構造化形状を有することによって各前記領域に入射する光の相当量を前記フィルムから抽出し、
前記領域のそれぞれの前記微小構造化形状は、各領域が前記光源からの光をほぼ均一に抽出するように調節されている、ライトガイドの製造方法。
【請求項１０】
前記第２の表面を有する側において前記フィルムにリフレクタを結合することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記結合する工程が、前記フィルムの面取りされた角部に前記光源を光学的に結合させる工程を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記形成する工程が、キーパッドのキーを照らす光を抽出するように前記複数の領域を配置することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記形成する工程が、前記フィルムの各前記領域に微小構造化された円弧を形成することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記形成する工程が、前記フィルムの各前記領域に不連続的な微小構造化形状を形成することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記結合する工程が、前記光源として発光ダイオードを１個のみ用いることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記形成する工程が、前記複数の微小構造化形状間における前記抽出光の強度が特定の強度の値の１０％の範囲内となるように、各前記領域の各前記微小構造化形状のピッチを調整することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
複数のキーを有するキーパッドと、
第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面を有するリフレクタと、
前記リフレクタの前記第２の面に接して配置される接点プレートであって、前記キーの作動に応じて電気的信号を与える複数の接点を有する接点プレートと、
前記キーパッドと前記リフレクタの前記第１の面との間に配置されるライトガイドであって、
第１の表面、及び前記第１の表面と対向する第２の表面であって前記第２の表面への入射光の相当量を反射する第２の表面を有するフィルムと、
前記フィルムに光学的に結合された光源と、
前記第１の表面上の複数の別個の領域とを含み、前記領域のそれぞれは１以上の微小構造化形状を有することによって各前記領域に入射する光の相当量を前記フィルムから抽出し、前記領域のそれぞれの前記微小構造化形状は、各前記領域が前記光源からの光をほぼ均一に抽出するように調節されている、ライトガイドと、を有する、携帯型装置用のキーパッドユニット。
【請求項１８】
前記光源が前記フィルムの面取りされた角部に光学的に結合されている、請求項１７に記載のキーパッドユニット。
【請求項１９】
各前記領域の各前記微小構造化形状が微小構造化された円弧を含む、請求項１７に記載のキーパッドユニット。
【請求項２０】
前記複数の領域が、前記光源を中心とする６０°の円錐の内部にすべて含まれる、請求項１７に記載のキーパッドユニット。
【請求項２１】
前記複数の微小構造化形状間における前記抽出光の強度が特定の強度の値の１０％の範囲内である、請求項１７に記載のキーパッドユニット。
【請求項２２】
前記光源が発光ダイオード１個のみを含む、請求項１７に記載のキーパッドユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は携帯型装置のキーを照らすために用いられるライトガイドであって、特定の実施形態においては発光ダイオード等の照明用の光源を１個のみ用いたライトガイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型装置には、使用者がコマンドや情報を装置に入力するためのキー及びボタンが備えられている。例えば携帯電話は使用者が電話番号を入力するためのキーを含んだキーパッドを備えている。こうした装置では、暗い、又は弱い明かりの条件下で使用者にキーが見えるように充分な強度でキーを照らすために複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いている。携帯型装置はより小型化（薄型化）及び軽量化される傾向にあるが、こうした特徴は消費者からも望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、携帯型装置に用いられるＬＥＤの数を減らして、携帯型装置のキーパッドのサイズ及びコストが低減されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によるライトガイドは、協働して光をほぼ全反射させる、第１の表面及び第１の表面と対向する第２の表面を有するフィルムに光学的に結合された光源を備える。第１の表面は複数の別個の領域を含み、各領域は、それぞれが入射光の相当量をフィルムから抽出するように１以上の微小構造化形状を有し、各領域の微小構造化形状は各領域が光源から光がほぼ均一に抽出するように調節される。
【０００５】
本発明によるライトガイドの製造方法は、協働して光をほぼ全反射させる第１の表面及び第１の表面と対向する第２の表面を有するフィルムを与える工程と、該フィルムに光源を光学的に結合させる工程と、前記第１の表面に複数の別個の領域を形成する工程と、を含む。各領域は、それぞれが入射光の相当量をフィルムから抽出するように１以上の微小構造化形状を有し、各領域の微小構造化形状は各領域が光源から光がほぼ均一に抽出するように調節される。
【０００６】
本発明に従う携帯型装置用のキーパッドユニットは、複数のキーを有するキーパッドと、第１の面及び第１の面と対向する第２の面を有するリフレクタと、該リフレクタの第２の面に接して配置され、前記キーの作動に応じて電気信号を与える複数の接点を有する接点プレートと、前記キーパッドと前記リフレクタの第１の面との間に配置されるライトガイドと、を有する。ライトガイドは、協働して光をほぼ全反射させる第１の表面及び第１の表面と対向する第２の表面を有するフィルムに光学的に結合された光源を備える。ライトガイドの第１の表面は複数の別個の領域を含み、各領域は、それぞれが入射光の相当量をフィルムから抽出するように１以上の微小構造化形状を有し、各領域の微小構造化形状は各領域が光源から光がほぼ均一に抽出するように調節される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
添付の図面は本明細書に含まれるとともに本明細書の一部をなすものであって、明細書の記載と併せて本発明の利点及び原理を説明するものである。
【図１】ライトキーパッドを備えた携帯型装置を示す図。
【図２】ライトキーパッドユニットの構造を示す分解図。
【図３】キーを照らすために微小構造化フィルムから光が抽出される様子を示す側面図。
【図４】キーパッドのキーを照らすために特定の個別の領域内に微小構造化形状を有するフィルムを示す平面図。
【図５】フィルムの特定の領域内の、特定のピッチを有する微小構造化形状を示す平面図。
【図６】キーパッドのキーが光源に対して特定の角度分布内に配置されている場合にこれらのキーのすべてを照らすために単一の光源を用いる様子を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態には、携帯電話等の携帯型装置のキーパッドを照らすためのライトガイドが含まれる。特定の実施形態では、単一のＬＥＤ又は他の光源からライトガイドに光を注入し、ライトガイドがキーの下側の微小構造化形状によって光を抽出する。微小構造化形状は主として全反射（ＴＩＲ）によって光を抽出する。微小構造化形状との最初の衝突によって抽出されなかった光は、ライトガイドの下側の微小構造化形状及び光学リフレクタによって再利用されて微小構造化形状との後の衝突によって抽出できる。微小構造化形状としては、例えば円形又は螺旋形の円弧の部分として、ＬＥＤからの光が好ましくはすべての円弧の中心又は円弧上の他の位置から抽出されるようにしてもよく、又は微小構造化形状を、例えば矩形若しくは六角形のパターン又は他の規則的若しくは不規則的パターンに配列されたレンズレットとしてもよい。ライトガイドの各抽出領域内では、微小構造化形状は例えば円弧やプリズムのように連続していてもよく、又はレンズレット又は他の微小構造化形状の規則的又は不規則的なパターンのように不連続であってもよい。不連続な微小構造化形状を製造するためのシステム及び方法は、発明の名称が「断続切削高速ツールサーボを用いた切削具（Cutting Tool Using Interrupted Cut Fast Tool Servo）」である２００５年１２月２７日出願の米国特許出願第１１／３１８７０７号に述べられており、当該出願を本願において全体が説明されるものとしてこれを参考として組み込む。
【０００９】
微小構造化形状を有する各領域における微小構造化形状間のピッチは、キーが効率的でほぼ均一に照らされるように最適化することができる。これに代えるか又はこれに加えて、微小構造の高さをそのように最適化してもよい。レンズレットのような別個の微小構造が用いられる場合には個々のレンズレット間の間隔を最適化してもよい。特定の実施形態では、キーパッド上のすべてのキーを１個のＬＥＤのみで照らすことが可能であり、光源として複数のＬＥＤを要するキーパッドと比較してキーパッドのコスト及びサイズが低減される。他の実施形態では、複数の光源をライトガイドとともに使用する。
【００１０】
図１は、キーパッド１２を備えた携帯型装置１０を表した図であり、キーパッド上のキー１１の配置の例が示されている。キーパッドは任意の数のキーを任意の配置で有しうる。使用者は情報やコマンドを携帯型装置１０に入力するために、キーを押し込むことなどによってキーを作動させる。例えば携帯型装置１０が携帯電話である場合には、キーパッドは通常、それぞれが０〜９の数字並びに「＊」及び「＃」の記号に対応した１２個のキーを有している。携帯型装置１０にはキーパッドを有するあらゆるタイプの携帯型装置が含まれる。キーパッドは通常、暗い、又は弱い明かりの条件下で使用者にキーが見え、識別することが可能であるように各キーを照らすための何らかの手段を備えている。
【００１１】
図２は、携帯型装置１０のキーパッド１２に相当する、ライトキーパッドユニットの構造を示す分解図である。この例示的実施形態のキーパッドユニットは以下の要素を含んでいる。すなわち、複数のキー２１を有するキーパッドハウジング１４、光を抽出するための複数の微小構造化形状１７を有するライトガイドフィルム１６、フィルム１６に光学的に結合された光源２６、場合により用いられるリフレクタ１８、及び、複数の接点２４を有する接点プレート２０である。キー２１はそれぞれ各領域１７内の微小構造化形状によって照らされ、それぞれ接点２４の内の１個を作動させる。例えばキー１９ａは、光源２６から光を偏向させる領域１９ｂ内の微小構造化形状によって照らされ、キー１９ａが押し込まれると携帯型装置１０に情報又は特定のコマンドを入力するための接点１９ｃを作動させる。図２では、キー２１、微小構造化形状１７、及び接点２４はあくまで説明を目的として４×３個の円の行列として示している。キーパッドは任意の配置及び任意の数のキー、微小構造化形状、及び接点を有していてよく、これらは例えば矩形、三角形、楕円形、多角形又は他の形状といった他の異なる形状にそれぞれ形成することができる。
【００１２】
キーパッドハウジング１４はプラスチック材料にて通常実施され、やはりプラスチック材料から形成される各キー２１を収容する。又、他の材料を用いてハウジング１４及びキー２１を実施してもよい。キーパッドハウジング１４はキー２１が押し込まれる際に接点２４を作動させるよう、各キー２１の動きを与える。
【００１３】
フィルム１６は例えば、全反射を起こすとともに微小構造化形状において光が抽出されるように構成されたポリマー製の微小構造化フィルムとして実施することができる。微小構造化形状としては、レンズレット、プリズム、又は他の幾何学的構成等の光を抽出することが可能な任意のミクロンスケールの構造が含まれる。ミクロンスケールの構造は必ずしもそうである必要はないが、少なくとも１つの寸法（高さ、幅又は長さ）が１ミリメートルよりも通常小さい。微小構造化形状１７は様々な方法によってフィルム１６に形成することができる。通常は最初に金属工具を加工して工具に微小構造化形状のネガを形成する。例えば工具はワイア放電加工、ダイヤモンドターニング加工、フライカット、フライス加工、研削、彫刻、又はエッチングによって加工することができる。次いで工具に粘性材料を塗布し、材料を強制的又は自発的に硬化させ、これを工具から取り出すことでフィルムを製造する。したがって工具のネガ構造（例、凹部）がフィルムのポジ構造（例、凸部）となる。この場合、微小構造化形状はフィルムに形成される凹部であり、フィルムを直接加工することによって好ましくは円弧である凹部として微小構造化形状を形成することができる。又、第１の工具を加工して凹部を形成し、この第１の工具を用いて凸部を有する第２の工具を作製した後、第２の工具からフィルムを作製することによってフィルムに凹部としての微小構造化形状を形成するという、２段の工具加工法を用いてフィルムを作製することも可能である。
【００１４】
フィルム１６を実施するための材料の例としては、以下のパラメータを有する光学フィルムが挙げられる。すなわち、厚さｔ＝０．２５０ミリメートル（ｍｍ）〜０．６００ｍｍ、屈折率ｎ＝１．４〜１．６、及び力吸収係数α＜０．０１／センチメートル（ｃｍ）である。異なるパラメータを有するフィルムを用いることも可能である。こうした光学フィルムの一例としてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）があるが、全反射が可能な光学フィルムであればいずれのものであってもよい。光源としてＬＥＤが用いられる場合、フィルム１６の厚さはフィルムに結合されるＬＥＤのサイズに応じて変わりうる。そうでない場合、すなわち光源としてＬＥＤが用いられているがフィルムの厚さがＬＥＤのサイズによって制限されない場合には、ライトガイドの厚さはＬＥＤからの光の波長及びフィルムの屈折率によってのみ制限される。
【００１５】
リフレクタ１８が用いられる場合、リフレクタは入射光の相当量を反射する任意の材料で実施することができる。例えばリフレクタを研磨した金属材料で実施することができる。リフレクタ１８を実施するための材料の例としては、スリー・エム（３Ｍ）社より市販される、反射率ＲがＲ＞０．９５であり厚さｔがｔ＝０．１００ｍｍ〜０．２００ｍｍである高反射性（Enhanced Specular Reflector（ＥＳＲ））フィルムが挙げられる。
【００１６】
光源２６はフィルム１６内に光を透過させるためにフィルム１６に光学的に結合される。例えば光源２６は、フィルム１６の面取りした角部又は他の辺縁若しくは辺縁に隣接した位置に光学接着剤を用いて固定することができる。光源２６は更に、光源に電力を供給するために携帯型装置１０内部の電池等の電源に電気的に結合される。光源１６を実施するための光源の例としては、ＬＥＤ、端面放射型ＬＥＤ、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）又は他の点光源が挙げられる。光源２６は屈折率が一致した材料を用いてフィルム１６に結合することが可能であり、光源は結合が促されるように微小構造化された表面を有していてもよい。又、光源２６とフィルム１６との間に空気間隙が形成されていてもよい。光源は角部の位置の代わりにキー群の中央線上等の他の位置に配置することも可能である。更に、例えば使用者の制約条件及びキーの配置によって決められる、ライトガイドの辺縁に沿った任意の位置にそれぞれが配置される複数の光源を使用することも可能である。例として、単一の光源では特定のキーパッドの最適な又は望ましい設計が与えられない場合、所望の輝度及び均一度が得られるまで更なる光源を設計に導入することが可能である。
【００１７】
接点プレート２０はプラスチック材料にて通常実施され、各接点２４を収容し、あるいは他の種類の材料で実施することもできる。キー２１によって接点２４に作用する物理的圧力によって押し込まれたキーに対応した電気信号が与えられる。各キーに対応した電気信号は携帯型装置１０内部の他の要素によって受信及び処理される。
【００１８】
キーパッドハウジング１４、フィルム１６、場合により用いられるリフレクタ１８、及び接点プレート２０は様々な方法によって一体化してキーパッド１２を構成することができる。例えば、これらの要素は辺縁部において互いに締結するか、又は携帯型装置１０のハウジング内部で物理的圧力を作用させて一体に保持することができる。これらの要素は更に、接着性のタブ又はストリップを用いて一体に積層することができる。
【００１９】
図３は、例示的実施形態における、キーパッド１２を照らすためのリフレクタ１８及び光源２６を備えたフィルム１６の微小構造化形状３０を有する一領域を示した側面図である。図４は、微小構造化形状をそれぞれが有する複数の領域１７及び光源２６を有するフィルム１６を示す平面図である。図３及び４に示されるような照らされる領域は、暗い、又は弱い明かりの条件下でキーが読めるように各キーの下に配された円形領域である。ライトガイド（フィルム１６）の面全体を照らすことは望ましくない。光は各キー２１の位置から抽出されることが望ましく、すべてのキーに光が伝播してキーをほぼ均一に照らすか、特定の照射範囲内のキーを照らすように各微小構造化形状１７において適切な割合の光が抽出される。各領域内の微小構造化形状間のピッチは、キー２１がほぼ均一に照射されるか、特定の範囲内が照射されるよう、各微小構造化形状１７間で光がほぼ均一に抽出されるように調節することができる。ピッチの調節に加えるか又はこれに代えて、微小構造化形状のサイズ及び形状を調節して任意のキーの位置における光の抽出を最適化又は制御することも可能である。
【００２０】
図３に示される例示的構成では、例えば構造３０のような微小構造化形状はそれぞれフィルム１６内へ４５°の角度（３２）で切り込まれている。光源２６からの光線３３は微小構造化形状３２に衝突して上方へ反射されてキー２８を照らす。この反射方向により、光線３３はフィルム１６の上面に全反射の臨界角を超えて約９０°の角度（３４）で衝突することから、光はフィルム内に反射されずにフィルムから脱出する。微小構造化形状３２による反射点においてフィルムの底面から少量の光が漏出する可能性があり、そこで漏出した光をリフレクタ１８によってフィルム１６内へと反射させる。例示的実施形態において、光源２６と適合するにはフィルムの厚さｔはｔ＝０．２５０ｍｍ〜０．６００ｍｍである。例示的実施形態では更に円弧（微小構造化形状３０）は深さ２３が０．００７ｍｍ、幅２５が０．０１４ｍｍであり、４５°の角度３２で切り込まれている。光がフィルムを通過してキーを照らすように微小構造化形状が全反射の臨界角を超えて光を反射、偏向するうえで微小構造化形状の他の深さ及び角度も可能である。
【００２１】
図３はキーを照らすためにキーの下側に配置される微小構造化形状の構成のあくまで一例を示すためのものである。他の例示的実施形態では、円弧以外に又は円弧に加えて異なる微小構造化形状を有してもよく、微小構造化形状の異なる形状、微小構造化形状の異なる寸法（高さ、長さ及び幅）、微小構造化フィルムの異なる材料又は厚さを用いることができる。
【００２２】
図５は、本例示的実施形態においてキーパッドのキーを照らすために用いられるフィルム１６の特定の領域４０の微小構造化形状を示す平面図である。領域４０は複数の領域１７の内の１個に相当し、円弧４１は微小構造化形状３０に相当する。ピッチ４２とは、各領域内の微小構造化形状４１間の間隔のことを言う。例示的実施形態では、各領域と光源との間の距離が大きくなるにしたがってピッチが小さくなっているが他の実施形態ではピッチは他の形態で配置されてもよい。更に特定の実施形態では、光源に対向する円弧を切り込むことにより円弧にほぼ直角に光が衝突することによってキーを照らす上方への反射を促してもよい。又、微小構造化形状は円弧である必要はなく、異なる形状又は形態でフィルムに形成することができる。例えば微小構造化形状は、円錐、角錐、レンズレット、又は１以上の光源を用いてキーの下側で光を抽出するためにサイズ及び配置を最適化することが可能な他の形状として実施することができる。微小構造化形状のピッチはキーの下に位置するフィルムの各領域で一定でも異なってもよく、円弧は例えば螺旋状若しくは同心円状の環、又は抽出要素の対称性に応じてピッチが変化する格子等の他の形態に切り込んだり形成することができる。更に、光の抽出率を制御するために微小構造化形状のサイズ及び形状を調節することも可能である。又、領域４０の微小構造化形状は連続的であっても不連続的であってもよい。不連続的な微小構造化形状としては例えば１以上の平坦部を有する１以上の円弧４１が挙げられる。
【００２３】
図６は、キーパッド５２のキー５０が光源に対して特定の角度分布５６内に配置されている場合にこれらのキー５０のすべてを照らすために単一の光源５４を用いる様子を示した平面図である。詳細には、照らされるべきキーのすべてが６０°以下の円錐（角度分布５６）の内部にある場合には必要とされる光源は１個だけであることがモデリングによって示されている。
【００２４】
所望の光抽出率を得るのに適した微小構造化形状のピッチを得るには様々な方法が利用できる。例えば、光学モデリングや経験則を用いて所望の光抽出率に対するフィルムの所望のパラメータを得ることができる。光学モデリングの場合では、ＡＳＡＰプログラム（ブロールト・リサーチ（Breault Research）社（米国アリゾナ州ツーソン）より市販）及びｉＳＩＧＨＴ最適化ソフトウェアプログラム（エンジニアス・ソフトウェア（Engineous Software）社（米国ノースカロライナ州ケアリー）より市販）等の光線トレース用ソフトウェアを用いることによって所望の照明に対する各領域の微小構造化形状の所望のピッチを求めることができる。これらの方法によって、各微小構造化形状間でほぼ均一に光が抽出されるフィルムを設計することが可能である。又、これらの方法を用いて、各微小構造化形状間で抽出光の強度が特定の強度の値の１０％以内、又は他の範囲内となるようなフィルムを設計することが可能である。所望の光抽出率、キーパッド上のキーの配置、及び１以上の光源の位置に基づいて各領域に対するピッチの値を求めることができる。このピッチの値を用いて各キーの照明度に対応する微小構造化形状を各領域に加工することができる。
【００２５】
以上、例示的実施形態に関連して本発明を説明したが、当業者には多くの改変が直ちに明らかであり、本願は例示的実施形態のあらゆる適合例及び変形例を包含することを意図したものである点は理解されよう。例えば、本発明の範囲を逸脱することなく、異なるフィルムの材料及びフィルムの微小構造化形状の異なる寸法を用いることができる。本発明は、特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2010503155.tif 000010