CN1661444A - 用于便携式物体的信息显示元件的背光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从后面照亮显示元件的背光装置(1)。它包括一带正面和背面的导光板(7)、一导光板背面上的反射器(6)，一导光板正面上的漫射膜(9)和一校正膜(11)和一可见光源(2)。光源向导向板边缘提供在导光板内在两个面之间传播的光束。一层具有一具有从靠近导向板接收光源光束的边界区的界限(25)起渐减的部分不透明性的区域(10’)，以衰减其中通过的光强度。不透明性渐减的区域(10’)例如是设置在漫射膜上的渐弱的白色或银色染料，或一厚度变化的半透明金属覆盖层，或一由多个直径和间距变化的孔穿透的金属覆盖层，或一由多个直径和间距变化的金属点形成的金属覆盖层，从而光束可部分反射并返回导光板内以减小光子损耗。

Description

用于便携式物体的信息显示元件的背光装置
技术领域
本发明涉及一种用于便携式物体例如手表的信息显示元件的背光(backlighting)装置。该背光装置包括一具有一正面和一背面的导光板、一位于该导光板的背面上的光反射器，以及一可见光源。该可见光源在该导向板的边缘或边界处提供光束。这些光束在该导光板内在其两个面之间传播以被引导，以照亮位于该导向板正面上方的显示屏。该装置还包括一层，该层设置成从该导向板的正面的一侧与该便携式物体的显示元件的背面相对。所述层还具有至少一个具有从一靠近导向板接收该光源的光束的边界区的界限起逐渐降低的部分不透明性的区域。这样可衰减通过所述区域的光强度。
技术背景
在一物体例如手表的情况下，该显示元件应理解为一在其上时针指示时间的手表表面，一显示时间、文本和图像信息的液晶显示屏，或一手表表面和显示屏的组合。
现有技术中已说明了用于从后部照亮显示屏尤其是液晶显示屏的装置，该装置被称为背光装置。这种装置尤其用于以下这些物体例如无线移动电话、便携式计算机或目前使用的其它类型的便携式物体。
在那些尺寸较大的物体中，从一显示元件的背面在其整个可视表面上照亮该显示元件通常比较简单。为此，从背面照亮可通过使用一个或多个设置成与一导光板的层相对的光源实现。所述光源将光线射入该导光板，从而所述光线被导向该显示元件。当以相对于显示元件的可视部分较大的距离隔开设置几个光源时，可较均匀地照亮该显示元件。
在手表的情况下，因为表壳内的可用空间有限，因此难以设置几个光源以从后面照亮该显示装置。因为必须减少安装在所述壳体内的组件的数量以实现手表所有的预期功能，所以通常设置唯一一个光源来确保照亮显示元件。
在一传统的背光装置的情况下，光源在显示元件下方在一靠近该显示元件的可视部分的位置处安装在手表的壳体内。即使该光源部分地隐藏在该显示元件下，其光放射会导致形成一围绕该光源的晕圈(halo)，该晕圈通过该显示元件从外部可见。
因为该晕圈的光强度大于照亮显示元件的其余部分的光的强度，所以从后面对显示元件的照亮是不均匀的。如果将该背光装置例如用于高档手表，这就是这种背光装置的主要缺陷。
文献US 2823476说明了表盘的背光装置。该装置包括一导光板，在该导光板的边界安置有一光源，以在所述板的一背面和一正面之间将光束传播到导光板内。在导光板的正面上设置一补偿膜以使该表盘的亮度均匀。所述补偿膜的不透明性从接收光束的导光板的边缘起逐渐减小。
为了实现所述补偿膜，首先必须在该膜上涂敷照相乳胶，将该膜安置在所述装置上，打开光源，并在一暗房内使乳胶显影以得到一具有渐减的不透明性的区域。要得到这样的补偿薄膜，所有所述操作都较复杂并且成本较高，这是一个缺陷。
发明内容
因此，本发明的主要目的是，通过提供一种用于便携式物体的信息显示元件的背光装置来克服上述缺陷，该装置使得可均匀照亮显示元件，尤其是在一围绕光源的区域，并且所述装置易于实现。
在此基础上，本发明涉及一种上述的用于一便携式物体例如手表的信息显示元件的背光装置，其特征在于，可这样来获得该部分不透明的区域：通过向该层施加暗白色或银色染料或与该层一体地设置所述染料；或通过一厚度变化的半透明金属覆盖层；或通过一由多个具有小于人眼的分辨率的尺寸的变化的直径和间距的孔穿透的金属覆盖层；或通过一由多个直径和间隔变化的金属点形成的金属覆盖层得到，从而光束可部分反射并返回到导光板内，以减小有用的光子的损耗。
根据本发明的背光装置的一个优点是，可由具有通过所述染料或所述覆盖层得到的不透明性渐减的区域削弱由一位于显示元件的可视部分下方并靠近该可视部分的光源导致的晕圈。因此，由于具有渐减不透明性的区域，可均匀地照亮便携式物体的显示元件，这也可取决于显示元件的视角。因此，单个光源就足以照亮显示元件。光源可以是一安装在一印刷电路板上并位于一在安装在该印刷电路板上的联接件的顶部开口的室内的发光二极管。
当然，因为从光源移动到离该光源到一预定距离处该晕圈的光强度逐渐减小，所以当逐渐远离所述光源时该层的所述区域的部分不透明性也必须减小。因为该晕圈光强度的减小作为距离的函数是非线性的，所以该区域在该层上延伸到一给定的距离时不透明性的减小也是非线性的。
该部分不透明性渐减的区域优选地可通过一施加在该层上或一体地设置该层中的染料，或通过胶印(offset)，或通过一厚度可变的半透明金属覆盖层，或通过一由多个直径和间距变化的孔穿透的或由多个直径和间隔作为人眼分辨率的函数变化的金属点形成的金属覆盖层得到。所用的染料可以是逐渐变弱(shade)的黑色、白色或银色。该染料例如是由一印刷机施加的油墨。当具有部分不透明区域的层形成导光板的正面整体的一组成部分以漫反射一部分光使其在该导光板内再分布时，使用白色是有利的。
该具有部分不透明区域的层还可以是一位于该导光板的正面上的光漫射膜或光校正膜。
有利的是，导光板在其周向上具有一由一反光层覆盖的圆角，所述反光层可以是完全不透明的白漆涂层或一金属覆盖层。因此发光二极管设置在圆角下方以沿垂直方向提供光束。这样，光束可在导光板的边缘由所述反射层反射，以便在正面和背面之间传入该导光板内。
一硅材料制成的接头可使发光二极管的上部与印刷电路板的圆角的下表面接合，以便限制光损耗。该接头选择成具有一在该发光二极管的透明材料的折射率和该导光板的折射率之间的中间的折射率。
附图说明
从下面结合附图对本发明的至少一个实施例的说明中可清楚地了解一便携式物体的信息显示元件的背光装置的目的、优点和特征，在附图中：
图1示出根据本发明的背光装置的三维分解视图；
图2a和2b示出所有元件都装配在一起的根据本发明的背光装置的俯视图和透视图；
图3a和3b示出根据本发明的背光装置的散射膜的两个实施例的俯视图；
图4示意性地示出根据本发明的背光装置的第一实施例在光源处的局部剖视图；
图5示意性地示出根据本发明的背光装置的第二实施例在光源处的局部剖视图；
图6用示出没有强度衰减的以及有作为与光源的距离的函数的强度衰减的从该背光装置发出的光的光强度一简化图。
具体实施方式
在下面的说明中，将不再详细说明背光装置的那些本技术领域内的技术人员公知的元件。所述实施例具体涉及一种用于手表的信息显示元件的背光装置。该显示元件可以是液晶半透明型屏幕或一具有对可见光透明的区域的手表表面。
图1示出一适用于手表的背光装置1的实施例的三维分解视图。在此实施例中，用于一信息显示元件(未示出)背光装置1首先包括一印刷电路板3，在该电路板上固定有一光源—如一垂直照明的发光二极管2-和至少一个电子元件4。该发光二极管由一与印刷电路板3电连接的电源(未示出)例如电池或蓄电池供电。
一由塑料材料制成的框架状的优选是白色或黑色的联接件(crosspiece)12可拆卸地安装在该印刷电路板上。使用由与该印刷电路板13的边缘相接触的支柱26形成的安装结构定位所述联接件。在联接件12的外部设置有一室5以容纳所述发光二极管。该室具有多个部分地包围所述二极管2的垂直壁。
该室当然也可设有完全包围发光二极管的垂直壁以使其仅在垂直方向上提供光束。在该室的壁和发光二极管之间也可插入一不透明的框架(未示出)。
用于一显示元件的背光装置1还包括一导光板7，一安装在该导光板的背面上的漫射(反射(specular))型或镜面型的光反射器6和一设置在导光板的正面和显示元件之间的层，该层具有一部分不透明的区域10’。在导光板7的正面的一个部分上设置有一例如纳米级或其它尺寸的透镜装置7’。该透镜装置也可设置在该导光板的背面的一部分上。
该导光板7还具有一由一不透明的白漆涂层或金属覆盖层覆盖的圆角8。在室5中的发光二极管2在该导光板的边缘处恰好设置圆角下方。该发光二极管在圆角的边缘垂直地提供光束，从而这些光束由该白漆涂层以漫射方式或由金属覆盖层以镜面方式反射。在圆角处反射后，光束在导光板的正面和背面之间传播以被反射器反射并由所述纳米级透镜装置折射。
导光板7以及其纳米级透镜装置可由PC(聚碳酸酯)或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯/有机玻璃)制成。
在此实施例中，所述具有部分不透明区域的层是一柔性的光漫射膜9，可在该光漫射膜上安装一柔性的光校正膜(light rectifier film)11。该柔性的光校正膜11可以是一3M公司制造的T-BEF 90/24膜。该校正膜可在其正面或背面包括微棱镜以校正光并使光的方向朝向显示元件。微棱镜的行列可优选地设置成垂直于导光板中的光传输轴线以更好地校正光并使光的强度最大。也可使用具有相互交叉的棱镜行列两个校正膜以使在显示元件的一预定视角上光的强度最大。
所述部分不透明的区域在该漫射膜9上延伸到界限25，该界限代表一显示元件在距光源的一预定距离d1内的可视部分的边界线，这可参照图3a和3b更清楚地看出。该距离d1可能取决于显示元件的一自然视角，对于手表的情况所述视角不一定垂直于显示元件。
应指出，该显示元件的可视部分优选地由手表表面玻璃的一不透明的凸起的支承部(未示出)限定，该支承部保持该显示元件。在该凸起的支承部和手表的表壳紧圈(bezel)或表壳都基本上透明的情况下，可能有必要在漫射膜9上围绕显示元件的可视部分设置一部分或完全不透明的层10，该层例如是如图3b中所示的黑色。
由光源导致的并且从该显示元件的外部可见的晕圈的光强度从界限25到一距离d1处非线性地降低，从所述距离d1处起光强度基本上是均匀的。因此，与晕圈的光强度类似，所述区域的不透明性必须从界限25到与光源相距d1处非线性地降低，以确保均匀地照亮整个显示元件。该区域的部分不透明性可从界限25处的大约80％下降到距离d1处的0％。
图6简单地示出作为与光源位置的距离的函数的显示元件上的光强度。可见，晕圈的光强度直到距离d1一直非线性地降低，从距离d1处起可认为光强度差不多恒定。在未设有一具有部分不透明的区域的层时，透过显示元件的光强度由曲线a示出。在存在这样的层时，在如阴影线部分所示的所述不透明区域的削弱作用下，由曲线b示出光强度为均匀的。结果，在区域的每个位置的不透明性必须对应于曲线a上所示的强度水平。
通过沉积在该柔性的漫射膜上的或与该漫射薄膜一体设置的染料，或通过一胶印(offset)，可得到图1、3a和3b中简化示出的位于该漫射薄膜9上的部分不透明区域10’。使用的染料可以是黑色、银色或白色的渐变色。例如黑色染料是由印刷机施加的油墨。在黑色的情况下，通过该部分不透明区域的光被部分吸收而损失掉，但是在白色的情况下，光被以漫射的方式部分反射并返回导光板以减小有用光子的损失。可将所述回收的光子导向导光板7的其它较不明亮的区域。
也可通过一厚度变化的半透明金属覆盖层、或通过一由多个具有作为人眼分辨率的函数的变化的直径和间隔的孔穿透的金属覆盖层、或通过一由通过一具有穿透孔的模板得到的多个具有变化的直径和间隔的金属点形成的金属覆盖层代替染料来得到所述部分不透明区域10’。该金属覆盖层可通过真空金属镀敷工艺实现，所述薄的涂层或模板的孔可通过用一激光束穿孔或其它光刻法来制成。
如图3b中所示，可设想，漫射膜包括另一个部分不透明的区域以便在显示元件的背景上形成一特定的图案9，例如至少一个字母、至少一个符号或图像。根据所述区域的不透明性的变化，可显示一单色图像。
当然所述部分不透明区域可由与漫射膜不同的层形成。该区域可直接形成在该导光板的正面上、校正膜11上或显示元件的背面上。对于在导光板上设置一所述区域的情况，优选地选择从一与从光源一侧起的该显示元件的可视部分的边界线相对应的界限开始逐渐变弱的白色染料。利用直接沉积在导光板上的白色，可用漫射的方式部分反射光，从而如上所述可回收有用光子。
因为在装配到手表表壳内的操作中该背光装置必须易于操纵，所以形成背光装置的所有元件必须预先装配在一起。为此，按照图1，框架12形式的联接件首先包括一第一内肩部13，在该第一肩部13的侧壁上设置有两个弹性的指状部15。反射器6和导光板7被保持在该第一肩部的一支承面和所述两个弹性指状部15之间。
在设想应安装一漫射膜9和/或一校正膜11的情况下，该联接件还包括一位于第一肩部13上方的第二内肩部14。首先抵靠第二肩部放置该漫射膜9，并用一第二肩部的一侧壁的插入的壳体16内的突出部(tab)20保持该漫射薄膜。然后抵靠漫射膜放置校正膜11，并与漫射膜的情况相类似，用一也插入壳体16的突出部21保持校正膜。这样，将所有的光传输元件或反射元件都保持在联接件内，该联接件本身安装到其上固定有发光二极管2的印刷电路板上。
反射器6、导光板7、漫射膜9和校正膜11的表面积均大于或等于该显示元件的可视部分的表面积。
由图1可见，其上已设置有不透明性渐减的区域的漫射膜有一部分位于该圆角8上。还如图3所示，漫射膜的该部分被一完全不透明的黑色层10覆盖，该层10延伸到不透明性渐减的区域的开始的界限处。
从图2a和2b可更好地看到其所有元件都装配在一起的背光装置的形状。将不说明图2a和2b中形成所述装置的元件，因为上文特别是参照图1已说明了这些元件。
另外，参照图4和5还说明了该背光装置的两个变型。上面已经说明的那些元件自然具有同样的参考标号，并且将仅简单地说明。
用局部剖视图示出的背光装置包括印刷电路板3、固定在该印刷电路板上的发光二极管2、具有该二极管2的室5的联接件12、反射器6、导光板7、漫射膜9和校正膜11。
如图4所示，发光二极管2可以以与导光板的背面较短的距离直接位于在圆角下方。因此，该二极管2的上面与圆角8由一空隙隔开。反射器6的一边缘与所述室的上边缘平齐。反射器的边缘优选可直接位于该发光二极管的光出口的边缘上，从而不会经由圆角损失反射光。
因为设有部分不透明性随着与二极管的距离的增加而逐渐减小的区域10’的，所以由所有光传播和发射元件改变方向和定向的光FL的强度在每个位置基本上都相同，从而可均匀地照亮显示元件。
在图5所示的变型中，设置一硅制的接头17以使发光二极管2的上部与该印刷电路板的圆角的下表面相接合。优选地，该接头具有一在发光二极管的透明材料的折射率和导光板的折射率之间的中等的折射率。
联接件12限定完全容纳发光二极管2的室5的部分可限定一完全不透明的罩。这样可避免在该表的表壳紧圈或壳体是透明的情况下出现杂散光效果。
当然，也可设想将二极管与导光板放置在同一平面内，从而二极管可沿水平方向经由该导光板的一边缘提供光束。在此情况下，该导光板不再具有圆角。
从上面的说明中，本技术领域内的技术人员在不偏离由权利要求限定的本发明的范围的情况下可设想该背光装置的许多的变型。在需要故意衰减光强度以通过该显示元件给出特定的效果的情况下，可在所述层上设置一个或多个另外的部分不透明的区域。所述另外的区域可设置该导光板的正面或背面的侧上。所述部分不透明的区域可用亮色的染料实现。该装置的一种可能的设想是只使用反射器以及在其上设置有一个或多个部分不透明区域的导光板以降低生产成本。该反射器和该导光板可仅形成唯一一个元件。

Claims (14)

1.用于一便携式物体例如手表的信息显示元件的背光装置(1)，所述装置包括：一具有一正面和一背面的导光板(7)；一位于该导光板的背面上的光反射器(6)；一向该导向板的边界或边缘提供光束的可见光源(2)，所述光束在所述导光板内在导光板的两个面之间传播；以及一层，所述层设置成从该导向板的正面的一侧朝向所述便携式物体的显示元件的背面，所述层具有至少一个具有从一靠近所述导向板接收该光源的光束的边界区的界限(25)起逐渐减小的部分不透明性的区域(10’)，以削弱通过所述区域的光的强度，其特征在于，这样来获得所述具有部分不透明性的区域(10’)：通过一施加在所述层上或与一体地设置所述层中的逐渐减弱的白色或银色染料；或通过一具有变化的厚度的半透明金属覆盖层；或通过一由多个具有变化的直径和间距的孔穿透的金属覆盖层，所述孔的尺寸小于人眼的分辨率；或通过一由多个具有变化的直径和间距的金属点形成的金属覆盖层，从而光束可被部分反射并返回到所述导光板内以减小有用光子的损耗。
2.根据权利要求1的背光装置(1)，其特征在于，所述区域(10’)的部分不透明性从靠近所述导光板的边缘的界限起非线性地减小。
3.根据权利要求2的背光装置(1)，其特征在于，所述具有部分不透明区域(10’)的层形成所述导光板(7)的正面的一整体组成部分，或用作一用于所述显示元件的偏振膜。
4.根据权利要求2的背光装置(1)，其特征在于，所述具有部分不透明区域(10’)的层是位于所述导光板(7)的正面上的一光漫射膜(9)或一光校正膜(11)。
5.根据前述权利要求中任一项的背光装置(1)，其特征在于，所述背光装置包括单一的用于从后面照亮所述显示元件的光源，如一发光二极管。
6.根据权利要求4的背光装置(1)，其特征在于：所述背光装置包括一形成一框架的联接件(12)，在所述联接件中保持一反射器(6)、所述导光板和一漫射器，和一印刷电路板(3)，在所述印刷电路板上固定所述光源，该光源是一发光二极管；并且，在所述联接件的周向上插入形成一室(5)以容纳所述发光二极管(2)，通过安装装置(26)将所述联接件可拆卸地安装和定位在所述印刷电路板上。
7.根据权利要求6的背光装置(1)，其特征在于，所述联接件(12)包括两个设置在一第一内肩部(13)的侧面上的弹性指状部(15)以保持所述反射器(6)和插入所述第一肩部的一支承面和各弹性件之间的导光板(7)。
8.根据权利要求7的背光装置(1)，其特征在于：在所述弹性件(15)上方，所述联接件包括一第二内肩部(14)以接纳一柔性的漫射膜(9)，所述漫射膜由一插入设置联接件的第二肩部的一侧面内的壳体(16)内的突出部20保持；并且，一柔性的透明的光校正膜(11)位于一漫射膜上并由第二肩部的壳体(16)内的另一个突出部(21)保持。
9.根据前述权利要求中任一项的背光装置(1)，其特征在于，所述导光板(7)具有一由一光反射层(8’)覆盖的圆角(8)和一位于该导光板的正面或背面的一部分上的微棱镜或具有纳米级尺寸的透镜的装置(7’)；并且，所述光源—如一发光二极管(2)—设置在所述圆角下方以沿一垂直于导光板的方向提供光束，从而所述光束由导光板的边缘处的所述反射层反射并在导光板的正面和背面之间传播到导光板内。
10.根据权利要求9的背光装置(1)，其特征在于：一漫射膜(9)的一部分设置在所述圆角(8)上，漫射膜的所述部分由一完全不透明的黑色层(10)覆盖，所述黑色层延伸到所述具有渐减的不透明性的区域的开始处的界限处；并且，所述圆角被一不透明的白色层或一金属覆盖层覆盖。
11.根据权利要求6的背光装置(1)，其特征在于：所述发光二极管(2)容纳在所述联接件的包括侧壁的所述室内，所述侧壁从所述印刷电路板(3)的一上表面起部分或完全地包围所述二极管；并且，所述反射器的一边缘与所述室的一上边缘平齐。
12.根据权利要求6的背光装置(1)，其特征在于，一硅材料制成的接头(17)可使所述发光二极管(2)的上部接合到所述印刷电路板的圆角的一下表面上，所述接头具有一在所述发光二极管的透明材料的折射率和所述导光板的折射率之间的中间折射率。
13.根据权利要求1的背光装置(1)，其特征在于，所述导光板(7)、反射器(6)和所述部分不透明的区域形成一单一的元件。
14.根据权利要求1的背光装置(1)，其特征在于，所述背光装置在所述层上包含一个或多个另外的具有部分不透明性的区域(19)以任意地衰减通过所述另外的区域的光强度，从而通过所述显示元件产生一特别的效果或图案。
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