CN1782754A - 具有照明和形成图形图像双重功能的光学器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有显示区例如液晶屏并包括用于形成图形图像形式的装饰图案的光学器件的装置。该用于形成图形图像的光学器件包括光导器件，该光导器件至少部分重叠在显示区上并具有两个大面和一个侧面。均具有至少一个用于反射光的面的光萃取器在至少其中一个大面内设置成第一组。光源设置成经由该光导器件的侧面沿反射面的方向发出光。从而，每个反射面使反射光束沿精确限定的方向形成，该光束组沿该方向形成图形图像，该方向通常选择为相对于该光导器件的中面垂直。根据本发明的光导器件还具有第二组光萃取器，该第二组光萃取器相对于显示区处于预定位置，以照亮该显示区，该第二组光萃取器可以与该第一组光萃取器使用同一光源。

Description

具有照明和形成图形图像双重功能的光学器件

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个显示区并包括光学器件的装置，该光学器件包括光导器件，该光导器件的一个部分设置成至少部分地相对于显示区重叠。该光导器件具有两个大面和至少一个侧面，光萃取(opticalextraction)部件设置在相对于该显示区重叠设置的光导器件部分的区域内。该光学器件还包括至少一个光源，该光源设置成沿预定方向朝向该侧面，以便向光导器件内发射光线并与该萃取部件配合从而至少部分地照亮该显示区。

背景技术

从现有技术中可知包含这种类型的器件的装置。作为示例，在2004年6月22日授予Solid State Opto Limited的US专利No.6,752,505中公开了一种透明薄膜，该透明薄膜用作均匀散射来自准点光源的光的光导器件。根据该文献，光学元件可随意地设置在光导器件内，以萃取光并使光射向液晶型显示器(LCD)。该文献的主要目的是从光源发出的光获得最大可能强度的均匀照明，由于散射得到优化，因此所获得的照明在清晰度和柔和度之间具有很好的折衷。该专利公开了散射是如何由于光学光萃取元件在光导器件的整个表面上分布而能够根据可用光源和待照亮表面进行优化的。

这种类型的系统可用于通过正面照射或背面照射来照亮LCD，而不会导致所形成的显示器件过厚。但是，上述文献没有提供这种类型的器件的任何其它应用或用途。

发明内容

本发明的主要目的是通过提供尤其用于便携式装置的光学器件来改进现有技术的已知方案，该光学器件一方面照亮显示区，另一方面显示发光的装饰图案，但不会增加结构的复杂性，从而不会增加相应光学器件的制造成本。

因此，本发明具体地提供了一种上述类型的装置，其特征在于，该光导器件还包括设置在其中一个大面上的至少一个第一组光萃取器。每个光萃取器具有包含至少一个光萃取面的预定几何特征。这组光萃取器用于从该光导器件萃取光，以沿与可以看到显示区的方向类似的方向形成图形图像(figurative image)。该图形图像尤其由于光与萃取面的相互作用而被直接限定为该光萃取器的几何特征的函数。

由于这些特定的特征，根据本发明的装置的光导器件除了执行照亮该装置的显示区的基本功能之外，还能形成发光的图形图像。所形成的图形图像可具有简单的游戏、美学或装饰作用，或者可以用来向该装置的使用者提供信息。

优选地，该用于照亮显示区的光萃取部件也是光萃取器，该光萃取器均包含至少一个萃取面并且设置成第二组。

该萃取器可制成通过折射或优选地通过反射来从该光导器件萃取光。

本发明尤其重要的应用示例是以下这些情况：其中本发明的装置是电子表、便携式电话或相机类型的便携式电子装置，这种电子装置有利地具有LCD型显示屏。

因此，在这些特定情况下，应用本发明可以在仅设置一个光导器件和可能仅一个光源的条件下，一方面照亮LCD屏，另一方面形成图形图像。在完全模拟显示的手表中，也可使用本发明来照亮表盘。

在一优选实施例中，用于形成图形图像的第一组光萃取器可用于显示与该装置的操作有关的信息。例如，在手表的情况下，可显示钟形符号，以指示闹铃模式的操作。在电话或相机的情况下，光萃取器可用于指示控制部件的功能，该控制部件可由光学透明材料制成。

可有利地提供上述装置的大量变型。

尤其是，可通过使用该光导器件中的多组萃取器或萃取器网栅(network)来形成多色图形图像，每组萃取器均与其自己的光源相关联。

此外，还可基于上述变型通过依次向光源供电来显示单色或多色动画。

多组萃取器可设置在该光导器件的不同区域内或者在相同区域内交织。可选择地，或作为补充，两个或更多个光导器件可重叠设置，每个光导器件承载至少一组萃取器。

在下面的详细说明中将说明其它变型。

附图说明

通过阅读下面参照附图作出并通过非限制性示例给出的对具体实施例的详细说明，可更清楚地看到本发明的其它特征和优点，在该附图中：

-图1示出根据本发明的第一优选实施例的模拟钟表的显示部件的分解透视和示意图；

-图2示出图1中所示元件的剖视图；

-图2b是与图2类似的视图，示出其中光源定向成与光导器件的其中一个大面垂直的一个可选实施例；

-图3a、3b、3c和3d示意性示出连续形成以产生动画的图像的示例。

具体实施方式

图1和图2分别示意性地示出根据本发明的光导器件1的透视图和剖视图。

图1示出钟表中的光导器件1的一种可能的设置，即，位于表盘2和显示指针之间，为了简单起见，未示出该显示指针。表盘2是传统类型的表盘，并具有用于指示小时的位置的时标3，以及用于显现LCD型屏4的基本为矩形的窗口。

表盘和光导器件分别包括中心孔6和7，这些中心孔使指针的驱动部件，即未示出的时轮和分轮可以通过。

在图1所示的实施例中，光导器件1与三个二极管8配合工作，这三个二极管可以具有相同颜色或具有不同颜色，该二极管的作用是，一方面形成在钟表的表盘2上方可见的发光图形图像，另一方面照亮LCD屏4。

从基本原理来看，单个二极管8结合下文所述的光萃取器网栅足以形成图形图像。此外，该单个二极管也足以确保同时照亮LCD屏4。

优选地，每个二极管8发出的光束与光导器件1之间的光耦合通过一进入面9实现。在该示例中，进入面9均具有基本为圆柱形部分的形状，从而二极管发出的光束在入口处折射进入光导器件。因此，每个光束的张角(angular aperture)增大，从而可覆盖该光导器件的大部分表面。

光导器件1具有两个主要的大面10和11，如图1中所示，作为非限制性的举例，这些大面基本为圆盘形状并通过总体为环形的侧面12彼此连接。光进入面9设置在侧面12内。

图2中示出参照图1所述的光学系统的工作原理，其中上文所述的元件在沿由字母A标记的平面的剖面内示出，该剖面与两个二极管8和两组光萃取器相交。平面A包含线II-II并与两个大面10和11相交形成直角。

根据本发明，光导器件1包括多个光萃取器20，该光萃取器设置成第一组并设置在位于表盘2一侧的大面11上。

该光萃取器20均具有至少一个反射面21并分布在大面11上方的预定网栅内，该网栅被限定为与精确的图形图像相对应，如下文所述。

反射面21具有定向成以某个预定的角度朝向对应的二极管8的法线(n)。因此，二极管8发出的一定比例的光束或者直接入射到反射面21上，或者经过在大面10和11中的至少一个上进行一次或多次预先反射之后射到反射面21上。

可根据给定萃取器的特定几何参数，尤其是根据二极管8距反射面21的距离和相对于光导器件1的厚度的光萃取器20的高度，来调节与反射面21相互作用的光束的比例。本技术领域内的技术人员在根据需求调整这些参数时不会遇到任何特殊困难。

作为用于照亮LCD屏4的部件，光萃取器20还设置成紧邻LCD屏4的第二组。在图1和2所示的示例中，用于照亮屏4的该组光萃取器20设置在屏4上方，并在远大于该屏所占据的表面的一个表面上方延伸。该光萃取器规则地设置，它们的各个反射面21全部朝向设置在6点钟处的二极管8。本技术领域内的技术人员在根据LCD屏的特征优化该第二组光萃取器的数量、尺寸和位置以充分和均匀地照亮LCD屏时不会遇到任何特殊困难。

但是，对于本发明的此具体实施例，第一组的所有光萃取器，即用于形成预定图形图像的光萃取器相对于大面11具有基本相同的角度。该特征的结果是，射在该网栅的反射面21上的光束均沿同一方向偏转。从而，该网栅的每个反射面21均形成一反射光束。所有反射光束形成光束网栅，从而沿给定方向产生图形图像。

在图2中所示的特定情况下，反射面21与大面11之间的角度基本为45度，从而使得沿基本垂直于该大面的方向形成图形图像。从而，当佩带根据本发明的钟表的人沿基本法线方向看表盘时，可以看到发光图像，当然假设二极管8被供电。

当然，本发明不限于沿垂直于表盘的方向形成图形图像。例如，可设想在6点钟位置的方向上沿相对于表盘成约60度的角度的方向形成图形图像，以允许使用者无需很大程度地转动前臂就可看到该图像。

通常，可利用反射面相对于入射光束形成的角度来调节形成图形图像的方向，反射面的法线(n)对应于一方面该二极管反射面方向和另一方面反射面观测方向的平分线。

光导器件1可由具有所需特性的任何材料制成，具体包括与光传播有关的透明度，尤其在可见光区域内。优选地，该光导器件可由PMMA类型的塑料材料通过注塑、复制(replication)或任何其它合适的方法制成，这种方案的优点主要在于相应的制造方法简单并且所获得产品的成本价格低。

在前面的说明之后，应理解反射面21构成一组用于形成图形图像的像素。因此，反射面的尺寸越小，图像分辨率和质量就越好。

如已经提出的，应指出，光萃取器越高，则其有效表面就越大，从而在相应位置处从光导器件萃取出的光的量就越大。因此，每个反射光束的发光强度可通过相应光萃取器的特征精细地调节。在此调节的基础上，可基于单个光源形成“灰度级”图形图像(在所使用的二极管的颜色内)。

利用当前的制造技术，可以设想制造尺寸为10μm数量级的光萃取器，这使得当该光萃取器没有被照亮时，该装置的使用者有利地难以看到该光萃取器。并且，反射面21可具有多种形状，例如平的或弯曲的形状以便调整反射光束的形式并使光束稍微发散。

优选地，光萃取器属于具有至少一个共同的几何特征——即，光萃取器的反射面的法线包含在垂直于光导器件1和相应的进入面9两者的平面内——的同一网栅。图1中示出的此特征确保光萃取是最优的，从使用本发明的光装饰的钟表的耗电角度考虑，这种光萃取更有利。

当根据本发明的装置以电子表的形式实现时，第一组光萃取器可设置成显示代表一种手表功能的图形图像。实际上，作为非限制性的示例，响应手表的控制部件的启动，可激活闹铃模式，并且闹铃触发时间可在LCD屏4上显示一段时间。在此情况下，光萃取器可设置成网栅，以便当闹铃时间显示在LCD屏4上的同时，在表盘的预定区域上方显示标记“AL”，以向使用者指明显示在LCD屏4上的信息的性质。可选择地，第一组光萃取器可设置成使代表钟的图形图像显现。

同样，当手表具有计时功能时，可显示标记“CHR”或代表人在奔跑的符号，以向使用者指明LCD屏4正在指示测量时间。

当根据本发明的装置以电话或相机的形式实现时，该装置的具有LCD类型显示器的一个面上还可具有一定数量的控制部件。在此情况下，当第二组光萃取器相对于LCD显示器设置以便照亮该LCD显示器时，第一组光萃取器可设置成在控制部件上形成预定的图形图像。例如在电话的情况下，可设想以此方式形成用于拨打电话号码的按键的常规标记，尤其是数字0到9。位于光导器件和按键之间的任何结构元件都必须是透明的，以便不会阻止光萃取器反射的光束通过。这些特征有利地允许电话制造商为给定电话模型制造单一拨号按键模型，而不是像现在的电话一样逐个标记按键。前面有关电话的说明当然也可以类似的方式应用于相机。

通常，本技术领域内的技术人员能够根据具体需要使用多个光源。具体地，在不脱离本发明的范围的条件下，可使用单个光源来照亮第一组光萃取器以形成图形图像，并照亮第二组光萃取器以照亮显示区。

图1中所示的结构使用由三个光源照亮的光导器件1，从而有利地能够形成多颜色图像。

为此，光源发出不同颜色的光辐射，每个光源与其自己的光萃取器网栅相关联。

根据一种简单变型，这三个光萃取器网栅中的每一个均可设置在光导器件1的这样一个区域内，该区域位于与该光萃取器网栅相关联的二极管8附近，如图1所示。

可选择地，三个网栅中的每一个均可遍布该光导器件的整个表面的大部分，并且网栅可交织。下文将结合对图3a、3b、3c和3d的详细说明，来说明通过这种构型获得的图形图像的一个示例。

图3a-3c示意性示出由与给定光源配合的三个光萃取器网栅中的每一个形成的图形图像。

与图3对应的钟表包括三个二极管8，这三个二极管设置成基本与4点钟位置(图3中的标号8a)，2点钟位置(标号8b)和10点钟位置(标号8c)相对。还示出第四个二极管8d，该二极管8d与第二组光萃取器一起照亮LCD屏4，为了清楚起见，图3中没有示出该第二组光萃取器。

二极管8a、8b和8c中的每一个均与给定的光萃取器网栅相关联。图3a示出当二极管8a被供电以沿与该二极管8a相关联的网栅的方向发出光时，由佩戴根据本实施例的表的人看到的所形成的图形图像。同样，图3b和3c示出当二极管8b和8c工作时分别形成的图形图像。图3d示出当这三个二极管8a、8b和8c被同时供电时形成的多颜色图形图像。

基于这种具有三个交织的光萃取器网栅的3-二极管结构，可提供多种工作模式。

例如，可对根据本发明的手表的电子电路编程，以便响应使用者对控制部件的启动而同时向这三个二极管8a、8b和8c供电。所获得的功能的优点超过了简单的美学改进，这是因为所形成的图形图像是发光的，从而可使佩戴该手表的人在黑暗环境中时也能看到指针的位置。

可选择地或者作为补充，可对手表的电子电路编程，以便响应对控制部件的一种不同启动或响应对附加控制部件的启动，向二极管8a、8b和8c依次供电。当然很清楚，本发明并不局限于一个或多个控制部件的性质和工作模式。

作为示例，这三个二极管可响应由设置在手表内的加速度计检测到的震动而被同时供电。

通过顺序型工作模式，可显示多颜色动画，即在图3a-3d中所示的示例中的被点亮的焰火。

图3a示出通过第一个二极管8a发出的光束与第一光萃取器网栅配合而得到的该动画的第一图形图像。佩戴该手表的人可从表盘顶部看到表示放焰火期间由焰火留下的轨迹的发光图形图像。

图3b示出通过第二个二极管8b发出的光束与第二光萃取器网栅配合而得到的该动画的第二图形图像。佩戴该手表的人可看到表示在放焰火的第一阶段中被点燃的焰火的主要爆燃情况的发光图形图像。

图3c示出通过第三个二极管8c发出的光束与第三光萃取器网栅配合而得到的该动画的第三图形图像。佩戴该手表的人可看到表示焰火的二次爆燃的发光图形图像。

从而，当依次向三个二极管8a、8b和8c供电时，佩戴手表的人可看到被点燃的焰火以及随后的两次爆燃。

当然，本技术领域内的技术人员能够提供刚才所述的动画的不同变型，而不会脱离本发明的范围。例如，在显示上述动画的第三图形图像后，可向这三个二极管8a、8b和8c同时供电，以形成完整的焰火图像。

应指出，在图3a-3d所示的实施例中，第一和第二组萃取器部分重叠，这可以由部分覆盖LCD屏4的雨状图案部分可见。在这种情况下，本技术领域内的技术人员在设置一组光萃取器中的每个光萃取器以使该光萃取器反射的光束不会被其它组的一个或多个光萃取器干扰时不会遇到任何特殊困难。

此外，基于上述说明，可提供具有根据本发明的发光图案显示器的钟表的大量变型。

作为示例，可在同一波导器件上设置两个光萃取器网栅，其中光束的反射方向不同。在这种情况下，形成可从两个不同位置看到的两个不同的图形图像。根据一种可选择的实施例，两个反射方向之间的角度应该使得当观察者的眼睛在光导器件上方的给定距离处时，所形成的两个图像构成立体图。

上述说明对应于本发明的优选实施例，并且决不应认为是限制性的，尤其对于装置的所述性质和结构——特别是LCD屏的存在、所使用的控制部件的性质和数量或二极管的位置——更是如此。同样，本发明并不限于所述的工作模式和用于启动工作模式的部件，因为可通过对控制电路进行合适的编程来改变这些参数。本技术领域内的技术人员在改变根据本发明的装置的操作以满足它们的具体需求时不会遇到任何特殊困难。

根据图2b所示的一种变型，二极管8用作垂直于光导器件1的大面11定向的各个光源，即，该光源发出的光线的方向基本垂直向上，而在图2a所示的实施例中，二极管8发出的光线的方向基本垂直于侧面12。

此处，二极管8设置在光导器件1的下面且仍靠近侧面12。进入面9平行于大面10、11。优选地，光导器件1的顶部大面10的周向部分60向底部大面11弯曲，以便二极管8发出的朝向光导器件1的周向的光线可全部在周向部分60上反射，并射向与该二极管8相关联的反射面20。

该变型使得可使用顶部发光二极管作为二极管8，该顶部发光二极管相对于印刷电路板的面安装，这与侧面发光二极管不同。

可采取多种变型而不会脱离本发明的范围，例如在手表内不设置表盘，该光导器件直接起到表盘的功能，改变指针的传动系使其具有对于佩戴手表的人有吸引力的外观。此外，光导器件当然可设置在显示区下方并通过透射来照亮该显示区。

此外，本发明并不限于使用反射型的光萃取器。尤其应指出，折射型的光萃取器还适于用作照亮显示区的装置。但是，对于形成图形图像，优选反射型的光萃取器，这是因为它们可提供更大的灵活性，尤其是从光束从光导器件的出射角的角度看更是如此。

还可提供其它特征而不脱离本发明的范围，例如，用反射涂层覆盖光导器件的除进入面之外的侧面，以限制由于光束到达侧面并易于离开光导器件而导致的光损失。

Claims (14)

1.一种具有至少一个显示区(4)并包括一光学器件的装置，该光学器件包括光导器件(1)，该光导器件的一个部分至少部分地相对于所述显示区(4)重叠，所述光导器件具有两个大面(10、11)和至少一个侧面(12)，该光导器件的所述部分包括光萃取部件(20)，所述光学器件还包括至少一个光源(8、8a、8b、8c、8d)，该光源设置在所述侧面(12)附近并沿预定方向定向，以向所述光导器件内发射光线，并与所述萃取部件(20)配合以便至少部分地照亮所述显示区(4)，其特征在于，所述光导器件还包括至少一个第一组光萃取器，该第一组光萃取器设置在所述大面之一上并且均具有包含至少一个光萃取面(21)的预定几何特征，所述组的光萃取器从所述光导器件萃取光，以沿与可以看到显示区的方向类似的方向形成图形图像，所述图形图像由于光在所述萃取面(21)上的相互作用而被直接限定为所述几何特征的函数。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，光源(8、8a、8b、8c、8d)设置成沿预定方向朝向侧面(12)，以便向光导器件内发射光线并与萃取部件(20)配合以至少部分地照亮显示区(4)。

3.根据权利要求1的装置，其特征在于，光源(8)定向在所述大面(10、11)之一的垂直方向上。

4.根据前述权利要求中的任一项的装置，其特征在于，所述光萃取部件也是光萃取器(20)，该光萃取器均具有至少一个光萃取面(21)并设置成第二组。

5.根据权利要求4的装置，其特征在于，用于形成所述图形图像的所述光萃取器(20)设置在与光被萃取并通过其形成所述图形图像的大面相对的所述大面之一(11)上，所述第一组的所述萃取面是反射面。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于，所述第二组的所述光萃取器(20)设置在距离所述显示区(4)最远的所述大面之一(10)上，所述第二组的每个所述光萃取器也具有至少一个反射面(21)。

7.根据权利要求4-6中的任一项的装置，其特征在于，所述第一和第二组光萃取器设置在所述光导器件的不同区域内。

8.根据权利要求4-6中的任一项的装置，其特征在于，所述第一和第二组光萃取器设置在所述光导器件的重叠区域内。

9.根据权利要求4-8中的任一项的装置，其特征在于，所述光学器件包括射到所述光导器件内的附加光源，以便与所述第一组光萃取器相互作用，该第一组光萃取器的光萃取表面的方向与所述第二组光萃取器的所述光萃取表面的方向不同。

10.根据前述权利要求中的任一项的装置，其特征在于，所述显示区是液晶显示屏(4)。

11.根据结合权利要求4的前述权利要求中的任一项的装置，其特征在于，所述装置是移动电话，所述移动电话包括显示器和至少部分透明且设置在所述电话的一个面上的用于拨号的控制部件，所述显示器被所述第二组的所述光萃取器照亮，而所述控制部件带有的标记通过光在所述第一组的所述光萃取器上的反射形成。

12.根据结合权利要求4的权利要求1-10中的任一项的装置，其特征在于，所述装置是电子表，所述电子表包括至少部分被所述第二组的光萃取器照亮的表盘(2)，而所述第一组光萃取器用于在所述表盘的一个区域内显示预定的图形图像。

13.根据权利要求12的电子表，其特征在于，所述表盘(2)具有至少一个用于液晶型显示器(4)的部分，所述液晶显示器被所述第二组光萃取器照亮。

14.根据权利要求12或13的电子表，其特征在于，所述图形图像表示所述电子表的具体工作模式，当所述工作模式被激活时，所述第一组的所述光萃取器被照亮。

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