TWI388778B - 可攜式物件之資料顯示元件的背照裝置 - Google Patents

Description

可攜式物件之資料顯示元件的背照裝置

本發明係有關於諸如手錶之類的可攜式物件之資料顯示元件的背照裝置。此背照裝置包含有一具有前側表面及後惻表面的導光板、一設置在導光板後側表面上的光反射器、一可見光源。此可見光源可將光束傳輸至導光板的邊緣或邊界。這些光束會散佈在該導光板之二側表面之間，以供被導引來照亮位在導光板前側表面上的顯示螢幕。此裝置進一步包含有一層，位在導光板前側表面的這一側，而面對著此可攜式物件之顯示元件的後側表面。該層具有至少一具有部份不透明度的區域，其不透明度係自鄰近於導光板上用來接收該光源之光束之邊界區域處的極限界開始減低。這可使其可以將橫跨過該區域的光線強度加以衰減。

在諸如手錶之類的物件中，顯示元件即為其上設有指示時間用之指針的錶面，或是顯示時間、文字或影像資料的液晶顯示型顯示螢幕或是錶面及螢幕的組合。

稱為背照裝置之用來自背惻照明顯示螢幕的裝置，特別是液晶型式者，在習用技藝中係已曾描述過的。此等裝置特別是在諸如無線式行動電話、攜帶式電腦或其他型式之目前為人使用的可攜式物件等的物件中係常見到的。

在這些尺寸相當大的物件中，其通常很簡單地自顯示元件的背側來均勻地照亮其整個可觀看表面。為達成此，來自背側的照明通常是藉由設置在導光板之表面層上的一個或多個光源來加以完成的。這些光源會將光束輸送至導光板內，以將光線導向顯示元件上。在具有數個以相對於顯示元件之可觀看部位而言為相當大距離的間距分隔開的光源的情形中，顯示元件可以受到相當均勻的照明。

在手錶的情形中，其並不易於設置數個光源來自背側照亮顯示元件，因為錶殼內部可用的面積是相當有限。由於必須要裝設在錶殼內之零組件的數量必須要減低，以滿足於手錶所須有的功能，因此通常是使用單一光源來提供顯示元件的照明。

在習知的背照裝置中，其光源係裝設在錶殼內，位在顯示元件下方一個靠近於顯示元件之可觀看部位的位置處。即使此光源係部份隱藏於顯示元件的下方，其照射出的光線會在環繞著該光源的位置上形成一個光環，可透過該顯示元件而自外側看到之。

因此顯示元件之自背側照亮的結果會是不均勻的，因為此光環的光線強度會大於照亮此顯示元件其餘部位的光線強度。如果是要裝置在例如高級手錶內的話，那這就是該種背照裝置的主要缺點。

專利文獻US 2,823,476號中描述一種手錶刻度盤的背照裝置。此裝置包含有一導光板，其邊界處設有一光源，用以將光束散佈於該板內的該板後側表面與前側表面之間。在導光板的前側表面上設有一修正膜，用以在手錶刻度盤上造成均勻的光度。該修正膜的不透明度係自該可接收光束之板的邊緣開始漸減的。

為製做該修正膜，其首先必須要在該膜上散佈照像乳液，將其置入該裝置內，開啟光源，而後在暗房內將該乳液加以顯影，以製做出具有漸減不透明度的區域。所有的這些作業在製做出該種修正膜上均是相當複雜且昂貴的，這是一項缺點。

因此，本發明的主要目的在於提供一種可攜式物之資料顯示元件的背照裝置，其可使顯示元件之照明均勻，特別是在圍繞著光源的區域內，並且易於實施，以克服前述的缺點。

在此基礎上，本發明係有關於一種前述供諸如手錶之類可攜式物件的資料顯示元件用的背照裝置，其特徵在於該具有部份不透明度之區域係藉由將遮蔭白色或銀色染料施用於該層上或結合至該層上，或是使用具有可變厚度之半透明金屬覆蓋層，或是使用穿設有多個不同直徑及間距且尺寸上較入眼解析度為低之孔洞的金屬覆蓋層，或是使用由多個不同直徑及間距之金屬點所構成之金屬覆蓋層，而加以製成的，以使得光束能夠被部份地反射回到導光板內，以減少有用光子的損耗。

本發明之背照裝置的優點在於由位在顯示元件之可觀看部位下方而靠近之之光源所造成的光環會被此一由該染料或該覆蓋層所製成而具有漸減不透明度的區域來加以衰減。因此由於此漸減不透明度區域之故，其可以均勻地照亮可攜式物件的顯示元件，其亦可依顯示元件的視角而定。因此，單一光源即足以照亮該顯示元件。此光源可以是發光二極體，其係固定在印刷電路板上，且係位在開設於固定在印刷電路板上之橫貫件頂端上的腔室內。

當然，由於此光環的光線強度會隨著遠離該光源至距該光源預定距離處而減弱，因此此層之該區域的部份不透明度亦必須隨著遠離該光源而減低。此一延伸至該層上給定距離處的不透明度的減低，可以是非線性的，因為光環強度之以距離之函數關係而減弱的效果亦是非線性的。

此具有漸減之部份不透明度的區域最好是藉由施用或結合染料至該層上，或是壁階結構，或是使用具有可變厚度之半透明金屬覆蓋層，或是使用穿設有多個孔洞或由多個不同直徑而以入眼解析度為函敷之間距的金屬點所構成的金屬覆蓋層等加以形成的。所用的染料可以是黑色或白色或銀色的有色遮蔭。此染料是例如由印刷機加以施用的墨水。在該具有部份不透明區域之層是製做成導光板整體的一部份，姒供擴散反射要散佈於導光板內之光線的一部份時，其可以有利地應用白色。

此具有部份不透明區域的層也可以是設置在導光板前惻表面上的光漫射膜，或是光調向器。

有利的是，導光板在其周邊上具有由光反射層加以覆蓋住的圓滑角落，該反射層可以是完全不透明的白色漆塗層或是金屬覆蓋層。因此發光二極體可以設置在該圓滑角落下方，以沿著垂直方向來傳輸光束。以此方式，光束會在在導光板邊緣處被該反射層加以反射回來，而能散佈於該導光板的前側及後側表面之間。

矽材質的接合部可將發光二極體的上半部接合至印刷電路板的圓滑角落的下方表面上，以限制光損耗。此接合部係選用成具有位在該發光二極體透明材料的折射率與該導光板之折射率之間的中間折射率。

此可攜式物件之資料顯示元件的背照裝置的目的、優點及特性可以自下文有關於本發明之至少一實施例的說明，並配合圖式而得知。

下面的說明中將不會對於此技術領域中熟知此技藝之人士所知曉的背照裝置元件加以詳細地解釋。在本文所說明的實施例特別是針對手錶之資料顯示元件的背照裝置。此顯示元件可以是液晶半透明式螢幕，或是具有可見光透明部位的錶面。

第1圖顯示出可裝配在手錶內之背照裝置1之實施例的三維分解圖。在此實施例中，此資料顯示元件（未顯示）之背照裝置1首先包含有印刷電路板3，其上設有諸如垂直照射發光二極體2之類的光源及至少一電子零組件4。此發光二極體係由諸如電池或蓄電器之類的電源（未顯示）加以供電，其係電連接至印刷電路板3上。

形式為塑膠製成之框架的橫貫件12，顏色最好是黑色或白色，以可拆解的方式裝設在印刷電路板上。此橫貫件係以由與印刷電路板3之邊緣接觸的腿部26所構成的裝配裝置加以固定的。在橫貫件的外側區域內設有腔室5，以供容置發光二極體。此腔室具有數道直立壁部，部份地圍繞著讓二極體2。

此腔室自然亦可設有完全圍繞住發光二極體的直立壁部，以使其僅能將光束沿著垂直方向傳輸。在此腔室的這些壁部及發光二極體之間亦可插置不透明框架（未顯示）。

此顯示元件的背照裝置1亦包含有導光板7、裝設在導光板後側表面上的漫射（鏡子）或鏡式光反射器6、以及設置在導光板之前側表面與顯示元件之間而具有部份不透明區域10′的層。在導光板7的前惻表面之一部份上設有例如奈米或其他尺寸等級的透鏡裝置7′。此透鏡裝置亦可設置在導光板7的後側表面的一部份上。

導光板7具有圓滑角落8，其係以不透明白色漆塗層或金屬覆蓋層加以遮蓋住。設在腔室5內的發光二極體2是正位在導光板邊緣的圓滑角落下方。此發光二極體可沿著朝向該圓滑角落的方向垂直地傳輸光束，因此該等光束會被白色漆塗層以漫射的方式加以反射，或是由該金屬覆蓋層以鏡面方式加以反射。在經圓滑角落反射後，光束會散佈於導光板的前側及後側表面之間，而由反射器加以反射，並由奈米透鏡裝置加以折射。

具有奈米透鏡裝置之導光板7可以由PC(聚碳酸酯)或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)製成。

在此實施例中，該具有部份不透明區域的層是可撓的光漫射膜9，其上設有一層可撓光調向膜(light rectifier film)11。此可撓光調向膜11可以是3M公司製造的T-BFE 90/24膜。此調向膜係由設在其前側或後側表面上的微稜柱所構成，用以將光線加以調整及轉向照射至顯示元件上。微稜柱的線最好是設置成垂直於導光板內光穿透的軸線，以得到較佳的光調向效果，並使其密度最大化。也可以使用二層稜柱線互相交叉的調向膜，以使該顯示元件之給定視角上的光密度成為最大。

該部份不透明區域在漫射膜9上延伸至極限界25處，此極限界代表該顯示元件中可觀看部位之邊界線，係延伸至距光源一段距離d1處，如第3a圖和第3b圖中可以更清楚看到的。此距離d1係依顯示元件的自然視角而，其在手錶的情形中並不必要是垂直於顯示元件。

應注意到，該顯示元件的可觀看部位最好是由錶面玻璃的不透明高突支撐部位加以界定，該支撐部位可固定住該顯示元件。在該高突支撐部位及錶面或錶殼基本上是透明的情形中，其會有需要在漫射膜9上設置一層部份或完全不透明的層10圍繞著該顯示元件的可觀看部位，例如說如第3b圖中所示之具有黑色者。

由光源所產生而可自顯示元件外部看到的光環的光線強度，是以非線性的方式自極限界25處開始減弱，一直到距離d1處，自該處開始，光線強度基本上會變成均勻一致的。因此，就此而言，該區域的不透明度必須要如同該光環的光線強度一樣，以非線性的方式自極限界25開始減低至距光源一段距離d1處，以確保整個顯示元件均會具有均勻的照明效果。此區域的部份不透明度可以是在極限界25處的約80%至距離d1處的0%。

第6圖顯示出顯示元件上之光線強度做為相對於光源位置之距離的函數的簡化代表曲線圖形。可以看到，光環的光線強度是以非線性的方式減弱至距離d1處，自該處起，光線的強度或多或少可以視為定值。在沒有一層具有部份不透明之層的情形下，顯示元件上的光線強度是如曲線a所顯示者，而在有該層的情形下，光線強度則是經由該如陰影線部份所顯示之不透明區域加以衰減後的曲線b。因此之故，該區域內每一點的不透明度均必須對應於曲線a所示之強度位準。

此設在漫射膜9上的部份不透明區域10′，其在第1圖、第3a圖及第3b圖中是以簡化的方式顯示的，可以藉由將染料沉積或結合在漫射器之可撓性膜上，或是以壁階結構構成之。所用的染料可以是黑色、銀色或白色的有色遮蔭。例如說，黑色染料可以是以印刷機施用的墨水。在黑色的情形中，穿過該部份不透明區域的光線會被部份吸收而喪失掉，而在白色的情形中，光線會被部份地以漫射的方式反射而回到導光板內，以減低有用光子的損耗。該等回收的光子可以被導向導光板7中較不亮的區域內。

該部份不透明區域10′亦可使用可變厚度之半透明金屬覆蓋層，或穿設有多個不同直徑且以入眼解析度為函數來設定間距之孔洞的金屬覆蓋層，或是藉由設有貫穿孔洞之模板而製成之設有多個不同直徑金屬點所形成的金屬覆蓋層等來取代染料而製得。此金屬覆蓋層可以真空金屬積覆製程來加以製做，而此薄覆蓋層或是模板上的孔洞可以使用雷射光束或是其他的光石版印刷製程來穿設之。

如第3b圖中所示，漫射膜可包含有另一個具有部份不透明度的區域，以產生特殊紋路19，例如形成在顯示元件之背景上的至少一文字字元、至少一符號或圖案。根據該區域的不透明度的變化，其可形成單色的圖案。

當然此部份不透明區域可以由漫射膜內不同的層來構成。此區域可以直接形成在導光板的前側表面上，或是在調向膜11上，或是在顯示元件的後側表面上。在其為導光板上之區域的情形中，最好是選用白色染料式的遮蔭，自對應於顯示元件自光源側延伸出來之可觀看部位之邊界線的極限界延伸而出。在此白色直接沉積在導光板上的情形下，光線會以漫射的方式部份反射，而使得有用的光子得以回收，如前面所說明般。

由於背照裝置在錶殼的組裝作業上必須要能輕易地加以處理，因此其所有的構成元件均必須要事先組裝起來。為達成此，參閱第1圖，首先，形式為框架的橫貫件12包含有第一內側肩部13，其具有二可撓指部15，設置在第一肩部13的惻壁上。反射器6及導光板7是固定在此第一肩部之支撐表面與該二可撓指部15之間。

在用來固定漫射膜9及調向膜11的情形中，此橫貫件亦包含有第二內側肩部14，位在第一肩部13上方。漫射膜9是先設置成與第二肩部相抵靠，而由插入至第二肩部之側壁的容置部16內的突片20加以固定住。接著將調向膜11設置成與漫射膜9相抵靠，並且如同漫射膜9的情形一樣，由亦插置於容置部16內的突片21加以固定住。以此方式，所有的光穿透或反射元件均能固定在橫貫件內，而橫貫件本身則是組裝在其上設有發光二極體2的印刷電路板上。

反射器6、導光板7、漫射膜9及調向膜11每一者均具有較該顯示元件之可觀看部位的表面積為大或與之相等的表面積。

自第1圖中亦可明瞭，具有漸減不透明度之區域的漫射膜上具有一漫射膜區域，位在圓滑角落8處。此漫射膜區域是由完全不透明的黑色層10加以遮蓋住，其延伸至具有漸減不透明度之區域起點的極限界，如第3a圖中所示。

在第2a圖及第2b圖中可以看到所有元件均組裝好的背照裝置之形狀的更淸楚圖式。第2a圖及第2b圖內構成該裝置的元件將不加以說明，因為他們在前面已針對第1圖加以說明過。

此背照裝置的兩種變化將配合第4圖及第5圖來加以解釋。前面已解釋過的那些元件自然會具有相同的參考編號，並將僅會以較簡單的方式來加以說明。

此以部份剖面形式顯示出來的背照裝置包含有印刷電路板3、固定在印刷電路板上的發光二極體2、設有二極體2之腔室5的橫貫件12、反射器6、導光板7、漫射膜9，以及最後的調向膜11。

如第4圖中所示，發光二極體2是直設置在圓滑角落正下方距離導光板後側表面最短距離處。一空氣間隙將二極體2的上方表面與圓滑角落8加以分隔開。反射器6的邊緣與腔室之上方邊緣平齊。反射器的邊緣最好是正位在發光二極體光射出口的邊緣上，以避免損失穿透該圓滑角落的反射光線。

由於區域10′的部份不透明度是隨著距二極體之距離的增加而減低，因此由所有之光穿透及反射元件加以導引及轉向的光線F_L 均會具有在每一點上大致相同的強度，因此可以均勻地照亮該顯示元件。

在第5圖所示的變化中，其設有由矽構成的接合部17，用以將發光二極體2的上半部接合至印刷電路板之圓滑角落的下方表面上。此接合部最好具有位在發光二極體之透明材料的折射率與導光板之折射率之間的中間折射率。

橫貫件12上構成可完全容置發光二極體2之腔室5的部位，可構成一個完全不透明的外殼。此可使其在錶面或錶殼是透明的情形中，避免寄生光線效應。

當然可以想像得到將二極體設置在與導光板相同的平面上，以使其將光束沿著水平方向經由導光板之邊緣傳輸。在此種情形中，導光板就不用設置圓滑角落。

自上述的說明，可以瞭解到，熟知此技藝之人士當可在不脫離申請專利範圍所界定的本發明架構下，想像出此背照裝置的多種變化。在其需要故意將光線強度加以衰減，以在顯示元件上產生特殊效果的情形中，可以在該層上設置一個或多個其他的部份不透明區域。這些其他的區域可以設置在導光板之前側或後側表面的那一側處。該等部份不透明區域可以利用光亮顏色的染料來做成。此裝置的一種可能的配置是僅使用反射器來配合其上設有一個或多個部份不透明區域的導光板來限制製造成本。此反射器及此板可以構成單一元件。

1．．．背照裝置

2．．．發光二極體

3．．．印刷電路板

4．．．電子零組件

5．．．腔室

6．．．光反射器

7．．．導光板

7′．．．透鏡裝置

8．．．圓滑角落

9．．．光漫射膜

10．．．不透明層

10′．．．部份不透明區域

11．．．光調向膜

12．．．橫貫件

13．．．第一肩部

14．．．第二肩部

15．．．指部

16．．．容置部

17．．．接合部

19．．．特殊紋路

20．．．突片

21．．．突片

25．．．極限界

26．．．腿部

第1圖顯示出本發明之背照裝置的三維分解圖。

第2a圖及第2b圖顯示出本發明之背照裝置在所有元件均組裝上去後的平面圖及三維圖式。

第3a圖及第3b圖顯示出本發明之背照裝置的漫射膜的二個實施例的平面圖。

第4圖顯示出本發明背照裝置之第一實施例在光源高度處所取的部份剖面示意圖。

第5圖顯示出本發明背照裝置之第二實施例在光源高度處所取的部份剖面示意圖。

第6圖顯示出自背照裝置發射出之光線的強度在沒有衰減及以距光源之距離為函數加以做強度衰減時的簡化曲線圖。

1．．．背照裝置

2．．．發光二極體

3．．．印刷電路板

4．．．電子零組件

5．．．腔室

6．．．光反射器

7．．．導光板

7′．．．透鏡裝置

8．．．圓滑角落

9．．．光漫射膜

10．．．不透明層

10′．．．部份不透明區域

11．．．光調向膜

12．．．橫貫件

13．．．第一肩部

14．．．第二肩部

15．．．指部

16．．．容置部

20．．．突片

21．．．突片

25．．．極限界

26．．．腿部

Claims (13)

1. 一種諸如手錶之類的可攜式物件之資料顯示元件的背照裝置，該裝置包含有一導光板，具有前側表面及後側表面、一光反射器，設置在導光板後側表面上、一可見光源可將光束傳輸至導光板之邊界或邊緣，而使其散佈在該導光板之二側表面之間，以及一層，設在導光板前側表面的這一側而面對著該可攜式物件之顯示元件後側表面，該層具有至少一個區域，其具有部份不透明度，自靠近於可接收該光源之光束的導光板邊界區域的極限界處開始減低，以將橫跨過該區域之光線的強度加以衰減，其中該具有部份不透明度的區域係藉由將遮蔭白色或銀色染料施用在該層上或結合於該層上，或是使用可變厚度之半透明金屬覆蓋層，或是使用穿設有不同直徑及間距而在尺寸上係小於人眼的解析度的多個孔洞的金屬覆蓋層，或是使用由多個不同直徑及間距之金屬點所構成之金屬覆蓋層等所獲得的，以使光束部份反射回到導光板內，而能減低有用光子的損耗，其中該導光板在其周邊上設有圓滑角落，由一光反射層加以遮蓋住，以及一種微稜柱或奈米尺寸透鏡的裝置，設在其前側或後側表面的部位上，且其中該光源，例如發光二極體，係設置在該圓滑角落下方，以將光束沿著垂直於導光板後側表面的方向傳輸，而使該等光束能在導光板邊緣處由該反射層加以反射，並散佈至該導光板在 前側及後側表面之間。
2. 根據申請專利範圍第1項之背照裝置，其中該區域的部份不透明度係以非線性的方式自靠近於導光板邊緣之極限界處開始減低的。
3. 根據申請專利範圍第2項之背照裝置，其中該具有部份不透明區域之層係形成為導光板之前側表面整體的一部份，或是以類似顯示元件之偏光膜的方式加以應用。
4. 根據申請專利範圍第2項之背照裝置，其中該具有部份不透明區域之層係為設於導光板的前側表面上的光漫射膜，或是光調向膜。
5. 根據申請專利範圍第1項之背照裝置，其中其包含有單一光源，例如發光二極體，用以自背側照亮該顯示元件。
6. 根據申請專利範圍第1項之背照裝置，其中其包含有一橫貫件，形成為一框架，其中固定著反射器、導光板及漫射器，以及一印刷電路板，其上固定著該光源，其係為發光二極體，且其中在該橫貫件的周邊內切形成一腔室，用以容置該發光二極體，該橫貫件係由裝配裝置以可拆解的方式加以裝設並固定在印刷電路板上。
7. 根據申請專利範圍第6項之背照裝置，其中該橫貫件包含有二個可撓指部，設置在第一內側肩部的側面上，以將插置在第一肩部之支撐表面與每一可撓指部之間的反射器及導光板加以固定住。
8. 根據申請專利範圍第7項之背照裝置，其中在該 等可撓指部上方，該橫貫件包含有第二內側肩部，用以容置可撓漫射膜，其係由插置於切入至橫貫件之第二肩部側面內之容置部內的突片加以固定住，且其中可撓透明光調向膜是設在該漫射膜上，並由另一個位在該第二肩部之容置部內的突片加以固定住。
9. 根據申請專利範圍第1項之背照裝置，其中漫射膜的一部份是位在圓滑角落上，其中該漫射膜的部份是由完全不透明的黑色層加以遮蓋住，其係延伸至該具有漸減不透明度之區域之起點的極限界處，且其中該圓滑角落係由一不透明白色層或以金屬覆蓋層加以遮蓋住。
10. 根據申請專利範圍第6項之背照裝置，其中該發光二極體係容置於構成該橫貫件之側壁的腔室內，其係自印刷電路板的上方表面部份地或全部地圍繞該二極體，且其中該反射器的一邊緣係與該腔室之一上方邊緣平齊。
11. 根據申請專利範圍第6項之背照裝置，其中一矽材質接合部將發光二極體上半部接合至印刷電路板之圓滑角落的下方表面上，該接合部的折射率是介於發光二極體透明材料之折射率與導光板之折射率之間的中間折射率。
12. 根據申請專利範圍第1項之背照裝置，其中該導光板、該反射器及該部份不透明區域構成單一元件。
13. 根據申請專利範圍第1項之背照裝置，其中其具有在該層上具有部份不透明度的一或更多的區域，以供自動地將穿過該等區域之光線的強度加以衰減而在該顯示元件上形成特定的效果或紋路。