專利名稱：光導向指示牌基底的制作方法
光導向指示牌基底
背景技術(shù)：
目前使用的有幾種主要類型的照明指示牌技術(shù)。第一種類型是表面涂漆的指示牌，其用外部光源(例如，泛光燈)照明，所述光源通常與指示牌成銳角設(shè)置。光能由于以下原因而浪費a)整個指示牌表面被照明(而非僅是信息)；以及b)反射的很大一部分光從未到達觀察者，而是溢向天空或地面。第二種類型的照明指示牌是燈箱型指示牌，其中光源設(shè)置在半透明表面(其可為指示牌提供結(jié)構(gòu)支撐)后面，在半透明表面上拼出信息，為與半透明表面背景形成對比的字符。生成的光能在指示牌表面(包括背景)上提供同等的光發(fā)射，而非僅對必須看見的字符進行照明。僅生成的一小部分光到達觀察者的眼睛，這是因為光在包括向上方向的所有方向上從指示牌出射，因此浪費了能量并造成相當數(shù)量的光污染。第三種類型的照明指示牌包括這樣的指示牌其包括光源，光源本身拼出指示牌信息。這種技術(shù)的例子是霓虹指示牌、暴露的白熾燈指示牌和槽型發(fā)光字(channelletter)。當未點亮時，這些指示牌不容易看見(除非在字符或符號下面涂漆)，因此完全依賴于照明來傳遞信息。這些指示牌制造、運行和維護的成本高(這是因為它們是針對客戶定制的)，使用壽命有限，易碎并且白熾燈形式浪費能量。第四種類型的照明指示牌包括LED矩陣指示牌。利用LED技術(shù)來形成信息變化的指示牌。這些動態(tài)的信息指示牌受計算機控制，并提供有趣且引人注目的標識，這是對需要變化的信息的照明指示牌的一種解決方案。然而，大多數(shù)照明指示牌具有固定的信息，這些指示牌開始時昂貴，且運行和維護成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及節(jié)能的照明指示牌。具體地講，本發(fā)明涉及一種標牌，其包括光準直基底以優(yōu)先將光朝著觀察者引導。在一個不例性實施例中，一種光導向基底包括背主表面以及與背表面相對的前主表面。背主表面包括光反射區(qū)域和光透射區(qū)域。前表面包括多個雙凸透鏡元件。圖形圖像設(shè)置在光導向基底上或光導向基底中。閱讀了下面的詳細說明后，上述這些以及其他各種特征和優(yōu)點將顯而易見。


參照以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的多個實施例的詳細說明，可更全面地理解本發(fā)明，其中圖I是示例性照明指示牌的分解透視示意圖；圖2是示例性照明指示牌的剖視示意圖；圖3是示例性光導向基底的剖視示意圖；圖4A是示例性透鏡元件的剖視示意圖，其中光透射區(qū)域為透鏡元件背側(cè)中的凹、陷；圖4B是另一示例性透鏡元件的剖視示意圖，其中光透射區(qū)域為透鏡元件背側(cè)上的凸起；圖5A是示例性光導向基底的側(cè)正視示意圖，其將光筆直地準直到示例性光導向基底之外；圖5B是示例性光導向基底的側(cè)正視示意圖，其將光成角度地準直到示例性光導向基底之外；圖6A是示例性光導向基底的剖視示意圖，其中圖形圖像與雙凸透鏡元件相鄰；圖6B是示例性光導向基底的剖視示意圖，其中圖形圖像與透鏡元件的背側(cè)相鄰；圖7A和圖7B是示例性光導向基底的剖視示意圖，其中圖形圖像與透鏡元件的背側(cè)相鄰；圖8A和圖8B是示例性光導向基底的剖視示意圖，其中圖形圖像與透鏡元件的背側(cè)相鄰。這些圖未必按比例繪制。圖中使用的相同的編號指代相同的組件。然而，應(yīng)當理解，在給定圖中使用一個編號指代組件并非意在限制另一圖中用相同編號標記的組件。
具體實施例方式在下面的說明中參照附圖，附圖形成說明的一部分并以例示若干具體實施例的方式顯示。應(yīng)當理解，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的條件下，可以想到并做出其他實施例。因此，下面的具體實施方式
并非是限制意義上的。除非另外指明，在所有情況下，說明書和權(quán)利要求書中用來表述特征尺寸、量和物理特性的所有數(shù)字均應(yīng)理解為由用語“約”來修飾。因此，除非有相反的指示，上述說明書和所附權(quán)利要求書中給出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，利用本文所公開的教導內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)所需獲得的特性，這些近似值可有所不同。如本說明書和所附權(quán)利要求書中所用，單數(shù)形式“一”、“一個”及“該”涵蓋具有多個指代物的實施例，除非文中清楚地另外指明。如本說明書和所附權(quán)利要求書中所用，用語“或”通常在包含“和/或”的意義上使用，除非文中清楚地另外指明。本文所用的空間相關(guān)用語(包括但不限于“下部”、“上部”、“下方”、“下面”、“上方”和“頂部”)是為了方便說明，以描述元件彼此之間的空間關(guān)系。除了圖中所示和文中所述的特定取向之外，此類空間相關(guān)用語還涵蓋在使用或操作時的裝置的不同取向。例如，如果圖中所示單元被翻轉(zhuǎn)或倒置，則先前被描述為在其他元件下面或下方的部分將位于那些其他元件上方。如本文所用，當例如元件、組件或?qū)颖幻枋鰹樵诹硪辉?、組件或?qū)印吧稀保弧斑B接至”另一元件、組件或?qū)?；與另一元件、組件或?qū)印榜詈稀保换蛘吲c另一元件、組件或?qū)印敖佑|”時，例如，它可直接在其上、直接連接至其、直接與其耦合、直接與其接觸，或者中間元件、組件或?qū)涌稍谠撎囟ㄔ?、組件或?qū)由?；連接至該特定元件、組件或?qū)?；與該特定元件、組件或?qū)玉詈?；或者與該特定元件、組件或?qū)咏佑|。例如，當元件、組件或?qū)颖环Q為“直接在”另 一元件“上”、“直接連接至”另一元件、與另一元件“直接耦合”、或者與另一元件“直接接觸”時，將不存在中間元件、組件或?qū)印?br> 術(shù)語“圖形圖像”包括純色場、某物的相似物(其可包括一種或多種顏色)、或其組
口 o本發(fā)明涉及節(jié)能照明指示牌。具體地講，本發(fā)明涉及一種標牌，其包括光準直基底以優(yōu)先將光朝著觀察者引導。光準直基底包括與雙凸準直透鏡配準的光透射窗口以及位于光透射窗口之間的光反射區(qū)域。從照明指示牌出射的光的角分布由透鏡的幾何形狀以及光透射窗口的尺寸和相對于透鏡焦點的位置來確定。入射在光透射窗口之間的光準直基底的內(nèi)表面上的光基本上被反射，并在照明指不牌外罩內(nèi)循環(huán)，直到其入射在光透射窗口的表面上，并透射通過光準直基底。這樣，照明指示牌所發(fā)出的光適應(yīng)于亮度的受控角分布。這些照明指示牌在不需要照明的地方呈現(xiàn)減弱的亮度(例如，減少“光污染”)，而在需要照明的地方呈現(xiàn)增大的亮度(例如，呈現(xiàn)給指示牌的觀察者)，和/或提高空間發(fā)射均勻度。盡管本發(fā)明并非限制于此，通過對下面所提供的例子進行說明，將獲得對本發(fā)明各個方面的理解。圖I是示例性照明指示牌10的分解透視示意圖。圖2是示例性照明指示牌10的 剖視不意圖。照明指不牌10包括外罩30和設(shè)置在外罩30內(nèi)的光源40。外罩30包括光反射表面32、33和光發(fā)射表面34。在許多實施例中，外罩30形成具有側(cè)表面33和背表面32的燈箱。在一些實施例中，背表面是完全反射性的。在一些實施例中，如圖2所示，背表面32包括第二光發(fā)射表面24，從而形成雙面的照明指示牌。光反射表面32、33可由任何可用的光反射材料形成，并可極為有效地使光效率最大化。在許多實施例中，光反射表面32、33的效率為至少90%或至少95%。在一些實施例中，光反射表面32、33可為反射膜或反射鏡膜。一種市售的反射膜可以商品名“LightEnhancement Film”得自3M Company (St. Paul, MN)。光反射表面32、33可為漫反射或鏡面反射的。漫反射表面可包括白漆或包含TiO2粒子的材料。光源40可為任何可用的光源40。在一些實施例中，光源40為熒光燈管。在一些實施例中，光源40例如為固態(tài)器件(例如，發(fā)光二極管)。光導向基底20形成光發(fā)射表面34的至少一部分。光導向基底20可為自支撐的，并形成結(jié)構(gòu)元件(例如，照明指示牌10的前表面或背表面)。在許多實施例中，光導向基底20可具有2500微米或更大的厚度。光導向基底20包括背主表面25，其形成外罩30內(nèi)表面的一部分。背主表面25包括光反射區(qū)域26和光透射區(qū)域27。光反射區(qū)域26將光透射區(qū)域27隔開。前主表面34與背主表面25相對。前表面34包括多個雙凸透鏡元件22。光透射區(qū)域27可設(shè)置在雙凸透鏡元件22的焦點處或其附近，且光反射區(qū)域26可占據(jù)背主表面25的剩余區(qū)域。圖2不出照明指不牌的一個實施例,其包括第二光導向基底21。第二光導向基底21包括形成外罩30內(nèi)表面的一部分的背主表面32。背主表面32包括光反射區(qū)域28和光透射區(qū)域29。光反射區(qū)域28將光透射區(qū)域29隔開。前主表面24與背主表面32相對。前表面24包括多個雙凸透鏡元件23。在許多實施例中，雙凸透鏡元件22、23為線性雙凸透鏡元件22、23，其在光導向基底的整個長度上共延，如圖I所示。雙凸透鏡元件22、23可具有任何可用的透鏡寬度。在許多實施例中，雙凸透鏡元件22、23具有1_或更大的透鏡寬度。在照明指示牌10的許多實施例中包括圖形圖像50、51。圖形圖像50、51可設(shè)置在光導向基底20、21內(nèi)或與其相鄰的任何可用位置處。圖2示出圖形圖像50、51設(shè)置在光反射區(qū)域26、28和雙凸透鏡元件22、23之間、或背主表面25、32上。光反射區(qū)域26、28將光反射回外罩30中，并將來自外罩外部的光穿過前主表面34、24反射回。因此，當指示牌從外罩30內(nèi)進行照明時以及當通過入射在指示牌10上的外部光(例如，日光)進行照明時，觀察者可看到圖形圖像。圖3是示例性光導向基底20的剖視示意圖。光導向基底20包括雙凸透鏡元件22和光透射區(qū)域27，所述光透射區(qū)域在對應(yīng)的雙凸透鏡元件22的焦點處或附近對齊或配準。光反射區(qū)域26占據(jù)將光透射區(qū)域27隔開的剩余區(qū)域。光反射區(qū)域26可由任何可用的光反射(漫反射或鏡面反射)材料形成。在許多實施例中，光反射區(qū)域26的效率為至少90%或至少95%。在一些實施例中，光反射區(qū)域26可為反射膜或反射鏡膜。一種市售的反射膜可以商品名“Light Enhancement Film”得自 3M Company (St. Paul, MN)。光反射區(qū)域 26 可為漫反射或鏡面反射的。漫反射表面可包括白漆或包含TiO2粒子的材料。光導向基底20可具有任何可用的厚度T。在許多實施例中，光導向基底20為自支 撐的，并可形成照明指示牌的前結(jié)構(gòu)元件。在這些實施例中，光導向基底20具有2500微米或更大的厚度T。雙凸透鏡元件22可具有任何可用的透鏡寬度W。在許多實施例中，雙凸透鏡元件22具有1_或更大的透鏡寬度W。光導向基底20可由任何可用的光透射材料形成。圖4A是示例性透鏡元件21的剖視示意圖，其中光透射區(qū)域27是透鏡元件21背側(cè)中的凹陷。圖4B是另一示例性透鏡元件21的剖視示意圖，其中光透射區(qū)域27是透鏡元件21背側(cè)上的凸起。這兩個實施例均可形成為一體結(jié)構(gòu)，且光反射區(qū)域可施加或形成于該一體結(jié)構(gòu)上。在一些實施例中，圖4B的凹陷可用光反射材料填充。圖5A是示例性光導向基底20的側(cè)正視示意圖，其將光60筆直地準直到示例性光導向基底20之外。光透射區(qū)域27在雙凸透鏡元件22的焦點處或附近對齊，并將來自外罩內(nèi)的光源40的光60法向地引導至光導向基底20之外。圖5B是示例性光導向基底20的側(cè)正視示意圖，其將光61成角度0地準直到示例性光導向基底20之外。光61被準直,并相對于光導向基底20的前表面34成一小于90度的角度地從光導向基底20發(fā)出。光透射區(qū)域27相對于雙凸透鏡元件22偏移，并將來自外罩內(nèi)的光源40的光60從光導向基底20 “向下”引導。該實施例尤其可用于減少來自照明指示牌的“光污染”。因此光不會遠離典型的地面觀察者而被“向上”引導。通過改變光透射區(qū)域27的寬度而改變視角，且通過改變光透射區(qū)域27的位置，可調(diào)節(jié)視角。圖6A是示例性光導向基底20的剖視示意圖，其中圖形圖像50與雙凸透鏡元件22相鄰。該實施例可歸類為外部裝飾指示牌。圖形圖像50可設(shè)置在光透射基底54上，并與雙凸透鏡元件22相鄰設(shè)置。光透射基底54的外或前主表面34為光導向基底20的光發(fā)射表面或前主表面34。如上所述，相對的背主表面25包括光反射區(qū)域26和光透射區(qū)域27。光反射區(qū)域26形成將凸起的光透射區(qū)域27隔開的凹陷。如上所述，可用光反射材料填充光反射區(qū)域26。當照明指示牌從外罩內(nèi)進行照明時，以及當外部光入射在光導向基底20上，但未用照明指示牌內(nèi)的光源進行照明時，觀察者可看到圖形圖像50。圖6B是示例性光導向基底20的剖視示意圖，其中圖形圖像50與透鏡元件的背側(cè)25相鄰。該實施例可歸類為嵌入式裝飾指示牌。圖形圖像50可設(shè)置在光導向基底20的背主表面25上，并設(shè)置在光反射區(qū)域26之間，以及光透射區(qū)域27上。在此實施例中，裝飾或圖形圖像50可覆蓋光導向基底20的整個背主表面25，包括光透射區(qū)域27和光反射區(qū)域26。光反射區(qū)域26形成將凸起的光透射區(qū)域27隔開的凹陷。如上所述，可用光反射材料填充光反射區(qū)域26。當照明指示牌從外罩內(nèi)進行照明時，以及當外部光入射在光導向基底20上，但未用照明指示牌內(nèi)的光源進行照明時，觀察者可看到圖形圖像50。圖7A和圖7B是示例性光導向基底20的剖視示意圖，其中圖形圖像50與透鏡元件的背側(cè)25相鄰。透鏡元件的背側(cè)25形成為具有光透射區(qū)域27，其從透鏡元件的背側(cè)25突出；和光反射區(qū)域26，其在光透射區(qū)域27之間成形凹陷。這些凹陷用光反射材料填充。 在圖示實施例中，圖案化反射元件被施加到透鏡元件的背側(cè)25，以填充所述凹陷并形成光反射區(qū)域26。圖形圖像50設(shè)置在所述圖案化反射元件上。如圖所示，圖案化反射元件包括與透鏡元件的背側(cè)25互補的多個凸起和凹陷，并與透鏡元件的背側(cè)25配合。在許多實施例中，圖案化反射元件由彈性體材料形成。低折射率涂層材料52可設(shè)置在透鏡元件的背側(cè)25上，以提高系統(tǒng)的性能。圖7B示出光透射區(qū)域27和圖形圖像50與圖案化反射元件之間還存在氣隙56，以提高系統(tǒng)的性能。圖8A和圖8B是示例性光導向基底的剖視示意圖，其中圖形圖像與透鏡元件的背側(cè)相鄰。透鏡元件的背側(cè)25形成為具有光透射區(qū)域27，其凹陷入透鏡元件的背側(cè)25中；和光反射區(qū)域26，其從透鏡元件的背側(cè)25突出，并將光透射區(qū)域27隔開。這些凹陷用光透射材料填充，并且光反射區(qū)域26包括如上所述的光反射材料。在圖示實施例中，圖案化反射元件被施加到透鏡元件的背側(cè)25，以填充所述凹陷并形成光反射區(qū)域26。圖形圖像50設(shè)置在所述圖案化反射元件上。如圖所示，圖案化反射元件包括與透鏡元件的背側(cè)25互補的多個凸起和凹陷，并與透鏡元件的背側(cè)25配合。在許多實施例中，圖案化反射元件由彈性體材料形成。低折射率涂層材料52設(shè)置在透鏡元件的背側(cè)25上。在一些實施例中，低折射率涂層材料52僅設(shè)置在光透射區(qū)域27上。圖8B示出光透射區(qū)域27和圖形圖像50與圖案化反射元件之間還存在氣隙56。構(gòu)造兩個相同的照明指示牌，不同的是一個照明指示牌包括帶有圖形的傳統(tǒng)漫射前基底，第二照明指示牌包括帶有圖形的光導向前基底。在特定觀察位置測量平均亮度。包括帶有圖形的光導向前基底的照明指示牌的平均亮度比包括帶有圖形的傳統(tǒng)漫射前基底的照明指示牌亮三倍以上。因此，本發(fā)明公開了光導向指示牌基底的實施例。上述實施方式以及其他實施方式均在以下權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會知道，本發(fā)明可以除本文所公開那些實施例之外的實施例來實施。提供本文所公開的實施例是出于例示目的，而非進行限制，且本發(fā)明僅由以下權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1.一種光導向基底，包括 背主表面，其包括光反射區(qū)域和光透射區(qū)域； 與所述背表面相対的前主表面，所述前表面包括多個雙凸透鏡元件；以及 圖形圖像，其設(shè)置在所述光導向基底上或所述光導向基底中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光導向基底，其中所述圖形圖像設(shè)置在所述前主表面上或與前主表面相鄰。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光導向基底，其中所述圖形圖像設(shè)置在所述背主表面上或與背主表面相鄰。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光導向基底，其中所述圖形圖像設(shè)置在所述前主表面和所述背主表面之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4所述的光導向基底，其中所述多個雙凸透鏡元件為線性雙凸透鏡元件，其在所述光導向基底的整個長度上共延。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5所述的光導向基底，其中所述雙凸透鏡元件具有在所述光導向基底的整個長度上共延的長度以及大于Imm的寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6所述的光導向基底，其中所述光透射區(qū)域與所述雙凸透鏡元件配準。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7所述的光導向基底，其中所述光反射區(qū)域?qū)⒐鈴乃霰持鞅砻娣瓷?，并將光反射穿過所述前主表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8所述的光導向基底，其中所述光導向基底具有大于2500微米的厚度。
10.一種光導向基底，包括 透鏡元件，其包括前表面和相対的背表面，所述前表面包括多個雙凸透鏡元件； 與所述背表面相鄰的圖案化反射器，所述圖案化反射器包括與所述多個雙凸透鏡元件配準的光反射區(qū)域和光透射區(qū)域；以及 圖形圖像，其設(shè)置在所述背表面和所述圖案化反射器之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光導向基底，其中所述圖案化反射器包括弾性體材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的光導向基底，其中所述背表面包括多個凹陷，且所述圖案化反射器包括被構(gòu)造為與所述多個凹陷匹配的多個凸起。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12所述的光導向基底，其中低折射率涂層設(shè)置在所述背表面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13所述的光導向基底，其中氣隙將所述圖形圖像和所述背表面的部分分離。
15.ー種照明指示牌，包括 外罩，其包括光反射表面和光發(fā)射表面； 光源，其設(shè)置在所述外罩內(nèi)； 自支撐光導向基底，其形成所述光發(fā)射表面的至少一部分，所述光導向基底包括 透鏡元件，其包括前表面和相対的背表面，所述前表面包括多個雙凸透鏡元件； 與所述背表面相鄰的圖案化反射器，所述圖案化反射器形成所述外罩的內(nèi)表面的一部分，所述背表面包括光反射區(qū)域和光透射區(qū)域，所述光反射區(qū)域或所述光透射區(qū)域在所述背主表面中形成凹陷； 與所述背表面相対的前主表面，所述前表面包括多個雙凸透鏡元件； 圖形圖像，其設(shè)置在所述光導向基底上或所述光導向基底中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的照明指示牌，其中所述光反射區(qū)域?qū)⒐夥瓷浠厮鐾庹种校⒐夥瓷浯┻^所述前主表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明指示牌，其中當所述光源發(fā)光，以及當所述光源不發(fā)光時，所述圖形圖像可見。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17所述的照明指示牌，其中所述圖形圖像設(shè)置在所述前主表面上或與前主表面相鄰。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18所述的照明指示牌，其中所述圖形圖像設(shè)置在所述背主表面上或與背主表面相鄰。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19所述的照明指示牌，其中所述圖形圖像設(shè)置在所述前主表面和所述背主表面之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光導向基底，其包括背主表面以及與所述背表面相對的前主表面。所述背主表面包括光反射區(qū)域和光透射區(qū)域。所述前表面包括多個雙凸透鏡元件。圖形圖像設(shè)置在所述光導向基底上或所述光導向基底中。
文檔編號G09F13/26GK102696063SQ201080060280
公開日2012年9月26日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者帕特里克·R·弗萊明, 戴維·G·弗賴爾, 羅納德·S·斯蒂爾曼, 邁克爾·A·梅斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司