CN102696063B - 光导向指示牌基底 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光导向基底，其包括背主表面以及与所述背表面相对的前主表面。所述背主表面包括光反射区域和光透射区域。所述前表面包括多个双凸透镜元件。图形图像设置在所述光导向基底上或所述光导向基底中。

Description

光导向指示牌基底

背景技术

目前使用的有几种主要类型的照明指示牌技术。第一种类型是表面涂漆的指示牌，其用外部光源(例如，泛光灯)照明，所述光源通常与指示牌成锐角设置。光能由于以下原因而浪费：a)整个指示牌表面被照明(而非仅是信息)；以及b)反射的很大一部分光从未到达观察者，而是溢向天空或地面。

第二种类型的照明指示牌是灯箱型指示牌，其中光源设置在半透明表面(其可为指示牌提供结构支撑)后面，在半透明表面上拼出信息，为与半透明表面背景形成对比的字符。生成的光能在指示牌表面(包括背景)上提供同等的光发射，而非仅对必须看见的字符进行照明。仅生成的一小部分光到达观察者的眼睛，这是因为光在包括向上方向的所有方向上从指示牌出射，因此浪费了能量并造成相当数量的光污染。

第三种类型的照明指示牌包括这样的指示牌：其包括光源，光源本身拼出指示牌信息。这种技术的例子是霓虹指示牌、暴露的白炽灯指示牌和槽型发光字(channelletter)。当未点亮时，这些指示牌不容易看见(除非在字符或符号下面涂漆)，因此完全依赖于照明来传递信息。这些指示牌制造、运行和维护的成本高(这是因为它们是针对客户定制的)，使用寿命有限，易碎并且白炽灯形式浪费能量。

第四种类型的照明指示牌包括LED矩阵指示牌。利用LED技术来形成信息变化的指示牌。这些动态的信息指示牌受计算机控制，并提供有趣且引人注目的标识，这是对需要变化的信息的照明指示牌的一种解决方案。

然而，大多数照明指示牌具有固定的信息，这些指示牌开始时昂贵，且运行和维护成本高。

发明内容

本发明涉及节能的照明指示牌。具体地讲，本发明涉及一种标牌，其包括光准直基底以优先将光朝着观察者引导。

在一个示例性实施例中，一种光导向基底包括背主表面以及与背表面相对的前主表面。背主表面包括光反射区域和光透射区域。前表面包括多个双凸透镜元件。图形图像设置在光导向基底上或光导向基底中。

阅读了下面的详细说明后，上述这些以及其他各种特征和优点将显而易见。

附图说明

参照以下结合附图对本发明的多个实施例的详细说明，可更全面地理解本发明，其中：

图1是示例性照明指示牌的分解透视示意图；

图2是示例性照明指示牌的剖视示意图；

图3是示例性光导向基底的剖视示意图；

图4A是示例性透镜元件的剖视示意图，其中光透射区域为透镜元件背侧中的凹陷；

图4B是另一示例性透镜元件的剖视示意图，其中光透射区域为透镜元件背侧上的凸起；

图5A是示例性光导向基底的侧正视示意图，其将光笔直地准直到示例性光导向基底之外；

图5B是示例性光导向基底的侧正视示意图，其将光成角度地准直到示例性光导向基底之外；

图6A是示例性光导向基底的剖视示意图，其中图形图像与双凸透镜元件相邻；

图6B是示例性光导向基底的剖视示意图，其中图形图像与透镜元件的背侧相邻；

图7A和图7B是示例性光导向基底的剖视示意图，其中图形图像与透镜元件的背侧相邻；

图8A和图8B是示例性光导向基底的剖视示意图，其中图形图像与透镜元件的背侧相邻。

这些图未必按比例绘制。图中使用的相同的编号指代相同的组件。然而，应当理解，在给定图中使用一个编号指代组件并非意在限制另一图中用相同编号标记的组件。

具体实施方式

在下面的说明中参照附图，附图形成说明的一部分并以例示若干具体实施例的方式显示。应当理解，在不脱离本发明的范围或精神的条件下，可以想到并做出其他实施例。因此，下面的具体实施方式并非是限制意义上的。

除非另外指明，在所有情况下，说明书和权利要求书中用来表述特征尺寸、量和物理特性的所有数字均应理解为由用语“约”来修饰。因此，除非有相反的指示，上述说明书和所附权利要求书中给出的数值参数均为近似值，利用本文所公开的教导内容，本领域技术人员根据所需获得的特性，这些近似值可有所不同。

如本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式“一”、“一个”及“该”涵盖具有多个指代物的实施例，除非文中清楚地另外指明。如本说明书和所附权利要求书中所用，用语“或”通常在包含“和/或”的意义上使用，除非文中清楚地另外指明。

本文所用的空间相关用语（包括但不限于：“下部”、“上部”、“下方”、“下面”、“上方”和“顶部”）是为了方便说明，以描述元件彼此之间的空间关系。除了图中所示和文中所述的特定取向之外，此类空间相关用语还涵盖在使用或操作时的装置的不同取向。例如，如果图中所示单元被翻转或倒置，则先前被描述为在其他元件下面或下方的部分将位于那些其他元件上方。

如本文所用，当例如元件、组件或层被描述为在另一元件、组件或层“上”；“连接至”另一元件、组件或层；与另一元件、组件或层“耦合”；或者与另一元件、组件或层“接触”时，例如，它可直接在其上、直接连接至其、直接与其耦合、直接与其接触，或者中间元件、组件或层可在该特定元件、组件或层上；连接至该特定元件、组件或层；与该特定元件、组件或层耦合；或者与该特定元件、组件或层接触。例如，当元件、组件或层被称为“直接在”另一元件“上”、“直接连接至”另一元件、与另一元件“直接耦合”、或者与另一元件“直接接触”时，将不存在中间元件、组件或层。

术语“图形图像”包括纯色场、某物的相似物(其可包括一种或多种颜色)、或其组合。

本发明涉及节能照明指示牌。具体地讲，本发明涉及一种标牌，其包括光准直基底以优先将光朝着观察者引导。光准直基底包括与双凸准直透镜配准的光透射窗口以及位于光透射窗口之间的光反射区域。从照明指示牌出射的光的角分布由透镜的几何形状以及光透射窗口的尺寸和相对于透镜焦点的位置来确定。入射在光透射窗口之间的光准直基底的内表面上的光基本上被反射，并在照明指示牌外罩内循环，直到其入射在光透射窗口的表面上，并透射通过光准直基底。这样，照明指示牌所发出的光适应于亮度的受控角分布。这些照明指示牌在不需要照明的地方呈现减弱的亮度(例如，减少“光污染”)，而在需要照明的地方呈现增大的亮度(例如，呈现给指示牌的观察者)，和/或提高空间发射均匀度。尽管本发明并非限制于此，通过对下面所提供的例子进行说明，将获得对本发明各个方面的理解。

图1是示例性照明指示牌10的分解透视示意图。图2是示例性照明指示牌10的剖视示意图。照明指示牌10包括外罩30和设置在外罩30内的光源40。外罩30包括光反射表面32、33和光发射表面34。在许多实施例中，外罩30形成具有侧表面33和背表面32的灯箱。在一些实施例中，背表面是完全反射性的。在一些实施例中，如图2所示，背表面32包括第二光发射表面24，从而形成双面的照明指示牌。

光反射表面32、33可由任何可用的光反射材料形成，并可极为有效地使光效率最大化。在许多实施例中，光反射表面32、33的效率为至少90%或至少95%。在一些实施例中，光反射表面32、33可为反射膜或反射镜膜。一种市售的反射膜可以商品名“LightEnhancementFilm”得自3MCompany(St.Paul,MN)。光反射表面32、33可为漫反射或镜面反射的。漫反射表面可包括白漆或包含TiO₂粒子的材料。

光源40可为任何可用的光源40。在一些实施例中，光源40为荧光灯管。在一些实施例中，光源40例如为固态器件(例如，发光二极管)。

光导向基底20形成光发射表面34的至少一部分。光导向基底20可为自支撑的，并形成结构元件(例如，照明指示牌10的前表面或背表面)。在许多实施例中，光导向基底20可具有2500微米或更大的厚度。光导向基底20包括背主表面25，其形成外罩30内表面的一部分。背主表面25包括光反射区域26和光透射区域27。光反射区域26将光透射区域27隔开。前主表面34与背主表面25相对。前表面34包括多个双凸透镜元件22。光透射区域27可设置在双凸透镜元件22的焦点处或其附近，且光反射区域26可占据背主表面25的剩余区域。

图2示出照明指示牌的一个实施例，其包括第二光导向基底21。第二光导向基底21包括形成外罩30内表面的一部分的背主表面32。背主表面32包括光反射区域28和光透射区域29。光反射区域28将光透射区域29隔开。前主表面24与背主表面32相对。前表面24包括多个双凸透镜元件23。

在许多实施例中，双凸透镜元件22、23为线性双凸透镜元件22、23，其在光导向基底的整个长度上共延，如图1所示。双凸透镜元件22、23可具有任何可用的透镜宽度。在许多实施例中，双凸透镜元件22、23具有1mm或更大的透镜宽度。

在照明指示牌10的许多实施例中包括图形图像50、51。图形图像50、51可设置在光导向基底20、21内或与其相邻的任何可用位置处。图2示出图形图像50、51设置在光反射区域26、28和双凸透镜元件22、23之间、或背主表面25、32上。光反射区域26、28将光反射回外罩30中，并将来自外罩外部的光穿过前主表面34、24反射回。因此，当指示牌从外罩30内进行照明时以及当通过入射在指示牌10上的外部光(例如，日光)进行照明时，观察者可看到图形图像。

图3是示例性光导向基底20的剖视示意图。光导向基底20包括双凸透镜元件22和光透射区域27，所述光透射区域在对应的双凸透镜元件22的焦点处或附近对齐或配准。光反射区域26占据将光透射区域27隔开的剩余区域。光反射区域26可由任何可用的光反射(漫反射或镜面反射)材料形成。在许多实施例中，光反射区域26的效率为至少90%或至少95%。在一些实施例中，光反射区域26可为反射膜或反射镜膜。一种市售的反射膜可以商品名“LightEnhancementFilm”得自3MCompany(St.Paul,MN)。光反射区域26可为漫反射或镜面反射的。漫反射表面可包括白漆或包含TiO₂粒子的材料。

光导向基底20可具有任何可用的厚度T。在许多实施例中，光导向基底20为自支撑的，并可形成照明指示牌的前结构元件。在这些实施例中，光导向基底20具有2500微米或更大的厚度T。双凸透镜元件22可具有任何可用的透镜宽度W。在许多实施例中，双凸透镜元件22具有1mm或更大的透镜宽度W。光导向基底20可由任何可用的光透射材料形成。

图4A是示例性透镜元件21的剖视示意图，其中光透射区域27是透镜元件21背侧中的凹陷。图4B是另一示例性透镜元件21的剖视示意图，其中光透射区域27是透镜元件21背侧上的凸起。这两个实施例均可形成为一体结构，且光反射区域可施加或形成于该一体结构上。在一些实施例中，图4B的凹陷可用光反射材料填充。

图5A是示例性光导向基底20的侧正视示意图，其将光60笔直地准直到示例性光导向基底20之外。光透射区域27在双凸透镜元件22的焦点处或附近对齐，并将来自外罩内的光源40的光60法向地引导至光导向基底20之外。

图5B是示例性光导向基底20的侧正视示意图，其将光61成角度θ地准直到示例性光导向基底20之外。光61被准直，并相对于光导向基底20的前表面34成一小于90度的角度地从光导向基底20发出。光透射区域27相对于双凸透镜元件22偏移，并将来自外罩内的光源40的光60从光导向基底20“向下”引导。该实施例尤其可用于减少来自照明指示牌的“光污染”。因此光不会远离典型的地面观察者而被“向上”引导。通过改变光透射区域27的宽度而改变视角，且通过改变光透射区域27的位置，可调节视角。

图6A是示例性光导向基底20的剖视示意图，其中图形图像50与双凸透镜元件22相邻。该实施例可归类为外部装饰指示牌。图形图像50可设置在光透射基底54上，并与双凸透镜元件22相邻设置。光透射基底54的外或前主表面34为光导向基底20的光发射表面或前主表面34。如上所述，相对的背主表面25包括光反射区域26和光透射区域27。光反射区域26形成将凸起的光透射区域27隔开的凹陷。如上所述，可用光反射材料填充光反射区域26。当照明指示牌从外罩内进行照明时，以及当外部光入射在光导向基底20上，但未用照明指示牌内的光源进行照明时，观察者可看到图形图像50。

图6B是示例性光导向基底20的剖视示意图，其中图形图像50与透镜元件的背侧25相邻。该实施例可归类为嵌入式装饰指示牌。图形图像50可设置在光导向基底20的背主表面25上，并设置在光反射区域26之间，以及光透射区域27上。在此实施例中，装饰或图形图像50可覆盖光导向基底20的整个背主表面25，包括光透射区域27和光反射区域26。光反射区域26形成将凸起的光透射区域27隔开的凹陷。如上所述，可用光反射材料填充光反射区域26。当照明指示牌从外罩内进行照明时，以及当外部光入射在光导向基底20上，但未用照明指示牌内的光源进行照明时，观察者可看到图形图像50。

图7A和图7B是示例性光导向基底20的剖视示意图，其中图形图像50与透镜元件的背侧25相邻。透镜元件的背侧25形成为具有：光透射区域27，其从透镜元件的背侧25突出；和光反射区域26，其在光透射区域27之间成形凹陷。这些凹陷用光反射材料填充。

在图示实施例中，图案化反射元件被施加到透镜元件的背侧25，以填充所述凹陷并形成光反射区域26。图形图像50设置在所述图案化反射元件上。如图所示，图案化反射元件包括与透镜元件的背侧25互补的多个凸起和凹陷，并与透镜元件的背侧25配合。在许多实施例中，图案化反射元件由弹性体材料形成。低折射率涂层材料52可设置在透镜元件的背侧25上，以提高系统的性能。图7B示出光透射区域27和图形图像50与图案化反射元件之间还存在气隙56，以提高系统的性能。

图8A和图8B是示例性光导向基底的剖视示意图，其中图形图像与透镜元件的背侧相邻。透镜元件的背侧25形成为具有：光透射区域27，其凹陷入透镜元件的背侧25中；和光反射区域26，其从透镜元件的背侧25突出，并将光透射区域27隔开。这些凹陷用光透射材料填充，并且光反射区域26包括如上所述的光反射材料。

在图示实施例中，图案化反射元件被施加到透镜元件的背侧25，以填充所述凹陷并形成光反射区域26。图形图像50设置在所述图案化反射元件上。如图所示，图案化反射元件包括与透镜元件的背侧25互补的多个凸起和凹陷，并与透镜元件的背侧25配合。在许多实施例中，图案化反射元件由弹性体材料形成。低折射率涂层材料52设置在透镜元件的背侧25上。在一些实施例中，低折射率涂层材料52仅设置在光透射区域27上。图8B示出光透射区域27和图形图像50与图案化反射元件之间还存在气隙56。

构造两个相同的照明指示牌，不同的是一个照明指示牌包括带有图形的传统漫射前基底，第二照明指示牌包括带有图形的光导向前基底。在特定观察位置测量平均亮度。包括带有图形的光导向前基底的照明指示牌的平均亮度比包括带有图形的传统漫射前基底的照明指示牌亮三倍以上。

因此，本发明公开了光导向指示牌基底的实施例。上述实施方式以及其他实施方式均在以下权利要求书的范围内。本领域技术人员将会知道，本发明可以除本文所公开那些实施例之外的实施例来实施。提供本文所公开的实施例是出于例示目的，而非进行限制，且本发明仅由以下权利要求书限制。

Claims (13)

1.一种光导向基底，包括：

背主表面，其包括光反射区域和光透射区域；

与所述背主表面相对的前主表面，所述前主表面包括多个双凸透镜元件；以及

图形图像，其设置在所述光导向基底上，并且位于背主表面的光反射区域与双凸透镜元件之间；

其中所述光反射区域将光反射回外罩中并将光反射穿过所述前主表面；

其中所述光导向基底为自支撑的。

2.根据权利要求1所述的光导向基底，其中所述多个双凸透镜元件为线性双凸透镜元件，其在所述光导向基底的整个长度上共延。

3.根据权利要求1或2所述的光导向基底，其中所述双凸透镜元件具有在所述光导向基底的整个长度上共延的长度以及大于1mm的宽度。

4.根据权利要求1所述的光导向基底，其中所述光透射区域与所述双凸透镜元件配准。

5.根据权利要求1所述的光导向基底，其中所述光反射区域将光从所述背主表面反射，并将光反射穿过所述前主表面。

6.根据权利要求1所述的光导向基底，其中所述光导向基底具有大于2500微米的厚度。

7.根据权利要求1所述的光导向基底，包括：

与所述背主表面相邻的图案化反射器。

8.根据权利要求7所述的光导向基底，其中所述图案化反射器包括弹性体材料。

9.根据权利要求7或8所述的光导向基底，其中所述背主表面包括多个凹陷，且所述图案化反射器包括被构造为与所述多个凹陷匹配的多个凸起。

10.根据权利要求7所述的光导向基底，其中低折射率涂层设置在所述背主表面上。

11.根据权利要求7所述的光导向基底，其中气隙将所述图形图像和所述背主表面的部分分离。

12.一种照明指示牌，包括：

外罩，其包括光反射表面和光发射表面；

光源，其设置在所述外罩内；

自支撑光导向基底，其形成所述光发射表面的至少一部分，所述光导向基底包括：

透镜元件，其包括前主表面和相对的背主表面，所述前主表面包括多个双凸透镜元件；

与所述背主表面相邻的图案化反射器，所述图案化反射器形成所述外罩的内表面的一部分，所述背主表面包括光反射区域和光透射区域，所述光反射区域或所述光透射区域在所述背主表面中形成凹陷，其中所述光反射区域将光反射回所述外罩中并将光反射穿过所述前主表面；

图形图像，其设置在所述光导向基底上，并且位于背主表面的光反射区域与双凸透镜元件之间。

13.根据权利要求12所述的照明指示牌，其中当所述光源发光以及当所述光源不发光时，所述图形图像均可见。