CN102687186B - 用于节能指示牌的光导向复合膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光导向复合膜，其包括平坦顶部主表面、平坦底部主表面、设置在所述顶部主表面和所述底部主表面之间的多个双凸透镜元件、以及设置在所述多个双凸透镜和所述平坦底部主表面之间的多个光反射区域和光透射区域。

Description

用于节能指示牌的光导向复合膜

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，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

本发明涉及用于节能照明指示牌的光导向复合膜。具体地讲，本发明涉及用于标牌的光导向复合膜，其优先将光朝着观察者引导。

在一个示例性实施例中，光导向复合膜包括平坦顶部主表面、平坦底部主表面、设置在所述顶部主表面和所述底部主表面之间的多个双凸透镜元件、以及设置在所述多个双凸透镜和所述平坦底部主表面之间的多个光反射区域和光透射区域。

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是包括本文所述光导向复合膜的示例性照明指示牌的分解透视示意图；

图2是示例性光导向复合膜的剖视示意图；

图3是另一示例性光导向复合膜的剖视示意图；

图4是耦合至透明图形基底的示例性光导向复合膜的剖视示意图。

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。

本发明涉及用于节能照明指示牌的光导向复合膜。具体地讲，本发明涉及一种用于标牌的光导向复合膜，其优先将光朝着观察者引导。光导向复合膜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。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，背表面32包括与光发射表面34具有类似构造的第二光发射表面，从而形成双面照明指示牌。光导向复合膜20可形成光发射表面34的至少一部分。光导向复合膜20将在下文描述，并且可包括形成平坦顶部表面的透光基底50。

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“LightEnhancementFilm3635-100”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。可通过用反射涂层材料淹没有槽表面，然后去除多余反射涂层材料，从而得到用反射涂层材料填充的槽和暴露的光透射区域来施加光反射材料层，由此形成光反射表面32、33。

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)。当使用荧光灯管时，荧光灯管可在外罩内成任何取向延伸。

图2是示例性光导向复合膜20的剖视示意图。图3是另一示例性光导向复合膜20的剖视示意图。图4是耦合至透明图形基底70的示例性光导向复合膜20的剖视示意图。光导向复合膜20可从外罩30或光发射表面34以相对于平坦顶部主表面21或光发射表面34小于90度的角度发射光，因此发射的光可相对于法向被“向下”朝着地面上向上看照明指示牌的观察者引导。

光导向基底或复合膜20形成图1的示例性照明指示牌10示例性照明指示牌10的光发射表面34的至少一部分。光导向复合膜20可形成结构元件的一部分(例如，照明指示牌10的前表面或背表面)。光导向复合膜20包括背主表面23，其形成外罩30内表面的一部分。背主表面23包括光反射区域26和光透射区域27。光反射区域26可将光透射区域27分离。前或顶部主表面21与背底部主表面23相对。前或顶部主表面21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。双凸透镜元件22可为线性双凸透镜元件22，并且光反射区域26和光透射区域27可为平行于线性双凸透镜元件22延伸的共延线性元件。在许多实施例中，双凸透镜元件22可线性双凸透镜元件22，其在光导向基底的整个长度上共延，如图1所示。

图2是示例性光导向复合膜20的剖视示意图。在许多实施例中，光导向复合膜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，并且透光基底50与双凸透镜元件22相邻设置。光反射区域26可占据将光透射区域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。

光导向复合膜20可具有任何可用的厚度T。在许多实施例中，光导向复合膜20可形成照明指示牌的前结构元件。在这些实施例中，光导向复合膜20具有200至1000微米或更大、或者200至400微米的厚度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100至200微米的透镜宽度W。光导向复合膜20可由任何可用的光透射材料形成。

图3是包括柱状元件29的光导向复合膜20，所述柱状元件从双凸透镜元件22延伸或突出。柱状元件29帮助在双凸透镜元件22和透光基底50之间形成气隙24。透光基底50可通过任何可用的方式固定或附着到双凸透镜元件22的柱状元件29。气隙24将双凸透镜元件22的至少一部分与透光基底50隔开。

在许多实施例中，粘合剂层54、52设置在透明基底50的一侧或两侧。粘合剂层54、52例如可为任何可用的粘合剂材料(例如压敏粘合剂)。隔离层(图中未示出)可设置在粘合剂层52上，以保护粘合剂层，直到用户准备将其暴露并施加到前透光基底70。隔离衬片层被构造为能够移除并暴露压敏粘合剂层52。

图形图像(例如，纯色或多色图像)可设置在前透光基底70内或与其相邻的任何可用位置处。光反射区域26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71。

光导向复合膜20包括固定到透光基底50的微复制膜25。所得光导向复合膜20包括平坦顶部主表面21、平坦底部主表面23、设置在顶部主表面21和底部主表面23之间的多个双凸透镜元件22，且多个光反射区域26和光透射区域27设置在所述多个双凸透镜22和平坦底部主表面23之间。

在一些实施例中，光导向复合膜20平坦底部主表面23包括光漫射层60。光漫射层60可由任何可用的材料形成，并可用于漫射光并帮助“隐藏”照明指示牌10的外罩30中对光导向复合膜20进行照明的点光源。光漫射层60可以任何可用的方式(例如，通过粘合剂层)固定到光导向复合膜20。

光导向复合膜20可被设计为具有任何可用的尺寸，并以任何可用的方式形成。在一些实施例中，多个双凸透镜元件22是微复制型的或形成在基底28第一主表面上，且多个光透射区域27是微复制型的或形成在基底28的相对的第二主表面上。在许多实施例中，双凸透镜元件22和光透射区域27同时形成并配准。

该制品的实例性尺寸包括：线性双凸透镜元件22的宽度在100至250微米范围内，高度在20至60微米范围内，且柱状元件29高度在20至30微米范围内，以及柱状元件29宽度在20至50微米范围内。基底28可为具有任何可用厚度(例如，50至200微米)的任何可用的光透射材料(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)。光透射区域27的宽度可在25至75微米范围内，且高度可在50至200微米范围内。光透射区域27可为任何可用的光透射材料(例如，丙烯酸酯)，并且相邻光透射区域27之间界定有槽。

光反射材料可设置在相邻光透射区域27之间的槽中，以形成光反射区域26。光反射区域26可由具有80%或更大、或者85%或更大、或者90%或更大、或者95%或更大的光反射率的任何可用的光反射材料形成。一种市售的反射材料可以商品名“LightEnhancementFilm”得自3MCompany(St.Paul,MN)。在一些实施例中，反射材料包括白漆或包含TiO₂粒子的材料。光反射区域26的宽度可在50至200微米或75至150微米范围内，且高度可在50至200微米范围内。

如上所述，透光基底50可设置在所述多个双凸透镜元件22上，在双凸透镜元件22的至少一部分与透光基底50之间形成气隙24。

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复合膜。在特定观察位置测量平均亮度。包括带有图形的光导向复合膜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两倍以上。

因此，本发明公开了用于节能指示牌的光导向复合膜的实施例。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说明性目的，而非进行限制，且本发明仅由以下权利要求书限制。

Claims (19)

1.一种光导向复合膜，包括：

平坦顶部主表面；

平坦底部主表面；

多个双凸透镜元件，设置在所述顶部主表面与所述底部主表面之间；以及

多个光反射区域和光透射区域，设置在所述多个双凸透镜元件与所述平坦底部主表面之间，所述光透射区域与对应的双凸透镜元件的焦点处或其附近对准；

其中所述平坦顶部主表面包括粘附至所述双凸透镜元件的透光基底。

2.根据权利要求1所述的光导向复合膜，其中所述平坦底部主表面包括光漫射层。

3.根据权利要求1所述的光导向复合膜，其中压敏粘合剂层设置在所述透光基底上与粘附至双凸透镜元件的侧面相对的侧面上。

4.根据权利要求1所述的光导向复合膜，其中至少一部分双凸透镜元件包括从所述双凸透镜元件突出的柱状元件，并且其中所述柱状元件粘附到所述透光基底。

5.根据权利要求4所述的光导向复合膜，其中隔离衬片层设置在压敏粘合剂层上，并且所述隔离衬片层被构造为能够被移除并暴露所述压敏粘合剂层。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光导向复合膜，其中所述双凸透镜元件为线性双凸透镜元件，并且所述光反射区域和所述光透射区域为线性光反射区域和线性光透射区域。

7.根据权利要求4所述的光导向复合膜，其中气隙将所述双凸透镜元件的至少一部分与所述透光基底隔开。

8.一种照明指示牌，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；以及

根据权利要求1-7中任一项所述的光导向复合膜，其形成所述光发射表面的至少一部分。

9.根据权利要求8所述的照明指示牌，还包括设置在所述光发射表面上或所述光发射表面中的图形图像。

10.根据权利要求8所述的照明指示牌，其中所述光反射区域将光反射回所述外罩中，并将光反射穿过前主表面。

11.根据权利要求9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，所述图形图像可见。

12.根据权利要求8所述的照明指示牌，其中光被准直，并相对于所述光导向复合膜的所述平坦顶部主表面成小于90度的角度从所述光发射表面发出。

13.根据权利要求9所述的照明指示牌，其中所述图形图像用压敏粘合剂固定到所述光导向复合膜的所述平坦顶部主表面。

14.一种用于制造光导向复合膜的方法，包括：

在基底第一主表面上形成多个双凸透镜元件；

在所述基底的第二主表面上形成多个光反射区域和光透射区域，所述第二主表面与所述第一主表面相对，所述光透射区域与对应的双凸透镜元件的焦点处或其附近对准；

将透光基底粘附至所述多个双凸透镜元件上，在所述双凸透镜元件的至少一部分与所述透光基底之间形成气隙。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述形成多个双凸透镜元件以及所述形成多个光反射区域和光透射区域的步骤同时发生。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个双凸透镜元件为线性双凸透镜元件，所述多个光反射区域和光透射区域为线性光反射区域和光透射区域，并且所述线性双凸透镜元件与所述线性光反射区域和光透射区域配准。

17.根据权利要求14所述的方法，还包括：在所述光反射区域和所述光透射区域上设置光漫射层。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述光透射区域包括光透射材料，并且所述光反射区域包括光反射材料并形成平坦的主表面。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括：用光反射材料填充由相邻光透射区域界定的槽，以形成所述多个光反射区域和光透射区域。