专利名称：动态信息标志的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动态信息标志或动态信息显示器，尤其涉及一种用于动态显示可变信息的背光信息标志或背光信息显示器。
背景技术：
照明信息标志是公知的。照明标志可以是前光的或背光的。前光信息标志通常包括这样的标志，例如其中光线自标志周边以一定角度照向标志的广告板或其它显示器。
背光信息标志通常具有半透明表面，透过该半透明表面可以看见光线，且信息或画面显示在该半透明表面上。从半透明表面发出的光的均匀性是重要的。因此，半透明表面常常包括一些元件，这些元件使光线漫射以降低观看者辨别出标志箱中的光源的可能。但是，这种漫射元件吸收了一大部分光源发出的光。为了提供足够的亮度以使观看者能够看清楚，在公知背光信息标志中所使用的光源必须是大功率的。为了提供足够的亮度，并使从光源发出的光在标志箱内尽可能均匀地分布，常常使用多个光源。为了给这种大功率光源提供充足的空间，公知背光信息标志通常采用大的背深。因此，公知背光信息标志的一个缺点是材料消耗大。此外，由于存在多个光源，公知背光信息标志功耗高，并会产生大量的热。
用于动态显示可变信息的有源显示器一般是公知的。在US-A-5,394,308中公开了一种从后面照明液晶显示器(LCD)面板的照明设备，当照明不均匀时，在垂直方向观看，此设备会显示出不对称的对比度。在US-A-5,667,289中也公开了一种用于液晶显示器的背景照明设备。其中所描述的设备包括光进入边界表面和分布式散射系统，其中所述光进入边界表面基本上围绕高度内反射透明板的整个外围，所述分布式散射系统散射和反射进入所述板内部的光。该漫射系统包括形成图案的漫射元件，所述漫射元件在图案中心的面积比最大。因此，照明设备的漫射系统呈现出复杂的结构。尤其是，难于均衡照明透明板上。
US-A-5,452,532公开了一种用于在直接照明和背光照明条件下，向驾驶员显示可定制的信息的道路标志，信息元件和背景元件置于适当的安装孔中以形成镶嵌式信息，其中，各镶嵌体具有由半透明边沿环绕的逆反射部分。由于信息元件的尺寸大，所以显示屏的分辨率低。此外，逆反射部分与半透明部分的分离导致结构复杂且产生效率问题。当驾驶员接近道路标志时，各元件只有一部分被照亮，由此导致幻影现象。
尽管已经有这些公知的照明标志，但始终还需要提供另外的照明信息标志。优选地，这些标志具有改进的且有利的特性。
发明内容
本发明提供了一种用于动态显示可变信息的有源照明信息标志，其可与用以显示不变信息的无源部分结合在一起。该信息标志具有改进的发光效率和降低的功耗。此外，在出现电源故障之后，本发明可通过逆反射备用设备为有源和无源显示元件提供备份信息。因此，即使出现电力故障，该标志仍可向使用者提供有用信息。此外，该信息标志提供了以这样一种方式控制有源部分的可能，即在电力故障的情形下显示系统设定的信息，例如，通知使用者该标志有故障的预设信息。
该照明信息标志包括发光装置、布置成由所述发光装置照明的半透明逆反射膜以及标记，其中所述标记布置在所述半透明逆反射膜的前面。该标记包括至少适于动态显示可变信息的有源部分，且还可包括适于显示不变信息的无源部分。
在根据本发明的信息标志中，发光装置可包括光源和可为空心或实心的光导。发光装置也可包括大表面光源，例如，基于无机电致发光(IEL)或有机发光二极管(OLED)技术的自发光光源。已经在例如在线杂志Schott Info 99/2001上描述了这种OLED的结构和功能。
通过提供布置在光导或自发光光源背面的背面反射器和/或侧面的侧面反射器，可提高从光导正面提取出的光的量和分布。优选地，背面反射器和侧面反射器均为具有高反射效率的漫反射膜、镜面反射膜或散射反射膜。沿着光导背面和/或侧面布置反射器，尤其是高度漫射的或镜面反射的或散射的反射膜，从而提供了一种光导，在该光导中光线可基本上只通过正面射出，使得光源的大部分光可用于照明标记。因此，这种设计很好地满足了关于亮度、均匀照明以及功耗的要求。
在空心光导情况下，优选地，所述光导包括具有主正面和主背面的空腔。所述正面定义为对着观看者的空腔表面，而背面布置成基本上与正面相对，并远离观看方向。正面和背面可具有任何适当的形状，例如正方形、矩形、多边形或圆形。半透明逆反射膜布置于正面的至少一部分上，反射器布置于背面的至少一部分上。
优选地，逆反射膜基本上覆盖空腔的整个正面。优选地，反射器基本上覆盖空腔的整个背面。光源布置在空腔的内部，且优选地相对于空腔正面的垂直和/或水平尺寸布置在中央。在空腔内，光通过在正面、背面和任意侧面上的多次反射传导，直到光线以一定角度照在正面和半透明逆反射膜上为止，在该角度光线射出光导的正面，并穿过半透明逆反射膜。
半透明逆反射膜可为本领域技术人员公知的珠状的、棱形的，或者设置有立体角。通常，可使用任意形式的半透明逆反射膜。特别地，可使用在交通标志中使用的那些透光逆反射膜。例如，在US-A-4,588,258、US-A-5,122,902和WO-A-98/20375中描述的立体角逆反射膜可用作根据本发明的照明信息标志的半透明逆反射膜。在这些参考文献中描述的立体角逆反射膜提供了改进的沿着多个观看面的成角性(angularity)。所述膜可包括至少一对配套的立体角逆反射元件，所述元件相对于彼此旋转180°，由位于公共平面内的直线边在它们的底部限定元件的三个侧向互相垂直的面，元件的光轴彼此相向倾斜。此外，该制品可包括几种棱形逆反射元件。在一些实施例中，相邻元件侧面的底边限定了元件底部之间的分隔表面。在其它实施例中，去除元件的一部分以限定元件上的截顶表面。如在US-A-4,005,538的交通标志中所公开的，还可使用包括逆反射微球体的珠状逆反射膜。
在半透明逆反射膜的前面，以例如图形和/或字符等的形式布置有标记。根据本发明，在通常意义上，标记是设置为向观看者提供信息的所有装置。所述标记包括至少用于动态显示可变信息的有源部分。该有源部分可由电子控制快门系统操作，例如二向色LCD型系统和/或扭曲液晶系统。可用在本发明中的模块式LCD显示系统可显示字符、数字以及某些图形符号，这些字符、数字和图形符号由一系列单独控制的矩阵元件或以镶嵌式结构布置的元件形成。尽管镶嵌式元件可特别设计成显示字符和数字，但矩阵元件也可适用于显示所有类型的图形艺术。LCD显示系统可基于ETN(加强扭曲向列)技术，其中通过使用掺杂液晶的染料，相对于扭曲向列显示提高了特定波长中的对比度。一个适合的LCD显示系统为可从AEG/MIS，Ulm，Germany获得的模块式LCD显示系统，商品名为Geascript。
在有源部分中，一个显示系统，例如上述的模块式LCD显示系统或与其类似的显示系统，可形成标记。另外，标记膜可布置在半透明逆反射膜和快门系统之间。有源部分中的标记膜可为例如有色膜，以使上述模块式LCD显示系统显示的标记具有期望颜色的有色外观。作为可选方案或附加方案，标记可形成在可由有源部分的快门系统显示或覆盖的标记膜上。这样，能够以正像(黑色字体，白色或彩色背景)或负像(白色或彩色字体，黑色背景)并以白色或彩色单色模式显示字母数字和/或图形信息。
如本领域所公知的，标记还可包括用于显示不变信息的无源部分。
标记可通过例如印刷方式直接布置在半透明逆反射膜上，或可由附加膜(标记膜)支撑。在本发明的优选实施例中，标记膜通过透明的光学清晰粘合剂层压在透明支撑膜上。更优选地，所述粘合剂的折射率不大于1.3。半透明逆反射膜也可粘合到支撑膜上。该布置可位于发光装置的前面并可从那里移除。发光装置和支撑膜可例如通过布置在信息标志框架上的固定条机械紧固。作为可选方案，半透明逆反射膜可直接设有印刷在其上或以其它公知方式应用于其上的标记。标记膜和/或半透明逆反射膜可通过光学清晰(透明)粘合剂直接粘合到发光装置的正面，其中所述粘合剂的折射率最优选不大于1.3。
适于在本发明中使用的标记膜可从3M Company得到，商品名为ScotchliteTMElectroCutTMFilm Series 1170。
当发光装置包括光导和光源时，光源可为细长光源，该细长光源基本上沿其纵向发光且包括细长发光体(例如灯管，如荧光灯)或沿光源纵向彼此间隔和/或彼此相邻布置的多个单独的发光体。因此，细长光源可包括分离的发光元件的直线区域。以排或阵列的形式布置多个发光元件替代普通单个光源的优点在于，在个别发光元件出现故障的情形下，仍可提供对信息标志的照明。
根据本发明的信息标志可用作例如交通标志或交通信息板、机场标志、广告标志等等。根据本发明结合了有源与无源显示元件的信息标志尤其适用于多层停车场或用作停车场信息板。
本发明提供了具有独特细长设计并具有几乎180°可视度的信息标志。在出现电源故障后，信息标志通过结合背光照明与逆反射特征来向有源和无源元件提供备用系统。与公知的背光信息标志相比，显著地改进了发光效率，从而显著降低了功耗。相对于当前的背光系统，信息标志在成本方面是有竞争力的，甚至具有提高的成本效益比。如果使用额定寿命从30,000小时到高达50,000小时的新一代灯，那么就可以大大降低甚至消除灯的维护周期，其中额定寿命为30,000小时的灯例如可从Aura Light AB，Karlskrona，Sweden得到的AuraLong Life Light荧光灯，而额定寿命为50,000小时的灯例如冷阴极荧光灯(CCFL)以及以排或阵列形式布置的最新的LED光源。当使用新一代灯电子产品时，可获得附加节能。
根据本发明的信息标志的另一个优点在于，也可将有源显示模块实施为非照明标志，尤其是非背光标志。可把有源显示模块应用在现有的照明或非照明标志中。此外，标志制造者或加工者可使用其自己的库存材料。由于减小了信息标志的标志箱尺寸，所以可使用更小的铝挤出件，从而节省成本并降低重量。
下面参考附图，对本发明的优选实施例进行更加详细的说明。在附图中图1为根据本发明第一实施例包括空心光导的信息标志的横截面图；图1A为图1信息标志的被圈上并标识为1A的部分的放大图；图1B为图1A的可选实施例；图2为根据本发明第二实施例包括实心光导的信息标志的横截面图；图2A为图2信息标志的被圈上并标识为2A的部分的放大图；图3为根据本发明的信息标志正面的照片；以及图4示出了根据本发明的信息标志的亮度对观看者与该标志的距离的依赖性的曲线图。
在所有附图中，本发明不同实施例的相同元件和部分由相同的附图标记表示。
具体实施例方式
在图1、图1A和图1B中，以横截面图的形式更加详细地示出了根据本发明的信息标志的第一实施例。与后壁30一起构成信息标志箱10的框架20是由铝挤压件或塑料或其它适当的材料制成的。在标志箱内，形成有包括正面16和背面17的空腔15。在空腔15内，布置有光源5。在图1所示的实施例中，光源5为细长光源，例如荧光灯，如具有长额定寿命的荧光灯，譬如AURA荧光灯，或冷阴极荧光灯(CCFL)。但是，也可使用其它适合的光源。在空腔的背面17上，布置有高度镜面反射或漫反射的反射器，所述反射器包括镜面反射层或漫反射层4和支撑层6。在图1中，带有反射器4的背面17是弯的，以使从光源5发出的朝向空腔15的背面17的光变向为朝着正面16的方向。灯电子器件53可在标志箱10内部布置在反射器4与后壁30之间未使用的空间内。
作为可选方案，反射器可沿着标志箱的背面和侧面布置，使得标志箱10形成空腔。
优选地，背面反射器由膜组成。例如，可从3M Company，St.Paul，USA得到这种膜，商品名为Radiant Mirror Film VM 2000、VM2002或VM2000F1A6，或Light Enhancement Film 3653-100。通过上述布置，基本上所有从光源5发出的光都只通过空腔15的正面16射出，以形成光导的照明侧。
可选择地，光源可包括在标志箱10的后壁30上或后壁30与空腔15正面16之间的分隔层上，以阵列或群的形式布置的多个发光二极管(LEDs)。在这种情形下，反射膜可布置在LEDs之间。此外，可在正面16上布置日光反射膜，该反射膜在透射可见光的同时反射红外太阳能。因此，这种膜降低了由于太阳辐射引起的空腔15的升温，过度升温会导致LEDs的运行性能下降或甚至损坏。本发明中使用的适合的日光反射膜可从例如3M Company，St.Paul，USA获得，商品名为Automotive SRF 1100。
空腔15的正面16由具有包括半透明逆反射膜2和标记膜1的多层夹层结构形成。至少在正面的一部分上布置包括电子控制快门系统(例如，液晶单元)的另一个层11，以形成标记的有源部分。在无源部分中，标记膜1设有形式为字符、数字或图形的标记。在有源部分中，快门系统可根据需要用来显示或覆盖设置在标记膜1上的标记。可选择地，可使用模块式LCD显示系统(例如，可从AGE/MISCompany，Ulm，Germany商业获得的“Geascript”牌模块式LCD显示系统)，其中LCD元件的镶嵌结构或矩阵结构允许显示单独的信息，例如字符、数字和/或图形。通过在应以期望的颜色显示信息的区域，在LCD系统下面布置具有所期望颜色的有色标记膜1，可利用模块式LCD系统提供显示信息的有色外观。
如本领域技术人员公知的，半透明逆反射膜2可为珠状膜或棱形膜，或者优选为立体角膜。优选地，使用立体角膜。本发明中使用的这种模可从3M Company，St.Paul，USA获得，商品名为ScotchliteTMDiamond GradeTMTranslucent Reflective Sheeting 3900T。这种膜的逆反射特性既用于照在标记模1和通过该标记模1的外部光，还用于来自发光装置的内部光。在后者情形中，半透明逆反射膜2与背面反射器(支撑层6和反射层4)一起提供整个空腔15的多次光反射，从而在空腔正面形成均匀照明。由于半透明逆反射膜2的光学特性，从光源发出并以一定范围(例如，相对垂直于该膜的线从-45°至45°)内的角度照射在半透明逆反射膜2上的光线是被背向反射的。因此，光源可布置在半透明逆反射膜2的附近而不会破坏照明的均匀性。如下面讨论的图4中所示，这使得与标志有一定距离的观看者处的亮度得到提高。
作为单独标记膜1的可选方案，标记可被直接印刷在半透明逆反射膜2上。在有源部分中，当使用显示系统(例如模块式LCD显示系统)以形成标记时，可用有色半透明逆反射膜以提供具有所期望颜色的标记，而不是提供有色标记膜。
在图1A详细示出的实施例中，设有覆盖层3，以将包括半透明逆反射膜2、标记膜1以及快门系统11的夹层结构保持在相邻位置。覆盖层可由玻璃或透明塑料制成，例如可从GE Structured Products，Pittsfield，USA获得的GE-Lexan。如图1B中所详细示出的，可选择地，逆反射膜2和标记膜1可通过可透光粘合剂彼此粘合，并粘合到快门系统11上，所述可透光粘合剂例如是可从3M Company，St.Paul，USA获得的拉伸释放式(stretch-release type)VP 5290。此外，在框架20与夹层结构的最外层之间设有密封膜22，用以保护空腔不受灰尘、湿气等等的污染。
通过任何适当的机械紧固装置，例如夹具等，机械地固定上述包括不同层的夹层结构，以形成空腔的正面。在图1所示的实施例中，包括后壁30和从后壁凸出的框架20的标志箱10包围着空腔15、光源5以及夹层结构的各层。夹层结构的各层固定在框架20的前部与固定条21之间。框架20限定了一个开口，空腔正面外露在该开口中。框架20可通过任意适合的装置固定到后壁30上，例如螺钉、夹具或允许装配信息标志的其它装置。
图2和图2A中以横截面图的形式示出了根据本发明的信息标志的第二实施例。根据第二实施例的信息标志与图1中根据第一实施例的信息标志之间的区别涉及光导的结构。根据图2，信息标志包括由透明合成材料(例如，丙烯酸类脂(如聚甲基丙烯酸甲酯)或聚碳酸酯)制成、并具有板状形状的实心光导41。实心光导41实质上替代了图1中所示第一实施例的空腔正面与背面之间基本上空的空间。
光导41包括主正面41a和与主正面相对的主背面41b，以及相对的侧面。沿着至少一个侧面(在图2所示的实施例中，沿着光导的上侧面和下侧面20)布置光源5’。光源5’可为细长光源，例如直线型灯，如冷阴极荧光灯(CCFL)。可使用少量透明抗紫外线硅橡胶52将灯固定到光导上。可选择地，细长光源可包括带有多个并排布置以形成线性阵列的LEDs的印刷电路板或者类似的载体条。光源5’为实心光导41提供了边缘照明。
沿着光导41的侧面以及在与光源5’相邻的光导正面41a和背面41b的一部分上，设有用作灯光反射器的高度镜面反射或漫反射的反射器51。该反射器通过光学清晰(透明)的粘合剂，优选地为折射率不超过1.3的粘合剂，粘合到光导41上。也可使用其它光学清晰的粘合剂。从3M Company，Saint Paul，USA可获得适合的粘合剂(例如，#8141、#8142、#8161或#9483)。面向光导41的背面41b布置有高度漫反射或镜面反射的背面反射器4’。背面反射器4’以及灯光反射器51由相同的材料组成，并用于与图1中所示的本发明第一实施例的背面反射器4相同的目的。
为了进一步提高光导41正面的照明均匀性，光导41可设有在光导41的材料中基本上均匀分布的且具有不同光衍射特性的光散射颗粒。
在根据本发明使用实心光导的信息标志的可选实施例中，实心光导具有楔形形状，其包括一个窄侧面和与窄侧面相对的宽侧面，其中，沿着实心光导的宽侧面布置有光源。该实心光导的楔形实施例提供的优势在于，在狭窄的部分中，即与光源间隔开的部分中，增加了在光导背面处的反射量，这补偿了反射光强度的降低。因此，当只沿着一个侧面的至少一部分布置该光源时，楔形构造使光更加均匀地分布。
在本发明的第二实施例中，可通过粘合层将带有标记膜1的半透明逆反射膜2直接粘合到实心光导41的正面上。优选地，该粘合层由可从3M Company，St.Paul，USA获得的拉伸释放式粘合带VP5290形成。然而，也可使用其它光学清晰粘合剂。粘合剂应当能够从光导41上剥离而不残留在光导的正面上，以使标记膜1与半透明逆反射膜2可由另外的标记膜与半透明逆反射膜的组合替代。
图3示出了根据本发明的信息标志正面的照片。在图3所示的实例中，信息标志为包括无源部分101和有源部分111的停车场的信息板。在无源部分中，显示例如停车场名和去往停车场车库的路线的不变信息，而有源部分111显示例如停车场内空车位数量的可变信息。此外，根据本发明的信息标志可用作例如停车场指示标志、高速公路方向标志、驾驶员反馈标志(例如，显示实际车速的标志)或交通标志以及交通信息板。还可预想到有源信息板或结合了有源与无源部分的信息板的其它应用，例如，可通过连接到如交通管理控制中心的电缆、无线电或GPS/GMS通信系统远距离操作的交通标志。
根据本发明的新型有源显示模块可实施为标准逆反射但不发光的标志或信息板，以及透射和逆反射的标志或信息板。由于在一个动态交通标志或信息板中照明标志与逆反射标志特征的独特组合，本发明的信息标志在交通安全中用处很大。利用本发明的信息标志，使得标志在任意标志距离或视角下都是可识别的。
图4中示出了根据本发明的信息标志的亮度关于观看者与该标志的距离的曲线图。亮度值如下确定通过两组通用的光学测量值确定标记为TGD VIP 3990T的曲线，随后计算与距离的相关性。通过LMT GOH(摄影测角仪)测量得到使用旧VW Passat汽车右前灯的第一组测量值，其中，右前灯在灯座处测量的电压为13.0伏。在对于这些应用通常出现的水平与垂直角度范围内(±5-15度)确定发光强度。
在三个角度范围内，即相对于垂直于片表面的轴线的垂直与水平角度以及入射光束与逆反射光束之间的角度，再次测量由ScotchliteTMDiamond GradeTMTranslucent逆反射片TDG VIP 3990T逆反射的相关部分，从而得到第二组测量值。
然后通过计算0至200m范围内的距离的亮度，得到图4中所示的曲线。亮度本身不依赖于距离，但是，对于标志与车辆之间的各个距离会出现不同的角度，这可由下述事实确定标志本身偏离街道10m，并处于3m的高度，这导致对于标志与车辆之间的各个距离出现不同的角度。如果车辆接近标志，由于此时标志的偏离变得显著，并且逆反射因而基本上接近于零，因此这些角度显著地增加。
关于照明曲线，采用以下方法当沿垂直于标志表面的方向，即以零度的垂直角度和水平角度测量时，选取标志以得到25cd/m2的亮度。然后，使用远距光度计，例如，从Photo Research in Chatsworth，California，USA得到的PR 650 Spectra Colorimeter，测量相对亮度随着距离的变化。这些测量给出了曲线的形状，然后把曲线设定为对于200m的距离，亮度为25cd/m2，其对应于标志的亮度选择成具有该值的情况。由于在标志内部，角度超过45度后光线不被反射回来，因此当超过这些角度时，并且从而也在标志与车辆之间的距离小于50m时，照明得到了显著提高。
总计曲线为上面两个曲线的叠加，其表明，与仅仅逆反射的标志不同，根据本发明的标志在标志与车辆之间的小距离上提供了更高的亮度。
尽管已经参考了具体说明实施例对本发明进行了描述和说明，但是应当注意，本发明不限于那些具体说明实施例。在不脱离由所附权利要求限定的本发明实质范围内，本领域的技术人员会认识到可做出的各种变化和修改。因此，本发明包括落入所附权利要求及其等效替代物范围内的所有这种变化和修改。
权利要求
1.一种照明信息标志，包括发光装置；半透明逆反射膜，其布置成由所述发光装置照明；以及标记，其中，所述标记布置在所述半透明逆反射膜的前面，并且至少包括适于动态显示可变信息的有源部分。
2.如权利要求1所述的照明信息标志，其中，所述发光装置包括光源以及具有相对的主正面和主背面的光导。
3.如权利要求2所述的照明信息标志，还包括布置在所述光导的所述背面上的背面反射器，优选地，所述背面反射器为漫反射器或镜面反射器或散射反射器。
4.如权利要求2或3所述的照明信息标志，其中，所述光导为空心光导，其包括具有所述主正面和主背面的空腔，所述正面的至少一部分布置有所述半透明逆反射膜，所述背面的至少一部分布置有所述背面反射器。
5.如权利要求4所述的照明信息标志，其中，所述光源布置在所述空腔的内部，优选地，所述光源相对于所述空腔的所述正面的垂直和/或水平尺寸布置在中央。
6.如权利要求2或3所述的照明信息标志，其中，所述光导为实心光导。
7.如权利要求6所述的照明信息标志，其中，所述光导具有布置在所述主正面与主背面之间的侧面，并且所述光源沿着所述实心光导的至少一个所述侧面的至少一部分布置，以照亮所述实心光导。
8.如权利要求2至7中任意一项所述的照明信息标志，其中，所述光源包括例如以排或阵列的形式布置的多个发光元件。
9.如前述权利要求中任意一项所述的照明信息标志，其中，所述发光装置为基于例如IEL或OLED技术的自发光光源。
10.如前述权利要求中任意一项所述的照明信息标志，其中，所述标记还包括适于显示不变信息的无源部分。
11.如前述权利要求中任意一项所述的照明信息标志，其中，所述标记的所述有源部分包括电子控制快门系统，优选为二向色LCD型系统和/或扭曲液晶系统。
12.一种方法，该方法使用前述权利要求中任意一项所述的照明信息标志来显示字母数字信息和/或图形信息。
13.如权利要求12所述的方法，其中，动态显示指导交通的可变信息。
全文摘要
本发明公开一种照明信息标志(10)，包括发光装置(5)，由所述发光装置(5)照明的半透明逆反射膜(2)，以及标记(1)，其中，所述标记布置在所述半透明逆反射膜(2)的前面。所述标记(1)至少包括适于动态显示可变信息的有源部分(11)，还可包括适于显示不变信息的无源部分。
文档编号G09F19/22GK101044539SQ200480044262
公开日2007年9月26日 申请日期2004年10月18日 优先权日2004年10月18日
发明者阿诺德·埃贝魏因 申请人:3M创新有限公司