专利名称：微型光源柔光平板图形显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及固定图形显示技术，特别涉及微小功率主动光源下经过反射或折射实现的固定图形显示技术。
背景技术：
户内外所用的图形显示是广告和安全、消防指示的主要手段。其中用得普遍的有霓虹灯、电致发光(EL)板、日光管灯箱等。
现在广告牌用的直接发光的霓虹灯虽然亮度高，但其电压太高，寿命低，维护电费也太高。
另一种是电致发光(EL)，也要用几百周的80v-100v交流电压。还有就是冷阴极管，其电源电压起码上千伏。
现在在消防电子指示牌占统治地位的塑料薄膜电致发光(EL)片，虽然电流不大，但要交流高电压，易出现火花，这在坑道中使用容易发生危险，应用受到限制。
现在占统治地位的电致发光消防图形显示指示牌，按国际上及国内的标准尺寸计算也需要3-5瓦。而且现在的电致发光基本是一种颜色，如要多色且达到相同亮度，耗电量还会大幅增加，同时影响寿命。
以上几种的显示寿命有限，又不能在极低的安全电压下稳定工作；长期工作时消耗太多电能，不利于环保，且维修复杂，费用太高。
发光二极管矩阵式发光牌现时也已普遍；以户外发光牌而言，亮度高，控制复杂，耗电也多。但这种发光二极管户外发光牌一般不宜用于相对简单图形，不易完成微功耗、低成本的长时间的柔光图形显示。
发明内容
本发明为克服现有技术的上述不足之处，提出一种安全低电压、微功耗的长时间工作的图形显示装置，在微功率的光源照射下，经过反射或折射，间接地发出柔和的光线，用于户内或黑暗情况下的长时间照明；图形清晰，立体感强，变化繁多，而且造价低廉，寿命长，特别适合黑暗环境如电影院、地下通道等处的安全和消防图形指示，也可兼做照明之用。
本发明可以通过以下技术方案来实现设计一种微型光源柔光平板图形显示装置，包括光源、透明基板；其特征在于所述光源镶嵌在所述基板边侧的凹槽中；所述需显示的图形设置在所述基板表面或由表面内外的凹凸部200形成。
附图简要说明
图1是本发明微型光源柔光平板图形显示装置总体结构图；图2是所述柔光平板图形显示装置镶边情况结构示意图；图3是所述凹凸部及内填细末状光纤碎料采光材料结构示意图；图4是所述光纤碎料填充情况局部A放大示意图；图5是所述凹凸部及内填细末状微玻璃珠采光材料结构示意图；图6是所述微玻璃珠填充情况局部B放大示意图。
具体实施例方式
以下结合附图详述本发明的实施例。
一种微型光源柔光平板图形显示装置，包括光源1、透明基板2；其特征在于所述光源1镶嵌在所述基板2边侧的凹槽21中；所述需显示的图形100设置在所述基板2表面或由表面内外的凹凸部200组成。
一种实施例中，所述光源1包括微型灯泡或节能灯管等；所述凹槽21外包覆遮光边框22。
另一种实施例中，所述光源1包括带封装或不带封装的发光二极管管芯或贴片零件；所述发光二极管可以是白光谱，也可以是单色光谱；所述凹槽21外包覆遮光边框22。本实施例可以完整地体现微功率、长寿命的特点。
一种实施例中，所述需显示的图形100可直接印刷或用不干胶、反光膜或双面胶粘贴或印刷在所述基板2的表面上。
另一种实施例中，所述需显示的图形100是以所述基板2表面内外的凹凸部200组成；该凹凸部200可以是雕刻、钻凿或模压、注塑而成。该凹凸部200与原基板1之间或与空气的界面会因为反射或折射成为亮区，从而完成柔光平板图形的显示。
所述需显示的图形100还可以是由密布的小孔或细小凹凸部200组成。这些小孔或细小凹凸部200所反射的光线填满所述图形，也为构图提供了充分余地。
需显示的图形100由所述小孔或凹凸部200形成的实施例情况下，所述小孔或凹凸部200内可以充填透明粘合剂紧固的、长余辉或短余辉光致发光材料。填充的发光材料可增加图形的均匀性，其余辉还可增强显示效果。
所述小孔或凹凸部200内也可以充填起反射或折射作用的细末状材料，如图3、图4中A部所述切碎的光纤32，或如图5、图6中B部所述微型玻璃珠31等，甚至可用玻璃粉或玻璃碎末，并用透明粘合剂粘接。光纤32或微型玻璃珠31填充除均匀性外，还起着多次反射或折射的作用，给人通透晶亮的感觉。
所述小孔或凹凸部200内还可以涂覆与所述光源光谱相配合的有一定透明度的油漆、油墨或涂料。此方案不用填充，减少重量，同样能增加显示效果，而且与光谱相配合，色彩更加绚丽。
此外，所述小孔或凹凸部200内也可以涂覆有与所述光源光谱相配合的一定透明度的颜料或无色透明胶粘剂，色彩同样绚丽。
实用中，所述图形或文字可用与基板不同反射、折射系数的透明或半透明胶粘剂直接在基板上丝网印刷。
所述图形、文字可在基板上直接用不干胶或反光膜贴成，或双面胶贴成。
基板作为光导板采用导光板、塑料光纤板或透明有机玻璃、透明玻璃钢、透明工程塑料、玻璃等做材料。该基板一端边或二、三、四端边镶嵌进发光二极管或微型冷阴极管、微型灯泡作为光源。本专利以发光二极管为主，在要显示有关各种图型的基板部位，刻进凹形的图形，图形包含文字、数字、汉字、字母等，在其凹形的槽中涂上与基板不同光折射系数的折射材料、反射材料或瞬间储光放光的采光材料。根据发光二极管的光谱特性，发光二极管通电后，即在凹进的图形处及其边缘发出不同颜色的柔和光束，从而显示所需要的图形。
所述图形显示装置可以作成单面或双面发光；单面情况下，反面只是反图形而已。
如用白色光谱的发光二极管作为光源，在不用光隔离的一个基板上，不同参杂的采光材料处可以同时发出多种颜色的柔和光。
也可把图形钻刻、注塑或压制通透，但此时最好有一薄形底板进行衬垫；如需双面发光显示，则底板也要透明的，上面最好再有一薄形透明面板。
所述图形显示装置的结构主要由微型光源，导光板，显示图形部位刻成或模具压成的凹形图形采光材料组成。结构如图3，图5。
其中，微型光源可以是发光二极管LED，也可以是微型灯泡，微型冷阴极管、微型节能灯管含微型节能灯管等。但在电源配置及颜色多样化方面以发光二极管为最佳。
发光二极管根据不同用途选用不同管径及波长的带封装的发光管，也可用管芯及贴片零件。所述管芯及贴片零件更加经济，更能实现小型化。
所用导光板可以使用塑料光纤板，也可以用透明有机玻璃或透明的工程塑料板、玻璃或透明玻璃钢等。其厚度根据发光管尺寸及实际用途而定。
还需光反射及折射系数与导光板不同的瞬间储光放光性能采光材料，以及微型直流电源。该电源为3v-36v低压供电，根据用途采用不同电流的低电压直流电源，对人及设备都安全。电源的功率根据发光二极管数量及限流电阻的组合合理设计。也可以用频率为50HZ以上的低压3v-36v交流电源。
导光基板上的图案的工艺处理上一般只需刻成一定深度即可显示所需要的图形。但为显示某些效果，也可以刻透或模具压制或注塑。但如刻透则要贴上衬底或面板以保证显示效果。
具体结构说明如下发光二极管根据不同的用途和不同亮度需要选用不同管径。基板为薄形的可直接用管芯或贴片零件。
根据实际颜色显示要求，可采用不同波长的发光二极管，也可以采用不同波长的发光二极管组合。
为保证寿命及安全，在设计时发光二极管同限流电阻应多种串、并组合。
根据实际用途，对要求的亮度及价格进行综合考虑，然后决定采用普通发光二极管还是高亮度发光二极管。
导光板也称光导板，可以根据不同的用途，采用不同的厚度。可以作成平板，也可以作成弧形、弯曲形、半园形、甚至园形的，这要试用途而定。
发光与显示方面，可作成单面发光，也可作成双面发光的，不用衬底，或用透明衬底。双面发光时，反面只是反图形而已。
如要想正、反面都是正图形，可用两层导光板，中间夹上不透明的薄膜。两层板都刻有凹凸形图形，正方向都向外。
基板凹凸形图形可用雕刻机机械刀具型刻或激光型刻，也可以用模具压成或注塑成形。根据市场要求，可以是正模也可以是反模。
凹进深度或凸出高度可根据图形及涂料填量而定，与亮度有一定关系。
发光二极管镶嵌方式，一般是要镶嵌进导光板里，充分发挥发光的效果，发光方向顺着导光板的平面。
根据用途确定所需的发光亮度，选取不同数目及不同亮度等级的二极管。安装上可一端边镶嵌进凹槽，也可二、三或四端边嵌进，获得适当亮度。
为了结构牢固及美观，镶嵌进发光二极管的端边要用边框，外面看不到发光二极管，把发光二极管隐藏起来，同时也能确保发光效果。
在凹凸状的图形内部，为增加间接发光的亮度，需要嵌入与基板不同光折射、反射系数的瞬间储光发光的采光材料。这些采光材料分别是基质为胶粘剂或称粘合剂。其中可以根据用途掺杂染料、颜料；有些还可以掺入少量固化剂。
基质为反光的或透明的微型玻璃珠31，视用途不同，也可用道路斑马线用的玻璃珠31或细碎末玻璃或玻璃粉。其中的粘合剂要透明并最好是常温或稍加温即固化的。为生产工序方便，固化时间要适中。还可以参杂不同染料或颜料，与发光二极管波长匹配，效果会更好。
直接使用与发光二极管波长相配、带一定透明度的颜色胶粘剂粘合剂。
与发光二极管发光波长相配的、带一定透明度的油漆、油墨、涂料。
直接使用普通气体及填加物。
长余辉及短余辉光致发光材料。
光纤细碎料；石英光纤、塑料光纤均可。用胶粘剂固化好。
与基板不同反射、折射系数的其他材料，用胶粘剂固化。
采光材料还可采用涂改液，也能达到一定发光效果。
把上述的采光材料涂到凹凸处，发光二极管通电后，即显出图形来。并发出柔和的光，并带有立体感。
在不干胶或反光膜上刻字贴到基板上，效果也可以。或用采光材料直接喷涂或丝网印刷在基板上，也能产生发光效果。
为了结构牢固及不污染，采光材料外表面最好有透明保护层。
图形处也可以不刻制，但可以把图形处用钻头或用激光钻成密密的小孔，也可注塑或模具压制成小孔，同样可以把图形显示出来。这里关键是把发光二极管一定镶进基板内或用贴片贴在端边刻成的槽内，才能较好地把图形显示出来。如果把上述的采光材料涂进或注进小孔内效果会更好。小孔的深度可钻透基板，也可不钻透基板。
本发明图形显示装置的特点第一是亮度高。
现在的发光二极管，由于波长频谱很窄，基本是单色光，可在阳光下观看，亮度可以作到很高。本发明图形显示装置的显示器初始亮度可以作到比电致发光高出5-10倍，几千小时后，随着电致发光很快的衰减，可比之高出10倍以上。
光亮的柔和方面可同EL即电致发光比美。这要比霓虹灯为好。
第二个特点是低电压。由于发光二极管的起亮电压很低，我们根据实际用途，与电阻的组合采取3v-36v的直流电压，处在安全电压。
现在广告牌用的霓虹灯电压太高，就是电致发光EL也要用几百周的80v-100v交流电压。冷阴极管起码上千伏。
第三个特点是直流和低电流。现在在消防电子指示牌占统治地位的塑料薄膜电致发光EL片，虽然电流不大，但要交流高电压，易出现火花，这在坑道中使用易发生危险。
本发明图形显示装置的显示屏在1平方米时，也只需几百毫安的电流。
第四个特点是功耗低，一平方米的广告牌，可在10瓦以下。类似国际上及国内的标准尺寸的消防电子指示牌，可以作到1瓦以下满足公安部规范要求。现在占统治地位的电致发光消防电子指示牌也需要3-5瓦。
第五个特点是可实现多颜色，现在发光二极管本身可以实现多种颜色。用发光二极管组成的柔光平板图形显示装置，同样可以反射或折射出丰富的多种颜色。而现在的电致发光基本是一种颜色，有的厂家也能实现2-3种颜色，但牺牲不少亮度。
此外寿命长，成本低等也是本方面所述柔光平板图形显示装置的特点。
设计合理，原则上可达到10万小时，因为发光二极管的寿命国际上原则上公认10万小时。成本比较方面，霓虹灯虽然亮度高，但寿命低，维护电费太高。与电致发光板相比，同样面积及图案的显示牌可以降1/3成本。再加上寿命的不同，使用价值更高。
工艺过程中没有污染，利于工程技术人员的健康，是环保产品。
可弯曲，可以作成弧形、半园形、甚至也可作成园柱形。
本发明柔光平板图形显示装置可用作液晶显示器的背光源。
一可以在基板的背面喷涂上或丝网印刷上上述采光材料，点亮发光二极管即可实现液晶显示板的背光源。
二可以采用不同颜色光谱的发光二极管可实现不同颜色的背光源。
若用三基色的发光二极管或贴片零件，用简单的电路在同一个背光源板上可现多种颜色的背光源。
用柔光平板图形显示装置作背光源，更易实现液晶大屏幕显示及显象。
现在市场上用发光二极管的背光源面积不能作大，电致发光、日光灯管、冷阴极管的背光源均需要高压、交流，易干扰电脑，并难以实现多种颜色的背光源。
利用背光源这种原理，在应用场合要求亮度不太高的情况下，就是背面贴上配合发光二极管光谱的各种不干胶或反光膜，也能实现显示牌。也可以把上述的采光材料直接用印刷的办法印在基板上。在亮度方面也可以与电致发光比美，这样工艺实现更简单了，成本也更低了。
根据实用的场合及客户要求，没图案及文字显示发光的地方可用金属或硬塑料外壳保护起来，增加强度。
根据用途及客户的要求，可以把基板全部表面涂或印刷采光材料，整个基板发光而使镂空的图形及文字不发光，也可起到另一种显示效果。
基板可采用特制的复合板，即两双面是金属薄板，中间层是透明体，透明工程塑料，有机玻璃等，制作中可把一面金属板及部分透明体按图形雕刻，再填充采光材料。
本发明微型光源柔光平板图形显示装置的用途可以用在各种户内、户外的广告牌，交通管制指示牌，交通用红、绿、黄灯，街道、楼号、楼层指示牌，机动车辆的主动发光车号牌、的士的营运牌、公交车、小巴车的前后车路牌、车身两边的路线指示牌，车车站站牌。以及工艺品，室内、室外灯光装饰，液晶显示的背光源，液晶大屏幕显示的背光源。
直流、低压、低功耗，更适合用于地下坑道、地铁等地下工程的指示牌。
在西部地区的光照多，在高速公路及山区公路上易与太阳能电池配合使用作指示牌。
若用于飞机座舱内指示，远比现在使用的灯泡及塑料薄膜电致发光牌更优越。以及用于铁路的交通管制、车箱内外的指示、站台指示等。比现在用的电致发光EL消防电子指示牌灯，无论在功耗、亮度、安全、寿命等综合考虑占有相当优势。这将是第四代消防电子指示牌灯。第一代为白炽灯泡，第二代为日光灯或节能灯管，第三代为薄膜电致发光。
用本发明微型光源柔光平板图形显示装置的显示器可以把消防电子指示牌及消防照明灯结合起来即消防照明灯也可用发光二极管设计，这样可以用一个电源，既节约材料，又减少维修维护工作量。
经过继续开发，还会有其他用途，应用场合广，推广价值高。
权利要求
1.一种微型光源柔光平板图形显示装置，包括光源(1)、透明基板(2)；其特征在于所述光源(1)镶嵌在所述基板(2)边侧的凹槽(21)中；所述需显示的图形(100)设置在所述基板(2)表面或由表面内外的凹凸部(200)组成。
2.根据权利要求1所述的图形显示装置，其特征在于所述光源(1)包括微型灯泡或节能灯管；所述凹槽(21)外包覆有遮光边框(22)。
3.根据权利要求1所述的图形显示装置，其特征在于所述光源(1)包括带封装或不带封装的发光二极管、管芯或贴片零件；所述发光二极管可以是白光谱，也可以是单色光谱；所述凹槽(21)外包覆遮光边框(22)。
4.根据权利要求3所述的图形显示装置，其特征在于所述需显示的图形(100)可直接印刷或用不干胶、反光膜或双面胶贴印在所述基板(2)的表面上。
5.根据权利要求3所述的图形显示装置，其特征在于所述需显示的图形(100)是由所述基板(2)表面内外的凹凸部(200)组成；该凹凸部(200)可以是雕刻、钻凿或模压、注塑而成。
6.根据权利要求3所述的图形显示装置，其特征在于所述需显示的图形(100)是由密布的小孔或细小凹凸部(200)组成。
7.根据权利要求5或6所述的图形显示装置，其特征在于所述小孔或凹凸部(200)内充填有透明粘合剂紧固的、带余辉的光致发光材料。
8.根据权利要求5或6所述的图形显示装置，其特征在于所述小孔或凹凸部(200)内充填有透明粘合剂紧固的、起反射或折射作用的细末状材料。
9.根据权利要求5或6所述的图形显示装置，其特征在于所述小孔或凹凸部(200)内涂覆有与所述光源光谱相配合的一定透明度的油漆、油墨或涂料。
10.根据权利要求5或6所述的图形显示装置，其特征在于所述小孔或凹凸部(200)内涂覆有与所述光源光谱相配合的一定透明度的颜料或无色透明胶粘剂。
全文摘要
一种微型光源柔光平板图形显示装置，包括光源(1)、透明基板(2)；其特征在于所述光源(1)镶嵌在所述基板(2)边侧的凹槽(21)中；所述需显示的图形(100)设置在所述基板(2)表面或由表面内外的凹凸部(200)组成。该装置在微功率光源照射下，经过反射或折射，间接地发出柔和的光线，用于户内或黑暗情况下的长时间照明；图形清晰，立体感强，变化繁多，而且造价低廉，寿命长，特别适合黑暗环境如电影院、地下通道等处的安全和消防图形指示，也可兼做照明之用。
文档编号G09F13/00GK1512466SQ02159
公开日2004年7月14日 申请日期2002年12月30日 优先权日2002年12月30日
发明者杨忠义 申请人:杨忠义