專利名稱：高對(duì)比度的信號(hào)燈顯示裝置的制作方法
高對(duì)比度的信號(hào)燈顯示裝置本發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種信號(hào)燈顯示裝置，內(nèi)含一個(gè)或多個(gè)顯示可視信號(hào)或警告的發(fā)光器件。本發(fā)明還涉及到在這種信號(hào)燈顯示裝置使用的遮光手段。本發(fā)明還進(jìn)一步涉及到信號(hào)燈顯示裝置的各種實(shí)施例，如交通信號(hào)顯示應(yīng)用。本發(fā)明也涉及到包含這種信號(hào)燈顯示裝置的車輛。
背景技術(shù)：
受低入射角陽光照射時(shí)，很難讀取/看清(交通信號(hào)燈顯示裝置通常是立式安裝)普通信號(hào)燈顯示裝置，如基于發(fā)光二極管(LED )的信號(hào)燈顯示裝置。所有廉價(jià)的普通塑料發(fā)光二極管，如3，5，8和10毫米的圓形或橢圓形發(fā)光二極管，只含一個(gè)嵌入式塑料透鏡和內(nèi)反光片，這種布置使出射光直接射向觀察者(以+/-I到180度各種角度，取決于發(fā)光二極管型式是臥式還是立式)。但當(dāng)太陽正好處于此特定發(fā)光二極管的光學(xué)視角時(shí)，發(fā)光二極管也 反射陽光給觀察者。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光二極管的反光高于白紙，從而很難產(chǎn)生正確的信號(hào)。只有高發(fā)光二極管電流和高發(fā)光二極管功率能夠克服陽光的反射，但是這需要較高的初始投資且運(yùn)行壽命較短。已報(bào)道有罩型發(fā)光二極管屏幕罩，但這限制了顯示器的視角。罩型發(fā)光二極管屏幕罩的缺點(diǎn)是，只有當(dāng)陽光相對(duì)于光軸的入射角比較大，如20度或以上時(shí)才有效。也已報(bào)告過更復(fù)雜的解決方案。美國6249375B1號(hào)專利公開了一種多重?zé)羯兓煌?biāo)志光學(xué)元件發(fā)明，光源特別是發(fā)光二極管(LED)至少有同軸配置在共同殼體內(nèi)的一個(gè)會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡。光源的出射光盡可能全部到達(dá)會(huì)聚透鏡，匯聚成最好用光圈環(huán)繞的焦點(diǎn)(斑)，再到發(fā)散透鏡，按照一定的規(guī)格分散。適當(dāng)規(guī)定發(fā)散透鏡的折射率，使其出射光具有小角度特征，其折射角貝塔(β )小于給定范圍的阿爾法(α )角。會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡之間規(guī)定合理的距離尺寸，使入射角伽瑪(Y )大于或等于極限角度阿爾法(α )的外部陽光被完全遮住，要么通過光圈，要么通過殼壁吸收，避免幻象光產(chǎn)生。按美國6249375Β1的可變信號(hào)交通標(biāo)志也存在問題，該裝置較復(fù)雜，因而價(jià)格昂貴。例如，每個(gè)發(fā)光二極管要求額外的殼體，一對(duì)透鏡和光圈。此外，也要小心保持這些部件的相對(duì)位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目標(biāo)是提供一種不那么復(fù)雜也不那么昂貴的替代信號(hào)燈顯示裝置。本發(fā)明的第二目標(biāo)是提供一種應(yīng)用于這種裝置的發(fā)光裝置；本發(fā)明的第三目的是提供這種裝置使用的遮光手段。本發(fā)明包含幾個(gè)獨(dú)立項(xiàng)，分別描述了各種優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例。在首要方面，按照第一目標(biāo)，本發(fā)明涉及到I號(hào)申請(qǐng)中的信號(hào)燈顯示裝置。本發(fā)明的特效如下配置遮光手段部分覆蓋發(fā)光器件的光分布。必須指出，這是一種反直覺的措施，因?yàn)闃I(yè)內(nèi)人生都知道，配置遮光手段意味著發(fā)光器件出射光很少。但是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在實(shí)際使用中，除了這種效果，遮光手段同時(shí)還減少反射到觀察者的陽光，因?yàn)殛柟馀c光軸呈某入射角入射，達(dá)到反光片后，在觀察者的觀察方向反射，在正常操作使用中反射方向與光軸大致平行。因此，盡管光輸出水平較低，但觀察者將體驗(yàn)更高的對(duì)比度，從而在低角度陽光的情況下將會(huì)更快、更清楚地觀察到信號(hào)或警告。換句話說，本發(fā)明達(dá)到美國6249375B1號(hào)發(fā)明類似的效果，而且無需任何鏡頭或光圈。只需一個(gè)簡單的蓋或罩實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光器件光線部分遮光就足夠了。本發(fā)明和之前發(fā)明之間的主要區(qū)別是，一個(gè)或多個(gè)發(fā)光器件，各配置遮光手段單獨(dú)遮擋出射光。在之前發(fā)明的解決方案中存在整體遮光罩，遮擋所有發(fā)光器件入射光。首先，這并沒有為發(fā)光器件單獨(dú)遮光。其次，這些解決方案并不遮擋平行于觀察方向(所以是觀察者的方向)發(fā)光器件出射的輻射光部分。因?yàn)樵趯?shí)際使用中觀察方向指的正常觀察方向范圍，這意味著一定距離處的觀察者是從一個(gè)與光軸呈小角度的方向。并不意味著是在配置遮光手段(為每個(gè)發(fā)光器件)側(cè)從一個(gè)方向上基本垂直于信號(hào)燈顯示裝置的位置觀察該裝置。
透明殼體上遮光位置和覆蓋范圍可以不同，只要陽光無法達(dá)到發(fā)光器件的反光片就行。本發(fā)明信號(hào)燈顯示裝置除了明顯簡單的優(yōu)點(diǎn)外，還有其他重要的優(yōu)勢。更高的對(duì)比度可以減少流過發(fā)光器件的導(dǎo)引電流(環(huán)保/綠色解決方案)和延長發(fā)光器件的壽命，從而大大降低裝置的成本。換一種陳述方式可以說，在本發(fā)明，遮光手段與發(fā)光器件在光軸方向投射到垂直于光軸的表面上時(shí)發(fā)生重疊。但是這里必須指出，在美國6249375B1號(hào)專利提出的解決方案，在外部鏡頭裝置和光圈具有更高的光損失。本發(fā)明無需外部鏡頭，因此不會(huì)出現(xiàn)光損失；被遮光手段阻止的光線都有效使用。對(duì)在寬視角(例如從左邊，從右側(cè)或底部20-90度)下觀察的近距離觀察者，這特別有用。而所有超出額定角度的范圍根本無法看到美國6249375B1號(hào)專利的鏡頭裝置。相反，即使在低角度本發(fā)明也提供高對(duì)比度。換句話說，增加對(duì)比度補(bǔ)償出光功率(亮度)下降，甚至在覆蓋水平高達(dá)約80 %，取決于發(fā)光器件類型(如發(fā)光二極管)!在裝置的一種實(shí)施例中，遮光手段(如蓋上的罩)在朝太陽一面將覆蓋額定發(fā)光二極管視角約30%至50% (也稱為半圓頂)。蓋子罩還可以用來優(yōu)化裝置的視角。通常情況下，有蓋的發(fā)光二極管視角(指亮度輸出是50%時(shí)的角度)將比發(fā)光二極管的額定規(guī)格增加約30% !在討論實(shí)施例時(shí)，假設(shè)信號(hào)燈顯示裝置在垂直方向(發(fā)光器件光軸在水平方向)，即實(shí)質(zhì)上在水平方向觀察它。這樣的取向一般用于交通信號(hào)燈顯示裝置。但是，必須指出的是，本發(fā)明具有更廣泛的實(shí)用性。本發(fā)明提供在室外情況下的解決方案，不僅在明亮的陽光下阻礙標(biāo)志的視覺，而且在此情況另一明亮的光源(這可能是在里面)也妨礙標(biāo)志視覺。信號(hào)燈顯示裝置的取向并不只限于垂直方向。凡是出現(xiàn)“角”或“入射角”字樣，這個(gè)角度都是相對(duì)于發(fā)光器件的光軸定義。按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，遮光手段配置允許對(duì)光分布的遮光度在I %和99 %之間，最好介于30 %和50 %。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，有一個(gè)較大覆蓋范圍，其中對(duì)比度增加可補(bǔ)償較低的光輸出功率(亮度)。據(jù)觀察，在上述范圍內(nèi)較大的子范圍以下規(guī)則是有效的覆蓋范圍越大，在與光軸呈小角度入射的陽光下觀察者觀察的對(duì)比度越高，即達(dá)到反射器和向觀察者反射的陽光越少，因而展示給觀察者的信號(hào)或警告對(duì)比度增加。例如，實(shí)驗(yàn)表明，低角度陽光下(發(fā)光二極管的參考軸為+10度),發(fā)光二極管器件光分布一側(cè)40%的覆蓋率(在這種情況下發(fā)光二極管具有正常亮度的60%)減少低角度陽光反射16倍(從10，000到650Cd/m2)，并提高相同發(fā)光二極管整體對(duì)比度至少有7倍。按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，遮光手段配置用于遮擋發(fā)出的輻射光，被遮擋光的方向落在以發(fā)光器件光軸為中心線的某立體角(或多面角)和圍繞發(fā)光器件光軸的正常水平或垂直視角的范圍內(nèi)。即使在陽光從很小角度入射的情況下(如小于10度)，這種實(shí)施例也提供了高對(duì)比度。遮擋在光軸方向和圍繞光軸某立體角(由視角定義)的出射光，防止陽光到達(dá)反射器，即使太陽剛剛在地平線以上的位置，即入射角非常小的情況。按照本發(fā)明，在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，遮光手段配置用于對(duì)光分布的可調(diào)遮擋。通過在裝置視角內(nèi)(50%的角度)調(diào)整對(duì)光分布的遮擋，信號(hào)燈顯示裝置可依據(jù)特定季節(jié)，特定位置，一天中的特定時(shí)段，特定的視角或所需的出射光均勻性調(diào)整以適應(yīng)具體情況。對(duì)上面最后提到實(shí)施例的進(jìn)一步變化是，光分布可調(diào)遮擋是自適應(yīng)的，它取決于太陽入射的角度，其中隨入射角減小而覆蓋面增加，其中入射角的定義是相對(duì)于光軸。 按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，遮光手段配置用于以不同于觀察方向?yàn)槿肷涔飧南?。按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，遮光手段配置用于散射入射陽光。這種實(shí)施例的第一變種中，遮光手段包括散射材料，在第二變種中遮光手段包括散射層。按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，遮光手段配置用于吸收入射陽光。這種實(shí)施例的第一變種中，遮光手段包括吸收材料，在第二變種中遮光手段包括吸收層。專利申請(qǐng)No. 5至7所界定的實(shí)施例及其變種的效果是相似的，即更少的光線將會(huì)反射到觀察者，從而實(shí)現(xiàn)了更高的對(duì)比度。專利申請(qǐng)No. 6和7中實(shí)施例的優(yōu)勢是它們?cè)谂c光軸非常小入射角陽光下工作得更好。按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，遮光手段在面向反射器的內(nèi)側(cè)配置了另一個(gè)反射器，而此反射器配置用于把發(fā)光器件的出射光反射到第一反射器。第二反射器可以是在透明殼體外或遮光手段內(nèi)提供的反射層，但它也可以位于其他地點(diǎn)。這種實(shí)施例是非常有利的，因?yàn)樗鉀Q了在覆蓋發(fā)光器件時(shí)前面所述亮度較低的負(fù)面效果問題。本來已經(jīng)失去的光線現(xiàn)在改向到反射器，至少部分反射到觀察者。換句話說，亮度增加，從而進(jìn)一步提高對(duì)比度?？梢岳眠@種更高的對(duì)比度，以進(jìn)一步降低發(fā)光器件驅(qū)動(dòng)電流，甚至得到更長的壽命。按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，遮光手段包含對(duì)可見光不透明的封覆蓋面具，其中覆蓋面具是活動(dòng)性附加在信號(hào)燈顯示裝置。覆蓋面具可以獨(dú)立于發(fā)光器件或信號(hào)燈顯示裝置生產(chǎn)和銷售。此外，覆蓋面具也能在傳統(tǒng)發(fā)光器件上使用。換句話說，本發(fā)明就是為傳統(tǒng)信號(hào)燈顯示裝置提供覆蓋面具。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須為此信號(hào)燈顯示裝置設(shè)計(jì)可用的覆蓋面具，即必須至少考慮的發(fā)光器件的位置，形狀，大小和數(shù)量。按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，遮光手段包括直接在發(fā)光器件透明殼體上或內(nèi)的遮光層，其中遮光層對(duì)可見光不透明。在此實(shí)施例發(fā)光器件根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。然后這種發(fā)光器件有不對(duì)稱的光分布，安裝在信號(hào)燈顯示裝置中必須考慮到光分布的方向。發(fā)光器件和遮光層的結(jié)合，形成一個(gè)可以單獨(dú)出售的實(shí)體。本發(fā)明的實(shí)施就是用發(fā)明的發(fā)光器件取代現(xiàn)有裝置中的發(fā)光器件。第一個(gè)變種是遮光層附加到現(xiàn)有的發(fā)光器件，可以是可拆卸地連接到后者。第二個(gè)變種中遮光層可能是發(fā)光器件的固定方式組成部分。在這種變異，遮光層沉積在透明殼體上作為制造過程的最后階段，但它也可以涂在透明殼體內(nèi)。按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，遮光手段在面對(duì)觀察者的一側(cè)包含不反光的材料，最好在白天為深色。非反射的特性，可選地與深色遮光手段(但從前端可見)相結(jié)合，提高信號(hào)燈顯示裝置的對(duì)比度。遮光手段最好是黑色的。按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，至少一個(gè)發(fā)光器件包括在實(shí)際使用中形成標(biāo)志或符號(hào)的發(fā)光件陣列，每個(gè)發(fā)光器件各自包括各自的透明殼體、殼體內(nèi)各自的反射器和各自的發(fā)光件，其中反射和發(fā)光件配置是為所指光產(chǎn)生相應(yīng)的光輻射以及相應(yīng)的光分布，遮光手段布置在每個(gè)發(fā)光器件的相應(yīng)側(cè)，為各遮光目的配置的遮光手段在實(shí)際使用中，至少部分發(fā)光器件出射的輻射光在大致平行于光軸的方向，其中，所謂“相應(yīng)側(cè)”定義是相對(duì)于光軸。為了產(chǎn)生標(biāo)志或符號(hào)，多個(gè)發(fā)光器件配置成一個(gè)點(diǎn)陣，其中每一個(gè)發(fā)光器件作為像素。本發(fā)明也適用于這樣的配置。必須指出，這里的發(fā)明顯然有別于之前的作品，每個(gè) 發(fā)光器件單獨(dú)提供了遮光手段，這顯然是與發(fā)光器件點(diǎn)陣共享罩不同。按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例中，至少一個(gè)發(fā)光器件包括一個(gè)發(fā)光二極管。發(fā)光二極管在信號(hào)燈顯示應(yīng)用中是通用的。然而，該發(fā)明不僅限于這種設(shè)備本身。任何具有發(fā)光件和反射器的發(fā)光器件在用于信號(hào)燈顯示裝置時(shí)，可能遭受同樣的問題，本發(fā)明為此提供了一種解決方案。按照本發(fā)明在信號(hào)燈顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例，其構(gòu)造是為了形成用于下列目的的某裝置公路側(cè)標(biāo)，交通燈，交通警示裝置，鐵路道口標(biāo)志，路旁信號(hào)，高速公路信息裝置，廣告展示，車輛轉(zhuǎn)向指示燈，汽車剎車燈，汽車尾燈和車輛導(dǎo)向燈。這里所說的應(yīng)用都得益于在陽光與光軸呈入射角時(shí)更高的對(duì)比度。然而，本發(fā)明不僅限于這些應(yīng)用。在第二個(gè)方面，按照第二目的，本發(fā)明涉及在根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置中使用的發(fā)光器件。該發(fā)光器件包含遮光手段。這種發(fā)光器件(如發(fā)光二極管)可以作為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體出售，取代現(xiàn)有信號(hào)燈顯示裝置的發(fā)光二極管。在第三個(gè)方面，按照第二個(gè)目的，本發(fā)明涉及在根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置中使用的遮光手段。在此實(shí)施例中，遮光手段可以作為在傳統(tǒng)信號(hào)燈顯示裝置附加件提供。這個(gè)實(shí)施例尤其有趣，其中一個(gè)發(fā)光二極管陣列共享作為遮光手段的覆蓋面具。在第四各方面，按照第三個(gè)目的，本發(fā)明涉及一種具有本發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置的車輛，如今，連車輛都提供發(fā)光二極管燈，即前燈，后燈和車輛轉(zhuǎn)向燈。本發(fā)明也增加了這些信號(hào)燈顯示裝置對(duì)比度。因此可能會(huì)減少光輸出功率(亮度)，減少輸入電流，從而節(jié)省了電力也因此節(jié)省了燃料。更重要的是，發(fā)光二極管燈的壽命可能會(huì)增加。本發(fā)明這些和其他方面是直觀的，并將參照以下所述的實(shí)施例闡明。圖紙簡介在圖紙中圖Ia顯示按之前作品的信號(hào)燈顯示裝置；Ib顯示了按照本發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置實(shí)施例；圖2a至2c顯示了根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置三個(gè)不同實(shí)施例；3顯示了并排布置兩個(gè)不同點(diǎn)陣發(fā)光二極管模塊的照片，說明本發(fā)明的效果；
4a顯示圖3左點(diǎn)陣圖發(fā)光二極管模塊縮放視圖，這是帶傳統(tǒng)的罩形面具；4b顯示圖3右點(diǎn)陣圖發(fā)光二極管模塊縮放視圖，這是帶根據(jù)本發(fā)明的覆蓋面具；5顯示了一個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊的照片，按照發(fā)明的實(shí)施例覆蓋了覆蓋面具；6顯示了圖5的縮放視圖；7顯示圖5中所用覆蓋面具的特寫照片；8顯示了圖7的縮放視圖。參考數(shù)字代碼清單:· 1發(fā)光二極管(發(fā)光二極管)
2接收發(fā)光二極管的覆蓋衡具開口
3透明殼體，塑料鏡頭
5 反射器(發(fā)光二極管的支架)
7 發(fā)光件(如發(fā)光二極管)
9 接線端子
10遮光手段/塊層/覆蓋面具 X X軸(垂直于光軸和Y軸)
Y Y軸(垂直于光軸和X-軸)Z 光軸(垂直于X輔和Y軸)
99觀察者的眼 Sn太陽 SL陽光
RSL反射的陽光(通過反射器5)
EL出射的光束(由發(fā)光二極管)
RSL’反射/衍射陽光(通過遮光手段10)
SL 陽光中未達(dá)到反射器的一部分 Rl帶紅色發(fā)光二極管的第一個(gè)區(qū)域 R2帶紅色發(fā)光二極管的第二個(gè)區(qū)域 R3帶紅色發(fā)光二極管的第三個(gè)區(qū)域 首選實(shí)施例的件細(xì)描述為了方便討論詳細(xì)的實(shí)施例，定義了以下幾個(gè)表述。發(fā)光二極管信息/顯示裝置是在公共區(qū)域很常見的，如公路側(cè)標(biāo)，交通信號(hào)燈和預(yù)警裝置，鐵路道口和路旁的信號(hào)，高速公路信息裝置(VMS)，廣告牌(視頻)顯示器，而且還有像汽車轉(zhuǎn)彎指示器和制動(dòng)燈/尾燈/導(dǎo)向燈。受低入射角陽光照射時(shí)，很難讀取/看清普通信號(hào)燈顯示裝置。所有廉價(jià)的普通塑料發(fā)光二極管，如3，5，8和10毫米的圓形或橢圓形發(fā)光二極管，只含一個(gè)嵌入式塑料透鏡和內(nèi)反光片，它們的布置使發(fā)光二極管的光電出射光直射向(以I到180度各種角度，取決于發(fā)光二極管型式是臥式還是立式)觀察者。但當(dāng)太陽正好處于此特定發(fā)光二極管的光學(xué)視角，發(fā)光二極管也反射陽光給觀察者。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光二極管的反光高于白紙，從而很難產(chǎn)生正確的信號(hào)。只有高發(fā)光二極管電流和高發(fā)光二極管功率能夠克服陽光的反射，但是這需要較高的初始投資且運(yùn)行壽命較短。已報(bào)道有普通罩型發(fā)光二極管屏幕罩，但這限制了顯示器的視角，只有當(dāng)陽光相對(duì)于光軸的入射角30度以上時(shí)才有效。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，發(fā)光二極管表面覆蓋層提高了對(duì)比度，但事實(shí)上，發(fā)光二極管的亮度下降。本發(fā)明背后的原理是，環(huán)境的陽光不會(huì)達(dá)到發(fā)光二極管的光學(xué)焦點(diǎn)，因此它不能反射到觀察者。發(fā)光二極管的一部分將被覆蓋?？赡苡性S多不同的覆蓋面具。圖Ia顯示了一個(gè)之前作品的信號(hào)燈顯示裝置。在圖Ia中的信號(hào)燈顯示裝置包括一個(gè)發(fā)光二極管1，但為形成了一個(gè)標(biāo)志或信號(hào)，它也可能包括發(fā)光二極管的點(diǎn)陣。單個(gè)發(fā)光二極管的原理仍然是相同的。在發(fā)光二極管包括一個(gè)透明的殼體3，其前端部分也可能作為一個(gè)發(fā)光二極管透鏡。透明殼體3內(nèi)有一個(gè)反射器5，一個(gè)發(fā)光件7，如發(fā)光二極管。發(fā)光件7連接于端子9，以便驅(qū)動(dòng)電流通過發(fā)光件7。反射器5 (這種實(shí)施例其中也有支架功能)，發(fā)光件7和透明的殼體3合理配置，以便在操作使用中形成出射光束EL，它又在空間形成立體角。為這項(xiàng)發(fā)明的目的，這個(gè)立體角中心定義為(虛構(gòu))光軸Z。觀察者的眼睛99定位在光學(xué)軸Z感知所出射的光束EL。在陰天或黑暗條件下，圖Ia信號(hào)燈顯示裝置工作令人滿意。然而，當(dāng)有太陽Sn時(shí)，與光學(xué)軸Z小角度陽光SL的輻射下，這部分太陽光SL可能會(huì)達(dá)到反射器5，并反射到觀察者的眼睛99。由于反射器5良好的反射特性，反射陽光RSL可以很容易達(dá)到高于出射光EL發(fā)光亮度的亮度水平。因此，觀察者眼睛99感知的標(biāo)志或信號(hào)對(duì)比度惡化，或可能根本不再感知標(biāo)志或信號(hào)。圖Ib顯示了根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例。在根據(jù)本發(fā)明的這種信號(hào)燈顯示裝置，不同于圖la，透明的殼體3上提供遮光手段10。在此實(shí)施例中，遮光手段10是一個(gè)蓋子。必須指出的是，只畫出了蓋10與紙平面的橫截面。在現(xiàn)實(shí)中蓋10是三維形狀的物體，它在發(fā)光二極管I表面覆蓋較多部分。蓋10可以在發(fā)光二極管廠已加入(每個(gè)發(fā)光二極管內(nèi)嵌入式)，或以面罩，薄膜，樹脂，膠，塑料，金屬或其他覆蓋形式加載發(fā)光二 極管I上或上方的殼體/組件中。蓋10將部分(1-99%)遮擋發(fā)光二極管I的正常仰視角和/或側(cè)視角(視線)。雖然蓋10減少了光電亮度輸出，但將極大地改善對(duì)比度，因?yàn)檎趽跆?環(huán)境光SL，從而提高了低角度陽光下的能見度。實(shí)驗(yàn)表明，40%遮光的(在線)覆蓋面具(發(fā)光二極管只具有無覆蓋面具正常亮度的60%)可以提高信號(hào)標(biāo)志對(duì)比度7倍以上。該裝置的能見度提高。這種改善也可能用于減少驅(qū)動(dòng)電流，從而提高發(fā)光二極管乃至裝置的預(yù)期壽命。在本發(fā)明，當(dāng)在光軸方向投射到垂直于光軸的表面，遮光手段(如覆蓋面具)與發(fā)光器件重疊。在本發(fā)明可以使用任何一種覆蓋面具形狀，但建議蓋的形狀像發(fā)光二極管前表面的球體形狀，因?yàn)樗鼤?huì)在各個(gè)方向衍射環(huán)境光，不聚焦和反射光線到觀察者的眼睛99。為了不讓它們反射到達(dá)觀察者的眼睛99，有三個(gè)主要選項(xiàng)1)入射光SL散射(在各個(gè)方向)，2)在觀察方向以外的其他方向反射入射光SL,和3)吸收入射光SL。第三個(gè)選項(xiàng)也可以結(jié)合第一或第二個(gè)選項(xiàng)。通過選擇遮光手段10的主要原料成分，可實(shí)現(xiàn)反射/吸收/衍射特性，但也可把具有這些屬性的其他材料層加到遮光手段10上。圖Ib中有圖示說明反射陽光RSL'，被改向到非射向觀察者眼睛的其他方向。這可說明一些發(fā)明實(shí)施例所依據(jù)的散射原理以及其他發(fā)明實(shí)施例的反射原理。此外，在圖Ib中一些陽光SL只是簡單地停留在蓋10，這說明吸收的原理。為了達(dá)到蓋10的吸收效果，最好是深色，白天為黑色更是最好。圖Ib也說明有一部分陽光SL'達(dá)到發(fā)光二極管，但穿過反射器。這部分陽光SL'不會(huì)損害信號(hào)燈顯示裝置的對(duì)比度。圖Ib中提供的遮光手段10直接在透明的殼體3上，但是這是沒有必要的。最重要的是發(fā)光二極管I光分布模式如何被部分遮光。在這里，必須注意到，之前先進(jìn)的解決方案，以最大限度地提高了發(fā)光二極管的光輸出，但絕對(duì)不遮擋被射向觀察者的光！顯然，為了防止太陽光達(dá)到透明殼體3中的反射器5，最好是提供遮光手段10，盡量靠近發(fā)光二極管或者甚至裝到其內(nèi)。這可能對(duì)冷卻目的也是有利的，即發(fā)光二極管和遮光手段10之間的空氣流動(dòng)。圖2a至2c顯示了按照發(fā)明的三個(gè)不同信號(hào)燈顯示裝置的實(shí)施例。它們圖解說明發(fā)光二極管I前端視圖和側(cè)視圖，并按照蓋10不同的實(shí)現(xiàn)方式。圖2a給出了蓋10和發(fā)光二極管1，遮擋約30%的光分布。圖2b說明的蓋10和發(fā)光二極管I遮擋約10%的光分布。圖2c說明了一個(gè)有蓋的發(fā)光二極管1，遮擋約60%的光分布。在所有三個(gè)實(shí)施例中，覆蓋面具都在發(fā)光二極管I的頂邊，這一面是發(fā)光二極管I在其應(yīng)用中選擇面向太陽Sn的。一個(gè)覆蓋面較大的覆蓋面具10導(dǎo)致較小的發(fā)光二極管I亮度。然而，這也使得裝置更兼容更小角度入射太陽光SL。發(fā)明背后的訣竅是，部分遮光分布的同時(shí)也防止入射光到達(dá)反射器。必須指出，這兩個(gè)圖2a和2c說明覆蓋面具10，它也覆蓋到XY平面上的圍繞光軸投影面積。這樣做的好處是，光軸的角度幾乎是零時(shí)，仍有可以接受的對(duì)比度(用于交通信號(hào)的情況，這符合一個(gè)垂直方向的信號(hào)燈顯示裝置，而太陽Sn正好在地平線以上)。在這種情況下，陽光仍然受覆蓋面具10圍繞光軸Z的面積延伸部分遮擋。這些實(shí)施例在覆蓋面具10是暗或黑色而具有散射前表面的情況下是特別有利的。圖3顯示了兩個(gè)并排布置不同點(diǎn)陣發(fā)光二極管模塊的照片，這說明本發(fā)明的效 果。圖4a顯示圖3左點(diǎn)陣圖發(fā)光二極管模塊縮放視圖，這是帶傳統(tǒng)的罩形面具；這是帶傳統(tǒng)罩式面具型。圖4b顯示圖3右點(diǎn)陣圖發(fā)光二極管模塊縮放視圖，這是帶根據(jù)本發(fā)明的覆蓋面具；這是根據(jù)本發(fā)明的覆蓋面具型。這些圖顯示點(diǎn)陣發(fā)光二極管模塊的例子，有5毫米發(fā)光二極管間距為10毫米，發(fā)光二極管模塊在光學(xué)軸角10°的140. 000LUX光源照射下。左側(cè)模塊(圖4a)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本的罩式面具(罩點(diǎn)高出每個(gè)發(fā)光二極管約4毫米)。右邊的模塊的本發(fā)明的示例，覆蓋面具10覆蓋發(fā)光二極管面向太陽一側(cè)的40%。在這兩個(gè)模塊中，都是紅色發(fā)光二極管閃耀。右側(cè)覆蓋面具的紅色發(fā)光二極管在R1，R2，R3三個(gè)區(qū)域都是可見的，而左邊罩形面具根本都是不可見的。這是因?yàn)榘l(fā)光二極管反射器中強(qiáng)大的環(huán)境光線反射。圖5顯示了一個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊照片，用按照本發(fā)明實(shí)施例的覆蓋面具覆蓋。圖6顯示了圖5的縮放視圖；.照片也是顯示的5毫米發(fā)光二極管覆蓋40%的例子，與圖3和4中所用覆蓋面具一樣。此照片清楚地表明覆蓋面具10如何以類似的方式覆蓋每個(gè)單獨(dú)的發(fā)光二極管，即所有光線分布以大致相同的導(dǎo)向。許多種最常見的材料如鋁(壓鑄)或聚碳酸酯(注塑)可以制成覆蓋面具。但是，必須強(qiáng)調(diào)，該發(fā)明不局限于任何特定的材料。圖7顯示圖5中所用覆蓋面具的特寫照片；圖8顯示了圖7的縮放視圖。7.這張照片上，可見蓋的前端表面符合發(fā)光二極管的輪廓，而且表面是用散射材料。這兩個(gè)方面并不是本發(fā)明的本質(zhì)，但已被證明可向觀察者提供非常高的對(duì)比度。在圖8的縮放視圖可以觀察到接收發(fā)光二極管的開口 2。該發(fā)明的好處和變化是多方面的。這里列出了其中一些。-本發(fā)明提供了相同的電流下顯著增強(qiáng)的對(duì)比度(在測試中驗(yàn)證超過了7倍，但批量生產(chǎn)時(shí)可能可以達(dá)到超過20倍的對(duì)比度改善。-本發(fā)明的實(shí)施例提供更長的運(yùn)行壽命(發(fā)光二極管的壽命一般依據(jù)發(fā)光二極管電流的平方(12)，因此低10倍的發(fā)光二極管電流意味著高100倍的壽命，這意味著幾乎無任何老化)。-更長的壽命意味著更長維護(hù)時(shí)間間隔，甚至無需維護(hù)。-可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)90%的電流/功耗降低，這也意味著降低了運(yùn)行成本。
-本發(fā)明提供了比發(fā)光二極管指定視角更廣的橫向和縱向視角。在短距離時(shí)整個(gè)發(fā)光二極管都可見-可以通過發(fā)光二極管的側(cè)面看見芯片。-發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置中，視角和發(fā)光二極管亮度均勻性可以通過正確的覆蓋側(cè)/角度調(diào)整。-如果光污染是不允許的(在城市路邊信號(hào))，則可做左斜或右斜的發(fā)光二極管。-本發(fā)明提供了節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)闊o光學(xué)鏡頭要求。-本發(fā)明提供結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低的優(yōu)點(diǎn)。-本發(fā)明是具備光效的；其他之前的發(fā)明裝置帶鏡頭，光學(xué)組合可吸收50%的光(發(fā)光二極管所有有用的可見光)。-本發(fā)明帶發(fā)光二極管的實(shí)施例構(gòu)成極長壽命的真正固態(tài)解決方案。
·
-本發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置實(shí)施例中，結(jié)冰的影響甚微，即不能損害固態(tài)發(fā)光二極管，即，如果水滲入裝置(裂縫)，外部的鏡頭裝置可能會(huì)被損壞。-本發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置是耐海水(海水對(duì)外部基于鏡頭的裝置具有很大的影響)。-因?yàn)闆]有鏡片，本發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置受到來自內(nèi)部的污染較少，即經(jīng)過幾年后光的輸出不會(huì)減少。-本發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置是環(huán)保的，因?yàn)楣牡汀?根據(jù)本發(fā)明的覆蓋面具可以保護(hù)LED防止物品沖擊損害和破壞(路標(biāo))，即覆蓋面具是一種保護(hù)性的半圓頂。-在根據(jù)本發(fā)明的覆蓋面具，將更好地保持發(fā)光二極管免遭冰雪。-發(fā)光二極管覆蓋防止太陽紫外線直射，因此鏡頭的透明樹脂(環(huán)氧樹脂或硅膠)幾年里不會(huì)輕易老化/變黃。-在本發(fā)明信號(hào)燈顯示裝置，光污染大大減少，即只有下斜的光線下出射，而上斜的光線受遮擋，這在城市和軍事戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)/火炬燈是有用的。-在遮光手段上使用內(nèi)部反射罩或內(nèi)部第二反射罩的實(shí)施例(如水銀蒸汽鏡或只是白色油漆)，為短程能見度可以提高垂直俯視角。根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)燈顯示裝置，發(fā)光二極管以及遮光手段可能有各種變化(變種)，與申請(qǐng)發(fā)明的范圍不可分離。從而本發(fā)明提供了一個(gè)信號(hào)燈顯示裝置，內(nèi)含一個(gè)或多個(gè)顯示可視信號(hào)或警告給觀察者的發(fā)光器件I。其中，在實(shí)際使用中，發(fā)光器件I的配置用于發(fā)出輻射光，光分布形成某空間立體角/多面角，多面角的中心線定義為發(fā)光器件I的光學(xué)Z軸。發(fā)光裝置I包括一個(gè)透明的殼體3和殼體3內(nèi)布置的反射器5和發(fā)光件7,反射器5和發(fā)光件7其配置產(chǎn)生具有所說光分布的輻射。信號(hào)燈顯示裝置還包括遮光手段10，以相當(dāng)數(shù)量布置在發(fā)光裝置I 一側(cè)。遮光手段10配置為發(fā)光裝置單獨(dú)遮光，在實(shí)際使用中，發(fā)光器件(I)出射的輻射至少部分方向大致平行于光軸Z，其中所謂一側(cè)是相對(duì)于光軸Z定義。本發(fā)明進(jìn)一步提供了這樣信號(hào)燈顯示裝置的各種應(yīng)用。盡管發(fā)光器件亮度低，但本發(fā)明提供了在相對(duì)于光軸Z低角度陽光情況下的高對(duì)比度。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用領(lǐng)域。例如，該發(fā)明可廣泛應(yīng)用于I、符合歐盟和其他國家EN12966標(biāo)準(zhǔn)的VMS裝置(公路和高速公路的可變信息標(biāo)志)。2、使用在公共交通乘客信息裝置(巴士站，電車和火車到達(dá)時(shí)間等信息)的平臺(tái)顯
/Jn ο3、一般室外發(fā)光二極管信息/廣告顯示器(視頻和文字)。4、鐵路信號(hào)和道口信號(hào)。5、交通燈信號(hào)頭(如3色信號(hào)頭)，行人信號(hào)燈和其他交通信號(hào)。6、汽車及其他道路車輛的轉(zhuǎn)向/制動(dòng)指示器。7、城市停車導(dǎo)向裝置(顯示全滿/空，以及可用停車位數(shù))。 8、公車/火車的目的地顯示器(滾動(dòng)顯示)。9、自由空間光通信裝置(FSO )10、用在防竊系統(tǒng)保護(hù)和入侵檢測裝置的光學(xué)(如紅外線)活動(dòng)光束檢測裝置。11、從天空不可見的軍事隱形戰(zhàn)斗機(jī)燈/指示器。12、所有其他發(fā)光二極管室內(nèi)和室外指示，信息，信號(hào)和顯示裝置。在未來極有可能有更多的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒈话l(fā)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)指出的是，上述實(shí)施例說明而不是限制本發(fā)明，并且，在本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)許多替代實(shí)施例而不脫離在所述權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，置于括號(hào)之間的任何參考符號(hào)不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求。使用動(dòng)詞“包括”及其變形不排除在權(quán)利要求中所陳述的以外的元素或步驟的存在。冠詞“一”或“一個(gè)”前一個(gè)元素的存在下，不排除多個(gè)這樣的元件。本發(fā)明可以通過包括若干不同元件的硬件和通過適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。在列舉了若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置的幾個(gè)可以由一個(gè)相同項(xiàng)目的硬件實(shí)施。記載某些措施在相互不同的從屬權(quán)利要求中的純粹事實(shí)并不表示這些措施的組合不能被有利地使用。在整個(gè)圖中，類似的或相應(yīng)的特征由相同的附圖
標(biāo)記或標(biāo)簽表示。
權(quán)利要求
1.一個(gè)信號(hào)燈顯示裝置，內(nèi)含一個(gè)或多個(gè)顯示可視信號(hào)或警告給觀察者(99)的發(fā)光器件(I)，其中，在實(shí)際使用中，發(fā)光器件(I)的配置用于發(fā)出輻射光，光分布形成某空間立體角/多面角，多面角的中心線定義為發(fā)光器件(I)的光軸(Z)，其中信號(hào)燈顯示裝置配置就是為觀察者(99)觀察；其中，發(fā)光器件(I)包括一個(gè)透明的殼體(3)和殼體(3)內(nèi)布置的反射器(5)和發(fā)光件(7)，反射器(5)和發(fā)光件(7)其配置產(chǎn)生具有所說光分布的輻射。
其中，信號(hào)燈顯示裝置還包含遮光手段(10)，以相當(dāng)數(shù)量布置在發(fā)光器件(I) 一側(cè)，其中所謂一側(cè)是相對(duì)于光軸(Z)定義，其中當(dāng)在光軸(z)方向投射到與光軸(z)垂直表面時(shí)，遮光手段(10)與發(fā)光器件(I)重疊，遮光手段(10)配置為發(fā)光器件單獨(dú)遮光，在實(shí)際使用中，發(fā)光器件(I)出射的輻射至少部分方向大致平行于光軸(Z)。
2.在I號(hào)申請(qǐng)中的信號(hào)燈顯示裝置，其中遮光手段(10)配置1%和99%之間的遮光，最好遮掉介于30%和50%的光分布。
3.在I或2號(hào)申請(qǐng)，其中遮光的手段(10)配置用于遮擋發(fā)出的輻射光，被遮擋光的方向落在以發(fā)光器件(I)光軸(Z)為中心線的某立體角(或多面角)和圍繞發(fā)光器件光軸的正常水平或垂直視角的范圍內(nèi)。
4.任何一個(gè)之前專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，其中配置遮光的手段(10)可調(diào)地遮擋光分布。
5.任何一個(gè)之前專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的遮光手段，其中光分布的可調(diào)遮擋是自適應(yīng)的，它取決于太陽入射光的角度，其中的覆蓋面隨入射角的降低而增加，其中入射角是相對(duì)于光軸定義的。
6.任何一個(gè)之前專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，其中遮光手段(10)配置用于把入射太陽光該向到與觀察者(99)觀察方向不同方向。
7.I至3號(hào)申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，其中遮光手段(10)配置為散射入射光。
8.I至3號(hào)申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，其中遮光手段(10)配置為吸收入射光。
9.任何一個(gè)之前專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，其中遮光手段(10)在朝反射器(5)的里側(cè)提供了進(jìn)一步的反射器，其中進(jìn)一步反射器(第二反射器)配置用于朝反射器(5)反射發(fā)光器件(I)出射的福射光線。
10.任何一個(gè)之前專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，其中遮光手段(10)包括對(duì)可見光不透明的覆蓋面具，其中覆蓋面具附加于信號(hào)燈顯示裝置上，可以拆卸。
11.任何一個(gè)之前專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，其中遮光手段(10)包括一個(gè)遮光層，直接配置于發(fā)光器件(I)的透明殼體(3)內(nèi)或上，其中遮光層為可見光不透明的。
12.任何一個(gè)之前專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，其中遮光手段(10)在面對(duì)觀察者(99)的那一側(cè)包括不反光材料，最好在白天深色。
13.任何一個(gè)之前專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，其中至少有一個(gè)發(fā)光器件是一組發(fā)光器件(I)組成，足以在實(shí)際使用中形成標(biāo)志或符號(hào)， 其中每個(gè)發(fā)光器件(I)各自包括各自的透明殼體(3)、殼體內(nèi)各自的反射器(5)和各自的發(fā)光件(7)，其中反射器(5)和發(fā)光件配置(7)是為所指光產(chǎn)生相應(yīng)的光輻射以及相應(yīng)的光分布，其中發(fā)光器件(I)以相同的方式取向，以便各自的光軸大致平行運(yùn)行， 其中遮光手段(10)以相當(dāng)數(shù)量布置在每個(gè)發(fā)光器件(I)相應(yīng)發(fā)光件(I)的相應(yīng)側(cè)，其中，所謂“相應(yīng)側(cè)”定義是相對(duì)于光軸(Z)，其中當(dāng)在光學(xué)軸(Z)方向投射到表面光軸(Z)垂直面時(shí)遮光手段(10)與發(fā)光器件(I)重疊，其中遮光手段(10)個(gè)別遮光式配置，在實(shí)際使用中，至少有一部分由發(fā)光器件(I)所出射的輻射是以大致平行于光軸(Z)的方向。
14.任何一個(gè)之前專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，其中至少有一個(gè)發(fā)光器件(I)包括一個(gè)發(fā)光二極管。
15.任何一個(gè)之前專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，構(gòu)造形成從下述一組選擇的裝置，包括公路側(cè)標(biāo)，交通燈，交通警示裝置，鐵路道口標(biāo)志，路旁信號(hào)，高速公路信息裝置，廣告展示，車輛轉(zhuǎn)向指示燈，汽車剎車燈，汽車尾燈和車輛導(dǎo)向燈。
16.任何一個(gè)之前專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置，其中的發(fā)光器件包括遮光手段(10)。
17.上述I至16條專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的信號(hào)燈顯示裝置所用的遮光手段。
18.上述I至16條專利申請(qǐng)中申請(qǐng)的含信號(hào)燈顯示裝置的車輛。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種信號(hào)燈顯示裝置，內(nèi)含一個(gè)或多個(gè)顯示可視信號(hào)或警告的發(fā)光器件，其中，在實(shí)際使用中，發(fā)光器件(1)的配置用于發(fā)出輻射光，光分布形成某空間立體角/多面角，多面角的中心線定義為發(fā)光器件(1)的光軸(Z)。發(fā)光裝置(1)包括一個(gè)透明的殼體(3)和殼體(3)內(nèi)布置的反射器(5)和發(fā)光件(7)，反射器(5)和發(fā)光件(7)其配置產(chǎn)生具有所說光分布的輻射。信號(hào)燈顯示裝置還包含遮光手段(10)，以相當(dāng)數(shù)量布置在發(fā)光裝置(1)一側(cè)，其中所謂一側(cè)是相對(duì)于光軸(Z)定義。其中當(dāng)在光軸(z)方向投射到與光軸(z)垂直表面時(shí)，遮光手段(10)與發(fā)光器件(1)重疊。遮光手段(10)配置為發(fā)光裝置單獨(dú)遮光，在實(shí)際使用中，發(fā)光器件(1)出射的輻射至少部分方向大致平行于光軸(Z)。本發(fā)明還涉及到信號(hào)燈顯示裝置的各種實(shí)施例，盡管發(fā)光器件亮度低，但本發(fā)明提供了在相對(duì)于光軸(Z)低角度陽光情況下的高對(duì)比度。
文檔編號(hào)F21V17/00GK102971580SQ200980162041
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者馬塞爾·彼德·杰拉德·梅斯 申請(qǐng)人:馬塞爾·彼德·杰拉德·梅斯