DE102009027288A1 - Lichtleitplatte mit eingebetteten lichtstreuenden Störstellen und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Lichtleitplatte mit eingebetteten lichtstreuenden Störstellen und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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Abstract

Lichtleitplatten, die an ihren Kanten beleuchtet werden und die das an den Kanten eingespeiste Licht über mindestens eine der beiden senkrecht zu den Kanten stehenden Oberflächen wieder abgeben, die für die Hinterleuchtung von LCD-Bildschirmen sowie von Hinweis- und Reklameschildern geeignet sind, werden zur Verfügung gestellt. Damit das an der Kante eingespeiste Licht einer Lichtquelle die Lichtleitplatten durch Überwindung der Totalreflexion über eine der Oberflächen wieder verlassen kann, müssen die Lichtstrahlen in der Lichtleitplatte gezielt ausgelenkt werden. Die Lichtleitplatten sind an einer der beiden Oberflächen der Lichtleitplatte mit optischen Störstellen versehen, die durch eine Folie vor Beschädigung geschützt werden. Zusätzlich wird ein Verfahren zum vereinfachten Aufbringen dieser Störstellen zur Verfügung gestellt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Lichtleitplatten, die an ihren Kanten beleuchtet werden und die das an den Kanten eingespeiste Licht über mindestens einer der beiden senkrecht zu den Kanten stehenden Oberflächen wieder abgeben, werden für die Hinterleuchtung von LCD-Bildschirmen, sowie von Hinweis- und Reklameschildern vielfach eingesetzt. (siehe dazu 1)
  • Damit das an der Kante (3) eingespeiste Licht einer Lichtquelle (4) die Lichtleitplatte (1) durch Überwindung der Totalreflexion über die Oberflächen wieder verlassen kann, müssen die Lichtstrahlen in der Lichtleitplatte gezielt ausgelenkt werden. Eine verbreitete Methode zur Auslenkung der Lichtstrahlen besteht darin, dass mindestens eine der beiden Oberflächen der Lichtleitplatte mit optischen Störstellen versehen wird, die auftreffendes Licht umlenken oder streuen, so dass die Totalreflexion überwunden werden kann. Als Störstellen (2) kommen typischerweise Aufrauungen der Oberfläche, Gravieren der Oberfläche oder Bedrucken der Oberfläche z. B. mit einem Punktraster zum Einsatz.
  • Stand der Technik
  • Lichtleitplatten mit aufgedruckten optischen Störstellen besitzen den Nachteil, dass die optischen Störstellen z. B. durch mechanische Einwirkung beschädigt werden können. Dies führt dazu, dass die Aufgabe der Lichtleitplatte, an der Kante eingestrahltes Licht gleichmäßig über die Oberflächen wieder abzugeben, nicht mehr erfüllt werden kann.
  • Weiterhin ist das Verfahren zur Ausstattung der Lichtplatten mit optischen Störstellen nach Stand der Technik sehr aufwendig. Nach der Herstellung der transparenten Platten müssen diese zunächst zugeschnitten und anschließend bedruckt werden, bevor die Lichtleitplatte abschließend durch Polieren und eventuelles Verspiegeln fertig gestellt werden kann. Insbesondere das Bedrucken der Platten muss z. B. über kostenintensive Siebdruckverfahren erfolgen und ist damit schon apparativ sehr aufwendig.
  • Eine Lichtleitplatte zur Verwendung in LCD-Bildschirmen gemäß dem Stand der Technik ist in 1 abgebildet.
  • In EP 1110029 werden in einer speziellen Variante die Störstellen durch Aufbringen eines pigmentierten Klebstoffes gebildet. Auch in diesem Fall sind die Störstellen nicht gegen Abrieb geschützt.
  • In EP 1492981 werden bedruckte Lichtleitkörper, die aus einer transparenten Platte und einer darauf aufgebrachten Bedruckung für Außenanwendungen beschrieben.
  • Aus EP 656548 sind Lichtleitkörper bekannt, die Polymerpartikel als Streukörper verwenden. Problematisch an diesen Platten ist deren ungleichmäßige Verteilung der Leuchtdichte.
  • Darüber hinaus sind aus EP 1022129 Lichtleitkörper bekannt, die eine partikelfreie, lichtleitende Schicht aus Polymethylmethacrylat aufweisen, auf die eine diffus ausgestattete Schicht aufgebracht ist. Die diffus ausgestattete Schicht, die eine Dicke im Bereich von 10 bis 1500 μm aufweist, umfasst Bariumsulfat-Partikel. Gemäß diesem Prinzip wird das Licht über die PMMA-Schicht geleitet, wobei die Auskopplung durch die diffuse Schicht erfolgt. Allerdings kann die Lichtauskopplung kaum gesteuert werden, da nur das Licht normal zur Ausbreitungsrichtung gestreut wird, welches die Grenzschicht zur diffus ausgestatteten Schicht durchdrungen hat. Es handelt sich hierbei dementsprechend nicht um eine Störung innerhalb der lichtleitenden Schicht, sondern um eine diffuse Rückreflexion. Darüber hinaus ist die Abnahme der Leuchtintensität mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle sehr groß.
  • Eine geringe Helligkeit der Lichtquelle des Lichtleitkörpers gemäß EP 1022129 führt zu einer hohen Empfindlichkeit gegenüber der Bildung von Kratzern auf der Austrittsfläche des Lichts. Derartige Kratzer können durch mechanische Einwirkung entstehen. Problematisch ist hierbei, dass die Kratzer das Licht streuen.
  • Aufgabe
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Lichtleitplatte, genauer eine neuartige Vorrichtung zum Transport von Licht, wie sie als Hinterleuchtung in LCD-Monitoren Anwendung findet, mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.
  • Aufgabe der Erfindung ist darüber hinaus, die zur Streuung oder Umlenkung des Lichts aufgedruckten optischen Störstellen (2) so zu schützen, dass deren Beschädigung verhindert wird.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den oben beschriebenen typischen Herstellprozess für Lichtleitplatten rationeller und wirtschaftlicher zu gestalten.
  • Weitere nicht explizit genannte Aufgaben ergeben sich aus dem Gesamtzusammenhang der nachfolgenden Beschreibung, Ansprüche und Beispiele.
  • Lösung
  • Die Aufgaben werden dadurch gelöst, dass eine neuartige Vorrichtung zum Transport von Licht zur Verfügung gestellt wird. Diese Vorrichtung ist analog dem Stand der Technik (1) zusammengesetzt aus einer oder mehreren Lichtquellen (4), einer Platte (1) und einer Bedruckung (2). Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist jedoch zusätzlich eine Folie (5) zum Schutz der Bedruckung auf. Dabei befindet sich, wie in 2 dargestellt, die Bedruckung (2) zwischen der Platte (1) und der Folie (5). Die Bedruckung (2) wird dabei durch die Platte (1) und die Folie (5) vollständig eingeschlossen. Das hat den Vorteil, dass die Bedruckung (2) sowohl gegenüber Abrieb als auch gegen äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit, Chemikalien oder Witterungseinflüsse geschützt ist.
  • Im Folgenden werden die Begriffe Lichtleitplatte und Vorrichtung zum Transport von Licht synonym verwendet und bezeichnet die gesamte Vorrichtung bestehend aus den Komponenten (1) bis (5). Nicht zu verwechseln damit ist die Bezeichnung Platte, die ausschließlich den z. B. durch Extrusion hergestellten Bestandteil (1) der Lichtleitplatte umschreibt. Alternativ können die Platten auch über ein Guss-(Cast) bzw. kontinuierliches Gussverfahren (Continuous Cast) hergestellt werden. Ebenfalls synonym zueinander werden im Folgenden die Begriffe Störstellen und Bedruckung verwendet.
  • Die Platte (1) besteht aus einem transparenten Kunststoff, bevorzugt aus Acrylglas, Polycarbonat oder einem Cycloolefincopolymer, besonders bevorzugt aus Acrylglas. Die Platte (1) hat eine Dicke zwischen 1 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 2 mm und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 4 mm und 8 mm.
  • Ein Beispiel für das bevorzugt verwendete Acrylglas ist das unter dem Handelsnamen PLEXIGLAS® von der Fa. Evonik Röhm GmbH & Co. KG kommerziell erhältliche Acrylglas.
  • Die Kanten (3) der Platte werden mittels der Lichtquelle(n) (4) beleuchtet und sie liegen damit in der Funktion einer Lichteinleitungsfläche vor. Das Licht wird über mindestens eine der beiden senkrecht zu den Kanten stehenden Oberflächen, der Lichtaustrittsfläche, wieder abgegeben. Der Begriff Lichtaustrittsfläche kennzeichnet hierbei eine Fläche des Lichtleitkörpers, die geeignet ist, Licht abzustrahlen. Die Lichteinleitungsfläche wiederum ist in der Lage, Licht in die Lichtleitplatte aufzunehmen, so dass die lichtleitende Schicht das eingeleitete Licht über die gesamte Lichtaustrittsfläche verteilen kann. Die Störstellen führen zu einer Auskoppelung des Lichts, so dass Licht über die gesamte Lichtaustrittsfläche austritt.
  • Bei der Bedruckung (2) handelt es sich bevorzugt um ein Punktraster oder ein Linienmuster. Dieses Punktraster dient bei der Verwendung als Komponente der Lichtleitplatte zur Erzeugung von Störstellen, insbesondere dient es dazu, das Licht umzulenken oder zu streuen. Durch einen optimierten Druck kann eine gleichmäßige Ausleuchtung der Lichtaustrittsfläche gewährleistet werden.
  • Im Sinne dieser Schrift wird zwischen Platten und Folien unterschieden. Unter einer Folie wird in diesem Zusammenhang eine Form verstanden, die flexibel genug ist, dass sie unter Normalbedingungen aufgerollt werden kann. Unter einer Platte dagegen wird eine Form verstanden, die unter Normalbedingungen nicht aufgerollt werden kann. Platten im Sinne dieser Schrift sind in der Regel so dick, dass sie beim Versuch des Aufrollens brechen würden.
  • Bevorzugt bestehen die Folien aus Poly(meth)acrylat. Unter Poly(meth)acrylat werden in diesem Zusammenhang Homo- bzw. Copolymere von Methacrylaten und/oder Acrylaten verstanden.
  • Die Bestandteile der Bedruckung, welche die Funktion eines lichtstreuenden Druckmusters wahrnehmen, sind erfindungsgemäß frei wählbar und einzig durch das jeweilige Druckverfahren beschränkt.
  • Ein zweiter wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung von Lichtleitplatten mit einer Dicke zwischen 1 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 2 mm und 10 mm, bevorzugt zwischen 4 mm und 8 mm. Dieser neuartige Herstellprozess für Lichtleitplatten ist gegenüber den etablierten Verfahren des Standes der Technik rationeller und wirtschaftlicher. Wie bereits beschrieben wird die Herstellung nach Stand der Technik in den vier Verfahrensschritten Formen eines thermoplastischen Kunststoffs zur Platte, Zuschneiden, Aufbringen der Störstellen auf die einzelnen unflexiblen Platten z. B. mittels eines lichtstreuenden Drucks im Siebdruckverfahren und Veredelung (Polieren, Verspiegeln u. a.) durchgeführt. Als besonders nachteilig aufgrund des Zeit- und Handlingaufwands, erweist sich bei diesem Vorgehen das jeweilige Bedrucken einzelner Lichtleitplatten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dagegen ist deutlich zeit- und kosteneffizienter durchzuführen und führt zusätzlich zu einem Schutz für die Bedruckung. Dies wird dadurch erreicht, dass die optischen Störstellen (2) zunächst auf eine Folie (5) gedruckt werden. Darauf wird die Folie (5) mit dem Druckmuster in der Weise ganzflächig auf die Lichtplatte auflaminiert, dass die optischen Störstellen (2) zwischen Lichtleitplatte und Folie eingebettet werden (2). Diese Einbettung führt zu dem beschriebenen Schutz.
  • Mehr im Detail beschrieben erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren (3) wie folgt: Es besteht im Gegensatz zum Stand der Technik aus nur drei Verfahrensschritten: Extrudieren oder Guss mit gleichzeitigem Laminieren, Zuschneiden und Veredeln, wobei die letzten beiden Verfahrensschritte auch integriert auf einer Maschine durchgeführt werden können.
  • Das besonders Einfache an diesem Verfahren ist, dass der Druck zuvor, optimalerweise als integraler Bestandteil des Herstellungsprozesses, zunächst auf die Folie aufgebracht wird. Dabei ist die Flexibilität bezüglich des anzuwendenden Druckverfahrens deutlich höher.
  • Insbesondere wird die Bedruckung, in Form eines lichtstreuenden Druckmusters mit einem preiswerten Massendruckverfahren wie zum Beispiel dem Rollentiefdruck auf eine geeignete Folie (5) aufgebracht. Diese bedruckte Folie wird dann während des Herstellprozesses des lichtleitenden Substrats inline auf das lichtleitende Substrat auflaminiert (3).
  • Die Platten werden analog zum Stand der Technik mittels Extrusion oder einem (kontinuierlichen) Gussverfahren hergestellt und liegen zunächst in Form eines unendlichen Schmelzebandes vor. Dieses wird als erster Verfahrensschritt hinter dem Extruder (A) mit der bedruckten Folie zu einem Laminat verbunden. Dabei ist in der Regel kein Klebstoff oder Haftvermittler nötig, da das Schmelzeband oberhalb der Glastemperatur sich gut mit der Folie verbinden lässt.
  • Wichtig bei diesem Laminierungsschritt ist, dass sich die Bedruckung (2) dabei zwischen der Platte (1) und der Folie (5) befindet.
  • Nachdem die bedruckte Folie (5) und der Schmelzestrang zu einem Laminat verbunden wurden, wird dieses zwischen zwei Walzen geführt. Dabei ist die Folienseite der führenden Walze (C) zugewandt. Diese ist gekühlt, während die andere Walze (B) nur optional gekühlt wird.
  • Über die der Folie zugewandten Walze (C) wird das Laminat auf weitere, gleichfalls gegebenenfalls gekühlte Walze (D) geleitet.
  • Das abgekühlte Laminat aus Platte, Bedruckung und Folie kann nach dem Abkühlen zugeschnitten und weiter veredelt werden. Als Veredelung können beispielsweise die Kanten poliert werden. Zur besseren Auswertung der eingesetzten Lichtenergie können die Kantenflächen, die nicht mit einer Lichtquelle versehen sind, nach Stand der Technik zusätzlich reflektierend ausgestattet werden. Diese Ausstattung kann beispielsweise durch reflektierende Klebebänder erfolgen. Des Weiteren kann ein reflektierender Lack auf diese Kantenflächen aufgebracht werden.
  • Abschließend werden die Kanten nach Stand der Technik mit einer oder mehreren Beleuchtungseinheiten ausgestattet. Die Lichtquellen können zur besseren Bestrahlung des Lichtleitkörpers mit Reflektoren ausgestattet sein.
  • Die so hergestellten Lichtleitplatten, bzw. die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Transport von Licht finden bevorzugt als Hinterbeleuchtung in LCD-Bildschirmen Verwendung. Weiterhin können sie als Hinterbeleuchtung von Hinweis- oder Reklameschildern eingesetzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1110029 [0006]
    • - EP 1492981 [0007]
    • - EP 656548 [0008]
    • - EP 1022129 [0009, 0010]

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Transport von Licht zusammengesetzt aus einer Platte (1), einer Folie (5), einer oder mehrerer Lichtquellen (4) und einer Bedruckung (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Platte aus einem transparenten Kunststoff besteht und eine Dicke zwischen 1 mm und 20 mm aufweist, dass die bedruckte Folie vollflächig auf die Platte laminiert ist, dass sich die Bedruckung zwischen der Platte und der Folie befindet, dass die Kanten (3) der Platte beleuchtet werden, und dass das Licht über mindestens eine der beiden senkrecht zu den Kanten stehenden Oberflächen wieder abgegeben wird.
  2. Vorrichtung zum Transport von Licht gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (1) aus Acrylglas, Polycarbonat oder einem Cycloolefincopolymer besteht und eine Dicke zwischen 2 mm und 10 mm aufweist.
  3. Vorrichtung zum Transport von Licht gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Bedruckung (2) um ein Punktraster oder ein Linienmuster handelt, dass dieses Punktraster oder Linienmuster Störstellen bildet, die das Licht umzulenken oder streuen, und dass die Bedruckung durch die Platte (1) und die Folie (5) vollständig eingeschlossen ist.
  4. Vorrichtung zum Transport von Licht gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (5) flexibel ist.
  5. Vorrichtung zum Transport von Licht gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (5) aufgerollt werden kann und aus Poly(meth)acrylat besteht.
  6. Vorrichtung zum Transport von Licht gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedruckung (2) das Licht streut oder lenkt.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Transport von Licht, insbesondere zur Herstellung einer Lichtleitplatte mit einer Dicke zwischen 1 mm und 20 mm gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie (5) eine Bedruckung (2) aufweisend während der Extrusion bzw. dem Guss der transparenten Platte (1) mit dieser verbunden wird, und dass sich die Bedruckung (2) dabei zwischen der Platte und der Folie befindet.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bedruckte Folie in einem ersten Verfahrensschritt hinter einem Extruder mit dem Schmelzestrang zu einem Laminat verbunden wird und danach zwischen Walzen geführt wird, wobei zumindest die der Folienseite zugewandte Walze gekühlt ist.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das abgekühlte Laminat aus Platte, Bedruckung und Folie nach dem Abkühlen zugeschnitten wird.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten teilweise mit einer reflektierenden Schicht ausgestattet werden.
  11. Verwendung einer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Hinterbeleuchtung in LCD-Bildschirmen.
  12. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Hinterbeleuchtung von Hinweis- oder Reklameschildern.
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