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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein leuchtendes Fliesen-Modul. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Fliesen-Modul mit einer Lichtleiterplatte, mindestens einer LED zur Beleuchtung der Lichtleiterplatte über eine Kante der Lichtleiterplatte, einer unterhalb der Lichtleiterplatte angeordneten reflektierenden Schicht und einer oberhalb der Lichtleiterplatte angeordneten Prismenplatte.
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Stand der Technik
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Im Sanitärbereich sind beleuchtete Fliesen bekannt. So offenbart die britische Offenlegungsschrift
GB 2 376 287 A eine leuchtende Fliese mit einem Rahmen
9, einer im Rahmen angebrachten reflektierenden Schicht
8, einer LED-Reihe
4, die eine oberhalb der reflektierenden Schicht
8 angebrachte Plastikplatte
2 mit aufgerauter Oberfläche
2A über eine Kante seitlich beleuchtet, einer oberhalb der Plastikplatte
2 angeordneten Diffusionsschicht
6 sowie einer auf der Diffusionsschicht
6 angebrachten Glasplatte
7. Hierbei weist die Plastikplatte
2 an drei Kanten reflektierende Bänder
5A,
5B und
5C auf, so dass von innen auf die Kanten fallendes Licht intern reflektiert wird.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Ausgehend von dem oben benannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach herzustellende Fliese bereitzustellen, die die Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Insbesondere soll die Erfindung es ermöglichen, eine einfach herzustellende Fliese mit einer Lichtleiterplatte bereitzustellen, bei der eine kantenweisen Beleuchtung der Lichtleiterplatte zu einer gleichmäßige Abstrahlung der Lichtleiterplatte mit einer erhöhten Lichtausbeute und einem für einen Betrachter angenehmen Lichteindruck führt.
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Die Aufgabe wird durch ein Fliesen-Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß umfasst das Fliesen-Modul eine Lichtleiterplatte mit eingebetteten Lichtstreuzentren, mindestens eine LED zur Beleuchtung der Lichtleiterplatte über mindestens eine Kante der Lichtleiterplatte, eine unterhalb der Lichtleiterplatte angeordnete reflektierende Schicht und eine oberhalb der Lichtleiterplatte angeordnete Prismenplatte.
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Bestimmungsgemäß wird das erfindungsgemäße Fliesen-Modul an einer Wand angebracht, z. B. in einem Badezimmer. Hierbei ist das Fliesen-Modul so orientiert, dass sich die reflektierende Schicht im Vergleich zur Lichtleiterplatte näher an der Wand und die Prismenplatte im Vergleich zur Lichtleiterplatte weiter von der Wand entfernt befinden.
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Unter einer Lichtleiterplatte wird eine Platte verstanden, in der eingekoppeltes Licht zumindest teilweise geleitet werden kann, beispielsweise durch mehrfache interne Reflexion. Die Lichtleiterplatte kann als Grundmaterial eine organische Polymerzusammensetzung, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA) aufweisen. Besonders bevorzugt wird als Material für die Lichtleiterplatte das von Evonik Industries vertriebene PLEXIGLAS® EndLighten oder PLEXIGLAS® EndLighten T verwendet. Die beispielsweise in PLEXIGLAS® EndLighten T eingebetteten, als Lichtstreuzentren fungierenden Streupartikel streuen die von den LEDs emittierten Lichtstrahlen in alle Richtungen, insbesondere auch aus der Lichtleiterplatte heraus. Somit erhält man bei kantenweiser Beleuchtung der Lichtleiterplatte eine gleichmäßig leuchtende Fläche. Die äußere Form der Lichtleiterplatte ist innerhalb gewisser Grenzten variabel, wobei eine rechteckige Platte bevorzugt ist.
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Die auf der Lichtleiterplatte angebrachte Prismenplatte bewirkt, dass das von der Lichtleiterplatte senkrecht auf die Prismenplatte gestreute Licht reflektiert und schräg auf die Prismenplatte gestreutes Licht durchgelassen wird. Durch diese relativ diffuse Streuung entsteht beim Betrachter ein angenehmer Lichteindruck.
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Die Prismenplatte ist vorzugsweise ein flexibler Prismenfilm, welcher u. a. unter der Handelsbezeichnung ”Optical Lighting Film” (OLF) von 3M kommerzialisiert wird.
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Der Film weist auf der einen Seite eine aus mehreren nebeneinander angeordneten Prismen bestehende Prismenstruktur auf und auf der anderen Seite eine glatte Oberfläche. Da die Oberflächenrauhigkeiten des OLF kleiner als die Wellenlänge von sichtbarem Licht sind, weist der OLF hervorragende optische Eigenschaften auf.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls ist die von unten nach oben erfolgende Anordnung der reflektierenden Schicht, der Lichtleiterplatte und der darüber angebrachten Prismenplatte bei seitlicher LED-Beleuchtung der Lichtleiterplatte. Denn durch diese in der Konstruktion einfache Gesamtanordnung wird erreicht, dass die Fliese mit diffus gestreutem Licht selbst leuchtet. Hierbei weist die erfindungsgemäße Fliese eine vergleichsweise hohe Leuchtkraft auf und erzeugt beim Betrachter einen angenehmen, gleichmäßigen Lichteindruck.
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Das von der Lichtleiterplatte zur reflektierenden Schicht gestreute Licht wird von dieser zurückgeworfen und tritt anschließend abermals durch die Lichtleiterplatte hindurch und wird dann von der Prismenplatte in Abhängigkeit des Einfallswinkels in verschiedene Richtungen abgelenkt oder zurück zur Lichtleiterplatte reflektiert. Das zur Lichtleiterplatte zurückreflektierte Licht tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit nach abermaliger Reflektion an der reflektierenden Schicht durch die Prismenplatte hindurch. Durch die Kombination der Lichtleiterplatte mit eingebetteten Lichtstreuzentren mit einer Prismenplatte wird vorteilhafterweise erreicht, dass das über die Kante eingekoppelte LED-Licht gleichmäßig in alle Raumrichtungen abgelenkt wird, wodurch sich dem Betrachter ein gleichmäßiger Helligkeitseindruck bietet.
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Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls ergeben sich aus den besonderen Implementierungen und den beigefügten Figuren.
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Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Fliesen-Modul eine oberhalb der Prismenplatte angeordnete Glasplatte. Durch die Glasplatte werden störende Schliereneffekte, welche durch die Lichtstreuung der aus der Lichtleiterplatte austretenden Strahlung an der Prismenplatte entstehen, ausgewaschen oder abgeschwächt und im Idealfall vollkommen vermieden. Besonders bevorzugt weist die Glasscheibe Milchglas oder mattiertes Glas auf. Dadurch werden die von der Prismenplatte erzeugten Schliereneffekte noch effektiver unterdrückt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Implementierung umfasst das Fliesen-Modul ferner einen die reflektierende Schicht, die Lichtleiterplatte, die mindestens eine LED, die Prismenplatte und die optionale Glasplatte haltenden Rahmen. Dadurch wird die Gesamtkonstruktion so gefasst, dass sie in einem Stück verwendet werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Implementierung des erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls weist die mindestens eine LED mindestens eine Rotlicht-LED, mindestens eine Blaulicht-LED, mindestens eine Grünlicht-LED, mindestens eine Gelblicht-LED oder mindestens eine Weißlicht-LED auf. Der Vorteil der Verwendung von Weißlicht-LEDs besteht darin, dass die beleuchtete Umgebung, insbesondere ein Badezimmerspiegel oder sonstige in einem Badezimmer benutzten Gegenstände mit weißem Licht bestrahlt werden und somit auch weißes Licht reflektieren bzw. streuen. Dadurch wird eine Beleuchtung über das gesamte sichtbare Spektrum des menschlichen Auges erreicht, so dass der Betrachter sämtliche beleuchteten Gegenstände gut erkennen kann, ohne dass ein Informationsverlust eintritt.
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Dahingegen besteht der Vorteil einer Verwendung von Rotlicht-LEDs, Blaulicht-LEDs, Grünlicht-LEDs oder Gelblicht-LEDs darin, nur einen relativ kleinen Wellenlängenbereich zu nutzen, wodurch eine stimmungsvolle Atmosphäre erzeugt werden kann. Ferner kann durch eine geeignete Komposition, sei es räumlicher Art oder farblicher Art, von unterschiedlichen LEDs auch ein ästhetischer Effekt erzielt werden. Nach einer weiteren Implementierung werden die Farben der unterschiedlichen LEDs kombiniert, um Mischfarben zu erzeugen.
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Gemäß einer weiteren Implementierung eines erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls ist eine Intensität oder eine Wellenlänge der mindestens einen LED einstellbar, insbesondere mittels einer Touchbedienung. Dadurch wird erreicht, dass die Lichtstärke einer LED, oder im Falle mehrerer LEDs, die Lichtstärken jeder einzelnen LEDs einzeln reguliert oder eingestellt werden können. Ferner ist auch die Wellenlänge oder Farbe jeder einzelnen LED individuell veränderbar. Dadurch können verschiedene ästhetische, insbesondere zeitvariable Effekte erzielt werden.
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Bei noch einer weiteren Implementierung eines erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls ist eine Mehrzahl von LEDs entlang einer Geraden angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass die LEDs vorteilhafterweise entlang einer insbesondere geraden Kante der Lichtleiterplatte angeordnet werden können, von wo sie die Lichtleiterplatte bestrahlen können. Besonders bevorzugt ist die Mehrzahl der LEDs äquidistant entlang der Geraden angeordnet. Dadurch wird eine gleichmäßige Bestrahlung der Lichtleiterplatte bewirkt.
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Besonders bevorzugt ist die Mehrzahl der LEDs entlang der Kante der Lichtleiterplatte angeordnet. Dies bewirkt, dass die LEDs und die Lichtleiterplatte platzsparend angeordnet werden können, was insbesondere bei der Ausführungsform mit Rahmen vorteilhaft ist.
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Gemäß einer weiteren Implementierung des Fliesen-Moduls weist die Lichtleiterplatte eine rechteckige Form auf. Diese Form ist besonders bevorzugt für Fliesen, insbesondere Badfliesen, da Fliesen damit an einer Wand lückenlos nebeneinander angebracht werden können, die Wand also komplett gefliest werden kann.
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Bei einer weiteren bevorzugten Implementierung des erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls durchstrahlt die mindestens eine LED bei bestimmungsgemäßem Gebrauch die Lichtleiterplatte in einer vorgegebenen Richtung und mit einer vorgegebenen Orientierung. Im Falle mehrerer LEDs hat dies den Vorteil, dass die Lichtleiterplatte gleichmaßig über die gesamte Fläche beleuchtet werden kann, da die von den LEDs abgegebenen Lichtstrahlen die Lichtleiterplatte parallel durchstrahlen und somit über die ganze Länge der Lichtleiterplatte denselben Abstand gegeneinander haben. Dies bewirkt eine relative Gleichmäßigkeit der Beleuchtung der Lichtleiterplatte. Diese Gleichmäßigkeit wird gemäß einer weiteren bevorzugten Implementierung weiter erhöht, indem die LEDs äquidistant zueinander angeordnet werden. Bei einer anderen Implementierung der rechteckigen Lichtleiterplatte durchstrahlen die Lichtstrahlen der mindestens einen LED die Lichtleiterplatte senkrecht zur Kante. Der Lichtstrahl tritt demnach senkrecht zur Kante in die Lichtleiterplatte ein, durchstrahlt danach die Lichtleiterplatte parallel zu den beiden zur Eintrittskante senkrechten Kanten und verlässt an der der Eintrittskante gegenüberliegenden Kante die Lichtleiterplatte. Dadurch wird wie bereits oben erläutert eine gewisse Gleichmäßigkeit der Durchstrahlung erreicht, welche sich noch steigern lässt durch eine Mehrzahl von äquidistant angeordneten LEDs.
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Bei einer weiteren bevorzugten Implementierung des erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls weist die Prismenplatte eine organische Polymerzusammensetzung, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA), auf. Hierbei sollte die organische Polymerzusammensetzung bevorzugt transparent sein, um die Lichtabstrahlung der Fliese zu maximieren.
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Bei einer weiteren bevorzugten Implementierung des erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls weist die Prismenplatte nebeneinander liegende identische Prismen mit einer dreieckigen und gleichschenkligen Grundfläche auf, wobei eine Basis einer dreieckigen. Grundfläche eines Prismas mit einer Basis einer dreieckigen Grundfläche eines unmittelbar benachbarten Prismas eine gerade Linie bildet. Unter einem Prisma wird hier ein geometrischer Körper verstanden, der ein Vieleck als Grundfläche hat und dessen Seitenkanten parallel und gleich lang sind. Die dreieckigen Prismen sind bei der Prismenplatte so angeordnet, dass ihre Grundflächen nebeneinander liegen und somit eine Ebene bilden. Ferner sind gerade Prismen bevorzugt, also solche, bei denen die Grundfläche im rechten Winkel zu den Kantenflächen steht. Besonders bevorzugt sind Prismenplatten, bei denen die Basis der Grundfläche gleichschenklig und rechtwinklig ist, bei denen also der Öffnungswinkel zwischen aneinander angrenzenden Prismen 90° beträgt, wie nachfolgend in 1 abgebildet. In einer weiteren besonders bevorzugten Implementierung ist unter der Grundfläche eine Platte angebracht, welche mit der oben beschriebenen Prismenplatte einstückig ausgeführt ist. Dies bewirkt eine wesentlich verbesserte Stabilität einer solchen Prismenplatte, da die dünnen Berührungskanten der oben beschriebenen Prismenplatte durch die unterhalb angebrachte Platte verstärkt werden.
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Eine weitere bevorzugte Implementierung des erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls weist eine Abdeckung auf, um zu verhindern, dass für einen Betrachter bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Fliesen-Moduls Licht direkt von der mindestens einen LED oder Aufhellungen in Bereichen einer Einkopplung des von der mindestens einen LED emittierten Lichts in die Lichtleiterplatte sichtbar sind. Hierbei wird in der erstgenannten Alternative durch die Abdeckung gewährleistet, dass ein Betrachter von der Lichtleiterplatte lediglich gestreute Lichtstrahlung und keine direkte Strahlung sieht. Dadurch wird sichergestellt, dass der Eindruck der diffusen Streuung erhalten bleibt. Bei der zweiten Alternative wird durch die Abdeckung verhindert, dass Aufhellungen, welche in der Lichtleiterplatte im Bereich der Lichteinkopplung durch die mindestens eine punktförmige LED entstehen, direkt vom Betrachter gesehen werden können. Bei LEDs mit Gehäusedurchmessern von typischerweise 2 bis 5 mm verlieren sich diese Aufhellungen nach einigen Millimetern in der Lichtleiterplatte. Die Abdeckung muss also diesen Bereich verdecken, so dass ein Betrachter ihn nicht mehr sehen kann. Bevorzugt ist die Abdeckung zwischen der Lichtleiterplatte und der Prismenplatte angeordnet. Es sind jedoch auch weitere Anordnungsmöglichkeiten der Abdeckung möglich, insbesondere zwischen Prismenplatte und Glasplatte oder oberhalb der Glasplatte.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden werden beispielhaft und nicht abschließend einige besondere Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Die besonderen Ausführungsformen dienen nur zur Erläuterung des allgemeinen erfinderischen Gedankens, jedoch beschränken sie die Erfindung nicht.
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In den besonderen Ausführungsformen zeigen:
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1 eine Schnittzeichnung einer ersten Implementierung eines erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls.
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2 eine Schnittzeichnung einer zweiten Implementierung eines erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls mit einer Abdeckung.
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3 eine beispielhafte Illustrierung von Strahlengängen von unterschiedlichen von der LED ausgesendeter Strahlen.
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4 eine Schnittzeichnung einer dritten Implementierung eines erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine Schnittzeichnung einer ersten Implementierung eines erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls 100. Das Fliesen-Modul 100 wird von einem Rahmen 170 gehalten und weist nach dieser Implementierung unter anderem eine Lichtleiterplatte 110 mit eingebetteten Lichtstreuzentren 120 auf. Die Lichtleiterplatte 110 wird von LEDs 130 über eine Kante 111 der Lichtleiterplatte 110 seitlich beleuchtet. Hierbei sind die LEDs 130 entlang der Kante 111 angeordnet und so ausgerichtet, dass sie die Lichtleiterplatte 110 in 1 von links nach rechts durchstrahlen. Um das in 1 von den Lichtstreuzentren 120 nach unten gestreute Licht zurück zur Lichtleiterplatte 110 zu reflektieren, ist unterhalb der Lichtleiterplatte 110 eine reflektierende Schicht 140 angebracht, welche aus einer dünner Aluminiumschicht besteht. Die dünne Aluminiumschicht ist bei dieser Implementierung an der inneren Oberfläche des Rahmens 170 angebracht, insbesondere auf diese geklebt.
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Das von der reflektierenden Schicht 140 reflektierte Licht tritt durch die Lichtleiterplatte 110 hindurch und trifft danach auf die oberhalb der Lichtleiterplatte 110 angebrachte Prismenplatte 150. Die Prismenplatte 150 ist hierbei lediglich auf die Lichtleiterplatte 110 gelegt, kann jedoch nach weiteren Implementierungen auch durch andere Mittel an der Lichtleiterplatte 110 befestigt sein, insbesondere auf die Lichtleiterplatte 110 aufgeklebt sein.
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Der Strahlengang des auf die Prismenplatte 150 treffenden Lichts wird ausführlich in Verbindung mit 3 erläutert.
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Ein Teil des auf die Prismenplatte 150 treffenden Lichts wird reflektiert und zur Lichtleiterplatte 110 zurückgeworfen, ein anderer Teil tritt an der Oberseite der Prismenplatte 150 aus und trifft danach auf eine milchige Glasplatte 160. Die milchige Glasplatte 160 gewährleistet, dass die durch die gemeinsame Anordnung der Lichtleiterplatte 110 mit der darüber angeordneten Prismenplatte 150 entstehenden Schliereneffekte verwischt werden und für einen Betrachter nicht mehr sichtbar sind.
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Der Rahmen 170 umfasst in dieser Implementierung die reflektierende Schicht 140, die Lichtleiterplatte 110, die LEDs 130, die Prismenplatte 150 und die Glasplatte 160.
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Nach einer weiteren Implementierung umfasst der Rahmen 170 lediglich die LEDs 130, die reflektierende Schicht 140 und die Lichtleiterplatte 110.
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2 zeigt eine Schnittzeichnung einer zweiten Implementierung eines erfindungsgemäßen. Fliesen-Moduls 100 mit einer Abdeckung 180. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen hierbei gleiche Elemente wie in 1. Die zweite Implementierung unterscheidet sich von der ersten Implementierung durch eine Abdeckung 180, welche verhindert, dass ein Betrachter bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Fliesen-Moduls 100 Licht direkt von den LEDs 130 sieht. Dazu muss die Abdeckung 180 so angeordnet werden, dass die von den LEDs 130 emittierten Lichtstrahlen entweder von der Abdeckung 180 oder vom Rahmen 170 blockiert werden. Eine solche Situation, in welcher ein von einer LED 130 emittierten Lichtstrahl von dem Rahmen 170 blockiert wird, ist in 2 durch einen Pfeil S illustriert.
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Nach einer weiteren Implementierung kann die Abdeckung 180 dünne Löcher oder Bohrungen aufweisen, um eventuell von den LEDs 130 generierte Wärme effektiver abtransportieren zu können.
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Ferner verhindert die Abdeckung 180, dass der Betrachter Aufhellungen in Bereichen einer Einkopplung des von den LEDs 130 emittierten Lichts in die Lichtleiterplatte sichtbar sind. Da die LEDs 130 punktförmige Lichtquellen sind, entstehen hinter der Kante 111 im Bereich der Lichteinkopplung Aufhellungen, welche sind jedoch nach einigen Millimetern wieder verlieren. Die Abdeckung 180 wird so platziert, dass ein Betrachter bei bestimmungsgemäßem Gebrauch diese Aufhellungen nicht erblicken kann. Als Konstruktionsregel hat sich in der Praxis etabliert, dass die Abdeckung 180 so breit sein sollte wie der Abstand der LEDs 130 zueinander.
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3 zeigt eine beispielhafte Illustrierung von Strahlengängen von unterschiedlichen von einer LED 130 ausgesandten Strahlen. Teilfigur 3A illustriert drei unterschiedliche Strahlengänge eines Lichtstrahls durch die Lichtleiterplatte 110 und die Prismenplatte 150.
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Im ersten und links in 3A dargestellten Fall, trifft der von der LED 130 emittierte Lichtstrahl auf ein Lichtstreuzentrum 120, von dem es in 3A nach oben gestreut wird. Der Lichtstrahl tritt dann aus der Lichtleiterplatte 110 aus und tritt in die Prismenplatte 150 ein. Im vorliegenden Fall tritt der Lichtstrahl senkrecht in die Prismenplatte 150 ein. Da die Prismenplatte 150 gleichschenklige und rechtwinklige Prismen aufweist, trifft der Lichtstrahl unter einem Einfallswinkel von 45° auf eine Grenzfläche zwischen der Prismenplatte 150 und Luft. Da der Winkel der Totalreflektion αT bei einem typischen Brechungsindex der Prismenplatte von ca. 1,5 gleich αT = arcsin (1/n) ≈ 42° beträgt, wird im vorliegenden Fall der Lichtstrahl total reflektiert. Danach wird der reflektierte Strahl in dem gleichschenkligen Dreieck mit einem Einfallswinkel von 45° abermals reflektiert, so dass er zur Lichtleiterplatte 110 zurückgeworfen wird und in diese senkrecht eintritt. Hier bestehe nun die Möglichkeit, dass der Lichtstrahl ohne Streuung auf die reflektierende Schicht 140 tritt oder dass der Lichtstrahl von einem Lichtstreuzentrum 120 gestreut wird.
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Im zweiten, in der 3A in der Mitte dargestellten Fall, wird der von der LED 130 emittierte Lichtstrahl von einem Lichtstreuzentrum 120 in eine Richtung nach rechts oben in 3A gestreut. An der Grenzfläche zwischen Lichtleiterplatte 110 und einer zwischen Lichtleiterplatte 110 und Prismenplatte 150 vorhandenen Luftschicht wird der Lichtstrahl gebrochen. Nach dem Eintritt in die Prismenplatte 150 wird unter der Voraussetzung, dass die Brechungsindices in Lichtleiterplatte 110 und Prismenplatte 150 identisch sind, der Lichtstrahl parallel zum Lichtstrahl in der Lichtleiterplatte 110 verlaufen. In dem zweiten Fall bildet der Winkel des Lichtstrahls einen Winkel von 45° zur Horizontalen, so dass er senkrecht auf die Grenzschicht zwischen Prismenplatte 150 und der darüber liegenden Luftschicht trifft und ungebrochen aus der Prismenplatte 150 austritt.
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Im dritten und in der 3A rechts dargestellten Fall, wird der von der LED 130 emittierte Lichtstrahl von einem Lichtstreuzentrum 120 in 3A nach unten gestreut, so dass er von der reflektierenden Schicht 140 reflektiert wird und dann ohne Ablenkung auf die Grenzschicht zwischen Lichtleiterplatte 110 und einer Luftschicht zwischen Lichtleiterplatte 110 und Prismenplatte 150 unter einem Einfallswinkel von α trifft. Der Brechungswinkel β bestimmt sich nach dem Snelliusschen Brechungsgesetz n·sinα = nL·sinβ = sinβ, wobei der Brechungsindex von Luft nL gleich 1 ist. Nach der nachfolgenden Brechung an der Grenzschicht zwischen Luft und Prismenplatte 150 mit Einfallswinkel β und Brechungswinkel γ verläuft der Lichtstrahl parallel zum Lichtstrahl in der Lichtleiterplatte 110, falls die Brechungsindices in Lichtleiterplatte 110 und Prismenplatte 150 identisch sind. In diesem Fall beträgt γ = α.
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Innerhalb der Prismenplatte 150 trifft der Lichtstrahl im vorliegenden Fall so auf die Grenzfläche zwischen Prismenplatte 150 und der Luft oberhalb der Prismenplatte 150, dass der Lichtstrahl in 3A senkrecht nach oben verläuft.
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3B beschreibt den allgemeinen Fall einer Lichtbrechung in der Lichtleiterplatte 110 mit einer darüber liegenden Luftschicht und Prismenplatte 150. Hierbei wird der von der LED 130 emittierte Lichtstrahl von einem Lichtstreuzentrum 120 in 3B nach unten gestreut, so dass er von der reflektierenden Schicht 140 reflektiert wird und dann auf die Grenzschicht zwischen Lichtleiterplatte 110 und einer Luftschicht zwischen Lichtleiterplatte 110 und Prismenplatte 150 unter einem Einfallswinkel von α trifft. Der Brechungswinkel β beträgt β = arcsin(n·sinα), wobei n der Brechungsindex des Materials der Lichtleiterplatte 110 und der Brechungsindex von Luft gleich 1 ist.
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Bei der nachfolgenden Brechung an der Grenzschicht zwischen Luft und Prismenplatte 150 ist der Einfallswinkel β und der Brechungswinkel γ = arcsin ((1/n)·sinβ). Falls die Brechungsindices der Prismenplatte 150 und der Lichtleiterplatte 110 gleich sind, folgt, dass γ gleich α ist.
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Da die Prismen der Prismenplatte 150 gleichschenklig und rechtwinklig sind, betragen die Winkel der oberen Kanten ±45° zur Horizontalen. Der Einfallswinkel δ auf die Grenzfläche zwischen der Prismenplatte 150 und der Luftschicht oberhalb der Prismenplatte 150 kann im vorliegenden Fall, in dem der Lichtstrahl auf die rechte Kante eines jeweiligen Prismas fällt, anhand des Dreiecks berechnet werden kann, in dem die Winkel γ und δ eingezeichnet sind.
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Aus elementaren geometrischen Überlegungen ergibt sich, dass sich in diesem Dreieck die Winkel γ und δ zu 135° addieren. Somit gibt sich für den Brechungswinkel ε = arcsin(n·sinδ) = arcsin(n·sin(135° – γ)) = arcsin(n·sin (135° – α)), wobei das letzte Gleichheitszeichen nur für den Fall der Gleichheit der Brechungsindices der Prismenplatte 150 und der Lichtleiterplatte 110 gilt.
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4 zeigt eine Schnittzeichnung einer dritten Implementierung eines erfindungsgemäßen Fliesen-Moduls 100. Das Fliesen-Modul 100 wird in einem Rahmen 170 gehalten, welcher aus einem unteren Teil 171 und einem oberen Teil 172 besteht. Der untere Teil des Rahmens 171 weist eine quadratische Grundplatte sowie einen daran angebrachten entsprechenden umlaufenden Rand auf.
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Hierbei ist auf dem unteren Teil des Rahmens 171 eine reflektierende Schicht 140 angebracht, insbesondere aufgeklebt, welche in der Schnittansicht der 4 am linken Ende eine Ausnehmung für in einer Reihe angeordnete LEDs 130 aufweist.
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Oberhalb der reflektierenden Schicht 140 ist eine Lichtleiterplatte 110 angebracht, welche ebenso wie die reflektierende Schicht 140 am linken Ende eine Ausnehmung für die LEDs 130 aufweist.
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In der Schnittansicht von 4 emittieren die LEDs 130 von links nach rechts Lichtstrahlen senkrecht durch die Lichtleiterplatte 110 hindurch. Das von den LEDs 130 emittierten Lichts wird entweder von den Lichtstreuzentren 120 in eine beliebige Richtung gestreut oder trifft für den Fall, dass keine Streuung stattfindet, zuerst aus der Lichtleiterplatte 110 aus und trifft dann auf eine zweite reflektierende Schicht 141, welche zwischen dem rechten Ende der Lichtleiterplatte 110 und dem rechten Rand des unteren Teils des Rahmens 171 senkrecht angeordnet ist, insbesondere am unteren Teil des Rahmen 171 befestigt oder aufgeklebt ist. Die reflektierende Schicht 141 verhindert Lichtverluste am Rahmen 170, indem sie das aus der Lichtleiterplatte 110 ausgetretene Licht wieder zurück in die Lichtleiterplatte 110 reflektiert.
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Die Lichtleiterplatte 110 besitzt am linken Ende eine Ausnehmung für eine Abdeckung 180, welche verhindert, dass für einen Betrachter bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Fliesen-Moduls 100 Licht direkt von den LEDs 130 oder Aufhellungen in Bereichen einer Einkopplung des von den LEDs 130 emittierten Lichts in die Lichtleiterplatte 110 sichtbar sind. Hierbei befindet sich die Abdeckung 180 zwischen dem Rahmen 170 oberhalb der LEDs 130 und innerhalb der Ausnehmung der Lichtleiterplatte 110. Hierbei bilden die Abdeckung 180 und die Lichtleiterplatte 110 jeweils an deren oberen Enden eine nahezu ebene Fläche, auf die eine nahezu quadratische Prismenplatte 150 eben angeordnet ist. Die Prismenplatte 150 weist hierbei keine Ausnehmung aus, jedoch weist Prismenplatte 150 ebenso wie in 1 und 2 dreieckige, gleichschenklige Prismen auf.
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Die Prismenplatte 150 und die reflektierende Platte 141 schließen nach oben hin auf derselben Höhe ab. Oberhalb der Prismenplatte 150 und der reflektierenden Schicht 141 ist eine mattierte Glasplatte 160 angebracht, welche einen als Sockel ausgeprägten dünneren Abschnitt und einen erhöhten dickeren Abschnitt aufweist.
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Die Glasplatte 160 ist mattiert, um durch die Prismenplatte 150 erzeugte Schliereneffekte zu kaschieren bzw. abzuschwächen oder im Idealfall zu verhindern.
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Ein oberer als Deckel ausgeprägter Teil des Rahmens 172 ist so oberhalb des Sockels angebracht, dass die Glasplatte 160 dadurch fest gehaltert wird. Hierbei wird der obere Teil des Rahmens 172 und der untere Teil des Rahmens 171 an mehreren Stellen mit Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln miteinander verbunden. Dadurch wird die Gesamtkonstruktion bestehend aus reflektierender Schicht 140, Lichtleiterplatte 110, LEDs 130, reflektierender Schicht 141, Abdeckung 180, Prismenplatte 150, Glasplatte 160 von den beiden Teilen des Rahmens 171, 172 so gehalten, dass das gesamte Fliesen-Modul 100 eine stabile Einheit bildet.
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Um zu vermeiden, dass Wasser oder andere Flüssigkeiten in das Innere des Fliesen-Moduls 100 eindringen, ist an einer Grenzfläche zwischen den beiden Rahmenteilen 171, 172 und der Glasplatte 160 eine wasserfeste Verklebung 190 angebracht.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fliesen-Modul
- 110
- Lichtleiterplatte
- 111
- Kante
- 120
- Lichtstreuzentren
- 130
- LED
- 140, 141
- reflektierende Schicht
- 150
- Prismenplatte
- 160
- Glasplatte
- 170
- Rahmen
- 171
- unterer Teil des Rahmens
- 172
- oberer Teil des Rahmens
- 180
- Abdeckung
- 190
- Verklebung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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