DE102015207569A1

DE102015207569A1 - Glas- oder Glaskeramikartikel

Info

Publication number: DE102015207569A1
Application number: DE102015207569.9A
Authority: DE
Inventors: Stephanie Mangold; Franziska Back; Philipp Treis; Urban Weber
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-10-27
Also published as: DE202015008962U1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Glas- und/oder eines Glaskeramikartikels, insbesondere einer Kochplatte oder eines Hob Tops mit beleuchteten Zonen, die die Erkennung der einzelnen Kochzonen oder Displaybereiche vereinfacht sowie den Glas- und/oder Glaskeramikartikel. Die beleuchteten Zonen werden verwirklicht durch die Kombination einer lichtführenden Schicht, welche bei Raumtemperatur flüssig-pastös auf ein Substrat appliziert werden kann, einer Lichtquelle und einer Auskoppel- bzw. Streuschicht, die das Licht definiert an den vorgesehenen Stellen aus der lichtführenden Schicht so auskoppelt, dass es von außen winkelunabhängig detektiert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Glaskeramikartikel sowie einen Artikel mit einem Glas mit vorzugsweise niedriger thermischer Ausdehnung, insbesondere gemäß Anspruch 1.
Derartige, insbesondere als Kochfeld oder sogenannte Hob Tops ausgeführte Glas- oder Glaskeramikartikel sind bereits in ganz unterschiedlichen Ausführungen bekannt.
Es besteht ein Bedarf, lichtführende Schichten bereitzustellen, die möglichst flexibel in Bezug auf die Gestaltung der lichtführenden Zonen, z.B. über Rakeln oder InkJet, auf Substrate appliziert werden können.
Bisher konnte eine Beleuchtung unterhalb der Kochfläche beispielsweise über ein Display realisiert werden. Eine andere Möglichkeit zur Beleuchtung unterhalb der Kochfläche besteht darin, eine gezielte Lichtführung und Lichtauskopplung über lichtführende Elemente bzw. Streuelemente außerhalb des Markierungsbereichs zu generieren. Im Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zu einer gezielten funktionalen bzw. dekorativen Beleuchtung unterhalb einer Kochfläche vorgeschlagen worden.
So beschreibt EP 2 635 849 A1 eine Möglichkeit zur Beleuchtung/Markierung der Kochzone einer Kochfläche bestehend aus einem Glaskeramiksubstrat kombiniert mit einem Lichtleiter, einer Lichtquelle (LED) außerhalb des Beleuchtungsbereichs und einem Mechanismus zum Auskoppeln des Lichtes.
Bevorzugt wird als Lichtleiter ein Dünnglas (Kalknatronglas, Borosilikatglas) bzw. ein organisch basiertes Substrat (PMMA) eingesetzt. Die Auskopplung des Lichtes wird über geometrische Texturen realisiert. Nachteilig dabei ist die geringe Flexibilität in der Applikationsmethode, in der Designvielfalt und nachgelagerten, kostenintensiven Prozesses zur Herstellung der lichtauskoppelnden Bereiche (z. B. Sandstrahlen, säurebasiertes Ätzen, Laserätzen etc.). Die Applikation des Lichtleiters erfolgt über Bonding bzw. durch einen Clipverschluss an das Substrat.
In EP 0 438 656 wird ein Kochfeld mit einer Leuchteinrichtung zur optischen Anzeige eines für eine Berührung zulässigen Bereichs in Abhängigkeit der zulässigen Temperatur bzw. der Erwärmung des Trägers (Restwärmeanzeige) beschrieben. Als Lichtleiter dienen ein Glasstab, Glüh- bzw. Glimmlampen. Nachteil der Erfindung ist die geringe Designvielfalt der zu beleuchtenden Bereiche, da aufgrund der Geometrie des Lichtleiters nur linienförmige und flächige oder lichtauskoppelnden Bereiche realisiert werden können.
In US 5,013,893 wird die Beleuchtung des Displaybereichs einer Kochfläche beschrieben. Als Lichtleiter wird ein transparentes Material verwendet, z.B. ein gebogener/stab-förmiger Glasstab (Quarzglas) bzw. optische Fasern. Nachteil der beschriebenen Erfindung sind die geringen Maximaltemperaturen in einem Displaybereich. Im Heißbereich einer Kochfläche werden deutlich höhere Temperaturen erreicht.
Eine lichtführende Glasplatte, die über eine strukturierte Schicht die Lichtauskopplung ermöglicht, ist in der WO 2011/080454 offenbart.
Ein Lichtelement bestehend aus PMMA bzw. PC mit mindestens einer Auskoppelkerbe zur Auskopplung des Lichtes ist Gegenstand der DE 10 2011 119 662 . Aufgrund der thermischen Beständigkeit sind diese lichtführenden Materialien nicht für die Anwendung im Bereich des Kochfeldes geeignet. Die mechanische Strukturierung des Lichtleiters stellt weiterhin eine wenig flexible, vielseitig einsetzbare Methode dar.
Schließlich beschreibt die DE 10 2011 003 677 ein temperaturstabiles, siliziumorganisches Schichtsystem basierend auf einem mit Polysiloxan modifizierten Sol-Gel-System (Schichtdicke: 20 µm) zur Herstellung von strukturierten Schichten. Die Temperaturstabilität wird über methyl- bzw. phenylfunktionalisierte Polysiloxane realisiert. Geeignete Polysiloxane werden zum Beispiel in US 3,585,065 ; US 4,107,148 ; US 3,170,890 und US 4,879,344 beschrieben. Eine Modifizierung der Materialzusammensetzung mit anorganischen Nanopartikeln (z. B. TiO₂) ermöglicht eine Brechzahlanpassung des Schichtmaterials.
Nach dem Stand der Technik wird die gezielte Lichtführung in einem Glaskeramikartikel wie etwa einem Kochfeld durch separate Komponenten, welche beispielsweise Glas umfassen, erreicht, was einen erhöhten Montage-aufwand sowie durch eine notwendige mechanische Kopplung eine erhöhte Versagenswahrscheinlichkeit mit sich bringt. Zudem verringert die Handhabung von rigiden Substraten die Designfreiheit für feine und geschwungene beleuchtete Kennzeichnungen oder Strukturen.
Der Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, mehr Flexibilität gegenüber vorbekannten Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, insbesondere auch vorgeformte, aus Glas bestehende Lichtleiter, welche beispielsweise die vorstehend erwähnten Nachteile haben, zu vermeiden oder zumindest deren Nachteile zu mindern.
Vorteilhaft ist es dabei, die Anzahl der notwendigen Komponenten in einem gattungsgemäßen Glas- oder Glaskeramikartikel zu reduzieren und somit auch dessen Versagenswahrscheinlichkeit zu minimieren.
Die Aufgabe wird mit dem in Anspruch 1 definierten Glas- oder Glaskeramikartikel gelöst, welcher insbesondere auch durch das in Anspruch 20 definierte Verfahren hergestellt werden kann.
Demgemäß sieht eine Ausführungsform der Erfindung einen Glas- oder Glaskeramikartikel, insbesondere ein Kochfeld mit einem Substrat vor, auf dem eine lichtführende Schicht mit einem niedrigen Absorptionskoeffizienten und einer hohen Transparenz aufgebracht ist, mit einem zum Auskoppeln von in der lichtführenden Schicht geführtem Licht ausgebildeten Mittel, wobei die lichtführende Schicht eine Mischung eines transparenten Silikonharzes und/oder eines Zweikomponentensilikons enthält. Das Mittel ist allgemein eine lichtumlenkende Einrichtung. Für die Lichtumlenkung ist insbesondere Reflexion, Streuung oder Beugung, insbesondere an eingebetteten Partikeln oder eingebrachten Strukturen geeignet. Hierbei sind neben den weiteren, nachstehend diskutierten Vorteilen insbesondere auch nicht Unterbrechungen der Schicht notwendig, um Licht auskoppeln zu können.
Die Erfindung schlägt beispielsweise einen Glas- oder Glaskeramikartikel, der als Kochplatte, sogenannter Hob Top oder zu unterschiedlichen Zwecken beleuchtbarer Glaskeramikkörper ausgeführt sein kann, mit beleuchteten Zonen vor. Dabei soll die Erkennung der einzelnen Kochzonen, Display- oder sonstiger Anzeigebereiche vereinfacht sein. Die beleuchteten Zonen werden durch die Kombination einer lichtführenden Schicht, welche bei Raumtemperatur flüssig-pastös auf einem Substrat appliziert werden kann, und ein Mittel zur definierten Lichtauskopplung derart, dass das Licht von außen winkelunabhängig detektiert werden kann, verwirklicht.
Dabei können Leuchtmittel eingesetzt werden, um die Erkennbarkeit von Funktionselementen wie etwa Stellflächen und dgl. zu verbessern.
Erfindungsgemäß werden lichtführende Elemente in den Glas- oder Glaskeramikartikel integriert beziehungsweise an diesem angeordnet. Es werden Schichtsysteme/Mehrschichtsysteme basierend auf einer Polysiloxankomponente und/oder einer Sol-Gel-Matrix vorgeschlagen, welche die Lichteinkopplung, Lichtführung und Lichtauskopplung ermöglichen.
Der erfindungsgemäße Glas- oder Glaskeramikartikel ist mit Vorteil thermisch stabil, transparent und damit für eine optische Anwendung und/oder für eine Anwendung für Gas- und/oder Induktions- und/oder Heizstrahlerkochflächen geeignet. Ein weiterer Vorteil liegt in der Herstellbarkeit bei Raumtemperatur sowie dessen Flexibilität hinsichtlich des Designs.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Glas- oder Glaskeramikartikels enthält die lichtführende Schicht ein hybrides organisch/anorganisches Bindersystem.
Mit Vorteil weist die lichtführende Schicht des erfindungsgemäßen Glas- oder Glaskeramikartikels eine hervorragende Transparenz sowie einen möglichst niedrigen Absorptionskoeffizienten auf.
Erfindungsgemäß sind die Schichten des Glas- oder Glaskeramikartikels vorzugsweise bis zu 270°C temperaturstabil, so dass sie als Lichtleiter für die definierten, höheren Temperaturen ausgesetzten Bereichen des Glas- oder Glaskeramikartikels nutzbar sind.
In einer Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Glas- oder Glaskeramikartikel eine lichtführende Schicht auf, die aus einem flüssig/pastös Beschichtungsmaterial mit einer Viskosität von 400–1000 mPa·s, bevorzugt von 500–900 mPa·s auf ein Substrat aufbringbar ist. Mit Vorteil kann die vollständige Schicht aus einem oder mehreren Beschichtungsvorgängen hervorgehen. Generell kann die Viskosität jedoch auch vorteilhaft Werte von 100 mPa·sec bis 10000 mPa·sec, bevorzugt von 500 mPa·sec bis 5000 mPa·sec und am bevorzugtesten von etwa 1000 mPa·sec aufweisen.
Zur Einstellung der Viskosität können erfindungsgemäß zusätzlich auch Lösungsmittel und/oder Silanverbindungen zugesetzt werden, im Speziellen bevorzugt Lösungsmittel mit einem niedrigen Dampfdruck von < 1 bar, bevorzugt < 0,5 bar, besonders bevorzugt < 0,1 bar bei Raumtemperatur und einem Siedepunk > 100 °C. Vorzugsweise wird ein Lösungsmittel mit einem Siedepunkt > 150 °C und einer Verdunstungszahl > 500, besonders bevorzugt mit einem Siedepunkt > 200 °C und einer Verdunstungszahl > 1000 verwendet. Derartige Lösungsmittel sind insbesondere: Glykole und Glykolether, Terpene und Polyole, sowie Mischungen aus diesen Lösungsmitteln. Unter anderem können Verwendung finden: Butylacetat, Methoxybutylacetat, Butyldiglykol, Butyldiglykolacetat, Butylglykol, Butylglykolacetat, Cyclohexanon, Diacetonalkohol, Diethylenglykol, Dipropylenglykolmonomethylether, Dipropylenglykolmonobuthylether, Propylenglykolmonobutylether, Propylenglykolmonopropylether, Propylenglykolmonoethylether, Ethoxypropylacetat, Hexanol, Methoxypropylacetat, Monoethylenglykol, Ethylpyrrolidon, Methylpyrrolidon, Dipropylenglykoldimethylether, Propylenglykol, Propylenglykolmonomethylether, Gemische aus parafinischen und naphthenischen Kohlenwasserstoffen, aromatische Kohlenwasserstoffgemische, Mischungen aromatischer alkylierter Hydrocarbone und Gemische von n-, i- und cyclo-Aliphaten. Geeignete Silane wären bevorzugt Alkoxysilane, z.B.: Tetraethoxysilane, Tetramethoxysilane, Glycidoxypropyltrioethoxysilane, Methyltriethoxysilane, Methacrylatopropyltriethoxysilane.
Bei einem erfindungsgemäßen hochtransparenten Beschichtungsmaterial zur Herstellung einer lichtführenden Schicht des erfindungsgemäßen Glas- oder Glaskeramikartikels umfasst zur Erzeugung der zu einer Lichtführung notwendigen Eigenschaften Silikone bzw. Silikonharze, denen ein anorganisch-organisches Hybridpolymer, sowie verschiedene Additive zugesetzt werden können. Für die lichtführenden Eigenschaften ist es dabei wichtig, dass Lichtwellen dämpfende (d.h. zum Beispiel streuende oder absorbierende) Inhaltsstoffe und/ oder Entmischungsphänomene vermieden werden. Dazu werden erfindungsgemäß sowohl die Silikone/Silikonharze als auch das Hybridpolymer und die Additive so ausgewählt, dass keine Entmischungsgrenzen, chemische Reaktionen zu Nanopartikeln und/oder größeren Partikeln und/oder Agglomeraten auftreten. Vorzugsweise weist die Schicht keine Partikel auf, die eine Ausdehnung größer als 75 nm, d.h. größer als ein Viertel der Wellenlänge (λ/4) der unteren Grenze des sichtbaren Spektralbereichs (ca. 300 nm) enthalten. Denn solche Partikel würden zu starken negativen Streueffekten in der lichtführenden Schicht führen.
Eine Schicht, welche wie vorstehend beschrieben keine Partikel oder zumindest weniger als 50 % an Partikeln aufweist, die eine Ausdehnung größer als 75 nm, d.h. größer als ein Viertel der Wellenlänge (λ/4) der unteren Grenze des sichtbaren Spektralbereichs, beispielsweise bei ca. 300 nm, enthalten wird im Sinne der Erfindung als Schicht mit hoher Transparenz bezeichnet, insbesondere wenn diese die in den Ansprüchen definierten Eigenschaften der Streuung aufweist.
Als Ausgangsstoffe für die Silikone werden bevorzugt transparente Zweikomponentensysteme mit kurzen Aushärtezeiten gewählt, wie zum Beispiel mit der Marke Lumisil^® der Firma Wacker gekennzeichnete. Als Ausgangsstoffe für die anorganisch-organische Binderkomponente können Metallalkoholate, bevorzugt in Form von kostengünstigen Alkoxysilanen verwendet werden. Weiter bevorzugt wird ein Tetraalkoxysilan Si(OR¹)4 mit OR¹: Methylat, Ethylat, Propylat, Butylat, sec. Butylat, in Kombination mit einem Trialkoxysilan welches einen organisch vernetzbare organischen Funktionalität besitzt, Si(OR¹)3R² eingesetzt. R₂ = Glycidyoxypropy, Methacryloxypropyl, Vinyl, Allyl. Die Kombination des Tetraalkoxysilanes mit einem organisch vernetzbaren, vorzugsweise UV-aushärtbaren, Trialkoxysilan ist von Vorteil. Denn diese Kombination verringert den Gesamtschrumpf der Schicht bei der Aushärtung, da mit der entstehenden kovalenten Bindung bei der organischen Polymerisation der R²-Gruppen kein Volumenschrumpf einhergeht. Die Kondensation der R¹-Gruppen zu einem Si-O-Si Netzwerk hat einen starken Volumenschrumpf zur Folge, welcher je nach Dicke der Schicht ausgehend von der Zugspannung innerhalb der Schicht zu Spannungsrissen führen kann.
Beobachtungen zeigten, dass die Zugspannung in den Schichten ebenfalls durch die flexiblen organischen Ketten, welche bei der Polymerisation der organischen Gruppen (R²) im Hybridpolymernetzwerk entstehen, verringert wird. Organisch vernetzbare Monomer-funktionalisierte Alkoxysilane können bspw. Glycidyoxypropyltriethoxysilan (GPTES), Methacryloxypropyltriethoxysilan (MPTES), Glycidyloxypropyltrimethoxysilan (GPTMS), Methacryloxypropyltrimethoxysilan (MPTMS), Vinyltriethoxysilan (VTES), Allyltriethoxysilan (ATES) sein.
Bevorzugt wird eine anorganisch-organische Binderkomponente in Form eines Hydrolysates im sauren oder alkalischen Medium hergestellt. Für eine stark verzweigte Vernetzung, während der Polymerisation bei der beim Vorliegen von jeweils nur einer organisch polymerisierbaren Funktion pro Monomer nur Ketten ausgebildet werden, können zusätzlich bi- und trifunktionale Vernetzermonomere, z.B. Bisepoxide oder Bismethacrylate, der Beschichtungslösung zugesetzt werden. Die Verzweigung des Netzwerkes verstärkt die Gerüstfunktion des Hybridpolymers, welches für den Erhalt der Konturschärfe der lichtführenden Schicht notwendig ist.
Wahlweise wird noch ein weiteres Metallalkoholat eingesetzt, bspw. Zr(OR¹)4, Ti(OR¹)4, Al(OR¹)3. bspw. Zirkontetrapropylat, Titantetraethylat oder Aluminiumsekundärbutylat.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Glas- oder Glaskeramikartikels ist die lichtführende Schicht in einer Dicke ausgeführt, dass in ihr eine Licht-emittierende Diode (LED) aufgenommen werden kann. Dazu weist die lichtführende Schicht vorzugsweise eine Dicke von wenigstens 200 µm auf, so dass Licht effizient über externe Lichtquellen einkoppelbar ist.
Um die für die Lichtleitung notwendige hohe Beschichtungsdicke von mehr als 200 µm zu erreichen, werden bevorzugt Silikone (Polysiloxane) verschiedenster Ausführungen genutzt. Denn diese können durch die frei beweglichen Ketten über hohe Rotations-, Translations- und Schwingungsfreiheitsgrade entstehende Zugspannungen beim Trocknen der Schicht auf dem Substrat kompensieren und somit eine Rissbildung vermeiden. Schichten mit Hybridpolymeren können funktionalisierte und/oder nicht funktionaliserte Polysiloxane, bevorzugt Phenyl-Methyl-Polysiloxane, bevorzugt mit möglichst geringem Lösungsmittelanteil von weniger als 25 % nach der Masse, zugesetzt werden, welche thermisch bei Temperaturen von größer als 170°C durch Kondensationsreaktionen endständiger Hydroxylgruppen zusätzlich miteinander vernetzt werden können. Über die endständigen Hydroxylgruppen der Polysiloxanharze werden diese bei dem thermischen Aushärteschritt ebenfalls über Kondensationsreaktionen in das anorganisch-organische Hybridpolymernetzwerk integriert.
Um die geforderte Schichtdicke von etwa mehr als 200 µm zu erreichen, ist es weiterhin notwendig, dass bei einem möglichen Einsatz von Sol-Gel-Bindern die Binderkomponente zum Polysiloxan/ Silikon im Gewichtsverhältnis 1:3–1:6, bevorzugt 1:3,5–1:5, im Speziellen besonders bevorzugt 1:4 beträgt. Die hohen Freiheitsgrade der beweglichen Polysiloxanketten erhöhen auch hier die Flexibilität der Schicht, so dass Spannungsrisse durch Zugspannung erst bei Schichtdicken zwischen 200 und 700 µm auftreten.
Die lichtführende Beschichtung soll hohe Designfreiheiten erlauben. Eine wichtige Voraussetzung hierfür sind der Erhalt der Kantenschärfe. Um hohe Konturtreue bei Beschichtungsdicken von mehr als 200 µm zu realisieren, kann erfindungsgemäß zusätzlich ein speziell entwickeltes Verfahren zur Verhinderung des Verfließens von scharfen Kanten genutzt werden.
Nach einer Beschichtung des Substrates kann eine Vorhärtung der Schicht photochemisch mittels UV-Licht oder thermisch durch kurze, intensive Infrarot-(IR)-Bestrahlung initiiert werden. Durch die angestoßene radikalische und/oder kationische Polymerisation können die Silikonketten oder vorhandene organische Gruppen miteinander vorvernetzt werden. Dieses verhindert das Verfließen der Kanten bei Viskositätserniedrigung durch Erwärmung, bevor der die Beschichtung durch Kondensationsreaktionen aushärtet. Für die schnellere Initiierung der radikalischen/thermischen Polymerisation können der Beschichtungslösung käufliche UV-Radikal- und/oder Kation-Starter bzw. thermische Radikal- und/oder Kations-Starter zugesetzt werden, z.B. Diaryliodiniumsalze oder Acylphosphinoxide.
Die erfindungsgemäße Beschichtung ist bei niedrigen Temperaturen zwischen 150°C und 300°C, bevorzugt zwischen 180 °C und 270 °C aushärtbar. Die Aushärtezeit der lichtführenden Schicht liegt zwischen 15 min und 200 min, bevorzugt unter 90 min, besonders bevorzugt unter 60 min.
Die erfindungsgemäßen Schichten, insbesondere die lichtführende Schicht ist temperaturstabil bis zu 270°C, so dass sie für den Einsatz unterhalb einer Kochfläche geeignet ist. Eine Erhitzung der Schicht, z.B. durch das Verschieben eines heißen Topfes auf die beschichteten Zonen des als Kochfläche ausgeführten Glas- oder Glaskeramikartikels hat keine Verfärbung, Delaminierung oder Beeinflussung der lichtleitenden Wirkung zur Folge.
Die erfindungsgemäße Beschichtung kann durch Druck- oder Rakelverfahren auf das Substrat appliziert werden. Hierfür eignen sich u.a. ein Standard-Rakelverfahren, Ink-Jet Druck oder der Off-set Druck.
Bevorzugt beträgt die Schichtdicke nach Auftrag auf das Substrat mindestens 200 µm, bevorzugt > 300 µm, besonders bevorzugt > 400µm. Nach der thermischen Härtung der Schicht beträgt die Schichtdicke mindestens > 150 µm, bevorzugt > 200µm, besonders bevorzugt > 300 µm.
Die erreichbaren hohen Schichtdicken haben den Vorteil, dass im Nassfilm eine Licht emittierende Diode (LED) integriert werden kann. Nach Aushärtung der Schicht ist die LED in der Schicht fixiert. Somit treten mit Vorteil keine Lichteinkopplungsverluste auf, die beim Übertritt von Licht zwischen zwei Medien unterschiedlicher Brechungsindizes (in diesem Falle Luft/lichtführende Schicht) beobachtbar und messbar sind.
Die ausgehärtete lichtführende Schicht eignet sich aufgrund der erreichbaren Konturtreue und Konturschärfe auch zum Einkoppeln von Licht aus einer externen Lichtquelle.
Die Transmission der erfindungsgemäßen Beschichtung bei einer Schichtdicke von mindestens 200 µm liegt im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 700 nm zwischen 80 % und 100 %, bevorzugt zwischen 85 % und 100%, besonders bevorzugt zwischen 90 % und 100 %. Die Streuung (Haze) der erfindungsgemäßen Beschichtung bei einer Schichtdicke von mindestens 200 µm liegen im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 700 nm zwischen 0 % und 3%, bevorzugt zwischen 0 % und 1,5 %, besonders bevorzugt zwischen 0 % und 0,5 %.
Der Absorptionskoeffizient bzw. die Dämpfungskonstante α des Wellenleiters, welcher die Dämpfung einer spezifischen Wellenlänge über den zurückgelegten Weg des Lichtes beschreibt, liegt für die erfindungsgemäße lichtführende Schicht bei Wellenlängen von λ = 400 nm, 560 nm, 700 nm bei 0 cm^–1 bis 0,5 cm^–1, besonders bevorzugt bei 0 cm^–1 bis 0,3 cm^–1, im Speziellen besonders bevorzugt bei 0 cm^–1 bis 0,15 cm^–1.
Für die Auskopplung des Lichts aus der lichtführenden Schicht kann erfindungsgemäß eine Streuschicht verwendet werden. Bevorzugt besteht die Streuschicht aus einer Matrix mit streuenden Pigmenten. Als Matrix kann unter anderem ein organisch-anorganisches Sol verwendet werden. Das organisch-anorganische Sol wird bevorzugt aus Metallalkoholaten synthetisiert, meist in Form von kostengünstigen Alkoxysilanen. Bevorzugt wird ein Tetraalkoxysilan Si(OR¹)₄ mit OR¹: Methylat, Ethylat, Propylat, Butylat, sec. Butylat, in Kombination mit einem Trialkoxysilan verwendet, welches einen organisch vernetzbare organischen Funktionalität besitzen kann. Die Summenformel dieser Silane ist: Si(OR¹)₃R² mit R² = Glycidyoxypropy, Methacryloxypropyl, Vinyl, Allyl. Weitere mögliche Matrizen für die Streupartikel sind Polyurethane, Polyacrylate, Polyalkane, Polyethylenglykole, Polyether, Phenolharze, Silikonharze oder Silikone.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Glas- oder Glaskeramikartikels sind die Streupartikel meist anorganisch und weisen einen Durchmesser zwischen 15 nm–50 µm, bevorzugt zwischen 100 nm–5 µm auf. Die verwendeten anorganischen Streupartikel sind meist Metalloxide, z.B. TiO₂, SiO₂, Fe₂O₃, ZrO₂ oder Effekt- bzw. Glimmerpigmente.
Auch Streulacke bestehend aus einer Matrix und Streupartikeln können im Rahmen der Erfindung wahlweise mittels Siebdruck, Sprühverfahren, Spincoating, Dipcoating oder Rakeln auf das Substrat aufgebracht werden. Für die Abstimmung der Viskosität des Lackes auf die Applikationsmethode können dem Lack organische Lösungsmittel zugesetzt werden.
In einer Sonderform für flächige Beleuchtungen können kleine Streupartikel in geringer Menge zwischen 0,001 Gew.-% bis 2 Gew.-% direkt in die lichtführende Schicht eingebracht werden. Diese können eine teilweise Auskopplung des Lichtes homogen über eine Fläche ermöglichen.
Alternativ zu dem Vorsehen einer Streuschicht ist bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Glas- oder Glaskeramikartikels eine Auskopplung des in der lichtführenden Schicht geführten Lichts über eine Strukturierung der lichtführenden Schicht vorgesehen. Dazu ist bevorzugt mindestens eine der Begrenzungsflächen der lichtführenden Schicht wenigstens teilweise strukturiert. Ferner kann das Substrat strukturiert sein und so zu einer Auskopplung des in der lichtleitenden Schicht geführten Lichts beitragen oder allein bewirken.
Die Beschichtung wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise auf ein starres Substrat, insbesondere Glas- oder Glaskeramik aufgebracht. Besonders bevorzugt wird eine Glaskeramik als Substrat verwendet. Das Substrat kann auch vorbeschichtet sein. Bevorzugt wird als Substrat eine Lithium-Aluminium-Silikat-Glaskeramik (Li₂O-Al₂O₃-SiO₂) (LAS) mit Hochquarz-Mischkristallen und/oder Keatit-Mischkristallen als vorherrschende Kristallphase verwendet.
Wird Glas als Substrat verwendet, ist es vorteilhaft, wenn dieses einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, beispielsweise einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher in einem Bereich von weniger als 10^–6, insbesondere von weniger als 10^–7 K^–1 bis 10^–5 K^–1 bei Temperaturen von etwa 0 bis 300 °C liegt.
Weiter bevorzugt werden LAS-Glaskeramiken mit TiO₂ und/oder ZrO₂ und oder SnO₂ als Keimbildner verwendet. Die verwendeten Substrate können weniger als 1000 ppm, bevorzugt weniger als 500 ppm, besonders bevorzugt weniger als 200 ppm Arsen und/oder Antimon enthalten. In einer Ausführungsform ist die verwendete transparente Glaskeramik Arsen- und Antimon-frei. Der Kristallphasengehalt der Glaskeramikscheiben beträgt bevorzugt 50–85 %, besonders bevorzugt 60–80 %, ganz besonders 64–77 %. Die bevorzugte Dicke der Glaskeramikscheibe zur Erzielung der notwendigen Festigkeitswerte beträgt 0,8 mm bis 6 mm, bevorzugt 2,5 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt 3,5 mm bis 4,5 mm.
Der Glas- oder Glaskeramikartikel kann ferner vorteilhaft eine dekorative Schicht, vorzugsweise mit einer zumindest die dekorative Schicht wenigstens teilweise schützenden Versiegelungsschicht umfassen.
Wenn bei dem Glas- oder Glaskeramikartikel das Substrat zumindest abschnittsweise planar oder nahezu vollständig planar ausgebildet ist, kann dieses vorteilhaft nicht nur als Kochfeld sondern auch als Fenster, beispielsweise als Fenster in einem Feuerschutz- oder Sicherheitsbereich eingesetzt werden. Vorteilhaft weist es dabei zumindest auch einen planaren Oberflächenabschnitt auf.
Falls bei dem Glas- oder Glaskeramikartikel das Substrat zumindest abschnittsweise nicht-planar, insbesondere zylinderförmig oder gebogen ausgebildet ist, kann dieses vorteilhaft als Sichtscheibe, beispielsweise als Sichtscheibe für Feuerstellen eingesetzt werden.
Mit schalen- oder wokförmiger Ausbildung können ferner auch Gar- und/oder Kochgeschirre bereitgestellt werden.
Ferner kann das Substrat auch Vertiefungen in planaren Oberflächenabschnitten aufweisen, beispielsweise um Bedienelemente taktil zu kennzeichnen.
Bevorzugt liegt bei dem Glas- oder Glaskeramikartikel der Absorptionskoeffizient der lichtführenden Schicht bei Wellenlängen von λ = 400 nm, 560 nm, 700 nm in einem Bereich von 0 cm^–1 bis 0,5 cm^–1, besonders bevorzugt bei 0 cm^–1 bis 0,3 cm^–1, im Speziellen besonders bevorzugt bei 0 cm^–1 bis 0,15 cm^–1.
Die Transmission der die Schicht umfassenden oder aus dieser bestehenden Beschichtung liegt vorteilhaft bei einer Schichtdicke von mindestens 200 µm im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 700 nm in einem Bereich zwischen 80 % und 100 %, bevorzugt zwischen 85 % und 100%, besonders bevorzugt zwischen 90 % und 100 %.
Die Streuung der die Schicht umfassenden oder aus dieser bestehenden Beschichtung liegt bei einer Schichtdicke von mindestens 200 µm im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 700 nm in einem Bereich zwischen 0 % und 3%, bevorzugt zwischen 0 % und 1,5 %, besonders bevorzugt zwischen 0 % bis 0,5 %.
Bei der Herstellung des Glas- oder Glaskeramikartikels kann nach Aufbringen der lichtführenden Schicht die lichtführende Schicht vorgehärtet werden. Hierdurch sind feiner Strukturen herstellbar, da ein Verlaufen der feineren Strukturen vermieden oder zumindest vermindert werden kann.
Vorteilhaft kann die lichtführende Schicht unter Verwendung von UV-Strahlung und/oder unter Verwendung von IR-Strahlung vorgehärtet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den begleitenden, teilweise schematisch vereinfachten und in unterschiedlichen Maßstäben gehaltenen Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Glaskeramikartikel,
2 einen Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels mit einem transparenten Substrat,
3 den Schichtaufbau aus 2 mit einer integrierten LED in einer lichtführenden Schicht,
4 eine hinsichtlich des Schichtaufbaus andere Ausführung des erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels,
5 schematisch eine Vernetzung des Materials einer Hybridpolymerschicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels,
6 beispielhafte Designmöglichkeiten zur Auskopplung von Licht in bestimmten Bereichen in einer Draufsicht auf einen Glaskeramikartikel,
7 eine Streuschicht und eine lichtführende Schicht eines erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels auf einem genopptem Substrat,
8 eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels mit der Streuschicht auf der lichtführenden Schicht und einem genoppten Substrat,
9 eine noch weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Glas- oder Glaskeramikartikels,
10 eine nochmals weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels mit einer Streuschicht zwischen der lichtführenden Schicht und dem Substrat,
11 eine nochmals weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels mit einer Streuschicht zwischen der lichtführenden Schicht und dem Substrat,
12 weitere beispielhafte Designmöglichkeiten zur Auskopplung von Licht in bestimmten Bereichen in einer Draufsicht auf einen Glaskeramikartikel,
13 nochmals weitere beispielhafte Designmöglichkeiten zur Auskopplung von Licht in bestimmten Bereichen in einer Draufsicht auf einen Glaskeramikartikel und
14 nochmals weitere beispielhafte Designmöglichkeiten zur Auskopplung von Licht in bestimmten Bereichen in einer Draufsicht auf einen Glaskeramikartikel.
Wie in 1 schematisch vereinfacht dargestellt ist, wird eine erfindungsgemäße lichtführende Schicht 2 auf einem Substrat 1 aufgebracht. Das Substrat 1 ist vorzugsweise aus einem Glas oder Glaskeramik gebildet. Ein die lichtführende Schicht 2 bildendes Material wird dabei bevorzugt in einem fließfähigen bzw. flüssigen Zustand auf das Substrat 1 aufgebracht und anschließend bei Temperaturen bevorzugt zwischen 180 °C und 270 °C ausgehärtet. Die Aushärtezeit des die lichtführende Schicht 2 bildenden Materials liegt dabei bevorzugt unter 90 min.
Wie in 1 gezeigt kann die lichtführende Schicht 2 strukturiert werden. Bei einem erfindungsgemäßen in 2 gezeigten Schichtaufbau des erfindungsgemäßen glaskeramischen Artikels ist auf dem Substrat 1 eine dekorative Schicht 6 und darauf eine Versiegelungsschicht 7 aufgebracht. Von einer Oberfläche 7a der Versiegelungsschicht 7 her sind zwei beabstandete Ausnehmungen 3 in die dekorative Schicht 6 und die Versiegelungsschicht 7 eingebracht. Die Ausnehmungen 3 sind mit einer Streuschicht 5 ausgefüllt, die von in einem Matrixmaterial eingebetteten Streupartikeln gebildet wird. Sie hat die Funktion, Licht aus der lichtführenden Schicht 2 auszukoppeln, welche keine Aussparungen aufweisen muss.
Die lichtführende Schicht 2 kann dabei auch vollflächig auf einer Seite des Substrats 1 angebracht sein.
Außerhalb der Streuschicht 5 ist das Substrat 1 und die auf diesem erzeugte dekorative Schicht 6 mit der Versiegelungsschicht 7 bedeckt. Im Bereich des Substrats 1 ist oberhalb der Streuschichtstreifen 5 und der Versiegelungsschicht 7 eine erfindungsgemäße lichtführende Schicht 2 aufgebracht, bei welcher der Bereich oberhalb der Kochzonen vorteilhaft frei bleiben kann.
Wird die lichtführende Schicht 2 in ausreichender Schichtdicke von etwa mehr als 200 µm als Dickschicht aufgebracht, so kann wie in 3 dargestellt eine lichtemittierende Diode (LED) 8 in die Schicht 2 eingebettet werden. Nach einer Aushärtung der lichtführenden Schicht 2 ist die LED 8 dann innerhalb des Glaskeramikartikels fixiert. Von der lichtemittierenden Diode 8 ausgesandtes Licht wird innerhalb der lichtführenden Schicht 2 wie in der 3 schematisch vereinfacht dargestellt durch Reflexionen der Lichtstrahlen 9 unter dem Winkel der Totalreflexion an dem Übergang lichtführender Schicht 2 und der umgebenden Luft und an dem Übergang der mit unterschiedlichen Brechungsindizes behafteten Versiegelungsschicht und der lichtführenden Schicht 2 so reflektiert, dass sie sich im Wesentlichen innerhalb der lichtführenden Schicht 2 bewegen.
Im Bereich der mit der Streuschicht 5 ausgefüllten Ausnehmung 3 in der dekorativen Schicht 6 liegt für die in Richtung des Substrats 1 in die Streuschicht 5 eintretenden Lichtstrahlen 9b die Bedingung der Totalreflexion nicht mehr vor, sodass Licht aus der lichtführenden Schicht 2 ausgekoppelt wird und in das Substrat 1 die anhand der Lichtstrahlen 9b veranschaulicht eintritt. Erfindungsgemäß ist das Substrat 1 ein für sichtbares Licht durchlässiges Substrat. Ein in 4 gezeigter alternativer Aufbau unterscheidet sich von demjenigen nach der 3 dadurch, dass die Streuschicht 5 in einer Ausnehmung der porösen dekorativen Schicht 6 unterhalb der lichtführenden Schicht 2 vorgesehen ist. Die Versiegelungsschicht 7 ist bezüglich der lichtführenden Schicht dem Substrat 1 gegenüberliegend nach außen versiegelnd vorgesehen. Der Vorteil des Schichtaufbaues nach 4 ist darin zu sehen, dass mögliche Lichtverluste aus der lichtführenden Schicht 2 durch deren Oberflächenbeschädigungen oder Anlagerungen und dergleichen vermieden werden können.
Wie nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele zur Herstellung des erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels im Detail beschrieben wird, wird erfindungsgemäß als lichtführende Schicht 2 eine Schicht mit einem vernetzten Polysiloxanharz 10 und einem ebenfalls vernetzten anorganisch/organischen Hybridpolymer 11 eingesetzt (5). Ist der erfindungsgemäße Glaskeramikartikel als Kochfeld ausgeführt, so können die zur Auskopplung von Licht dienenden Bereiche der Streuschicht 5, wie in der 6 gezeigt, in bestimmten Anordnungen eingebracht sein, um Licht entsprechend in kreisförmigen Bereichen oder in einem balkenförmigen Design aus der Kochfläche austreten zu lassen. Mit dem Bezugszeichen 2 sind dabei diejenigen Stellen des Substrats 1 bezeichnet, an welchen die lichtführende Schicht 2 sichtbar ist.
Wie exemplarisch anhand der 7 dargestellt ist, kann das Substrat 1’ eine im Wesentlichen wellenförmige bzw. genoppte Oberflächenstrukturierung 1’a aufweisen, die von der lichtführenden Dickschicht 2 bedeckt ist. Eine auf einem Abschnitt des strukturierten Substrats 1’ aufgebrachte Streuschicht 5 koppelt dann von einer Leuchtdiode 8 ausgesandtes Licht durch die Oberfläche 2a der lichtführenden Schicht 2, die dem Substrat 1 gegenüber liegt, aus. Die Auskopplung an der dem Substrat 1 gegenüberliegenden Oberfläche 2a der lichtführenden Dickschicht 2 kann erfindungsgemäß auch dadurch erreicht werden, dass die Streuschicht 5 unterhalb der Oberfläche 2a der lichtführenden Schicht 2 partiell vorgesehen ist. Dabei kann sogar, wie in 8 dargestellt, die Streuschicht 5 gegenüber der Oberfläche 2a der lichtführenden Schicht 2 nach außen hervorstehen.
Ferner kann das Substrat 1 auch zumindest abschnittsweise nicht-planar, insbesondere gebogen, zylinder-, schalen- oder wokförmig ausgebildet sein und/oder Vertiefungen in planaren Oberflächenabschnitten aufweisen.
Bei einem in 9 dargestellten Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels ist die als Dickschicht ausgeführte lichtführende Schicht 2 zwischen zwei Schichten 12, 7 mit einem Brechungsindex n₁₂, n₇, der niedriger als derjenige n₂ der lichtführenden Schicht 2 ist vorgesehen. Dabei ist zwischen der Versiegelungsschicht 7 und der lichtführenden Schicht 2 eine Zwischenschicht 14 vorgesehen, welche die lichtführende Schicht 2 gemeinsam mit der Schicht 12 einbettet. Dadurch wird erreicht, dass in der lichtführenden Schicht 2 erzeugtes oder darin eingestrahltes Licht die Schicht in einem ungestörten Zustand nicht verlässt, sondern durch Totalreflexionen an den die lichtführende Schicht 2 zu beiden Seiten begrenzenden Schichten niederen Brechungsindexes n₁₂, n₇ verbleibt. Die Auskoppelung des Lichtes aus der lichtführenden Schicht 2 erfolgt lediglich durch eine Unterbrechung der die lichtführende Schicht 2 zum Substrat 1 hin umgebende Schicht 7 niederen Brechungsindexes n₇, die als Versiegelungsschicht 7 ausgeführt sein kann, und Ausfällen der Unterbrechungen mit einer Streuschicht 5.
Die erfindungsgemäßen lichtführenden Schichtsysteme/Mehrschichtsysteme sind über den im Folgenden beschriebenen Herstellungsprozess zugänglich. Dabei wird das Schichtsystem/Mehrschichtsystem auf ein Substrat aufgebracht, um eine funktionale bzw. dekorative Beleuchtung eines Glaskeramikartikels, der als Kochfläche, als Glas- bzw. Glaskeramikscheibe zu unterschiedlichen Zwecken oder beleuchtbarer Glaskeramikkörper ausgeführt sein kann, zu realisieren. Hierbei können auch Mehrschichtsysteme mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufgetragen werden.
Dazu werden beispielhafte Herstellungen der in dem erfindungsgemäßen Glaskeramikartikel eingesetzten lichtführende Dickschicht dargelegt. Entsprechend werden nach einem ersten Ausführungsbeispiel werden 100 g der Komponente A des Lumisil^® LR 7600-50 mit 100 g der Komponente B des mit der Marke Lumisil^® gekennzeichneten Stoffs LR 7600-50 verrührt. Die Lösung wird 10 min gerührt. Nach vollständiger Vermischung der Beschichtungslösung wird mittels eines Rakels eine 500 µm dicke Schicht auf eine Glaskeramik mit teilweiser Streuschichtbedruckung aufgebracht und anschließend 1 h bei 200 °C ausgehärtet. Man erhält eine Transmission von 100 %, eine Streuung (Haze) von 0,05 % und einen Absorptionskoeffizienten bei 560 nm von 0,07 cm^–1.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel werden 100 g der Komponente A des Lumisil^® LR 7600-50 mit 10 g Triethoxysilane vermengt. Nach einer Rührzeit von 10 min werden 100 g der Komponente B des Lumisil^® LR 7600-50 zur Lösung gegeben. Die Lösung wird 10 min gerührt. Nach vollständiger Vermischung der Beschichtungslösung wird mittels eines Rakels eine 500 µm dicke Schicht auf eine Glaskeramik mit teilweiser Streuschichtbedruckung aufgebracht und anschließend 1 h bei 200 °C ausgehärtet. Man erhält eine Transmission von 98 %, eine Streuung (Haze) von 0,4 % und einen Absorptionskoeffizienten bei 560 nm von 0,10 cm^–1.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel werden 0,21 mol Methacryloxypropyltriethoxysilan (MPTES) und 0,05 mol Tetraethoxysilan (TEOS) mit Wasser versetzt und hydrolysiert. Anschließend wird das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt und 53,5 g Binder erhalten. 5,21 g dieses Binders werden 20,70 g des Phenyl-Methyl Silikonharzes Silikophen 80 X, 2,63 g Diethylenglykolmonoethylether, 0,42 g des radikalischen UV-Starters Irgacure 819, 0,04 g BYK 307 zugegeben. Die Lösung wird 10 min gerührt. Nach vollständiger Vermischung der Beschichtungslösung wird mittels eines Rakels eine 500 µm dicke Schicht auf eine Glaskeramik aufgebracht. Diese Schicht wird 2 min mittels eines UV-Strahlers vorgehärtet und anschließend 1 h bei 230 °C ausgehärtet. Man erhält eine Transmission von 93%, eine Streuung (Haze) von 0,13 % und einen Absorptionskoeffizienten bei 560 nm von 0,10 cm^–1.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel schließlich werden 0,08 mol Glycidyloxypropyltriethoxysilan (GPTES) und 0,02 mol Tetraethoxysilan (TEOS) mit 0,02 mol para-Toluolsulfonsäure versetztem Wasser hydrolysiert. Anschließend wird das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt und 23,0 g Binder erhalten. 4,45 g dieses Binders werden 17,80 g des Phenyl-Methyl Silikonharzes Silikophen 80 X, 2,23 g Diethylenglykolmonoethylether, 0,12 g des kationischen UV-Starters Irgacure 250 zugegeben. Die Lösung wird 10 min gerührt. Nach vollständiger Vermischung der Beschichtungslösung wird mittels eines Rakels eine 500 µm dicke Schicht auf eine Glaskeramik aufgebracht. Diese Schicht wird 2 min mittels eines UV-Strahlers vorgehärtet und anschließend 1 h bei 230 °C ausgehärtet. Die Transmission beträgt 92%, die Streuung bzw. der Haze ist 0,22 % und der Absorptionskoeffizient bei 560 nm ist gleich 0,14 cm^–1.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden 0,69 mol Methacryloxypropyltriethoxysilan (MPTES), 0,69 mol Tetraethoxysilan (TEOS) und 0,34 mol Methyltriethoxysilan mit Wasser versetzt und hydrolysiert. Anschließend wird das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt und 324,2g Binder erhalten. 3,78 g dieses Binders werden 15,11 g des Phenyl-Methyl Silikonharzes Silikophen 80 X, 1,89 g Diethylenglykolmonoethylether, 0,31 g des radikalischen UV-Starters Irgacure 819 zugegeben. Die Lösung wird 10 min gerührt. Nach vollständiger Vermischung der Beschichtungslösung wird mittels eines Rakels eine 500 µm dicke Schicht auf eine Glaskeramik aufgebracht. Diese Schicht wird 2 min mittels eines UV-Strahlers vorgehärtet und anschließend 1 h bei 230 °C ausgehärtet. Als Ergebnis erhält man eine Transmission von 92%, einen Haze von 0,43 % sowie einen Absorptionskoeffizient 0,20 cm^–1 gemessen bei 560 nm.
In einem den Stand der Technik wiedergebenden Vergleichsbeispiel werden 0,69 mol Methacryloxypropyltriethoxysilan (MPTES), 0,69 mol Tetraethoxysilan (TEOS) und 0,34 mol Methyltriethoxysilan mit Wasser versetzt und hydrolysiert. Anschließend wird das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt und 324,2g Binder erhalten. 3,78 g dieses Binders werden 3,78 g des Phenyl-Methyl Silikonharzes Silikophen 80 X, 2,5 g SiO2-Nanopartikel IPA-ST-UP in Diethylenglykolmonoethylether und Airex 931 zugegeben. Die Lösung wird 10 min gerührt. Nach vollständiger Vermischung der Beschichtungslösung wird mittels eines Rakels eine 500 µm dicke Schicht auf eine Glaskeramik aufgebracht. Nach Härtung der Schicht wird diese trüb und Spannungsrisse treten auf. Das Licht kann daher nicht innerhalb der Schicht geführt bzw. geleitet werden. Daneben treten mit Nachteil Streuungseffekte in der Schicht auf.
In 10 ist eine nochmals weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels mit einer Streuschicht 5 zwischen der lichtführenden Schicht 2 und dem Substrat 1 dargestellt, bei welcher gegenüber der in 9 dargestellten Ausführungsform jedoch nicht die Schicht 12 aufgebracht ist. Hierdurch wird gegenüber der in 9 dargestellten Ausführungsform eine verbesserte Totalreflexion innerhalb der lichtführenden Schicht 2 bereitgestellt. Diese Ausführungsform eignet sich besonders gut in Bereichen, in welchen Sorge dafür getragen wurde, beispielsweise durch ausreichende Belüftung, dass sich kein Kondenswasser bildet, welches sich an der lichtführenden Schicht absetzt und zu unerwünschter Lichtauskoppelung führen kann.
In 11 ist eine nochmals weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Glaskeramikartikels mit einer Streuschicht 5 zwischen der lichtführenden Schicht 2 und dem Substrat 1 gezeigt, bei welcher die Lichtquelle 8 auch an einem nicht seitlich der lichtführenden Schicht 2 gelegenen Ort angeordnet sein kann, beispielsweise (in Einbaulage gesehen) unterhalb der lichtführenden Schicht 2. Durch Streukörper 15 kann dennoch das Licht der Lichtquelle 8 in die lichtführende Schicht 2 eingekoppelt werden. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei dünnen lichtführenden Schichten 2, deren Dicke beispielsweise unterhalb der seitlichen Ausdehnungen der Lichtquelle 8 liegen.
Die vorstehend beschriebenen Schichten können beispielsweise mittels Siebdruck aufgebracht werden und können, in Abhängigkeit der Maschenweite des jeweils verwendeten Siebs, Strukturgrößen von ab etwa 270 μm aufweisen. Diese feinen Strukturen zusammen mit deren unterbrechungsfreien Darstellbarkeit bieten gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik weitere Vorteile bezüglich eines flexibleren oder auch höher aufgelösten Designs.
Weitere beispielhafte Designmöglichkeiten zur Auskopplung von Licht zeigen die 12, 13 und 14.
Diese Figuren zeigen wie 6 jeweils eine Aufsicht auf ein Kochfeld von oben, welches beispielsweise ein Strahlungs- oder induktiv beheiztes Kochfeld sein kann. In den mit dem Bezugszeichen 2 versehenen Bereichen kann jeweils Licht wie vorstehend beschrieben ausgekoppelt werden.
In 12 sind beispielhaft Randbereiche oder Kaltbereiche mit Licht entsprechend hervorhebbar, welches in hektischem Geschehen mehr Sicherheit für abzustellendes, noch nicht zu verarbeitendes Gargut bereitstellen kann.
13 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform, bei welcher jeweils Randbereiche von Heizzonen des Kochfelds durch Lichtaustrittsbereiche abgegrenzt werden.
14 zeigt eine nochmals weitere beispielhafte Designmöglichkeiten zur Auskopplung von Licht, bei welcher in einem mittleren Bereich dieser Figur und des darin dargestellten Kochfelds sowohl ornamentale Strukturen als auch in einem rechten Randbereich der Ort von Bedienelementen durch austretendes Licht hervorgehoben werden können.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, jeweils temperaturabhängig lokal verschiedene Farben zur Beleuchtung zu verwenden. So kann, beispielsweise durch Verwendung verschieden farbiger Leuchtdioden, jeweils ein wärmerer oder heißer Bereich oder dessen Randbereich innerhalb eines Kochfelds durch verschiedene Farben sichtbar gemacht werden. Vorteilhaft hierbei ist die spektrale Breitbandigkeit der jeweiligen vorstehend beschriebenen Bestandteile des Glas- oder Glaskeramikartikels.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung insbesondere auch die Herstellung eines Glas- und/oder eines Glaskeramikartikels, insbesondere einer Kochplatte oder eines Hob Tops mit beleuchteten Zonen, die die Erkennung der einzelnen Kochzonen oder Displaybereiche vereinfacht sowie den Glas- und/oder Glaskeramikartikel. Die beleuchteten Zonen werden verwirklicht durch die Kombination einer lichtführenden Schicht, welche bei Raumtemperatur flüssig-pastös auf ein Substrat appliziert werden kann, einer Lichtquelle und einer Auskoppel- bzw. Streuschicht, die das Licht definiert an den vorgesehenen Stellen aus der lichtführenden Schicht so auskoppelt, dass es von außen winkelunabhängig detektiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2635849 A1 [0005]
EP 0438656 [0007]
US 5013893 [0008]
WO 2011/080454 [0009]
DE 102011119662 [0010]
DE 102011003677 [0011]
US 3585065 [0011]
US 4107148 [0011]
US 3170890 [0011]
US 4879344 [0011]

Claims

Glas- oder Glaskeramikartikel, insbesondere Kochfeld mit einem Substrat (1), auf dem eine lichtführende Schicht (2) mit einem niedrigen Absorptionskoeffizienten und einer hohen Transparenz aufgebracht ist, mit einem zum Auskoppeln von in der lichtführenden Schicht (2) geführtem Licht (9, 9b) ausgebildeten Mittel (5), wobei die lichtführende Schicht (2) eine Mischung eines transparenten Silikonharzes und/oder eines Zweikomponentensilikons enthält.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach Anspruch 1, ferner umfassend eine dekorative Schicht (6), vorzugsweise mit einer zumindest die dekorative Schicht (6) wenigstens teilweise schützenden Versiegelungsschicht (7).
Glas- oder Glaskeramikartikel nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Substrat (1) zumindest abschnittsweise planar ausgebildet ist und zumindest einen planaren Oberflächenabschnitt (7a) aufweist.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Substrat (1) zumindest abschnittsweise nicht-planar, insbesondere gebogen, zylinder-, schalen- oder wokförmig ausgebildet ist und/oder Vertiefungen in planaren Oberflächenabschnitten aufweist.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, bei welchem der Absorptionskoeffizient der lichtführenden Schicht (2) bei Wellenlängen von λ = 400 nm, 560 nm, 700 nm in einem Bereich von 0 cm^–1 bis 0,5 cm^–1, besonders bevorzugt bei 0 cm^–1 bis 0,3 cm^–1, im Speziellen besonders bevorzugt bei 0 cm^–1 bis 0,15 cm^–1 liegt.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Transmission der die Schicht (2) umfassenden oder aus dieser bestehenden Beschichtung bei einer Schichtdicke von mindestens 200 µm im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 700 nm in einem Bereich zwischen 80 % und 100 %, bevorzugt zwischen 85 % und 100%, besonders bevorzugt zwischen 90 % und 100 % liegt.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Streuung (Haze) der die Schicht (2) umfassenden oder aus dieser bestehenden Beschichtung bei einer Schichtdicke von mindestens 200 µm liegen im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 700 nm in einem Bereich zwischen 0 % und 3%, bevorzugt zwischen 0 % und 1,5 %, besonders bevorzugt zwischen 0 % bis 0,5 % liegt.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtführende Schicht (2) ein hybrides organisch/anorganischen Bindersystem enthält.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der lichtführenden Schicht (2) in einem flüssigpastösen Zustand eine Viskosität von 100 mPa·sec bis 10000 mPa·sec, bevorzugt von 500 mPa·sec bis 5000 mPa·sec und am bevorzugtesten von etwa 1000 mPa·sec aufweist.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtmaterial der lichtführenden Schicht (2) bis zu einer Temperatur von 270°C temperaturstabil ist.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtführende Schicht (2) eine zu einer Aufnahme einer lichtemittierenden Diode (8) geeignete Schichtdicke aufweist.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtmaterial der lichtführenden Schicht (2) ein Lösungsmittel mit einem Dampfdruck von kleiner als 1 bar bei Raumtemperatur und einen Siedepunkt von größer als 100°C aufweist.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Auskoppelung von Licht aus der lichtführenden Schicht (2) als Strukturierung wenigstens einer Begrenzungsfläche der lichtführenden Schicht (2) ausgeführt ist.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtführende Schicht (2) zur Auskoppelung von Licht (9b) eine Streuschicht (5) aufweist.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuschicht Partikel mit einem Durchmesser kleiner als 75 nm aufweist.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuschicht (5) anorganische Streupartikel mit einem Durchmesser zwischen 15 nm–50 µm aufweist.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Streupartikel Metalloxide und/oder Effekt- bzw. Glimmerpigmente umfassen.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtführende Schicht (2) Polysiloxane enthält.
Glas- oder Glaskeramikartikel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtführende Schicht (2) Sol-Gel-Binder aufweist, wobei eine Binderkomponente zum Polysiloxan-Silikon in einem Massenverhältnis 1:3 bis 1:6 steht.
Verfahren zur Herstellung eines Glas- oder Glaskeramikartikels, insbesondere eines Kochfelds, nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Kochfeld ein Substrat (1) umfasst, auf dem eine lichtführende Schicht (2) mit einem niedrigen Absorptionskoeffizienten und einer hohen Transparenz aufgebracht wird, mit einem zum Auskoppeln von in der lichtführenden Schicht (2) geführtem Licht (9, 9b) ausgebildeten Mittel (5), wobei die lichtführende Schicht (2) eine Mischung eines transparenten Silikonharzes und/oder eines Zweikomponentensilikons enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Glas- oder Glaskeramikartikels, insbesondere eines Kochfelds, nach Anspruch 20, bei welchem nach Aufbringen der lichtführenden Schicht (2) die lichtführende Schicht (2) vorgehärtet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Glas- oder Glaskeramikartikels, insbesondere eines Kochfelds, nach Anspruch 21, bei die lichtführende Schicht (2) unter Verwendung von UV-Strahlung vorgehärtet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Glas- oder Glaskeramikartikels, insbesondere eines Kochfelds, nach Anspruch 21, bei die lichtführende Schicht (2) unter Verwendung von IR-Strahlung vorgehärtet wird.