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Die Erfindung betrifft ein transparentes Lichtleiter-Material zum Verbinden zweier Substrate, insbesondere ein transparentes Lichtleiter-Material zur Herstellung von Lichtleitern für Leuchtmittel, Beleuchtungselementen oder kompletten Leuchten, insbesondere zur Herstellung von Frontlights (Beleuchtung von vorne) für die homogene Ausleuchtung von reflektierenden Displays (z.B. E-Ink Displays) oder Leuchtelementen, die die Lichtintensität extrem punktförmiger LED (Light Emitting Diode)-Lichtquellen auf einen große Leuchtoberfläche verteilen und somit die Blendung deutlich reduzieren. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anzeige-Vorrichtung für reflektive Displays sowie ein Verfahren zur Herstellung von blendreduzierten LED Beleuchtungselementen.
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Vorrichtungen zur Verbesserung der Lesbarkeit von reflektierenden Displays (E-Ink) bei dunklen Umgebungen sind beispielsweise aus der Patentschrift „Enhancing low light usability of electrophoretic displays“ (
US Patent 8824040 B1 ) bekannt. Es besteht fortwährend Bedarf, derartige Anzeige-Vorrichtungen durch eine enegerieeffiziente und Platz-optimierte Beleuchtung von vorne mittels eines Frontlights zu verbessern.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein transparentes Lichtleiter-Material bereitzustellen, welches die Herstellung energieeffizienter und homogenerer Ausleuchtung bei optimiertem Dickenaufbau für reflektierende Anzeige-Vorrichtungen, ermöglicht.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein transparentes Lichtleiter-Material bereitzustellen, welches zwischen 2 Substraten laminiert wird und als Lichtleiter mit einer homogenen Verteilung von Streuzentren punktförmiges Lichtverteilungen von Lichtquellen, wie z.B. LEDs (Light Emitting Diodes) auf eine große Fläche zu verteilen und eine homogenen Lichtverteilung zur erzielen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, den Grundbestandteil eines transparenten Lichtleiter-Materials mit mindestens einem flüssigen Zusatz zu versehen, wobei der Grundbestandteil und der Zusatz unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein transparentes Lichtleiter-Material mit einem flüssigen Zusatz besonders einfach prozesstechnisch verarbeitet werden kann, da sich beliebige Formen mit diesem Material ausfüllen lassen. Der flüssige Zusatz lässt sich insbesondere besonders gut dem Grundbestandteil beimischen.
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Aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes lässt sich damit auf einfache Weise eine leichte Trübung des transparenten Lichtleiter-Materials erreichen. Dies ist insbesondere für die Streuung von Licht von Vorteil. Das transparente Lichtleiter-Material eignet sich mit anderen Worten insbesondere zur Herstellung einer lichtleitenden Verbindungsschicht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung liegt der Brechungsindex des Grundbestandteils des transparenten Lichtleiter-Materials im Bereich von 1,1 bis 2,5, insbesondere im Bereich von 1,4 bis 1,6.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung unterscheiden sich die Brechungsindizes des Grundbestandteils und des mindestens einen Zusatzes um mindestens 0,01, insbesondere um mindestens 0,1, insbesondere um mindestens 0,2, insbesondere mindestens 0,3.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Grundbestandteil im Ausgangszustand flüssig. Es handelt sich insbesondere um ein aushärtbares Material. Als Grundbestandteil dient insbesondere ein Polymer, insbesondere ein aushärtbares Polymer. Als Grundbestandteil dient insbesondere ein Polymer, welches beim Aushärten eine transparente Matrix bildet. Weitere Details werden im Folgenden näher beschrieben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen der Grundbestandteil und der mindestens eine Zusatz ein Volumenverhältnis im Bereich von 1 : 1 bis 1000 : 1, insbesondere von mehr als 10 : 1, insbesondere mehr als 100 : 1 auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Zusatz kristalline Bereiche auf oder bildet kristalline Strukturen aus. Dies führt zu einer vorbestimmten Trübung des transparenten Lichtleiter-Materials.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bilden der Grundbestandteil und der mindestens eine Zusatz eine Emulsion. Der Grundbestandteil und der mindestens eine Zusatz sind nicht-mischbar. Hierunter sei insbesondere verstanden, dass der Grundbestandteil und der mindestens eine Zusatz bei der Vermengung keine homogene Phase bilden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung bilden der Grundbestandteil und der mindestens eine Zusatz eine Mikroemulsion oder eine Makroemulsion.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der mindestens eine Zusatz nicht-flüchtig. Der mindestens eine Zusatz weist insbesondere eine vernachlässigbare Mobilität im gehärteten Material auf.
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Die Mobilität gilt in diesem Zusammenhang als vernachlässigbar, wenn sich eine stabile Emulsion/Dispersion einstellt. Ein nicht-flüchtiger Zusatz hat den Vorteil, dass er nicht mit der Zeit aus der Matrix verdampft. Ein Zusatz mit einer vernachlässigbaren Mobilität hat den Vorteil, dass er nicht mit der Zeit phasensepariert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Grundbestandteil des transparenten Lichtleiter-Materials aushärtbar und der mindestens eine Zusatz derart gewählt, dass er beim Aushärten des Grundbestandteils ebenfalls aushärtet und/oder zumindest teilweise kovalent an den Grundbestandteil gebunden wird. Hierdurch wird die Stabilität der ausgehärteten Lichtleiterschicht verbessert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung dient als Grundbestandteil ein Polymer, welches beim Aushärten eine transparente Matrix bildet. Der Grundbestandteil kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe der Silikone, Acrylate, Epoxide, Polyurethane, Polyester oder Hybride dieser Stoffe. Andere Materialien sind ebenso möglich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der mindestens eine Zusatz ausgewählt aus der Gruppe der Copolymere, Polyethylen, Silikonöle, hochkristalline Thermoplaste, acrylatfunktionale Oligomere oder Monomere. Andere Zusätze sind ebenfalls denkbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das transparente Lichtleiter-Material mehrere Zusätze. Es kann insbesondere mehrere flüssige Zusätze umfassen. Es kann auch flüssige und feste Zusätze umfassen.
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Als weitere Zusätze kommen insbesondere die folgenden für sich genommen oder in Kombination in Frage: Nanopartikel, Stabilisatoren, beispielsweise zum UV-Schutz, Adhäsionspromoter, oder Reaktionsbeschleuniger.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der mindestens eine Zusatz eine vollständige zweite Formulierung. Diese kann insbesondere bei Silikonen phenylsubstituierte vinylfunktionale Siloxanketten, einen phenylsubstituierten hydrosilan-funktionalen Vernetzter und einen in dem Gemisch löslichen Platinkatalysatorkomplex umfassen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine reflektive Anzeige-Vorrichtung, insbesondere ein E-Ink Display, insbesondere ein sonstiges rein reflektives Display in der Ablesbarkeit in dunkler und extrem heller (z.B. bei direkter Sonnenlichteinstrahlung) Umgebung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anzeige-Vorrichtung mit einer reflektiven Anzeige welche von vorne mittels des transparenten Lichtleiter-Materials beleuchtet wird. Hierbei sind nicht nur plane Lichtleiterstrukturen zu betrachten, sondern insbesondere gekrümmte Anzeigen oder insbesondere 3D-verformte Anzeigenstrukturen möglich.
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Es ist auch möglich, ein Cover mittels des transparenten Lichtleiter-Materials auf die reflektive Anzeige aufzubringen. Es ist auch möglich, eine Schicht des transparenten Lichtleiter-Materials zwischen zwei transparenten Covern einzubringen und die dadurch gebildete SandwichStruktur zur Beleuchtung zu verwenden.
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Die Cover können aus Glas oder Kunststoffen, insbesondere PMMA (Polymethylmethacrylat), PC (Polycarbonat) oder PET (Polyethylenteraphthalat) sein oder entsprechende Materialien umfassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die eine oder mehrere Schichten des transparenten Lichtleiter-Materials jeweils eine Dicke im Bereich von 50 µm bis 1 mm auf. Grundsätzlich kann die Gesamtdicke der Schichten des transparenten Lichtleiter-Materials beliebig groß sein. Sie kann insbesondere bis zu 1 mm, insbesondere bis zu 5 mm, insbesondere bis zu 10 mm betragen.
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Die gesamte Dicke der transparenten Lichtleiterschicht hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Im Falle eines Covers, welches auf die reflektive Anzeige aufgebracht werden soll, liegt die Gesamtdicke der Lichtleiterschicht insbesondere im Bereich von 0,3 mm bis 1,0 mm. Im Falle eines Beleuchtungselementes, welches auf die reflektive aufgebracht wird, kann die Gesamtdicke der Lichtleiterschicht im Bereich von einigen Millimetern, insbesondere im Bereich von bis zu 10 mm, insbesondere im Bereich von 3 mm bis 10 mm liegen, insbesondere im Bereich von 5 mm bis 20 mm.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer reflektiven Anzeige-Vorrichtung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch Bereitstellen eines transparenten Lichtleiter-Materials gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus denen des transparenten Lichtleiter-Materials. Das vorhergehend beschriebene transparente Lichtleiter-Material ermöglicht insbesondere eine prozesstechnisch einfachere Verarbeitung. Es ermöglicht insbesondere, die Herstellung einer Lichtleiterschicht mit verbesserten, insbesondere homogeneren Eigenschaften. Über die Konzentration des Zusatzes lässt sich die Stärke der Streuung auf einfache Weise anpassen. Die Beimischung des Zusatzes ermöglicht eine besonders einfache Handhabung.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Herstellung eines transparenten Lichtleiter-Materials, insbesondere die Herstellung eines transparenten Lichtleiter-Materials mit einer vorbestimmten Trübung, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch Beimischen mindestens eines flüssigen Zusatzes zu einem Grundbestandteil gelöst, wobei der mindestens eine Zusatz und der Grundbestandteil unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele anhand der Figuren.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 der transparente Lichtleiteraufbau beschrieben. 1.1 bis 1.3 zeigen ein Beispiel für solche eine Lichtleiterstruktur. In 1.1 befindet das transparente Lichtleiter-Material (1.6) zwischen 2 transparenten Covern (1.1) und (1.2) und einer transparenten Einfassung (1.3). Die Cover und die Einfassung bestehen aus transparentem Material, insbesondere Glas, insbesondere Kunststoffen wie PC (Polycarbonat), PMMA (Polymethylmethacrylat) oder PET (Polyethylenteraphthalat). In den transparenten Lichtleiter wird seitlich mittels LEDs (1.5), welche auf einer Leiterplatte (1.4) oder Anschlussfolie (1.4) montiert ist, Licht eingekoppelt. Lichtstreuung findet nur im Bereich des transparenten Lichtleiter-Materials statt und führt somit zu einer homogenen Abstrahlung in Richtung der beiden Cover (1.1) und (1.2). Die Abstrahlung in Richtung der Cover kann deutlich erhöht werden, wenn die transparente Einfassung (1.3) durch ein reflektierendes Material ersetzt wird.
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1.2 zeigt die Form der Lichtleiters in der Frontansicht. Grundsätzlich kann der Lichtleiter eine beliebige Form haben, insbesondere rund, so wie beispielhaft in 1.3 dargestellt.
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Als eine weitere Ausführung dieser Erfindung lässt sich der Aufbau in 1 insbesondere auch in Fensterelementen integrieren. Licht welches von außen durch das Fenster fällt, wird an den Streuzentren gestreut. Dies führt zu einer homogeneren Ausleuchtung der Innenräume durch Tageslicht. Bei Dunkelheit können dann Beleuchtungselemente, insbesondere LEDs eingeschaltet werden und zu einer großflächigen, homogenen Ausleuchtung der gesamten Fensterscheibe führen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung, können die beiden transparenten Cover (1.1) und (1.2) aus thermisch oder chemisch gehärtetem Glas bestehen. Dies führt insbesondere zu einer mechanisch extrem stabilen Sandwitch-Struktur, die insbesondere Schlägen und/oder Falltests aus hoher Höhe unbeschadet überstehen.
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Weiterhin lässt sich das Cover (1.2) durch eine reflektierende Fläche ersetzten bzw. wird eine Seite des Covers (1.2) verspiegelt. Bei eingeschalteten LEDs (1.5) wird das in den transparenten Lichtleiter eingekoppelte Licht gestreut. Hierbei wird das Licht, welches in Richtung der reflektierenden Fläche gestreut wird, von dieser in Richtung des oberen Covers (1.1) reflektiert. Somit wird das Licht in Richtung des Covers (1.1) homogenisiert und in der Intensität deutlich erhöht (nahezu verdoppelt). Somit wird in diesem Ausführungsbeispiel einen homogen selbstleuchtenden Spiegel beschrieben. Dieses eignet sich für den Einsatz im Badbereich oder in jedem anderen Bereich wo Spiegel eingesetzt werden.
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Ein weiteres Beispiel wird in 2 beschrieben. Hierbei befindet sich das transparente Lichtleiter-Material zwischen einem transparenten Cover (2.1) und einem reflektiven Displayanzeige (2.2). Das Cover (2.1) besteht insbesondere aus Glas oder transparenten Kunststoffe wie PC, PMMA oder PET. Das Licht wird über LEDs seitlich eingekoppelt und an der gegenüberliegenden Seite am Reflektor (2.3) reflektiert. Im transparenten Lichtleiter-Material wird das Licht homogen auf die reflektive Display-Anzeige (2.2) gestreut. Das gestreute Licht wird wiederum von der refleltiven Display-Anzeige reflektiert und der Displayinhalt wird für den Betrachter auch bei dunklen Umgebungshelligkeiten sichtbar.
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Weiterhin wird durch das Verkleben des transparenten Covers (2.1) und des reflektiven Displays (2.2) mittels dem transparenten Lichtleiter die Reflexion an der Grenzschicht zwischen beiden Lagen deutlich reduziert. Der Effekt ist bereits von transmissiven LCD (Liquid Crystal Display) unter dem Namen optisches Bonden bekannt. Dies führt in sehr hellen Umgebungen, insbesondere bei direkter Sonneneinstrahlung zu einer deutlichen Reduzierung der Reflektion an der Grenzschicht und somit zu deutlich besseren Ablesbarkeit der reflektiven Anzeigeeinheit in Außenbereichen.
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Diese Anzeigeeinheit, reflektive Display-Anzeige mit Lichtleiter aus transparentem Lichtleiter-Material, kann auch beliebig geformt sein ( 3.1). Mittels dieses Aufbaus lassen sich auch insbesondere komplett runde Display-Anzeigen realisieren (elektronische Litfaßsäule) wie in 3.2 dargestellt ist.
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Eine weitere Anwendung für das transparente Lichtleiter-Material ist das Füllen von Leuchtmittelkörpern, wie z.B. einer Glühlampenform mit LED Leuchtmittel (4). Das transparente Lichtleiter-Material mit den Streuzentren führt zu einer breiteren Verteilung der Lichtstrahlen und somit zu einer Reduzierung der Blendwirkung der punktförmigen Leichtquelle. Außerdem wird so der Hohlraum teilweise oder vollständig mit festem Material ausgefüllt. Dies ist insbesondere für Beleuchtungsanwendungen in explosionsgeschützten Umgebungen interessant. Durch das Ausfüllen der Hohlräume können keine explosiven Gase in das Leuchtmittel eindringen. Somit ist ein Zünden des Gases im Leuchtkörper ausgeschlossen.
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Im Folgenden wird das transparente Lichtleiter-Material der Verbindungsschicht (1.6) genauer beschrieben. Das Lichtleiter-Material umfasst einen Grundbestandteil und mindestens einen Zusatz. Bei dem Grundbestandteil handelt es sich um einen optischen transparenten Klebstoff (optical adhesive). Der Grundbestandteil ist insbesondere transparent. Er weist einen Brechungsindex nG auf. Der Brechungsindex des Grundbestandteils liegt insbesondere im Bereich von 1,4 bis 1,5.
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Als Grundbestandteil kann insbesondere ein flüssiger, optisch-klarer Klebstoff dienen. Als Grundbestandteil kann insbesondere ein aushärtbarer Klebstoff dienen.
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Der Grundbestandteil kann Urethan-Verbindungen und/oder AcrylVerbindungen und/oder Silikon-Verbindungen und/oder Exopy-Verbindungen umfassen.
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Der Zusatz ist derart ausgebildet, dass er eine Vielzahl von Streuzentren im Grundbestandteil bildet. Er weist insbesondere einen Brechungsindex nZ auf, welcher von dem des Grundbestandteils nG verschieden ist: nZ ≠ nG.
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Der Zusatz kann aus einem nicht-transparenten, das heißt einem optisch dichten Material sein. Der Zusatz kann insbesondere auch aus einem transparenten Material sein.
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Der Zusatz umfasst eine Vielzahl von Partikeln, insbesondere in Form von Nanopartikeln. Diese nanoskalären Partikel können vor der Applizierung des Lichtleiter-Materials in das transparente Lichtleiter-Material gemischt werden.
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Bei den Partikeln kann es sich um sphärische Nanopartikel handeln. Es kann sich auch um Nanoröhrchen (Nanotubes), Nanostäbchen (Nanorods), Nanodrähte (Nanowires), Nanoflocken (Nanoflakes) oder andere unsymmetrische Strukturen handeln.
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Als Partikel können insbesondere elementare Nanopartikel, beispielsweise Kohlenstoff-, Silber- Kupfer oder Goldnanopartikel dienen. Es können auch polymerbasierte Nanopartikel verwendet werden. Als Nanopartikel eignen sich insbesondere Siliziumdioxid-, Titandioxid-, Bariumoxid- oder andere Metalloxid-Nanopartikel. Prinzipiell sind alle Arten von Partikeln, die zu einer Streuung von Licht führen, geeignet.
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Der Zusatz macht einen Teil von höchstens 15 Vol.-%, insbesondere höchstens 10 Vol.-%, insbesondere höchstens 5 Vol.-%, insbesondere höchstens 3 Vol.-%, insbesondere höchstens 2 Vol.-%, insbesondere höchstens 1 Vol.-%, insbesondere höchstens 0,5 Vol.-%, insbesondere höchstens 0,3 Vol.-%, insbesondere 0,2 Vol.-%, insbesondere höchstens 0,1 Vol.-%, insbesondere höchstens 0,01 Vol.-% des Grundbestandteils aus.
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Bezüglich der Eigenschaften der Partikel, aus welchen der transparente Lichtleiter (1.6) gebildet wird, sei auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen.
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Die Partikel können vor Aufbringen des transparenten Lichtleiter-Materials mit dem Grundbestandteil desselben vermischt werden. Sie sind in diesem Fall im Grundbestandteil verteilt, insbesondere homogen verteilt.
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Im Folgenden werden noch einmal Merkmale und Vorteile der vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele stichwortartig zusammengefasst.
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Beim Grundbestandteil handelt es sich insbesondere um einen optischen Klebstoff (Optical Adhesive), insbesondere um einen flüssigen, insbesondere aushärtbaren optischen Klebstoff.
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Der Grundbestandteil ist insbesondere optisch homogen. Er weist einen Brechungsindex auf, welcher demjenigen von Glas bzw. transparenten Kunststoffen ähnelt. Der Brechungsindex des Grundbestandteils liegt insbesondere im Bereich von 1,4 bis 1,5.
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Der Zusatz ist insbesondere mit dem Grundbestandteil vermischt. Er ist insbesondere homogen mit dem Grundbestandteil vermischt. Das Lichtleiter-Material kann insbesondere eine Dispersion, insbesondere eine homogene Dispersion, bilden. Der mindestens eine Zusatz kann insbesondere im Grundbestandteil dispergiert sein.
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Bei dem transparenten Lichtleiter-Material handelt es sich insbesondere um ein transparentes Lichtleiter-Material zur Ablesbarkeit von reflektierenden Display-Anzeigen in dunklen Umgebungen. Das transparente Lichtleiter-Material kann aber auch zur homogenen Verteilung von Licht von punktförmigen Lichtquellen, insbesondere LEDs, und somit als Beleuchtungselement wirken. Hierdurch wird die Blendung der punktförmigen Lichtquelle deutlich reduziert.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Zusatz eine Vielzahl von Partikeln. Der Zusatz umfasst insbesondere eine Vielzahl von Nanopartikeln. Es kann sich beim Zusatz insbesondere um Partikel, insbesondere Nanopartikel, handeln.
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Unter Nanopartikeln seien hierbei nanoskalige Partikel verstanden. Derartige Partikel weisen eine Größe im unteren Mikrometer- oder Nanometerbereich, insbesondere im Bereich von 1 nm bis 30 µm, insbesondere im Bereich von 2 nm bis 10 µm auf. Unter Größe sei hierbei insbesondere die maximale Ausdehnung, insbesondere ihre Länge, in einer beliebigen Richtung verstanden. Die maximale Ausdehnung der Partikel beträgt insbesondere höchstens 80 µm, beträgt, beträgt insbesondere höchstens 50 µm, insbesondere höchstens 5 µm, insbesondere höchstens 3 µm, insbesondere höchstens 1 µm, insbesondere höchstens 800 nm, insbesondere höchstens 500 nm, insbesondere höchstens 300 nm, insbesondere höchstens 200 nm, insbesondere höchstens 100 nm.
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Die Partikel, insbesondere die Nanopartikel, bilden Streuzentren zur Streuung von Licht.
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Der Zusatz, insbesondere die Partikel, weisen insbesondere einen Brechungsindex nZ auf, welcher vom Brechungsindex nG des Grundbestandteils abweicht: nZ ≠ nG.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Zusatz auch einen veränderbaren Brechungsindex aufweisen. Dies ermöglicht es, die Eigenschaften des Zusatzes und damit der Lichtleiter-Vorrichtung auf einfache Weise zu verändern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung macht der Zusatz einen Anteil von höchstens 15 Vol.-%, insbesondere höchstens 10 Vol.-%, insbesondere höchstens 5 Vol.-%, insbesondere höchstens 3 Vol.-%, insbesondere höchstens 3 Vol.-%, insbesondere höchstens 1 Vol.-%, insbesondere höchstens 0,5 Vol.-%, insbesondere höchstens 0,3 Vol.-%, insbesondere höchstens 0,2 Vol.-%, insbesondere höchstens 0,1 Vol.-%, insbesondere höchstens 0,01 Vol.-% des Grundbestandteils aus. Durch einen geringen Anteil des Zusatzes lassen sich einerseits die optischen, andererseits die mechanischen Eigenschaften des Lichtleiter- Materials und damit der Anzeige-Vorrichtung verbessern. Je geringer der Anteil des Zusatzes zur Ausleuchtung der reflektiven Displays, desto geringer ist die Streuung und desto besser sind die reflektiven Display-Anzeigen ohne Blendung abzulesen. Ein geringerer Anteil des Zusatzes ermöglicht insbesondere eine höhere Transparenz des Lichtleiter- Materials. Dies ermöglicht es, reflektive Displays, insbesondere E-Ink Displays, insbesondere im Hinblick auf Lesbarkeit in dunklen Umgebungen, zu verbessern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Zusatz Partikel ausgewählt aus folgender Liste: elementare Partikel, insbesondere Kohlenstoff-, Silber-, Kupfer- und/oder Gold-Partikel, Partikel aus Metall-, Halbmetall- oder Halbleiteroxiden, insbesondere Siliziumdioxid, Zinkoxid, Titandioxid, Bariumoxid, Aluminiumoxid oder Eisenoxide, Glas(hohl)kugeln, organische oder anorganische Salze, insbesondere wasserunlösliche Salze, insbesondere Magnesiumfluorid oder Calciumfluorid, und organische bzw. polymerbasierte Partikel, insbesondere Dendrimere oder Blockcopolymere, leitfähige Polymere oder Mesogene. Die Partikel können auch aus anorganischen Verbindungen bestehen oder Bestandteile aus derartigen Verbindungen aufweisen. Sie können insbesondere ausgewählt sein aus der folgenden Liste von Verbindungen: Sulfate, Sulfide, Hydroxide, Chromate, Vanadate, Carbonate oder Salze.
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Bei den Partikeln kann es sich insbesondere um Carbonnanoröhrchen (Carbonnanotubes), Silbernanodrähte (Silvernanowires), Silbernanoflocken (Silvernanoflakes) oder Zinkoxidnanostäbchen (Zincoxidenanorodes) handeln. Sie können auch aus einem elektrisch leitfähigen Material sein.
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Derartige Partikel haben sich als besonders geeignet erwiesen, Streuzentren im Grundbestandteil des transparenten Lichtleiter-Materials zu bilden.
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Der Zusatz kann eine einzige Sorte der vorhergehend beschriebenen Partikel umfassen. Der Zusatz kann auch zwei, drei, vier oder mehr unterschiedliche Sorten der vorhergehend beschriebenen Partikel umfassen. Unter Sorte sei hierbei sowohl die chemische Zusammensetzung als auch die Größe und/oder die geometrische Struktur des Zusatzes verstanden. Der Zusatz kann insbesondere Partikel unterschiedlicher Größe aufweisen. Die Verteilung der Partikelgrößen kann unimodal, bimodal, trimodal oder multimodal sein.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der transparente Lichtleiter luftspaltfrei beabstandet zum reflektiven Display-Anzeige oder zwischen 2 Cover angeordnet. Hierdurch wird insbesondere die mechanische Stabilität der Anzeige-Vorrichtung verbessert. Es ist insbesondere vorgesehen, den Raum zwischen Cover und dem reflektiven Display vollständig mit dem transparenten Lichtleiter-Material auszufüllen. Hierbei können weitere Bestandteile in das transparente Lichtleiter-Material eingebettet sein.
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Im Folgenden wird eine weitere Variante des transparenten Lichtleiter-Materials zur Herstellung eines Leuchtsystems beschrieben. Die allgemeinen Details des transparenten Lichtleiter-Materials entsprechen denen der vorhergehenden Beschreibung, auf die hiermit verwiesen wird.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass für die Reduzierung der Blendung von LEDs lichtstreuendes Material, benötigt wird. Das transparente Lichtleiter-Material weist eine vorbestimmte Trübung bzw. eine bestimmte Anzahl an Streuzentren auf.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Homogenität des transparenten Lichtleiter-Materials, insbesondere dessen optischen Eigenschaften, dadurch verbessert werden kann, dass dem Grundbestandteil ein flüssiger Zusatz beigemischt wird. Bei dem transparenten Lichtleiter-Material handelt es sich somit insbesondere um eine Emulsion, vorzugsweise um eine Mikroemulsion oder eine Makroemulsion. Grundsätzlich kann das transparente Lichtleiter-Material auch als submikrone Emulsion oder als Nanoemulsion ausgebildet sein.
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Der Grundbestandteil und der mindestens eine Zusatz bilden mit anderen Worten ein Flüssig-Flüssig-System. Ein derartiges Flüssig-Flüssig-System führt zu Vorteilen bei der prozesstechnischen Verarbeitung. Der mindestens eine flüssige Zusatz kann insbesondere mittels einfacher Rührwerke in den Grundbestandteil des transparenten Lichtleiter-Materials eingemischt werden. Andere Mischtechniken wie beispielsweise Ultraschallhomogenisierung mittels Sonotroden, sind ebenso denkbar.
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Der Zusatz weist einen anderen Brechungsindex als der Grundbestandteil auf. Die Brechungsindizes des Grundbestandteils und des mindestens einen Zusatzes unterscheiden sich insbesondere um mindestens 0,01, insbesondere um mindestens 0,1, insbesondere um mindestens 0,2. Sie unterscheiden sich insbesondere höchstens um 2, insbesondere höchstens um 0,5, insbesondere um höchstens um 0,3.
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Im Folgenden werden einige Beispiele für als Flüssig-Flüssig-System ausgebildete transparente Lichtleiter-Materialien beschrieben.
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Gemäß einer Alternative werden für den mindestens einen Zusatz Materialien verwendet, die von sich aus eine bestimmte Trübung aufweisen. Es können insbesondere Materialien als Zusätze verwendet werden, welche aufgrund eines balancierten Verhältnisses von amorphen und kristallinen Bereichen zur Lichtstreuung neigen. Als Beispiel hierfür seien thermoplastische Polymere genannt, beispielsweise das thermoplastische Elastomer beziehungsweise Blockcopolymer SEBS (Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol). Das Styrol bildet kristalline Phasen in dem Elastomer, an denen Licht gestreut wird. Je höher der Styrolanteil, desto höher ist die Trübung.
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Ein weiteres Beispiel stellt Polyethylen dar, indem sich die Polyethylenketten zu kristallinen Domänen anordnen.
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Eine weitere Alternative besteht darin, als Zusatz ein flüssiges Material zu verwenden, welches mit dem Grundbestandteil des transparenten Lichtleiter-Materials nicht-mischbar, insbesondere nicht homogenisierbar, insbesondere im Grundbestandteil unlöslich ist. Der flüssige Zusatz wird in diesem Fall im Grundbestandteil emulgiert. Das transparente Lichtleiter-Material bildet insbesondere eine Emulsion, insbesondere eine trübe Emulsion. Diese kann durch das Aushärten der Matrix des Grundbestandteils stabilisiert werden.
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Der mindestens eine Zusatz weist vorzugsweise eine höchstens vernachlässigbare Mobilität im Grundbestandteil auf, insbesondere im ausgehärteten Zustand des Grundbestandteils.
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Durch einen nicht leichtflüchtigen Zusatz wird verhindert, dass dieser mit der Zeit aus der Matrix verdampft. Durch eine höchstens vernachlässigbare Mobilität des Zusatzes wird verhindert, dass Zusatz und Grundbestandteil mit der Zeit phasenseparieren.
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Vorzugsweise ist der Zusatz ebenfalls aus einem aushärtbaren Material. Er kann auch aus einem Material sein, welches kohärent an den Grundbestandteil bindet.
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Als Beispiel für ein bevorzugtes Flüssig-Flüssig-System für das Lichtleiter-Material seien Silikonöle genannt, die sich nicht in dem Grundbestandteil lösen. Als Zusatz eignen sich insbesondere vollständig phenylsubstituierte Silikonöle (Polydiphenylsiloxan) oder Silikonöle mit partieller Phenylsubstitution (Polymethylvenylsiloxan) sowie entsprechende Copolymere miteinander oder mit Dimethylsiloxan, beispielsweise 15%Diphenylsiloxan-85%Dimethylsiloxan-Copolymer.
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Der Grundbestandteil kann insbesondere Silikon umfassen. Der Grundbestandteil kann insbesondere aus Silikon bestehen. Als Zusatz können phenylfunktionale Silikonöle dienen.
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Grundsätzlich sind sämtliche nicht-mischbaren Polymere oder Polymerblends aus zwei oder mehr Komponenten als transparentes Lichtleiter-Material, insbesondere zur Herstellung der Lichtleiterschicht (1.6), geeignet. Entscheidend ist, dass der mindestens eine Zusatz zur Ausbildung von Streuzentren in der Lichtleiterschicht (1.6) beiträgt.
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Als Grundbestandteil können insbesondere auch Acrylate, Epoxide, Polyurethane, Polyester sowie Hybride dieser Stoffe verwendet werden.
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Die in der vorhergehenden Beschreibung dargestellten unterschiedlichen Arten von Zusätzen können auch miteinander kombiniert werden. Es ist insbesondere möglich, dem Grundbestandteil einen oder mehrere flüssige Zusätze sowie einen oder mehrere Zusätze in Form von Partikeln, insbesondere in Form von Nanopartikeln, zuzusetzen.
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Die Lichtleiterschicht (1.6) weist jeweils eine Dicke auf, welche an die jeweilige Anwendung angepasst ist. Für quantitative Angaben sei auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen.
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Zum Aufbringen der Lichtleiterschicht (1.6) sind unterschiedliche Verfahren möglich. Zum Aufbringen des transparenten Lichtleiter-Materials zur Herstellung der Lichtleiterschicht (1.6) kann insbesondere ein Rakel-, Sprüh-, Spincoating-, Aufgieß-, Laminier- oder Dip-Coating-Verfahren vorgesehen sein. Weitere Verfahren sind ebenfalls möglich. Das transparente Lichtleiter-Material kann insbesondere in einem Nassverfahren aufgetragen werden. Zum Aufbringen der transparenten Lichtleiterschicht (1.6) kann auch ein spezielles Applikationselement vorgesehen sein.
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Nach dem Aufbringen des transparente Lichtleiter-Materials wird dieses ausgehärtet. Auch hierfür sind unterschiedliche Verfahren, insbesondere UV oder thermische Aushärtung möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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