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[Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Flächenleuchte mit zumindest einer Lichtquelle zur Erzeugung zumindest eines gebündelten Lichtstrahls und zumindest einem für den Lichtstrahl transluzenten, scheibenförmigen Leuchtkörper mit einer Vorderfläche, einer der Vorderfläche gegenüberliegenden Rückfläche und zumindest einer die Vorderfläche mit der Rückfläche verbindende Seitenfläche, wobei die zumindest eine Lichtquelle zur Einkopplung des zumindest einen Lichtstrahls durch die zumindest eine Seitenfläche in den Leuchtkörper angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für die Flächenleuchte.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Flächenleuchten mit einer im Verhältnis zu den Abmessungen einer Leuchtfläche geringen Bautiefe senkrecht zu der Leuchtfläche zur Beleuchtung im Innen- und Außenbereich bekannt. Bei bekannten Flächenleuchten, beispielsweise LED-Matrix-Leuchten, tritt häufig das Problem auf, dass die Leuchtflächen der Flächenleuchten ungleichmäßig hell sind, also eine inhomogene Leuchtdichte aufweisen. Um eine homogenere Leuchtdichte zu erreichen, kann die Anzahl der in der Flächenleuchte enthaltenen Lichtquellen, beispielsweise LED-Lichtquellen, erhöht werden. Dadurch verringert sich jedoch die Energieeffizienz der Flächenleuchte.
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Die Gebrauchsmusteranmeldung
DE 20 2014 101 333 U1 beschreibt eine Zarge für eine Wand- oder Maueröffnung mit lichtundurchlässigen Rahmenelementen und zwischen den Rahmenelementen verlaufenden, plattenförmigen Glaskörpern, insbesondere aus Milchglas, die als Flächenleuchten dienen. Die der Wand zugewandte Rückseite der Glaskörper kann verspiegelt sein. Wenigstens eine Lichtquelle, beispielsweise ein LED-Band, ist derart angeordnet, dass sie Licht in den Glaskörper einkoppelt. Die seitliche Anordnung der Lichtquelle bewirkt wahrscheinlich eine inhomogene Leuchtdichte der Leuchtfläche.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 216 690 B4 offenbart eine Vielzahl von Beleuchtungsvorrichtungen, umfassend eine oder mehrere Lichtquellen. In einer Ausgestaltung als Flächenleuchte ist die Lichtquelle beispielsweise in einem hohlen Strahlelement angeordnet. Eine als Leuchtfläche dienende Funktionsseite des Strahlelements kann als Milchglas ausgestaltet sein. Eine Montageseite des Strahlelements kann mit einem reflektierenden Material verkleidet sein. Die seitliche Anordnung der Lichtquelle bewirkt wahrscheinlich eine inhomogene Leuchtdichte der Leuchtfläche.
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Technische Aufgabe
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige und energieeffiziente Flächenleuchte mit einer geringen Bautiefe und einer homogenen Leuchtdichte und einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren dafür zu schaffen.
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Technische Lösung
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt eine Flächenleuchte gemäß Anspruch 1 bereit, die die technische Aufgabe löst. Ebenso wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Beschreibung der Ausführungsarten
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Eine erfindungsgemäße Flächenleuchte umfasst zumindest eine Lichtquelle zur Erzeugung zumindest eines gebündelten Lichtstrahls. Der zumindest eine Lichtstrahl umfasst vorzugsweise einen für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere einen das gesamte für das menschliche Auge sichtbare Spektrum umfassenden Wellenlängenbereich. Dadurch kann mit der Flächenleuchte eine sichtbare, insbesondere farbneutrale, Beleuchtung erzeugt werden. Für spezielle Anwendungen kann auch ein Lichtstrahl mit einem nicht sichtbaren Wellenlängenbereich vorteilhaft sein, beispielsweise zur Verwendung der Flächenleuchte als Infrarot-Scheinwerfer.
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Die Flächenleuchte umfasst zumindest einen für den Lichtstrahl transluzenten, scheibenförmigen Leuchtkörper mit einer Vorderfläche zum Austritt von Licht aus dem Leuchtkörper, einer der Vorderfläche, insbesondere parallel, gegenüberliegenden Rückfläche und zumindest einer die Vorderfläche mit der Rückfläche verbindende Seitenfläche. Für die Erfindung ist es wesentlich, dass der Leuchtkörper für den Lichtstrahl transluzent ist, sodass der Lichtstrahl in dem Leuchtkörper gestreut wird, um aus dem gebündelten Lichtstrahl an der Vorderfläche und gegebenenfalls auch an der Rückfläche eine Leuchtfläche mit homogener Leuchtdichte zu erzeugen. Insbesondere ist der Leuchtkörper nicht transparent, wodurch der Lichtstrahl, den Leuchtkörper durchqueren könnte, ohne gestreut zu werden.
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Der Leuchtkörper ist scheibenförmig. Das heißt, eine Länge und eine Breite der Vorderfläche sind jeweils wesentlich größer als eine Tiefe des Leuchtkörpers senkrecht zu der Leuchtfläche. Die Länge und die Breite der Leuchtfläche können beispielsweise jeweils zumindest doppelt so groß, insbesondere zumindest fünfmal so groß, vorzugsweise zumindest zehnmal so groß, sein wie die Tiefe des Leuchtkörpers. Durch die Scheibenform des Leuchtkörpers ist die erfindungsgemäße Leuchte eine Flächenleuchte.
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Der Leuchtkörper kann beispielsweise die Form einer Zylinderscheibe, insbesondere einer Kreiszylinderscheibe, haben, deren Grundfläche und Deckfläche die Vorderfläche und die Rückfläche bilden, und deren Mantelfläche die Seitenfläche bildet.
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Der Leuchtkörper kann beispielsweise die Form einer quaderförmigen Scheibe haben, deren Grundfläche und Deckfläche die Vorderfläche und die Rückfläche bilden, und deren dazwischenliegenden Seitenflächen die vier Seitenflächen bilden.
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Die zumindest eine Lichtquelle ist zur Einkopplung des zumindest einen Lichtstrahls durch zumindest einen als Eintrittsfläche ausgebildeten Teilabschnitt der zumindest einen Seitenfläche in den Leuchtkörper angeordnet. Vorzugsweise ist ein Durchmesser der zumindest einen Eintrittsfläche zumindest so groß wie ein Durchmesser des zumindest einen Lichtstrahls, sodass der Lichtstrahl ungehindert durch die Eintrittsfläche in den Leuchtkörper eintraten kann. Beispielsweise beträgt der Durchmesser der Eintrittsfläche 100 % bis 200 %, insbesondere 100 % bis 150 %, besonders bevorzugt 100 % bis 120 %, des Durchmessers des Lichtstrahls.
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Vorzugsweise ist ein Flächeninhalt der zumindest einen Eintrittsfläche wesentlich kleiner als ein Flächeninhalt der zugehörigen Seitenfläche. Beispielsweise beträgt der Flächeninhalt der Eintrittsfläche höchstens ein Zehntel, insbesondere höchstens ein Hundertstel, des Flächeninhalts der zugehörigen Seitenfläche. Dadurch wird eine flexible Anordnung der zumindest einen Lichtquelle an der zumindest einen Seitenfläche ermöglicht. Ferner muss die zumindest eine Lichtquelle nur zur Ausleuchtung einer kleinen Eintrittsfläche ausgelegt sein, sodass insbesondere keine Aufweitung des zumindest einen Lichtstrahls oder eine Vielzahl von Lichtquellen notwendig ist. Durch die Eintrittsfläche aus dem Leuchtkörper austretendes Licht mindert die Leuchtdichte der Vorderfläche. Daher führt eine kleine Eintrittsfläche zu einer hohen Energieeffizienz der Flächenleuchte.
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Der Leuchtkörper besteht vorzugsweise aus einem Mischmaterial mit einer Vielzahl von Streuzentren zur Streuung des zumindest einen Lichtstrahls in einem für den zumindest einen Lichtstrahl transparenten Grundmaterial. Die Anzahl und Anordnung der Streuzentren in dem Grundmaterial sind vorzugsweise so gewählt, dass durch das gestreute Licht eine homogene Leuchtdichte der Vorderfläche und gegebenenfalls auch der Rückfläche bewirkt wird. Die Streuzentren sind vorzugsweise homogen in dem Leuchtkörper verteilt.
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Zumindest die zumindest eine Seitenfläche umfasst vorzugsweise zumindest eine Reflektionsschicht zur Reflektion des Lichtstrahls und/oder eines an zumindest einem der Streuzentren gestreuten Lichtstrahls in den Leuchtkörper. Durch die, insbesondere mehrfache, Reflektion in den Leuchtkörper kann der Lichtstrahl an einer großen Anzahl von Streuzentren gestreut werden, sodass sich eine homogene Leuchtdichte der Vorderfläche und gegebenenfalls auch der Rückfläche ergibt. Vorzugsweise ist die gesamte Seitenfläche oder sind die gesamten Seitenflächen von der zumindest einen Reflektionsschicht bedeckt, um Verluste durch Transmission und/oder Absorption an zumindest einen Seitenfläche zu minimieren.
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Die Rückfläche kann zum Austritt von Licht aus dem Leuchtkörper, insbesondere transparent, ausgestaltet sein, sodass sich eine Flächenleuchte ergibt, die beidseitig, nämlich an der Vorderfläche und an der Rückfläche des Leuchtkörpers, Leuchtflächen zur Abgabe von Licht aufweist. Eine solcher Leuchtkörper eignet sich beispielsweise als transluzentes Fenster, das bei Tag Licht von außen in einen Raum hereinlassen und bei Nacht von der Lichtquelle erzeugtes Licht in den Raum abgeben kann.
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Die Rückfläche umfasst vorzugsweise, insbesondere wenn sie nicht als Leuchtfläche ausgelegt ist, zumindest eine Reflektionsschicht zur Reflektion des Lichtstrahls und/oder eines an zumindest einem der Streuzentren gestreuten Lichtstrahls in den Leuchtkörper. Durch die Reflektion in den Leuchtkörper werden Verluste durch Transmission und/oder Absorption an der Rückfläche minimiert. Vorzugsweise ist die gesamte Rückfläche von der zumindest einen Reflektionsschicht bedeckt, um eine besonders hohe Effizienz zu erzielen.
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In einer besonders einfachen Ausgestaltung besteht die Flächenleuchte ausschließlich aus der zumindest einen Lichtquelle und dem zumindest einen Leuchtkörper.
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Um eine effiziente Reflektion zu erreichen, hat die zumindest eine Reflektionsschicht eine möglichst hohe Reflektivität innerhalb eines Wellenlängenbereichs des Lichtstrahls. Die Reflektionsschicht hat beispielsweise eine Reflektivität von zumindest 80 %, vorzugsweise zumindest 90 %, besonders bevorzugt zumindest 95%.
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Die Reflektivität der Reflektionsschicht variiert innerhalb des Wellenlängenbereichs des Lichtstrahls, insbesondere im gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich, abhängig von der Wellenlänge vorzugsweise um höchstens 10 %, insbesondere um höchstens 5 %, besonders bevorzugt um höchstens 2 %. Durch eine geringe Variation der Reflektivität ist für unterschiedliche Wellenlängen eine gleichermäßen effiziente Reflektion möglich. Insbesondere kann eine Beleuchtungsfarbe der Flächenleuchte ohne eine Änderung der Reflektionsschicht oder einen Effizienzverlust geändert werden.
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In Ausgestaltungen der Erfindung ist auch stärkere Abhängigkeit der Reflektivität von der Wellenlänge möglich, beispielsweise um aus einem Wellenlängenbereich des eingekoppelten Lichtstrahls gezielt einen Teilbereich auszuwählen, der einer gewünschten Beleuchtungsfarbe der Flächenleuchte entspricht.
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Der Streukoeffizient der Streuzentren variiert innerhalb des Wellenlängenbereichs des eingekoppelten Lichtstrahls, insbesondere im gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich, abhängig von der Wellenlänge vorzugsweise um höchstens 10 %, insbesondere um höchstens 5 %, besonders bevorzugt um höchstens 2 %. Durch eine geringe Variation des Streukoeffizienten ist für unterschiedliche Wellenlängen eine gleichermäßen effiziente Streuung möglich. Insbesondere kann eine Beleuchtungsfarbe der Flächenleuchte ohne eine Änderung der Streuzentren oder einen Effizienzverlust geändert werden.
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In Ausgestaltungen der Erfindung ist auch stärkere Abhängigkeit des Streukoeffizienten von der Wellenlänge möglich, beispielsweise um aus einem Wellenlängenbereich des eingekoppelten Lichtstrahls gezielt einen Teilbereich auszuwählen, der einer gewünschten Beleuchtungsfarbe der Flächenleuchte entspricht.
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Die Streuzentren sind vorzugsweise als in dem Grundmaterial eingebettete Einschlüsse aus einem Streuzentrenmaterial ausgestaltet. Um eine Streuung des Lichtstrahls zu bewirken, unterscheiden sich das Grundmaterial und das Streuzentrenmaterial zumindest in einem Brechungsindex innerhalb des Wellenlängenbereichs des Lichtstrahls voneinander. In einer Ausgestaltung ist das Grundmaterial bei einer vorgesehenen Einsatztemperatur der Flächenleuchte ein Feststoff und das Streuzentrenmaterial ein Gas, beispielsweise Stickstoff. Für eine einfache Herstellbarkeit und hohe mechanische Stabilität des Leuchtkörpers sind bei der Einsatztemperatur vorzugsweise das Grundmaterial und das Streuzentrenmaterial fest.
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Die Einschlüsse sind vorzugsweise vollständig von dem Grundmaterial umgeben, sodass eine Oberfläche des Leuchtkörpers frei von Einschlüssen ist. Dadurch bleibt die Oberfläche glatt sowie chemisch und optisch homogen, sodass eine Reflektionsschicht einfach und sicher an der Rückfläche und/oder der zumindest einen Seitenfläche angebracht werden kann, und die Vorderfläche keine sichtbaren Inhomogenitäten, beispielsweise Verfärbungen, enthält, die das Aussehen der Flächenleuchte negativ beeinflussen könnten.
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Die Einschlüsse können beispielsweise kugelförmig sein, um eine isotrope Streuung und somit eine homogene Leuchtdichte der Vorderfläche zu bewirken.
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Für eine homogene Leuchtdichte der Vorderfläche hat sich ein Durchmesser der Einschlüsse von 100 µm bis 1000 µm, vorzugsweise von 200 µm bis 500 µm, insbesondere von 250 µm bis 350 µm, als besonders vorteilhaft herausgestellt, insbesondere wenn das Streuzentrenmaterial ein gefärbtes Polymethylmethacrylat ist.
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Das Grundmaterial, das Streuzentrenmaterial oder beide umfassen vorzugsweise jeweils zumindest einen Kunststoff, bevorzugt zumindest einen Thermoplasten, oder bestehen daraus. Aus Kunststoff, insbesondere aus Thermoplasten, kann mit geringen Materialkosten und einfachen Verfahren ein leichter und langlebiger Leuchtkörper hergestellt werden. Vorzugsweise umfassen das Grundmaterial und das Streuzentrenmaterial zueinander ähnliche Kunststoffe, beispielsweise aus Polymeren mit den gleichen Wiederholeinheiten, oder bestehen daraus. Dadurch werden Herstellung und Recycling des Leuchtkörpers aus dem Grundmaterial und dem Streuzentrenmaterial vereinfacht.
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Das Streuzentrenmaterial umfasst vorzugsweise zumindest einen Farbstoff und/oder zumindest ein Pigment. Durch einen Farbstoff oder ein Pigment kann die Streuung des Lichtstrahls an den Streuzentren verstärkt werden. Besonders bevorzugt umfasst das Streuzentrenmaterial einen weißen Farbstoff oder ein weißes Pigment, insbesondere Titandioxid, um eine im sichtbaren Wellenlängenbereich wellenlängenunabhängige Streuung zu bewirken. Es kann jedoch auch ein farbiger Farbstoff oder ein farbiges Pigment verwendet werden, um aus dem Wellenlängenbereich des eingekoppelten Lichtstrahls einen bestimmten Wellenlängenbereich zur Erzeugung einer bestimmten Beleuchtungsfarbe der Flächenleuchte auszuwählen.
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Vorzugsweise ist eine Glasübergangstemperatur des Streuzentrenmaterials höher als eine Glasübergangstemperatur des Grundmaterials und/oder eine Schmelztemperatur des Streuzentrenmaterials höher als eine Schmelztemperatur des Grundmaterials. Dadurch ist es möglich, das Grundmaterial auf eine Mischtemperatur zu temperieren, die oberhalb der Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Grundmaterials und unterhalb der Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Streuzentrenmaterials liegt. Bei der Mischtemperatur können feste Partikel des Streuzentrenmaterials in das flüssige oder zähflüssige Grundmaterial eingemischt werden, ohne zu schmelzen, um in dem Grundmaterial, insbesondere homogen, verteilte Streuzentren zu bilden.
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Das Grundmaterial und das Streuzentrenmaterial haben vorzugsweise eine um höchstens 10 %, insbesondere um höchstens 5 %, besonders bevorzugt um höchstens 2 %, voneinander abweichende Dichte. Durch eine zueinander ähnliche Dichte des Grundmaterials und des Streuzentrenmaterials wird verhindert, dass Streuzentren in dem Grundmaterial sedimentieren, wenn sich das Grundmaterial während einer Herstellung des Leuchtkörpers in einem flüssigen oder zähflüssigen Zustand befindet.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Grundmaterial ein Polymethylmethacrylat oder besteht daraus, und das Streuzentrenmaterial umfasst ein Polymethylmethacrylat mit einer gegenüber dem Polymethylmethacrylat des Grundmaterials höheren Glasübergangstemperatur oder besteht daraus. Die Glasübergangstemperatur von Polymethylmethacrylat ist beispielsweise durch Druck, Temperaturverlauf und/oder Dauer des Polymerisationsprozesses einstellbar. Polymethylmethacrylat zeichnet sich durch eine hohe Transparenz für sichtbares Licht aus, ist gut einfärbbar, witterungsbeständig, alterungsbeständig und beständig gegen viele Chemikalien, sodass es sich besonders gut zur Herstellung des Leuchtkörpers eignet. Um eine Streuung des eingekoppelten Lichts an den Streuzentren aus Polymethylmethacrylat zu bewirken, enthält das Streumaterial vorzugsweise ein Pigment, insbesondere Titandioxid.
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Ein Massenanteil des Streumaterials an dem Leuchtkörper von 0,1 % bis 10 %, insbesondere von 0,2 % bis 5 %, vorzugsweise 0,5 % bis 1,5 %, hat sich, insbesondere wenn das Grundmaterial ein Polymethylmethacrylat und das Streuzentrenmaterial ein gefärbtes Polymethylmethacrylat ist, als besonders vorteilhaft zur Erzeugung einer homogenen Leuchtdichte der Vorderfläche erwiesen.
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Die zumindest eine Lichtquelle umfasst vorzugsweise zumindest einen Laser, bevorzugt zumindest einen Diodenlaser und/oder eine Mehrzahl von Lasern mit voneinander verschiedenen Emissionswellenlängen. Mit einem Laser, insbesondere einem Diodenlaser, kann bei kompakter Bauform ein intensiver gebündelter Lichtstrahl erzeugt werden, um auch an einer großen Vorderfläche eine homogene Leuchtdichte zu erzeugen. Ein Laser erlaubt also eine im Verhältnis zu Länge und Breite der Vorderfläche besonders flache Flächenleuchte, die auch bei beengtem Bauraum eingesetzt werden kann.
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Die Mehrzahl von Lasern kann beispielsweise in einem RGB-Laser mit jeweils einem Laser zur Erzeugung der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zusammengefasst sein. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Mehrzahl von Lasern können vorteilhafterweise beliebige Beleuchtungsfarben der Flächenleuchte erreicht werden.
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Die Flächenleuchte kann zumindest einen Lichtwellenleiter zur Übertragung des zumindest einen Lichtstrahls von der zumindest eine Lichtquelle zu der zumindest einen Eintrittsfläche des Leuchtkörpers umfassen. Mithilfe des Lichtwellenleiters kann die Lichtquelle unabhängig von dem Leuchtkörper angeordnet werden. Dadurch kann eine Form der Flächenleuchte flexibel an einen zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst werden.
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Die Reflexionsschichten können beispielsweise zumindest einen auf der Rückfläche und/oder auf der zumindest einen Seitenfläche des Leuchtkörpers angebrachten, beispielsweise aufgeklebten, Spiegel, umfassend beispielsweise eine mit Aluminium oder Silber und vorzugsweise einem Schutzlack beschichtete Glasscheibe, umfassen.
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Die Reflektionsschichten umfassen vorzugsweise zumindest eine Reflektionsbeschichtung auf der Rückfläche und/oder auf der zumindest einen Seitenfläche des Leuchtkörpers. Eine Reflektionsbeschichtung direkt auf dem Leuchtkörper hat den Vorteil, dass mögliche Verluste in einer Glasscheibe eines Spiegels oder an deren Grenzflächen ausgeschlossen werden. Außerdem wird zur Herstellung der Reflektionsschichten weniger Material benötigt, wenn diese ohne separates Trägermaterial direkt auf dem Leuchtkörper aufgebracht werden. Dadurch wird die Flächenleuchte besonders kostengünstig und leicht.
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Die Reflektionsbeschichtung kann beispielsweise eine Schicht mit oder aus Aluminium und/oder Silber umfassen, da dies Materialien für sichtbare Wellenlängen eine hohe und über den sichtbaren Wellenlängenbereich nahezu konstante Reflektivität aufweisen.
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Die Reflektionsbeschichtung kann beispielsweise eine Schicht mit oder aus Silber und/oder Kupfer umfassen, da diese Materialien für infrarote Wellenlängen eine hohe und über den infraroten Wellenlängenbereich nahezu konstante Reflektivität aufweisen.
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Die Reflektionsbeschichtung kann eine Haftschicht zur Verbesserung der Haftung an dem Leuchtkörper, beispielsweise mit oder aus Zinn, umfassen.
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Die Reflektionsbeschichtung kann eine Schutzschicht zum Schutz der Reflektionsbeschichtung vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor Oxidation, beispielsweise mit oder aus einem Schutzlack umfassen.
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Die zumindest eine Eintrittsfläche umfasst oder ist vorzugsweise eine Aussparung in einer Reflektionsschicht. Dadurch kann der zumindest eine Lichtstrahl ungehindert durch die Eintrittsfläche in den Leuchtkörper eintreten.
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Die zumindest eine Eintrittsfläche kann eine teildurchlässige Reflektionsschicht umfassen. Die teildurchlässige Reflektionsschicht kann verhindern, dass Licht durch die Eintrittsfläche aus dem Leuchtkörper Austritt, und dadurch die Effizienz der Flächenleuchte erhöhen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zur Herstellung einer, vorzugsweise erfindungsgemäßen, Flächenleuchte ausgelegt.
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Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Grundmaterials für den Leuchtkörper der Flächenleuchte. Das Grundmaterial kann wie oben beschrieben ausgestaltet sein, woraus sich die dort genannten Vorteile ergeben.
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Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Anzahl von Partikeln aus einem Streuzentrenmaterial zur Erzeugung der Streuzentren des Leuchtkörpers. Das Streuzentrenmaterial kann wie oben beschrieben ausgestaltet sein, woraus sich die dort genannten Vorteile ergeben.
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Das Verfahren umfasst ein Temperieren des Grundmaterials auf eine Mischtemperatur oberhalb einer Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Grundmaterials und unterhalb einer Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Streuzentrenmaterials. Durch das Temperieren wird das Grundmaterial in einen flüssigen oder zähflüssigen Zustand gebracht, um die Partikel darin einmischen zu können.
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Das Verfahren umfasst ein Einmischen der Partikel in das Grundmaterial bei der Mischtemperatur. Da die Mischtemperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Streuzentrenmaterials liegt, bleiben die Partikel beim Einmischen erhalten. Das Einmischen kann beispielsweise ein Rühren und/oder Rütteln des Grundmaterials umfassen, um die Partikel möglichst homogen darin zu verteilen.
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Das Grundmaterial wird vorzugsweise unmittelbar vor, nach oder während des Einmischens in die gewünschte Form des Leuchtkörpers gebracht, beispielsweise gegossen. Dadurch muss das Grundmaterial nicht mehrmals erhitzt werden, um es in einen flüssigen oder zähflüssigen Zustand zu bringen, wodurch das Verfahren besonders zeit-, energie- und kosteneffizient ist.
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Das Verfahren umfasst nach dem Einmischen ein Abkühlen des Grundmaterials unter die Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Grundmaterials zur Bildung des scheibenförmigen Leuchtkörpers. Durch das Abkühlen erstarrt das Grundmaterial, sodass die Anordnung der von den Partikeln gebildeten Streuzentren in dem Grundmaterial und die Form des Leuchtkörpers aus dem Grundmaterial mit den Streuzentren fixiert werden.
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Das Verfahren umfasst, vorzugsweise nach dem Abkühlen, ein Aufbringen der Reflektionsschichten auf die zumindest eine Seitenfläche und bevorzugt auch auf die Rückfläche des Leuchtkörpers. Die Reflektionsschichten können wie oben beschrieben ausgestaltet sein, woraus sich die dort genannten Vorteile ergeben.
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Insbesondere kann zumindest eine Reflektionsschicht zumindest eine Aussparung umfassen, die zumindest eine Eintrittsfläche für den zumindest einen Lichtstrahl der zumindest einen Lichtquelle der Flächenleuchte in den Leuchtkörper bildet. Die zumindest eine Eintrittsfläche kann wie oben beschrieben ausgestaltet sein, woraus sich die dort genannten Vorteile ergeben.
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Das Aufbringen umfasst vorzugsweise ein Beschichten der Rückfläche und/oder der zumindest einen Seitenfläche des Leuchtkörpers mit einer Reflektionsbeschichtung. Das Beschichten kann beispielsweise einen Besprühen umfassen, was ein besonders einfaches und schnelles Aufbringen der Reflektionsschichten erlaubt. Das Beschichten kann eine Bedampfung und/oder eine physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung umfassen, wodurch eine besonders dünne und homogene Reflektionsbeschichtung und somit eine homogene Reflektivität und ein geringerer Materialbedarf erzielbar sind.
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Das Verfahren umfasst vorzugsweise ein Anordnen der zumindest einen Lichtquelle der Flächenleuchte an dem Leuchtkörper zur Einkopplung des zumindest einen Lichtstrahls der Lichtquelle durch die zumindest eine Eintrittsfläche des Leuchtkörpers in den Leuchtkörper. Durch das Anordnen bilden die Lichtquelle und der Leuchtkörper die Flächenleuchte.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung und anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft erfindungsgemäße Gegenstände dargestellt sind. Merkmale, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Merkmale nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Flächenleuchte.
- 2 zeigt eine schematische Auffaltung der Oberfläche des Leuchtkörpers einer erfindungsgemäßen Flächenleuchte.
- 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Flächenleuchte.
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Fig.1
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Flächenleuchte 100 mit einer Lichtquelle 110 zur Erzeugung zumindest eines gebündelten Lichtstrahls S. Die Lichtquelle 110 kann beispielsweise einen Laser, insbesondere einen Helium-Neon-Laser, beispielsweise mit einer Leistung von 100 mW, umfassen. Der Lichtstrahl S hat beispielsweise ein Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge von 635 nm, um eine rote Beleuchtung zu erzeugen.
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Die Flächenleuchte 100 umfasst einen für den Lichtstrahl S transluzenten, scheibenförmigen Leuchtkörper 120 mit einer Vorderfläche 121 zum Austritt von Licht aus dem Leuchtkörper 120, einer der Vorderfläche 121 gegenüberliegenden Rückfläche (in der Darstellung ohne Bezugszeichen, da auf der Rückseite) und zumindest eine die Vorderfläche 121 mit der Rückfläche verbindende Seitenfläche 123. Der Leuchtkörper 120 ist zum Beispiel quaderförmig und hat somit vier Seitenflächen 123 (in der Darstellung nur zwei davon mit Bezugszeichen).
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Der Leuchtkörper 120 hat beispielsweise parallel zur Vorderfläche 121 eine Breite von 100 mm und eine Höhe von 50 mm. Der Leuchtkörper 120 hat beispielsweise senkrecht zur Vorderfläche 121 eine Tiefe von 4 mm.
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Die Lichtquelle 110 ist zur Einkopplung des zumindest einen Lichtstrahls S durch einen als Eintrittsfläche 131 ausgebildeten Teilabschnitt einer Seitenfläche 123 in den Leuchtkörper 120 angeordnet.
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Die Seitenflächen 123 und vorzugsweise auch die Rückfläche umfassen jeweils eine Reflektionsschicht 132, beispielsweise eine Aluminium-Beschichtung, zur Reflektion des Lichtstrahls S (im Inneren des Leuchtkörpers 120 gestrichelt dargestellt) in den Leuchtkörper 120. Exemplarisch ist eine Reflektion des Lichtstrahls S an einer Reflektionsschicht 132 gezeigt.
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Fig.2
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2 zeigt eine schematische Auffaltung der Oberfläche des Leuchtkörpers einer erfindungsgemäßen Flächenleuchte 100, beispielsweise der in 1 dargestellten Flächenleuchte 100.
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In dieser Darstellung sind alle Seitenflächen 123 und vorzugsweise auch die Rückfläche 122 des Leuchtkörpers 120 mit den zugehörigen Reflektionsschichten 132 und der Eintrittsfläche 131 sowie die Vorderfläche 121 des Leuchtkörpers 120 gezeigt.
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Fig.3
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Flächenleuchte 100, beispielsweise der Flächenleuchte 100 aus 1. Die Schnittebene der Schnittdarstellung liegt senkrecht zur Vorderfläche 121 und parallel zu zwei Seitenflächen 123 des Leuchtkörpers 120 der Flächenleuchte 100.
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Der Leuchtkörper 120 besteht aus einem Mischmaterial mit einer Vielzahl von Streuzentren 141 (exemplarisch nur ein Streuzentrum gezeigt) zur Streuung des zumindest einen Lichtstrahls S in einem für den zumindest einen Lichtstrahl S transparenten Grundmaterial 142.
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Dadurch, dass der Lichtstrahl S an den Streuzentren 141 gestreut und an den Reflektionsschichten 132 reflektiert wird, tritt eine Vielzahl von gestreuten und/oder reflektierten Lichtstrahlen S' durch die Vorderfläche 121 aus dem Leuchtkörper 120 aus, sodass die Vorderfläche 121 eine Leuchtfläche mit homogener Leuchtdichte bildet.
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Die Streuzentren 141 sind beispielsweise als in dem Grundmaterial 142 eingebettete Einschlüsse aus einem Streuzentrenmaterial mit einem von dem Grundmaterial 142 verschiedenen Brechungsindex innerhalb eines Wellenlängenbereichs des Lichtstrahls S ausgestaltet.
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Die Einschlüsse haben beispielsweise einen Durchmesser von etwa 0,3 mm. Die Einschlüsse sind vorzugsweise homogen in dem Grundmaterial 142 verteilt.
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Das Grundmaterial 142 ist beispielsweise ein Polymethylmethacrylat, und das Streuzentrenmaterial besteht beispielsweise aus einem Polymethylmethacrylat mit einer gegenüber dem Polymethylmethacrylat des Grundmaterials 142 höheren Glasübergangstemperatur und einem, insbesondere weißen, Pigment, beispielsweise Titandioxid.
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Der Massenanteil des Streuzentrenmaterials an dem Leuchtkörper beträgt beispielsweise 1 %.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Flächenleuchte
- 110
- Lichtquelle
- 120
- Leuchtkörper
- 121
- Vorderfläche
- 122
- Rückfläche
- 123
- Seitenfläche
- 131
- Eintrittsfläche
- 132
- Reflektionsschicht
- 141
- Streuzentrum
- 142
- Grundmaterial
- S
- Lichtstrahl
- S'
- gestreuter und/oder reflektierter Lichtstrahl
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014101333 U1 [0004]
- DE 102012216690 B4 [0005]
