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Schichtwerkstoff für Beleuchtungszwecke zur Polarisation von Licht
mittels Streureflexion und Refraktion Die Erfindung betrifft einen Schichtwerkstoff
für Beleuchtungszwecke zur Polarisation auftreffenden und durchgelassenen Lichtes
mittels Streureflektion und Refraktion.
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In der Beleuchtungstechnik tritt das Problem auf, Beeinträchtigungen
der Sehtüchtigkeit durch Blendung zu vermeiden. Dazu wird zunächst dafür gesorgt,
daß Lichtquellen, insbesondere solche mit hoher Leuchtdichte, nicht im normalen
Gesichtsfeld sichtbar bleiben, sondern entweder an anderer Stelle plaziert werden
oder mit lichtstreuenden Werkstoffen abgedeckt werden. Damit wird vielfach eine
Besserung erzielt. Bei bestimmten Sehaufgaben, beispielsweise beim Lesen von auf
Kunstdruckpapier gedruckten Texten oder Abbildungen, wird das Problem aber nur verlagert.
Bestimmte Stoffe, unter anderem eben das genannte Kunstdruckpapier, zeigen nämlich
bei bestimmten Lichteinfalls- und -ausfallswinkeln, sogenannten »Glanz«, d. h.,
das Licht von der Lichtquelle wird ähnlich wie bei spiegelnder Reflexion, jedoch
nach anderen Gesetzen, in das Auge des Beobachters geworfen, so daß an Stelle des
als Beispiel genannten Druckes auf Kunstdruckpapier nur ein mehr oder weniger gleichmäßig
glänzende Fläche gesehen wird. Bei zur Herabsetzung der Umfeldblendung nach Obigem
großflächig gewählten Beleuchtungskörpern, beispielsweise Leuchtstofflampenleuchten
oder gar sogenannten Lichtdecken, bei denen Lampen an der Raumdecke angebracht und
durch eine Zwischendecke aus einer transparenten Folie verdeckt werden, tritt dieses
Glanzproblem besonders deutlich in Erscheinung, weil es in solchen Fällen praktisch
unmöglich ist, eine Winkeleinstellung Lichtquelle-Sehaufgabe-Auge zu finden, in
der kein Glanz eintritt.
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In gewissem Umfang ist das Glanzproblem durch Verwendung nicht glänzender
Werkstoffe vermindert worden, dieser Verminderung sind jedoch Grenzen gesetzt, weil
in vielen Fällen auf glänzende Werkstoffe nicht verzichtet werden kann oder soll.
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Es ist bekannt, daß das von glänzenden Gegenständen zurückgeworfene
Licht polarisiert ist. Es besteht deshalb prinzipiell die Möglichkeit, den Glanz
dadurch auszuschalten, daß polarisiertes Licht eingestrahlt wird oder vor dem Auge
des Beobachters Polarisatoren verwendet werden, wie das beispielsweise in der Photographie
üblich ist. Die hierzu erforderlichen optischen Polarisatoren können zwar für kurzfristige
Anwendungen, beispielsweise für photographische Zwecke, verwendet werden, für allgemeine
Beleuchtungsaufgaben sind diese jedoch nicht geeignet, weil die bekannten optischen
Polarisatoren in Folienform mechanisch und thermisch sehr empfindlich sind und die
bekannten optischen Polarisatoren außerdem für diesen Zweck viel zu teuer sind.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schichtwerkstoff
für Beleuchtungszwecke zu schaffen, mit dem eine Polarisation des auftreffenden
und durchgelassenen Lichtes in für Beleuchtungszwecke ausreichender Weise erreicht
wird und der so einfach und billig in der Herstellung und Verarbeitung ist, daß
er praktisch in gleicher Weise wie die üblichen lichtstreuenden Leuchtenbaustoffe
verarbeitet werden kann.
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Die bekannten optischen Polarisatoren zur Erzeugung linear polarisierten
Lichtes sind spezielle, sogenannte anisotrope Körper, die unterschiedliche Brechungsindizes
für Licht unterschiedlicher Polarisation haben. Die mit solchen Körpern erzielte,
im wesentlichen vollständige lineare Polarisation des auftreffenden und durchgelassenen
Lichtes ist für Beleuchtungszwecke im allgemeinen nicht erforderlich, und eine unvollkommene
Polarisation kann auch auf anderem Wege erreicht werden.
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So ist es beispielsweise bekannt, daß auf einen Plattenstapel aus
transparentem Material, beispielsweise Glas, in Winkeln der Größenordnung von etwa
30° gegenüber der Normalen auffallendes Licht aus der Platte als polarisiertes Licht
austritt. Obgleich diese Erscheinung schon lange bekannt ist, sind derartige Anordnungen
von geringer praktischer Bedeutung wegen der damit zusammenhängenden Beschränkungen
hinsichtlich
Abmessung und Gewicht. Es ist auch bekannt, .daß ein Polarisator für Licht unter
Verwendung einer Vielschichtenanordnung herstellbar ist, welche etwa 50 bis 100
Schichten dünnen transparenten Materials, beispielsweise Zelluloseazetat od. dgl.,
umfaßt. Derartige Vielschichtenanordnungen erfordern einen großen Materialaufwand
und absorbieren einen wesentlichen Anteil des darauffallenden Lichtes. Ein anderes
Gefüge zum Polarisieren von Licht besteht aus einer großen Zahl Glasschichten, welche
parallel zueinander angeordnet und voneinander durch Luftzwischenräume getrennt
gehalten sind, so daß darauffallendes Licht reflektiert sowie gebrochen wird und
als polarisiertes Licht austritt. Das Glasschichtengefüge ist ungeeignet, weil es
nicht über den gesamten Bereich gleichförmig ist, eine einen wesentlichen Teil des
Lichtes absorbierende Dicke besitzt und nur aufwendig herstellbar ist.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird von diesen Erscheinungen, die
als Streureflexion und Refraktion bezeichnet werden, Gebrauch gemacht, die Nachteile
der bekannten Anordnungen zur Erzielung der Streureflexion und Refraktion werden
jedoch vermieden.
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Bei der Verwendung von Plastikschaummaterial ist es möglich, durch
geeignete Einstellung des Materials zusätzlich zur Polarisation des Lichtes eine
Dämpfung des Schalles zu erreichen, so daß zusätzlich -zur Verbesserung der Beleuchtung
eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften des betroffenen Raumes erreicht
wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind im Zusammenhang
mit der folgenden Beschreibung sowie den Ansprüchen näher erläutert. Es zeigt F
i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffes zum Polarisieren
von Licht im Schnitt sowie in perspektivischer Darstellung, wobei das Zellengefüge
stark vergrößert dargestellt ist, F i g. 2 einen Abschnitt des Gefüges von F i g.
1 .in stark vergrößertem Maßstab zur Darstellung des Weges eines Lichtstrahls durch
das zellenartige Material, F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Leuchtfeldes bzw.
einer Täfelung gemäß der Erfindung in Draufsicht, F i g. 4 einen Schnitt längs der
Linie 4-4 von F i g. 3 in vergrößerter Darstellung, F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel
eines Schirmes zum Polarisieren von Licht bei Anwendung auf eine fluoreszierende
Lampe in perspektivischer Teildarstellung sowie teilweise gebrochen.
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Es ist bekannt, Schaumplastikmaterial durch Einführung von Luft oder
Gasen zu erzeugen, bis eine große Zahl von Schaumblasen innerhalb des Gefüges eingeschlossen
ist. Derartige Produkte werden zum Verpacken, zur Verzierung, zur Herstellung kleiner
Modelle für Ausstellungszwecke u. dgl. verwendet. Es wurde gefunden, daß beim Ausstoßen
von lichtdurchlässigem Schaumplastikmaterial in Form dünner flacher Bahnen die Blasen
innerhalb des Zellengefüges abgeflacht werden, bis die Grund- und Deckfläche dieser
Blasen im wesentlichen parallel sind und in der Ebene der Bahn liegen. Ein solches
vor einer Lichtquelle angeordnetes Gefüge erzeugt polarisiertes Licht und wirkt
als radialer Polarisator, weil das auffallende Licht bei seinem Weg durch das Schaumplastikgefüge
gebrochen und reflektiert wird. Das Plastikmaterial, welches einen Brechungsindex
in der Größenordnung von 1,5 oder größer besitzt, bewirkt einen unstetigen Sprung
des Brechungsindex von dem Inneren der Blasen aus, welche mit Gas oder Luft gefüllt
sein können. Wenn der auffallende Strahl in einem Winkel zwischen 30 und 50° gegenüber
der Ebene der Bahn gerichtet ist und die verschiedenen Schichten einschließlich
der Blasenwandungen sowie der dazwischenliegenden Lufträume durchquert, verhält
sich das Schaumplastikgefüge wie ein Plattenstapel und bewirkt eine Polarisation
des austretenden Strahls.
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Wegen der hohen Durchlässigkeit des Plastikmaterials, das aus Polystyrol,
einem Zelluloseestermethyhnetacrylat oder einem ähnlichen Harz bestehen kann, läuft
ein großer Teil des einfallenden Lichts durch das Schaumplastikgefüge und tritt
als polarisiertes Licht aus. Zusätzlich schafft das am besten in F i g. 2 dargestellte
Zellengefüge eine große Zahl von Zwischenflächen, an welchen die Strahlen gebrochen
oder reflektiert werden, um den polarisierten Anteil von dem verbleibenden Anteil
der Lichtstrahlen zu trennen. Die äußerst dünnen Wandungen der Blasen, aus denen
das Zellengefüge besteht, ergeben einen sehr geringen Anteil an Lichtstreuung und
erzeugen einen hochwertigen Polarisator für Licht. Da ein großer Teil des Zellengefüges
aus Luft oder aus einer mit Gas gefüllten Umhüllung besteht, besitzt das Material
geringes Gewicht, ist wenig aufwendig in der Herstellung und absorbiert einen sehr
kleinen Anteil der einfallenden Lichtstrahlen.
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Das Schaumplastikmaterial gemäß F i g. 1 ist isotrop und ergibt keine
Interferenzerscheinung als Ergebnis seiner Herstellung.
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Äußerst dünne Filme des ausgestoßenen Schaumgefüges, beispielsweise
Polystyrolschaumfilm in der Größenordnung von 7 - 10-2 bis 17 - 10-2 mm erwiesen
sich als ausgezeichnete Lichtpolarisatoren für den angestrebten Zweck. Filme bis
zu 0,5 mm Dicke wurden verwendet, jedoch absorbiert das dickere Material einen größeren
Teil des auffallenden Lichtes. Somit sollte vorzugsweise Material in der Größenordnung
zwischen 7.10-2 und 25. 10-2 mm Dicke verwendet werden. Es wurde auch gefunden,
daß durch Zusammenstellung von zwei oder mehr Schichten eines Materials von 7 -
10-2 mm eine gleichförmigere Gestaltung des Erzeugnisses erreichbar ist, weil der
Polarisator die Lampe oder Lichtquelle wegen der geringeren Wahrscheinlichkeit vertikaler
übereinstimmung der das Zellengefüge bildenden Blasen besser abdecken kann.
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Schaumfilmgefüge der oben beschriebenen Art sind äußerst biegsam und
sind nicht in einer Weise selbsttragend, daß sie sich zur Installation als Lichtpolarisationstäfelung
eignen.
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Die in F i g. 3 gezeigte Anordnung wurde entwickelt, um dem das Licht
polarisierenden Film von F i g. 1 bestimmte Festigkeitseigenschaften zu verleihen.
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Die in F i g. 3 dargestellten Tafeln bestehen aus einer dünnen Folie
polarisierenden Materials 10 aus Polystyrolschaum oder Plastikschaum mit einem Zellengefüge,
welches in Form von Bahnen ausgestoßen oder in solcher Weise geformt wurde, daß
die Blasen 11, aus denen das Gefüge gebildet ist, abgeflacht werden, um flache luftgefüllte
Räume 12 einzuschließen. Die Blasen 11 sind in derselben
Ebene wie
die Bahn 10 abgeflacht, um im wesentlichen parallele Grund- und Deckflächen
durch das ganze Gefüge hin zu schaffen.
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Da der Schaumfilm 10 einen zellenartigen Aufbau besitzt, kann er nicht
bei Gegenwart von Hitze und Druck zu Schichten verarbeitet werden, ohne daß die
Gefahr einer Abflachung des Gefüges bis zur Beseitigung der gasgefüllten Räume 12
besteht. Somit ist es notwendig, bei der Herstellung eines Gefüges gemäß F i g.
3 den Polarisationsfilm 10 während des Verarbeitungsvorgangs zu einer Schicht zu
schützen.
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Eine brauchbare Täfelung, beispielsweise gemäß F i g. 3, kann in folgender
Weise hergestellt werden: Auflegen eines schmalen Rahmens 14 aus geeignetem Material,
beispielsweise Plastik oder Glas, auf eine Platte aus durchlässigem isotropem Plastikmaterial
oder Glas 13, Einlegen der polarisierenden Schicht in den Rahmen 14, Anbringung
einer zweiten Platte 15 aus Glas oder Plastik über dem Rahmen 14 und danach Zusammenwalzung
des Gefüges bei Gegenwart von Hitze und Druck. Der Rahmen 14 sollte von einer Dicke
entsprechend zumindest derjenigen der Polarisationsschicht 10 gefertigt sein. Auf
diese Weise können die gegenüberliegenden Platten 13,15 nicht bis zur Zerstörung
der Schicht 10 zusammengepreßt werden. Der Walzvorgang drückt die Luft zwischen
den Platten 13, 15 und den Oberflächen des polarisierenden Films 10 heraus, ohne
die gasgefüllten Blasen 11 breitzudrücken.
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Es liegt im Bereich der vorliegenden Erfindung, die Anordnung nach
F i g. 3 mit Hilfe transparenter Klebstoffe an Stelle des Walzvorgangs herzustellen.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Polarisationsfolie 10 innerhalb
des Rahmens durch Befestigung der Platten 13 und 15 an dem Rahmen
14 mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffs oder Weichmachers gehalten werden, wie
dies in der Plastikmaterial verarbeitenden Technik bekannt ist. Es ist auch möglich,
die Innenflächen 13, 15 mit einem transparenten Plastikmaterial zu überdecken, welches
kein Lösungsmittel für den Schaumplastikfilm 10 ist, um den Film an den Platten
13, 15 zu befestigen.
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Um bestimmte schallschluckende Eigenschaften zu erzielen, kann auf
Wunsch die Platte 15 bei der Anordnung von F i g. 3 weggelassen und der Polarisationsfilm
10 mit der Platte 13 durch 'einen Klebstoff oder eine andere Verankerung verbunden
werden. Das weiche, schallschluckende Gefüge des Polarisationsfilms 10 kann
dann unter der Decke eines Raums oder in anderen Einrichtungen verwendet werden,
um darauftreffenden Schall zu absorbieren. Da das Material 10 zellenartig
und nachgiebig ist, wirkt es als ausgezeichnetes Schallschluckmittel zusätzlich
zu seinen polarisierenden Eigenschaften. Die Platte 13 in einem derartigen Gefüge
verleiht die Festigkeit, welche notwendig ist, um das polarisierende Schaumgefüge
in jeder gewünschten Richtung zu tragen.
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Das zellenartige Gefüge des das Licht polarisierenden Materials 10
wirkt auch als Wärmeisolator, da die gasgefüllten Räume 12 innerhalb der Blasen
11 schlechte Wärmeleiter sind. Das in F i g. 3 und 4 gezeigte Gefüge stellt somit
eine das Licht polarisierende Fläche dar, welche schallschluckende und isolierende
Eigenschaften besitzt.
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An Stelle einer einzelnen Schicht aus Schaumplastikmaterial 10 gemäß
F i g. 4 können zwei oder mehrere dünne Lagen innerhalb des Rahmens 14 vorgesehen
sein, um eine gleichförmigere Abdeckung über die ganze Fläche zu erzeugen. Eine
vertikale Übereinstimmung der Blasen 10 würde die Durchlässigkeit des Polarisationsfilms
10 ohne Verbesserung von dessen polarisierenden Eigenschaften steigern. Zusätzlich
sollte die in F i g. 3 und 4 gezeigte Fläche die Lichtquelle, beispielsweise eine
Fluoreszenz- oder Glühlampe, vor den Augen eines Betrachters verbergen und dem Auge
eine stetig leuchtende Fläche darbieten. Durch Verwendung einer Mehrzahl von Lagen
sind diese Eigenschaften erzielbar.
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Wo der das Licht polarisierende Schaumfilm 10 mit offener Oberfläche
verwendet wird, ist es wünschenswert, eine dünne Abdeckung aus geeignetem lichtdurchlässigen
Plastikmaterial über die Oberfläche zu legen, um einen Schutz gegen Fremdteile zu
bieten, welche in die Oberflächenräume eindringen und die Fläche unansehnlich machen
können. Irgendein geeignetes harzartiges Material, welches auf dem Schaumplastil@naterial
haftet, ohne dessen Fläche zu zerstören, kann für diesen Zweck verwendet werden.
Wo geschäumtes Polystyrol verwendet wird, kann ein transparentes Epoxyharz angewendet
werden, um die Oberflächen abzudichten und die Brauchbarkeit der Polarisationsschicht
10 zu erhöhen. Andere Überzüge sind in der Technik bekannt.
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Wo es erwünscht ist, die das Licht polarisierende Täfelung für Hausbeleuchtungszwecke
zu verwenden, sollte diese so angeordnet werden, daß ihre breiten Flächen und die
gasgefüllten Blasen parallel mit dem Boden sind. Grelles Licht wird dann von den
Tischen, Pulten und anderen Gegenständen innerhalb des Raums beseitigt. Das Ergebnis
ist eine sehr angenehme Beleuchtung und eine Steigerung des Sehvermögens. Mit der
Ausführungsform der Erfindung gemäß F i g. 3 und 4 ist es möglich, schwer entflammbares
Material, beispielsweise Platten 13 und 15 aus durchlässigem Vinylpolymerisatmaterial
zu verwenden. Solche Flächen beseitigen viele Nachteile bei bekannten Anlagen, welche
leicht entflammbar sind. Die Vinylpolymerisatplatten 15 sind vorzugsweise spannungsfrei
und aus bekanntem Material, beispielsweise polierten Bahnen. Dieses Material ergibt
das beste Schichtengefüge und ist bequem zur Anordnung einer Täfelung verwendbar.
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Als besonderes Beispiel einer hochwirksamen Licht polarisierenden
Schicht kann ein Film aus geschäumtem Polystyrol in Dicken von 7.10-2 bis 0,38 mm
verwendet werden. Das Polystyrol wird mit flachen Blasen versehen, welche eine Dicke
von Grundfläche zu Deckfläche von 1,27 - 10-2 bis 2,54 - 10-2 mm und eine Länge
von 2,54 - 10-2 bis 1,6 mm besitzen. Filme dieser Art geben einen guten Diffusionseffekt,
wenn sie an der Vorderseite einer Lichtquelle angeordnet sind, während sie gleichzeitig
einen hohen Prozentsatz polarisierten Lichtes durchlassen. Während die Wandungen
einzelner Blasen in ihrer Dicke schwanken, soll die Wanddicke vorzugsweise höchstens
bis zu 1 Mikron betragen.
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In F i g. 5 ist eine Hülse 16 gezeigt, die aus Schaumplastikmaterial
gemäß den obigen Erläuterungen hergestellt ist. Die Hülse kann rund um eine fluoreszierende
Lampe 17 angebracht sein. Das von der Lampe kommende Licht wird dabei durch die
Hülse 16 gerichtet und tritt als polarisiertes Licht aus. Die reflektierte Komponente
der Lichtstrahlen, welche durch die Bezugsziffer 19 in F i g. 2 dargestellt
ist,
wird in das Innere der Lampe 17 gerichtet und findet gegebenenfalls ihren Weg nach
außen durch das Polarisationsmaterial zurück.
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Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß der Strahl 18 durch das zellenartige
Gefüge des Polarisators 10 in die reflektierte Komponente 19 und die durchgelassene
Komponente 20 aufgespaltet wird. Die durchgelassene Komponente 20 wird polarisiert,
wie dies durch den aus dem Polarisationsgefüge austretenden Pfeil dargestellt ist.
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Durch die Erfindung werden Gefüge zum Polarisieren von Licht geschaffen,
welche sehr wirksam sind und innerhalb eines Feldes einen sehr kleinen Platzbedarf
haben. Zusätzlich sind diese Gefüge gewichtsmäßig leicht, für eine große Vielfalt
von Lichtquellen anwendbar und nicht aufwendig. Polarisationsfilme der beschriebenen
Art können in jeder Abmessung gefertigt und in einer großen Mannigfaltigkeit in
durchlässige Halterungen eingesetzt werden. Bei Verwendung als Raumbeleuchtung und
bei Anordnung in einer Ebene parallel zur Decke, wobei sich der Bereich nicht unmittelbar
über einem Betrachter befindet, erscheint die Leuchtfläche dunkel, verleiht der
Decke eine niedrige Helligkeit, welche die Beanspruchung der Augen vermindert, während
sie gleichzeitig den gewünschten Beleuchtungspegel über den gesamten Raum aufrechterhält.