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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine beleuchtbare Plattenanordnung,
insbesondere Lichtfliese, die mindestens eine Lichtquelle, eine
lichtdurchlässige erste Platte und eine lichtdurchlässige
zweite Platte enthält, wobei die zweite Platte parallel
zu der ersten Platte angeordnet ist und Licht an die Umgebung abgibt,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtquelle an
der Stirnseite der ersten Platte angeordnet ist, und dass die Oberfläche
der ersten Platte auf der der zweiten Platte abgewandten Seite in
beiden Raumrichtungen in regelmäßigen Abständen
mit Figuren abgedeckt ist, wobei der Deckungsgrad (D) (Anteil abgedeckter
Oberfläche zu Anteil nicht abgedeckter Oberfläche)
mit zunehmender Entfernung (A) senkrecht zur Plattenkante, d. h. von
der Lichtquelle weg, größer wird.
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Technischer Hintergrund und
Stand der Technik
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In
der Technik sind Lichtfliesen oder Lichtpaneele bekannt, die Licht-emittierende
Dioden (LED) als Lichtquelle benutzen, die durch Lichtmischung nach
dem RGB-Prinzip Licht in 16 Millionen Farben darstellen können.
So beschreibt z. B. die
EP 1
194 915 ein Lichtpaneel, bei dem die Lichteinstrahlung seitlich/stirnseitig
zu der Lichtabgabeoberfläche der Lichtfliese mit mehreren
RGB-LEDs, die in bestimmten Abständen angeordnet sind,
erfolgt. Bei dieser Anordnung tritt normalerweise das Problem auf,
dass am Rand der Lichtabgabeoberfläche des Lichtpaneels
so genannte Hotspots entstehen, d. h. an den direkten Einstrahlpunkten
der LEDs ist am Rand der Lichtabgabeoberfläche die Lichtintensität
höher als an den Zwischenräumen der LEDs, an denen
kein Licht eingestrahlt wird. Da sich Licht kegelförmig
ausbreitet, ist dieses Phänomen am Rand der Lichtabgabeoberfläche
am größten und nimmt in Richtung der Mitte ab.
Um die Inhomogenität am Rand der Lichtabgabeoberfläche
für den Betrachter ungesehen zu machen, wird in der Technik
der Rand solcher Lichtabgabeoberflächen soweit mit einem
Rahmen abgedeckt, dass diese sogenannten Hotspots nicht mehr zu
sehen sind. Aufgrund des Rahmens der Paneele/Fliesen kann mit solchen
Lichtpanelen/-fliesen durch nebeneinander Anordnen mehrerer Paneele/Fliesen
keine im Wesentlichen durchgängige beleuchtete Fläche
gebildet werden. Demgemäß wäre es wünschenswert,
rahmenlose Lichtfliesen bereitzustellen, die keine Hotspots am Rand
der Lichtabgabeoberfläche aufweisen.
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Gelöst
wurde dieses Problem in der Technik bereits durch eine andere als
die oben genannte Anordnung der Leuchtelemente. Hierbei werden LEDs nicht
stirnseitig an der Fliese, sondern am Boden der Fliese angebracht.
Die LEDs geben hier das Licht bereits in der gewünschten
Ausstrahlrichtung ab. Eine homogene Lichtverteilung über
die gesamte Lichtabgabeoberfläche wird dabei durch einen
möglichst großen Hohlraum zwischen der Lichtaustrittsplatte (Lichtabgabeoberfläche)
und den LEDs erreicht, d. h. je größer der Abstand
zwischen LEDs und Oberfläche, desto homogener die Lichtverteilung.
Auf diese Weise kann zwar hohe Lichthomogenität erreicht
und Hotspots vermieden werden, allerdings werden die Platten/Fliesen übermäßig
dick und sind aufgrund des Hohlraums nicht ausreichend druckbelastbar,
um z. B. als Unterbau für einen Automobilmessestand zu fungieren.
Demgemäß wäre es wünschenswert,
eine Lichtfliese bereitzustellen, die möglichst flach und druckbelastbar
ist und zudem eine hohe Lichthomogenität aufweist.
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Aufgaben der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine beleuchtbare Plattenanordnung
bereitzustellen, die eine hohe homogene Lichtverteilung über
die gesamte Lichtabgabeoberfläche aufweist.
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Es
ist eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe, eine
beleuchtbare Plattenanordnung bereitzustellen, die es zudem ermöglicht,
durch das nebeneinander Anordnen von mehreren Plattenanordnungen, eine
Fläche von mehreren Quadratmetern homogen auszuleuchten,
die zwischen den Plattenanordnungen im wesentlichen keine Lichtunterbrechungen aufweist.
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Unter „im
wesentlichen keine Lichtunterbrechungen aufweist" versteht man die
Tatsache, dass zwei Platten, deren Kanten sich berühren,
dennoch einen minimalen Abstand aufweisen.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Aufgabe ist es, eine
beleuchtbare Plattenanordnung bereitzustellen, die zudem flacher
und druckbeständiger ist, als beleuchtbare Panele/Fliesen
des Stands der Technik.
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Allgemeine Beschreibung der
Erfindung
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Die
oben erwähnten Aufgaben werden von der erfindungsgemäßen
beleuchtbaren Plattenanordnung gemäß Anspruch
1 gelöst. Die erfindungsgemäßen beleuchtbaren
Plattenanordnungen der abhängigen Ansprüche 2
bis 14 sind ebenso geeignet, die oben erwähnten Aufgaben
zu lösen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 stellt
einen Querschnitt durch einer erfindungsgemäße
beleuchtbare Plattenanordnung dar.
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2 stellt
eine Draufsicht auf eine erste Platte dar, an deren zwei gegenüberliegenden
Kanten Lichtquellen angeordnet sind.
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Anhand
der 1 und 2 soll der Aufbau der erfindungsgemäßen
beleuchtbaren Plattenanordnung (1) näher erläutert
werden:
In der Stützform (2) befindet sich
am inneren Boden eine weiße Reflektorfolie (7). Über
der Reflektorfolie (7) befindet sich die lichtdurchlässige
erste Platte (3), an deren zwei gegenüberliegenden
Kanten die Lichtquellen (4) angebracht an den Träger
(5) angeordnet sind. Oberhalb der ersten Platte befindet
sich die lichtdurchlässige zweite Platte (6),
die das Licht an die Umgebung abgibt. Wie aus dem Schnitt in 1 hervorgeht
hat die zweite Platte (6) einen Überstand (8),
der dafür garantiert, dass der Rahmen der Stützform
nicht sichtbar ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Eine
erfindungsgemäße Ausführungsform betrifft
eine beleuchtbare Plattenanordnung (1), insbesondere Lichtfliese,
die mindestens eine Lichtquelle (4), eine lichtdurchlässige
erste Platte (3) und eine lichtdurchlässige zweite
Platte (6) enthält, wobei die zweite Platte parallel
zu der ersten Platte angeordnet ist und Licht an die Umgebung abgibt,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtquelle (4)
an einer der Stirnseiten der ersten Platte angeordnet ist, und dass
die Oberfläche der ersten Platte auf der der zweiten Platte
abgewandten Seite in beiden Raumrichtungen mit Figuren abgedeckt
ist, wobei der Deckungsgrad (D) (Anteil abgedeckter Oberfläche
zu Anteil nicht abgedeckter Oberfläche) mit zunehmender
Entfernung (A) senkrecht zur Plattenkante, d. h. von der Lichtquelle
weg, größer wird.
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Die
erfindungsgemäße beleuchtbare Plattenanordnung
kann – aus der Lichtabgaberichtung betrachtet – eine
trapezförmige, rautenförmige, rechteckige oder
quadratische Form aufweisen. Bevorzugt sind die rechteckige und
die quadratische Form.
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Die
oben genannte beleuchtbare Plattenanordnung kann in eine Stützform
eingebracht sein, die die einzelnen Komponenten der Anordnung zusammenhält,
da es nicht zwingend notwendig ist, dass die Komponenten fest miteinander
verbunden sind. Unter „fest miteinander verbunden" versteht
man hierin verklebt oder anderweitig adhäsiv verbunden. Vom
Gesichtspunkt der Lichthomogenität und Lichtausbeute befindet
sich auf der Innenseite der Stützform eine im Wesentlichen
weiße Reflektorschicht oder Reflektorfolie. Die Reflektorschicht
kann z. B. durch eine im Wesentlichen weiße Lackierung oder
einen im Wesentlichen weißen Anstrich im Inneren der Stützform
gebildet werden. Unter „im Inneren der Stützform"
versteht man sowohl die innere Unterseite der Stützform
als auch die Seitenwände der Stützform, wobei
beides unabhängig voneinander erfolgen kann. Unter „weiß"
bzgl. der Lackierung versteht man einen im wesentlichen hellen Farbton,
der durch das sogenannte RGB-Modell, wie folgt, beschrieben werden
kann: Das RGB-Modell ist ein Modell, um alle Farben im Farbraum
zwischen Schwarz und Weiß, durch additive Mischung der
Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) zu beschreiben. Verwendet
man das Dezimalsystem so kann jede der drei Farben einen Dezimalwert
zwischen 0 und 1 annehmen, wobei Schwarz durch R = G = B = 0 und
Weiß durch R = G = B = 1 dargestellt ist. Eine im wesentliche
weiße Farbe bzgl. der oben genannten Lackierung versteht
man eine Farbe, bei der die Komponenten R, G und B im Sinne des
RGB-Modells folgender Gleichung genügen: R + G + B ≥ 2,0.
Jegliche Kombination von Werten von R, G und B ist hier denkbar, sofern
obige Gleichung erfüllt ist. Vorzugsweise sind jedoch alle
drei Wert für R, G und B nahezu gleich groß (entspricht
Grautönen bis hin zu weiß).
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Die
Stützform kann aus Kunststoff, Metall oder einem keramischen
Material bestehen. Bevorzugt ist Metall, stärker bevorzugt
Stahl. Stahl besitzt außerdem den Vorteil, dass er eine
hohe Formbeständigkeit hat. Eine Formbeständigkeit
ist unter dem Gesichtspunkt der Druckbelastbarkeit der beleuchtbaren
Plattenanordnung wichtig.
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Als
Lichtquelle sind vorzugsweise Licht-emittierende Dioden (LEDs) jeglicher
Art geeignet. Die LEDs können solche sein, die nur weißes
oder einfarbiges Licht abgeben, oder auch sog. RGB-LEDs (RGB = Rot,
Grün, Blau, mit solchen LEDs können bis zu 16
Millionen Farben emittiert werden). Ebenso können auch
organische LEDs (auch OLED genannt) verwendet werden. Die LEDs können
sich auf Platinen befinden oder sind auf flexiblen Streifen angebracht,
wie im Handel erhältlich. Im Fall der LEDs auf Platinen
aufgebrachten LEDs spricht man auch von SMD-LED Modulen, wobei man
unter SMD sogenannte „surface mounted devices" versteht,
die eine integrale Einheit aus Platine und einer oder mehrerer Lichtquellen
bilden, und die besonders platzsparend sind.
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Unter
der lichtdurchlässigen ersten Platte versteht man eine
Platte aus jeglichem Material, das z. B. wie Glas, in der Lage ist
sichtbares Licht durchzulassen, d. h. ein klares durchsichtiges
Material mit einer Brechzahl größer 1,3, stärker
bevorzugt größer 1,4. Die Dicke der ersten Platte
liegt im Bereich von 4 und 15 mm, besonders bevorzugt 6 bis 10 mm.
Es kann zum Beispiel ein Mineralglas oder ein Kunststoff, wie Acrylglas
(Polymethylmethacrylat) verwendet werden, wobei unter dem Gesichtspunkt
der Druckbelastung ein Kunststoff bevorzugt wird. Insbesondere ist
Acrylglas geeignet. Das Acrylglas kann an den Kanten unbehandelt,
aber auch poliert sein, z. B. durch Fräspolieren. Besonders
bevorzugt ist das Acrylglas an allen Kanten fräspoliert,
da dies eine homogenere Lichtverteilung auf der Lichtabgabefläche und
eine bessere Lichtausbeute fördert. In der erfindungsgemäßen
beleuchtbaren Plattenanordnung kann/können vom Gesichtspunkt
der Lichtausbeute die Kante(n), an denen keine Lichtquelle angeordnet ist,
weiß bedruckt sein. Hierfür kann die gleiche Farbe
verwendet werden, wie für die Figuren auf der Unterseite
der ersten Platte, sofern diese aufgedruckt sind.
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Unter
dem Begriff "Kanten" versteht man in der vorliegenden Erfindung
die Seiten, die die Dicke einer Platte bestimmen.
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Die
mindestens eine Lichtquelle ist an mindestens einer Stirnseite der
ersten Platte angebracht. Es können eine oder mehrere Lichtquellen
an einer Stirnseite angebracht sein. Sind mehr als zwei Lichtquellen
an einer Stirnseite angebracht, so haben die Lichtquellen vorzugsweise
den gleichen Abstand voneinander, oder eine Abstandsequenz, die
sich periodisch wiederholt. Besonders bevorzugt sind zwei oder mehr
Lichtquellen nebeneinander entlang mindestens einer der vier Stirnseiten
der ersten Platte angeordnet. Noch stärker bevorzugt werden
die Lichtquellen, insbesondere LEDs (jeglicher Art), in Abständen
von 1 bis 4 cm angeordnet. In einer außerordentlich bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden jeweils
zwei oder mehr Licht-emittierende Dioden, besonders bevorzugt drei oder
mehr LEDs, an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten der ersten
Platte angebracht.
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Vom
Gesichtspunkt der Wärmeleitfähigkeit ist es bevorzugt,
dass die Rückseite der LEDs über ein weiteres
Wärme-leitendes und Strom-isolierendes Material mit der
Stützform verbunden ist. Auf diese Weise kann die Betriebswärme
der LEDs besser abgeführt werden. Aus diesem Grund ist
ein Wärme-leitendes Material bevorzugt.
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Die
Figuren, die sich auf der der zweiten Platte abgewandten Seite der
ersten Platte befinden, können jegliche Form aufweisen,
wobei eine dreieckige, rechteckige, quadratische, linienförmige
oder kreisförmige Form bevorzugt ist. Besonders bevorzugt
ist eine dreieckige, quadratische oder kreisförmige Form.
Unter dem Begriff „mit Figuren abgedeckt" versteht man eine
Veränderung der Oberfläche durch Bedrucken oder
durch physikalische (Laser) oder mechanische Bearbeitung (Aufrauen)
der Oberfläche, so dass an diesen Stellen die Oberfläche nicht
mehr lichtdurchlässig ist. Die genannte Veränderung
der Oberfläche sollte dazu führen, dass an den
veränderten Stellen (Figuren) das Licht nicht aus dem Material
der ersten Platte austritt, sondern in Richtung der zweiten Platte
abgelenkt wird. Werden die Figuren an der Oberfläche aufgedruckt,
so ist ein digitales Druckverfahren und ein Siebdruckverfahren geeignet.
Vorzugsweise werden die Figuren durch Siebdruck erzeugt. Die verwendete
Druckfarbe ist eine Farbe, bei der die Komponenten R, G und B im Sinne
des RGB-Modells folgender Gleichung genügen: R + G + B ≥ 2,0.
Jegliche Kombination von Werten von R, G und B ist hier denkbar,
sofern obige Gleichung erfüllt ist. Vorzugsweise sind jedoch
alle drei Werte für R, G und B nahezu gleich groß (entspricht Grautönen
bis hin zu weiß).
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Die
Figuren sind so angeordnet, dass sie in beiden Raumrichtungen, die
sich in der Ebene der der zweiten Platte abgewandten Seite der ersten Platte
befinden, in regelmäßigen Abständen aufgebracht
sind. Der Deckungsgrad (D), der als das Verhältnis des
Anteils der abgedeckten Oberfläche zu dem Anteil der nicht
abgedeckten Oberfläche definiert ist, wird mit zunehmender
Entfernung (A) senkrecht zur Plattenkante, d. h. von der Lichtquelle
weg, größer.
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Die
Zunahme des Deckungsgrads wird erreicht, indem entweder
- (i) der Abstand gleichbleibend großer Figuren abnimmt,
oder
- (ii) der Abstand der Figuren gleich bleibt und die Größe
der Figuren zunimmt, oder
- (iii) sowohl der Abstand der Figuren abnimmt, als auch die Größe
der Figuren zunimmt.
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Die
Figuren sind vorzugsweise mit einem Abstand von 0,01 mm bis 3 mm
angeordnet. Die Figuren weisen vorzugsweise eine Größe
von 0,0001 mm2 bis 2,4 mm2 im
Bezug auf die Oberfläche der Platte auf. Der Deckungsgrad
(D) steht in folgender Beziehung zur Entfernung (A): D
= j × A + kworin D der Deckungsgrad in ist, A die
Entfernung der abdeckenden Figur von der Kantenseite der ersten
Platte von der beleuchtet wird, j gleich 7 oder größer
und 14 oder kleiner ist und k gleich 2 oder größer und
12 oder kleiner ist. Sofern sich Lichtquellen auf zwei gegenüberliegenden
Seiten der ersten Platte befinden, nimmt der Deckungsgrad nur bis
zur Mitte der Platte zu.
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Die
lichtdurchlässige zweite Platte ist vorzugsweise eine weiße
transluzente Platte, die eine bestimmte Lichtdurchlässigkeit
hat, die üblicherweise in angegeben wird. Die Lichtdurchlässigkeit
(Transmission) sollte im Bereich von 35 bis 50% sein. Jegliche Dicke
ist denkbar, sofern die Lichtdurchlässigkeit im genannten
Bereich liegt. Bevorzugt ist eine Dicke im Bereich von 4 bis 15
mm. Als Basismaterial der zweiten Platte können die gleichen
Materialien wie bei der ersten Platte verwendet werden. Bevorzugt
ist Acrylglas.
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Die
Stromzufuhr zu den Lichtquellen kann über verschiedene
Wege erfolgen:
- 1. Durch ein oder mehrere Löcher
am seitlichen Rand oder der Rückseite der Stützform,
durch das ein Stromkabel zugeführt wird.
- 2. Durch ein Loch in der Mitte der Rückseite der Stützform,
durch das ein Stromkabel zugeführt wird.
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Der
zweite Weg ist vor allem bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße
beleuchtbare Plattenanordnung Lichtquellen an zwei gegenüberliegenden Seiten
besitzt, die durch eine Stromzuführung versorgt werden
sollen. In diesem Fall umfasst die beleuchtbare Plattenanordnung
vorzugsweise eine Reflektorfolie zwischen erster Platte und Stützform,
die in der Mitte eine etwa Kabel-dicke Unterbrechung aufweist, die
senkrecht oder schräg, bevorzugt senkrecht, zu den Seiten,
an denen sich die Lichtquellen befinden, verläuft. In dieser
Unterbrechung wird das Stromzuführkabel demnach senkrecht
oder schräg, bevorzugt senkrecht, auf die Seiten, an denen
sich die Lichtquellen befinden, zugeführt.
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Beispiele
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Beispiel 1: Herstellung einer rechteckigen
Lichtfliese, die in der Lage ist Licht im RGB-Farbbereich wiederzugeben
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In
eine weiße pulverlackierte Stahlwanne (333 mm × 333
mm) mit Wandstärke 1 mm und seitlichen Rand (Höhe
16 mm) wird auf der inneren Unterseite ein weiße Reflektorfolie
(3MTM, Light Enhancement Film 3635-100)
angebracht. Eine Acrylglasplatte (330 mm × 324 mm) des
Typs Quinn Cast GS-Lumina (Quinn Plastics) mit 8 mm Dicke wird an den
4 Kanten fräspoliert und an der Unterseite per Siebdruck
mit kleinen weißen kreisförmigen Punkten bedruckt.
Der Verlauf des Drucks war wie unten angegeben. An die zwei Kanten
der Längsseite der Acrylglasplatte werden jeweils 15 RGB-LEDs
(Hongli Opto-Electronic, Typ: LED SMD Modul RGB teilbar 57,5 cm,
s. h. technische Daten unten) in Abständen von im Schnitt
18,5 mm angebracht. Anschließend wird die bearbeitete Acrylglasplatte
mit der bedruckten Seite nach unten auf die Reflektorfolie in die Stahlwanne
gelegt. Darüber wird eine 10 mm dicke Acrylglasplatte des
Typs Plexiglas GS Weiß 060 (Degussa, Röhm Plexiglas)
aufgebracht (333 mm × 333 mm von der Sichtseite betrachtet,
331 mm × 331 mm von der anderen Seite betrachtet).
- Technische
Daten des LED SMD Modul RGB teilbar 57,5 cm:
- LEDs: 30 × PLCC LEDs
- Maße: 575 mm × 8 mm × 4(6) mm (L × B × H
(Stecker))
- Abstrahlwinkel: 100° jede LED
- Wellenlänge: 620 nm®,
510 nm (G), 470 nm (B)
- Spannung: 12 V
- Strom: ca. 180 mA je Farbe
- Helligkeit: 30 × 1400 mcd
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Verlauf des Siebdrucks:
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- Die Abstände der kreisförmigen Punkte
betrug durchgehend 1 mm vom Kreismittelpunkt.
- Der Durchmesser der kreisförmigen Punkte in 0,5 cm Entfernung
von der Kante (senkrecht) betrug 0,1 mm.
- Der Durchmesser der kreisförmigen Punkte in 4 cm Entfernung
von der Kante (senkrecht) betrug 0,3 mm.
- Der Durchmesser der kreisförmigen Punkte in 8 cm Entfernung
von der Kante (senkrecht) betrug 0,5 mm.
- Der Durchmesser der kreisförmigen Punkte in 12 cm Entfernung
von der Kante (senkrecht) betrug 0,6 mm.
- Der Durchmesser der kreisförmigen Punkte in 16 cm Entfernung
von der Kante (senkrecht) betrug 0,7 mm.
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Visuell
betrachtet konnte bei der im Beispiel 1 hergestellten Lichtfliese
im gesamten RGB-Farbbereich eine homogene Lichtverteilung über
die ganze Plattenfläche festgestellt werden. Zudem waren
keinerlei „Hot-Spots" an den Einstrahlstellen der LEDs und
keine Schatten in den Bereichen zwischen den LEDs zu erkennen.
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Beispiel 2: Herstellung einer Lichtfliese,
die weißes Licht abgibt
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Eine
Lichtfliese wurde nach Beispiel 1 hergestellt, mit dem Unterschied,
dass die RGB-LEDs durch folgende LEDs ersetzt wurden:
- Hersteller:
Hongli Opto-Electronic
- Typ: LED SMD Module flexibel teilbar
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Technische Daten:
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- LEDs: PLCC3528 LEDs
- Abmessungen: 500 mm × 8 mm × 2,2 mm (L × B × H)
- Abstrahlwinkel: 120° je LED
- Farbe: weiß
- Spannung: 12 V/200 mA
- Helligkeit: 30 × 1400 mcd
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Die
visuelle Auswertung bei Beleuchtung der in Beispiel 2 hergestellten
Lichtfliese zeigte, dass diese keine „Hotspots" und Schatten
an den Einstrahlpunkten der LEDs, bzw. zwischen den Einstrahlpunkten
der LEDs aufwies und zudem eine homogene Lichtverteilung über
die gesamte Platte zeigte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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