DE202011110726U1

DE202011110726U1 - Prägewerkzeug und Vorrichtung zum Herstellen einer flächigen Lichtquelle sowie damit hergestellte Lichtquelle

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Publication number: DE202011110726U1
Application number: DE202011110726.8U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2015-11-27
Anticipated expiration: 2021-03-04
Also published as: DE102011001059A1

Abstract

Prägewerkzeug (11) zum Herstellen einer flächigen Lichtquelle (1), wobei das Prägewerkzeug ein zweidimensionales Feld aus starr miteinander verbundenen Dornen (12) zum Einprägen von lokalen Vertiefungen (10) in eine Oberfläche (8) eines transluzenten Materials (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) in jeder Dimension des Felds in einem festen Raster angeordnet sind, wobei ein Rastermaß des festen Rasters in der jeweiligen Dimension mindestens doppelt so groß ist wie ein Durchmesser von mit den Dornen (12) in eine Oberfläche (8) eingeprägten Vertiefungen (10) in dieser Dimension.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Prägewerkzeug und eine Vorrichtung zum Herstellen einer flächigen Lichtquelle, die eine Oberfläche eines transluzenten Materials mit lokalen Vertiefungen versehen. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine damit hergestellte Lichtquelle.
Flächige Lichtquellen haben vielfältige Anwendungen. Sie werden z. B. in der Werbung zur rückwärtigen Beleuchtung von transparenten Plakaten verwendet. Eine mehr technische Verwendung finden flächige Lichtquellen in Verbindung mit LCD-Bildschirmen, die ebenfalls rückwärtig zu beleuchten sind. Auch zur Beleuchtung weiter entfernt vor ihnen liegender Objekte sind flächige Lichtquellen vorteilhaft, wenn beispielsweise ein Schattenwurf vermieden werden soll.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich spezieller auf solche flächigen Lichtquellen, bei denen an einer Schmalseite Licht in einen im wesentlichen zweidimensionalen Formkörper, beispielsweise eine Platte, aus transluzentem Material eingekoppelt wird. Dieses Licht wird an sich durch Totalreflektion an den Oberflächen des Formkörpers in dem Formkörper gehalten. Eine gezielte Lichtabstrahlung normal zu einer Oberfläche des Formkörpers wird durch in die Oberfläche eingebrachte Vertiefungen erreicht, von denen auftreffendes Licht gestreut wird. Durch Form und Verteilung der Vertiefungen wird die Verteilung des normal zu der Oberfläche abgestrahlten Lichts bestimmt.
STAND DER TECHNIK
Aus der DE 92 17 331 U ist eine Leuchtreklametafel bekannt, die eine planparallel Platte aus klarem, farblosem Plexiglas aufweist. In eine Sichtfläche der Platte ist mittels eines Lasers eine Gravur aus punktförmigen Einstichen eingebracht. Bei seitlicher Beleuchtung der Platte, wobei die Lichtstrahlen durch eine Schmalfläche in die Platte eintreten, erscheinen die punktförmigen Einstiche als Leuchtpunkte, die Licht senkrecht zu den Lichtflächen der Platte abstrahlen. Um eine flächige Verteilung des Lichts über der Sichtfläche zu erreichen, werden die punktförmigen Einstiche in einem Raster angeordnet.
Weiterhin ist aus der DE 92 17 331 U eine Leuchtreklametafel mit einer zwei gegenüberliegende Sichtflächen und ein oder mehrere Schmalflächen aufweisenden Platte aus klarem Material bekannt, wobei in einer Sichtfläche eine Gravur aus punktförmigen Einstichen vorgesehen ist, deren punktförmigen Einstiche jeweils am Grund eines linieförmigen Einstichs angeordnet sind. Hierdurch soll das Raster der punktförmigen Einstiche bei unbeleuchteter Leuchtreklametafel nicht erkennbar sein.
Nicht jedes transluzente Material ist jedoch mit Laserlicht in sinnvoller Weise bearbeitbar. Außerdem muss eine mit einer Lasergravur versehene Platte regelmäßig getempert werden, um beim Lasergravieren eingebrachte Materialspannungen abzubauen. Letztlich weisen die mit einem Laser in eine Oberfläche eingebrachten Vertiefungen, die auf der Verdampfung von Material basieren, eine ungünstige räumliche Abstrahlcharakteristik beim Streuen von Licht aus der Platte auf.
Aus der EP 1 335 817 B1 ist ein Stiftsatz für einen V-Schneider bekannt, um effizient eine Mehrzahl von V-förmigen und parallel zueinander verlaufenden Rillen in die Oberfläche eines transluzenten Materials einzubringen, die bei einer flächigen Lichtquelle parallel zu der Oberfläche eingestrahltes Licht normal zur Oberfläche streuen. Der bekannte Stiftsatz weist eine Vielzahl von in einer Richtung nebeneinander angeordneten, jeweils elastisch an einer gemeinsamen Trägerstruktur abgestützten Stiften auf, mit denen die V-förmigen Rillen durch Bewegen der Trägerstruktur über die Oberfläche des transluzenten Materials in die Oberfläche eingeritzt werden. Dabei können die Stifte unterschiedlich dicht nebeneinander angeordnet sein und/oder unterschiedlich lang sein, um die V-förmigen Rillen beispielsweise in einer primären Lichtstromrichtung durch das transluzente Material mit zunehmender Tiefe und/oder Dichte einzubringen. Auf diese Weise kann eine Abnahme des Lichtstroms durch bereits normal zu der Oberfläche weg gestreute Anteile kompensiert werden, um eine gleichmäßige Intensitätsverteilung des normal zu der Oberfläche abgestrahlten Lichts über die Oberfläche zu erreichen. Es erweist sich jedoch in der Praxis als schwierig, mit dem bekannten Stiftsatz flächige Lichtquellen mit gleichmäßiger Verteilung der Lichtintensität über der gesamten Oberfläche des transluzenten Materials kostengünstig herzustellen. Zudem ist der Aufbau des bekannten Stiftsatzes mechanisch aufwendig und die mit ihm in die Oberfläche eingebrachten Rillen führen zu einer mechanischen Schwächung des transluzenten Materials.
In der US 2002/0130427 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer lichtführenden Platte offenbart. Zum Einprägen eines Musters in die lichtführende Platte ist eine Walze vorgesehen, an der eine Formwerkzeug angeordnet ist. Das Formwerkzeug weist eine Grundfläche auf, von der das vorgesehene Muster absteht. Zum Einprägen des Musters in die Platte werden das Formwerkzeug und die Platte erwärmt und das Formwerkzeug wird auf die Platte gepresst. Beim Einprägen des Musters in die Platte liegt die Grundfläche des Formwerkzeugs an der Platte an, sodass das über die Grundfläche überstehende Muster vollständig in die Platte übertragen wird.
Die DE 10 2005 018 212 A1 betrifft eine Signalleuchte für Fahrzeuge mit einem flächigen Lichtleiter, der auf seiner Lichtaustrittsfläche ein Muster aus Vertiefungen aufweist. In DE 10 2005 018 212 A1 sind verschiedene Ausgestaltungen des Muster offenbart, die sich hinsichtlich der Form und Tiefe der Vertiefungen sowie der Dichte der Vertiefungen in dem Muster unterscheiden.
In der US 2003/0206408 A1 geht es um ein Beleuchtungsmittel mit einer lichtführenden Platte. Die Platte weist punktförmige Strukturen zum Auskoppeln von in der Platte geführtem Licht auf. In US 2003/0206408 A1 sind vielfältige Ausführungen der Strukturen offenbart, die sich hinsichtlich der Anordnung und Dichte der Strukturen auf der Platte sowie der Form und Tiefe der Strukturen unterscheiden.
In der US 2011/0038975 A1 ist eine Vorrichtung zum Abformen eines Musters in eine lichtführende Platte offenbart. Die Vorrichtung weist ein Formwerkzeug auf, auf das die lichtführende Platte zum Abformen des Musters aufgelegt wird. Das Formwerkzeug ist als eine Formplatte mit einer planen Grundfläche gebildet, über die in einem Feld angeordnete Dorne entsprechend dem in die Platte einzubringenden Muster überstehen. Zum Abformen des Felds der Dorne wird die lichtführende Platte mit der Vorrichtung erwärmt und mit einer Walze an das Formwerkzeug angepresst. Eine Anpresskraft, mit der die Walze die Platte an das Formwerkzeug anpresst, wird dabei derart angepasst, dass die überstehenden Dorne auch in Bereichen, in denen die Dorne dichter angeordnet sind oder die Dorne länger ausgebildet sind, vollständig in die Platte eingedrückt werden, bis die Grundfläche der Platte an der Oberfläche des Formwerkzeugs anliegt. So wird erreicht, dass das Muster der Dorne des Formwerkzeugs identisch in die Platte abgeformt, d. h. in der lichtführenden Platte repliziert wird.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prägewerkzeug und eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit denen flächige Lichtquellen mit definierter Lichtintensitätsverteilung über einer Oberfläche kostengünstig herstellbar sind. Weiterhin soll eine damit hergestellte vorteilhafte Lichtquelle aufgezeigt werden.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Prägewerkzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Schutzanspruchs 1, eine Prägevorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Schutzanspruchs 11 und eine Lichtquelle mit den Merkmalen des nebengeordneten Schutzanspruchs 17 gelöst. Die abhängigen Schutzansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen des neuen Prägewerkzeugs, der neuen Vorrichtung und der neuen Lichtquelle.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung einer flächigen Lichtquelle, bei der eine Oberfläche eines transluzenten Materials mit lokalen Vertiefungen versehen wird, werden die lokalen Vertiefungen mit einem Feld aus starr miteinander verbundenen Dornen in die Oberfläche eingeprägt. Das Einprägen der Vertiefungen führt zu einer definierten Form der Vertiefungen. Indem das Einprägen mit einzelnen Dornen erfolgt, resultieren keine durchlaufenden mechanischen Schwächungen des Materials. Indem nicht ein einzelner Dorn sondern ein Feld von starr miteinander verbundenen Dornen beim Einprägen der Vertiefungen in die Oberfläche zum Einsatz kommt, werden etwaige Geschwindigkeitsnachteile des mechanischen Einprägens kompensiert. Zudem kann ein Feld aus starr miteinander verbundenen Dornen sehr kostengünstig in präziser Form bereitgestellt werden.
Nicht nur die Form der Vertiefungen kann durch die Form der für das Einprägen verwendeten Dorne genau vorgegeben werden, sondern auch die Oberflächenqualität der Vertiefungen. So bleibt bei Verwendung von Dornen mit glatter Oberfläche die Oberfläche auch im Bereich der eingeprägten Vertiefungen glatt. Selbst relativ große Vertiefungen sind daher im nichtbeleuchteten Zustand kaum sichtbar. Das Einprägen der Vertiefungen ist überdies bei einer großen Vielfalt von transluzenten Materialien möglich. Voraussetzung ist nur eine gewisse Duktilität.
Das Feld der starr miteinander verbundenen Dorne ist ein zweidimensionales Feld. Hierdurch wird die Geschwindigkeit der erfindungsgemäßen Herstellung einer flächigen Lichtquelle weiter beschleunigt.
Die Dorne sind in jeder Dimension des Felds in einem festen Raster angeordnet. Dies macht es einfach, das Muster der Vertiefungen über die Begrenzungen des Felds hinaus gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des transluzenten Materials fortzusetzen. Zudem sorgt ein festes Raster für eine Uniformität der Lichtabstrahlung von der Oberfläche bei der fertigen Lichtquelle.
Die Vertiefungen werden in einem im Vergleich zu ihrem Durchmesser großem Abstand zueinander angeordnet. So ist ein Rastermaß in der jeweiligen Dimension des Felds der Dorne mindestens doppelt so groß, vorzugsweise mindestens dreimal so groß und noch mehr bevorzugt mindestens viermal so groß sein wie ein Durchmesser der in die Oberfläche eingeprägten Vertiefungen in dieser Dimension.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Dorne Teile einer Prägewalze, die über die Oberfläche des transluzenten Materials gerollt wird. Diese Ausführungsform ist durch eine extrem hohe Geschwindigkeit beim definierten Einbringen der Vertiefungen über sehr große Bereiche der Oberfläche des transluzenten Materials gekennzeichnet.
Vorzugsweise werden die Vertiefungen in einem rechteckigen Muster in die Oberfläche eingeprägt, wobei eine Kantenrichtung des Musters in einer primären Lichtstromrichtung durch das Material verläuft. Die primäre Lichtstromrichtung durch das Material wird durch die Anordnung von Leuchtmitteln an einer Kante des transluzenten Materials bestimmt. Durch die Ausrichtung des rechteckigen Musters mit einer Längskante auf die primäre Lichtstromrichtung treffen immer nur leicht zu der primären Lichtstromrichtung divergierende Anteile des Lichtstroms auf die Vertiefungen. Hierdurch hat der Lichtstrom eine große Reichweite längs der Oberfläche, was für eine homogene Lichtabstrahlung von großen Oberflächen bei der letztendlichen flächigen Lichtquelle vorteilhaft ist.
Dennoch kann es sinnvoll sein, die Vertiefungen mit in der primären Lichtstromrichtung durch das Material zunehmenden Tiefe und/oder Dichte in die Oberfläche einzuprägen, um Abschwächungen des Lichtstroms in dieser Richtung zu kompensieren.
Als günstig für die Abstrahlcharakteristik des Lichts von den einzelnen Vertiefungen erweist es sich, wenn die Vertiefungen überwiegend mit Prägeflächen an den Dornen in die Oberfläche eingeprägt werden, die zumindest in einer primären Lichtstromrichtung durch das Material einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von 40° bis 45°, d. h. von ungefähr 45° zu der Oberflächennormalen der Oberfläche aufweisen. Dabei müssen diese Oberflächen nicht eben sein, sondern können auch eine Krümmung aufweisen, soweit die genannten Winkelbereiche zumindest im Wesentlichen eingehalten werden.
Punktförmige Vertiefungen, wobei hiermit Vertiefungen gemeint sind, die zumindest in ihren beiden Haupterstreckungsrichtungen längs der Oberfläche etwa gleiche Abmessungen aufweisen, werden vorzugsweise mit einem Durchmesser von 0,1 mm bis 1,5 mm in die Oberfläche eingeprägt. Als besonders günstig für das Abstrahlungsverhalten von der jeweiligen Oberfläche erweisen sich jedoch gestreckte Vertiefungen, die ein Streckungsverhältnis zwischen ihrem maximalen und ihrem minimalen Durchmesser von maximal 6:1 und vorzugsweise von 3:1 bis 5:1, d. h. von etwa 4:1 aufweisen. Diese gestreckten Vertiefungen können in Richtung ihres maximalen Durchmessers auch größer ausgebildet sein als die im letzten Absatz beschriebenen punktförmigen Vertiefungen und einen maximalen Durchmesser von maximal 5 mm und vorzugsweise von 2 mm bis 4 mm, d. h. etwa 3 mm aufweisen. Mit diesem maximalen Durchmesser sind die gestreckten Vertiefungen quer zu der primären Lichtstromrichtung durch das Material in die Oberfläche einzuprägen, um ihre spezielle Form für das von der Oberfläche abgestrahlte Licht auszunutzen.
Die konkrete Form der in die Oberfläche eingeprägten Vertiefungen ist variabel. Sie kann z. B. linsenförmig, kegelförmig oder pyramidenförmig sein, wobei diese Grundformen bei gestreckten Vertiefungen entsprechend verzerrt sind. Es sind aber auch Vertiefungen mit noch mehr oder weniger Kanten als Pyramiden möglich.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Ränder der Vertiefungen beim Einprägen der Vertiefungen an die Oberfläche angedrückt. Durch das Einprägen der Vertiefungen besteht grundsätzlich eine Tendenz dazu, dass das Material um die Vertiefungen herum eine über die Oberfläche vorstehende kraterförmige Erhebung bildet. Diese Erhebung wird jedoch vorzugsweise an die Oberfläche angedrückt, d. h. zumindest abgerundet.
Die erfindungsgemäße Herstellung einer flächigen Lichtquelle erweist sich als gegenüber Toleranzen bei der Dicke des transluzenten Materials normal zu der Oberfläche, in die die Vertiefungen eingebracht werden, besonders tolerant, wenn die Dorne mit einer vorgegebenen Prägekraft in die Oberfläche eingedrückt werden. Toleranzen in Dickenrichtung des Materials sind bei gegossenen transluzenten Materialien häufig vorhanden. Hierbei handelt es sich jedoch in aller Regel um Toleranzen mit relativ großer Wellenlänge, sodass die starre Relativanordnung der Dorne innerhalb des Felds kein Problem darstellt, weil die auftretenden Toleranzen über die Abmessungen des Felds hinweg in aller Regel zu vernachlässigen sind.
Das Prägewerkzeug ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass es ein zweidimensionales Feld aus starr miteinander verbundenen Dornen aufweist, die in jeder Dimension des Felds in einem festen Raster angeordnet sind, wobei ein Rastermaß des festen Rasters in der jeweiligen Dimension mindestens doppelt so groß, vorzugsweise mindestens dreimal so groß und noch mehr bevorzugt mindestens viermal so groß ist wie ein Durchmesser von mit den Dornen in eine Oberfläche eingeprägten Vertiefungen in dieser Dimension.
Vorzugsweise sind die Dorne Teil einer Prägewalze, die in einem Drehlager frei drehbar gelagert ist, und so über eine mit Vertiefungen zu versehende Oberfläche gerollt werden kann.
Zur Herstellung des Prägewerkzeugs können die Dorne materialabnehmend aus einer Oberfläche eines durchgängigen Körpers herausgearbeitet sein. Dies stellt eine kostengünstige Vorgehensweise zur Ausbildung sehr präziser Dorne mit hoher Oberflächenqualität dar.
Bei einer erfindungsgemäßen Prägevorrichtung zur erfindungsgemäßen Herstellung einer flächigen Lichtquelle mit einem neuen Prägewerkzeug ist das Prägewerkzeug, z. B. mit einer Verfahreinrichtung für das Prägewerkzeug, mit einer vorgebbaren Prägekraft gegen ein Werkstückauflager beaufschlagbar.
Eine erfindungsgemäße Lichtquelle, die erfindungsgemäß hergestellt wurde und bei der eine Oberfläche eines transluzenten Materials mit lokalen Vertiefungen versehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen in einem rechteckigen Muster in die Oberfläche eingeprägt sind, wobei eine Kantenrichtung des Musters in einer primären Lichtstromrichtung durch das transluzente Material verläuft, wobei ein Rastermaß des rechteckigen Musters in jeder Kantenrichtung mindestens doppelt so groß, vorzugsweise mindestens dreimal so groß und noch mehr bevorzugt mindestens viermal so groß ist wie ein Durchmesser der Vertiefung in dieser Kantenrichtung und wobei die Vertiefung mit einem Streckungsverhältnis zwischen ihrem maximalen und ihrem minimalen Durchmesser von maximal 6:1 und vorzugsweise von 3:1 bis 5:1 gestreckt sind und mit ihrem maximalen Durchmesser von maximal 5 mm und vorzugsweise 2 mm bis 4 mm in Querrichtung zu der primären Lichtstromrichtung durch das Material ausgerichtet sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Schutzansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Schutzansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Schutzansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
1 ist ein Längsschnitt durch eine flächige Lichtquelle.
2 ist eine Draufsicht auf eine flächige Lichtquelle.
3 ist einen Draufsicht auf einen vergrößerten Ausschnitt aus der Oberfläche eines transluzenten Materials der Lichtquelle gemäß 1 und 2 mit in die Oberfläche eingebrachten Vertiefungen.
4 zeigt ein Prägewerkzeug mit einem zweidimensionalen Feld von Dornen zum Einbringen der Vertiefungen gemäß 3.
5 illustriert die Verwendung des Prägewerkzeugs gemäß 4.
6 illustriert die Verwendung einer Prägewalze mit einem zweidimensionalen Feld von Dornen zum Einbringen der Vertiefungen gemäß 3.
7 illustriert eine alternative Verwendung einer mit einem zweidimensionalen Feld von Dornen versehenen Prägewalze zur Einbringung von Vertiefungen in eine Oberfläche.
8 ist eine Auftragung einer Prägekraft über die Erstreckung einer Oberfläche, in die Vertiefungen eingebracht werden, in einer primären Lichtstromrichtung und die hieraus resultierende Verteilung der Tiefe der Vertiefungen.
9 zeigt eine erste Ausführungsform von punktförmigen Vertiefungen in einer Draufsicht auf die Oberfläche.
10 zeigte eine der Vertiefungen gemäß 9 in einem Schnitt durch die Oberfläche.
11 bis 13 zeigen andere punktförmige Vertiefungen mit Blickrichtung auf die Oberfläche.
14 zeigt eine Ausführungsform von gestreckten Vertiefungen mit Blickrichtung auf die Oberfläche.
15 zeigt eine alternative Ausführungsform einer gestreckten Vertiefung mit Blickrichtung auf die Oberfläche.
16 zeigt die Vertiefung gemäß 15 in einem Schnitt durch die Oberfläche.
17 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer gestreckten Vertiefung mit Blickrichtung auf die Oberfläche, in die sie eingebracht ist.
FIGURENBESCHREIBUNG
Die in den 1 und 2 schematisch dargestellte flächige Lichtquelle 1 baut auf einer Platte 2 aus einem transluzenten Material 3 auf. An einer Schmalseite 4 der Platte 2 ist eine Reihe von Leuchtdioden 5 mit integrierten Reflektoren 6 als primäre Leuchtmittel angeordnet. Das von diesen Leuchtmitteln abgestrahlte Licht wird über die Schmalseite 4 in die Platte 2 eingekoppelt und breitet sich darin in einer primären Lichtstromrichtung 7 aus. Durch die spezielle Ausbildung einer der in 1 oben liegenden und in 2 dem Betrachter zugekehrten Oberfläche 8 der Platte 2 wird das in die Platte 2 eingekoppelte Licht über die gesamte Oberfläche 8 verteilt abgestrahlt und zwar nicht nur in den in 1 eingezeichneten Richtungen 9 der Oberflächennormalen sondern auch unter anderen Winkeln zu der Oberfläche 8.
Die spezielle, in den 1 und 2 nicht wiedergegebenen Gestaltung der Oberfläche 8, um die Abstrahlung des in die Platte 2 eingekoppelten Lichts, das ohne diese spezielle Gestaltung der Oberfläche 8 durch Totalreflektion in der Platte 2 geführt würde, beruht auf in die Oberfläche 8 eingeprägten Vertiefungen 10, die in 3 wiedergegeben sind. Die Vertiefungen 10 sind hier in einem quadratischen Muster angeordnet, dessen eine Kantenrichtung parallel zu der primären Lichtstromrichtung 7 durch die Platte 2 verläuft.
Eingebracht sind die Vertiefungen 2 gemäß 3 beispielsweise mit einem in 4 dargestellten Prägewerkzeug 11, das eine Vielzahl von Dornen 12 in einem zweidimensionalen Feld mit einem dem Muster der Vertiefungen 10 gemäß 3 entsprechenden Raster aufweist.
5 zeigt, wie das Prägewerkzeug 11 mit einer Prägekraft 13 gegen die Platte 2 beaufschlagt wird, um die Dorne 12 in das transluzente Material 3 der Platte 2 hineinzudrücken. Dabei wird das Prägewerkzeug 11 im Anschluss in bereits in der Platte 2 vorhandene Vertiefungen 10 angesetzt, um das Muster der Vertiefungen 10 gleichmäßig über die Oberfläche 8 hinweg auszubilden.
Zur Herstellung des Prägewerkzeugs 11 gemäß den 4 und 5 können die Dorne 12 aus einer Oberfläche eines durchgängigen Körpers materialabnehmend, d. h. spanabnehmend und/oder schleifend und/oder auf durch Funkenerosion, herausgearbeitet sein. Bei dieser Oberfläche kann es sich auch um die Oberfläche eines Walzenkörpers handeln. Dann resultiert als Prägewerkzeug eine in 6 gezeigte Prägewalze 14. Diese Prägewalze 14 ist um eine Drehachse 15 drehbar gelagert und wird hier mit der Prägekraft 13 gegen eine um eine parallele Drehachse 16 verdrehbar gelagerte Gegenwalze 17 beaufschlagt. Wenn die Platte 2 aus dem transluzenten Material 3 zwischen diesen beiden Walzen 14 und 17 hindurchgeführt wird, werden mit den Dornen 12 der Prägewalze 14 die Vertiefungen 10 in die Oberfläche 8 eingeprägt.
7 illustriert die Möglichkeit, die Relativbewegung zwischen der Platte 2 und der Prägewalze 14 auch durch Abrollen der Prägewalze 14 über die Oberfläche 8 der festgehaltenen Platte 2 zu realisieren.
In 8 ist über die Länge der Platte 2 in der primären Lichtstromrichtung 7 gemäß den 1 bis 3 die Prägekraft F und die resultierende Tiefe T der Vertiefungen in der Platte aufgetragen. Mit zunehmendem Abstand zu den primären Lichtquellen nimmt die Tiefe T zu, was durch eine zunehmende Prägekraft F erreicht wird, um den in gleicher Richtung kleiner werdenden Lichtstrom zu kompensieren.
9 und 10 skizzieren kegelförmige Vertiefungen 10 in der Oberfläche 8, wobei der Öffnungswinkel der Vertiefungen ein rechter Winkel ist.
Dies stellt jedoch nur eine Möglichkeit der Ausformung der Vertiefungen 10 dar. 11 zeigt eine pyramidenförmige Vertiefung 10. 12 zeigt eine Vertiefung 10 mit sechseckigem Umfang und entsprechend sechs in das transluzente Material 8 verlaufenden Kanten. 13 skizziert eine Vertiefung 10, deren Umfang achteckig ist und die entsprechend acht in das Material 3 verlaufende Kanten aufweist.
Während die in den 9 bis 13 skizzierten Vertiefungen 10 im Wesentlichen punktförmig sind, zeigt 14 gestreckte Vertiefungen 10, die mit ihrem maximalen Durchmesser quer zu der primären Lichtstromrichtung 7 ausgerichtet sind, um verglichen mit der Ausdehnung der Vertiefungen 10 in Richtung der Oberfläche 8 mehr Licht von der Oberfläche 8 weg aus der Platte 2 heraus zu reflektieren. Das Streckungsverhältnis der Vertiefung 10 zwischen ihrem maximalen Durchmesser und ihrem minimalen Durchmesser beträgt hier 4:1. Die Form der Vertiefungen 10 ist diejenige einer deformierten Pyramide mit rautenförmiger Grundfläche entsprechend dem in 14 zu sehenden Umfang der Vertiefungen 10.
15 zeigt eine ebenfalls gestreckte Vertiefung 10, die hier eine Art Linsenform aufweist. Die Oberflächen der Vertiefung 10 sind aber, wie 16 zeigt, die ein Schnitt in der primären Lichtstromrichtung, d. h. quer durch die Vertiefung 10 ist, nicht konkav, sondern konvex gekrümmt, obwohl auch eine konkave Krümmung möglich wäre.
17 zeigt eine gestreckte Vertiefung 10, die die Form eines deformierten Kegels aufweist. Auch noch weitere Formen sind bei den Vertiefungen 10 möglich. Wichtiger als die genaue Form der Vertiefungen 10 sind ihre Abmessungen und die Qualität der Oberfläche 8 im Bereich der Vertiefung. Diese hängt von der Qualität der Oberfläche der Dorne ab, mit denen die Vertiefungen 10 in die Oberfläche 8 eingebracht werden. Wenn die Oberfläche 8 im Bereich der Vertiefungen 10 genauso glatt ist wie vor Einprägen der Vertiefungen 10 ist die Vertiefung 10 im unbeleuchteten Zustand der jeweiligen Platte 2 kaum sichtbar.
Bezugszeichenliste

1: Lichtquelle
2: Platte
3: transluzentes Material
4: Schmalfläche
5: Leuchtdiode
6: Reflektor
7: primäre Lichtstromrichtung
8: Oberfläche
9: Richtung normal zu der Oberfläche 8
10: Vertiefung
11: Prägewerkzeug
12: Dorn
13: Prägekraft
14: Prägewalze
15: Drehachse
16: Drehachse
17: Gegenwalze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 9217331 U [0004, 0005]
EP 1335817 B1 [0007]
US 2002/0130427 A1 [0008]
DE 102005018212 A1 [0009, 0009]
US 2003/0206408 A1 [0010, 0010]
US 2011/0038975 A1 [0011]

Claims

Prägewerkzeug (11) zum Herstellen einer flächigen Lichtquelle (1), wobei das Prägewerkzeug ein zweidimensionales Feld aus starr miteinander verbundenen Dornen (12) zum Einprägen von lokalen Vertiefungen (10) in eine Oberfläche (8) eines transluzenten Materials (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) in jeder Dimension des Felds in einem festen Raster angeordnet sind, wobei ein Rastermaß des festen Rasters in der jeweiligen Dimension mindestens doppelt so groß ist wie ein Durchmesser von mit den Dornen (12) in eine Oberfläche (8) eingeprägten Vertiefungen (10) in dieser Dimension.
Prägewerkzeug (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rastermaß des festen Rasters in jeder Dimension des Felds mindestens dreimal so groß und bevorzugt mindestens viermal so groß ist wie ein Durchmesser der in die Oberfläche (8) eingeprägten Vertiefungen (10) in dieser Dimension.
Prägewerkzeug (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) Teil einer Prägewalze (14) sind, die um eine Drehachse (15) drehbar gelagert ist.
Prägewerkzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) materialabnehmend aus einer Oberfläche eines durchgängigen Körpers herausgearbeitet sind.
Prägewerkzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) die Vertiefungen (10) in jeder Dimension des Felds in einem rechteckigen Muster in die Oberfläche (8) einprägen.
Prägewerkzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) die Vertiefungen (10) überwiegend mit Prägeflächen in die Oberfläche (8) einprägen, die zumindest in einer Richtung einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von 40° bis 50° zu der Oberflächennormalen der Oberfläche (8) aufweisen.
Prägewerkzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) punktförmige Vertiefungen (10) mit einem Durchmesser von 0,1 mm bis 1,5 mm in die Oberfläche (8) einprägen.
Prägewerkzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) gestreckte Vertiefungen (10), die ein Streckungsverhältnis zwischen ihrem maximalen und ihrem minimalen Durchmesser von maximal 6:1 und vorzugsweise von 3:1 bis 5:1 aufweisen, mit einem maximalen Durchmesser von maximal 5 mm und vorzugsweise von 2 mm bis 4 mm in die Oberfläche (8) einprägen.
Prägewerkzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) die Vertiefungen (10) linsenförmig, kegelförmig oder pyramidenförmig in die Oberfläche (8) einprägen.
Prägewerkzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) die Ränder der Vertiefungen (10) beim Einprägen der Vertiefungen (10) in die Oberfläche (10) andrücken.
Prägevorrichtung mit einem Prägewerkzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine das Prägewerkzeug (11) gegen ein Werkstückauflager beaufschlagende Prägekraft (13) vorgebbar ist.
Prägevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) die Vertiefungen (10) derart in dem rechteckigen Muster in die Oberfläche (8) einprägen, dass eine Kantenrichtung des Musters parallel zu einer primären Lichtstromrichtung (7) durch das Material (3) verläuft.
Prägevorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) die Vertiefungen (10) mit in Querrichtung zu einer primären Lichtstromrichtung durch das Material (3) konstanten Tiefe in die Oberfläche (8) einprägen.
Prägevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) die Vertiefungen (10) mit in einer primären Lichtstromrichtung (7) durch das Material (3) zunehmenden Tiefe und/oder Dichte in die Oberfläche (8) einprägen.
Prägevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) die Vertiefungen (10) überwiegend mit Prägeflächen in die Oberfläche (8) einprägen, die zumindest in einer primären Lichtstromrichtung (7) durch das Material (3) einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von 40° bis 50° zu der Oberflächennormalen der Oberfläche (8) aufweisen.
Prägevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (12) gestreckte Vertiefungen (10), die ein Streckungsverhältnis zwischen ihrem maximalen und ihrem minimalen Durchmesser von maximal 6:1 und vorzugsweise von 3:1 bis 5:1 aufweisen, mit ihrem maximalen Durchmesser von maximal 5 mm und vorzugsweise von 2 mm bis 4 mm in Querrichtung zu einer primären Lichtstromrichtung (7) durch das Material (3) in die Oberfläche (8) einprägen.
Lichtquelle (1), hergestellt mit dem Prägewerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder der Prägevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei eine Oberfläche (8) eines transluzenten Materials (3) mit lokalen Vertiefungen (10) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (10) in einem rechteckigen Muster in die Oberfläche (8) eingeprägt sind, wobei eine Kantenrichtung des Musters in einer primären Lichtstromrichtung (7) durch das Material (3) verläuft, wobei ein Rastermaß des rechteckigen Musters in jeder Kantenrichtung mindestens doppelt so groß ist wie ein Durchmesser der Vertiefungen (10) in dieser Kantenrichtung und wobei die Vertiefungen (10) mit einem Streckungsverhältnis zwischen ihrem maximalen und ihrem minimalen Durchmesser von maximal 6:1 gestreckt sind und mit ihrem maximalen Durchmesser von maximal 5 mm in Querrichtung zu der primären Lichtstromrichtung (7) durch das Material (3) ausgerichtet sind.
Lichtquelle (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastermaß des rechteckigen Musters in jeder Kantenrichtung mindestens dreimal so groß und bevorzugt mindestens viermal so groß ist wie ein Durchmesser der Vertiefungen (10) in dieser Kantenrichtung und wobei die Vertiefungen (10) mit einem Streckungsverhältnis zwischen ihrem maximalen und ihrem minimalen Durchmesser von 3:1 bis 5:1 gestreckt sind und mit ihrem maximalen Durchmesser von 2 mm bis 4 mm in Querrichtung zu der primären Lichtstromrichtung (7) durch das Material (3) ausgerichtet sind.
Lichtquelle (1) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (10) mit in Querrichtung zu einer primären Lichtstromrichtung durch das Material (3) konstanten Tiefe in die Oberfläche (8) eingeprägt sind.
Lichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (10) mit in einer primären Lichtstromrichtung (7) durch das Material (3) zunehmenden Tiefe und/oder Dichte in die Oberfläche (8) eingeprägt sind.
Lichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (10) zumindest in der primären Lichtstromrichtung (7) durch das Material (3) einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von 40° bis 50° zu der Oberflächennormalen der Oberfläche (8) aufweisen.
Lichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass punktförmige Vertiefungen (10) mit einem Durchmesser von 0,1 mm bis 1,5 mm in die Oberfläche (8) eingeprägt sind.
Lichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass gestreckte Vertiefungen (10), die ein Streckungsverhältnis zwischen ihrem maximalen und ihrem minimalen Durchmesser von maximal 6:1 und vorzugsweise von 3:1 bis 5:1 aufweisen, mit ihrem maximalen Durchmesser von maximal 5 mm und vorzugsweise von 2 mm bis 4 mm in Querrichtung zu einer primären Lichtstromrichtung (7) durch das Material (3) in die Oberfläche (8) eingeprägt sind.
Lichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (10) linsenförmig, kegelförmig oder pyramidenförmig in die Oberfläche (8) eingeprägt sind.
Lichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der Vertiefungen (10) an die Oberfläche (10) angedrückt sind.