DE60221434T2

DE60221434T2 - Lichtleiterleuchte geeignet für beleuchtete anzeigevorrichtungen

Info

Publication number: DE60221434T2
Application number: DE60221434T
Authority: DE
Inventors: John C. High Wycombe WRIGHT; Michael C. Lea
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: JP2005505106A; AU2002341933A1; EP1461564B1; CN1639508A; US7164836B2; CN100591988C; WO2003029723A3; GB0123813D0; WO2003029723A2; US20050175282A1; ATE368198T1; JP4147189B2; DE60221434D1; EP1461564A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtleiterleuchte, die in der Lage ist, eine beleuchtete Frontplatte bereitzustellen und z.B. zur Verwendung bei beleuchteten Anzeigevorrichtungen und Schildern sowie bei anderen Leuchtanwendungen geeignet ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es ist bereits bekannt, Lichtleiter zu verwenden, um Frontplatten für allgemeine Leuchtzwecke sowie für Anzeigeanwendungen (z.B. zur Beleuchtung von Schildern und Reklamen und auch zur Beleuchtung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen) zu verwenden. In einer Form, die oft als Leuchtkasten bezeichnet wird, weist der Lichtleiter ein kastenförmiges hohles Gefüge auf, das einen optischen Hohlraum definiert, und in einer anderen Form weist er eine feste lichtleitende Platte auf. In beiden Formen kann eine Hauptfläche des Leiters durch Licht beleuchtet werden, das in einer im Allgemeinen zu dieser Hauptfläche parallelen Richtung in den Leiter gerichtet ist, z.B. von mindestens einer länglichen Lichtquelle oder einer ähnlichen Anordnung aus, die sich neben einem Rand des Lichtleiters befindet (so genannte "randbeleuchtete Lichtleiter").
Auf randbeleuchteten Lichtleitern basierende beleuchtete Frontplatten sind im Allgemeinen dünner als diejenigen, die von hinten beleuchtet werden, und sind dadurch optisch reizvoll und auch besonders nützlich, wenn die Tiefe des für eine Vorderplatte vorhandenen Platzes beschränkt ist. Sie bieten auch den Vorteil, dass die Lichtquelle gewissermaßen von der Frontplatte getrennt ist, so dass die von der Lichtquelle darin eingegebene Wärme reduziert wird. Anscheinend bieten hohle Lichtleiter weitere Vorteile für Anwendungen, bei denen das Gewicht des Lichtleiters so gering wie möglich gehalten werden muss, doch trotzdem wurden feste Lichtleiter typischerweise mehr verwendet, weil sie relativ einfach herzustellen sind und der einfachste Weg des Lichttransports sind.
Lichtleiter in Form von hohlen Leuchtkästen werden z.B. in der EP-A-0 490 279 , der 0 377 309 und der 0 293 182 und der GB-A-2 310 525 beschrieben. In jedem dieser Leuchtkästen wird eine prismatische optische Folie verwendet, um eine noch gleichmäßigere Verteilung des Lichts über die beleuchtete Oberfläche zu erreichen. Praktische Modelle für Leuchtkästen, die zur Verwendung bei der Beleuchtung von Bildanzeigevorrichtungen gedacht sind, werden in den Anmeldeunterlagen mit dem Titel "Thin Light Box", ausgestellt im März 1990 von Minnesota Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota, USA, beschrieben. Die US-A-6 080 467 beschreibt ein beleuchtetes Schild, das einen Leuchtkasten aufweist, dessen Innenflächen eine mehrlagige spiegelnde optische Folie aufweisen.
Ein beleuchtetes Schild, das sich zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug eignet, wird in der WO 00/65 277 beschrieben. Das Schild weist ein Gehäuse auf, das diffus spiegelnde Innenflächen hat sowie eine Vorderschildseite, durch die Licht vom Innern des Gehäuses übertragen wird, wobei das Licht über eine Lichtfaser geliefert wird, die ich auf der Innenfläche des Gehäuses befindet.
Die internationale Patentanmeldung WO 01/71 248 beschreibt einen hohlen Lichtleiter, der sich zur Verwendung bei der Beleuchtung einer Bildanzeigevorrichtung eignet. Die Vorderseite des Lichtleiters weist eine Folie "Scotch^TM Optical Lighting Film" auf und bildet ein Fenster, durch welches das Licht den Lichtleiter verlassen kann. Die Rückseite des Lichtleiters weist eine sehr leistungsfähige, spiegelnd reflektierende optische Folie auf, auf der eine Reihe von Punkten mit diffus reflektierender Tinte gedruckt ist.
Diese Punkte bilden Lichtextraktionselemente und sorgen dafür, dass das Licht durch die Vorderseite des Lichtleiters abgestrahlt wird. Die Anordnung der Punkte auf der Rückseite des Lichtleiters hängt mit Größe und Form des Lichtleiters zusammen, um eine gleichmäßige Beleuchtung der Vorderseite zu erbringen.
Es besteht eine ständige Nachfrage nach besseren beleuchteten Frontplatten, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Anzeigezwecke. Ein Problem von vielen Anzeigefrontplatten ist, dass die Frontplatte in dem Bereich, welcher der Lichtquelle am nächsten ist, heller beleuchtet ist, was von der Gesamtoptik und der Leistungsfähigkeit der Beleuchtung ablenkt. Entsprechend besteht eine Nachfrage nach besserer Gleichmäßigkeit bei der Beleuchtung und danach, aus der beleuchteten Frontplatte alle sichtbaren Zeichen von Lage und Art der Lichtquelle(n) zu beseitigen. Es ist auch höchst wünschenswert, aus Umweltschutz- und Kostengründen, dass die Energiemenge, die für Beleuchtungszwecke verwendet wird, so gering wie möglich gehalten wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Problem des Bereitstellens einer Lichtleiterleuchte, die sich für Anzeigezwecke eignet und in der Lage ist, die Nachfrage nach gleichmäßiger Beleuchtung und Leistungsfähigkeit zu erfüllen, und die relativ leicht in verschiedenen Größen zusammengefügt werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Lichtleiter bereit, der ein Gehäuse aufweist, das einen lichtführenden optischen Hohlraum, der erste und zweite im Allgemeinen parallel zueinander angeordnete Hauptflächen aufweist, definiert, und mindestens eine Lichtquelle, die so angeordnet ist, dass sie sichtbares Licht, das zwischen der ersten und zweiten Hauptfläche geleitet werden soll, von einer Seite in den Hohlraum richtet, wobei:

(a) die erste Hauptfläche ein Material aufweist, das Reflexions- und Durchgangskoeffizienten aufweist, die sich mit dem Winkel, in dem Licht auf das Material einfällt, verändern; und
(b) die zweite Hauptfläche ein spiegelndes, schmalstreuendes Material aufweist, das für sichtbares Licht, das in irgendeinem Winkel auf die Fläche einfällt, eine Totalreflexion von mindestens 85 % aufweist;

Der Begriff "spiegelndes, schmalstreuendes Material" bedeutet ein Material, das ein einfallendes parallel gerichtetes Licht in einen erweiterten Strahl reflektiert, der einen Streuungswinkel von weniger als ungefähr 15° aufweist. Der Begriff "Streuungswinkel" bedeutet den Winkel zwischen der Richtung der Höchststärke (I_max) des reflektierten Lichts und der Richtung der Stärke mit einem Wert I_max/2, unter der Annahme einer Stärke einer Verteilungskurve des reflektierten Lichts, die um die Richtung von I_max symmetrisch ist. Wenn die Stärkeverteilungskurve des reflektierten Lichts nicht um die Richtung von I_max symmetrisch ist, bedeutet der Begriff Streuungswinkel, wie er hier verwendet wird, den mittleren Winkel zwischen der Richtung von I_max und einer Richtung der Stärke I_max/2. Der erweiterte reflektierte Strahl kann eventuell eine ausgeprägte Spitze in der Richtung der Höchststärke aufweisen.
Erfindungsgemäße Lichtleiterleuchten können relativ leicht in verschiedenen Größen derart hergestellt werden, dass dies für die Herstellung günstig ist, und können eine leistungsfähige, gleichmäßige und effiziente Beleuchtung für Anzeigezwecke und für andere Beleuchtungsanwendungen bieten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Beispielhaft sollen Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lichtleiter-Frontplatte.
2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Lichtleiters, ähnlich wie der in 1 gezeigte, wobei der Lichtleiter teilweise auseinander gezogen gezeigt ist.
3 eine schematische Querschnittsansicht, entlang der Linie III-III aus 2, des Lichtleiters in zusammengebauter Form.
4 eine Querschnittsansicht, ähnlich wie 3, eines anderen Lichtleiters.
5 eine Änderung des Lichtleiters aus 2 und 3.
6 eine schematische Querschnittsansicht eines Leuchtröhrengehäuses zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Lichtleiter.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die in 1 gezeigte Lichtleitleuchte weist ein kastenartiges Gehäuse 3 auf, das einen optischen Hohlraum definiert. Das Gehäuse 3 hat gegenüberliegende Hauptseiten 5, 6 und gegenüberliegende schmale Seiten 7, 8 und 9, 10. Eine längliche Lichtquelle 11 ist neben einer der schmalen Seiten 7 angeordnet, um Licht in den optischen Hohlraum zu richten, und zwar in einer Richtung, die im Allgemeinen zu den Ebenen der Hauptseiten 5, 6 parallel ist. Eine der Hauptseiten (die Seite 5) bildet ein Fenster, durch das Licht vom Innern des optischen Hohlraums aus abgestrahlt und zu Beleuchtungszwecken verwendet werden kann.
Der optische Hohlraum 13 innerhalb des Gehäuses 3 ist in der schematischen Abbildung von 3 zu sehen. Die schmale Seite 7 des Gehäuses neben der Lichtquelle 11 weist ein optisches Folienmaterial 15 auf, das ein Fenster bildet, durch das Licht von der Quelle 11 in den Lichtleiter 1 eindringen kann. Bevorzugt hat das Folienmaterial 15 eine strukturierte Oberfläche auf der von der Lichtquelle entfernten Seite, um das Licht von der Quelle 11 umzuleiten und sicherzustellen, dass das Licht, das durch dieses Fenster geht, in den optischen Hohlraum 13 eindringt, bevorzugt in einer Richtung, die im Allgemeinen zu den Ebenen der Seiten 5, 6 parallel ist. Das optische Folienmaterial 15 kann z.B. eine strukturierte Oberfläche aufweisen, die eine Reihe von Rippen und Rillen aufweist, die aus einer Vielzahl von parallelen dreieckigen Prismen gebildet werden. Eine ähnliche Verwendung eines derartigen Folienmaterials wird in der EP-A 0 293 182 beschrieben. In dem Lichtleiter 1 ist das Material 15 bevorzugt derart ausgerichtet, dass die Prismen sich parallel zu der länglichen Lichtquelle erstrecken. Geeignetes Folienmaterial ist unter dem Handelsnamen "Scotch^TM Optical Lighting Film" bei Minnesota Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota, USA, erhältlich.
Die schmale Seite 8 des Lichtleiters 1 gegenüber dem Fenster 15 hat eine reflektierende Oberfläche 17 auf der Seite, die dem optischen Hohlraum 13 zugewendet ist. Diese reflektierende Oberfläche, die bevorzugt eine sehr leistungsfähige, spiegelnd reflektierende Oberfläche ist, kann durch ein beliebiges geeignetes Material bereitgestellt werden, ist jedoch bevorzugt eine mehrlagige optische Folie von der in der US-A-5 882 774 und der WO 97/01 774 beschriebenen Art. Ein geeignetes Material ist die Folie, die unter dem Handelsnamen "VM2000 Radiant Mirror Film" bei Minnesota Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota, USA, erhältlich ist.
Die beiden anderen gegenüberliegenden schmalen Seiten 9, 10 des Lichtleiters haben ebenfalls reflektierende Oberflächen 18, die dem Hohlraum zugewendet sind (siehe 2). Diese spiegelnden Oberflächen 18 werden bevorzugt von einem Folienmaterial bereitgestellt, das unter dem Handelsnamen "Light Enhancement Film" bei Minnesota Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota, USA, erhältlich ist, obwohl jedes andere geeignete reflektierende Material verwendbar ist. Im Allgemeinen hat sich herausgestellt, dass ein diffus reflektierendes Material bevorzugt wird, wenn das Längen/Breiten-Verhältnis dieser schmalen Seiten kleiner ist als 10, und dass ein spiegelnd reflektierendes Material bevorzugt wird, wenn das Verhältnis größer ist als 10. Es versteht sich, dass dieses Verhältnis dem Längen/Dicken-Verhältnis des Lichtleiters 1 entspricht (auch "Bildseitenverhältnis" genannt).
Die Vorder- und Rückseiten 5, 6 des Lichtleiters weisen Materialien auf, die das Licht bevorzugt von der Quelle 11 an dem optischen Hohlraum 13 entlang zwischen den Seiten und in Richtung auf den Rand 8 leiten, obwohl die Vorderseite 5 auch Licht aus dem optischen Hohlraum heraus lässt, wenn es in bestimmten Winkeln auf die Seite 5 auftrifft, wie nachstehend beschrieben werden soll.
Genauer gesagt weist die Vorderseite 5 bzw. das Fenster des Lichtleiters ein optisches Folienmaterial 19 auf, das Reflexions- und Durchgangskoeffizienten aufweist, die sich mit dem Winkel, in dem das Licht auf dem Material auftrifft, verändern. Das Material 19 hat eine glatte Oberfläche, die dem optischen Hohlraum zugewendet ist, und auf der Seite, die von dem optischen Hohlraum abgewendet ist, eine strukturierte Oberfläche, die eine Reihe von Rippen und Rillen aufweist, die von einer Vielzahl von parallelen dreieckigen Prismen gebildet werden, wodurch das auf das Material 19 auftreffende Licht, während es sich an dem optischen Hohlraum 13 entlang bewegt, ganz intern reflektiert wird, vorausgesetzt, es trifft auf das Material 19 innerhalb eines vorherbestimmten Winkelbereichs auf. Als solches kann das Material 19 das gleiche sein wie das Material 15 und in diesem Fall ist das Material derart ausgerichtet, dass die Prismen sich in einer Richtung erstrecken, die zu der Richtung der Ausdehnung der Lichtquelle 11 wie in 2 angegeben rechtwinklig ist. Eine ähnliche Verwendung eines derartigen Materials wird in der EP-A-0 293 182 beschrieben. Um die prismatischen Strukturen auf dem Folienmaterial 19 zu schützen, kann eine weitere Frontplatte 21 neben dem Material 19 außerhalb des Lichtleitergehäuses angeordnet werden. Diese weitere Frontplatte ist nicht wesentlich, wenn sie jedoch vorgesehen ist, kann sie eine Schicht aus durchsichtigem oder schimmerndem, Licht streuendem Material aufweisen. Die Verwendung eines schimmernden Materials kann die Gleichmäßigkeit des Lichtes, das durch das Folienmaterial 19 geht, noch weiter verbessern.
Die Rückseite 6 des Lichtleiters 1 weist ein Folienmaterial 23 auf, das eine stark reflektierende Oberfläche 24 bereitstellt, die in den optischen Hohlraum 13 gerichtet ist, wobei die reflektierende Oberfläche 24 in der Lage ist, eine begrenzte kontrollierte Verteilung eines einfallenden Lichtstrahls auf einen verbreiterten reflektierten Strahl zu veranlassen. Derartige Materialien sind unter der allgemeinen Bezeichnung von "streuenden reflektierenden Materialien" bekannt und können weiter als entweder "breit" oder "schmal" streuende reflektierende Materialien klassifiziert werden, je nach der Winkelverteilung des reflektierten Strahls (siehe "Daylighting in Architecture – A European Reference Book", veröffentlicht von James and James, London, 1993. ISBN 1-873936-21-4, auf Seite 4.3 bis 4.5). Im Lichtleiter 1 ist die reflektierende Oberfläche 24 ein schmalstreuender Reflektor (was bedeutet, dass er einen Dispersionswinkel von weniger als ungefähr 15°, oder noch typischer für die vorliegende Anmeldung, zwischen ungefähr 5° und 15° hat), aber derart gestaltet sein sollte, dass sein Reflexionsvermögen für Licht, das in anderen Richtungen als rechtwinklig zur Oberfläche einfällt, nicht wesentlich reduziert ist, und mindestens 85 % (bevorzugt mindestens 90 % und besonders bevorzugt mindestens 98 %) beträgt. Um dies zu erreichen kann die reflektierende Oberfläche 24 eine sehr leistungsfähige reflektierende Oberfläche sein, die mit einem Texturmuster versehen ist, das dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht auf erwünschte Art und Weise zu verteilen, ohne das Gesamtreflexionsvermögen der Oberfläche wesentlich zu beeinträchtigen. Ein Beispiel eines geeigneten streuend reflektierenden Materials ist das Folienmaterial, das mit einem Sandstrahlmuster geprägt ist und unter dem Handelsnamen "Radiant Light Film Embossed VM2000" bei Minnesota Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota, USA, erhältlich ist. Ein alternatives Folienmaterial ist ein stark spiegelndes Metallfolienmaterial, z.B. Aluminiumblech, das mit einem geeigneten Muster geformt wird, um die erwünschte Verteilung des reflektierten Lichts zu erbringen. In diesem Fall kann ein geeignetes Muster ein Muster aus Vertiefungen und Erhebungen sein, wie sie durch Prägen des Blechs entstehen.
In 2 und 3 wird die Lichtquelle 11 als in einem dreiseitigen Gehäuse 25 befindlich gezeigt, dessen offene Seite neben dem Folienmaterial 15 angeordnet ist, welches das Eingangsfenster des Lichtleiters 1 bildet. Die Verwendung des Folienmaterials 15 auf der schmalen Seite 7 des Lichtleitergehäuses neben der Lichtquelle 11 ist, obwohl sie bei dieser Anordnung bevorzugt wird, nicht wesentlich. Das Gehäuse 25 ist aufgebaut, um soviel Licht wie möglich von der Lichtquelle 11 in den optischen Hohlraum 13 zu richten, und dazu können die Innenflächen des Gehäuses mit einem geeigneten sehr leistungsfähigen reflektierenden Material bedeckt sein, z.B. einer reflektierenden Farbe oder einem Folienmaterial. Alternativ könnte die Lichtquelle 11 mit einem parabolischen Reflektor versehen sein, um das Licht von der Quelle auf den optischen Hohlraum 13 zu richten, oder es könnte durch eine geeignete, mit Öffnungen versehene Lichtquelle, oder einer Kombination davon, ersetzt werden.
Der wie oben beschriebene Lichtleiter 1 funktioniert folgendermaßen. Licht aus der Quelle 11 (eventuell auf eine Spiegelung oder Umleitung an den Wänden des Gehäuses 25 hin) tritt in den optischen Hohlraum 13 durch das Fenstermaterial 15 ein und bewegt sich bevorzugt in einer Richtung parallel zu den Hauptflächen 5, 6 des Lichtleiters auf die Oberfläche 17 zu, wo es reflektiert und umgekehrt wird. Alles Licht, das auf der Rückfläche 24 einfällt, wird jedoch bei der Spiegelung verteilt, und ein Teil des Lichts wird daraufhin anschließend auf die Vorderseite 5 des Lichtleiters treffen, und zwar in einer derartigen Richtung und einem derartigen Winkel, dass es durch das optische Folienmaterial 19 gehen und aus dem Lichtleiter herauskommen kann. Mit anderen Worten erfüllt die Rückfläche 24 eine Lichtstreufunktion, die eine Lichtabstrahlung durch die Vorderseite 5 des Lichtleiters ermöglicht und dabei die Lichtausbreitungsrichtung innerhalb des optischen Hohlraums einhält. Es hat sich erwiesen, dass der Gesamteffekt der Konstruktion des Lichtleiters 1 darin besteht, eine hochwertige, gleichmäßige Beleuchtung der Vorderseite 5 bereitzustellen. Die Gleichmäßigkeit ist besonders gut, wenn der Lichtleiter 1 ein Bildseitenverhältnis von nicht mehr als 10 hat, jedoch bei höheren Bildseitenverhältnissen auch annehmbar ist. Wenn er verwendet wird, um eine Bildanzeigevorrichtung zu beleuchten, wird er auf der Außenseite des Folienmaterials 19 (d.h. neben den Prismen) oder auf der Außenseite der Frontplatte 21 (gegebenenfalls) angeordnet. Ist die Frontplatte 21 eine Folie aus durchsichtigem Material, so kann die Bildanzeigevorrichtung sich zwischen diesem und der Folie 19 befinden.
4 bildet einen Lichtleiter 31 ab, der im Allgemeinen ähnlich dem in 2 und 3 abgebildeten Leiter ist, jedoch eine zusätzliche Lichtquelle 11' beinhaltet, die gegenüber der Lichtquelle 11 angeordnet ist (d.h. neben der schmalen Seite 8 des Gehäuses 3). Um zu ermöglichen, dass Licht von der Quelle 11' in den optischen Hohlraum 13 eindringt, weist die Seite 8 des Gehäuses 3 ein optisches Folienmaterial 15' auf, das ein Fenster bildet, anstelle des reflektierenden Materials 17 aus 3.
Die Lichtquelle 11' befindet sich in einem dreiseitigen Gehäuse 25' ähnlich dem der Lichtquelle 11, aber wie die Lichtquelle 11, könnte sie alternativ mit einem parabolischen Reflektor versehen sein, um das Licht von der Quelle in den optischen Hohlraum zu richten, oder könnte durch eine Lichtquelle mit geeigneten Öffnungen, oder einer Kombination davon, ersetzt werden. Das Material 15', welches das Fenster aus dem Gehäuse in den optischen Hohlraum 13 bildet, ist bevorzugt das gleiche wie das optische Folienmaterial 15.
Der Lichtleiter 31 funktioniert ähnlich wie der oben beschriebene Leiter 1, außer dass in diesem Fall Licht von beiden Quellen 11, 11' (eventuell nach einer Spiegelung oder Umleitung an den Wänden des dazugehörigen Gehäuses 25, 25') in den optischen Hohlraum 13 durch das dazugehörige Fenstermaterial 15, 15' ein dringt und sich bevorzugt in einer Richtung parallel zu den Hauptflächen 5, 6 des Lichtleiters auf das Lichtgehäuse am anderen Ende des optischen Hohlraums zu bewegt, wo ein Teil des Lichts reflektiert und umgekehrt wird. Alles Licht, das auf der Rückfläche 24 einfällt, verteilt sich bei Spiegelung, und ein Teil von diesem Licht wird daraufhin anschließend auf die Vorderseite 5 des Lichtleiters treffen, und zwar in einer derartigen Richtung und einem derartigen Winkel, dass es durch das optische Folienmaterial 19 gehen und aus dem Lichtleiter herauskommen kann. Wie bei dem Lichtleiter 1 aus 2 und 3, hat sich herausgestellt, dass der Gesamteffekt der Konstruktion des Lichtleiters 31 darin besteht, eine hochwertige, gleichmäßige Beleuchtung der Vorderseite 5 bereitzustellen, insbesondere wenn der Lichtleiter 31 ein Bildseitenverhältnis von nicht mehr als 10 hat (obwohl die Gleichmäßigkeit auch bei höheren Bildseitenverhältnissen annehmbar ist). Es ist zu beachten, dass die Rückfläche 24 des Lichtleiters 31 im Vergleich zu der Rückfläche des Lichtleiters 1 keine Änderung erfordert, trotz der Tatsache, dass zwei Lichtquellen verwendet werden (was nicht der Fall wäre, wenn z.B. die Rückfläche mit einer gedruckten Anordnung von Lichtextraktionselementen versehen wäre).
Die Verwendung eines Folienmaterials 23 für die Rückseite des optischen Hohlraums 13 der Lichtleiter 1, 31 ist vorteilhaft, weil ein derartiges Material vor und während des Zusammenbaus des Lichtleiters leicht aufzubewahren und zu handhaben ist. Wenn es im Lichtleiter verwendet wird, hindert das Folienmaterial 23 das Licht daran, den optischen Hohlraum 13 durch die Rückseite 6 zu verlassen, und verbessert somit die Beleuchtung der Vorderseite 5. Zudem werden Kratzer auf der Oberfläche des reflektierenden Folienmaterials (die z.B. während der Handhabung oder dem Zusammenbau des Lichtleiters vorkommen könnten) keine negative Auswirkung auf die gleichmäßige Beleuchtung der Vorderseite 5 haben. Es ist nur eine Form von Folienmaterial 23 notwendig, um Lichtleiter für Leuchtfrontplatten in einer relativ großen Auswahl von verschiedenen Größen innerhalb eines bestimmten Bereichs von Bildseitenverhältnissen (z.B. Bildseitenverhältnisse in einem Bereich von 5 bis 10) herzustellen. Dies wiederum ermöglicht eine Vereinfachung des Zusammenbaus der Lichtleiter und eine Reduzierung der Zusammenbauzeit, da es nicht notwendig ist, die Seite 24 des Folienmaterials spezifisch auszulegen, um sich der besonderen Geometrie des Lichtleiters, der hergestellt wird, anzupassen.
Ein hohler Lichtleiter, wie er oben mit Bezug auf 1 bis 3 bzw. 4 beschrieben wurde, kann derart gefertigt werden, dass er relativ leicht ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Lichtleiter groß ist (um beispielsweise große Schilder zu beleuchten), und besonders, wenn er an einem unzugänglichen Ort installiert werden soll. Im Bereich der beleuchteten Schilder ist die Tatsache, dass randbeleuchtete Lichtleiter mit Tiefen von nur 10 cm, und je nach Größe des Schildes sogar nur 1 cm schmal, gefertigt werden können, besonders interessant.
Die mit den Lichtleitern 1, 31 verwendeten Lichtquellen müssen nicht unbedingt eine längliche Form haben wie abgebildet. Es könnten auch andere Lichtquellen verwendet werden, inklusive z.B. eine Reihe von Leuchtdioden (LED).
Die in 1 bis 4 abgebildeten Lichtleiter wurden oben zur Verwendung zur Beleuchtung einer Bildanzeigevorrichtung beschrieben, sie könnten jedoch für andere Zwecke verwendet werden, inklusive z.B. die Beleuchtung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen oder Schildern oder allgemeine Beleuchtungszwecke.
Beispiele von beleuchteten Schildern, die Lichtleiter von der in 1 bis 3 beschriebenen Art integrieren, sollen nun beschrieben werden.
Beispiel 1
Das Gehäuse 3 des Lichtleiters 1, mit Ausnahme der Hauptvorderseite 5, kann eine einteilige, im Vakuum geformte Konstruktion aus einem beliebigen geeigneten Material, z.B. PVC (Polyvinylchlorid) sein. Alternativ kann das Gehäuse aus mehreren Teilen, z.B. aus einem Acrylmaterial, gebildet werden, die jeweils eine Seite des Gehäuses bereitstellen, die zusammen auf jede beliebige geeignete Art und Weise befestigt werden. Das Gehäuse misst ungefähr 60 × 60 × 4,5 cm.
Die Innenfläche der Hauptrückseite 6 des Gehäuses ist mit einer Folie 23 von 3M^TM "Radiant Light Film Embossed VM2000" bedeckt. Die Innenfläche einer schmalen Seite 7 des Gehäuses 3 ist mit einer Folie 15 des oben genannten "Scotch^TM Optical Lighting Film" bedeckt, die mit den Prismen, die in das Gehäuse gerichtet sind und sich parallel zu den langen Rändern dieser Seite des Gehäuses erstrecken, angeordnet sind. Die Innenfläche der gegenüberliegenden schmalen Seite 8 des Gehäuses 3 ist mit einer Folie des oben genannten "VM2000 Radiant Mirror Film" bedeckt. Die Innenflächen der übrigen beiden schmalen Seiten 9, 10 des Gehäuses 3 sind mit der oben genannten Folie "Light Enhancement Film" bedeckt. Alternativ können alle Innenflächen 6, 8, 9 und 10 aus der oben genannten Folie "Radiant Light Film Embossed VM2000" gebildet werden, was es ermöglicht, diese Elemente des Gehäuses 3 aus diesem Folienmaterial im Vakuum zu formen.
Das Gehäuse 3 wird mit einer Folie 19 der oben genannten Folie "Scotch^TM Optical Lighting Film" geschlossen, welche die Hauptvorderseite 5 bildet. Die Folie ist derart angeordnet, dass die Prismen sich auf der Außenseite des Gehäuses befinden und sich zwischen den schmalen Seiten 7 und 8 erstrecken.
Das derart gebildete Lichtleitermodul wurde in ein Schildgehäuse gesetzt und mit einer 60 cm langen, 14 W Fluoreszenzlampe versehen, die sich innerhalb eines Gehäuses 25 mit hohem Reflexionsvermögen neben der schmalen Seite 7 des Lichtleitergehäuses 3 befand und angeordnet war, um Licht darin zu leiten. Es hat sich erwiesen, dass die Hauptvorderseite 5 des Gehäuses 3 mit sehr gleichmäßig und ausreichend beleuchtet wurde, um eine leistungsfähige Beleuchtung eines Bildes bereitzustellen, das sich vor der Seite 5 befindet.
Beispiel II
Es wurde ein Lichtleitermodul ähnlich wie das in Beispiel I beschriebene konstruiert, außer dass das Gehäuse 3 des Lichtleiters größer war mit Abmessungen von ungefähr 120 × 180 × 6 cm. Zudem wurde das optische Folienmaterial 15 auf der schmalen Seite 7 des Gehäuses 3 weggelassen, und das Gehäuse 25 für die Leuchtröhre 11 war ein Gehäuse 40, das in 6 schematisch abgebildet ist, die auch die Anordnung des Gehäuses im Verhältnis zur schmalen Seite 7 des Lichtleitergehäuses 3 abbildet. Das Leuchtröhrengehäuse 40, das von dem Lichtleitergehäuse 3 getrennt ist, erstreckt sich der Länge der Leuchtröhre entlang (in 6 durch die Bezugsnummer 41 angegeben) und somit der Länge der Seite 7 des Lichtleitergehäuses entlang. Das Gehäuse 40 umfasst einen Hinterabschnitt 42, der sich hinter der Leuchtröhre 41 befindet, und auseinander laufende flache Seiten 43, die sich von jedem Vorderrand 44 des Hinterabschnitts 42 auf das Lichtleitergehäuse 3 zu erstrecken. Die auseinander laufenden Seiten 43 definieren eine Austrittsöffnung, durch die das Licht aus der Leuchtröhre 41 das Gehäuse 40 verlassen kann. Der Hinterabschnitt 42 des Gehäuses 40 ist derart geformt, dass er die Leuchtröhre 41 teilweise umgibt, jedoch davon beabstandet ist, und ihr erlaubt, sich leicht vor den Vorderrändern 44 wie im Schema gezeigt zu erstrecken. In 6 ist der Hinterabschnitt 42 gebogen gezeigt, er könnte aber stattdessen eine Reihe von ebenen Abschnitten aufweisen, die sich einer Kurve nähern. Die Innenflächen des Gehäuses 40 (d.h. sowohl der Hinterabschnitt 42 als auch die Seiten 43) sind mit einem sehr leistungsfähigen, spiegelnd reflektierenden Material bedeckt, z.B. mit der oben genannten Folie "VM2000 Radiant Mirror Film".
Die Leuchtröhre 41 ist eine Fluoreszenzlampe mit kleinem Durchmesser, z.B. eine T5-Röhre mit einem Durchmesser von ungefähr 16 mm, und es besteht ein Abstand von ungefähr 3 mm zwischen ihr und dem Hinterabschnitt 42 des Gehäuses 40. Die Seiten 43 des Gehäuses laufen in einem Winkel von ungefähr 15 ° im Verhältnis zu einer Ebene, die parallel zu den Hauptseiten 5, 6 des Lichtleitergehäuses 3 ist, auseinander und erstrecken sich vor der Leuchtröhre 41, bis sie auf die jeweiligen Ränder der Hauptseiten 5, 6 des Lichtleitergehäuses 3 treffen (d.h. die Austrittsöffnung des Leuchtröhrengehäuses 40 entspricht der schmalen Seite 7 des Lichtleitergehäuses 3, und befindet sich direkt daneben, um das Licht direkt in dieses zu liefern).
Bei einem beleuchteten Schild, das nach diesem Beispiel konstruiert ist, hat sich ergeben, dass die Hauptvorderseite 5 des Gehäuses 3 mit sehr gleichmäßig und ausreichend beleuchtet wurde, um eine wirksame Beleuchtung eines Bildes bereitzustellen, das sich vor der Seite 5 befand.
Obwohl die obigen Beispiele und die vorherigen Beschreibungen mit Bezug auf die Zeichnungen sich auf die Konstruktion von Lichtleitermodulen beziehen, versteht es sich, dass die gleiche Lichtleiterkonstruktion direkt in das Gehäuse eines Schildes als fester Bestandteil davon eingebaut sein könnte.
Die Verwendung des prismatischen Folienmaterials (wie etwas der oben genannten Folie "Scotch^TM Optical Lighting Film"), um die Vorderseite 5 des Lichtleiters zu bilden, ist nicht wesentlich, obwohl sie bevorzugt wird. Jedes Folienmaterial, das Reflektions- und Durchgangskoeffizienten hat, die sich mit dem Winkel, in dem das Licht auf das Material trifft, verändern, kann verwendet werden, um die Vorderseite 5 zu bilden, einschließlich z.B. eine einfache Folie eines durchsichtigen Plastikmaterials, wie etwa eines Acrylmaterials.
Es versteht sich ebenfalls, dass andere Materialien für die Rückfläche des optischen Hohlraums verwendet werden könnten, vorausgesetzt, dass es sich um schmal streuende spiegelnde Materialien mit einem ausreichend hohen Reflexionsvermögen handelt. Für Lichtleiter mit einem Bildseitenverhältnis von 10 oder weniger wird ein schmal streuendes spiegelndes Material bevorzugt, das einen möglichst breit reflektierten Strahl bereitstellt (d.h. einen Strahl, für den der Dispersionswinkel nahe bei 15°° liegt). Wenn jedoch das Bildseitenverhältnis zunimmt, stellen streuende spiegelnde Materialien, die schmaler reflektierte Strahlen hervorbringen, ein annehmbares Ergebnis bereit. In einigen Fällen kann es von Vorteil sein, ein Material zu verwenden, das den reflektierten Strahl anders verteilt (z.B. um einen Strahl hervorzubringen, der eine ausgeprägte Asymmetrie aufweist, der viel mehr in einer Ebene parallel zu den Vorder- und Rückflächen 5, 6 als in einer Ebene parallel zu den Endseiten 7, 8 verteilt ist).
Es wurde oben angegeben, dass Lichtleiter, die wie mit Bezug auf 1 und 3 beschrieben konstruiert sind, eine etwas weniger gleichmäßige (wenn auch noch annehmbare) Lichtausgabe aufweisen, wenn sie ein Bildseitenverhältnis von 10 oder mehr haben. Insbesondere wenn man die Vorderseite 5 des Lichtleiters 1 betrachtet, kann ein Gebiet mit höherer Lichtstärke neben der Lichtquelle 11 erscheinen. Dieses "Randleuchten" ist im Allgemeinen deutlicher, wenn die prismatische Folie 19 durch eine einfache Folie aus durchsichtigem Plastikmaterial ersetzt wird, wie oben beschrieben, kann jedoch auf relativ einfache Art und Weise reduziert werden, indem lichtabsorbierende Elemente auf die Innenseite des Folienmaterials 19 (d.h. die Seite, die in den optischen Hohlraum 13 gerichtet ist) neben der Lichtquelle angewendet werden. Die lichtabsorbierenden Elemente können z.B. gedruckte Elemente (z.B. Punkte) sein, die gebildet werden, indem eine geeignete Tinte verwendet wird (z.B. eine undurchsichtige schwarze Tinte mit glänzender Reflektion). Die Oberflächenabdeckung der lichtabsorbierenden Elemente ist am höchsten am Rand der Folie 19 direkt neben der Lichtquelle 11 (z.B. 70 % Abdeckung der Mantelfläche) und nimmt bei einem Abstand von ungefähr 150 mm von diesem Rand linear bis Null ab. Dies ist in 5 abgebildet, welche ein Gebiet 30 von lichtabsorbierenden Elementen auf der Rückseite des Folienmaterials 19 neben der Lichtquelle 11 zeigt. Die lichtabsorbierenden Elemente können direkt auf die Innenfläche der Seite 5 des Lichtleiters 1 angewendet werden, oder sie können auf eine getrennte Folie aus durchsichtigem Material angewendet werden (z.B. Vinyl), mit der die Innenfläche der Seite 5 überzogen ist, angewendet werden: auf jeden Fall hat sich erwiesen, dass die lichtabsorbierenden Elemente nicht erkennbar sind, wenn man ein beleuchtetes Schild, in dem der Lichtleiter integriert ist, betrachtet.
Es hat sich erwiesen, dass die Anordnung der oben beschriebenen lichtabsorbierenden Elemente für die meisten Schildabmessungen leistungsfähig ist, und entsprechend falls notwendig als Standardbestandteil aller Lichtleiter bereitgestellt werden kann. Wenn ein Lichtleiter von der in 4 gezeigten Art verwendet wird, dann ist auch eine ähnliche Anordnung von lichtabsorbierenden Elemente neben der zweiten Lichtquelle 11 notwendig.

Claims

Lichtleiterleuchte, aufweisend ein Gehäuse (3), das einen lichtführenden optischen Hohlraum (13), der erste und zweite im Allgemeinen parallel zueinander angeordnete Hauptflächen (5, 6) aufweist, definiert, und mindestens eine Lichtquelle (11), die so angeordnet ist, dass sie sichtbares Licht, das zwischen der ersten und zweiten Hauptfläche (5, 6) geleitet werden soll, von einer Seite in den Hohlraum (13) richtet, wobei (a) die erste Hauptfläche (5) ein Material (19) aufweist, das Reflexions- und Durchgangskoeffizienten aufweist, die sich mit dem Winkel, in dem Licht auf das Material einfällt, verändern; und (b) die zweite Hauptfläche (6) ein spiegelndes, schmalstreuendes Material (23) aufweist, das für sichtbares Licht, das in irgendeinem Winkel auf die Fläche einfällt, eine Totalreflexion von mindestens 85 % aufweist; wobei Licht aus dem Inneren des Hohlraums (13) im Wesentlichen gleichmäßig über die erste Hauptfläche abgestrahlt wird.
Lichtleiterleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Hauptfläche (6) ein spiegelnd reflektierendes Material aufweist, das ein lichtverteilendes Gefüge, das darauf gebildet ist, aufweist.
Lichtleiterleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Hauptfläche (6) eine optische Metallschicht oder -folie aufweist.
Lichtleiterleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Hauptfläche (6) ein Folienmaterial (23), mit dem eine Innenfläche des Gehäuses überzogen ist, aufweist.
Lichtleiterleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Hauptfläche (5) eine Seite eines Folienmaterials (19) aufweist, das eine strukturierte Fläche, die auf der Seite, die vom optischen Hohlraum (13) abgewandt ist, eine Mehrzahl von parallelen Prismen aufweist, aufweist.
Lichtleiterleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Hauptfläche (5) eine Seite einer ebenen Folie aus lichtdurchlässigem Material aufweist.
Lichtleiterleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die lichtabsorbierende Elemente, die an der ersten Hauptfläche (5) in einem Bereich, der an die/jede Lichtquelle (11) angrenzt, angebracht sind, aufweist.
Lichtleiterleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die/jede Lichtquelle (11) eine längliche Quelle ist, die sich über die Länge der Seite des Hohlraums (13), durch die sie Licht in den Hohlraum (13) richtet, erstreckt; wobei die Lichtquelle (11) ein längliches Gehäuse (25) aufweist; das Gehäuse aufweisend: einen hinteren Abschnitt, der an der Rückseite der Lichtquelle (11) angeordnet ist, und der derart geformt ist, dass er die Lichtquelle (11) teilweise umschließt, jedoch in einem Abstand von dieser angeordnet ist, und auseinanderlaufende Seiten, die sich von jeder Vorderkante des hinteren Abschnitts zur jeweiligen Seite des Lichtleiterhohlraums (13) erstrecken und eine Austrittsöffnung für Licht aus dem länglichen Gehäuse definieren; wobei die inneren Flächen des hinteren Abschnitts und der Seiten des Lichtquellengehäuses (25) ein reflektierendes Material aufweisen.
Lichtleiterleuchte nach Anspruch 8, wobei die auseinanderlaufenden Seiten so angeordnet sind, dass die Austrittsöffnung der Seite des optischen Hohlraums (13) entspricht und direkt an diese angrenzt, um Licht in Letzteren zu richten.