DE69922829T2

DE69922829T2 - Lichtfasern und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE69922829T2
Application number: DE69922829T
Authority: DE
Inventors: Imamura Sagamihara-city KENGO; Kenji Kawasaki-city MATSUMOTO; Atsushi Sagamihara-city UDAGAWA; Shinichi Yamato-city IRIE
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: BR9914825A; AU767457B2; EP1125152B1; JP2000131530A; JP4740431B2; EP1125152A1; AU1233600A; WO2000025159A1; DE69922829D1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtfaser (optische Faser) und spezieller eine so genannte „Sidelight Extraction"-Lichtfaser, die mindestens das von einem Ende einfallende Licht in einer Längsrichtung des Kerns durch eine um den Kern angeordnete Ummantelung (d. h. Seitenoberfläche) emittiert. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Sidelight Extraction-Lichtfaser.
Stand der Technik
Wie wohl bekannt ist, emittiert eine Entladungsröhre, wie eine Leuchtstofflampe, sichtbares Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich und wird normalerweise für Beleuchtungszwecke verwendet. Für den Fall, dass die Entladungsröhre eine Neonröhre ist, wird sie auch in Form einer so genannten Leuchtschrift für den Zweck des Zurschaustellens von Werbung, Dekoration oder dergleichen verwendet.
Die Entladungsröhre kann beim Anlegen einer Spannung Licht emittieren. Dabei erzeugt die Entladungsröhre im Allgemeinen Wärme. Demgemäß ist es notwendig, die Entladungsröhre unter Berücksichtigung der Entstehung einer Leckage und von Wärme zu verwenden. Infolgedessen wird es im Wesentlichen unmöglich sein, eine Entladungsröhre zum Beispiel für Beleuchtungszwecke im Wasser oder zur Zurschaustellung zu verwenden.
Kürzlich wurde Interesse an einer lichtemittierenden Vorrichtung gezeigt, wobei eine Lichtquelle in großer Entfernung von dar Stelle, an der die Beleuchtung oder Zurschaustellung durchgeführt wird (nachstehend auch als „Beleuchtungsstelle" oder „Zurschaustellungsstelle" bezeichnet), angeordnet ist, um die vorstehend beschriebene Beleuchtung oder Zurschaustellung zu realisieren. Eine derartige lichtemittierende Vorrichtung umfasst eine von der Lichtquelle entfernt angeordnete Lichtfaser und ist in der Lage eine gewünschte Beleuchtung in der Umgebung der Beleuchtungsstelle durchzuführen oder in der gleichen Weise zur Schau zu stellen. Im Allgemeinen umfasst die Lichtfaser einen so genannten Kern in einem Mittelbereich, der in der Lage ist, einfallendes Licht von einem Ende der Faser zum anderen Ende zu übertragen, und eine Ummantelung in einem peripheren Bereich, die einen kleineren Brechungsindex als der Kern aufweist.
Unter den Lichtfasern ist eine Sidelight Extraction-Lichtfaser bekannt, die es ermöglicht, Licht aus dem Seitenbereich zu gewinnen. Beschreibt man eine Lichtfaser unter Bezugnahme auf 4, weist eine Lichtfaser 20 einen Kern 21, der zum Beispiel aus einem Acrylharz hergestellt ist, und eine Ummantelung 22, die zum Beispiel aus Teflon^TM hergestellt ist, auf und weist Flexibilität auf, wie in U.S. Patent Nr. 4,422,719 offenbart. Diese Ummantelung 22 enthält gleichmäßig ein lichtstreuendes Material 25, das aus Metalloxidteilchen, wie Titandioxidteilchen, in einer Menge von 2 bis 10 Gew.-% hergestellt ist. Die ungeprüfte Japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 10-148725 offenbart eine Lichtfaser, die durch Coextrusion eines geschmolzenen Fluorpolymers gebildet ist, das 50 bis 4000 ppm mindestens eines lichtstreuenden Zusatzstoffs und ein vernetztbares Kerngemisch enthält. Darüber hinaus offenbart die Internationale Veröffentlichung WO 98/08024 eine Lichtfaser, in der eine semitransparente Ummantelung, die ein weißes Pigment oder die andere Farbe enthält, um den Kern herum durch Schmelzgießen bereitgestellt wird.
In den Lichtfasern, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind, kann ein Teil des Lichts gleichmäßig durch die Ummantelung hindurch gewonnen werden, wenn eingefallenes Licht von einem Ende oder von beiden Enden der Faser. Um ein gleichmäßiges Gewinnen aus dem Seitenbereich zu ermöglichen, ist in der ungeprüften Japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 5-341125 auch eine Kunststofflichtfaser mit einem Durchmesser von nicht weniger als 1 mm offenbart, die mit einem semitransparenten Harz beschichtet ist.
Darüber hinaus offenbart die ungeprüfte Japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 10-142428 einen Licht-Leuchtstab, der es ermöglicht, Licht aus dem Seitenbereich in einer bestimmten Richtung zu gewinnen. Dieser Licht-Leuchtstab umfasst im Allgemeinen einen flexiblen Stabteil als Kern in einem Mittelbereich und eine transparente Ummantelungsschicht mit einem kleineren Brechungsindex als der Kern, die an einem peripheren Bereich dieses flexiblen Stabteils angebracht ist. Ein Lichtdiffusionsreflektionsfilm, der aus einem lichtübertragenden Polymer hergestellt ist, das darin verteilt Lichtdiffusionsreflektionsteilchen enthält, ist teilweise zwischen dem Kern und der Ummantelungsschicht in einer Längsrichtung vorhanden. Im Falle eines derartigen Licht-Leuchtstabs wird, wenn einfallendes Licht von einem Ende zum anderen Ende übertragen wird, ein Teil des Lichts gestreut und durch den Lichtdiffusionsreflektionsfilm reflektiert, um dabei aus dem peripheren Bereich des Stabteils, der gegenüber der Bindungsoberfläche des Lichtdiffusionsreflektionsfilms angebracht ist, und aus dem Kern zu gewinnen.
Unter den Lichtfasern nach dem Stand der Technik enthält die Ummantelung, die in U.S. Patent Nr. 4,422,719 oder in der ungeprüften Japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 10-148725 oder in EP 841151 offenbart ist, eine vorbestimmte Menge eines lichtstreuenden Materials oder eines lichtstreuenden Zusatzstoffs, jedoch ist deren Dicke nicht reguliert. Im Falle der Ummantelung, die in WO 98/08024 offenbart ist, sind weder die Menge des Pigments noch die Dicke reguliert. Die Eigenschaften der Präambel des Anspruchs 1 sind in Kombination aus EP 841151 bekannt.
Darüber hinaus kann das Licht nicht wirkungsvoll aus dem Seitenbereich gewonnen werden, da die Lichtfaser, die in der ungeprüften Japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 5-341125 offenbart ist, keine Struktur aufweist, in der das semitransparente Harz in direktem Kontakt mit dem Kern zur Übertragung des Lichts steht.
Im Gegensatz zu diesen Lichtfasern kann der in der ungeprüften Japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 10-142428 offenbarte Licht-Leuchtstab Licht wirkungsvoll aus dem Seitenbereich gewinnen. Jedoch ist die Richtung der Lichtgewinnung nur auf eine bestimmte Richtung beschränkt, wie vorstehend beschrieben. Demgemäß kann dieser Licht-Leuchtstab wie eine Neonröhre bei einem großen Betrachtungswinkel gewonnen werden.
Infolgedessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Sidelight Extraction-Lichtfaser bereitzustellen, die in der Lage ist, Licht mit hoher Helligkeit bei einem großen Betrachtungswinkel zu gewinnen, und ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtfaser, das in der Lage ist, diese auf einfache Weise herzustellen.
Erfindungsgemäß wird hier als Mittel zur Lösung der vorstehenden Probleme eine Lichtfaser bereitgestellt, umfassend:
einen Kern in einem Mittelbereich, und
eine um den Kern angeordnete Ummantelung, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung umfasst:
eine Lichtdiffusionsschicht, umfassend einen Lichtdiffusionsbereich, hergestellt aus einem Lichtdiffusionsmaterial, das als ein Bindemittel ein Polymer enthält, das einen kleineren Brechungsindex als der Kern aufweist, und ein lichtstreuendes Material in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-% enthält, wobei die Diffusionsschicht in engem Kontakt mit dem Kern, in einer radialen Richtung in einer Wanddicke von 1 bis 300 μm bereitgestellt wird, und
eine Schutzschicht, hergestellt aus einem lichtübertragenden Harzmaterial, die so ausgebildet ist, dass sie sich mit der Lichtdiffusionsschicht zusammenfügt und die Lichtdiffusionsschicht bedeckt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Sidelight Extraction-Lichtfaser bereit, die in der Lage ist, Licht mit gleichmäßiger Helligkeit über die gesamte Länge der vergleichsweise langen Faser zu emittieren. Insbesondere kann erfindungsgemäß eine Sidelight Extraction-Lichtfaser erhalten werden, die in der Lage ist, Licht mit hoher Helligkeit bei einem großen Betrachtungswinkel zu gewinnen. Darüber hinaus kann eine derartige Lichtfaser erfindungsgemäß auf einfache Weise hergestellt werden. Auch kann eine derartige Lichtfaser der vorliegenden Erfindung vorteilhaft als ein lineares lichtemittierendes Material verwendet werden, das in der Lage ist, von einer Neonröhre ersetzt zu werden, und gleichzeitig kann die Lichtfaser eine lineare lichtemittierende Vorrichtung bereitstellen, die in der Lage ist, von einer Neonlicht emittierenden Vorrichtung ersetzt zu werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Darstellung, die eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtfaser insbesondere mit Bezug auf einen Endbereich der Lichtfaser zeigt.
2 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der lichtemittierenden Vorrichtung, in der eine erfindungsgemäße Lichtfaser verwendet wird.
3 ist eine Schnittdarstellung, die eine Ausführungsform zeigt, bei der die Lichtfaser unter Verwendung einer lichtreflektierenden Halterung fixiert ist.
4 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Ausführungsform der Lichtfaser nach dem Stand der Technik zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEZUGSZIFFERN

1: Kern
2: Ummantelung
3: Lichtdiffusionsschicht
4: Schutzschicht
5: Titandioxidteilchen
10: Lichtfaser
11: Lichtquelle
12: Lichtreflecktierende Halterungsschiene

Art und Weise der Durchführung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird in Übereinstimmung mit ihren typischen Ausführungsformen beschrieben werden. In den Zeichnungen, die als Bezug für die Beschreibung verwendet werden, sind identische oder entsprechende Bereiche mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
In der perspektivischen Darstellung der 1 ist eine Lichtfaser 10 als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese Lichtfaser umfasst grundsätzlich einen so genannten Kern 1 in einem Mittelbereich und eine Ummantelung 2, hergestellt aus einem Polymer, das einen kleineren Brechungsindex als der Kern 1 aufweist.
Der Kern 1 wird aus einem lichtübertragenden Material, wie Quarzglas, optischem Glas oder einem Polymer in fester Form gebildet und weist einen Brechungsindex von 1,4 bis 2,0 auf. In Hinsicht auf Flexibilität und Lichtübertragungseigenschaften wird der Kern bevorzugt aus einem Polymer mit einem Brechungsindex von normalerweise 1,4 bis 1,7 und bevorzugt etwa 1,5 hergestellt. Wenn der Kern aus einem Polymer gebildet ist, so kann ein lichtübertragendes Polymer, wie ein Acrylatpolymer, Polymethylpenten, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Polyvinylchlorid, Vinylacetat-Vinylchlorid oder dergleichen verwendet werden. Um dem Kern selbst Wärmebeständigkeit zu verleihen, kann das Polymer vernetzt sein.
Detaillierter beschrieben wird ein fester Kern vorteilhafterweise aus einem Acrylpolymer, durch Herstellen eines Acrylatmonomers (Gemisch oder Monomer allein), das als Ausgangsmaterial für den Kernvorläufer verwendet wird, wie nachstehend beschrieben, durch Eingießen in eine Ummantelung und Erwärmen auf eine Polymerisationsstarttemperatur, gebildet.
Als das Acrylatmonomer für das Ausgangsmaterial des Kerns kann zum Beispiel verwendet werden (i) (Meth)acrylat, wobei eine Glasübergangstemperatur (Tg) eines Homopolymers mehr als 0 °C beträgt (z. B. n-Butylmethacrylat, Methylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, n-Propylmethacrylat, Phenylmethacrylat, etc.), (ii) (Meth)acrylat, wobei eine Glasübergangstemperatur (Tg) eines Homopolymers weniger als 0 °C beträgt (z. B. 2-Ethylhexylmethacrylat, Ethylacrylat, Tridecylmethacrylat, Dodecylmethacrylat, etc.) oder ein Gemisch von (i) und (ii). Im Falle des Gemischs aus (i) und (ii) liegt das Mischungsgewichtsverhältnis (H:L) von (Meth)acrylat (H) von (i) zu (Meth)acrylat (L) von (ii) normalerweise im Bereich von 15:85 bis 60:40. Als ein Vernetzungsmittel kann auch ein polyfunktionelles Monomer, wie Diallylphthalat, Triethylenglykoldi(meth)acrylat, Diethylenglykolbisallylcarbonat oder dergleichen, dem vorstehenden Gemisch zugesetzt werden.
Der vorstehend gebildete Acrylatkern kann von einem Ende zum anderen Ende in einer Längsrichtung des Kerns in ein einheitliches Polymer umgewandelt werden und weist eine gute lichtübertragende Leistung und eine ausreichende mechanische Festigkeit gegenüber Biegung des Kerns an sich auf. Infolgedessen ist der Acrylatkern insbesondere geeignet, eine Lichtfaser mit einer Länge von nicht weniger als 2 m zu bilden.
Das lichtübertragende Material, das den Kern 1 aufbaut, ist im Allgemeinen ein Feststoff, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das lichtübertragende Material kann hergestellt sein aus einer Flüssigkeit, die einen polyvalenten Alkohol, wie eine wässrige Lösung eines anorganischen Salzes, Ethylenglykol, Glycerin oder dergleichen; ein Siliconöl, wie Polydimethylsiloxan, Polyphenylethylsiloxan oder dergleichen; einen Kohlenwasserstoff, wie Polyether, Polyester, flüssiges Paraffin oder dergleichen; einen Halogenkohlenwasserstoff, wie Ethylentrifluorchlorid-Öl oder dergleichen; oder Phosphate, wie Tri(chlorethyl)phosphat, Trioctylphosphat oder dergleichen, enthält. Wenn der Kern aus einer Flüssigkeit hergestellt ist, ist der Kern im Allgemeinen in einer flexiblen aus einem Harz hergestellten Röhre eingeschlossen.
Die Form des Querschnitts des Kerns 1 in Richtung der Breite (Richtung, die die Längsrichtung senkrecht schneidet) ist nicht speziell eingeschränkt, solange die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht nachteilig beeinflusst wird. Zum Beispiel ist es eine geometrische Form, die in der Lage ist, die Flexibilität des Kerns beizubehalten, wie ein Kreis, eine Ellipse, ein Halbkreis, ein Segment mit einer Fläche größer als die eines Halbkreises, oder dergleichen. Der Durchmesser des Kerns beträgt normalerweise 3 bis 40 mm, bevorzugt 5 bis 30 mm, wenn der Querschnitt in Richtung der Breite eine Kreisform aufweist.
Vorzugsweise umfasst eine Ummantelung 2 einer Lichtfaser 10:
eine Lichtdiffusionsschicht 3, hergestellt aus einem Lichtdiffusionsmaterial, das als ein Bindemittel ein Polymer enthält, das einen kleineren Brechungsindex als der Kern aufweist, die in engem Kontakt mit dem Kern, mit einer Wanddicke in einer Umfangsrichtung von 1 bis 300 μm bereitgestellt wird, und
eine Schutzschicht 4, hergestellt aus einem lichtübertragenden Harzmaterial, die so ausgebildet ist, dass sie sich mit der Lichtdiffusionsschicht 3 zusammenfügt und die Lichtdiffusionsschicht 3 bedeckt.
Wenn der Kern 1 aus dem vorstehend beschriebenen Polymer mit einem Brechungsindex von etwa 1,5 hergestellt wird, enthält das Lichtdiffusionsmaterial der Lichtdiffusionsschicht 3 bevorzugt ein lichtübertagendes Fluorpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34 bis 1,43, der geringer ist als der des Polymers, wie Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymer (ETFE) oder Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Copolymer (THV) als Bindemittel. Das Lichtdiffusionsmaterial enthält bevorzugt zum Beispiel ein lichtstreuendes Material 5 mit einer Teilchengröße von etwa 10 nm bis 300 μm zusammen mit diesem Bindemittel.
Als das lichtstreuende Material werden im Allgemeinen Kügelchen bestehend aus Glas oder anderen Materialien oder Titandioxidteilchen verwendet. Das lichtstreuende Material kann auch von Titandioxid verschieden sein, solange die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht nachteilig beeinflusst wird. Bestimmte Beispiele dafür schließen weißes anorganisches Pulver und Farbpigmente ein, die einen Brechungsindex innerhalb eines Bereichs von 1,5 bis 3,0 aufweisen. Als das weiße anorganische Pulver ist zum Beispiel Bariumsulfat (Brechungsindex: 1,51), Magnesiumoxid (Brechungsindex: 1,8), Titandioxid (Brechungsindex: 2,6) oder dergleichen bevorzugt. Es ist auch möglich, dass ein farbgebendes Material, wie ein Fluoreszenzfarbstoff, zusammen mit einem lichtstreuenden Material enthalten ist und, dass weißes Licht, das dem Kern als farbiges Licht zugeführt wird, gewonnen wird.
Das lichtstreuende Material ist bevorzugt in dem Lichtdiffusionsmaterial in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-% enthalten, da die Helligkeit auf einfache Weise reguliert werden kann. Wenn der Gehalt dieses lichtstreuenden Materials weit aus weniger als 0,01 Gew.-% beträgt, besteht die Gefahr, dass eine ausreichende Helligkeit (z. B. nicht weniger als 1000 cd/m² im Falle von Weißlichtemission), die für lichtemittierendes Material erforderlich ist, um von einer Neonröhre ersetzt werden zu können, nicht erhalten wird, auch wenn die Intensität (Abgabeleistung) einer Lichtquelle erhöht wird. Andererseits, wenn der Gehalt wesentlich mehr als 10 Gew.-% beträgt, besteht die Gefahr, dass eine vergleichsweise lange Lichtfaser (z. B. nicht weniger als 2 m) nicht in der Lage ist, über die gesamte Länge Licht gleichmäßig zu emittieren.
In der Anwendung der vorliegenden Erfindung kann das Bindemittelpolymer, das das Lichtdiffusionsmaterial aufbaut, auch ein anderes als das vorstehend beschriebene Fluorpolymer sein, jedoch muss das hierin verwendete Polymer einen niedrigeren Brechungsindex als der Kern aufweisen.
In dieser Ausführungsform weist als ein Ergebnis der Steuerung der Dicke die Lichtdiffusionsschicht 3 im Umfang eine Dicke von 1 bis 300 μm auf. In einem derartigen Fall kann der Lichtabschirmungseffekt so wenig wie möglich gehemmt werden. Das heißt, dass, wie in 2 gezeigt, die Helligkeit durch die Lichtdiffusionsschicht 3 nicht verringert wird, sogar wenn Licht aus dem Seitenbereich der Lichtfaser 10 bei einem großen Betrachtungswinkel gewonnen wird, während Licht aus der Lichtquelle 11 in mindestens ein Ende davon eingeleitet und dann übertragen wird.
Demgemäß ist diese Lichtfaser 10 in der Lage, Licht mit einer vergleichsweise hohen Helligkeit aus dem gesamten Seitenbereich zu gewinnen. Wie in 3 gezeigt, wird die Helligkeit des Lichts mit Richtwirkung merklich verbessert, wenn diese Lichtfaser 10 von einer im Handel erhältlichen Schiene 12 gehalten wird, die innen eine Lichtdiffusionsreflektionsoberfläche aufweist, eine U-Schiene (weiß), hergestellt von Sumitomo 3M Co. Auch wenn Licht aus der in 2 gezeigten Lichtquelle 11 sichtbares Licht mit einem festen Wellenlängenbereich ist, ist die Farbe deutlich wahrnehmbar. Wenn die Dicke der Lichtdiffusionsschicht 3 nicht gesteuert wird und die Dicke größer als 300 μm ist, wird, wenn Licht in ein Ende oder in beide Enden der Lichtfaser eingeleitet wird, das Licht in beiden Fällen durch das lichtstreuende Material, den lichtstreuenden Zusatzstoff oder das Pigment drastisch abgeschirmt und es besteht die Gefahr, dass es unmöglich wird, Licht aus dem Seitenbereich der Lichtfaser effizient zu gewinnen.
Um die, wie vorstehend beschrieben, in der Dicke verminderte Lichtdiffusionsschicht 3 zu schützen, wird die Ummantelung 2 dieser Ausführungsform aus einem transparenten, das heißt lichtübertragenden Harzmaterial hergestellt und weist eine Schutzschicht 4 zum Bedecken der Lichtdiffusionsschicht 3 auf, die so ausgebildet ist, dass sie sich mit der Lichtdiffusionsschicht 3 zusammenfügt. Zur Zeit wird das Harzmaterial der Schutzschicht 4 aus dem obigen Fluorpolymer, das die Lichtdiffusionsschicht 3 aufbaut, hergestellt und kann den selben Brechungsindex wie das Fluorpolymer aufweisen. Solange das Harzmaterial der Schutzschicht 4 eine lichtübertragende Eigenschaft ausweist, kann das Harzmaterial ein farbiges Pigment oder einen Farbstoff enthalten, wodurch die Lichtfaser befähigt wird, sichtbares Licht zu emittieren.
In der Lichtfaser der vorliegenden Erfindung ist die Emissionshelligkeit nicht speziell eingeschränkt, solange die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht nachteilig beeinflusst wird. Wenn zum Beispiel Licht von beiden Enden des Kerns unter Verwendung einer Metallhalogenid-Lampe eingeleitet wird, die in der Lage ist, Licht mit 130 W zu emittieren, beträgt der gemessene Wert normalerweise nicht weniger als 1000 cd/m² und bevorzugt nicht weniger als 2000 cd/m² über die gesamte Länge der Faser. Im Falle einer derartigen Helligkeit kann die Lichtfaser der vorliegenden Erfindung als lineares lichtemittierendes Material weit verbreitet verwendet werden, das in der Lage ist, von einer Neonröhre ersetzt zu werden. Der absolute Wert der Helligkeit kann auf einfache Weise erhöht werden, wenn die Abgabeleistung der Lichtquelle weiter erhöht wird.
Wenn die Lichtfaser als das lineare lichtemittierende Material verwendet wird, das in der Lage ist, von einer Neonröhre ersetzt zu werden, wird die Lichtquelle bevorzugt so angeordnet, dass Licht von einem Ende oder von beiden Enden des Kerns in den Kern einleitet wird. Wenn das Licht nur von einem Ende eingeleitet wird, ist es effektiv, die Einheitlichkeit der Lichtemission weiter zu erhöhen, indem ein reflektierender Film am anderen Ende des Kerns so angeordnet wird, dass das Licht, das das andere Ende erreicht hat, in den Kern reflektiert wird.
Nebenbei bemerkt, kann die Länge der Lichtfaser der vorliegenden Erfindung gemäß ihrer Verwendung und der gewünschten Wirkung stark variieren, liegt jedoch normalerweise im Bereich von 2 bis 50 m, bevorzugt 2,5 bis 10 m und stärker bevorzugt 3 bis 5 m. Wenn die Länge weniger als 2 m beträgt, besteht die Gefahr, dass die Lichtfaser für die Verwendung als eine Neonlicht emittierende Vorrichtung nicht geeignet ist. Wenn andererseits die Länge 50 m übersteigt, besteht die Gefahr, dass die Einheitlichkeit der Helligkeit über die Gesamtlänge der Lichtfaser verringert wird.
Als die Lichtquelle kann eine normale Lichtquelle, wie eine Metallhalogenid-Lampe, eine Xenonlampe, eine Halogenlampe, eine lichtemittierende Diode, eine Leuchtstofflampe oder dergleichen verwendet werden. Die Abgabeleistung der Lichtquelle beträgt normalerweise 10 bis 300 W.
Die Lichtfaser der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend in Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, jedoch sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt werden sollte. Wie vorstehend beschrieben, ist es im Grunde nicht erforderlich, dass die gesamte Lichtdiffusionsschicht aus Lichtdiffusionsmaterial hergestellt ist. Die Lichtdiffusionsschicht kann, wenn sie Licht mit einer hohen Helligkeit bei einem großen Betrachtungswinkel emittieren kann, einen Lichtdiffusionsbereich umfassen, der aus einem Lichtdiffusionsmaterial in engem Kontakt mit dem Kern (nicht gezeigt) besteht. Vorzugsweise kann der Lichtdiffusionsbereich entlang mindestens 10% der äußeren peripheren Richtung des Kerns bereitgestellt werden, so dass das Licht mit einer hohen Helligkeit bei einem großen Betrachtungswinkel emittiert werden kann.
Dann wird ein Verfahren zur Herstellung der Lichtfaser beschrieben werden.
Die vorstehend beschriebene Ummantelung wird grundsätzlich durch ein Coextrusionsverfahren durch Extrudieren von zwei Materialien unter Verwendung zweier Extruder auf die folgende Weise hergestellt.
Zuerst werden Pellets aus Teflon^TM FEP 100-J, hergestellt von Du Pont Co., in einer vorbestimmten Menge hergestellt. Zum Beispiel werden Pellets aus einem Neoflon^TM-Harz mit 3 Gew.-% Titanoxid (Handelsname: FEP NP20WH) als das Lichtdiffusionsmaterial, hergestellt von Daikin Kogyo Co., in einer vorbestimmten Menge hergestellt.
Wenn diese Pellets jeweils in die zwei vorher vorbereiteten Extruder eingebracht werden und dann durch eine Düse extrudiert werden, kann die vorstehende hohle Ummantelung gebildet werden, umfassend eine innere nur aus Lichtdiffusionsmaterial bestehende Lichtdiffusionsschicht und eine äußere Schutzschicht, die gegenseitig eine Einheit bildend, bereitgestellt werden.
In einer anderen Ausführungsform können zwei oder mehrere Extruder verwendet werden, um zwei oder mehrere Materialien zu coextrudieren, wobei eine Lichtdiffusionsschicht gebildet wird, umfassend einen teilweise offenliegenden Lichtdiffusionsbereich, der aus einem Lichtdiffusionsmaterial an einer Innenoberfläche der Ummantelung besteht.
Der Kern kann zum Beispiel auf folgende Weise hergestellt werden. Zuerst wird eine Monomergemischlösung durch Vermischen einer vorbestimmten Menge 2-Ethylhexylmethacrylat, einer vorbestimmten Menge n-Butylmethacrylat und einer vorbestimmten Menge Triethylenglykoldimethacrylat hergestellt. Dann wird ferner Bis(4-t-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat als Polylmerisationsstarter der gemischten Lösung zugegeben, um einen Kernvorläufer herzustellen. Dann wird ein fester Kern durch Biegen der vorstehenden Ummantelung in die U-förmige Form, Gießen des Kernvorläufers von einer Seite in die Ummantelung und Erwärmen auf eine thermische Polymerisationsstarttemperatur gebildet. Als Ergebnis wird ein fester Kern gebildet, wodurch eine Sidelight Extraction Lichtfaser erhalten wird.
Der Kernvorläufer wird sequenziell vom Boden zum Oberteil der U-förmigen Ummantelung erwärmt. Dabei kann der Kernvorläufer mit einem inerten Gas, wie Stickstoff, Argon und dergleichen in Kontakt gebracht werden und es kann darauf Druck ausgeübt werden. Dann kann der ganze Kernvorläufer zusammen mit der Ummantelung auch für eine vorbestimmte Zeit erwärmt werden, um den Kernvorläufer vollständig umzusetzen.
Beispiele
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung weiter im Detail, sind jedoch nicht dazu gedacht deren Umfang einzuschränken.
Beispiel 1
Zuerst wurden zuvor zwei Extruder vorbereitet. Dann wurde ein Teflon^TM-Harz (Handelsname: FEP 100-J) mit einem Brechungsindex von etwa 1,34, hergestellt von Du Pont Co., in den einen Extruder eingebracht. Darüber hinaus wurde ein Neoflon^TM-Harz (Handelsname: FEP NP20WH), das ein aus fluoriertem Ethylenpropylen (FEP) und 3 Gew.-% Titandioxid hergestelltes Bindemittel umfasst, das einen Brechungsindex von etwa 1,34 aufweist und das von Daikin Kogyo Co. hergestellt wird, in den anderen Extruder eingebracht.
Wenn diese Harze durch eine vorbestimmte Düse coextrudiert werden, wird eine röhrenförmige Ummantelung (mit einem Außendurchmesser von etwa 12 mm) erhalten, die eine innere Lichtdiffusionsschicht (TiO₂-Gehalt: 3 Gew.-%) mit einer Wanddicke von etwa 30 μm und eine äußere Schutzschicht mit einer Wanddicke von etwa 810 μm umfasst. In diesem Beispiel wurde eine Ummantelung mit einer Länge von etwa 10 m hergestellt.
Um einen Kern herzustellen, wurde eine Monomergemischlösung durch Vermischen von 100 Gewichtsteilen 2-Ethylhexylmethacrylat, 100 Gewichtsteilen n-Butylmethacrylat und 2 Gewichtsteilen Triethylenglykoldimethacrylat hergestellt.
Um einen Kern herzustellen, wurde ferner Bis(4-t-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat als ein Polymerisationsstarter zu der Monomergemischlösung zugegeben, um den Kernvorläufer herzustellen. Dann wurde ein fester Kern durch Biegen der vorstehenden Ummantelung in die U-förmige Form, Gießen des Kernvorläufers von einem Ende in die Ummantelung und Erwärmen auf eine thermische gebildet.
Beispiel 2
Auf die gleiche wie in Beispiel 1 beschriebene Weise wurde eine Lichtfaser hergestellt, mit Ausnahme, dass durch Einbringen eines Gemischs aus 2 kg des vorstehend erwähnten Teflon-Harzes und 1 kg des Neoflon-Harzes in den Extruder anstelle des Einbringens des von Daikin Kogyo Co. hergestellten Neoflon-Harzes in den anderen Extruder und Coextrudieren des Gemischs eine Ummantelung (mit einem Außendurchmesser von etwa 12 mm) erhalten wurde, die eine innere Lichtdiffusionsschicht (TiO₂-Gehalt: 1 Gew.-%) mit einer Wanddicke von etwa 85 μm und eine äußere Schutzschicht mit einer Wanddicke von etwa 750 μm umfasst.
Beispiel 3
Auf die gleiche wie in Beispiel 1 beschriebene Weise wurde eine Lichtfaser hergestellt, mit Ausnahme, dass durch Einbringen eines Gemischs aus 10 kg des vorstehend erwähnten Teflon-Harzes und 1 kg des Neoflon-Harzes in den Extruder anstelle des Einbringens des von Daikin Kogyo Co. hergestellten Neoflon-Harzes in den anderen Extruder und Coextrudieren des Gemischs eine Ummantelung (mit einem Außendurchmesser von etwa 12 mm) erhalten wurde, die eine innere Lichtdiffusionsschicht (TiO₂-Gehalt: 0,27 Gew.-%) mit einer Wanddicke von etwa 70 μm und eine äußere Schutzschicht mit einer Wanddicke von etwa 850 μm umfasst.
Beispiel 4
Auf die gleiche wie in Beispiel 1 beschriebene Weise wurde eine Lichtfaser hergestellt, mit Ausnahme, dass durch Einbringen eines Gemischs aus 20 kg des vorstehend erwähnten Teflon-Harzes und 1 kg des Neoflon-Harzes in den Extruder anstelle des Einbringens des von Daikin Kogyo Co. hergestellten Neoflon-Harzes in den anderen Extruder und Coextrudieren des Gemischs eine Ummantelung (mit einem Außendurchmesser von etwa 12 mm) erhalten wurde, die eine innere Lichtdiffusionsschicht (TiO₂-Gehalt: 0,14 Gew.-%) mit einer Wanddicke von etwa 130 μm und eine äußere Schutzschicht mit einer Wanddicke von etwa 800 μm umfasst.
Beispiel 5
Auf die gleiche wie in Beispiel 1 beschriebene Weise wurde eine Lichtfaser hergestellt, mit Ausnahme, dass durch Einbringen eines Gemischs aus 10 kg des vorstehenden Teflon-Harzes und 1 kg eines Harzes, das ein gelbes Pigment, Plastic Color TFM0143 Yellow enthält, hergestellt von Dainichi Seika Kogyo Co., in den einen Extruder und Einbringen eines Gemischs von 20 kg des vorstehend erwähnten Teflon-Harzes und 1 kg des Neflon-Harzes in den anderen Extruder eine Ummantelung (mit einem Außendurchmesser von etwa 12 mm) erhalten wurde, die eine innere Lichtdiffusionsschicht (TiO₂-Gehalt: 0,14 Gew.-%) mit einer Wanddicke von etwa 130 μm und eine äußere Schutzschicht mit einer Wanddicke von etwa 800 μm umfasst.
Vergleichsbeispiel 1
Auf die gleiche wie in Beispiel 1 beschriebene Weise wurde eine Lichtfaser hergestellt, mit Ausnahme, dass unter Verwendung von lediglich einem Extruder durch Einbringen eines von Daikin Kogyo Co. hergestellten Neoflon-Harzes in den Extruder und Extrudieren durch eine vorbestimmte Düse eine Ummantelung (mit einem Außendurchmesser von etwa 12 mm) erhalten wurde, die nur eine Lichtdiffusionsschicht (TiO₂-Gehalt: 3 Gew.-%) mit einer Wanddicke von etwa 800 μm umfasst.
Messung der Helligkeit
Die Helligkeit des Lichts, das aus dem Seitenbereich der Lichtfaser gewonnen wurde, wurde auf die folgende Weise gemessen.
Beschreibt man die Messung der Helligkeit mit Bezug auf 2, so wurde eine Metallhalogenid-Lampe (LBM130H; Abgabeleistung: 130 W), hergestellt von Sumitomo 3M Co. an das eine Ende der Lichtfaser aus den Beispielen 1 bis 5 und dem Vergleichsbeispiel 1 angeschlossen.
Die Helligkeit wurde unter Verwendung eines Helligkeitsmessgeräts CS-100 (nicht gezeigt), hergestellt von Minolta Co., an einer Stelle gemessen, die 0,3–10 m von der Lichtquelle entfernt liegt. Dabei wurde das Helligkeitsmessgerät an einer Stelle angeordnet, die 60 cm von der Lichtfaser entfernt liegt. Darüber hinaus wurde auch die Helligkeit in dem Fall gemessen, in dem die Lichtfaser in der vorstehend beschriebenen Halterungsschiene, einer U-Schiene (weiß), hergestellt von Sumitomo 3M Co., gehalten wurde. In der nachstehenden Tabelle 1 werden die gemessenen Ergebnisse der Helligkeit (cd/cm²) gezeigt.
Tabelle 1
Die Daten von Beispiel 5 zeigen die Helligkeit von gelbem Licht.
Es wird gemäß den in Tabelle 1 beschriebenen Ergebnissen gefunden, dass Licht mit einer Helligkeit, die größer als die des Vergleichsbeispiels 1 ist, aus jeder der Lichtfasern der Beispiele 1 bis 4 gewonnen wird. Demgemäß wird gefunden, dass Licht mit vergleichsweise hoher Helligkeit aus dem Seitenabschnitt von jeder der erfindungsgemäßen Lichtfasern der Beispiele 1 bis 4 stärker gewonnen werden kann.
Es wird gefunden, dass, wenn diese Lichtfasern in einer Halterungsschiene gehalten werden, die Helligkeit des Lichts mit Richtwirkung bemerkenswert verbessert wird. Demgemäß wird gefunden, dass, wenn Licht aus dem Seitenbereich gewonnen wird, während Licht aus der Lichtquelle eingebracht und dann weitergeleitet wird, ein Lichtabschirmungseffekt des Lichts der Lichtdiffusionsschicht gering ist.
Anschließend wurde ein drehbarer Farbfilter (nicht gezeigt) an der als Lichtquelle verwendeten Metallhalogenid-Lampe angeschlossen und sichtbares Licht, wie blaues Licht, orangefarbenes Licht, grünes Licht oder dergleichen, der Reihe nach in ein Ende eingeleitet. Dann wurde jeweils das sichtbare Licht, das aus dem Seitenbereich der Lichtfaser gewonnen wurde, visuell bestätigt. Als Ergebnis kann im Falle der Beispiele 1 bis 4 sichtbares Licht jeweils klar erkannt werden. Im Gegensatz dazu wurde im Falle des Vergleichsbeispiels 1 sichtbares Licht jeweils in einem verschwommenen Zustand erkannt und konnte nicht klar erkannt werden. Im Falle von Beispiel 5, wenn weißes Licht von der Lichtquelle eintritt, wird die Helligkeit durch das gelbe Pigment der Schutzschicht verringert, jedoch konnte die Lichtfaser in der gelben Farbe aus dem Seitenbereich aufgehellt werden.

Claims

Lichtfaser, umfassend: einen Kern (1) in einem Mittelbereich, und eine um den Kern angeordnete Ummantelung (2), wobei die Ummantelung umfasst: eine Lichtdiffusionsschicht (3), umfassend einen Lichtdiffusionsbereich, hergestellt aus einem Lichtdiffusionsmaterial, das als ein Bindemittel ein Polymer enthält, das einen kleineren Brechungsindex als der Kern aufweist und ein lichtstreuendes Material (5) in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-% enthält, wobei die Lichtdiffusionsschicht in engem Kontakt mit dem Kern bereitgestellt wird, und eine Schutzschicht (4), hergestellt aus einem lichtübertragenden Harzmaterial, die so ausgebildet ist, dass sie sich mit der Lichtdiffusionsschicht zusammenfügt und die Lichtdiffusionsschicht bedeckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtdiffusionsschicht in einer radialen Richtung eine Wanddicke von 1 bis 300 μm aufweist.