DE9415950U1 - Plastic plate with a white fluorescent phosphor that can be excited by long-wave UV light - Google Patents
Plastic plate with a white fluorescent phosphor that can be excited by long-wave UV lightInfo
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Description
BESCHREIBUNG
Gebiet der ErfindungDESCRIPTION
Field of the invention
Die Erfindung betrifft das Gebiet beleuchtbarer Schilder. Allgemein bekannt sind Reklameschilder und Verkehrsschilder, die beleuchtbar sind, um in der Dämmerung und nachts oder auch bei Nebel über größere Entfernungen wahrgenommen werden zu können.The invention relates to the field of illuminated signs. Advertising signs and traffic signs that can be illuminated so that they can be seen over long distances at dusk and at night or in fog are well known.
Stand der TechnikState of the art
Technisch gesehen handelt es sich bei diesen Schildern um Gehäuse bzw. Kästen aus Metall oder Kunststoff die eine beleuchtbare Fläche aufweisen und in deren Inneren eine Beleuchtungsvorrichtung angebracht ist. Meist werden eine oder mehrere Leuchtstofflampen verwendet, wobei die zu erleuchtende Fläche bzw. Seite des Gehäuses entsprechend lichtdurchlässig, meist milchig streuend, aus Glas oder lichtdurchlässigem Kunststoff ausgeführt ist.Technically speaking, these signs are housings or boxes made of metal or plastic that have an illuminated surface and inside which a lighting device is installed. Usually one or more fluorescent lamps are used, whereby the surface or side of the housing to be illuminated is made of glass or translucent plastic, usually with a milky light.
Die zu erleuchtende Seite enthält Bild- bzw. Schriftzeichen, die als Reklame- oder Verkehrshinweise dienen können. Diese Hinweise sind meist sehr kontrastreich (z.B. weißer Pfeil auf blauem Grund bei einem Verkehrsschild) ausgeführt. In der Regel haben die Schilder aus Gründen der Handlichkeit und aus Platzgründen eine relativ geringe Bautiefe. Um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu erzielen, die eine gute Wahrnehmung auch über große Entfernungen gewährleistet, müssen deshalb oft unverhältnismäßig viele Lampen installiert werden.The side to be illuminated contains images or characters that can serve as advertising or traffic information. These signs are usually very high-contrast (e.g. a white arrow on a blue background on a traffic sign). As a rule, the signs have a relatively small depth for reasons of handiness and space. In order to achieve uniform illumination that ensures good perception even over long distances, a disproportionate number of lamps often have to be installed.
Ein andere denkbare Konstruktion, wie z.B. das Anstrahlen nicht von innen beleuchteter Schilder aus der Entfernung scheidet in der Regel, wegen der möglichen Blendung des Gegen- oder Querverkehrs durch die Lichtquelle, aus.Another conceivable construction, such as illuminating signs that are not illuminated from the inside from a distance, is generally ruled out due to the possible glare of oncoming or cross traffic by the light source.
Mit den herkömmlichen Leuchtschildern skid eine Reihe von Nachteilen verbunden. So ist Energiebereitstellungsaufwand, insbesondere außerhalb geschlossener Ortschaften, hoch. Ebenso ist der Energieverbrauch hoch. Darüber hinaus haben die herkömmlichen Leuchtschilder den Nachteil einer nicht unerheblichen Blendwirkung für das menschliche Auge. Diese Wirkung zeigt sich besonders stark bei Abwesenheit anderer Lichtquellen wie z.B. Straßenbeleuchtung, vor allem in der Dämmerung und nachts außerhalb von Ortschaften.There are a number of disadvantages associated with conventional illuminated signs. For example, the energy supply costs are high, especially outside built-up areas. Energy consumption is also high. In addition, conventional illuminated signs have the disadvantage of a not insignificant glare effect on the human eye. This effect is particularly evident in the absence of other light sources such as street lighting, especially at dusk and at night outside built-up areas.
Die genannte Blendwirkung fuhrt dazu, daß dunklere Gegenstände schlechter erkannt werden. Nach dem Passieren eines blendenden Schildes vergeht einige Zeit bis sich das Auge wieder an die dunklere Umgebung adaptiert hat. Man fährt zunächst in ein "Schwarzes Loch". Dadurch wird insgesamt das Risiko der Teilnahme am Verkehr erhöht.The aforementioned glare effect means that darker objects are harder to see. After passing a dazzling sign, it takes some time for the eye to adapt to the darker environment again. You initially drive into a "black hole". This increases the overall risk of participating in traffic.
Eine andere Möglichkeit, um Verkehrs- oder Reklamehinweise sichtbar zu machen, sind fluoreszierende Leuchtfarben. Bekannte Anwendungen sind Warnhinweise auf Kleidungsstücken oder Einsatzfahrzeugen von Rettungsdiensten wie z.B. Feuerwehr etc.. Die bekanntesten Farben sind v.a.Leucht-Rot, -Grün, -Gelb, -Orange. Die Leuchtwirkung entsteht dabei mittels der Anregung der Farbstoffinoleküle durch bestimmte Wellenlängen des sichtbaren Lichts, die wiederum diese Energie in Form von Licht eines anderen, längerwelligen Spektrums emittieren. Die Leuchtwirkung wird vom menschlichen Auge als grell empfunden, was die weitgehend auf Warnhinweise beschränkte Anwendung erklärt.Another way to make traffic or advertising signs visible is fluorescent luminous colors. Well-known applications include warning signs on clothing or emergency vehicles of rescue services such as fire departments, etc. The most well-known colors are mainly bright red, green, yellow and orange. The luminous effect is created by the excitation of the dye molecules by certain wavelengths of visible light, which in turn emit this energy in the form of light from a different, longer wavelength spectrum. The luminous effect is perceived by the human eye as glaring, which explains why its use is largely limited to warning signs.
Bekannt sind auch Leuchtstoffe, die durch nicht sichtbare Spektren, wie z.B. UV-Strahlung angeregt werden und dabei sichtbare Lichtspektren emittieren. Die überwiegende Zahl der bekannten Leuchtstoffe benötigt dabei zum Übergang in den angeregten Zustand energiereiche, kurzwellige UV-Strahlung. Einer Verwendung dieser Leuchtstoffe in Schildern würde vor allem die gesundheitsgefahrdende Wirkung der benötigten Strahlungsquelle wie auch ihre auf Dauer den Kunststoff zerstörende Wirkung entgegenstehen.There are also known phosphors that are excited by non-visible spectra, such as UV radiation, and emit visible light spectra. The majority of known phosphors require high-energy, short-wave UV radiation to enter the excited state. The use of these phosphors in signs would be opposed primarily by the health-endangering effect of the required radiation source and its long-term destructive effect on plastic.
Ein Beispiel fur einen, durch unschädliche, langwellige UV-Strahlung anregbaren Leuchtstoff ist NP 657-09-01 (Nichia Chemicals Europa GmbH), der im Wellenbereich von 300-380 mn anregbar ist und in diesem Zustand weiß fluoreszierendes Licht emittiert. Im Gegensatz zu den eingangs genannten Leuchtfarben ist die Leuchtwirkung nicht grell sondern angenehm für das menschliche Auge. Der Leuchtstoff ist NP 657-09-01 ist ein wasserunlösliches, weißes Pulver bestehend aus mehreren, in den Grundfarben des Spektrums fluoreszierenden Komponenten der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung. Nach dem Doppelpunkt sind jeweils die zur Dotierung verwendeten Elemente genannt.An example of a phosphor that can be excited by harmless, long-wave UV radiation is NP 657-09-01 (Nichia Chemicals Europa GmbH), which can be excited in the wavelength range of 300-380 mn and in this state emits white fluorescent light. In contrast to the luminous colors mentioned at the beginning, the luminous effect is not glaring but rather pleasant for the human eye. The phosphor is NP 657-09-01 is a water-insoluble, white powder consisting of several components that fluorescent in the primary colors of the spectrum and have the following composition. The elements used for doping are listed after the colon.
Y2O2SiEu,Y 2 O 2 SiEu,
(Ba, Mg)O- 6Al2O3iEu, Mn,(Ba, Mg)O- 6Al 2 O3iEu, Mn,
(Sr, Ca, Ba)5(PO4)3CI:Eu(Sr, Ca, Ba)5(PO4)3CI:Eu
Die Mengenverhältnisse der Komponenten sind so gewählt, daß sich ihre Fluoreszenzstrahlung zu weißem Licht addiert.The proportions of the components are chosen so that their fluorescence radiation adds up to white light.
Die mittlere Korngröße beträgt ca. 6 &mgr;&igr;&eegr;, das spezifische Gewicht 4,58 g/cm^ Eine Anwendung zur Beleuchtung von Schildern ist nicht bekannt. Zur Anregung dieses Farbstoffs können z.B. handelsübliche Quecksilber-Schwarzlichtlampen als Lichtquelle verwendet werden, bei denen nur die langwellige UV-Strahlung mittels einer Cobaltglas-Abdeckung transmittiert wird.The average grain size is approximately 6 μηι, the specific weight is 4.58 g/cm^ An application for the illumination of signs is not known. To stimulate this dye, commercially available mercury black light lamps can be used as a light source, for example, in which only the long-wave UV radiation is transmitted by means of a cobalt glass cover.
Aufgabe und LösungTask and solution
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine einfache Leuchtvorrichtung für beleuchtbare Schilder zu schaffen, die dem menschlichen Auge eine gute, kontrastreiche Wahrnehmung ermöglicht, aber sich zugleich durch einen geringeren Energiebedarf und eine deutlich geringere Blendwirkung auszeichnet. Die eingesetzte Lichtquelle sollte dabeiThe aim of the present invention was to create a simple lighting device for illuminated signs that allows the human eye to have good, high-contrast perception, but at the same time is characterized by lower energy requirements and significantly lower glare. The light source used should
in jedem Fall fur den Menschen (und Tiere) unschädlich sein, also keine kurzwellige UV-Strahlung emittieren. Überraschenderweise konnte die Aufgabe durch eine Platte aus thermoplastisch verformbaren Kunststoff (Kunststoffplatte), dadurch gekennzeichnet, daß sie einen weiß fluoreszierenden, durch langwellige UV-Strahlung im Bereich von 300 mn anregbaren Leuchtstoff enthält, gelöst werden.in any case be harmless to humans (and animals), i.e. not emit short-wave UV radiation. Surprisingly, the task could be solved by a plate made of thermoformable plastic (plastic plate), characterized in that it contains a white fluorescent phosphor that can be excited by long-wave UV radiation in the range of 300 mn.
Die Erfindung wird durch die Figur 1 erläutert, soll aber nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt sein.The invention is explained by Figure 1, but should not be limited to the embodiment shown.
Figur 1: Beispiel für die Anordnung einer als Verkehrsschild ausgeführten, erfindungsgemäßen Kunststoffplatte (1) und einer als Scheinwerfer ausgeführten UV-Lampe (2) über einer Spur einer zweispurigen, von einem Grünstreifen (3) unterbrochenen autobahnähnlichen Straße (4). Die Strahlungsausrichtung des Scheinwerfers zur Kunststoffplatte hin ist durch gestrichelte Linien angedeutet.Figure 1: Example of the arrangement of a plastic plate (1) according to the invention designed as a traffic sign and a UV lamp (2) designed as a headlight over a lane of a two-lane motorway-like road (4) interrupted by a green strip (3). The beam direction of the headlight towards the plastic plate is indicated by dashed lines.
Unter Anwendung der Erfindung wird eine im Vergleich zu konventionell beleuchtbaren Schildern relativ schwache, somit energieeinsparende, jedoch gleichmäßige und gut wahrnehmbare Beleuchtung erzielt. Die Erfindung hat weiterhin die Vorteile, daß sich ein Kastenaufbau für das Schild erübrigt, da sich die Beleuchtung aus der Entfernung bewerkstelligen läßt, die Beleuchtungsquelle ein für den Menschen ungefährliches Spektrum emittiert und für den Gegenverkehr fast unsichtbar und somit ohne Blendwirkung ist. Ein zusätzlicher Vorteil ist die durch den getrennten Aufbau von Schild (1) und Lichtquelle (2) ermöglichte Wartungsfreundlichkeit, da zum Lampenwechsel kein Lichtkasten zu öffnen ist und die Lampe selbst gut zugänglich plaziert werden kann. Besondere Vorteile ergeben sich bei Schildern, die schlecht zugänglich, z:B. in großer Höhe angebracht sind. Mit der Erfindung lassen sich praktisch alle beliebigen Reklame- oder Verkehrsschilder ausführen, bei denen eine Beleuchtung vorgesehen ist.By using the invention, a relatively weak, energy-saving, but uniform and easily perceptible lighting is achieved compared to conventionally illuminated signs. The invention also has the advantages that a box structure for the sign is not required, since the lighting can be done from a distance, the lighting source emits a spectrum that is harmless to humans and is almost invisible to oncoming traffic and thus does not dazzle. An additional advantage is the ease of maintenance made possible by the separate construction of the sign (1) and light source (2), since no light box needs to be opened to change the lamp and the lamp itself can be placed in an easily accessible location. Particular advantages arise with signs that are difficult to access, e.g. mounted at a great height. The invention can be used to create practically any advertising or traffic sign that requires lighting.
Ausführung der ErfindungImplementation of the invention
Ein durch langwellige UV-Strahlung im Bereich von ca. 300 - 380 mn anregbarer, weiß fluoreszierender Leuchtstoff, vorzugsweise der eingangs beschnebene LeuchtstofFNP 657-09-01 (Nichia Chemicals Europe GmbH, D-90429, Nürnberg) wird bei der Herstellung von Platten oder Tafeln aus für Schilder geeigneten handelsüblichen thermoplastisch verformbaren Kunststoffen oder Kunststofrmischungen eingearbeitet. Vorzugsweise werden witterungsbeständige, UV-durchlässige Kunststoffe oder KunststofBnischungen z.B. aus Polymethylmethacrylat verwendet. Die Kunststoffe können in an sich bekannter Weise zusätzliche Modifikationen z.B. zur Verbesserung ihrer Schlagzähigkeit aufweisen. Schlagzähverbesserer für Polymethylmethacrylat sind z.B. aus EP 0 368 094 Bl bekannt. Ebenso können die fertigen Kunststoffblatten in an sich bekannter Weise noch mit kratzfesten Lackschichten versehen werden.A white fluorescent phosphor that can be excited by long-wave UV radiation in the range of approx. 300 - 380 mn, preferably the phosphor NP 657-09-01 described at the beginning (Nichia Chemicals Europe GmbH, D-90429, Nuremberg) is incorporated into the manufacture of plates or panels made of commercially available thermoformable plastics or plastic mixtures suitable for signs. Weather-resistant, UV-permeable plastics or plastic mixtures, e.g. made of polymethyl methacrylate, are preferably used. The plastics can have additional modifications in a manner known per se, e.g. to improve their impact strength. Impact modifiers for polymethyl methacrylate are known, for example, from EP 0 368 094 Bl. The finished plastic sheets can also be provided with scratch-resistant coatings in a conventional manner.
Zur Einarbeitung können übliche Methoden zur Einbringung von Pigmenten in polymere Kunststoffe angewendet werden. Wichtig ist dabei, eine gleichmäßige Verteilung des Leuchtstoffs im Kunststoff zu erzielen. Bei gegossenem Kunststoff kann der Leuchtstoff direkt dem Monomeren oder einem teilpolymerisiertem Sirup zugegeben werden. Bei extrudiertem Kunststoff kann er mit dem Polymergranulat direkt oder ggf. in Form eines kunststoffhaltigen Konzentrats in den Extruder gegeben werden. Bei der Verwendung von NP 657-09-01 wird der Leuchtstoff vorzugsweise in Mengen von ca. 0,5 - 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,8 - 1,2 Gew.-% eingesetzt. Zusätzlich können UV-reflektierende Pigmente oder andere Hilfsstoffe, wie z.B. Bariumsulfat zur Verbesserung der Lichtstreuungseigenschaften eingearbeitet werden. Bariumsulfat kann in Mengen von ca. 0,1 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 Gew.-% verwendet werden.Conventional methods for introducing pigments into polymer plastics can be used for incorporation. It is important to achieve an even distribution of the phosphor in the plastic. In the case of cast plastic, the phosphor can be added directly to the monomer or to a partially polymerized syrup. In the case of extruded plastic, it can be added to the extruder with the polymer granulate directly or, if necessary, in the form of a plastic-containing concentrate. When using NP 657-09-01, the phosphor is preferably used in amounts of approx. 0.5 - 2% by weight, particularly preferably 0.8 - 1.2% by weight. In addition, UV-reflecting pigments or other auxiliary substances, such as barium sulfate, can be incorporated to improve the light scattering properties. Barium sulfate can be used in amounts of approx. 0.1 to 2% by weight, preferably 0.5% by weight.
Die erhaltenen Kunststofftafeln werden durch das Aufbringen von Folien, durch Bedruckung oder durch Belegung mit farbigem Kunststoff oder anderen geeigneten Verfahren mit den entsprechenden Verkehrs- oder Reklameinformationen versehen.The resulting plastic panels are provided with the appropriate traffic or advertising information by applying foil, by printing or by covering them with colored plastic or by other suitable processes.
Die Kunststofltafeln selbst können eckig, rund, elipsoid, eckig mit abgerundeten Ecken oder in jeder anderen gewünschten Form ausgeführt sein. Übliche Maße liegen im Bereich der bekannten, konventionell beleuchteten Schilder und können je nach Form von ca. 50 cm in Breite und/oder Höhe bis zu mehreren Metern Breite und Höhe, z.B. bei über Autobahnen angebrachten Schildern, reichen. Die Dicke der Kunststofftafeln kann von ca. 2 mm bis zu ca. 50 mm ausgeführt werden. Sehr große Schilder können auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden, um so das Gewicht und die Abmessungen im Interesse einer leichteren Handhabung und Transportierbarkeit zu beschränken.The plastic panels themselves can be square, round, ellipsoidal, square with rounded corners or any other desired shape. Typical dimensions are in the range of the well-known, conventionally illuminated signs and, depending on the shape, can range from approx. 50 cm in width and/or height to several meters in width and height, e.g. for signs installed above motorways. The thickness of the plastic panels can be from approx. 2 mm to approx. 50 mm. Very large signs can also be made up of several parts in order to limit the weight and dimensions in the interests of easier handling and transport.
Das fertige Schild wird an seinem Anbringungsort mittels einer handelsüblichen Quecksilber-Schwarzlichtlampe mit Rohr oder Außenkolben aus Cobaltglas mit einer Leistung von 10 bis 100 W/m.2 mit Wellenlängen von ca. 300 - 380 nm bestrahlt. Bei einem auf einer Brücke angebrachten Verkehrsschild kann die Lampe in einem Scheinwerfer in einer Entfernung von ca. 10 m an einer gut zugänglichen Stelle angebracht werden.The finished sign is irradiated at its installation location using a commercially available mercury black light lamp with a tube or outer bulb made of cobalt glass with an output of 10 to 100 W/m.2 with wavelengths of approx. 300 - 380 nm. For a traffic sign installed on a bridge, the lamp can be installed in a spotlight at a distance of approx. 10 m in an easily accessible location.
Eine Kunststoffplatte mit den Abmessungen lmxlmxlO mm (Länge &khgr; Breite &khgr; Höhe) aus gegossenem Polymethylmethacrylat (®PLEXIGLAS 218), mit einem Gehalt von 1 Gew.-% des Leuchtstoffe NP 657-09-01 und 0,5 Gew.-% Bariumsulfat, wird auf einer Seitenfläche mit einer dünnen (0,2 mm) Folie mit einem farbigen Reklameaufdruck versehen. Die Platte wird von der Rückseite her im Abstand von 1 m mit einer handelsüblichen Quecksilber-Schwarzlichtlampe mit einem Rohr aus Cobaltglas (abgestrahlte Wellenlängen ca. 300-380 mn) und einer Leistung von 20 Watt angestrahlt. Die Platte erscheint nun weiß fluoreszierend, wodurch Reklameinformation gleichmäßig hinterleuchtet wird. Der Effekt ist schon bei Tageslicht gut wahrnehmbar und verbessert sich nochmals nach dem Abdunkehi der Umgebung, bzw. des Raumes in dem die Platte aufgestellt ist. Das ausgesendete Licht wird im Vergleich zu konventionellen beleuchteten Schildern als angenehm für das Auge und deutlich weniger blendend empfunden.A plastic plate with dimensions lmxlmxlO mm (length x width x height) made of cast polymethyl methacrylate (®PLEXIGLAS 218), containing 1 % by weight of the phosphor NP 657-09-01 and 0.5% by weight of barium sulfate, is provided with a thin (0.2 mm) film with a colored advertising print on one side. The plate is illuminated from the back at a distance of 1 m with a commercially available mercury black light lamp with a tube made of cobalt glass (radiated wavelength approx. 300-380 mn) and an output of 20 watts. The plate now appears white fluorescent, which means that advertising information is evenly backlit. The effect is clearly visible even in daylight and improves even further when the surroundings or the room in which the panel is placed are darkened. The light emitted is perceived as pleasant to the eye and significantly less dazzling compared to conventional illuminated signs.
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