WO2021004955A1 - Flächenleuchte, verfahren zur herstellung der flächenleuchte - Google Patents

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Lars MUNDIN
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    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the invention also relates to a manufacturing method for the surface light.
  • Claim 1 ready that solves the technical problem.
  • the object is also achieved by a method according to claim 11.
  • Advantageous refinements result from the dependent claims.
  • Wavelength range in particular a wavelength range encompassing the entire spectrum visible to the human eye.
  • visible, in particular color-neutral, lighting can be generated with the surface light.
  • a light beam with a non-visible wavelength range can also be advantageous, for example for using the surface light as an infrared headlight.
  • the surface light comprises at least one disc-shaped luminous element which is translucent for the light beam and has a front surface for the exit of light from the luminous element, one of the front surface, in particular parallel,
  • Luminous body is scattered in order to generate a luminous area with homogeneous luminance from the bundled light beam on the front surface and optionally also on the rear surface.
  • the luminous element is not transparent, as a result of which the light beam could traverse the luminous element without being scattered.
  • the luminous element preferably consists of a mixed material with a plurality of scattering centers for scattering the at least one light beam in a base material that is transparent to the at least one light beam.
  • the number and arrangement of the scattering centers in the base material are preferably selected so that the scattered light results in a homogeneous luminance of the front surface and
  • the scattering at the scattering centers is preferably elastic, that is to say without a change in the wavelength of the light beam as would occur, for example, with fluorescent or phosphorescent scattering centers. Elastic scattering minimizes energy losses from the surface light.
  • the reflectivity of the reflective layer varies within the wavelength range of the light beam, in particular in the entire visible wavelength range, depending on the wavelength, preferably by a maximum of 10%, in particular by a maximum of 5%, particularly preferably by a maximum of 2%.
  • An equally efficient reflection is possible for different wavelengths due to a slight variation in the reflectivity.
  • an illumination color of the surface light can be used without changing the reflective layer or a
  • the reflectivity can also be more dependent on the wavelength, for example in order to select a partial range from a wavelength range of the coupled-in light beam that corresponds to a desired lighting color of the surface light.
  • the scattering coefficient of the scattering centers varies within the wavelength range of the coupled-in light beam, in particular in the entire visible one
  • Reflective layer can be easily and safely attached to the rear surface and / or the side surfaces, and the front surface does not contain any visible inhomogeneities, such as discoloration, which could negatively affect the appearance of the surface light.
  • Plastics that are similar to one another for example made of polymers with the same repeating units, or consist of them. This will produce and
  • the scattering center material is identical to the base material except for the dye or pigment.
  • the base material can be an uncolored polymethyl methacrylate and the
  • Polymethyl methacrylate is characterized by high transparency for visible light, is easy to color, weather-resistant, aging-resistant and resistant to many chemicals, so it is particularly suitable for the production of the
  • a laser in particular a diode laser, a more intensely bundled laser can be used with a compact design
  • the method includes tempering the base material to a
  • the temperature control brings the base material into a liquid or viscous state so that the particles can be mixed in.
  • FIG. 2 shows a schematic unfolding of the surface of the luminous element of a surface light according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a surface light 100 according to the invention with a light source 110 for generating a bundled light beam S.
  • the light source 110 can for example comprise a laser, in particular a helium-neon laser, for example with a power of 100 mW.
  • the light beam S has, for example, an intensity maximum at a wavelength of 635 nm in order to generate red illumination.
  • Rear surface in the illustration without reference symbols, since on the rear side
  • the luminous element 120 is, for example, cuboid and thus has four side surfaces 123 (in the illustration only two of them with reference symbols) .
  • the luminous element 120 has, for example, parallel to the front surface 121 a width of 100 mm and a height of 50 mm.
  • the luminous element 120 has, for example, a depth of 4 mm perpendicular to the front surface 121.
  • Scattering center material consists, for example, of a polymethyl methacrylate with a glass transition temperature that is higher than that of the polymethyl methacrylate of the base material 142 and an, in particular white, pigment

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flächenleuchte (100) mit zumindest einer Lichtquelle (110) zur Erzeugung zumindest eines gebündelten Lichtstrahls (S) und zumindest einem für den Lichtstrahl (S) transluzenten, scheibenförmigen Leuchtkörper (120) mit einer Vorderfläche(121) zum Austritt von Licht aus dem Leuchtkörper (120), einer der Vorderfläche (121) gegenüberliegenden Rückfläche (122) und einer Anzahl von die Vorderfläche (121) mit der Rückfläche (122) verbindenden Seitenflächen (123). Die zumindest eine Lichtquelle (110) ist zur Einkopplung des zumindest einen Lichtstrahls (S) durch zumindest einen als Eintrittsfläche (131) ausgebildeten Teilabschnitt zumindest einer der Seitenflächen (123) in den Leuchtkörper (120) angeordnet. Der Leuchtkörper (120) besteht aus einem Mischmaterial mit einer Vielzahl von Streuzentren (141) zur elastischen Streuung des zumindest einen Lichtstrahls (S) in einem für den zumindest einen Lichtstrahl (S) transparenten Grundmaterial (142). Jede der Seitenflächen (123) umfasst zumindest eine Reflektionsschicht (132) zur Reflektion des Lichtstrahls (S) in den Leuchtkörper (120). Die zumindest eine Eintrittsfläche (131) umfasst eine Aussparung in der zumindest einen Reflektionsschicht (132). Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung der Flächenleuchte (100).

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung: Flächenleuchte, Verfahren zur
Herstellung der Flächenleuchte
Technisches Gebiet
[1] Die Erfindung betrifft eine Flächenleuchte mit zumindest einer Lichtquelle zur
Erzeugung zumindest eines gebündelten Lichtstrahls und zumindest einem für den Lichtstrahl transluzenten, scheibenförmigen Leuchtkörper mit einer Vorderfläche, einer der Vorderfläche gegenüberliegenden Rückfläche und einer Anzahl von die Vorderfläche mit der Rückfläche verbindenden Seitenflächen, wobei die zumindest eine Lichtquelle zur Einkopplung des zumindest einen Lichtstrahls durch zumindest einen als Eintrittsfläche ausgebildeten Teilabschnitt zumindest einer der
Seitenflächen in den Leuchtkörper angeordnet ist.
[2] Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für die Flächenleuchte.
Stand der Technik
[3] Aus dem Stand der Technik sind Flächenleuchten mit einer im Verhältnis zu den Abmessungen einer Leuchtfläche geringen Bautiefe senkrecht zu der Leuchtfläche zur Beleuchtung im Innen- und Außenbereich bekannt. Bei bekannten
Flächenleuchten, beispielsweise LED-Matrix-Leuchten, tritt häufig das Problem auf, dass die Leuchtflächen der Flächenleuchten ungleichmäßig hell sind, also eine inhomogene Leuchtdichte aufweisen. Um eine homogenere Leuchtdichte zu erreichen, kann die Anzahl der in der Flächenleuchte enthaltenen Lichtquellen, beispielsweise LED-Lichtquellen, erhöht werden. Dadurch verringert sich jedoch die Energieeffizienz der Flächenleuchte.
[4] Die Gebrauchsmusteranmeldung DE 20 2014 101 333 U1 beschreibt eine Zarge für eine Wand- oder Maueröffnung mit lichtundurchlässigen Rahmenelementen und zwischen den Rahmenelementen verlaufenden, plattenförmigen Glaskörpern, insbesondere aus Milchglas, die als Flächenleuchten dienen. Die der Wand zugewandte Rückseite der Glaskörper kann verspiegelt sein. Wenigstens eine Lichtquelle, beispielsweise ein LED-Band, ist derart angeordnet, dass sie Licht in den Glaskörper einkoppelt. Die seitliche Anordnung der Lichtquelle bewirkt
wahrscheinlich eine inhomogene Leuchtdichte der Leuchtfläche. [5] Die Druckschrift DE 10 2012 216 690 B4 offenbart eine Vielzahl von
Beleuchtungsvorrichtungen, umfassend eine oder mehrere Lichtquellen. In einer Ausgestaltung als Flächenleuchte ist die Lichtquelle beispielsweise in einem hohlen Strahlelement angeordnet. Eine als Leuchtfläche dienende Funktionsseite des Strahlelements kann als Milchglas ausgestaltet sein. Eine Montageseite des
Strahlelements kann mit einem reflektierenden Material verkleidet sein. Die seitliche Anordnung der Lichtquelle bewirkt wahrscheinlich eine inhomogene Leuchtdichte der Leuchtfläche.
[6] Die Druckschriften US 2006/0001036 A1 und US 2009/0034230 A1 beschreiben Flächenleuchten, bei denen Licht seitlich in einen scheibenförmigen Leuchtkörper eingekoppelt wird, der Fluoreszenzpartikel zur Umwandlung einer Wellenlänge des Lichts enthält. Bei der Wellenlängenumwandlung kann es zu Verlusten kommen, die die Effizienz der Flächenleuchte verringern.
Technische Aufgabe
[7] Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige und energieeffiziente
Flächenleuchte mit einer geringen Bautiefe und einer homogenen Leuchtdichte und ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren dafür zu schaffen.
Technische Lösung
[8] Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt eine Flächenleuchte gemäß
Anspruch 1 bereit, die die technische Aufgabe löst. Ebenso wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Beschreibung der Ausführungsarten
[9] Eine erfindungsgemäße Flächenleuchte umfasst zumindest eine Lichtquelle zur Erzeugung zumindest eines gebündelten Lichtstrahls. Der zumindest eine Lichtstrahl umfasst vorzugsweise einen für das menschliche Auge sichtbaren
Wellenlängenbereich, insbesondere einen das gesamte für das menschliche Auge sichtbare Spektrum umfassenden Wellenlängenbereich. Dadurch kann mit der Flächenleuchte eine sichtbare, insbesondere farbneutrale, Beleuchtung erzeugt werden. Für spezielle Anwendungen kann auch ein Lichtstrahl mit einem nicht sichtbaren Wellenlängenbereich vorteilhaft sein, beispielsweise zur Verwendung der Flächenleuchte als Infrarot-Scheinwerfer. [10] Die Flächenleuchte umfasst zumindest einen für den Lichtstrahl transluzenten, scheibenförmigen Leuchtkörper mit einer Vorderfläche zum Austritt von Licht aus dem Leuchtkörper, einer der Vorderfläche, insbesondere parallel,
gegenüberliegenden Rückfläche und einer Anzahl von die Vorderfläche mit der Rückfläche verbindenden Seitenflächen. Für die Erfindung ist es wesentlich, dass der Leuchtkörper für den Lichtstrahl transluzent ist, sodass der Lichtstrahl in dem
Leuchtkörper gestreut wird, um aus dem gebündelten Lichtstrahl an der Vorderfläche und gegebenenfalls auch an der Rückfläche eine Leuchtfläche mit homogener Leuchtdichte zu erzeugen. Insbesondere ist der Leuchtkörper nicht transparent, wodurch der Lichtstrahl, den Leuchtkörper durchqueren könnte, ohne gestreut zu werden.
[11] Der Leuchtkörper ist scheibenförmig. Das heißt, eine Länge und eine Breite der
Vorderfläche sind jeweils wesentlich größer als eine Tiefe des Leuchtkörpers senkrecht zu der Leuchtfläche. Die Länge und die Breite der Leuchtfläche können beispielsweise jeweils zumindest doppelt so groß, insbesondere zumindest fünfmal so groß, vorzugsweise zumindest zehnmal so groß, sein wie die Tiefe des
Leuchtkörpers. Durch die Scheibenform des Leuchtkörpers ist die erfindungsgemäße Leuchte eine Flächenleuchte.
[12] Der Leuchtkörper kann beispielsweise die Form einer Zylinderscheibe, insbesondere einer Kreiszylinderscheibe, haben, deren Grundfläche und Deckfläche die
Vorderfläche und die Rückfläche bilden, und deren Mantelfläche die Seitenfläche bildet.
[13] Der Leuchtkörper kann beispielsweise die Form einer quaderförmigen Scheibe
haben, deren Grundfläche und Deckfläche die Vorderfläche und die Rückfläche bilden, und deren dazwischenliegenden Seitenflächen die vier Seitenflächen bilden.
[14] Die zumindest eine Lichtquelle ist zur Einkopplung des zumindest einen Lichtstrahls durch zumindest einen als Eintrittsfläche ausgebildeten Teilabschnitt zumindest einer der Seitenflächen in den Leuchtkörper angeordnet. Vorzugsweise ist ein
Durchmesser der zumindest einen Eintrittsfläche zumindest so groß wie ein
Durchmesser des zumindest einen Lichtstrahls, sodass der Lichtstrahl ungehindert durch die Eintrittsfläche in den Leuchtkörper eintraten kann. Beispielsweise beträgt der Durchmesser der Eintrittsfläche 100 % bis 200 %, insbesondere 100 % bis 150 %, besonders bevorzugt 100 % bis 120 %, des Durchmessers des Lichtstrahls. [15] Vorzugsweise ist ein Flächeninhalt der zumindest einen Eintrittsfläche wesentlich kleiner als ein Flächeninhalt der zugehörigen Seitenfläche. Beispielsweise beträgt der Flächeninhalt der Eintrittsfläche höchstens ein Zehntel, insbesondere höchstens ein Hundertstel, des Flächeninhalts der zugehörigen Seitenfläche. Dadurch muss die zumindest eine Lichtquelle nur zur Ausleuchtung einer kleinen Eintrittsfläche ausgelegt sein, sodass es insbesondere nicht notwendig ist, den zumindest einen Lichtstrahl aufzuweiten oder eine Vielzahl von Lichtquellen vorzusehen. Durch die Eintrittsfläche aus dem Leuchtkörper austretendes Licht mindert die Leuchtdichte der Vorderfläche. Daher führt eine kleine Eintrittsfläche zu einer hohen Energieeffizienz der Flächenleuchte.
[16] Der Leuchtkörper besteht vorzugsweise aus einem Mischmaterial mit einer Vielzahl von Streuzentren zur Streuung des zumindest einen Lichtstrahls in einem für den zumindest einen Lichtstrahl transparenten Grundmaterial. Die Anzahl und Anordnung der Streuzentren in dem Grundmaterial sind vorzugsweise so gewählt, dass durch das gestreute Licht eine homogene Leuchtdichte der Vorderfläche und
gegebenenfalls auch der Rückfläche bewirkt wird. Die Streuzentren sind
vorzugsweise homogen in dem Leuchtkörper verteilt.
[17] Die Streuung an den Streuzentren ist vorzugsweise elastisch, das heißt ohne eine Wellenlängenänderung des Lichtstrahls wie sie beispielsweise bei fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Streuzentren auftreten würde. Durch eine elastische Streuung werden Energieverluste der Flächenleuchte minimiert.
[18] Zumindest eine der Seitenflächen, vorzugsweise jede der Seitenflächen, umfasst vorzugsweise zumindest eine Reflektionsschicht zur Reflektion des Lichtstrahls und/oder eines an zumindest einem der Streuzentren gestreuten Lichtstrahls in den Leuchtkörper. Durch die, insbesondere mehrfache, Reflektion in den Leuchtkörper kann der Lichtstrahl an einer großen Anzahl von Streuzentren gestreut werden, sodass sich eine homogene Leuchtdichte der Vorderfläche und gegebenenfalls auch der Rückfläche ergibt. Vorzugsweise ist die gesamte Seitenfläche oder sind die gesamten Seitenflächen bis auf die zumindest eine Eintrittsfläche von der zumindest einen Reflektionsschicht bedeckt, um Verluste durch Transmission und/oder
Absorption an den Seitenflächen zu minimieren.
[19] Die zumindest eine Eintrittsfläche umfasst oder ist vorzugsweise eine Aussparung in der zumindest einen Reflektionsschicht. Dadurch kann der zumindest eine Lichtstrahl ungehindert durch die Eintrittsfläche in den Leuchtkörper eintreten. [20] Die Rückfläche kann zum Austritt von Licht aus dem Leuchtkörper, insbesondere transparent, ausgestaltet sein, sodass sich eine Flächenleuchte ergibt, die beidseitig, nämlich an der Vorderfläche und an der Rückfläche des Leuchtkörpers,
Leuchtflächen zur Abgabe von Licht aufweist. Eine solcher Leuchtkörper eignet sich beispielsweise als transluzentes Fenster, das bei Tag Licht von außen in einen Raum hereinlassen und bei Nacht von der Lichtquelle erzeugtes Licht in den Raum abgeben kann.
[21] Die Rückfläche umfasst vorzugsweise, insbesondere wenn sie nicht als Leuchtfläche ausgelegt ist, zumindest eine Reflektionsschicht zur Reflektion des Lichtstrahls und/oder eines an zumindest einem der Streuzentren gestreuten Lichtstrahls in den Leuchtkörper. Durch die Reflektion in den Leuchtkörper werden Verluste durch Transmission und/oder Absorption an der Rückfläche minimiert. Vorzugsweise ist die gesamte Rückfläche von der zumindest einen Reflektionsschicht bedeckt, um eine besonders hohe Effizienz zu erzielen.
[22] In einer besonders einfachen Ausgestaltung besteht die Flächenleuchte
ausschließlich aus der zumindest einen Lichtquelle und dem zumindest einen Leuchtkörper.
[23] Um eine effiziente Reflektion zu erreichen, hat die zumindest eine Reflektionsschicht eine möglichst hohe Reflektivität innerhalb eines Wellenlängenbereichs des
Lichtstrahls. Die Reflektionsschicht hat beispielsweise eine Reflektivität von zumindest 80 %, vorzugsweise zumindest 90 %, besonders bevorzugt zumindest 95 %.
[24] Die Reflektivität der Reflektionsschicht variiert innerhalb des Wellenlängenbereichs des Lichtstrahls, insbesondere im gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich, abhängig von der Wellenlänge vorzugsweise um höchstens 10 %, insbesondere um höchstens 5 %, besonders bevorzugt um höchstens 2 %. Durch eine geringe Variation der Reflektivität ist für unterschiedliche Wellenlängen eine gleichermäßen effiziente Reflektion möglich. Insbesondere kann eine Beleuchtungsfarbe der Flächenleuchte ohne eine Änderung der Reflektionsschicht oder einen
Effizienzverlust geändert werden.
[25] In Ausgestaltungen der Erfindung ist auch stärkere Abhängigkeit der Reflektivität von der Wellenlänge möglich, beispielsweise um aus einem Wellenlängenbereich des eingekoppelten Lichtstrahls gezielt einen Teilbereich auszuwählen, der einer gewünschten Beleuchtungsfarbe der Flächenleuchte entspricht. [26] Der Streukoeffizient der Streuzentren variiert innerhalb des Wellenlängenbereichs des eingekoppelten Lichtstrahls, insbesondere im gesamten sichtbaren
Wellenlängenbereich, abhängig von der Wellenlänge vorzugsweise um höchstens 10 %, insbesondere um höchstens 5 %, besonders bevorzugt um höchstens 2 %. Durch eine geringe Variation des Streukoeffizienten ist für unterschiedliche
Wellenlängen eine gleichermäßen effiziente Streuung möglich. Insbesondere kann eine Beleuchtungsfarbe der Flächenleuchte ohne eine Änderung der Streuzentren oder einen Effizienzverlust geändert werden.
[27] In Ausgestaltungen der Erfindung ist auch stärkere Abhängigkeit des
Streukoeffizienten von der Wellenlänge möglich, beispielsweise um aus einem Wellenlängenbereich des eingekoppelten Lichtstrahls gezielt einen Teilbereich auszuwählen, der einer gewünschten Beleuchtungsfarbe der Flächenleuchte entspricht.
[28] Die Streuzentren sind vorzugsweise als in dem Grundmaterial eingebettete
Einschlüsse aus einem Streuzentrenmaterial ausgestaltet. Um eine Streuung des Lichtstrahls zu bewirken, unterscheiden sich das Grundmaterial und das
Streuzentrenmaterial zumindest in einem Brechungsindex innerhalb des
Wellenlängenbereichs des Lichtstrahls voneinander. In einer Ausgestaltung ist das Grundmaterial bei einer vorgesehenen Einsatztemperatur der Flächenleuchte ein Feststoff und das Streuzentrenmaterial ein Gas, beispielsweise Stickstoff. Für eine einfache Herstellbarkeit und hohe mechanische Stabilität des Leuchtkörpers sind bei der Einsatztemperatur vorzugsweise das Grundmaterial und das
Streuzentrenmaterial fest.
[29] Die Einschlüsse sind vorzugsweise vollständig von dem Grundmaterial umgeben, sodass eine Oberfläche des Leuchtkörpers frei von Einschlüssen ist. Dadurch bleibt die Oberfläche glatt sowie chemisch und optisch homogen, sodass eine
Reflektionsschicht einfach und sicher an der Rückfläche und/oder den Seitenflächen angebracht werden kann, und die Vorderfläche keine sichtbaren Inhomogenitäten, beispielsweise Verfärbungen, enthält, die das Aussehen der Flächenleuchte negativ beeinflussen könnten.
[30] Die Einschlüsse können beispielsweise kugelförmig sein, um eine isotrope Streuung und somit eine homogene Leuchtdichte der Vorderfläche zu bewirken.
[31] Für eine homogene Leuchtdichte der Vorderfläche hat sich ein Durchmesser der Einschlüsse von 100 pm bis 1000 pm, vorzugsweise von 200 pm bis 500 pm, insbesondere von 250 pm bis 350 pm, als besonders vorteilhaft herausgestellt, insbesondere wenn das Streuzentrenmaterial ein gefärbtes Polymethylmethacrylat ist.
[32] Das Grundmaterial, das Streuzentrenmaterial oder beide umfassen vorzugsweise jeweils zumindest einen Kunststoff, bevorzugt zumindest einen Thermoplasten, beispielsweise ein Polymethylmethacrylat, oder bestehen daraus. Aus Kunststoff, insbesondere aus Thermoplasten, kann mit geringen Materialkosten und einfachen Verfahren ein leichter und langlebiger Leuchtkörper hergestellt werden.
Vorzugsweise umfassen das Grundmaterial und das Streuzentrenmaterial
zueinander ähnliche Kunststoffe, beispielsweise aus Polymeren mit den gleichen Wiederholeinheiten, oder bestehen daraus. Dadurch werden Herstellung und
Recycling des Leuchtkörpers aus dem Grundmaterial und dem Streuzentrenmaterial vereinfacht.
[33] Das Streuzentrenmaterial umfasst vorzugsweise zumindest einen Farbstoff und/oder zumindest ein Pigment. Durch einen Farbstoff oder ein Pigment kann die Streuung des Lichtstrahls an den Streuzentren verstärkt werden. Besonders bevorzugt umfasst das Streuzentrenmaterial einen weißen Farbstoff oder ein weißes Pigment, insbesondere Titandioxid, um eine im sichtbaren Wellenlängenbereich
wellenlängenunabhängige Streuung zu bewirken. Es kann jedoch auch ein farbiger Farbstoff oder ein farbiges Pigment verwendet werden, um aus dem
Wellenlängenbereich des eingekoppelten Lichtstrahls einen bestimmten
Wellenlängenbereich zur Erzeugung einer bestimmten Beleuchtungsfarbe der Flächenleuchte auszuwählen.
[34] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Streuzentrenmaterial bis auf den Farbstoff oder das Pigment identisch zu dem Grundmaterial. Beispielsweise kann das Grundmaterial ein ungefärbtes Polymethylmethacrylat und das
Streuzentrenmaterial ein, insbesondere weiß, gefärbtes Polymethylmethacrylat sein.
[35] Vorzugsweise ist eine Glasübergangstemperatur des Streuzentrenmaterials höher als eine Glasübergangstemperatur des Grundmaterials und/oder eine
Schmelztemperatur des Streuzentrenmaterials höher als eine Schmelztemperatur des Grundmaterials. Dadurch ist es möglich, das Grundmaterial auf eine
Mischtemperatur zu temperieren, die oberhalb der Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Grundmaterials und unterhalb der
Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Streuzentrenmaterials liegt. Bei der Mischtemperatur können feste Partikel des Streuzentrenmaterials in das flüssige oder zähflüssige Grundmaterial eingemischt werden, ohne zu schmelzen, um in dem Grundmaterial, insbesondere homogen, verteilte Streuzentren zu bilden.
[36] Das Grundmaterial und das Streuzentren material haben vorzugsweise eine um
höchstens 10 %, insbesondere um höchstens 5 %, besonders bevorzugt um höchstens 2 %, voneinander abweichende Dichte. Durch eine zueinander ähnliche Dichte des Grundmaterials und des Streuzentrenmaterials wird verhindert, dass Streuzentren in dem Grundmaterial sedimentieren, wenn sich das Grundmaterial während einer Herstellung des Leuchtkörpers in einem flüssigen oder zähflüssigen Zustand befindet.
[37] In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Grundmaterial ein
Polymethylmethacrylat oder besteht daraus, und das Streuzentrenmaterial umfasst ein Polymethylmethacrylat mit einer gegenüber dem Polymethylmethacrylat des Grundmaterials höheren Glasübergangstemperatur oder besteht daraus. Die
Glasübergangstemperatur von Polymethylmethacrylat ist beispielsweise durch Druck, Temperaturverlauf und/oder Dauer des Polymerisationsprozesses einstellbar.
Polymethylmethacrylat zeichnet sich durch eine hohe Transparenz für sichtbares Licht aus, ist gut einfärbbar, witterungsbeständig, alterungsbeständig und beständig gegen viele Chemikalien, sodass es sich besonders gut zur Herstellung des
Leuchtkörpers eignet. Um eine Streuung des eingekoppelten Lichts an den
Streuzentren aus Polymethylmethacrylat zu bewirken, enthält das Streumaterial vorzugsweise ein Pigment, insbesondere Titandioxid.
[38] Ein Massenanteil des Streumaterials an dem Leuchtkörper von 0,1 % bis 10 %,
insbesondere von 0,2 % bis 5 %, vorzugsweise 0,5 % bis 1 ,5 %, hat sich,
insbesondere wenn das Grundmaterial ein Polymethylmethacrylat und das
Streuzentrenmaterial ein gefärbtes Polymethylmethacrylat ist, als besonders vorteilhaft zur Erzeugung einer homogenen Leuchtdichte der Vorderfläche erwiesen.
[39] Die zumindest eine Lichtquelle umfasst vorzugsweise zumindest einen Laser,
bevorzugt zumindest einen Diodenlaser und/oder eine Mehrzahl von Lasern mit voneinander verschiedenen Emissionswellenlängen. Mit einem Laser, insbesondere einem Diodenlaser, kann bei kompakter Bauform ein intensiver gebündelter
Lichtstrahl erzeugt werden, um auch an einer großen Vorderfläche eine homogene Leuchtdichte zu erzeugen. Ein Laser erlaubt also eine im Verhältnis zu Länge und Breite der Vorderfläche besonders flache Flächenleuchte, die auch bei beengtem Bauraum eingesetzt werden kann. [40] Die Mehrzahl von Lasern kann beispielsweise in einem RGB-Laser mit jeweils einem Laser zur Erzeugung der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zusammengefasst sein. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Mehrzahl von Lasern können vorteilhafterweise beliebige Beleuchtungsfarben der Flächenleuchte erreicht werden.
[41] Die Flächenleuchte kann zumindest einen Lichtwellenleiter zur Übertragung des zumindest einen Lichtstrahls von der zumindest eine Lichtquelle zu der zumindest einen Eintrittsfläche des Leuchtkörpers umfassen. Mithilfe des Lichtwellenleiters kann die Lichtquelle unabhängig von dem Leuchtkörper angeordnet werden. Dadurch kann eine Form der Flächenleuchte flexibel an einen zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst werden.
[42] Die zumindest eine Reflexionsschicht kann beispielsweise zumindest einen auf der Rückfläche und/oder auf zumindest einer der Seitenflächen, insbesondere auf jeder der Seitenflächen, des Leuchtkörpers angebrachten, beispielsweise aufgeklebten, Spiegel, umfassend beispielsweise eine mit Aluminium oder Silber und vorzugsweise einem Schutzlack beschichtete Glasscheibe, umfassen.
[43] Die zumindest eine Reflektionsschicht umfasst vorzugsweise zumindest eine
Reflektionsbeschichtung auf der Rückfläche und/oder auf zumindest einer der Seitenflächen, insbesondere auf jeder der Seitenflächen, des Leuchtkörpers. Eine Reflektionsbeschichtung direkt auf dem Leuchtkörper hat den Vorteil, dass mögliche Verluste in einer Glasscheibe eines Spiegels oder an deren Grenzflächen
ausgeschlossen werden. Außerdem wird zur Herstellung der Reflektionsschichten weniger Material benötigt, wenn diese ohne separates Trägermaterial direkt auf dem Leuchtkörper aufgebracht werden. Dadurch wird die Flächenleuchte besonders kostengünstig und leicht.
[44] Die Reflektionsbeschichtung kann beispielsweise eine Schicht mit oder aus
Aluminium und/oder Silber umfassen, da dies Materialien für sichtbare Wellenlängen eine hohe und über den sichtbaren Wellenlängenbereich nahezu konstante
Reflektivität aufweisen.
[45] Die Reflektionsbeschichtung kann beispielsweise eine Schicht mit oder aus Silber und/oder Kupfer umfassen, da diese Materialien für infrarote Wellenlängen eine hohe und über den infraroten Wellenlängenbereich nahezu konstante Reflektivität aufweisen.
[46] Die Reflektionsbeschichtung kann eine Haftschicht zur Verbesserung der Haftung an dem Leuchtkörper, beispielsweise mit oder aus Zinn, umfassen. [47] Die Reflektionsbeschichtung kann eine Schutzschicht zum Schutz der Reflektionsbeschichtung vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor Oxidation, beispielsweise mit oder aus einem Schutzlack umfassen.
[48] Die zumindest eine Eintrittsfläche kann eine teildurchlässige Reflektionsschicht
umfassen. Die teildurchlässige Reflektionsschicht kann verhindern, dass Licht durch die Eintrittsfläche aus dem Leuchtkörper Austritt, und dadurch die Effizienz der Flächenleuchte erhöhen.
[49] Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zur Herstellung einer, vorzugsweise
erfindungsgemäßen, Flächenleuchte ausgelegt.
[50] Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Grundmaterials für den Leuchtkörper der Flächenleuchte. Das Grundmaterial kann wie oben beschrieben ausgestaltet sein, woraus sich die dort genannten Vorteile ergeben.
[51] Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Anzahl von Partikeln aus einem
Streuzentrenmaterial zur Erzeugung der Streuzentren des Leuchtkörpers. Das Streuzentrenmaterial kann wie oben beschrieben ausgestaltet sein, woraus sich die dort genannten Vorteile ergeben.
[52] Das Verfahren umfasst ein Temperieren des Grundmaterials auf eine
Mischtemperatur oberhalb einer Glasübergangstemperatur und/oder
Schmelztemperatur des Grundmaterials und unterhalb einer
Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Streuzentrenmaterials. Durch das Temperieren wird das Grundmaterial in einen flüssigen oder zähflüssigen Zustand gebracht, um die Partikel darin einmischen zu können.
[53] Das Verfahren umfasst ein Einmischen der Partikel in das Grundmaterial bei der Mischtemperatur. Da die Mischtemperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Streuzentrenmaterials liegt, bleiben die Partikel beim Einmischen erhalten. Das Einmischen kann beispielsweise ein Rühren und/oder Rütteln des Grundmaterials umfassen, um die Partikel möglichst homogen darin zu verteilen.
[54] Das Grundmaterial wird vorzugsweise unmittelbar vor, nach oder während des
Einmischens in die gewünschte Form des Leuchtkörpers gebracht, beispielsweise gegossen. Dadurch muss das Grundmaterial nicht mehrmals erhitzt werden, um es in einen flüssigen oder zähflüssigen Zustand zu bringen, wodurch das Verfahren besonders zeit-, energie- und kosteneffizient ist. [55] Das Verfahren umfasst nach dem Einmischen ein Abkühlen des Grundmaterials unter die Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des
Grundmaterials zur Bildung des scheibenförmigen Leuchtkörpers. Durch das Abkühlen erstarrt das Grundmaterial, sodass die Anordnung der von den Partikeln gebildeten Streuzentren in dem Grundmaterial und die Form des Leuchtkörpers aus dem Grundmaterial mit den Streuzentren fixiert werden.
[56] Das Verfahren umfasst, vorzugsweise nach dem Abkühlen, ein Aufbringen der zumindest einen Reflektionsschicht auf zumindest eine der Seitenflächen, insbesondere auf jeder der Seitenflächen, und bevorzugt auch auf die Rückfläche des Leuchtkörpers. Die Reflektionsschichten können wie oben beschrieben ausgestaltet sein, woraus sich die dort genannten Vorteile ergeben.
[57] Insbesondere kann die zumindest eine Reflektionsschicht zumindest eine
Aussparung umfassen, die zumindest eine Eintrittsfläche für den zumindest einen Lichtstrahl der zumindest einen Lichtquelle der Flächenleuchte in den Leuchtkörper bildet. Die zumindest eine Eintrittsfläche kann wie oben beschrieben ausgestaltet sein, woraus sich die dort genannten Vorteile ergeben.
[58] Das Aufbringen umfasst vorzugsweise ein Beschichten der Rückfläche und/oder zumindest einer der Seitenflächen, insbesondere jeder der Seitenflächen, des Leuchtkörpers mit einer Reflektionsbeschichtung. Das Beschichten kann beispielsweise einen Besprühen umfassen, was ein besonders einfaches und schnelles Aufbringen der Reflektionsschichten erlaubt. Das Beschichten kann eine Bedampfung und/oder eine physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung umfassen, wodurch eine besonders dünne und homogene Reflektionsbeschichtung und somit eine homogene Reflektivität und ein geringerer Materialbedarf erzielbar sind.
[59] Das Verfahren umfasst vorzugsweise ein Anordnen der zumindest einen Lichtquelle der Flächenleuchte an dem Leuchtkörper zur Einkopplung des zumindest einen Lichtstrahls der Lichtquelle durch die zumindest eine Eintrittsfläche des
Leuchtkörpers in den Leuchtkörper. Durch das Anordnen bilden die Lichtquelle und der Leuchtkörper die Flächenleuchte.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[60] Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden anhand
nachfolgender Beschreibung und anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft erfindungsgemäße Gegenstände dargestellt sind. Merkmale, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese
Merkmale nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
[61] Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Flächenleuchte.
[62] Figur 2 zeigt eine schematische Auffaltung der Oberfläche des Leuchtkörpers einer erfindungsgemäßen Flächenleuchte.
[63] Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Flächenleuchte.
Fig.1
[64] Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Flächenleuchte 100 mit einer Lichtquelle 110 zur Erzeugung eines gebündelten Lichtstrahls S. Die Lichtquelle 110 kann beispielsweise einen Laser insbesondere einen Helium-Neon- Laser, beispielsweise mit einer Leistung von 100 mW, umfassen. Der Lichtstrahl S hat beispielsweise ein Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge von 635 nm, um eine rote Beleuchtung zu erzeugen.
[65] Die Flächenleuchte 100 umfasst einen für den Lichtstrahl S transluzenten,
scheibenförmigen Leuchtkörper 120 mit einer Vorderfläche 121 zum Austritt von Licht aus dem Leuchtkörper 120, einer der Vorderfläche 121 gegenüberliegenden
Rückfläche (in der Darstellung ohne Bezugszeichen, da auf der Rückseite) und einer Anzahl von die Vorderfläche 121 mit der Rückfläche verbindenden Seitenflächen 123. Der Leuchtkörper 120 ist zum Beispiel quaderförmig und hat somit vier Seitenflächen 123 (in der Darstellung nur zwei davon mit Bezugszeichen).
[66] Der Leuchtkörper 120 hat beispielsweise parallel zur Vorderfläche 121 eine Breite von 100 mm und eine Höhe von 50 mm. Der Leuchtkörper 120 hat beispielsweise senkrecht zur Vorderfläche 121 eine Tiefe von 4 mm.
[67] Die Lichtquelle 110 ist zur Einkopplung des Lichtstrahls S durch einen als
Eintrittsfläche 131 ausgebildeten Teilabschnitt einer der Seitenflächen 123 in den Leuchtkörper 120 angeordnet.
[68] Die Seitenflächen 123 und vorzugsweise auch die Rückfläche umfassen jeweils eine Reflektionsschicht 132, beispielsweise eine Aluminium-Beschichtung, zur Reflektion des Lichtstrahls S (im Inneren des Leuchtkörpers 120 gestrichelt dargestellt) in den Leuchtkörper 120. Exemplarisch ist eine Reflektion des Lichtstrahls S an einer Reflektionsschicht 132 gezeigt. Fig.2
[69] Figur 2 zeigt eine schematische Auffaltung der Oberfläche des Leuchtkörpers einer erfindungsgemäßen Flächenleuchte 100, beispielsweise der in Figur 1 dargestellten Flächenleuchte 100.
[70] In dieser Darstellung sind alle Seitenflächen 123 und vorzugsweise auch die
Rückfläche 122 des Leuchtkörpers 120 mit den zugehörigen Reflektionsschichten 132 und der Eintrittsfläche 131 sowie die Vorderfläche 121 des Leuchtkörpers 120 gezeigt.
Fig.3
[71] Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Flächenleuchte 100, beispielsweise der Flächenleuchte 100 aus Figur 1. Die
Schnittebene der Schnittdarstellung liegt senkrecht zur Vorderfläche 121 und parallel zu zwei Seitenflächen 123 des Leuchtkörpers 120 der Flächenleuchte 100.
[72] Der Leuchtkörper 120 besteht aus einem Mischmaterial mit einer Vielzahl von
Streuzentren 141 (exemplarisch nur ein Streuzentrum gezeigt) zur Streuung des Lichtstrahls S in einem für den zumindest einen Lichtstrahl S transparenten
Grundmaterial 142.
[73] Dadurch, dass der Lichtstrahl S an den Streuzentren 141 gestreut und an den
Reflektionsschichten 132 reflektiert wird, tritt eine Vielzahl von gestreuten und/oder reflektierten Lichtstrahlen S‘ durch die Vorderfläche 121 aus dem Leuchtkörper 120 aus, sodass die Vorderfläche 121 eine Leuchtfläche mit homogener Leuchtdichte bildet.
[74] Die Streuzentren 141 sind beispielsweise als in dem Grundmaterial 142 eingebettete Einschlüsse aus einem Streuzentrenmaterial mit einem von dem Grundmaterial 142 verschiedenen Brechungsindex innerhalb eines Wellenlängenbereichs des
Lichtstrahls S ausgestaltet.
[75] Die Einschlüsse haben beispielsweise einen Durchmesser von etwa 0,3 mm. Die Einschlüsse sind vorzugsweise homogen in dem Grundmaterial 142 verteilt.
[76] Das Grundmaterial 142 ist beispielsweise ein Polymethylmethacrylat, und das
Streuzentrenmaterial besteht beispielsweise aus einem Polymethylmethacrylat mit einer gegenüber dem Polymethylmethacrylat des Grundmaterials 142 höheren Glasübergangstemperatur und einem, insbesondere weißen, Pigment,
beispielsweise Titandioxid. [77] Der Massenanteil des Streuzentrenmaterials an dem Leuchtkörper beträgt beispielsweise 1 %.
Liste der Bezugszeichen
100 Flächenleuchte 131 Eintrittsfläche
110 Lichtquelle 132 Reflektionsschicht
120 Leuchtkörper 141 Streuzentrum
121 Vorderfläche 142 Grundmaterial
122 Rückfläche S Lichtstrahl
123 Seitenfläche S‘ gestreuter und/oder reflektierter Lichtstrahl

Claims

Ansprüche
[Anspruch 1] Flächenleuchte (100) mit
a) zumindest einer Lichtquelle (110) zur Erzeugung zumindest eines gebündelten Lichtstrahls (S) und
b) zumindest einem für den Lichtstrahl (S) transluzenten, scheibenförmigen Leuchtkörper (120) mit einer Vorderfläche (121) zum Austritt von Licht aus dem Leuchtkörper (120), einer der Vorderfläche (121) gegenüberliegenden Rückfläche (122) und einer Anzahl von die Vorderfläche (121) mit der Rückfläche (122) verbindenden Seitenflächen (123), c) wobei die zumindest eine Lichtquelle (110) zur Einkopplung des zumindest einen Lichtstrahls (S) durch zumindest einen als Eintrittsfläche (131) ausgebildeten Teilabschnitt zumindest einer der Seitenflächen (123) in den Leuchtkörper (120) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
d) der Leuchtkörper (120) aus einem Mischmaterial mit einer Vielzahl von Streuzentren (141) zur elastischen Streuung des zumindest einen Lichtstrahls (S) in einem für den zumindest einen Lichtstrahl (S) transparenten Grundmaterial (142) besteht, und
e) jede der Seitenflächen (123) zumindest eine Reflektionsschicht (132) zur Reflektion des Lichtstrahls (S) in den Leuchtkörper (120) umfasst, f) wobei die zumindest eine Eintrittsfläche (131) eine Aussparung in der zumindest einen Reflektionsschicht (132) umfasst.
[Anspruch 2] Flächenleuchte (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rückfläche (122) zumindest eine Reflektionsschicht (132) zur Reflektion des Lichtstrahls (S) und/oder eines an zumindest einem der Streuzentren (141) gestreuten Lichtstrahls (S‘) in den Leuchtkörper (120) umfasst.
[Anspruch 3] Flächenleuchte (100) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Streuzentren (141) als in dem Grundmaterial (142) eingebettete
Einschlüsse aus einem Streuzentrenmaterial mit einem von dem Grundmaterial (142) verschiedenen Brechungsindex innerhalb eines
Wellenlängenbereichs des Lichtstrahls (S) ausgestaltet sind.
[Anspruch 4] Flächenleuchte (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Grundmaterial (142) und das Streuzentrenmaterial zumindest einen Kunststoff, bevorzugt zumindest einen Thermoplasten, besonders bevorzugt ein Polymethylmethacrylat, umfasst.
[Anspruch 5] Flächenleuchte (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4
dadurch gekennzeichnet, dass
das Streuzentrenmaterial zumindest einen, bevorzugt weißen Farbstoff und/oder zumindest ein, bevorzugt weißes Pigment umfasst.
[Anspruch 6] Flächenleuchte (100) nach Anspruch 5
dadurch gekennzeichnet, dass
das Streuzentren material bis auf den Farbstoff oder das Pigment identisch zu dem Grundmaterial ist.
[Anspruch 7] Flächenleuchte (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6
dadurch gekennzeichnet, dass
a) eine Glasübergangstemperatur des Streuzentrenmaterials höher ist als eine Glasübergangstemperatur des Grundmaterials (142) und/oder b) eine Schmelztemperatur des Streuzentrenmaterials höher ist als eine Schmelztemperatur des Grundmaterials (142).
[Anspruch 8] Flächenleuchte (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Lichtquelle (1 10) zumindest einen Laser, bevorzugt zumindest einen Diodenlaser und/oder eine Mehrzahl von Lasern mit voneinander verschiedenen Emissionswellenlängen, umfasst.
[Anspruch 9] Flächenleuchte (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Reflektionsschicht (132) zumindest eine
Reflektionsbeschichtung auf der Rückfläche (122) und/oder auf den
Seitenflächen (123) des Leuchtkörpers (120) umfassen.
[Anspruch 10] Flächenleuchte (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Seitenflächen (123) bis auf die zumindest eine Eintrittsfläche (131) vollständig von der zumindest einen Reflektionsschicht (132) bedeckt sind.
[Anspruch 11] Verfahren zur Herstellung einer Flächenleuchte (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
gekennzeichnet durch folgende Schritte
a) Bereitstellen eines Grundmaterials (142) für den Leuchtkörper (120) der Flächenleuchte (100),
b) Bereitstellen einer Anzahl von Partikeln aus einem
Streuzentrenmaterial zur Erzeugung der Streuzentren (141) des Leuchtkörpers (120),
c) Temperieren des Grundmaterials (142) auf eine Mischtemperatur oberhalb einer Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Grundmaterials (142) und unterhalb einer Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Streuzentrenmaterials,
d) Einmischen der Partikel in das Grundmaterial (142) bei der
Mischtemperatur,
e) Abkühlen des Grundmaterials (142) nach dem Einmischen unter die Glasübergangstemperatur und/oder Schmelztemperatur des Grundmaterials (142) zur Bildung des scheibenförmigen Leuchtkörpers (120) und f) Aufbringen der zumindest einen Reflektionsschicht (132) auf die Seitenflächen (123) des Leuchtkörpers (120).
[Anspruch 12] Verfahren nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aufbringen der zumindest einen Reflektionsschicht (132) ein Beschichten der Rückfläche (122) und/oder der Seitenflächen (123) des Leuchtkörpers (120) mit zumindest einer Reflektionsbeschichtung umfasst.
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