Formkörper aus transparenten oder semitransparenten Kunststoffen, die mit fluoreszierenden Substanzen eingefärbt sind, sind bekannt (EP 0 025 136 und EP 0 032 670). Sie werden beispielsweise für Inneneinrichtungs-oder Dekorations- gegenstände verwendet. Auf solche bekannten Formkörper wird durch eine externe Quelle Licht flächig eingestrahlt. Das Fluoreszenzlicht wird an den äußeren Rändern der Formkörper sichtbar. Als Lichtquelle dient dabei das Umgebungslicht aus Lampen oder das Sonnenlicht. Diese bekannten Formkörper haben keine interne Strukturierung oder Oberflächenstrukturierung und dienen nicht der Wiedergabe von bildlichen Darstellungen, Farbmustern oder Informationen.

In neuerer Zeit werden fluoreszierende Substanzen in einem Überzug auf blauen Leuchtdioden verwendet, um im Wege der Lumineszenz-Konversion weißes Licht oder Licht einer beliebigen anderen Farbe zu erzeugen. Solche Leuchtdioden werden LUCOLED (Luminescent-Conversion-LED) genannt «, Die weiße LED ist da", Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik in elektronik industrie 6,1997, "NICHIA CHEMICAL Develops Efficient White LED Lamp", N. S. Shinbun in Supplement to TECHNICAL NEWSLETTER, 10, Ref. No. 21,1996). Auch hier gibt es keine Strukturierung des die fluoreszierenden Substanzen enthaltenden Überzugs.

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, die Fluoreszenzemission aus Form- körpern aus transparenten oder semitransparenten Kunststoffen, die fluoreszierende

Substanzen enthalten, in Kombination mit den Wellenleitereigenschaften der Form- körper, insbesondere für die bildliche Darstellung und die Wiedergabe von Farb- mustern oder Informationen, zu nutzen.

Gegenstand der Erfindung ist eine optische Anzeige enthaltend einen oder mehrere Formkörper und eine Lichtquelle. Unter Formkörper fallen beliebig gestaltete Körper wie beispielsweise Folien, Platten, Stränge, Fäden, Fasern, Rohre, Kugeln, Quader, Zylinder, Hohlkörper oder Ringe. Die Formkörper bestehen aus einem oder mehreren transparenten oder semitransparenten Kunststoffen. Jeder Kunststoff enthält eine oder mehrere fluoreszierende Substanzen. Eine oder mehrere Lichtquellen sind so angeordnet, daß ihr Licht an bestimmten Bereichen der Oberfläche des Formkörpers in diesen eingestrahlt und im Formkörper weitergeleitet wird. Der Formkörper enthält Mittel zur gezielten Lichtauskopplung, so daß an ganz bestimmten Bereichen der Oberfläche des Formkörpers das Licht gezielt aus dem Formkörper ausgekoppelt wird.

Das in den Formkörper eingekoppelte Licht, meist sichtbares Licht oder UV-Licht, wird durch Anregung der fluoreszierenden Substanzen im Formkörper absorbiert.

Das von den fluoreszierenden Substanzen emittierte Fluoreszenzlicht hat eine größere Wellenlänge als das ursprünglich eingekoppelte Licht. Der Formkörper wirkt auf das Fluoreszenzlicht wie ein Lichtwellenleiter. An den Wänden des Formkörpers findet eine Totalreflexion eines Großteils des Lichts statt.

Mittel zur Lichtstreuung können eine Strukturierung im Inneren des Formkörpers sein (interne Strukturierung), eine Strukturierung seiner Oberfläche oder eine licht- streuende Schicht auf bestimmten Bereichen der Oberfläche des Formkörpers.

Die interne Strukturierung des Formkörpers, die Strukturierung der Oberfläche oder die Beschichtung der Oberfläche mit einer lichtstreuenden Schicht, bewirkt eine Streuung des Fluoreszenzlichtes im Formkörper, so daß es nicht mehr im Winkel für Totalreflexion auf die inneren Wände des Formkörpers auftrifft. Das gestreute Licht

wird ausgekoppelt. Die Bereiche der Oberfläche des Formkörpers, an denen eine Abstrahlung des Fluoreszenzlichtes stattfindet, sind durch die Strukturierung vorge- geben, das heißt es handelt sich um eine gezielte Auskopplung. Durch eine ent- sprechende Strukturierung kann die Abstrahlung des Fluoreszenzlichtes z. B. in Form von Bildzeichen, Schriftzeichen oder Mustern erfolgen.

Der Formkörper besteht aus einem transparenten oder semitransparenten Kunststoff, wie thermoplastischer, elastomerer oder duromerer Kunstoff, in den fluoreszierende Substanzen eingearbeitet sind. Besonders geeignete transparente Kunststoffe sind Polycarbonate, Polyester, Polyacrylate, Polystyrole, Polyvinylpolymere, Copolymere aus Styrol und Acrylaten, Polyacrylnitril, Polysulfone, Polyethersulfone, cylische Polyolefine und-Copolymere und Celluloseacetate. Weitere Beispiele für geeignete Kunststoffe sind H. Domininghaus,"Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften", 4. Auflage 1992 VDI Verlag, Düsseldorf und"Encyclopedia of Polymer Science and Engineering", 2nd Edition, J. Wiley & Sons, New York oder J. Brandrup, E. H.

Immergut,"Polymer Handbook", 3rd Edition, J. Wiley & Sons, New York zu entnehmen.

Erfindungsgemäß geeignete fluoreszierende Substanzen sind alle niedermolekularen, oligomeren und polymeren Substanzen, die Photofluoreszenz aufweisen. Beispiele für niedermolekulare Substanzen sind organische Fluoreszenz-und Laserfarbstoffe wie Cumarine, Perylene, Phthalocyanine, Stilbene und Distilbene, Distyryle, Methine, Azomethine, Phenanthrene, Rubren, Chinacridone oder optische Aufheller auf Basis heterocyclischer Verbindungen. Weiterhin können photo-fluoreszierende Metall-und Übergangsmetallkomplexe wie Aluminiumoxinat, Europiumkomplexe, Borchelate oder Galliumchelate verwendet werden. Als polymere fluoreszierende Materialien sind beispielsweise Poly-para-phenylen-vinylen (PPV) und PPV-Deri- vate wie Methoxy-ethylhexyl-oxy PPV (MEH-PPV) geeignet. Auch Polymere mit fluoreszierenden Segmenten in der Haupt-oder Seitenkette können eingesetzt werden. Es können auch verschiedene fluoreszierende Substanzen mit unterschied- lichem Absorptions-und Emissionsspektrum in einem Formkörper enthalten sein.

Die interne Strukturierung kann in lichtstreuenden Partikeln wie Glaskugeln, Glas- fasern, Metalloxiden, SiO2 oder Mineralien bestehen, die in den Formkörper einge- arbeitet sind. Die Partikel wirken als Streuzentren für das auftreffende Fluoreszenz- licht und lenken es so ab, daß es in einem steilen Winkel auf die Oberfläche des Formkörpers trifft und keiner Totalreflexion unterliegt, sondern ausgekoppelt wird.

Denselben Effekt können Gaseinschlüsse im Formkörper haben, die innerhalb des Formkörpers Grenzflächen bilden, an denen das auftreffende Licht gestreut wird. Die Partikel können ihrerseits auch fluoreszierende Substanzen enthalten.

Eine Strukturierung der Oberfläche des Formkörpers kann in lichtstreuenden Partikeln bestehen, die in die Oberfläche des Formkörpers eingearbeitet sind. Die Partikel wirken als Streuzentren an der Oberfläche und koppeln das auftreffende Licht aus.

Die Oberfläche kann auch durch Rillen, Riefen, Kanäle und/oder Löcher strukturiert sein. Bei dieser Art der Oberflächenstrukturierung entstehen Streuzentren an der Oberfläche des Formkörpers. Die Kanten von in den Formkörper eingearbeiteten Kanälen können angefast sein.

Als lichtstreuende Schicht auf bestimmten Bereichen der Oberfläche des Form- körpers können Druckpasten-z. B. siebdruckfähige Formulierungen oder Ab- mischungen oder Farben-dienen, die nach bekannten Verfahren aufgebracht werden.

An den auf diese Weise beschichteten Stellen der Oberfläche wird das auftreffende Licht nicht entsprechend dem Einfallswinkel reflektiert, sondern in den Formkörper zurückgestreut. Es trifft dann unter Winkeln, die keine Totalreflexion erlauben, auf die gegenüberliegende Oberfläche des Formkörpers und wird dort ausgekoppelt.

An Bereichen der Oberfläche, an denen kein Licht ausgekoppelt wird, kann der Formkörper mit einem reflektierenden Material, zum Beispiel einer Metallschicht aus Aluminium, Gold oder Silber oder mit einer anderen Schicht mit einem

Brechnungsindex, der Totalreflexion erlaubt, beschichtet sein. Auch eine vollflächige nichttransparente Lackierung ist möglich. Diese reflektierenden Schichten verbessern die Wellenleitereigenschaft an den nicht strukturierten oder lichtstreuend beschich- teten Stellen und erhöhen die Stärke des internen Strahlungsfeldes im Formkörper.

Dies führt zu einer erhöhten Intensität des ausgekoppelten Lichts.

Zur Herstellung der Formkörper mit fluoreszierenden Substanzen werden zunächst die fluoreszierenden Substanzen in die transparenten oder semitransparenten Kunst- stoffe eingearbeitet. Die Einarbeitung erfolgt nach bekannten Verfahren wie Com- poundierung oder durch gemeinsames Lösen der fluoreszierenden Substanzen mit dem Polymermaterial und anschließendes Einengen.

Die Formkörper werden nach bekannten Verfahren wie beispielsweise Spritzgießen oder Extrusion aus den die fluoreszierenden Substanzen enthaltenden Kunststoffen hergestellt. Folien können auch aus Lösemitteln durch Gießen oder andere bekannte Beschichtungsverfahren hergestellt werden. Es können auch Laminate aus einem Träger und einer Folie, die die fluoreszierenden Materialien enthält, verwendet werden.

Es können auch Lösungen aus fluoreszierenden Substanzen und dem Kunststoff durch Maßnahmen wie Gießen, Drucken, Sprühen auf eine geeignete Unterlage auf- gebracht werden.

Für die interne Strukturierung durch die Einarbeitung von Partikeln, wie Glaskugeln oder Glasfasern, Metalloxiden, SiO2 oder Mineralien werden die üblichen Verfahren zur Additivierung von Kunststoffen, beispielsweise Compoundierung, angewandt.

Für die interne Strukturierung durch Gaseinschlüsse wird auf die üblichen Methoden, die beispielsweise bei der Schaumherstellung eingesetzt werden, zurückgegriffen.

Für die Strukturierung der Oberfläche des Formkörpers mit lichtstreuenden Partikeln werden in einem ersten Schritt die Partikel in einem Lösungsmittel für das Form-

körpermaterial aufgeschlemmt und durch mechanische Hilfsmittel oder Vorrich- tungen wie beispielsweise einem Stempel oder einer Druckmaschine auf die Oberfläche des Formkörpers aufgebracht. Dabei quellen die Bereiche, an denen die Partikeln und das Lösungsmittel die Oberfläche berührt, an. Anschließend läßt man das Lösemittel verdampfen. Dazu kann der Formkörper getempert werden bis das Lösemittel vollständig verdampft ist.

Die Strukturierung der Oberfläche der Formkörper kann auch durch Schleifen, Kratzen, Schälen, Sägen, Bohren, Körnen, Stanzen, Laserablation, Nadeldrucken oder sonstige mechanische Verfahren, die zu einer lokalen Deformation oder Ver- änderung der Oberfläche führen, erfolgen. Sie kann auch chemisch durch Anätzen mit einem Lösemittel strukturiert werden.

Die optische Anzeige kann mehrere Formkörper enthalten. Die Verbindung der einzelnen Formkörper kann beispielsweise durch Verklebungen oder mechanischen Vorrichtungen wie Einrahmungen, Rahmungen oder Verschraubungen erfolgen.

Als Lichtquelle sind allgemein lichtemittierende Strahlungsquellen geeignet, die zu einer optischen Anregung des fluoreszierenden Materials im Formkörper geeignet sind und damit die sichtbare Fluoreszenzemission auslösen. Besonders geeignet sind Strahlungsquellen, die-im Unterschied zum Sonnenlicht-eine definierte Emissions- wellenlänge aufweisen wie Laser bzw. Laserdioden, Licht-Emittierende-Dioden (LED), UV-Lampen oder elektrolumineszierende Strahlungsquellen. Bevorzugt sind anorganische LEDs, UV-Lampen und elektrolumineszierende Strahlungsquellen.

Wird als Strahlungsquelle ein elektrolumineszierendes Bauteil verwendet, kann es sich um organische oder anorganische Emitter handeln.

Zur Einkopplung des Lichts in den Formkörper kann die Lichtquelle in direktem Kontakt mit dem Formkörper stehen. Um einen direkten Kontakt herzustellen, kann die Lichtquelle an den Formkörper aufgeklebt, an-oder eingeschmolzen, aufgepresst oder in Bohrungen eingeführt werden. Die Lichtquelle kann auch in einem nicht-

direkten Kontakt zum Formkörper stehen, sondern diesen nur lokal begrenzt an- strahlen.

Es können auch gleichzeitig verschiedene Lichtquellen, beispielsweise LEDs mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen, zur photochemischen Anregung der fluoreszierenden Substanzen eingesetzt werden. Werden zusätzlich unterschiedliche fluoreszierende Substanzen eingesetzt, ist es möglich, durch geeignete Wahl der einstrahlenden Lichtquelle die verschiedenen fluoreszierenden Substanzen selektiv oder gemeinsam anzuregen und auf diese Weise sichtbares Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu erzeugen und auszukoppeln.

Die optische Anzeige dient zur Wiedergabe von bildlichen Darstellungen, Farbmustern oder Informationen. Die Strukturierung dafür wird so vorgenommen, daß die das Fluoreszenzlicht abstrahlenden Flächen oder Bereiche Muster, Wörter, Ziffern, Symbole oder sonstige Zeichen bilden. Durch die Verwendung fluoreszie- render Substanzen mit unterschiedlichem Emissionsspektrum, aber überlappendem Absorptionsspektrum und Lokalisation der verschiedenen fluoreszierenden Sub- stanzen an verschiedenen Stellen des Formkörpers können mit einer schmalbandigen Lichtquelle z. B. einer einzigen LED gleichzeitig Informationen in verschiedenen Farben dargestellt werden.

Bei Verwendung von mehreren in ihren Wellenlängen unterschiedlichen Anregungs- lichtquellen in der optischen Anzeige und in ihren Emissionsspektren verschiedenen fluoreszierenden Substanzen, können verschiedenfarbige, unterschiedliche bildliche Darstellungen oder Informationen nacheinander oder gleichzeitig dargestellt werden.

Einsatzmöglichkeiten für die erfindungsgemäße optische Anzeige sind Anzeige- elemente oder Anzeigeeinheiten von Bedienungspanelen, Armaturenbrettern oder Instrumententafeln von Kraftfahrzeugen oder anderen Verkehrsmitteln, die zur Visualisierung und Informationsdarstellung genutzt werden, Schalterhinterleuch- tungen oder Beleuchtung in Fahrzeugen oder an Fahrrädern.

Weitere Verwendungsmöglichkeiten sind Hinter-oder Beleuchtungseinheiten oder Lampen (Designerleuchten), Einrichtungsgegenstände, Möbelstücke, Bilderrahmen, Regale, Werbeartikel, Leuchtstäbe oder Leuchtkugeln, Haushaltswaren, Kinderspiel- zeug, Schreibtischutensilien, Nippes,"Krims-Krams"oder weitere Gegenstände des täglichen Gebrauchs.

Weitere Einsatzmöglichkeiten sind Verkehrsschilder (z. B. STOP-Schild), Straßen- schilder, Hinweistafeln (wie Notausgangsschilder), Reklameaufbauten, Stellwände (z. B. im Messebau), Werbeanzeigen, Schautafeln und Warnschilder.

Werden als Formkörper Stränge oder Fasern eingesetzt, so können diese auch als Lichtleitsysteme (POF : polymeric optical fibers) verwendet werden.

Die Figuren zeigen : Fig. 1 Wellenleitung in einem durch Nadeldrucken strukturierten Formkörper.

Fig. 2 Wellenleitung in einem durch Partikel strukturierten Formkörper.

Fig. 3 Optische Anzeige mit mehreren Formkörpern.

Fig. 4 Zwei Ausführungsformen für optische Anzeigen.

Fig. 5 Optische Anzeige mit mehreren Formkörpem mit Abstrahlung von Fluoreszenzlicht in verschiedenen Farben.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Wellenleitung in einem Formkörper 1, der strukturiert und an einer Kante 3 verspiegelt ist und fluoreszierende Substanzen 4 enthält. Mit einer Strahlungsquelle 6 wird blaues Licht der Wellenlänge f, auf eine schmale Seite des quaderformigen Formkörpers 1, der in Seitenansicht dargestellt ist, eingestrahlt.

Dieses Licht regt die fluoreszierenden Substanzen 4 an, die ihrerseits Fluoreszenz- licht der Wellenlänge f2 emittieren. In Fig. 1 wird das Fluoreszenzlicht an mechanisch strukturierten Bereichen der Oberfläche 2 gestreut, so daß es nicht mehr im Formkörper 1 weiter reflektiert wird, sondern von der Oberfläche des Form-

körpers abgestrahlt wird. In Fig. 2 wird das Fluoreszenzlicht an Partikeln 2, die in die Oberfläche des Formkörpers eingearbeitet sind und an Partikeln 5, die sich im Inneren des Formkörpers befinden, gestreut, so daß es nicht mehr im Formkörper 1 weiter reflektiert wird, sondern von der Oberfläche des Formkörpers abgestrahlt wird.

Beispiel 1 : Durch Spritzguß wurden Plättchen der Größe 20 x 30 x 3 mm3 aus den in Tabelle 1 aufgeführten Kunststoffen, die die in Tabelle 1 angegebenen fluoreszierenden Sub- stanzen enthielten, hergestellt.

Tabelle 1 Kunststoff Fluoreszierende Substanzen Polystyrol 0,01 und 0,05 % Fbl Polystyrol 0.0497 % Fbl mit 0,0003 % Fb2 Polystyrol 0,01 und 0,05 % Fb2 Polycarbonat 0,01 und 0,05 % Fb2 Polymethylmethacrylat 0,01 und 0,05 % Fb2 Polyethylenterephthalat 0,01 und 0,05 % Fb2 Styrol-Acrylnitril 0,01 und 0,05 % Fb2 Fbl : Macrolex Fluorescent Yellow 10 GN, Bayer AG, Leverkusen Fb2 : Macrolex Fluorescent Red G, Bayer AG, Leverkusen Bei Beleuchtung mit einer W-Lampe (Wellenlänge 366 oder 254 nm) oder einer blauen LED (RS 235-9900, Typ : ultra bright blue (954172)), wiesen alle Plättchen eine Oberfläche auf, die homogen ein schwaches Fluoreszenzlicht abstrahlte. Aus keiner Stelle der Oberfläche trat bevorzugt Licht aus.

Dann wurden die Oberflächen mit einem Nadeldrucker bearbeitet. Im räumlichen Bereich der Einkerbungen bzw. der Vertiefungen, die durch den Nadeldrucker eingeprägt worden waren, trat nun Licht bei Bestrahlung mit der UV-Lampe (Wellenlänge 366 oder 254 nm) oder einer blauen LED (RS 235-9900, Typ : ultra

bright blue (954172)) bevorzugt aus, so daß visuell eine höhere Leuchtintensität im Vergleich zu den glatten Nachbarbereichen beobachtet wurde.

Beispiel 2 : Auf ein Polycarbonat-Spritzgußteil gemäß Tabelle 1 mit 0,05 % Fb2 wurde eine Aufschlämmung von Glaskugeln 21 mit 50-210 um Durchmesser in Methylen- chlorid als Lösemittel in Flächen von einigen mm2 mit einem Stempel aufgebracht.

Das Lösemittel quoll dabei die zu strukturierende Oberfläche an. Die Glaskugeln drangen dadurch in die Oberfläche ein, blieben nach dem Abdampfen des Löse- mittels fest gebunden. Bei Bestrahlung mit der UV-Lampe (Wellenlänge 366 oder 254 nm) oder einer blauen LED (RS 235-9900, Typ : ultra bright blue (954172)) wirkten sie als Streuzentren. An ihnen wurde das Fluoreszenzlicht gezielt aus- gekoppelt und es erschienen helle Flecken auf einer an sich schwach leuchtenden Oberfläche.

Beispiel 3 : Optische Anzeige mit vier aufeinander liegenden Formkörpem 21,22,23,24 aus Polycarbonatfolien einer Dicke von 0,75 mm mit je einem blauen, grünen, roten und gelben Floureszenzfarbstoff hergestellt (Fig. 3). Alle Platten hatten die gleiche Breite und Dicke. Die beiden mittleren Platten waren kürzer als die beiden äußeren Platten. Die Stirnenden der Formkörper sind an ihrer Oberfläche strukturiert. Die Lichtquelle 25, eine blaue LED (RS 235-9900, Typ : ultra bright blue (954172)), wurde in der Vertiefung zwischen den beiden äußeren Platten angebracht und dabei teilweise in die angebohrten äußeren Platten versenkt. Dabei berührte sie die beiden äußeren Platten direkt, während sie die beiden inneren Platten nur an ihrer Schmalseite anstrahlte. An der Seite A, an der die vier Platten bündig abschlossen, waren die farbigen Emissionen in Streifen entsprechend den strukturierten Stirn- flächen der Formkörper und den jeweils enthaltenen Fluoreszenzfarbstoffen nur dann

deutlich zu sehen, wenn die LED zur Anregung der Emission der verschiedenen Fluoreszenzfarbstoffe eingeschaltet wurde.

Beispiel 4 : In einen konisch geformten Spritzgußkörper aus Polycarbonat, das einen blauen Fluoreszenzfarbstoff enthält, wurde an der Ursprungsseite eine blaue LED (RS 235-9900, Typ : ultra bright blue (954172) eingestrahlt. Die der Ursprungsseite gegenüberliegende Seite war durch Abbrechen eines ursprünglich längeren Spritz- körpers entstanden und deshalb homogen aufgerauht. An der aufgerauhten Seite trat eine intensive, breit aufgefächerte Lichtemission auf, während an den Mantelflächen des konischen Körpers kein Licht austrat.

Beispiel 5 : In eine den Fluoreszenzfarbstoff Makrolex 10 GN enthaltende Polycarbonatplatte wurde ein Quadrat mit einer Säge ausgeschitten. Die gesägte Innenkante ist homogen aufgerauht. Nach Anbringen einer blauen LED (RS 235-9900, Typ : ultra bright blue (954172) an der Außenseite konnte in dem im Inneren ausgeschnittenen Quadrat an der Innenkante eine verstärkte Lichtauskopplung (Emission) registriert werden.

Beispiel 6 : Fig. 4 zeigt zwei Ausführungsformen von optischen Anzeigen bestehend aus einem erfindungsgemäßen Formkörper 41 bzw. 42 und zwei Strahlungsquellen 43. Der Formkörper ist sehr lang im Vergleich zu seinem beleuchteten Querschnitt 44 und beschreibt einen rechteckigen Rahmen bzw. einen Abschnitt aus einem Ellipsen- bogen. Der Formkörper, der an seinen beiden Enden durch zwei blaue Leuchtdioden 43 beleuchtet wurde, war an einigen Stellen seiner Oberfläche strukturiert 45 bzw.

46, so daß an diesen Stellen das Fluoreszenzlicht austrat.

Beispiel 7 : Fig. 5 zeigt eine optische Anzeige aus drei Formkörpem 51,52,53 mit jeweils unterschiedlichen fluoreszierenden Substanzen, die von drei Leuchtdioden 54,55,56 mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen von einem Ende her beleuchtet werden. Die nicht beleuchteten Enden der Formkörper 57,58,59 sind in einer Halterung 60, so nebeneinander angeordnet, daß ein Beobachter nur die Enden der Formkörper, nicht aber die beleuchtende Lichtquelle sieht. Am nicht beleuchteten Endbereich ist ein Teil der Formkörperoberfläche strukturiert 61,62,63. An den strukturierten Stellen 61,62,63 tritt jeweils farbiges Licht entsprechend der fluoreszierenden Substanz aus, wie in der Draufsicht in Fig. 5 unten zu erkennen ist.