Lichtemittierende Anordnung

Gegenstand der Erfindung ist eine lichtemittierende Anordnung, geeignet zur homogenen Emissionslumineszenz elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes, die eine geringe Bauhöhe aufweist.

Stand der Technik

Lichtemittierende Anordnungen mit LED-Halbleiterchips (light emitting diode, lichtemittierende Diode) als Lichtquelle verdrängen im Bereich der Funktions- und Effektbeleuchtung herkömmliche Beleuchtungselemente auf Basis von Glühbirnen, Halogenglühlampen, Leuchtstofflampen, Kaltkathodenstrahlem oder Elektrolumineszenzfolien.

Besondere Vorteile konventioneller LED-Halbleiterchips sind neben einer hohen Lebensdauer insbesondere die Abwesenheit von infraroter und ultravioletter Strahlung sowie die Tatsache, dass bei der Herstellung kein Quecksilber, wie bei Leuchtstofflampen üblich, verwendet wird. Zudem sind Lichtquellen mit LED-Halbleiterchips schalt- und modulierbar. Durch den Einsatz unterschiedlicher Lichtfarben eröffnen sich neue Anwendungsfelder für ambiente Beleuchtungen, multiple Lichtarchitekturen und szenographische Lichtgestaltungen. Die geringe Bauform der LED-Halbleiterchips bietet ferner Möglichkeiten zur Miniaturisie- rung, die im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen für neue, unkonventionelle Designlö- sungen zum Setzen von Lichtakzenten in Kombination mit unterschiedlichen Lichtfarben insbesondere auch bei der Realisierung so genannter organischer und/oder bionischer Formen zur Entwicklung einer neuen Design- und Formensprache genutzt werden können.

Nachteil ist jedoch, dass LED-Halbleiterchips punktförmige Lichtquellen sind.

Für zahlreiche Anwendungen, insbesondere im Bereich Möbel, wird dieses punktförmige

Licht als besonders störend empfunden.

Zur Reduzierung von Inhomogenitäten bei der Lichtabstrahlung von Leuchtelementen, welche als punktförmige Lichtquelle LED-Halbleiterchips enthalten, werden nach dem Stand der Technik verschiedene Grundprinzipien angewendet.

Diese lassen sich wie folgt gliedern:

1) Verwendung von Streupartikeln

Die Reduzierung von Inhomogenitäten bei der Lichtabstrahlung gelingt über diffus abstrahlende Formteile, welche lichtstreuende Partikel enthalten, wie die Schriften DE 9 318 362 (EP-A-O 656 548) und/oder DE 103 20 318 und/oder DE 100 65 492 lehren.

Die Schrift DE 103 11 492 lehrt den Aufbau einer zuschneidbaren Leuchtschiene mit Leuchtdioden, wobei die lichtdurchlässige Seite, auch Streuscheibe genannt, aus mattiertem und/oder transluzentem Kunststoff beschrieben wird. Die Anordnung der Leuchtdioden ist nicht planparallel zur Streuscheibe. Zudem ist kein Abstand der LED-Halbleiterchips zu- einander definiert. Aufgrund der gewählten Anordnung ist von einer stark inhomogenen Leuchtdichteverteilung an der Oberfläche der Streuscheibe auszugehen. Die Schrift DE 100 64 716 lehrt ein Beleuchtungselement für Möbelgriffe, welches zur Lichthomogenisierung einen Diffusor enthält. Dabei wird das von der Lichtquelle austretende Licht zumindest teilweise im Diffusor reflektiert. Um die Streuung des Lichtes zu vergrö- ßern, kann der Diffusor, welcher ein Kunststoffprofil ist, an einer oder an beiden Seiten eine reflektierende Oberfläche, beispielsweise durch Mattierung, aufweisen. Insbesondere bei kleinen Querschnitten der Leuchtprofile, die durch einen sehr geringen Abstand der Streuscheibe zur LED-Lichtquelle gekennzeichnet sind, erfolgt durch die Lichthomogenisierung allein über den Diffusor eine sehr starke Dämpfung, was mit einem Rückgang an Helligkeit verbunden ist.

Die alleinige Verwendung von lichtstreuenden Partikeln zur Erzeugung von Diffusoren und/ oder transluzenten Kunststoffen ist daher wenig geeignet, eine homogene Lichtabstrahlung mit hoher Leuchtdichte zu erzeugen.

2) Verwendung von optischen Strukturen

Die Schrift DE 103 29 938 lehrt, dass nach der Formgebung auf die Oberfläche von Kunststoffprofilen aus Polymethyl(meth)acrylat in einem bekannten Prägeverfahren eine Mikro- strukturierung mit pyramidalen Rillenstrukturen aufgebracht werden kann, wobei hierdurch eine lichtlenkende und/oder lichtleitende und /oder lichtbrechende und/oder diffus licht- streuende Oberfläche und/oder eine entspiegelte und/oder reflektierende Oberfläche erhalten wird.

Hinweise, wie durch die Strukturierung eine möglichst homogene Abstrahlung erzielt wird und von welchen systemimmanenten Parametern dies abhängig ist, werden nicht offenbart. Die DE 102 14 566 schlägt zur Homogenisierung der Lichtabstrahlung die Verwendung von Fresnellinsen vor. Nachteil daran ist, dass sich derartige Linsen nur im Spritzgussverfahren herstellen lassen, und individuell für jede einzelne LED-Lichtquelle ausgelegt werden müssen. Die Realisierung kontinuierlicher Strukturen mit unterschiedlichen geometrischen Verhältnissen, die stark von einer kreisrunden symmetrischen Struktur abweichen, ist nur schwer oder gar nicht zugängig.

Die Schrift DE 10 2004 012 654 lehrt optische Strukturen auf der Abschlussscheibe oder als Zwischenschicht in der Abschlussscheibe. Die optischen Strukturen liegen in Form von Linsen als Erhebungen und/oder Einsenkungen vor, wobei Zylinderabschnitte und/oder Kugelabschnitte und/oder Quader und/oder Pyramiden und/oder unregelmäßige Körper verwendet werden können. Im Mittelpunkt der Problemlösung stand hierbei weniger die Homogenisierung als vielmehr das Bestreben trotz geringfügiger Maßabweichungen und/oder Abweichungen der optischen Eigenschaften die Verteilung des Lichtbündels der Leuchte weitgehend nicht zu beeinflussen.

3) Konstruktive Lösungen Die Schrift WO 2005/093395 lehrt die Bereitstellung komplexer Reflektormodule, bestehend aus Streukörpern mit Rillenstrukturen, bündelnden Spiegeln und Konvexlinsen. Um einen möglichst perfekt homogenen Lichtaustritt zu erhalten, müssen die Lichtquellen möglichst nahe aneinander angeordnet werden, so dass sich die Lichtkegel der einzelnen Lichtquellen noch hinter der Streuscheibe signifikant überschneiden.

4) Aufsätze auf LED-Halbleiterchips

Die DE 101 02 585 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung, in welcher jede einzelne LED- Lichtquellen mit einem Aufsatz versehen ist. Dieser Aufsatz weist an der Oberseite eine totalreflektierende nichttransparente Schicht auf, so dass die Lichteinkopplung in die Licht- leiterplatte nur über die Seitenwände des Aufsatzes erfolgen kann. ähnliche Lösungsansätze mit individuellen und ggf. entsprechend strukturierten Aufsätzen werden auch in den Schriften DE 10 2005 014 584 und DE 10 2004 042 561 beschrieben.

Nachteil dieser Lösungen ist, dass entsprechende Aufsätze zu einer Kapselung der LED- Lichtquellen führen, wodurch ein Wärmestau hervorgerufen wird, der sich sowohl negativ auf die Lebensdauer der LED-Haibleiterchips als auch auf die optischen Eigenschaften der verwendeten Kunststoffe, die zur Herstellung der Aufsätze verwendet wurden, auswirkt.

Zusammenfassend kann, unter Anwendung der einzelnen Grundprinzipien, welche nach dem Stand der Technik bekannt sind, heute noch keine Lösung für eine größtmögliche Homogenisierung der Emissionslumineszenz für Bauteile mit einer geringen Bauhöhe, bei- spielsweise einer Bauhöhe von 5 - 11 mm, bei einem gleichzeitig minimierten Einsatz punktförmiger Lichtquellen, beispielsweise auf Basis von LED-Halbleiterchips, bereitgestellt werden.

Häufig werden zwar die Grundprinzipien beschrieben; in der Anwendung werden aber oft die dimensionalen Verhältnisse sowohl von Größe der Lichtpunkte zum Abstand der einzel- nen Lichtpunkte zueinander als auch der Abstand der einzelnen Lichtpunkte zum Abstand der Abschlussseite auf der Lichtaustrittsseite der Beleuchtungseinrichtung entweder übersehen oder vollkommen ausgeblendet.

Aufgabenstellung

Demzufolge besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine lichtemittierende Anordnung, geeignet zur homogenen Emissionslumineszenz elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes, für Bauteile mit geringer Bauhöhe bei einem gleichzeitig minimierten Einsatz von punktförmigen Lichtquellen bereitzustellen.

überraschenderweise gelingt die Lösung dieser Aufgabe, indem eine lichtemittierende Anordnung mit homogener Emissionslumineszenz,

bestehend aus

(1) mindestens einer Reihenanordnung von äquidistant beabstandeten punktförmigen Lichtquellen

und

(2) einer Streuscheibe

bereitgestellt wird,

wobei die Streuscheibe einen mehrlagigen Aufbau aufweist.

Erfindungsgemäß wird durch den schichtförmigen Aufbau der Streuscheibe, ausgehend von der der punktförmigen Lichtquelle zugewandten Seite, gegliedert in mindestens zwei funktionale Lagen, die homogene Lichtverteilung gewährleistet.

Die lichtemittierende Anordnung wird bevorzugt in ein Formteil, das bevorzugt mindestens anteilig aus Polymermaterial besteht, geeignet zur Aufnahme der punktförmigen Lichtquellen und der Streuscheibe, eingebaut.

Erfindungsgemäß weist die erste Lage der Streuscheibe, welche den punktförmigen Licht- quellen zugewandt ist, mindestens eine Schicht, bestehend aus würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen auf, wodurch eine gerichtete Spiegelung realisiert wird. Erfindungsgemäß besteht die zweite Lage, die an die erste Lage auf der der Lichtquelle abgewandten Seite angrenzt, aus einem Lichtverteilkörper, welcher einen Schichtaufbau aufweist. Dieser enthält in mindestens einer Schicht Streupartikel und eine Koordinationsverbindung aus mindestens einem Polyol und mindestens einer Metallsalzverbindung zur diffusen Lichtabstrahlung.

Zur Erzielung der homogenen Emissionslumineszenz trägt wesentlich der schichtförmige Aufbau der Streuscheibe, welcher in funktionale Lagen gegliedert ist, bei.

Wie zahlreiche Versuche zeigten, gewährleistet nur der so beschriebene Aufbau, der ein optimales synergistisches Zusammenwirken aus der Symbiose von gerichteter Spiegelung und diffuser Streuung in der so beschriebenen Abfolge darstellt, die Bereitstellung eines lichtemittierenden Formteils aus Kunststoff mit größtmöglicher homogener Emissionslumineszenz für Bauteile mit geringer Bauhöhe.

Das Wirkprinzip der einzelnen funktionalen Lagen und ihr synergistisches Zusammenwirken lässt sich, ausgehend von der den punktförmigen Lichtquellen zugewandten Seite der Streuscheibe, der sogenannten Lichteintrittsseite, wie folgt beschreiben:

Die mindestens eine Schicht, bestehend aus würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen der ersten Lage der Streuscheibe ist dabei so angeordnet, dass eine Lichteintrittsseite und eine Lichtsaustrittsseite vorhanden ist. An der Lichtaustrittsseite sind die würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elemente angeordnet.

Das Licht durchdringt die Schicht dabei und trifft auf die würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elemente, die an der Oberfläche der Schicht angeordnet sind.

Da die würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elemente mit ihren Vertiefungen nicht in Richtung der Lichtquelle , sondern invers zur Lichtquelle bzw. der Lichtquelle abgewandt angeordnet sind, wird durch Reflexion das gebündelte und punktförmige Licht in der Lage aus würfeleckenförmigen Vertiefungen jeweils in sechs virtuelle und diskrete Lichtpunkte mit nahezu gleicher Intensität gespiegelt, wobei der ursprüngliche Lichtpunkt vollständig verschwindet.

Auf diese Weise wird in einem ersten Schritt eine punktförmige Lichtquelle in Abhängigkeit systemimmanenter geometrischer Faktoren, wie beispielsweise Durchmesser des punkt- und/oder kreisförmigen Lichtstrahls und Abstand der Lichtquelle zur Unterseite der Streuscheibe, durch Spiegelung an den Außenflächen der würfeleckenförmigen mikrostrukturier- ten Elemente in ein Polygon, welches durch sechs Lichtpunkte definiert wird, übergeführt. Diese optische Spiegelung und Konvergenz eines Lichtpunktes in sechs virtuelle Lichtpunkte führt bereits an der Unterseite der Streuscheibe zu einer Verkürzung des Abstandes von hellen und dunklen Zonen.

Hierbei wurde überraschenderweise gefunden, dass sowohl die Anisotropie in der Auslegung der würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elemente mit einem Divergenzkonus > 1 ° und/oder mit mindestens einem Diederwinkel ungleich 90° als auch die zur Lichtquelle abgewandte Anordnung von würfeleckenförmigen Vertiefungen auf der Innenseite der Streuscheibe dazu führt, dass beim Strahlendurchgang des von der Lichtquelle emittierten Lichtes durch die Lage mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen keine Totalreflexion wie bei Tripelspiegeln üblich, sondern die Abbildung und/oder Konversion eines realen Lichtpunktes in sechs virtuelle Lichtpunkte erfolgt, wobei idealerweise jeder dieser virtuellen Lichtpunkte ein Sechstel der Lichtintensität und/oder ein Sechstel der Helligkeit des ursprünglichen Lichtpunktes aufweist.

Es wurde gefunden, dass, den Gesetzen des Strahlensatzes folgend, entsprechend dem Abstand der ersten Lage der Streuscheibe mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen von der Oberfläche der Lichtquelle, unterschiedlich große und nahezu rechteck- förmige Polygone aus sechs virtuellen Lichtpunkten durch Spiegelung entstehen.

In Tabelle 1 ist der Sachverhalt anhand verschiedener Abstände zwischen der punktförmigen Lichtquelle und der Streuscheibe dargestellt.

Tabelle 1 : Beschreibung des Effektes der Spiegelung eines Lichtpunktes

Abhängigkeit der geometrischen Faktoren des Polygons aus virtuellen Lichtpunkten vom Abstand der ersten Lage mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen von der punktförmigen Lichtquelle

Anmerkung: Lage mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen, bestehend aus 3M Scotchlite™ SL 6260 Folie.

Die Angaben zur Länge und Breite beziehen sich auf den äußersten Rand der Lichtpunkte. Es wird auf diese Weise die maximale Fläche des Polygons, die von den sechs Lichtpunkten begrenzt wird, beschrieben.

Die Messergebnisse zeigen, dass mit zunehmendem Abstand der punktförmigen Lichtquellen zur ersten Lage der Streuscheibe mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen, sich das Polygon, welches vereinfacht als Rechteckform beschrieben werden kann, entsprechend dem Strahlensatz sukzessive weiter aufspannt. Dies hat zur Folge, dass sich der Abstand der virtuellen Lichtpunkte mit zunehmendem Abstand der ersten Lage der Streuscheibe mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen zur Oberfläche der punktförmigen Lichtquellen vergrößert.

Aufgrund von Untersuchungen wurde gefunden, dass zur Realisierung eines Leuchtprofils mit homogener Emissionslumineszenz der Abstand der punktförmigen Lichtquellen, welche durch einen Durchmesser des Lichtpunktes mit 2,5 mm gekennzeichnet sind, zueinander maximal 15 mm betragen sollte, wenn die Polygone aus virtuellen Lichtpunkten jeweils mit der längsten Seite in Richtung der Reihenanordnung von punktförmigen Lichtquellen angeordnet sind.

Wird das Polygon aus virtuellen Lichtpunkten um 90° gedreht und sind die einzelnen Polygone über ihre schmale Seite in Richtung Reihenanordnung von punktförmigen Lichtquellen angeordnet, reduziert sich der maximale Abstand der Lichtquellen auf 10 mm.

Ebenfalls zeigten Versuche, dass bei dem definierten Abstand der LED-Halbleiterchips zueinander der Abstand der ersten Lage der Streuscheibe mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen zur Oberfläche der punktförmigen äquidistant angeordneten Lichtquellen auf der Basis von LED-Halbleiterchips 3 bis 11 mm, idealerweise 5 mm, betragen sollte.

Für eine größtmögliche Homogenisierung der Emissionslumineszenz ist es von entscheidender Bedeutung, dass auch die virtuellen Lichtpunkte nicht beliebig weit voneinander entfernt liegen, da sonst eine Homogenisierung nicht mehr gelingt.

Werden Lichtquellen mit größeren Durchmessern der Lichtpunkte und/oder Lichtaustrittsflächen verwendet, können die Dimensionen bezüglich des Abstandes der Lichtquellen zueinander, und bezüglich des Abstandes der Oberfläche der Lichtaustrittsflächen der Lichtquellen zur ersten Lage der Streuscheibe mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten E- lementen entsprechend den Gesetzen des Strahlensatzes angepasst werden.

Erfindungsgemäß kann die Unterseite (Lichteintrittsseite) der ersten Lage mit würfelecken- förmigen mikrostrukturierten Elementen in Richtung zur Lichtquelle eine dünne Schicht in einer Schichtdicke von 30 bis 400 μm, idealerweise von 50 bis 240 μm, mit mikro- und/oder nanoskaligen Streupartikeln der Konzentration 5 bis 30 Gew.-%, mit einer mittleren Partikelgröße von 10 nm bis 50 μm, idealerweise 200 nm bis 10 μm aufweisen, die analog dem Tyndall-Effekt eine leichte seitliche Abstrahlung an den mikro- und /oder nanoskaligen Streupartikeln bewirken.

Als besonders geeignet erscheint hierfür eine Materialzusammensetzung auf Basis eines transparenten Kunststoffs mit dispergierten vernetzten Streupartikeln zu sein, welche durch radikalische Polymerisation von Mischungen von difunktionalen Methacrylaten, wie beispielsweise Tetra- und/oder Triethylenglycoldimethacrylat, Styrolmonomeren, wie beispielsweise Styrol und/oder alpha-Methylstyrol, und Acrylnitril erhalten werden.

Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, eine Variante vorzusehen, bei der zwei Schichten mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen verwendet werden:

Schicht 1 Schicht mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen, so angeordnet, dass das Polygon mit 6 Lichtpunkten mit der längsten Seite in Richtung der Reihenanordnung der punktförmigen Lichtquellen orientiert ist.

Schicht 2 Transparenter Kunststoff mit dispergierten vernetzten Streupartikeln, welche durch radikalische Polymerisation von Mischungen von difunktionalen Methacrylaten, wie beispielsweise Tetra- und/oder Triethylenglycoldimethacrylat, Styrolmonomeren, wie beispielsweise Styrol und/oder alpha-Methylstyrol, und Acrylnitril erhalten werden die analog dem Tyndall-Effekt eine leichte seitliche Abstrahlung an den mikro- und /oder nanoskaligen Streupartikeln bewirken.

Optional kann eine weitere Schicht als Abstandshalter und/oder Trennschicht und/oder Zwischenschicht vorgesehen sein.

Schicht 3 Schicht mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen, so angeordnet, dass das Polygon mit 6 Lichtpunkten mit der kürzesten Seite in Richtung der Reihenanordnung der punktförmigen Lichtquellen orientiert ist. Im Unterschied zur ersten Schicht mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen ist diese um 90° gedreht, wobei die flächige Lichtverteilung durch eine weitere Multiplikation der virtuellen Lichtpunkte der ersten Schicht in der dritten Schicht durch Erzeugung einer 2. Generation von virtuellen Lichtpunkten erhöht wird.

Die zweite Lage der Streuscheibe stellt einen mindestens einschichtigen Lichtverteilkörper dar, welcher

(a) Streupartikel sowie (b) Koordinationsverbindungen aus mindestens einem Polyol und mindestens einer Metallsalzverbindung enthält, die zu einer diffusen und damit ungerichteten Streuung der Strahlung führen.

Während durch die zur Lichtquelle inverse Anordnung der würfeleckenförmigen Elemente eine anisotrope und gebündelte Lichtverteilung, verbunden mit der Generierung von sechs diskreten und wohldefinierten virtuellen Lichtpunkten durch Spiegelung, erzielt wird, gelingt es, in der zweiten Lage der Streuscheibe, diese zu einer geschlossenen Lichtfläche und/oder zu einem Lichtband zu homogenisieren.

Dies wird erreicht durch eine isotrope und diffuse Streuung der Strahlung der sechs virtuellen Lichtpunkte an Streupartikeln und den Koordinationsverbindungen aus mindestens einem Polyol und mindestens einer Metallsalzverbindung.

Der mindestens einschichtige Lichtverteilkörper besteht aus einem transparenten Kunst- stoff, in welchen die Streupartikel und Koordinationsverbindungen aus mindestens einem Polyol und mindestens einer Metallsalzverbindung dispergiert vorliegen. Vorzugsweise wird als transparenter Kunststoff Polymethyl(meth)acrylat, PMMA, und/oder Copolymerisate mit Methyl(meth)acrylat, welche bei Raumtemperatur einen Brechungsindex n _D = 1 ,46 - 1 ,54 aufweisen, verwendet.

Erfindungsgemäß kann neben PMMA jeder transparente Kunststoff und/oder eine transparente und/oder transluzente Mischung von verträglichen und/oder teilverträglichen Kunststoffen verwendet werden.

Hierzu zählen Polyethylenterephthalat, PET, und/oder Polybutylenterephthalat, PBT ₁ und/oder PoIy(I ^-cyclohexylendimethylenterephthalat), PCT, und/oder Polyethylen- naphthalat, PEN, und/oder thermoplastische Esterelastomere, TPE-E, und/oder flüssigkristalline Polymere, LCP, und/oder amorphe Polyamide und/oder teilkristalline Polyamide und/oder thermoplastische Polyamidelastomere TPE-A, und/oder Poly(meth)acrylimid, PMMI, und/oder Polycarbonate, PC, und/oder Cycloolefincopolymere, COC, und/oder Cyc- loolefinpolymere, COP, und/oder biaxial orientiertes Polypropylen, BOPP, und/oder Polypropylen, PP, und/oder thermoplastische Elastomere, TPE, und/oder Polyethersulfon, PES, und/oder Polysulfon, PSU, und/oder Ethylenvinylalkohol-Copolymer, EVOH, und/oder Ethylen-Methacrylat-Copolymer, EMA, und/oder Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer, EEA, und/oder Ethylen-Butylacrylat-Copolymer, EBA, und/oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, EVA, und/oder Poly(4-methyl-1-penten), TPX, und/oder lonomere, SURLYN™, und/oder Polystyrol, PS, und/oder thermoplastische Elastomere auf Styrolbasis, TPE-S, und/oder Silikone und/oder Copolymere mit Silikonblöcken, GENIOMERE™, und/oder Fluorpolymere und/oder Polyurethane und/oder Polyvinylchlorid, PVC, und/oder Acrylatharze und/oder Alkydharze und/oder Epoxidharze und/oder Mischungen hiervon.

Die hier beschriebene Auswahl an Kunststoffen erhebt nicht den Anspruch auf Vollständigkeit und stellt keine Limitierung dar.

Als Streupartikel werden anorganische Partikel und/oder Partikel aus vernetzten! Kunststoff und/oder Mischungen hiervon verwendet.

Besonders bevorzugt sind Streupartikel aus vernetztem Kunststoff, beispielsweise auf Basis von vernetztem PMMA und/oder vernetztem Polyacrylester und/oder vernetztem PoIy- butylmethacrylat und/oder vernetztem Polystyrol und/oder vernetztem Melaminharz und/oder Mischungen hiervon.

überraschenderweise konnte durch die erfinderische Verwendung von Koordinationsverbindungen aus mindestens einem Polyol und mindestens einer Metallsalzverbindung das lichtoptische Verhalten des Lichtverteilkörpers und damit der Streuscheibe verbessert werden.

Verbesserungen wurden einerseits aufgrund einer homogeneren Verteilung der Streupartikel auf Basis anorganischer Materialien und vernetzter Kunststoffe in der Polymermatrix und andererseits aufgrund der Erzeugung zusätzlicher mikro- und nanoskaliger Streuzentren aufgrund unterschiedlicher Brechungsindizes der insitu erzeugten inter- und/oder in- tramolekularen Koordinationsverbindungen unter Beteiligung von Metallsalzverbindungen als Koordinationszentren und Polyolen als Liganden erzielt.

Neben der Vermeidung von Agglomeratbildung konnte durch die Ausbildung eines niedrigviskosen funktionalen Filmes auf der Oberfläche der Streupartikel aus anorganischen Mate- rialien und/oder vernetzten und/oder teilweise vernetzten Kunststoffen

(a) eine Schädigung und/oder eine änderung der Partikeloberfläche und/oder

(b) ein thermooxidativer Abbau der vernetzten und/oder teilweise vernetzten Kunststoffpartikel und/oder

(c) eine Veränderung der Raumform der meist sphärischen vernetzen und/oder teilwei- se vernetzten Kunststoff partikel, meist hervorgerufen durch die bei der Kunststoffverarbeitung auftretenden Scherkräfte, verhindert werden.

Die sehr guten lichtoptischen Eigenschaften zur Homogenisierung der Emissionslumines- zenz im Lichtverteilkörper werden insbesondere darauf zurückgeführt, dass teilweise die Streupartikel aus vernetztem Kunststoff und/oder anorganischen Materialien mit einem funktionalen oberflächenaktiven Film aus einer Koordinationsverbindung, bestehend aus mindestens einem Polyol und mindestens einer Metallsalzverbindung, überzogen sind, wobei sich das Streuverhalten über (a) Art und Größe der Polyole und/oder

(b) Koordinationsverhalten der Metallsalzverbindungen und/oder

(c) Konzentrationsverhältnis der Polyole zu Metallsalzverbindungen und/oder

(d) Konzentrationsverhältnis der PoIyIoIe zur Konzentration der Streupartikel und/oder Kombinationen hieraus maßschneidern lässt.

Die Konzentration der Polyole beträgt zwischen 0,01 und 20 Gew.-% und die Konzentration der Metallsalzverbindungen zwischen 0,005 und 10 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% Matrixpolymer, wobei die Konzentration der Streupartikel mit 0,05 bis 30 Gew.-% angegeben wird.

Die Schichtdicke der Schicht mit Streupartikeln beträgt dabei 50 μm - 3 mm.

Eine weitere Schicht im Lichtverteilkörper als Abschluss auf der Lichtaustrittsseite kann eine Schicht aus transparentem Kunststoff ohne Streupartikel verwendet werden. Diese kann eine Schichtdicke von 200 μm bis 3 mm aufweisen.

Auf dieser Schicht kann eine nano- und/oder mikrostrukturierte Prismenoptik aufgebracht sein, die durch Lack- und/oder Sol-Gel-Technik und/oder Prägetechnik durch Prägewalzen und/oder durch chemisches ätzen und/oder durch Strahlentechnik, beispielsweise Laser- und/oder UV-Technik und/oder durch Mischformen hiervon aufgebracht wird.

Erfindungsgemäß werden als Polyole lineare aliphatische und/oder hyperverzweigte und/oder dendritische Polyole und/oder Polyole mit baumartiger Struktur und/oder Derivate der Polyole verwendet. Insbesondere werden als Polyole (a) lineare aliphatische Polyetherpolyole und/oder

(b) dendritische aliphatische Polyetherpolyole und/oder

(c) dendritische aliphatische Polyesterpolyole und/oder

(d) Mischungen hiervon verwendet.

Erfindungsgemäß können die dendritischen Polyetherpolyole und/oder dendritischen Polyesterpolyole an den freien Hydroxylgruppen der Außenschale mit Epoxygruppen und/oder Säuregruppen und/oder Silanen und/oder fluorhaltigen Verbindungen und/oder Mischungen hiervon funktionalisiert sein.

Dendritische Polyole und/oder deren Derivate sind amorphe, niedrigviskose Verbindungen mit kugelförmiger Geometrie.

Lineare Polyetherpolyole sind beispielsweise Polytetramethylenetherglycol, PTMEG, und/oder Polyethylenetherglycol, mit einem Molekulargewicht, M _w , von 200 bis 5000 g / mol.

Als Metallsalzverbindung werden insbesondere Halogenidverbindungen, insbesondere Chloride der Alkalimetalle und/oder Erdalkalimetalle und/oder der übergangsmetalle und/oder der Actinoide und Lanthanoide und/oder Mischungen hiervon verwendet. Besonders geeignet sind Titantetrachlorid, TiCI ₄ , und/oder Zinkchlorid, ZnCI ₂ , und/oder Calcium- Chlorid, CaCI ₂ .

Die Ausbildung räumlicher dreidimensionaler inter- und/oder intramolekularer Koordinationsverbindungen unter Beteiligung von Polyolen und Metallsalzverbindungen und/oder die Ausbildung funktionaler oberflächenaktiver Filme in Kombination mit konventionellen Streu- Partikeln und/oder Mischformen hiervon ermöglicht die Herstellung eines polymerbasierten Lichtverteilkörpers, der unter selektiver Einstellung der Helligkeit eine in Kombination mit der ersten Lage der Streuscheibe mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen eine größtmögliche homogene Emissionslumeszenz erzeugt.

Erfindungsgemäß kann eine weitere Schicht des Lichtverteilkörpers einen Lumineszenzkonverter, beispielsweise in Form von Partikeln enthalten, wodurch das emittierte Licht in einen anderen Wellenlängenbereich des sichtbaren Bereichs konvertiert wird. Besonders vorteilhaft ist dies bei der Verwendung von Lichtquellen, welche blaues Licht emittieren, um dieses in weißes Licht umzuwandeln.

Der Lumineszenzkonverter kann als Schicht unmittelbar an der Lichteintrittsseite der ersten Lage mit würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen und/oder als Zwischenschicht in der ersten Lage, wenn mehr als eine Schicht aus würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen verwendet wird, angeordnet sein. Ferner kann der Lumineszenzkonverter auch als schichtförmiger Bestandteil des mindestens einschichtigen Lichtverteilkörpers unmittelbar nach der ersten, mindestens einschichtigen Lage an der Lichteintrittsseite, bestehend aus würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen und/oder als Zwischenschicht im Lichtverteilkörper angeordnet sein. Darüber hinaus sind auch Mischformen der vorstehend genannten Anordnungen möglich, um so die virtuellen Lichtpunkte der einen Farbe als integraler Bestandteil der Streuscheibe in eine Leuchtfläche mindestens einer anderen Farbe zu konvertieren.

Besonders vorteilhaft zur Erzielung einer größtmöglichen homogenen Emissionslumineszenz über die gesamte Leuchtfläche des lichtemittierenden Formteils ist es, wenn die Schicht mit Lumineszenzkonvertermaterial auf der Lichteintrittsseite der zweiten Lage, also dem Lichtverteilkörper, aufgebracht wird.

Die Verteilung und/oder die Konzentration und/oder die Art und/oder die chemische Zusammensetzung der Lumineszenzkonvertermaterialien - wobei mindestes eine Luminens- zenzkonverterverbindung verwendet wird - hat Einfluss auf das lichtoptische und/oder farbige Erscheinungsbildung der gesamten lichtemittierenden Anordnung.

Erfindungsgemäß hat das mehrschichtige Aufbringen von verschiedenen Lumineszenkon- vertermaterialien den Vorteil, dass an der Lichtaustrittsseite der Streuscheibe ein Muster mit gleichzeitig unterschiedlichen Lichtfarben erzeugt werden kann, ohne dass ein Einsatz von sogenannten RGB-LED-Lichtquellen (LED-Lichtquellen in den Farben Rot / Gelb / Blau) notwendig ist.

Das Aufbringen der Schicht aus Lumineszenzkonvertermaterial geschieht durch Coextrusi- on und/oder im Spritzgussverfahren und/oder durch Siebdruck und/oder im Lackierverfahren und/oder durch Sprühtechnik und/oder als Mischform der vorgenannten Techniken.

Als Lichtquellen im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen Erfindung eignen sich punktförmige Lichtquellen aus einer Lichtemittierenden Diode (LED) aus einem Halbleitermaterial, oder einer Organische Lichtemittierenden Diode (OLED) oder einer Polymeren Lichtemittierenden Diode (PLED) oder einer Schichtförmigen Organischen Lichtemittie- renden Diode (SOLED, stacked OLED) oder eine Kombination der vorstehenden Dioden.

Das Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Anordnung gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung besteht erfindungsgemäß darin, dass die Streuscheibe durch einen Coextrusionsprozess und/oder einen Extrusionsblasprozess und/oder einen Folie- nextrusionsprozess und/oder einen Folienblasprozess und/oder einen Laminierprozess und/oder einen Beschichtungsprozess und/oder einen Mikrostrukturierungsprozess und/oder einen ätzprozess und/oder einen Hochvakuumprozess und/oder einen Nanostruk- turierungsprozess und/oder einen Lackier- und/oder Sol-Gel-Prozess und/oder einen Prägeprozess und/oder einen Strahlen- prozess, beispielsweise einen Laser- und/oder UV-Strahlenprozess, und/oder eine Misch- . form der vorstehenden Techniken mit mindestens einer Lage versehen wird.

Das Formteil aus Polymermaterial, das gemäß vorliegender Erfindung mit einer lichtemittierenden Anordnung, wie vorstehend beschrieben, ausgestattet ist, dient zur Verwendung als Flächenleuchtelement.

Das Formteil aus Polymermaterial mit der lichtemittiereπden Anordnung findet Verwendung an Möbeln, innerhalb und außerhalb von Gebäuden, innerhalb und außerhalb von Transportmitteln, an Geräten, an Maschinen und in der Informations- und Sicherheitstechnik.

Die nachfolgend angegeben Ausführungsbeispiele zeigen die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung:

Anhand der Beispiele Referenz 1 und Referenz 2 wird in Tabelle 2 gezeigt, welche Leuchtdichteverteilung resultiert, wenn lediglich eine Streuschicht (Referenz 1) bzw. eine Streuschicht, die zusätzlich eine Koordinationsverbindung, bestehend aus mindestens einem Polyol und mindestens einer Metallsalzverbindung, enthält (Referenz 2), vorhanden ist.

Tabelle 2 Referenz 1 und 2 zum Vergleich der lichtoptischen Eigenschaften

Tabelle 3 zeigt anhand der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 3 die Wirkung des Aufbaus der Streuscheibe aus der 1. und der 2. Lage gemäß der vorliegenden Erfindung für weißes Licht.

In Tabelle 4 ist schließlich die Ergebnisse für die erfindungsgemäßen Beispiele 4 und 5 unter blauem Licht wiedergegeben.

Tabelle 4 Lichtoptische Eigenschaften der erfinderischen Beispiele 4 und 5

Anmerkung zu den Tabellen 2 bis 4:

Folie I . ^¬ 3M, SCOTCHCAL™ Glasdekor-Folie, Serie 7725-314, fein weiß Folie 2: 33MM,, SSCCOOCCHHLLnITE™ SL 6260, Folie mit würfeleckenförmigen mikrostrukturier- ten Elementen PMMA 1 : LG VEGACHEM™

PMMA mit dispergierten vernetzten Streupartikeln, welche durch radikalische Polymerisation von Mischungen von difunktionalen Methacrylaten, wie beispielsweise Tetra- und/oder Triethylenglycoldimethacrylat, Styrolmonomeren, wie beispielsweise Styrol und/oder alpha-Methylstyrol, und Acrylnitril erhalten werden.

STREU: 50 Gew.-% SEKISUI TECHPOLYMER T'M™ ¹ MBX-8

,TM

50 Gew.-% SEKISUI TECHPOLYMER '" SBX-8

TM

PolyoM : DuPont TERATHANE" ¹ " 2900, PTMEG

■TM Polyol 2: PERSTORP BOLTORN ^{I M} H30, dendritisches Polyesterpolyol

Die Tabellen 5 bis 11 zeigen die ermittelten Leuchtdichteverteilungen für die Referenzen 1 und 2 sowie die Erfinderischen Beispiele 1 bis 5.

Tabelle 5 (Leuchtdichteverteilung bei Referenz 1)

Tabelle 6 (Leuchtdichteverteilung Referenz 2)

Tabelle 7 (Leuchtdichteverteilung Erfinderisches Beispiel 1)

Tabelle 8 (Leuchtdichteverteilung Erfinderisches Beispiel 2)

Tabelle 9 (Leuchtdichteverteilung Erfinderisches Beispiel 3)

Tabelle 10 (Leuchtdichteverteilung Erfinderisches Beispiel 4)

Tabelle 11 (Leuchtdichteverteilung Erfinderisches Beispiel 5)

Die Erfindung wird durch die Figuren 1 bis 8 wie folgt verdeutlicht:

Fig. 1 zeigt schematisch das Raster der Messfelder über der Lichtaustrittsseite der erfin- dungsgemäßen lichtemittierenden Anordnung für die Durchführung der Leuchtdichtemessung nach DIN 5038.

Fig. 2 bis Fig. 3 zeigen grafisch die Leuchtdichte in Abhängigkeit zum Ort auf der Lichtaustrittsseite der Streuscheibe für die Beispiele Referenz 1 (Fig. 2) und Referenz 2 (Fig. 3).

Fig. 4 bis Fig. 8 zeigen grafisch die Leuchtdichte in Abhängigkeit zum Ort auf der Lichtaustrittsseite der Streuscheibe für die Erfindungsgemäßen Beispiele 1 (Fig. 4), 2 (Fig. 5), 3 (Fig. 6), 4 (Fig. 7) und 5 (Fig. 8).

Bei Fig. 1 wurde ein Raster mit Messfeldern gleicher Messfeldgröße über die Lichtaustrittsseite gelegt.

Die Messung der Leuchtdichteverteilung erfolgte gemäß Messverfahren DIN 5036. Die Messungen wurden mit einer Leuchtdichtekamera Typ LMT 1009 durchgeführt. Dabei handelt es sich um eine integrierende Leuchtdichtemessung mit anpassbarer Messfeldgröße. Die Länge des Messfeldes wurde zu a = 3,125 mm für Referenz 1 und Referenz 2 und Erfinderische Beispiele 1 bis 3 bzw. a = 2,5 mm für Erfinderische Beispiele 4 und 5 gewählt.

Die Breite des Messfeldes beträgt b = 3,33 mm für Referenz 1 und Referenz 2 und Erfinderische Beispiele 1 bis 5.

Die punktförmige Lichtquelle befindet sich unter dem Messfeld 2 B.

Bei der Referenz 1 und 2 und den erfinderischen Beispielen 1 bis 3 mit punktförmigen Lichtquellen, welche weißes Licht abstrahlen, wurde jeder Messpunkt mit einer Breite von 0,33 cm und einer Länge von 3,125 mm als Messfeldgröße gewählt.

Die Fläche der Lichtaustrittsseite auf der Streuscheibe wird hierbei durch eine Länge von 10,9375 cm und durch eine Breite von 1 ,0 cm definiert.

Bei den erfinderischen Beispielen 4 und 5 mit blaues Licht abgebenden Lichtquellen wurde jeder Messpunkt mit einer Breite von 0,33 cm und einer Länge von 2,5 mm als Messfeld- große gewählt.

Die Fläche der Lichtaustrittsseite auf der Streuscheibe wird hierbei durch eine Länge von 8,75 cm und durch eine Breite von 1 ,0 cm definiert.

Das Raster an Messpunkten weist in Längsrichtung 35 Messfelder und in der Breite 3 Messfelder, welche mit A, B und C bezeichnet werden, auf. Auf diese Weise umfasst das Raster an Messpunkten insgesamt 105 Messfelder.

Das Raster von 105 Messfeldern wurde so über die Oberfläche der Streuscheibe gelegt, dass ein pro LED repetierender Messbereich aus 12 Messfeldern, die in 4 Spalten und 3 Reihen gegliedert sind, resultiert.

Es ergeben sich Verteilungen der Leuchtdichte L gemäß der Figuren 2 bis 8.

Zusammenfassend lässt sich an Hand der Leuchtdichteverteilung zeigen, dass sich durch den erfinderischen mehrlagigen Aufbau der Streuscheibe, bestehend aus einer Lage mit mindestens einer Schicht aus würfeleckenförmigen mikrostrukturierten Elementen und einer Lage, welche in mindestens einer Schicht Streupartikel und eine Koordinationsverbindung aus mindestens einem Polyol und mindestens einer Metallsalzverbindung enthält, eine im Vergleich zum Stand der Technik, beschrieben durch die Referenzbeispiele, sehr gute Homogenisierung des abgestrahlten Lichtes über die Fläche der Lichtaustrittsseite, auch als Emissionslumineszenz bezeichnet, realisieren lässt.

- Patentansprüche -