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Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lichtleitkörpern mit verbesserter Verarbeitbarkeit und deren Verwendung in Beleuchtungseinheiten, z.B. 10 für Flüssigkristallbildschirme oder Monitore.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Lichtleitkörpern, die eine Dicke von höchstens 1 mm aufweisen, mindestens 80 Gew.-% Polymethylmethacrylat und keine Streupartikel enthalten.

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Stand der Technik

Lichtleitkörper dienen insbesondere zur flächigen Beleuchtung verschiedener

20 elektronischer Gegenstände, wie zum Beispiel Flüssigkristallbildschirmen (LCD).

Üblich wird Licht über eine Kante eingestrahlt und normal zur Ausbreitungsrichtung ausgekoppelt. Derartige Lichtleitkörper sind Gegenstand von EP 800 036. Die

Auskopplung des Lichts erfolgt insbesondere durch Strukturierungen, die in der Oberfläche der Platte vorgesehen sind.

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Des Weiteren sind aus EP 656 548 Lichtleitkörper bekannt, die Polymerpartikel als Streukörper verwenden. Problematisch an diesen Lichtleitkörpern ist deren

Witterungsbeständigkeit. Insbesondere zersetzt eine intensive UV-Bestrahlung die Polymerpartikel, so dass UV-Bestrahlung zu einem Gelbstich führt. Dieser Gelbstich ist 30 wiederum sehr kritisch für die Verwendung als Lichtleitkörper, da ein ungleichmäßiger Farbeindruck entsteht.

Darüber hinaus sind aus EP 1 022 129 Lichtleitkörper bekannt, die eine partikelfreie lichtleitende Schicht aus Polymethylmethacrylat aufweisen, auf die eine diffus

35 ausgestattete Schicht aufgebracht ist. Die diffus ausgestattete Schicht, die eine Dicke im Bereich von 10 bis 1500 μηη aufweist, umfasst Bariumsulfat-Partikel. Gemäß diesem Prinzip wird das Licht über die PMMA-Schicht geleitet, wobei die Auskopplung durch die diffuse Schicht erfolgt. Allerdings kann die Lichtauskopplung kaum gesteuert werden, da nur das Licht normal zur Ausbreitungsrichtung gestreut wird, das die Grenzschicht zur diffus ausgestatteten Schicht durchdrungen hat. Es handelt sich hierbei dementsprechend nicht um eine Störung innerhalb der lichtleitenden Schicht, sondern um eine diffuse Rückreflexion. Darüber hinaus ist die Abnahme der

Leuchtintensität sehr groß, wie dies die Beispiele belegen. Weiterhin werden Lichtleitkorper in DE-A 10 222 250 beschrieben. Diese Lichtleitkorper zeigen gegenüber den zuvor dargelegten Platten eine verbesserte Leistungsfähigkeit. Allerdings beträgt die Dicke dieser, wie auch der zuvor beschriebenen Lichtleitkorper, mindestens 2 mm. Für eine zunehmende Miniaturisierung elektronischer Geräte, insbesondere auch aus ästhetischen Gründen, ist jedoch eine möglichst geringe Dicke des Lichtleitkörpers wünschenswert. Eine Verringerung der Plattendicke der zuvor dargelegten Lichtleitkorper führt zu einer sehr starken Abnahme der Leuchtdichte bezogen auf die Ausdehnungsrichtung des eingestrahlten Lichts. Hierdurch wird eine sehr inhomogene Beleuchtung erhalten, die vielfach unakzeptabel ist. In der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 102010062900.6 sind Lichtleitkörpern mit einer Dicke von 100 μηη bis 1 mm aus hoch reinen Formmassen auf Methacrylatbasis ohne Prozesshilfsmittel oder Schlagzähmodifier beschrieben. Durch die ausgeprägte Sprödigkeit der Lichtleitkorper werden an die kommerzielle Herstellung sowie die weitere Verarbeitung besondere Anforderungen gestellt.

Beispielsweise lassen sich die Lichtleitkorper nur sehr schwer auf die gewünschten Formate zuschneiden oder stanzen. Eine diesen Nachteilen entgegenwirkende

Schlagzähmodifizierung nach Stand der Technik würde jedoch die optischen

Eigenschaften des Lichtleitkörpers deutlich verschlechtern. Aufgabe

In Anbetracht des Standes der Technik war es nun Aufgabe der vorliegenden

Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung dünner Lichtleitkorper zur Verfügung zu stellen, mit dem eine sehr homogene Ausleuchtung relativ großer Flächen erzielt werden kann und die gleichzeitig, ohne zu reißen, verarbeitet werden können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, dass die Lichtleitkorper auch bei längerem Gebrauch oder nach Bewitterung besonders gute Gelbwerte aufweisen.

Weiterhin war die Bereitstellung von Beleuchtungseinheiten, enthaltend Lichtleitkorper, mit einer hohen Energieeffizienz, einer hohen Beleuchtungsstärke und einer hohen Zuverlässigkeit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Lichtkörpern, die auf einfache Weise in Größe und Form den Anforderungen angepasst werden können, bereitzustellen.

Lösung

Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne Weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Lichtleitkörpern auf Methacrylatbasis. Diese erfindungsgemäßen Lichtleitkörper weisen eine Dicke zwischen 100 μηη und 1 mm auf. Weiterhin ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Extrusionsverfahren mit anschließender Glättung handelt. Die dazu erfindungsgemäß verwendete Anlage besteht mindestens aus folgenden

Komponenten: einem Extruder, einer Flachfoliendüse, aufweisend eine Düsenlippe, und einem Glättwerk, insbesondere bestehend aus zwei Glättwalzen.

Insbesondere kann die erfindungsgemäß verwendete Anlage noch folgende optionale Komponenten aufweisen: eine Schmelzepumpe, eine Schmelzefiltration, ein statisches Mischelement und/oder einen Wickler. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Lichtleitkörper geringfügig schlagzähmodifiziert.

Es wurde insbesondere gefunden, dass nicht jeder Schlagzähmodifier in beliebigen Konzentrationen gleichermaßen für die Herstellung der erfindungsgemäßen

Lichtleitkörper eingesetzt werden kann. Geeignete Schlagzähmodifizierungsmittel, bzw. synonym Schlagzähmodifier, sind durch ihre Teilchengröße und einem zur Matrix angepassten Brechungsindex gekennzeichnet. Die erfindungsgemäß verwendeten Schlagzähmodifier zeichnen sich dadurch aus, dass ihr theoretischer Brechungsindex maximal 0,02, bevorzugt maximal 0,01 , besonders bevorzugt maximal 0,005 und ganz besonders bevorzugt maximal 0,003 vom theoretischen Brechungsindex des thermoplastischen Matrixmaterials des Lichtleitkörpers abweicht.

Der Brechungsindex von Polymeren ist eine im Prinzip messbare Größe. Im Falle von Partikeln, insbesondere von Partikeln, die mit Größen im Nanometerbereich oft als Schlagzähmodifier vorliegen, ist eine direkte Messung jedoch kaum möglich. In diesem Fall lässt sich der erfindungsgemäß zugrunde gelegte„theoretische Brechungsindex" anwenden. Im Rahmen dieser Erfindung werden die Brechungsindizes daher als berechnete Werte aus diesen theoretischen Brechungsindizes angegeben. Dabei wird folgende Formel verwendet: 20 / ^υ 20 20

n _D ^{(gesammt) =} {n _D ^(xl) * x) ⁺ (n _D ^(X2) * JC ₂ ) ^{+ + (xn)} * «)

mit

20

yi _D als Gesamtbrechungsindex bei 20 °C,

20

^ _ΰ ( _m ) als theoretischer Brechungsindex der Komponente n bei 20 °C und j£ als gewichtsprozentualer Anteil der Komponente an dem gesamten Schlagzähmodifier, wobei die Summe aller % _n den Wert 1 ergibt.

Im Falle von Copolymeren werden die verschiedenen Wiederholungseinheiten derart betrachtet, als lägen verschiedene Homopolymere der einzelnen Comonomere vor. Entsprechend wird der Anteil der Comonomere am Gesamtsystem mit dem

theoretischen Brechungsindex eines entsprechenden Homopolymers multipliziert. Im Falle von mehrphasigen Systemen, wie z.B. Blockcopolymeren oder Kern-Schale- Polymeren, werden die Systeme derart betrachtet, dass keine Unterscheidung zwischen den einzelnen Polymerphasen vorgenommen wird und das Polymer als einphasig vorliegen würde. Es werden in diesem Fall also sämtliche Bausteine sämtlicher Phasen gemeinsam betrachtet.

Die theoretischen Brechungsindizes können in J.Brandrup, E.H. Immergut, Polymer Handbook, 3 ^rd edition, Wiley, New York, 1989, Kapitel VI, S. 451 -461 nachgelesen werden. Die an dieser Stelle offenbarten Werte werden als die dieser Erfindung zugrunde liegenden betrachtet. Für den Fall, dass an dieser Stelle ein Bereich (wie zum Beispiel 1 ,590 bis 1 ,592 für Polystyrol) angegeben ist, wird der numerische Mittelwert dieses Bereichs als Wert angesetzt (im Falle von Polystyrol also 1 ,591 ).

Für ein Matrixmaterial aus reinem PMMA mit einem theoretischen Brechungsindex von 1 ,4983 würde der theoretische Brechungsindex des erfindungsgemäß verwendeten Schlagzähmodifiers somit zwischen 1 ,4783 und 1 ,5183, bevorzugt zwischen 1 ,4883 und 1 ,5083, besonders bevorzugt zwischen 1 ,4933 und 1 ,5033 und ganz besonders bevorzugt zwischen 1 ,4953 und 1 ,5013 liegen. Insbesondere zeichnet die sich in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Anlage dadurch aus, dass die Flachfoliendüse über eine Düsenlippe mit

Stellelementen zur Einstellung der Düsenlippenbreite verfügt, und die Stellelemente einen Abstand von 5 bis 20 mm, bevorzugt von 1 1 bis 15 mm zueinander aufweisen. Der Spalt der Düsenlippe kann über die gesamte Breite der Düsenlippe, mittels der Stellelemente feinjustiert werden. In diesem Zusammenhang spricht man auch von einer so genannten Flexlippe oder Flexdüsenlippe. Der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Düsenkörper weist eine

Außengeometrie auf, die der Form der Glättwalzen angepasst ist (Fig.1 ). Dabei kann es sich um ein dreieckiges oder trapezförmiges Zusammenlaufen des Düsenkörpers zur Düsenlippe hin handeln. Zusätzlich können die Flanken des Düsenkörpers auch derart abgerundet sein, dass sie die Form der Glättwalzen komplementär annehmen. Dies kann, wie exemplarisch in Fig.2 dargestellt, auch asymmetrisch nur gegenüber einer der beiden ersten Glättwalzen erfolgen.

Durch diese Formen des Düsenkörpers ist es möglich, den Abstand von der

Schmelzeaustrittskante zum Glättspalt kleiner 100 mm, bevorzugt kleiner 80 mm und in besonderen Ausführungsformen kleiner 60 mm einzustellen. Überraschend wurde gefunden, dass durch besonders kleine Abstände zwischen Schmelzeaustrittskante und Glättspalt eine besonders gute Folienqualität, insbesondere in Bezug auf die Oberflächenqualität, erreicht werden kann.

Der Abstand von der Schmelzeaustrittskante zum Glättspalt ist im Rahmen dieser Erfindung definiert als der Abstand (6 in Fig.2) zwischen der Schmelzaustrittskante und dem Punkt in der Mitte zwischen den Glättwalzen, der die kleinste Distanz (7 in Fig.2) zu den beiden Glättwalzen aufweist.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, bei dem die

Flachfoliendüse gegenüber dem Glättwerk mittels Laser ausgerichtet wird. Damit wird dafür Sorge getragen, dass die parallele Abweichung der Düse zu den Glättwalzen, gemessen an den beiden Enden einer Düsenaußenseite eine maximale Abweichung von 3 mm, bevorzugt von 1 mm aufweist. Die Düsenaußenseiten sind dabei die beiden Flanken der Flachfoliendüse, die jeweils parallel zu den beiden Glättwalzen verlaufen. Insbesondere zeichnen sich die erfindungsgemäß hergestellten Lichtleitkorper dadurch aus, dass die Dickenabweichung in dem Lichtleitkorper maximal 4%, bevorzugt maximal 3% beträgt. Die Dickenabweichung wird ausgehend von der dünnsten Stelle des Lichtleitkörpers bestimmt. Eine Abweichung von 3% bedeutet somit, dass die Dicke der dicksten Stelle des Lichtleitkörpers maximal 3% größer sein darf, als die Dicke der dünnsten Stelle.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es auf nicht vorhersehbare Weise einen dünnen Lichtleitkorper bereitzustellen, mit dem eine sehr homogene

Ausleuchtung relativ großer Flächen erzielt werden kann.

Weiterhin zeigen die Lichtleitkorper hergestellt nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine besonders hohe Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse, insbesondere gegen UV-Bestrahlung. Weiterhin zeigen die Lichtleitkorper über die gesamte Fläche eine gleichmäßige

Farbqualität der Lichtauskopplung. Damit ergibt sich ein besonders farbechtes Licht. Insbesondere entsteht auch mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle kein Gelbeindruck. Darüber hinaus kann die Helligkeit der Lichtleitkorper an

unterschiedliche Bedürfnisse angepasst werden.

Überraschend gelingt es durch einen erfindungsgemäß hergestellten Lichtleitkorper, eine Beleuchtungseinheit mit einer hohen Energieeffizienz, einer hohen

Beleuchtungsstärke und einer hohen Zuverlässigkeit bereitzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Lichtleitkörpern ist darüber hinaus besonders einfach und kostengünstig durchzuführen.

Weiterhin haben die erfindungsgemäß hergestellten Lichtleitkorper den Vorteil, dass sie sich leicht auf gewünschte Formate zuschneiden oder stanzen lassen. Auch bei der Extrusion der Lichtleitkorper ist die Sprödigkeit so gering, dass das Risiko eines Bahnabrisses minimiert ist und die Folie bei hohen Extrusionsgeschwindigkeit herzustellen ist. Der Lichtleitkorper lässt sich somit mit vorhandenen Extrusionsanlagen und nach bekannten Methoden verarbeiten. Detaillierte Ausgestaltung der erfindungsgemäß verwendeten Anlage

Das Extrudieren von Polymeren zu Folien ist weithin bekannt und beispielsweise in Kunststoffextrusionstechnik II, Hanser Verlag, 1986, S. 125 ff. beschrieben. Hier sind auch weitere Ausführungsformen der einzelnen Anlagenkomponenten ausgeführt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine heiße Schmelze aus der Düse des Extruders auf einen Spalt zwischen zwei Glättwalzen extrudiert. Die optimale

Temperatur der Schmelze ist beispielsweise von der Zusammensetzung der Mischung abhängig und kann daher in weiten Bereichen schwanken. Bevorzugte Temperaturen der PMMA-Formmasse bis zum Düseneintritt liegen im Bereich von 150 bis 300 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 180 bis 270 °C und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 200 bis 260 °C. Die Temperatur der Glättwalzen ist vorzugsweise kleiner oder gleich 150 °C, bevorzugt zwischen 60 °C und 140 °C.

In einer Ausführungsform wird die Temperatur der Düse vorzugsweise höher als die Temperatur der Mischung vor dem Düseneintritt gewählt. Bevorzugt wird die

Düsentemperatur um 10 °C, besonders bevorzugt um 20 °C und ganz besonders bevorzugt um 30 °C höher eingestellt als die Temperatur der Mischung vor dem Düseneintritt. Dementsprechend liegen bevorzugte Temperaturen der Düse im Bereich von 160 °C bis 330 °C, besonders bevorzugt 190 °C bis 300 °C.

Das erfindungsgemäß verwendete Glättwerk besteht aus zwei oder drei Glättwalzen. Glättwalzen sind in der Fachwelt weithin bekannt, wobei zum Erhalt eines hohen Glanzes polierte Walzen verwendet werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren können aber auch andere Walzen als Glättwalze verwendet werden. Durch den Spalt zwischen den beiden ersten Glättwalzen wird ein Film gebildet, der durch die gleichzeitige Abkühlung zu einer Folie wird. In Fig.1 ist eine Ausführungsform mit drei Glättwalzen schematisch abgebildet.

Es wurde überraschend gefunden, dass eine besonders gute Oberflächenqualität der Lichtleitkörper dadurch gewährleistet werden kann, dass Düse und Walze

Chromoberflächen aufweisen, und ganz besonders dadurch, dass diese

Chromoberflächen eine Rauhigkeit Ra (gemäß DIN 4768) kleiner 0,10 μηη, bevorzugt kleiner 0,08 μηη aufweisen. Der Druck mit dem die geschmolzene Mischung in die Düse gepresst wird, kann beispielsweise über die Geschwindigkeit der Schnecke gesteuert werden. Der Druck liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 40 bis 150 bar, ohne dass das

erfindungsgemäße Verfahren hierdurch beschränkt wird. Die Geschwindigkeit, mit der die Folien erfindungsgemäß erhalten werden können, ist dementsprechend im

Allgemeinen größer als 5 m/min, insbesondere größer als 10 m/min.

Zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Schmelzeförderung kann zusätzlich eine Schmelzepumpe vor der Flächenfoliendüse eingebaut sein.

Damit die entstehende Folie weitgehend frei von Verunreinigungen ist, wird vor dem Eintritt der Schmelze in die Düse optional ein Filter angeordnet. Die Maschenweite des Filters richtet sich im Allgemeinen nach den eingesetzten Ausgangsstoffen und kann dementsprechend in weiten Bereichen variieren. Im Allgemeinen liegen sie im Bereich von 300 μηη bis 20 μηη. Es können auch Filter mit mehreren Sieben unterschiedlicher Maschenweite vor dem Düseneintritt angeordnet werden. Diese Filter sind kommerziell erhältlich. Um Folien mit hoher Güte zu erhalten, ist es des Weiteren vorteilhaft besonders reine Rohstoffe einzusetzen. Optional kann darüber hinaus vor der Flachfoliendüse ein statisches Mischelement eingebaut sein. Über dieses können Komponenten wie Pigmente, Stabilisatoren oder Additive in die Polymerschmelze gemischt werden oder es können bis zu 5 Gew% eines zweiten Polymers, zum Beispiel in Form einer Schmelze aus einem zweiten Extruder zu dem PMMA gemischt werden.

Erfindungsgemäß verwendete Matrixmaterialien

Bei den zur Herstellung der erfindungsgemäß hergestellten Lichtleitkörper auf

Methacrylatbasis verwendeten Formmassen handelt es sich um Formmassen, deren thermoplastischer Hauptbestandteil zu mindestens 80 Gew%, vorzugsweise mindestens 90 Gew% und besonders bevorzugt mindestens 95 Gew% aus

Polymethylmethacrylat (im Weiteren kurz PMMA) bestehen. Diese Polymere werden im Allgemeinen durch radikalische Polymerisation von Mischungen erhalten, die Methylmethacrylat enthalten. Im Allgemeinen enthalten diese Mischungen mindestens 80 Gew%, vorzugsweise mindestens 90 Gew% und besonders bevorzugt mindestens 95 Gew%, bezogen auf das Gewicht der Monomere, Methylmethacrylat. Eine besonders hohe Qualität zeigen insbesondere Lichtleitkörper, die im Wesentlichen aus Polymethylmethacrylat bestehen. Daneben können diese Mischungen weitere (Meth)acrylate enthalten, die mit

Methylmethacrylat copolymerisierbar sind. Der Ausdruck (Meth)acrylate umfasst Methacrylate und Acrylate sowie Mischungen aus beiden.

Neben den zuvor dargelegten (Meth)acrylaten können die zu polymerisierenden Zusammensetzungen auch weitere ungesättigte Monomere aufweisen, die mit

Methylmethacrylat und den zuvor genannten (Meth)acrylaten copolymerisierbar sind. Hierzu gehören unter anderem 1 -Alkene, Acrylnitril, Vinylacetat, Styrol, substituierte Styrole, Vinylether oder Divinylbenzol. Alle dargelegten Monomere werden bevorzugt in einer hohen Reinheit eingesetzt.

Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts M _w der erfindungsgemäß zu verwendenden Homo- und/oder Copolymere kann in weiten Bereichen schwanken, wobei das

Molekulargewicht üblicherweise auf den Anwendungszweck und die

Verarbeitungsweise der Formmasse abgestimmt wird. Im Allgemeinen liegt es aber im Bereich zwischen 20 000 und 1 000 000 g/mol, vorzugsweise 50 000 bis 500 000 g/mol und besonders bevorzugt 80 000 bis 300 000 g/mol, ohne dass hierdurch eine

Einschränkung erfolgen soll. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts wird mittel Gelpermeationschromatographie (GPC) gegen Polystyrolstandarts bestimmt.

Zur Herstellung des Lichtleitkörpers können verschiedene Poly(meth)acrylate als Matrixmaterial eingesetzt werden, die sich beispielsweise im Molekulargewicht oder in der Monomerzusammensetzung unterscheiden. Derartig besonders bevorzugte Formmassen sind unter dem Handelsnamen PLEXIGLAS ^® von der Fa. Evonik

Industries GmbH kommerziell erhältlich. Unter Matrixmaterial wird im Zusammenhang dieser Erfindung das Material des Lichtleitkörpers ohne die Schlagzähmodifier verstanden. Die Formmassen können übliche Zusatzstoffe enthalten. Hierzu gehören unter anderem Antistatika, Antioxidantien, Lichtstabilisatoren und organische

Phosphorverbindungen, Verwitterungsschutzmittel und Weichmacher. Die Menge an Zusatzstoffen ist jedoch auf den Anwendungszweck beschränkt. Vorzugsweise umfassen die erfindungsgemäßen Lichtleitkörper höchstens 5 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 2 Gew.-% Additive, wobei Lichtleitkörper, die im Wesentlichen keine Additive umfassen überraschend eine außergewöhnliche Leistungsfähigkeit zeigen.

In einer besonderen Ausführungsform liegt der Lichtleitkörper als mehrschichtiges, bevorzugt als zweischichtiges Laminat vor. Eine Schicht stellt dabei der bereits ausgeführte PMMA-Lichtleitkörper mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung dar. In der besonderen Ausführungsform handelt es sich bei dem Lichtleitkörper um ein Coextrudat mit mindestens einer PMMA-Schicht und mindestens einer PVDF-Schicht. Die zuvor ausgeführten Mengenangaben zur Zusammensetzung beziehen sich dabei ausschließlich auf die PMMA-Schicht. Der Schlagzähmodifier ist dabei in der PMMA- Schicht enthalten. Der Lichtleitkörper

Neben dem ausgeführten Verfahren sind gleichfalls die Lichtleitkörper, herstellbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, und daraus produzierte Beleuchtungseinheiten Bestandteil dieser Erfindung. Eine solche erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit umfasst mindestens eine Lichtquelle und mindestens einen Lichtleitkörper. Das

Matrixmaterial des Lichtleitkörpers besteht zu mindestens 80 Gew%, vorzugsweise mindestens 90 Gew% und besonders bevorzugt mindestens 95 Gew% aus PMMA und enthält zusätzlich wie oben beschrieben Schlagzähmodifizierungsmittel. Darüber hinaus weist der Lichtleitkörper eine Dicke zwischen 100 μηη und 1 mm, bevorzugt zwischen 125 μηη und 750 μηη, besonders bevorzugt im Bereich von 150 μηη bis 600 μηι. auf.

Die Dicke bezieht sich hierbei auf den Mittelwert der kleinsten Ausdehnung des Lichtleitkörpers senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung gemessen. Die Dicke kann mittels eines Bügelmikrometers oder ähnlichen bekannten Vorrichtungen bestimmt werden.

Bevorzugt zeichnen sich die Beleuchtungseinheiten dadurch aus, dass die

Dickenabweichung in dem Lichtleitkörper maximal 3% beträgt und der Gelbwert des Lichtleitkörpers (Berechnung gemäß DIN 6167 für Normlichtart D65/10 ⁰ , bei der Messung des totalen spektralen Transmissionsgrades gemäß ISO 13468-2 verläuft der Strahl senkrecht zur Ebene des Lichtleitkörpers); Messung gemäß DIN 5033) gemessen bei D[D65/io°] kleiner 1 bevorzugt kleiner 0,75, besonders bevorzugt kleiner 0,5 und ganz besonders bevorzugt kleiner 0,3 ist. Bei der Lichtquelle handelt es sich bevorzugt um eine oder mehrere Leuchtdioden (LED). Diese sind besonders bevorzugt am Rand des Lichtleitkörpers positioniert. Insbesondere weisen die Lichtleitkörper der vorliegenden Erfindung mindestens eine Lichteinleitungsfläche und mindestens eine Lichtaustrittsfläche auf, wobei die

Lichteinleitungsflächen bevorzugt eine oder mehrere äußere Kanten des

Lichtleitkörpers sind. In einer alternativen Ausführungsform kann das Licht auch über ein Prisma großflächig eingekoppelt werden. Die Einkopplung kann über ein so genanntes Encapsulant erfolgen. Dazu wird an den Kanten ein transparentes, bevorzugt vernetztes, weiches Polymer, wie zum Beispiel ein Silikon oder EVA zwischen LED und Lichtleitkörper angebracht. Die Strahlung tritt aus der LED aus, in das Encapsulant ein, dort aus und in die Lichtleitfolie ein. Ein solches Encapsulant stellt eine Alternative zu einem Prisma zur Bündelung des Lichts aus der unter Umständen breiteren LED in die schmalere Kante des Lichtleitkörpers dar.

Zur Beleuchtung der Lichteinleitungsfläche können alle bekannten Lichtquellen verwendet werden. Besondere Vorteile können insbesondere durch eine oder mehrere Leuchtdioden erzielt werden. Diese können z. B. in einem Rahmen an einer Kante, bzw. einer Kantenfläche oder Stirnfläche, seitlich der indirekt auszuleuchtenden Fläche, des Lichtleitkörpers angeordnet sein. Je nach Anordnung der Lichtquellen kann hierbei das Licht über alle vier

Kantenflächen eingestrahlt werden. Dies kann insbesondere bei sehr großen

Lichtleitkorpern notwendig sein. Bei kleineren Lichtleitkorpern genügen im Allgemeinen ein oder zwei Lichtquellen. Die Lichteinleitungsfläche ist in der Lage Licht in den Körper aufzunehmen, so dass die lichtleitende Schicht das eingeleitete Licht über die gesamte Lichtaustrittsfläche verteilen kann. Der Begriff Lichtaustrittsfläche kennzeichnet hierbei eine Fläche des Lichtleitkörpers, die geeignet ist Licht abzustrahlen. Die Auskoppelung von Licht wird vorzugsweise durch Strukturierungen in der Oberfläche des Lichtleitkörpers erzielt. Dementsprechend umfasst die parallel zur Lichtaustrittsfläche ausgebildete Oberfläche bevorzugter Lichtleitkörper einen Bereich mit Strukturen und einen Bereich ohne Strukturen, über den nach Möglichkeit kein Licht abgegeben wird. Bevorzugte

Lichtleitkörper können daher über sehr gut definierte Bereiche der Oberfläche gezielt Licht abgeben, welches über die Lichteinleitungsfläche eingekoppelt wurde.

Dementsprechend kann die Oberfläche, die senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung ausgebildet ist, neben einer Lichtaustrittsfläche auch eine Fläche aufweisen, über die nur ein geringer Anteil des eingestrahlten Lichts ausgekoppelt wird. Ein geringer Anteil bedeutet, dass die Leuchtdichte in diesem Bereich der Oberfläche höchstens 20%, besonders bevorzugt höchstens 10 % der auf der Lichtaustrittsfläche maximal gemessenen Leuchtdichte beträgt. Flächen mit einer geringen Leuchtdichte zählen hierbei nicht zur Lichtaustrittsfläche.

Hierbei beträgt das Verhältnis von Lichtaustrittsfläche zu Lichteinleitungsfläche im Allgemeinen mindestens 1 , insbesondere mindestens 4, vorzugsweise mindestens 20 und besonders bevorzugt mindestens 80. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steht Lichtaustrittsfläche senkrecht zur

Lichteinleitungsfläche.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Lichtleitkörper eine tafelförmige Gestalt annehmen, wobei die drei Ausdehnungen des Körpers eine unterschiedliche Größe aufweisen.

Die kleinste Ausdehnung ist hierbei die Dicke der Tafel. Die größte Ausdehnung sei als Länge definiert, so dass die dritte Dimension die Breite darstellt. Hieraus ergibt sich, dass die Lichtaustrittsfläche dieser Ausführungsform durch Oberfläche definiert wird, die dem Produkt aus Länge mal Breite entspricht. Die Kantenflächen der Tafel, jeweils definiert als Oberfläche, die durch das Produkt aus Länge mal Dicke oder Breite mal Dicke gebildet wird, können im allgemeinen als Lichteintrittsfläche dienen.

Vorzugsweise werden die als Lichteintrittsfläche dienenden Kantenflächen poliert.

Die Auskopplung des Lichts von der Dichte der Strukturierung der Lichtaustrittsfläche bzw. deren Rauhigkeit abhängig. Je dichter diese Strukturierung ist, desto höher die Auskopplungswahrscheinlichkeit von Licht aus dem Lichtleiter. Bevorzugt weist ein derartiger Lichtleitkörper eine Länge im Bereich von 20 mm bis 3000 mm, vorzugsweise von 30 bis 2000 mm und besonders bevorzugt von 50 bis 1500 mm auf. Die Breite dieser besonderen Ausführungsform liegt im Allgemeinen im Bereich von 10 bis 3000 mm, vorzugsweise von 20 bis 2000 mm und besonders bevorzugt von 50 bis 1000 mm.

Insbesondere zeichnet sich die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit dadurch aus, dass ein Teil der Oberfläche des Lichtleitkörpers Strukturierungen aufweist und ein Kontrast zwischen der strukturierten Oberfläche des Lichtleitkörpers und der nichtstrukturierten Oberfläche des Lichtleitkörpers vorliegt.

Die Strukturierungen können nach der Herstellung der Folien, beispielsweise durch Druck oder andere mechanische Einwirkungen erhalten werden. Des Weiteren kann die Strukturierung bei der Herstellung der Folien erzielt werden, indem Walzen verwendet werden, die ein Negativ der Strukturierung aufweisen.

In Bezug auf diese Erfindung ist die Form der Strukturierung unkritisch. Wesentlich ist, dass die Lichtaustrittsfläche Störstellen umfasst, die in der Lage sind Licht

auszukoppeln. So können beispielsweise Punkte oder Einkerbungen aufgebracht werden. Darüber hinaus kann die Lichtaustrittsfläche auch aufgeraut werden. Üblich weisen die Strukturierungen eine Tiefe im Bereich von 0,5 μηη bis 100 μηη,

insbesondere 2 μηη bis 20 μηη auf.

Wie bereits dargelegt, kann die normal zur Lichtausbreitungsrichtung ausgebildete Oberfläche auch Bereiche ohne Strukturen umfassen. Bereiche der Oberfläche über die eine geringe, bevorzugt keine Lichtauskopplung erfolgen soll, weisen vorzugsweise eine Rauheit Ra kleiner 0,10 μηη, bevorzugt kleiner 0,08 μηη auf.

Die Dichte der Strukturierung kann über die gesamte Oberfläche konstant gewählt werden. Durch die vorliegende Erfindung wird trotzdem eine recht gleichmäßige Leuchtdichte erzielt. Des Weiteren ist es möglich, die Dichte der Strukturierung mit dem Abstand zur Lichtquelle zu erhöhen, um eine gleichmäßigere Leuchtdichte zu erhalten. Im Vergleich zu herkömmlichen Lichtleitern kann die Dichteveränderung jedoch wesentlich geringer gewählt werden, da die erfindungsgemäßen Lichtleiter an sich eine gleichmäßigere Leuchtdichtenverteilung aufweisen.

Die erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheiten finden besonders Verwendung als Back Light Unit (BLU), Edge Lit Back Light Unit oder Light Guide Panel (LGP). Der Schlagzähmodifier

Die erfindungsgemäß verwendeten Schlagzähmodifier können auf sehr

unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen beruhen. Neben der chemischen Zusammensetzung sind auch sehr unterschiedliche Polymerarchitekturen einsetzbar. Die Schlagzähmodifier können vernetzt oder thermoplastisch sein. Weiterhin können die Schlagzähmodifier in Partikelform, insbesondere auch als Kern-Schale- bzw. als Kern-Schale-Schale-Partikel vorliegen. Entscheidend für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Lichtleitkörper sind vor allem die optischen Eigenschaften in Bezug auf den theoretischen Brechungsindex sowie die

Konzentration im Matrixmaterial. Zu beiden Merkmalen wurden die erfindungsgemäßen Grenzbereiche bereits weiter oben erläutert.

Zusätzlich hat es sich als sehr vorteilhaft, insbesondere in Bezug auf ein einheitliches Farbbild bei der Lichtauskopplung, erwiesen, wenn partikelförmige Schlagzähmodifier einen Partikeldurchmesser zwischen 20 und 400 nm, bevorzugt zwischen 50 und 300 nm, besonders bevorzugt zwischen 100 und 285 nm und ganz besonders bevorzugt zwischen 150 und 270 nm aufweisen. Bei größeren Partikeln kann es begründet durch Lichtstreuungseffekte zu einem in Bezug auf die farbkonstante Lichtauskopplung ungünstigerem Ergebnis kommen. Der beschriebene Effekt kann auch bei kleineren Partikeln als 20 nm erwartet werden, wenn diese einen Brechungsindexunterschied zur Matrix aufweisen und in hoher Anzahl vorliege. Blaues Licht streut stärker als Licht gelber Wellenlänge. Mit partikelförmig sind in diesem Zusammenhang vernetzte Schlagzähmodifier, die in der Regel eine Kern-Schale- bzw. Kern-Schale-Schale-Struktur aufweisen gemeint. Thermoplastische Schlagzähmodifier dagegen haben einen abweichenden

Wirkmechanismus und sind in der Regel mit dem Matrixmaterial vermischt. Für den Fall, dass dabei Domänen ausgebildet werden, wie es zum Beispiel bei der

Verwendung von Blockcopolymeren auftritt, gelten für diese Domänen, deren Größe sich beispielsweise elektromikroskopisch bestimmen lässt, entsprechende bevorzugte Größen wie für die Kern-Schale-Partikel.

Ausgehend von einem reinen PMMA-Matrixmaterial oder einem Matrixmaterial, das einem reinen PMMA zumindest in Bezug auf den Brechungsindex sehr ähnlich ist, gibt es verschiedene Beispiele für thermoplastische Schlagzähmodifier. Ein solches Beispiel sind aliphatische TPU (thermoplastische Polyurethane) wie sind von der Firma Bayer beispielsweise unter dem Namen Desmopan ^® vertrieben werden. So sind insbesondere die TPU Desmopan ^® WDP 85784A, WDP 85092A, WDP 89085A und WDP 89051 D, die sämtlich Brechungsindizes zwischen 1 ,490 und 1 ,500 aufweisen, als Schlagzähmodifier für die erfindungsgemäßen Lichtleitkörper geeignet. Ein weiteres Beispiel für thermoplastische Polymere zur erfindungsgemäßen

Verwendung als Schlagzähmodifier sind Methacrylat-Acrylat-Blockcopolymere, insbesondere Acrylic TPE, bei denen es sich um PMMA-Poly-n-butylacrylat-PMMA Triblockcopolymere handelt, und die unter dem Produktnamen Kurarity ^® von der Firma Kuraray vertrieben werden. Die Poly-n-butylacrylatblöcke bilden dabei Nanodomänen in der Polymermatrix mit einer Größe zwischen 10 und 20 nm.

Die geeigneten vernetzten Kern-Schale- bzw. Kern-Schale-Schale-Schlagzähmodifier auf Poly(meth)acrylatbasis für Polymethacrylatmatrixmaterialien sind hinlänglich bekannt. Es finden sich passende Beschreibungen zur Synthese zum, Beispiel in EP 1 332 166 und der EP 0 528 196. Dabei ist es dem Fachmann einfach mittels der oben beschriebenen Berechnungsmethode des theoretischen Brechungsindex, einen geeigneten Schlagzähmodifier auszuwählen bzw. zu gestalten. Bevorzugt enthalten die Lichtleitkörper zwischen 0,3 und 45 Gew%, bevorzugt zwischen 2,5 und 25 Gew%, besonders bevorzugt zwischen 5 und 20 Gew% und ganz besonders bevorzugt zwischen 7,5 und 15 Gew% Schlagzähmodifizierungsmittel, wenn es sich bei diesen um vernetzte Partikel, insbesondere um Kern-Schale- bzw. Kern-Schale-Schale.

Für den Fall, dass als Schlagzähmodifier thermoplastische Materialien, wie zum Beispiel die aufgeführten aliphatischen TPU oder Acrylic TPE, verwendet werden, liegen diese in einer Konzentration zwischen 3 und 40 Gew%, bevorzugt zwischen 6 und 25 Gew% und besonders bevorzugt zwischen 9 und 15 Gew% im Matrixmaterial vor.

Beispiele

Mittels Folienextrusion werden Lichtleitkörper mit folgenden Zusammensetzungen hergestellt: Beispiel 1 : 7,5 Gew% Metablen ^® IR441 werden mit 92,5 Gew% PLEXIGLAS ^® 7H extrudiert. PLEXIGLAS® 7H hat ein Brechungsindex von 1 ,491.

Metablen ^® IR441 hat als Schlagzähmodifier einen theoretischen Brechungsindex von 1 ,49 und Partikelgrößen zwischen 180 und 220 nm. Die Differenz zwischen nD20(Metablen® IR441 ) und nD20(PLEXIGLAS® 7H) beträgt 0,0014. Ein extrudierter Lichtleitkörper mit einer Dicke von 500 μηη hat ein sehr gutes optisches

Erscheinungsbild in Bezug auf eine gleichmäßige Lichtauskopplung und eine gleichmäßige Farbverteilung über die gesamte Auskopplungsfläche.

Beispiel 2: 15 Gew% Metablen ^® IR441 werden mit 85 Gew% PLEXIGLAS ^® 7H coextrudiert. Ein extrudierter Lichtleitkörper mit einer Dicke von 500 μηη hat ein sehr gutes optisches Erscheinungsbild in Bezug auf eine gleichmäßige Lichtauskopplung und eine gleichmäßige Farbverteilung über die gesamte Auskopplungsfläche. Zudem lässt sich diese Folie leichter verarbeiten. Vergleichsbeispiel 1 : 9,2 Gew% eines Schlagzähmodifiers bestehend aus 98 Gew% n- Butylacrylat und 2 Gew% Allylmethacrylat und einer Partikelgröße von ca. 60 nm werden mit 90,8 Gew% PLEXIGLAS ^® 7H coextrudiert. Ein coextrudierte Lichtleitkörper mit einer Dicke von 500 μηη hat ein schlechtes optisches Erscheinungsbild in Bezug auf eine starke Lichtstreuung und eine sehr starke Gelbfärbung.

Beschriftungen in den Zeichnungen Fig.1 : Ausführungsform mit Dreiwalzenglättwerk und einseitig angepasster Düsenlippe

Fig.2: Verdeutlichung der Abstände Düsenlippe zu Glättwerk

(1 ) statisches Mischwerk

(2) Flachfoliendüse

(3) Düsenlippe (Flexlippe)

(4) einseitig angepasste Außengeometrie des Düsenkörpers

(5) Glättwerk aus drei (Fig.1 ) bzw. zwei (Fig.2) Glättwalzen

(6) Abstand zwischen der Schmelzaustrittskante und dem Punkt in der Mitte zwischen den Glättwalzen

(7) Die kleinste Distanz zwischen den beiden Glättwalzen