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WO1997019372A1 - Lichtleitplatten - Google Patents

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WO1997019372A1
WO1997019372A1 PCT/DE1996/002034 DE9602034W WO9719372A1 WO 1997019372 A1 WO1997019372 A1 WO 1997019372A1 DE 9602034 W DE9602034 W DE 9602034W WO 9719372 A1 WO9719372 A1 WO 9719372A1
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WO
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plastic
light guide
guide plates
plates according
light
Prior art date
Application number
PCT/DE1996/002034
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Benz
Michael Meier-Kaiser
Michael Müller
Original Assignee
Röhm Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Röhm Gmbh filed Critical Röhm Gmbh
Priority to DE19680995T priority Critical patent/DE19680995D2/de
Priority to AU76200/96A priority patent/AU7620096A/en
Publication of WO1997019372A1 publication Critical patent/WO1997019372A1/de

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E06DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06BFIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E06DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06BFIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • E06B2009/2417Light path control; means to control reflection

Definitions

  • the invention relates to light guide plates made of transparent plastic which serve to better illuminate rooms by means of daylight
  • FIG. 1 represents a typical interior. The following reference numerals apply to FIG.
  • FIG. 2 shows the room depicted in FIG. 1 now equipped with the light-guiding element according to the invention in part of the window area.
  • the reference symbol LLP stands for the light-guide plate. The remaining reference symbols correspond to those in FIG. 1
  • thin bands made of a plastic B with the refractive index ne, are preferably extruded, with the proviso that ⁇ A is more wet, or that plastic B and plastic A have separated from one another by a separating gap.
  • the light-guiding effect can be achieved by means of both features, which are different per se.
  • the separating surface of the materials or the material transition is accordingly either noticeable only as a result of the difference in the refractive indices or is - when formed the separation gap - very clearly recognizable as a reflecting surface
  • the strips made of plastic B can be arranged both perpendicular to the plate surface and at an angle ⁇ ⁇ 90 ° to the plate surface
  • the incident light beam passes through the boundary surface. Since the preferred production mode of the light guide plates LLP is the coextrusion of the plate together with the thin strips inserted, there are primarily coextrusion-capable, transparent thermoplastics, whereby the above-mentioned condition >A> ne must be observed.
  • the difference ⁇ n is preferably at least 0.05. The greater the refractive index difference, the greater is the critical angle ⁇ G and thus the effectiveness of the system. A sufficient effectiveness of the system even at small critical angles ⁇ G can be achieved by tilting the plastic bands ( ⁇ ⁇ 90 °). By tilting the bands, the angle of incidence is reduced to the boundary surface ⁇ E (case II in Fig. 4)
  • Plastics A of this type Polymers such as polymethyl methacrylate (PMMA and copolymers) or polycarbonate (PC) can be used as plastics A of this type, while plastics B - provided that plastic A consists of polycarbonate - can also be fluorinated polymers as PMMA
  • the refractive index of plastic A can preferably be higher, but also the same or lower than that of plastic B total reflection caused by the separation point is strong enough to produce an impressive light-guiding effect.
  • the width of the separation gap must be greater than 1 ⁇ m
  • the thickness of the light guide plates LLP is generally in the range from 2 to 20 mm.
  • the inserted, preferably extruded, strips from the plastic B generally have a thickness of 0.05-0.5 mm and a width of 50 to 95% based on the Thickness of the plate consisting of A
  • the strips of plastic B are regularly arranged in the plastic plates A at mutual distances of 2 to 40 mm
  • the other dimensions of the light guide plates LLP are expediently adapted to the glazing units, in particular the window or door formats. A limitation of the dimensions due to the extrusion technology used is generally not to be expected
  • the light guide plates according to the invention can be successfully used to better illuminate rooms, including workshops, halls, basements, vaults, shafts, and possibly also vehicles such as ships. Their use can not only contribute to energy savings but also to better ergonomic design of work spaces

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Lichtleitplatten aus transparenten Kunststoffen. Dabei werden in die aus einem transparenten Kunststoff A bestehenden Platten mehrere dünne Bänder aus einem Kunststoff B eingefügt, mit der Maßgabe, daß sich A und B im Brechungsindex oder im thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden.

Description

LICHTLEITPLATTEN
BESCHREIBUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Lichtleitplatten aus transparentem Kunststoff die zur besseren Ausleuchtung von Räumen mittels Tageslicht dienen
Aufgabe und Losung
Zu den ganz im Vordergrund stehenden Aufgaben der Technik gehört die Energieeinsparung bzw die Schonung der vorhandenen Ressourcen Die diesbezüglichen Untersuchungen haben sich neben der Einsparung fossiler Energieträger auch der Verminderung des Verbrauchs an elektrischer Energie zugewandt
Ein Problem bei der Ausleuchtung von relativ tiefen Räumen mit Tageslicht besteht dann, daß besonders bei steil stehender Sonne der hintere, fensterabgewandte Bereich der Räume nicht adäquat ausgeleuchtet ist [vgl Fig 1 ] Dieser Umstand fuhrt dazu, daß Teile des Raums auch tagsüber schon mit Kunstlicht ausgeleuchtet werden müssen, was sowohl energetisch als auch ergonomisch von Nachteil ist Fig 1 stellt einen typischen Innenraum dar Für Fig 1 gelten die folgenden Bezugszeichen
S = Einfallendes Sonnenlicht H = Zone relativer Helligkeit
F = Fenster D = Zone relativer Dunkelheit
T = Tur
Die vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gesetzt, hier Abhilfe zu schaffen Zur Losung des Problems werden sogenannte Lichtleitelemente eingesetzt Diese Lichtleitelemente sammeln - über einen Teil der Fensterflache - das Tageslicht und lenken es in die Tiefe des Raums oder gegen die Decke (Fig 2) Die Lichtleitelemente bewirken somit eine Umlenkung des von außen steil einfallenden Tageslichts Fig 2 stellt den in Fig 1 abgebildeten Raum nunmehr ausgestattet mit dem erfindungsgemaßen Lichtleitelement in einem Teil der Fensterflache dar Das Bezugszeichen LLP steht für die Lichtleitplatte Die übrigen Bezugs¬ zeichen entsprechen denen in Fig 1
Um die gewünschte Umlenkung zu erzielen, wird eine Lichtleitplatte LLP mit folgendem Aufbau vorgeschlagen (Fig 3)
In eine - in der Regel ebene - Platte aus transparentem Kunststoff A mit dem Brechungsindex ΠA werden dünne Bander, aus einem Kunststoff B mit dem Brechungsindex ne eingefugt, vorzugsweise einextrudiert, mit der Maßgabe, daß ΠA großer nß ist, oder daß Kunststoff B und Kunststoff A sich durch einen Trennspalt voneinander abgelost haben Durch beide, an sich unter¬ schiedliche Merkmale, kann der Lichtleiteffekt erzielt werden Die Trenn¬ flache der Materialien bzw der Mateπalubergang ist dabei dement¬ sprechend entweder nur infolge des Unterschieds der Brechungsindices bemerkbar oder ist - bei Bildung des Trennspalts - als spiegelnde Flache sehr deutlich erkennbar
Die aus Kunststoff B bestehenden Bander können sowohl senkrecht zur Plattenoberflache als auch in einem Winkel γ < 90° zur Plattenoberflache angeordnet sein
Tritt ein Lichtstrahl auf eine Lichtleitplatte LPP der beschriebenen Art, so gelten an der Grenzflache zwischen den Kunststoffen A und B die Gesetze der Totalreflexion Der Grenzwinkel der Totalreflexion CXG hangt nur von den Brechungsindices der beiden Kunststoffe ab
Figure imgf000004_0001
Für den Fall, daß sich der Kunststoff B vom Kunststoff A gelost hat und damit ein Spalt zwischen den Bandern und der sie umgebenden Matrix vorliegt gilt
CXG = are sin ΠA/1 Ist der Winkel CXE, mit dem der Lichtstrahl auf die Grenzflache auftritt kleiner als der Grenzwinkel αG, so erfolgt Totalreflexion (Fall I in Fig 4) Der steil einfallende Lichtstrahl wird auf eine flachere Bahn oder nach oben abgelenkt
Ist der Winkel CXE großer als αG (Fall II in Fig 4), so tritt der einfallende Lichtstrahl durch die Grenzflache hindurch Da der bevorzugte Herstellungs¬ modus der Lichtleitplatten LLP die Koextrusion der Platte samt eingefugten dünnen Bandern ist, bieten sich in erster Linie koextrusionsfahige, transparente Thermoplasten an, wobei die o g Bedingung ΠA > ne zu beachten ist Der Unterschied Δn betragt vorzugsweise mindestens 0,05 Je großer der Brechungsindexunterschied ist desto großer ist auch der Grenzwinkel αG und damit die Wirksamkeit des Systems Eine ausreichende Wirksamkeit des Systems auch bei kleinen Grenzwinkeln αG kann durch Schragstellen der Bander aus Kunststoff (γ < 90°) erreicht werden Durch die Schragstellung der Bander wird der Einfallswinkel auf die Grenzflache αE verkleinert (Fall II in Fig 4)
Als derartige Kunststoffe A können beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA und Copolymerisate) oder Polycarbonat (PC) eingesetzt werden, als Kunststoff B kommen - sofern der Kunststoff A aus Polycarbonat besteht - PMMA desweiteren fluorierte Polymere infrage
Es hat sich bei Versuchen zur Herstellung von Lichtleiterplatten, wie sie obenstehend beschrieben wurden, gezeigt, daß noch ein weiteres Merkmal zu unerwarteten Lichtleitereffekten fuhrt Es wurde gefunden, daß bei Un¬ verträglichkeit des Kunststoffes B mit dem Kunststoff A wenn also das dünne Band aus dem Kunststoff B keine Haftung mit der Matrix, dem Kunst¬ stoff A hat und von diesem durch einen dünnen Spalt getrennt ist, die Licht- leitungswirkung erhöht wird Die Ablösung des Kunststoffbandes von dem Matrixpolymeren A ist optisch leicht zu erkennen Das Kunststoffband scheint eine spiegelnde Oberflache zu besitzen Dies ist ein Zeichen, daß der dünne Spalt entlang der Oberflache des Bandes eine ausgeprägte Total¬ reflexion hervorgerufen hat Die Brechungsindizes von Luft und dem Matrix- Kunststoff A unterscheiden sich noch viel starker, als die von Kunststoff B und dem Matrix-Kunststoff A, entsprechend der oben angegebenen Formel, was die hohe Totalreflexion erklart
Es konnte bislang noch nicht festgestellt werden, ob der Spalt ursprünglich mit Luft gefüllt ist, oder mehr oder weniger luftleer ist Anzunehmen ist, daß der Spalt sich im Laufe der Zeit durch Nachdiffusion von Luft durch den Kunststoff A hindurch mit Luft füllt
Die Ablösung der beiden Kunststoffe A und B voneinander wird durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten begünstigt Sie erfolgt beim Abkühlen der Extrusionsmasse Das Band sollte dabei bevorzugt starker schwinden als die Matrix, d h Kunststoff B sollte den höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen als Kunststoff A Bereits geringe Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizienten von > 0,001 % fuhren zum erfindungsgemaßen Effekt
Bei Bildung des Trennspaltes zwischen den Kunststoffen A und B ist es unerheblich, ob die beiden Kunststoffe sich im Brechungsiπdex noch im anfangs beschriebenen Sinne unterscheiden Der Brechungsindex von Kunststoff A kann bevorzugt hoher, aber auch gleich oder niedriger sein als der von Kunststoff B Die durch Bildung des Trennpunktes hervorgerufene Totalreflexion ist auf jeden Fall stark genug, um einen eindrucksvollen Licht- leiteffekt zu bewirken Die Breite des Trennspalts muß großer als 1 μm sein
Die Dicke der Lichtleitplatten LLP hegt im allgemeinen im Bereich 2 bis 20 mm Die eingefugten, vorzugsweise einextrudierten Bander aus dem Kunststoff B besitzen in der Regel eine Dicke von 0,05 - 0,5 mm und eine Breite von 50 bis 95 % bezogen auf die Dicke der aus A bestehenden Platte Im allgemeinen sind die Bander aus dem Kunststoff B regelmäßig in gegenseitigen Abstanden von 2 bis 40 mm in den Kunststoffplatten A angeordnet Die übrigen Abmessungen der Lichtleitplatten LLP werden zweckmäßig den Verglasungseinheiten insbesondere den Fenster- oder Tur-Formaten angepaßt Eine Beschrankung der Abmessungen bedingt durch die angewendete Extrusionstechnologie ist in der Regel nicht zu erwarten
Die Herstellungstechnologie mittels Extrusion in einer Extrusionsanlage mittels Mehrmateπalduse entspricht dem Stand der Technik (DE-A 4 326 232)
Die erfindungsgemaßen Lichtleitplatten LLP werden anhand der Fig 3 erläutert Dabei bedeuten die Bezugszeichen
(1 ) = Lichtleitplatte LLP aus Kunststoff A
(2) = eingefugte dünne Bander aus Kunststoff B
(3) = Abstand zwischen den eingefugten dünnen Bandern
Zur Halterung der erfindungsgemaßen Lichtleitplatten kann man sich an sich bekannter Halterungsprofile für Platten aus organ Glasern bedienen
Vorteilhafte Wirkungen
Die erfindungsgemaßen Lichtleitplatten können mit Erfolg zur besseren Ausleuchtung von Räumen, u a Werkstatten, Sälen, Kellern, Gewölben, Schachten, gegebenenfalls auch Fahrzeugen wie Schiffen u a eingesetzt werden Ihre Anwendung kann nicht nur zur Energieersparnis sondern auch zur besseren ergonometrischen Gestaltung von Arbeitsraumen beitragen

Claims

ANSPRUCHE
Lichtleitplatten aus transparenten Kunststoffen dadurch gekennzeichnet daß in die aus einem transparenten Kunststoff A mit einem Brechungsindex ΠA bestehenden Platten mehrere dünne Bander aus einem Kunststoff B mit einem Brechungsindex ne eingefugt sind, mit der Maßgabe daß ΠA großer ne ist, oder daß zwischen Kunststoff A und den Bandern aus Kunststoff B ein Trennspalt vorliegt
Lichtleitplatten gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kunststoff B bestehenden Bander senkrecht zur Platten¬ oberflache angeordnet sind
Lichtleitplatten gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kunststoff B bestehenden Bander unter einem Winkel γ < 90° zur Plattenoberflache angeordnet sind
Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Kunststoffe A und B aus thermoplastischem Material bestehen
Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß sie nach dem Verfahren der Koextrusion hergestellt
Figure imgf000008_0001
Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß sie Dicken im Bereich 2 bis 30 mm besitzen Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die dünnen Bander eine Dicke von 0,05 bis 0,5 mm besitzen
Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ihre Abmessungen den Formaten der bestehenden Verglasungseinheiten angepaßt sind
Verglasungseinheiten enthaltend Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 - 8
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Citations (4)

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AU8706691A (en) * 1990-11-06 1992-05-14 Sam Peter Paolino Glazing panel and method of manufacture
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