DE19540414C1 - Kaltlichtreflektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kaltlichtreflektor, bestehend aus einem Reflektorgrundkör­ per aus Kunststoff und wenigstens einem Interferenzschichtsystem, das auf zumin­ dest einer Seite des Reflektorgrundkörpers aufgebracht ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kaltlichtreflektors.

Für Beleuchtungszwecke genutzte Lichtquellen wie Glühlampen oder Leuchtstofflam­ pen emittieren neben der erwünschten Lichtstrahlung im sichtbaren Spektralbereich auch Strahlungsanteile im ultravioletten und besonders im infraroten Spektralbereich. Bei vielen Anwendungen führen diese Strahlungsanteile zu Problemen.

So kann die Infrarotstrahlung zu einer übermäßigen Erwärmung der beleuchteten Ob­ jekte und damit zu deren Schädigung führen. Ist die Lichtquelle von einem kalotten- oder parabolförmigen Reflektor umgeben, so kann die IR-Strahlung zu einer Erwär­ mung der im Reflektor gestauten Luft und damit selbst zur Erwärmung der Lichtquelle auf Temperaturen beitragen, die beispielsweise bei Verwendung von Kompakt-Leuchtstoffröhren oberhalb des optimalen Arbeitsbereichs von 40°C-70°C liegen.

Die UV-Strahlung kann ebenfalls zu Schädigungen beleuchteter Objekte z. B. Verblei­ chen der Farben von Ölgemälden führen.

Schließlich sind in einigen speziellen Fällen nicht nur die UV- und IR-Strahlungsanteile unerwünscht, sondern es ist eine bestimmte Spektralcharakteristik der Beleuchtung erforderlich, die z. B. die Farbtemperatur der Lichtquelle derjenigen von Tageslicht an­ gleicht, um eine korrekte Farberkennung zu erzielen. Derartige Forderungen an eine Beleuchtung bestehen z. B. in der Chirurgie.

Zur Lösung der genannten Probleme werden sogenannte Kaltlichtreflektoren einge­ setzt, die aus einem geeigneten Reflektorgrundkörper bestehen, auf dem mittels Hochvakuumbeschichtung dielektrische Interferenzschichtsysteme erzeugt sind. Die Interferenzschichtsysteme sind dabei so angelegt, daß sichtbares Licht reflektiert wird, während die Infrarotstrahlung in hohem Maße (ca. 80%) das Interferenz­ schichtsystem und den Reflektorgrundkörper passiert. Die UV-Strahlung wird vom Lampengrundkörper bzw. dem Schichtmaterial absorbiert. Die Verwendung von Interferenzschichtsystemen bietet die Möglichkeit, die Spektralcharakteristik des reflektierten Lichtes so zu gestalten, daß bestimmte Farbtemperaturen bzw. Farb­ nuancen erreicht werden.

Diese Kaltlichtreflektoren werden so angeordnet bzw. in ihrer Gestalt ausgelegt, daß das sichtbare Licht der Lichtquelle auf das zu beleuchtende Objekt reflektiert wird, während die Infrarotstrahlung auf Grund der guten IR-Transmission des beschichteten Reflektorgrundkörpers in den Reflektorrückraum gelangt. Diese Anordnung minimiert die Erwärmung und eine mögliche Beschädigung des beleuchteten Objektes. Solche Kaltlichtreflektoren werden z. Zt. in Lampen für Projektoren, bei Studio- und Theaterbeleuchtung, in Schaufenstern, im Sicherheitsbereich und für medizinische Anwendungen genutzt.

Die derzeit bekannten Kaltlichtreflektoren nutzen die Interferenz an dielektrischen Vielschichtsystemen. Hierbei ist z. B. auf der Innenseite (Lichteinfallseite) eines aus Glas bestehenden Reflektorgrundkörpers ein λ/4-Interferenzschichtpaket mit hoher Reflexion zwischen 400 nm und 500 nm und ein λ/4-Interferenzschichtpaket mit hoher Reflexion im Bereich von 500nm bis 750nm aufgebracht. In Einzelfällen kann eines der beiden Schichtpakete auch auf der Rückseite des Reflektorgrundkörpers angeordnet sein (H. Pulker "Coatings on Glass" Thin Films Science and Technology, 6 ELSEVIER, Amsterdam, Oxford, New York, Tokyo 1984, S. 421-422). Als Schichtmaterial für die Interferenzschichtsysteme werden gewöhnlich die Kombina­ tionen ZnS/MgF₂ oder TiO₂/SiO₂ benutzt. Für die Erzeugung der Interferenz­ schichtsysteme auch auf gekrümmten Reflektorflächen sind eine Reihe von Verfahren bekannt, sowie z. B. in DE 41 20 176 C1, DE 40 08 405 C1 und DE 22 56 435 B2 beschrieben.

Als Reflektorgrundkörper werden Mineralgläser mit guter IR-Transmission bis ca. 2,3 µm eingesetzt.

Bei vielen Anwendungen ist der Einsatz von Glasreflektorgrundkörpern jedoch mit Nachteilen verbunden. Für große Reflektoren bzw. für Anwendungen, bei denen es um Gewichtseinsparung geht, ist das hohe Gewicht von Nachteil. In speziellen An­ wendungsfällen, z. B. in der Chirurgie, ist die Zerbrechlichkeit von Glas ein Problem. Außerdem sind die Herstellungskosten derartiger Reflektoren vergleichsweise hoch.

Aus diesen Gründen gibt es schon seit längerem Bemühungen, bei Reflektorgrundkör­ pern für Kaltlichtreflektoren das Glas durch Kunststoffe zu ersetzen, wie es bei me­ tallisch beschichteten Reflektoren bereits üblich ist. Die Erwärmung durch Absorption der IR-Strahlung und die geringe Temperaturstabilität sind die Hauptursache dafür, daß nahezu alle bekannten Kunststoffe nicht als Reflektorgrundkörper für Kalt­ lichtreflektoren eingesetzt werden können. Aber auch besonders temperaturstabile Kunststoffe wie Polyphenylensulfide und Polysulfone sind auf Grund anderer nachtei­ liger Eigenschaften, wie z. B. ihrer Zersetzungsneigung bei UV-Bestrahlung, nicht ge­ eignet.

In US 4,380,794 ist ein Kaltlichtreflektor für chirurgische Zwecke mit einem Reflek­ torgrundkörper auf Basis von Polyetherimid-Kunstharz beschrieben. Dieses Reflek­ tormaterial soll bis 170°C stabil sein und keine Zersetzungserscheinungen durch die UV-Strahlung zeigen.

Es ist auch ein Reflektor bekannt, bei dem der Reflektorgrundkörper aus einem Harz auf Polyimid- und/oder Polyetherketonbasis besteht und auf der Oberfläche dieses Grundkörpers ein Reflexionsfilm abgelagert ist, der IR-Strahlung durchläßt und sicht­ bares Licht reflektiert (DE 38 10 917 A1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kaltlichtreflektor der eingangs ge­ nannten Art anzugeben, der sich durch eine hohe Reflektivität von Licht im sichtbaren Spektralbereich einerseits und eine möglichst große IR-Transmission andererseits auszeichnet, dabei möglichst massearm ist sowie eine verbesserte Wärmeformbeständigkeit aufweist und der auch nicht zu Zersetzungserscheinungen, z. B. durch UV-Strahlung, neigt. Darüber hinaus soll der Kaltlichtreflektor auf möglichst wirtschaftliche Art und Weise und zwar in einer Vielzahl verschiedenster Formen herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Kaltlichtreflektor der eingangs genannten Art erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß als Material für den Reflektorgrundkörper ein Cycloolefincopolymer (COC) verwendet wird.

Auf Grund seiner spezifischen Materialeigenschaften ist COC besonders gut als Ma­ terial für den Reflektorgrundkörper bei Kaltlichtreflektoren geeignet. Als reine Kohlen­ wasserstoffverbindung besitzt COC eine gute IR-Transmission vom sichtbaren Spek­ tralbereich bis zu einer Wellenlänge von 3,1 µm. Auf Grund seiner Wärmeformbe­ ständigkeit bis zu 170°C ist COC darüber hinaus besonders geeignet, den thermi­ schen Belastungen standzuhalten, denen einerseits der fertige Reflektor und anderer­ seits der Grundkörper während der Hochvakuumbeschichtung zum Aufbringen des Interferenzschichtsystems ausgesetzt ist. Die für Kunststoffe extrem niedrige Was­ seraufnahme von kleiner 0,01% ist sowohl für die Hochvakuumbeschichtung als auch für die Stabilität bei Temperaturwechselbelastung im Lampenbetrieb von großer Bedeutung.

Gegenüber Glasreflektoren bestehen eindeutige Vorteile im geringen Gewicht (COC- Dichte γ = 1,02 g/cm³), in geringerer Zerbrechlichkeit, in der Möglichkeit der Ferti­ gung nahezu beliebiger Reflektorformen und in erheblich niedrigeren Fertigungs­ kosten.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil von COC im Hinblick auf die Fertigung von Massen­ artikeln besteht darin, daß es sich mit allen für Kunststoffe üblichen Verfahren auf den bekannten Anlagen verarbeiten läßt (Kunststoffe 85 (1995) 8, Seite 1048). Son­ derausrüstungen sind nicht erforderlich.

Die effektive und billige Herstellungsmöglichkeit von COC-Reflektoren ermöglicht im Zusammenhang mit kostengünstigen Hochvakuumbeschichtungsverfahren, den An­ wendungsbereich von Kaltlichtreflektoren auf Basis von Kunststoffen über die o.g. spezielle Anwendung als Beleuchtung in der Chirurgie hinaus zu erweitern.

Ein typisches Anwendungsbeispiel sind Down Lights, bei denen durch Kaltlichtreflek­ toren auf der Basis von COC eine übermäßige Erwärmung der gestauten Luft unter dem Reflektor vermieden wird, wodurch die für diese Beleuchtung üblicherweise ein­ gesetzten Leuchtstoffröhren den Temperaturbereich (40°C-70°C) optimaler Licht­ ausbeute nicht überschreiten.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehö­ rigen Zeichnung näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt einen Beleuchtungskörper 1 mit einem kalottenförmig gewölbten und als Kaltlichtreflektor ausgebildeten Reflektor. Der Reflektor setzt sich aus einem Reflektorgrundkörper 2 und einem auf dessen konkaven Seite aufgebrachten Interfe­ renzschichtsystem 3 zusammen. Der Reflektorgrundkörper 2 besteht aus einem Cycloolefincopolymer (COC), zum Beispiel TOPAS Typ 6017. Im gewählten Beispiel besitzt der Reflektorgrundkörper 2 im Zentrum lokalisiert eine Öffnung 4 zum Ein­ setzen einer Lichtquelle 5, beispielsweise einer Halogenglühlampe, mit Sockel 6.

Nach Herstellung des Reflektorgrundkörpers 2 ist es vorteilhaft, zunächst auf dessen Oberfläche mittels Plasmabehandlung eine Haftschicht zu erzeugen und danach in ei­ nem Hochvakuumbeschichtungsprozeß das Interferenzschichtsystem 3 aufzubringen.

Bei der Plasmabehandlung kann dabei auf für sich bekannte Techniken zurückgegrif­ fen werden.

Die Plasmabehandlung kann z. B. in einem Argon-Sauerstoff-Gemisch als Entladungs­ gas bei Drücken im Bereich von 1 Pa bis 100 Pa erfolgen. Als Plasmaquelle kann dabei eine Mikrowellen-ECR-Plasmaquelle eingesetzt werden (z. B.: F. Milde, K. Goedicke, M. Fahrland "Vakuumtechnische Vorbehandlung von Kunststoffolien", 3. Neues Dresdener Vakuumtechnisches Kolloquium 19. und 20. Oktober 1995).

Entsprechend der gewählten Spektralcharakteristik des Interferenzschichtsystems 3 wird das sichtbare Licht der in die Öffnung 4 des Reflektors eingesetzten Lichtquelle 5 zum zu beleuchtenden Objekt reflektiert, während die IR-Strahlung den beschichte­ ten Reflektorgrundköper 2 passiert und somit in den Reflektorrückraum gelangt.

Mit der erfindungsgemäßen Verwendung von Cycloolefincopolymer als Material für den Reflektorgrundkörper bei Kaltlichtreflektoren werden einerseits die an solche Re­ flektoren zu stellenden hohen Anforderungen hinsichtlich Reflektivität, IR-Transmis­ sion, Wärmebeständigkeit usw. erfüllt, andererseits aber auch eine wirtschaftliche Herstellung der verschiedensten Reflektorformen insbesondere auch für Massenartikel wie Autoscheinwerfer und Down Lights ermöglicht.

Claims (3)

1. Kaltlichtreflektor, bestehend aus einem Reflektorgrundkörper aus Kunststoff und wenigstens einem Interferenzschichtsystem, das auf zumindest einer Seite des Reflektorgrundkörpers aufgebracht ist dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den Reflektorgrundkörper (2) ein Cycloolefincopolymer verwendet ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines Kaltlichtreflektors nach Anspruch 1 mit folgen­ den Verfahrensschritten:

• - Herstellen des Reflektorgrundkörpers,
• - Herstellen einer Haftschicht auf dem Reflektorgrundkörper mittels Plasmabehandlung und
• - Aufbringen des mindestens einen Interferenzschichtsystems mittels Hochvakuumbeschichtungsprozesses.

3. Verwendung des Kaltlichtreflektors nach Anspruch 1 als Reflektor in Beleuch­ tungskörpern.