DE20107425U1 - Entblendung von Leuchtmitteln - Google Patents

Description

LIPPERT, STACHOW, SCHMIDT & PARTNER Ju/mn Patentanwälte European Patent Attorneys European Trademark Attorneys

P.O.Box 30 0208, D-51412 Bergisch Cladbach 30. April 2001

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Karl Jungbecker GmbH & Co. 57462 Pipe

Entblendung von Leuchtmitteln

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entblendung eines Leuchtmittels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Einrichtungen werden verwendet, um den Öffnungswinkel von Leuchtmitteln, insbesondere von Lampen zu beschränken, damit eine Blendung eines Betrachters vermieden werden kann. Entsprechend einschlägigen Arbeitsvorschriften für den Bürobereich sind beispielsweise Öffnungswinkel von höchstens 60°, d.h. ein Entblendungswinkel von 30° einzuhalten.

Neben Lamellen, die als lineare parabolische Reflektoren ausgebildet sein können bzw. transparente Abdeckungen aus Kunststoff oder Glas, die teilweise eine große Bauhöhe zur Gestaltung von Aperturblenden zur Folge haben, kommen auch Vorrichtungen der eingangs genannten Art zum Einsatz, bei welchen, die Brechung und/oder Totalreflexion von Licht in einem transparenten Medium zur Verminderung des Öffnungswinkels genutzt werden. Aus der US 3,258,590 ist eine Vorrichtung bekannt, bei " welcher zur Lichtlenkung Prismen, die in Reihe auf einer Platte angeordnet sind, eingesetzt werden. Durch diese gattungsgemäße Gestaltung kann eine Entblendung in einer Richtung senkrecht zu den Prismenachsen erreicht werden. In der genannten Patentschrift ist ferner eine Anordnung mit in Reihen und Zeilen aufeinanderfolgenden spitzen Pyramiden beschrieben, durch die eine Entblendung in zwei zueinander senkrechte Richtungen realisiert werden kann. Die Erzeugung einer solchen Struktur auf einer Platte aus einem transparenten Material ist

jedoch sehr aufwendig, wobei weiterhin das Problem besteht, dass für eine hohe Effizienz der Vorrichtung die Prismen- bzw. Pyramidenkanten sehr gut ohne Kantenrundungen ausgebildet sein müssen, was jedoch mit den üblichen Gieß-, Spritz- und Extrusionsherstellungsverfahren nicht unter Einhaltung einer hohen Reproduzierbarkeit möglich ist.

Aus der US 3,351,753 und der GB 1 365 507 sind Entblendungsabdeckungen für Leuchten bekannt, die auf ihrer der Lampe der Leuchte zugewandten Seite in Reihen und Zeilen angeordnete pyramidenartige Stümpfe umfassen, welche eine zur Basisfläche parallel liegende obere Begrenzungsfläche aufweisen. Zur Begrenzung des Ausfallwinkels der auf die Entblendungsvorrichtung auffallenden Lichtstrahlen wird gelehrt, entweder die oberen Begrenzungsflächen der Pyramidenstümpfe oder die Seitenflächen der Pyramidenstümpfe und die Zwischenräume zwischen den Pyramidenstümpfen mit einem lichtundurchlässigen Material zu beschichten. Hierzu sind aufwendige Herstellungsprozeduren notwendig, die einer starken Verbreitung derartiger Entblendungsvorrichtungen entgegenstehen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Entblendung eines Leuchtmittels auf der Basis von Brechung und/oder Totalreflexion bereitzustellen, welche die beschriebenen Nachteile der Vorrichtungen des Standes der Technik zumindest teilweise behebt.

Dies erreicht die Erfindung schon mit einer Vorrichtung zur Entblendung eines Leuchtmittels mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach umfasst diese eine sich flächig erstreckende Platte vorgegebener Dicke, wobei das Licht an einer ersten der beiden Plattenoberflächen in die Platte eintritt und an der zweiten Plattenoberfläche austritt und auf zumindest einer der beiden Plattenoberflächen zur Strukturierung Prismen, insbesondere dreiseitige Prismen mit zueinander parallel verlaufenden und in einer Plattenebene liegenden Achsen angeordnet sind und die Prismen mit einer Seitenfläche lückenlos aneinandergrenzen. Um die notwendige scharfkantige Ausbildung

der Prismenstruktur auf der zumindest einen Plattenoberfläche sicherzustellen, ist erfindungsgemäß diese Plattenoberfläche mittels eines Heißprägeverfahrens mit den beschriebenen Prismen strukturiert. Damit können Kantenrundungen an den Prismen und hierdurch verursachtes Streulicht sowie eine Verminderung der Entblendung verhindert werden. Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne großen Aufwand herstellbar, da keine nachträgliche Verblendung von Teilbereichen der Plattenoberfläche durchgeführt werden muss. Die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im wesentlichen nur durch Reflexionsverluste an den beiden Grenzflächen, durch Transmissionsverluste im optisch transparenten Medium und durch Totalreflexionsverluste, bei welchen Licht zurück auf die Leuchtmittelseite reflektiert wird, beschränkt.

Die Platte kann aus einem optisch transparenten Material, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial wie PMMA, Polycarbonat oder Polystyrol hergestellt werden. Die ausgebildeten Prismenwinkel hängen vom Brechungsindex des verwendeten Materials ab und stellen die materialspezifische Brechung ein, um die gewünschte Entblendung des Leuchtmittels bereitzustellen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Um eine Entblendung senkrecht zu den Achsen der Prismen zu erreichen, ist es ausreichend, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nur auf einer Plattenoberfläche, beispielsweise der dem Lichtmittel abgewandten Seite mit den insbesondere dreiseitigen Prismen strukturiert ist und die dem Leuchtmittel zugewandte Plattenoberfläche unstrukturiert, d.h. plan ist. in bestimmten Fällen kann auch vorgesehen sein, dass die letztgenannte Plattenoberfläche konvex oder konkav strukturiert ist. Dabei kann die gesamte Plattenoberfläche oder nur abschnittsweise gekrümmt sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass beide Plattenoberflächen strukturiert sind, um insbeson-

dere eine Entblendung nicht nur in einer vorgegebenen Richtung, sondern gleichzeitig auch in einer dazu senkrechten Richtung bereitzustellen, sodass die gewünschte Entblendung in einer Ebene realisiert ist. Dabei können auf beiden Platten-5 Oberflächen dreiseitige Prismen wie beschrieben angeordnet sein, wobei die Achsen der Prismen an der ersten Plattenoberfläche zu den Achsen der Prismen an der zweiten Plattenoberfläche im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen. Im Gegensatz zum Stand der Technik erreicht die Erfindung die gewünschte Entblendung in einer Ebene ohne das eine Oberfläche mit einer komplexen und schwierig herzustellenden Pyramidenstruktur ausgebildet werden muss. Besondere, richtungsabhängige Entblendungen werden erreicht, indem die relative Lage der beiden Achsen auf einen vorgegebenen Wert ungleich 90° eingestellt wird.

Die beschriebene dreiseitigen Prismenstruktur kann in bestimmten Ausführungsformen auch durch andere Prismenformen wie beispielsweise fünf- oder sechseckige ersetzt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Grundfläche der Prismen nicht gleichschenklig ausgebildet, sodass die Entblendung in einer Richtung unterschiedlich ist zu der entgegengesetzten Richtung. Eine derartige 5 Entblendung kann bei Anwendungen Vorteile bieten, bei welchen der Betrachter aus geometrischen Gründen nur von einer Seite auf eine Lichtquelle blicken kann, während zur Ausleuchtung in einer dazu entgegengesetzten Richtung ein großer Öffnungswinkel der Lichtquelle eingestellt werden muss.

Um die erfindungsgemäß Vorrichtung optimal auf das Leuchtmittel, insbesondere die geometrische Gestaltung des Leuchtmittels einstellen zu können, kann vorgesehen sein, dass zumindest einer der Prismenwinkel von benachbarten Prismen an einer Plattenoberfläche unterschiedlich ist, sodass sich die Brechung von Lichtstrahlen, welche in die Vorrichtung an unterschiedlichen Stellen eintreten, unterscheidet. Hierdurch kann einerseits der Einfluss der Ausdehnung eines Leuchtmit-

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tels ausgeglichen werden und andererseits zum Erreichen eines vorgegebenen Lichteindrucks für den Betrachter ein komplexes Entblendungsmuster eingestellt werden.

Die obenstehend beschriebene Entblendung in zwei zueinander senkrecht liegenden Richtungen kann nicht nur durch die Strukturierung beider Plattenoberflächen erreicht werden, sondern auch durch die Anordnung von zwei derartigen Vorrichtungen mit jeweils nur einer strukturierten Oberfläche übereinander, sodass das Licht zuerst durch die dem Leuchtmittel nächstliegende Vorrichtung abgelenkt wird und danach durch die zweite, über der ersten Vorrichtung angeordnete Vorrichtung. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die erhöhte Anzahl von Grenzflächen höhere Reflexionsverluste zur Folge haben.

Grundsätzlich sind die einzustellenden Prismenwinkel der Prismen an der Plattenoberfläche insbesondere durch den Brechungsindex des verwendeten transparenten Materials vorgegeben. Für eine optimale Entblendung in einer Richtung sollte die nicht 0 strukturierte, plane Plattenoberfläche dem Leuchtmittel zugewandt sein und die Prismenwinkel der dreiseitigen Prismen auf der anderen Plattenoberfläche materialabhängig zwischen 20° und 35° eingestellt werden. Soll jedoch zusätzlich eine Entblendung auch in einer weiteren Richtung eingestellt werden, sind die hierzu notwendigen Prismenwinkel nicht mehr über ein einfaches Modell, in welchem die Brechung von Lichtstrahlen betrachtet wird, zugänglich. Es wurde herausgefunden, dass eine Strukturierung der dem Lichtmittel zugewandten Plattenoberfläche mit dreiseitigen Prismen vorteilhaft sein kann, die 0 einen Prismenwinkel zwischen 0,1° und 30°, insbesondere zwischen 0,3° und 20° aufweisen.

Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei

Fig. 1 die erfindungsgemäß Entblendungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine Detaildarstellung der Oberflächenstrukturierung der Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 ein System aus zwei erfindungsgemäßen Entblendungsvorrichtungen und

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer Entblendungsvorrichtung zeigt.

Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäß Entblendungsvorrichtung 1 ist zusammen mit einem als Leuchtstoffröhre 2 ausgebildeten Leuchtmittel in einer Prinzipskizze in Fig. 1 dargestellt. Eine sich flächig erstreckende Platte 3 aus PMMA weist eine der Leuchtstoffröhre 2 zugewandte plane Platten-Oberfläche 4 und auf der diesem Leuchtmittel entgegengesetzten Seite eine strukturierte Plattenoberfläche 5 auf. Von der Leuchtstoffröhre 2 ausgehenden Lichtstrahlen 13 treten an der planen Plattenoberfläche 4 in diese ein, transmittieren durch die Platte 3 hindurch und verlassen sie als ausfallender Lichtstrahl 14 an der strukturierten Plattenoberfläche 5. Die prismenförmige Strukturierung der Plattenoberfläche 5 wird mittels eines Heißprägeverfahrens durchgeführt. Dabei wird das PMMA in flüssiger Form in eine zugeordnete Form gegossen und anschließend mit Druck beaufschlagt, um die prismenartige Prägung zu erzielen, wobei die Form entsprechend der gewünschten Strukturierung ausgebildet ist.

Die Strukturierung erfolgt derart, dass dreiseitige Prismen 6 mit zueinander parallel verlaufenden Prismenachsen 8 reihenförmig so zueinander angeordnet sind, dass die Prismen mit einer Seitenfläche, welche die Basis der Prismengrundfläche enthält, lückenlos auf der Plattenebene aneinandergrenzen, sodass die strukturierte Plattenoberfläche 5 durch sich abwechselnde Prismenflächen 9, 10 gekennzeichnet ist, die sich 5 jeweils in einer Seitenkante 7 schneiden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Optimierung der Entblendung relativ zur Leuchtstoffröhre so ausgerichtet, dass die Prismenachse senkrecht zur LängserStreckung der Leuchtstoffröhre liegt.

Fig. 2 zeigt einen Detailausschnitt A von Fig. 1 in einer Querschnittsdarstellung. Der Ausschnitt ist gerade so gewählt, dass genau ein Prisma 6 mit seiner Grundfläche erfasst ist. Diese Grundfläche ist ein gleichschenkliges Dreieck und wird durch die Basis c und die beiden Schenkeln a, b gebildet. Die Basis c des Dreiecks liegt in der Plattenebene E. Aufgrund der Gleichschenkligkeit des Prismas sind beide Prismenwinkel 11, 12 identisch. Die Prismenachse 8 verläuft somit senkrecht zur Zeichenebene. Ein von der Leuchtröhre 2 ausgehender Lichtstrahl 13 tritt an der planen Plattenoberfläche 4 in diese ein, transmittiert durch die Platte 3 und wird an der strukturierten Plattenoberfläche 5 so gebrochen, daß der resultierende Öffnungswinkel 14 auf etwa 60° beschränkt ist, was einem Entblendungswinkel 15 von etwa 30° entspricht. Bei der auch als Mikrostrukturierung bezeichneten Gestaltung der Plattenoberfläche kann die Basis c der Prismen zwischen 0,5 mm und 5 mm eingestellt sein. In der Regel ist die Basislänge aller Prismen 6 auf einer Plattenoberfläche gleich. In bestimmten Fällen kann die Plattenebene E auch gekrümmt sein, wodurch sich beispielsweise eine konvexe Makrostrukturierung ergibt, der die beschriebene Prismen-Mikrostrukturierung überlagert ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Entblendungsvorrichtung 1 stellt eine Entblendung in einer Richtung senkrecht zu den Prismenachsen 8 bereit. Um gleichzeitig auch eine Entblendung in der dazu senkrechten Richtung zu realisieren, kann ein System von zwei erfindungsgemäßen Entblendungsvorrichtungen 1, 1' benutzt werden, die übereinander angeordnet sind, siehe Fig. 3. Beide Entblendungsvorrichtungen 1, 1' weisen eine strukturierte Plattenoberfläche 5 bzw. 5' und eine plane Plattenoberfläche 4 bzw. 4' auf. Sie sind bezüglich ihrer Prismenachsen 8, 8' senkrecht zueinander orientiert, sodass zuerst in der ersten Entblendungsvorrichtung 1' die erste Richtung und in der nachfolgenden zweiten Entblendungsvorrichtung 1 die dazu senkrechte Richtung wie beschrieben entblendet wird.

Zur Verminderung der Anzahl der Grenzflächen ist in der in

Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, beide Plattenoberflächen 4, 5 prismenförmig zu strukturieren, wobei die Achsen der Prismen an beiden Plattenoberflächen senkrecht zueinander verlaufen. Der Prismenwinkel an der dem Leuchtmittel 2 zugewandten Plattenoberfläche ist in der Regel geringer als der Prismenwinkel an der gegenüberliegenden Plattenoberfläche, um eine möglicht günstige Entblendung zu erreichen. Die von einer kugelfömigen Lichtquelle 2 ausgehenden Lichtstrahlen 13 werden in der Entblendungsvorrichtung 1 wiederum so gebrochen, dass der gewünschte Entblendungswinkel eingestellt ist.

In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung können die Prismenwinkel auch mit dem Abstand vom Zentrum der Platte zum Rand variieren.

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Ju/mn 30. April 2001

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Entblendung von Leuchtmittel Bezugszeichenliste

I, 1' Entblendungsvorrichtung 15 2 Leuchtstoffröhre, Kugellampe

3 Platte

4, 4' erste Plattenoberfläche

5, 5' zweite Plattenoberfläche 6 Prisma

2 0 7 Seitenkante

8, 8' Prismenachse

9, 10 Prismenflächen

II, 12 Prismenwinkel

13 einfallender Lichtstrahl 25 14 ausfallender Lichtstrahl

15 Öffnungswinkel

16 Entblendungswinkel

c Basis der Grundfläche des Prismas

a, b Schenkel des Prismas 30 A Detailausschnitt E Plattenebene

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Entblendung eines lichtabgebenden Leuchtmittels auf der Basis von Brechung und/oder Totalreflexion des Lichtes mit einer sich flächig erstreckenden Platte vorgegebener Dicke, wobei das Licht an einer ersten der beiden Plattenoberflächen in die Platte eintritt und an der zweiten Plattenoberfläche austritt und auf zumindest einer der beiden Plattenoberflächen zur Strukturierung Prismen, insbesondere dreiseitige Prismen mit zueinander parallel verlaufenden und in einer Plattenebene liegenden Achsen angeordnet sind und die Prismen mit jeweils einer in der Plattenebene liegenden Seitenfläche lückenlos aneinandergrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Plattenoberfläche (5) mittels eines Heißprägeverfahrens mit den Prismen (6) strukturiert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Plattenoberfläche (4) unstrukturiert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Plattenoberflächen (4, 5) strukturiert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Plattenoberflächen (4, 5) als Strukturierung dreiseitige Prismen (6) mit zueinander parallel verlaufenden und in der Plattenebene (E) liegenden Achsen (8) aufweisen und die Prismen mit einer in der Plattenebene liegende Seitenfläche auf der ihnen zugeordneten Plattenoberfläche (5) lückenlos aneinandergrenzen, wobei die Achsen der Prismen (6) an der ersten Plattenoberfläche zu den Achsen der Prismen an der zweiten Plattenoberfläche im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche von Prismen (6) ungleichschenklig ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Prismenwinkel (11, 12) an der zweiten Plattenoberfläche (5, 51) zwischen 20° und 35° beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Prismenwinkel (11, 12) an der ersten Plattenoberfläche (4, 41) zwischen 0,1° und 30°, insbesondere zwischen 0,3° und 20° beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prismenwinkel (11, 12) von benachbarten Prismen unterschiedlich ist.

9. System zur Entblendung eines lichtabgebenden Leuchtmittels auf der Basis von Brechung und/oder Totalreflexion von Licht mit zumindest zwei übereinander und parallel zueinander liegenden Vorrichtungen (1, 11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Achsen (8) der Prismen an einer Plattenoberfläche der ersten Vorrichtung zu Achsen (81) der Prismen an einer Plattenoberfläche der zweiten Vorrichtung im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen.