DE3877969T2 - Lichtpaneel. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lichtpaneel mit einer auf Gasentladung basierenden Lichtquelle, wobei das Lichtpaneel eine Matrix in Form eines gasdichten, stoßsicheren, schlagfesten, transparenten oder transluzenten Materials umfaßt und die Lichtquelle als zumindest ein Lichtkanal in der Matrix ausgebildet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung Lichtpaneele der oben angegebenen Art mit Lichtzonen, die eine beliebige Geometrie und Ausdehnung besitzen, und deren Länge und Form im wesentlichen von der Geometrie und den Abmessungen des Lichtpaneels begrenzt sind.
• Lichtpaneele dieser Art können sowohl innen als auch außen für übliche Beleuchtungszwecke verwendet werden, sind jedoch besonders gut für eine Schmuckbeleuchtung einschließlich bei Kunstgegenständen, Lichtskulpturen und Dekors an Gebäudeteilen usw. geeignet. Speziell sind die Paneele auch als Kennzeichnungs- und Sicherheitsbeleuchtung geeignet, wo sie mechanischen und Umgebungsbeanspruchungen ausgesetzt sein können, die herkömmliche Lichtquellen ungeeignet erscheinen lassen. Unter solchen Anwendungen können eine Beleuchtung zur Kennzeichnung von Straßenabsätzen, Verkehrsbahnen, Verkehrszonen unterschiedlicher Art einschließlich Fußgängerzonen und Bürgersteigabsätzen sowie Markierungslichter auf Start- und Landebahnen und Rollbahnen für Flugzeuge benannt werden. Ferner kann erwähnt werden, daß die Paneele gut als Treppenhausbeleuchtung und Korridorbeleuchtung geeignet sind, da sie in Fußböden, Wänden, Stufen, Geländersäulen usw. eingebaut werden können. Noch darüber hinaus können die Lichtpaneele in Sportanlagen einschl. Schwimmbecken verwendet werden. Bei einer besonderen Ausführungsform können die Lichtpaneele als Verkehrs- und Wandzeichen in größeren Displays und für Werbezwecke verwendet werden.
• Wie in der Einleitung erwähnt, basiert die Lichtquelle der Lichtpaneele vorzugsweise auf Gasentladung. Lichtquellen in Form von Gasentladungsröhren sind früher für eine Vielzahl der oben angeführten Zwecke verwendet worden, wenn sie jedoch in Örtlichkeiten verwendet werden, wo sie starken mechanischen und Umgebungsbeanspruchungen ausgesetzt sind, erfordert dies umfängliche Maßnahmen beim Installieren der Lichtquelle. Auch müssen teure und in gewissem Umfang komplizierte besondere Lampenarmaturen verwendet werden, wenn sie nicht in den Gegenstand oder an den Stellen, wo sie in Benutzung genommen werden, eingebaut sind. Dieses ist auch kostenaufwendig und kann zusätzlich Probleme in Verbindung mit der Wartung und Erneuerung verursachen. Das Einbauen und Sichern von zum Beispiel Gasentladungsröhren gegen große äußere Beanspruchungen hat ferner den Nachteil, daß sie sehr oft für den beabsichtigten Beleuchtungszweck weniger geeignet werden, zum Beispiel dadurch, daß die Lichtabgabe aufgrund der Armaturenabmessungen reduziert ist, daß die Beleuchtungszone eingeschränkt ist und die Verwendung für einen bestimmten Beleuchtungszweck im allgemeinen weniger optimal und flexibel wird. Zusätzlich können die elektrischen Verbindungen und Leitungen der Lichtquelle in solchen Fällen Probleme bieten, da eine Anlage, die gegen große äußere Beanspruchungen schützt, leicht die elektrische Konstruktion, die Verdrahtung und die Installation von Einheiten, wie Steuergliedern, Kontakten und Leitungen, komplizieren kann.
• Bei mehreren der oben angeführten Anwendungen wäre es wünschenswert, flächige, ebene Lichtquellen zu verwenden, d.h. Lichtquellen, die nicht als angenäherte Punkte oder Linien oder ebene Kurven erscheinen, sondern im Gegenteil als flächige, ebene Lichtquellen, die eine im wesentlichen gleichmäßige Lichtstärke über die gesamte Oberfläche der Lichtquelle zeigen. Bei den meisten bekannten Lichtquellen kann dies nur dadurch erreicht werden, daß die Lichtquelle in einer Armatur montiert wird, wo die Lichtöffnungen ein Material umfassen, das gegenüber dem Licht von der Lichtquelle transluzent ist und ferner dazu beiträgt, das Licht zu streuen und diffus zu machen, damit das Material der Lichtöffnung als eine gleichförmige Lichtfläche erscheint. Solche Maßnahmen führen üblicherweise zu einer verringerten Lichtleistung und können ferner die gleichen Probleme hervorrufen, wie sie oben bezüglich der Verwendung herkömmlicher Lichtquellen in Umgebungen angeführt worden sind, die eine Widerstandsfähigkeit gegen äußere Belastungen verlangen.
• Beispiele von Lichtquellen der obigen Typen können beispielsweise in der EP-A-222 928 und der GB-A-2 165 344 gefunden werden. Erstere beschreibt zumindest eine Niederdruck-Bogenentladungsquelle, eingebettet in eine flache paneelartige Glasumhüllung, während letztere eine Entladungsröhre lehrt, die in einen Formblock aus synthetischem, transluzentem Harz eingebettet ist.
• Ferner sind seit langem Flächenbeleuchtungen bekannt, die eine auf Elektrolumineszenz basierende Lichtquelle aufweisen. Obwohl Elektrolumineszenzlichtquellen theoretisch eine hohe Lichtausbeute liefern, mehr als etwa 100 Lumen/Watt, beträgt die in der Praxis bisher erzielte Wirkung einige wenige Lumen/Watt. Zum Vergleich erbringt eine gewöhnliche Glühlampe etwa 15 Lumen/Watt oder mehr, während eine auf Fluoreszenz basierende Gasentladungsröhre, d.h. Lichtröhre, mehr als 40 Lumen/Watt erbringen kann, was dicht an ihrer maximalen theoretischen Leistungsstärke liegt. Dessen ungeachtet sind Elektrolumineszenzlichtquellen, zum Beispiel in Form von Oberflächenlichtquellen, d.h. Elektrolumineszenzpaneelen, in gewissem Maße für schwach wirkende Beleuchtung und in Anlagen verwendet worden, wo eine hohe Lichtstärke und hohe Lichtausbeute nicht wesentlich sind, sondern wo im Gegenteil ein geringer Raumbedarf und keine Wärmeerzeugung erwünscht sind, zum Beispiel für technische Zwecke und in verschiedenen technischen Anlagen. Ein weiteres Problem bei den meisten nutzbaren Elektrolumineszenzlichtquellen liegt darin, daß die Nutzleistung nach einer bestmmten Zeitdauer abnimmt, und sie demgemäß recht häufig ausgewechselt werden müssen, selbst wenn sie theoretisch eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer haben.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtquelle zu schaffen, die für die in der Einleitung angegebenen Anwendungen gut geeignet ist und durch die man zusätzlich die Probleme vermeidet, die mit der Verwendung herkömmlicher Lichtquellen in derartigen Situationen verbunden sind. Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß ein Lichtpaneel mit einer auf Gasentladung basierenden und in einer Matrix aus transparentem und transluzentem Material eingebetteten Lichtquelle vorgesehen ist, wobei das Lichtpaneel dadurch gekennzeichnet ist, daß die matrix mit zumindest einem Phosphor dotiert ist, wobei der Phosphor eine gezielte Verteilung in der Matrix besitzt.
• Das Lichtpaneel kann ferner eine Mehrzahl von Lichtkanälen umfassen, die gesondert in einer oder mehreren Schichten in der Matrix angeordnet sind und denen eine beliebige gewünschte Außenform gegeben ist. Ferner können die Lichtkanäle einstückig mit dem Lichtpaneel ausgeführt und von im wesentlichen dem gleichen Material wie das Lichtpaneel gebildet sein, sie können jedoch auch in das Lichtpaneel durch Gießen oder Intrusion, zum Beispiel einer Gasentladungsröhre, eingebettet sein.
• Weitere Merkmale und Vorteile des Lichtpaneels gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen 6 bis 14 angegeben.
• Beispiele bevorzugter Ausführungsformen des Lichtpaneels nach der Erfindung werden im folgenden ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
• Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Lichtpaneel mit Lichtkanälen nach der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Lichtpaneels wie in Fig. 1 und mit einem in die Matrix eingebetteten Lichtkanal. Fig. 3 zeigt eine Ansicht eines von Lagen an ihren beiden größten Oberfluachen umgebenen Lichtpaneels.
• Fig. 1 zeigt ein Lichtpaneel nach der Erfindung, das allgemein mit 1 bezeichnet ist. Es ist geformt wie eine rechteckige Tafel oder Platte, die aus einer Matrix 2 besteht. In der Matrix 2 ist ein Lichtkanal 3 gebildet. Der Lichtkanal 3 kann als ein Hohlraum in der Matrix 2 durch zum Beispiel einen Gießvorgang oder ein geeignetes mechanisches Bearbeitungsverfahren gebildet sein. Um die Bildung des Lichtkanals 3 in der Matrix 2 zu vereinfachen, kann das Lichtpaneel 1 vorzugsweise in Form zweier getrennter Platten ausgeführt sein, wobei mittels Gießens oder mechanischer Bearbeitung eine Nut in die Oberfläche jeder der Platten eingeformt wird, derart, daß, wenn sie gegeneinander gelegt und vereinigt werden, der gewünschte Lichtkanal 3 entsteht. Die Verbindung kann zum Beispiel durch Schmelz- Diffusions- oder Klebstoffverbindung durchgeführt werden.
• Durch einen Aufbau des Lichtpaneels 1 mittels mehrerer derartiger gesonderter Platten ist es leicht, eine Mehrzahl von Lichtkanälen 3 vorzusehen, die gesondert in einer oder mehreren Schichten der Matrix 2 angeordnet sind. Der Lichtkanal 3 ist in jedem Fall einstückig mit dem Lichtpaneel 1 konstruiert und aus dem gleichen Material wie dieses gebildet. Ferner versteht sich, daß das Lichtpaneel nicht darauf beschränkt ist, daß es die Form einer rechteckigen Tafel oder Platte hat, vielmehr kann ihm jede geeignete gewünschte Außenform gegeben werden. Die Innenwand des Lichtkanals kann, falls gewünscht, mit einer fluoreszierenden Substanz oder einem Phosphor überzogen sein. Ferner sind die Lichtkanäle so angeordnet, daß sie vorzugsweise in den Endflächen des Lichtpaneels ausmünden.
• Durch Verfahren, die auf dem Fachgebiet allgemein bekannt sind, können die Lichtkanäle auch mit einem Gas auf den gewünschten Druck gefüllt werden und ferner, falls gewünscht, mit einem Metall, wie etwa Quecksilber. In den Öffnungen des Kanals sind Elektroden 4 vorgesehen und, falls gewünscht, auch Steuerglieder (Nicht gezeigt) für die Lichtkanäle 3. Die Elektroden können vom kapazitiven Typ sein, wie er in dem norwegischen Patent NO-A-163 159 beschrieben ist, das dem Anmelder gehört und hier durch Verweis eingeschlossen ist. Die Steuerglieder können ferner jede dem Fachmann bekannte und zum Steuern von Gasentladungsröhren gemäß dem Stand der Technik geeignete Ausführung aufweisen.
• Falls kapazitive Elektroden verwendet werden, kann der Lichtkanal 3 mit dem gleichen Material wie dem der Matrix verschlossen sein, und es ist dann nicht notwendig, elektrische Leitungen durch den Verschluß und in den Lichtkanal hinein vorzusehen. Das Steuerglied kann in diesem Fall an oder in dem Lichtpaneel 1 z.B. in einer im Paneel vorgesehenen äußeren Ausnehmung (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
• Die Matrix 2 des Lichtpaneels kann Glas, ein Polymer oder ein keramisches Material sein. Sie soll gasdicht, stoßsicher, schlagfest, transparent oder transluzent sein, so daß sie extreme Beanspruchungen von mechanischer, thermischer oder Umgebungsart aushalten kann, während gleichzeitig die Lichtleistung des Lichtpaneels nicht verringert wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Matrix 2, außer daß sie transparent oder transluzent ist, auch verstärkt oder gehärtet ist, derart, daß sie in der Lage ist, den Beanspruchungen der oben angegebenen Art dtandzuhalten. Die Matrix ist mit zumindest einem Phosphor bzw. Leuchtstoff als Zusatz versehen bzw. dotiert, derart, daß der Phosphor zum Fluoreszieren gebracht wird, wenn ein Gasentladungszustand im Lichtkanal 3 auftritt. Dieses hat die Wirkung, daß das Lichtpaneel 1 ein fluoreszierendes Licht über seine gesamte Oberfläche ausstrahlt, die als eine Oberflächenlichtquelle erscheint. Die Wirkung kann dann ähnlich derjenigen sein, die durch Elektrolumineszenzlichtquellen erreicht werden kann, jedoch ist die Lichtausbeute weit größer und theoretisch so groß wie diejenige, die mit üblichen Fluoreszenzröhren erreicht werden kann. Dieses setzt eine gezielte Verteilung des Phosphors in der Matrix voraus, die unter Verwendung bekannter Methoden erreicht werden kann. Der Phosphor kann zum Beispiel auf oder an der Oberfläche der Matrix oder gleichmäßig in der Matrix verteilt sein. Um eine Oberflächenlichtquelle mit einer nahezu isophotischen Oberflächenleuchtdichte zu schaffen, sollte jedoch die Verteilung des Phosphors die Absorption der primären Emission von der Gasentladungsquelle sowohl durch die Matrix wie auch durch den Phosphor selbst berücksichtigen. Ferner muß die Matrix dann aus einem Material bestehen, daß in einem geringen Umfang ultraviolettes und kurzwelliges Licht absorbiert, zum Beispiel Quarz. Auch kann der Lichtkanal, wie erwähnt, innen mit Phosphor überzogen sein.
• Der Lichtkanal 3 kann ein gesondertes Element sein, zum Beispiel eine Glasröhre. Dieses gesonderte Element wird dann in die Matrix 2 eingegossen oder eingedrückt, kann jedoch dessen ungeachtet aus dem gleichen Material wie die Matrix hergestellt sein.
• In Fig. 3 ist eine unterschiedliche, bevorzugte Ausführungsform gezeigt, bei der die Matrix 2 von Lagen oder Schichten 5 umgeben ist. Die Lagen 5 können aus einem ähnlichen Material wie die Matrix 2 hergestellt sein, d.h. transparent oder transluzent und zusätzlich verstärkt oder gehärtet sein, derart, daß sie in der Lage sind, großen äußeren Beanspruchungen, zum Beispiel mechanischen Beanspruchungen, standzuhalten. Die Lagen 5 sind mit der Matrix des Lichtpaneels nach bekannten Verfahren, zum Beispiel durch Schmelz- oder Klebeverbindung, vereinigt oder laminiert. Der Zweck der Lagen 5 ist es, das Lichtpaneel 1 mit einem zusätzlichen Schutz über den hinaus zu versehen, der durch die Matrix erreicht werden kann, oder die Lagen 5 können auch eine ästhetische Funktion haben, wo oder wenn die Verwendung des Lichtpaneels 1 dies wünschenswert macht. Ferner können die Lagen 5 ähnlich der Matrix 2 mit Phosphor dotiert sein, derart, daß sie zusammen mit der Matrix als eine fluoreszierende Lichtquelle wirken. In diesem Fall müssen die Lagen 5 aus einem Material sein, das eine Transmission kurzwelligen und ultravioletten Lichts erlaubt, kann jedoch gleichzeitig in der Weise oberflächenbehandelt sein, daß kurzwellige und ultraviolette Lichtstrahlung aus dem Lichtpaneel 1 nicht entweicht. Üblicherweise sind jedoch die Lagen 5 mit der oben erwähnten primären Zweckbestimmung vorgesehen, nämlich, um das Lichtpaneel 1 zu verstärken und es gegenüber äußeren Beanspruchungen widerstandsfähiger zu machen.
• In Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendung kann das Lichtpaneel hinsichtlich der Materialverwendung, der Form und zum Beispiel der Anzahl von Lichtkanälen 3 variiert werden. Bei einer Ausführungsform können mehrere gesonderte Kanäle im Lichtpaneel 1 vorgesehen sein. Falls mehrere gesonderte Kanäle mit einzeln montierten Elektroden verwendet werden, können die Kanäle in mehreren Schichten angeordnet und zum Beispiel zur Erzeugung eines Musters im Lichtpaneel 1 verwendet werden, wo in diesem Fall die Matrix 2 nicht mit Phosphor dotiert ist. Das durch die Lichtkanäle 3 erzeugte Muster kann dann zur Wiedergabe alphanumerischer Zeichen verwendet werden, damit die Lichtpaneele bei Informationsdisplays und dgl. verwendet werden können.
• Bei bestimmten Anwendungen, zum Beispiel in Verbindung mit einer Notbeleuchtung und für Verkehrszwecke, kann es vorteilhaft sein, daß das Lichtpaneel von Batterien oder photovoltaischen Elementen gespeist wird. Vorzugsweise kann eine Kombination mit einer oder mehreren wiederaufladbaren elektrischen Batterien verwendet werden, die im Lichtpaneel vorgesehen und sowohl mit den photovoltaischen Elementen als auch mit der Lichtquelle verbunden sind. Die wiederaufladbare elektrische Batterie wird dann von den photovoltaischen Elementen aufgeladen, wenn dies angebracht ist, und speist das Lichtpaneel unabhängig von einer äußeren Stromzufuhr oder im Falle einer Unterbrechung einer äußeren Stromzufuhr.
• Wenn photovoltaische Elemente im Lichtpaneel verwendet werden, können diese auf solche Weise in der Matrix angeordnet sein, daß sie aktiviert werden, wenn sie, zum Beispiel durch Sonnenlicht, beleuchtet werden. Photovoltaische Elemente können auch auf einer oder mehreren der Umgebungslagen 5 vorgesehen und bei einer Ausführungsform so angeordnet sein, daß sie dem Lichtkanal 3 des Lichtpaneels zugewandt sind. Beim normalen Betrieb des Lichtpaneels 1 aktiviert das vom Lichtkanal 3 oder der Matrix 2 abgegebene Licht die photovoltaischen Elemente, die dann zum Aufladen einer wiederaufladbaren elektrischen Batterie für eine Notstromzufuhr verwendet werden können. Die phtovoltaischen Elemente können auch so angeordnet sein, daß sie von den Lichtkanälen fort- und beispielsweise zu einer möglichen äußeren Lichtquelle hinweisen, üblicherweise dem direkten Sonnenlicht oder Tageslicht.
• In der Regel ist es zweckmäßig, daß die verwendeten photovoltaischen Elemente Solarzellen sind, die von einem beliebigen anerkannten Lieferanten hierfür gekauft werden können. Wenn die Solarzellen in einem Solarzellenpaneel angeordnet sind, kann dieses direkt mit dem Lichtpaneel vereinigt sein, und, wo es praktisch ist, derart angeordnet sein, daß die Solarzellen von den äußeren Lagen geschützt sind, die in Fig. 3 gezeigt sind.
• Bei den dargestellten Ausführungsformen sind die Lichtpaneele wartungsfreundlich. Idealerweise kann die Lebenserwartung für ein Lichtpaneel nach der Erfindung bis zu 20 Jahren betragen, jedoch ist es in Abhängigkeit davon, wie das Lichtpaneel eingebaut, montiert oder betrieben wird, möglich, verschiedene Arten der Wartung durchzuführen. Die Lichtkanäle können zum Beispiel geöffnet und mit Gas neu aufgeladen oder Phosphor auf der Innenseite der Lichtkanäle erneuert werden. Bauteile des Steuergleids können in gleicher Weise ausgetauscht werden, und wenn eine oder mehrere wiederaufladbare elektrische Batterien in Verbindung mit dem Lichtpaneel verwendet werden, können sie so angeordnet sein, daß sie leicht auswechselbar sind.

Claims (16)

1. Lichtpaneel mit einer auf Gasentladung basierenden Lichtquelle, wobei das Lichtpaneel eine Matrix (2) in Form eines gasdichten, stoßsicheren, schlagfesten, transparenten oder transluzenten Materials umfaßt und die Lichtquelle als zumindest ein Lichtkanal (3) in der Matrix ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix mit zumindest einem Phosphor dotiert ist, wobei der Phosphor eine gezielte Verteilung in der Matrix besitzt.

2. Lichtpaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphor gleichmäßig in der Matrix verteilt ist.

3. Lichtpaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphor an oder nahe oder Oberfläche der Matrix vorgsehen ist.

4. Lichtpaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Mehrzahl von Lichtkanälen umfaßt, die gesondert in einer oder mehreren Schichten in der Matrix angeordnet sind.

5. Lichtpaneel nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtpaneel eine beliebige gewünschte äußere Form besitzt.

6. Lichtpaneel nach einem der Ansprüche 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtkanal einstückig mit dem Lichtpaneel und von im wesentlichen dem gleichen Material wie das Lichtpaneel gebildet ist.

7. Lichtpaneel nach einem der Ansprüche 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtkanal in das Lichtpaneel durch Gießen oder Intrusion zum Beispiel einer Gasentladungsröhre eingebettet ist.

8. Lichtpaneel nach einem der Ansprüche 1 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtpaneel ferner zumindest eine Lage oder Schicht (5) aus gehärtetem, stoßsicherem, schlagfestem, transparentem oder transluzentem Material umfaßt, das mit der Matrix (2) vorzugsweise durch Verschmelzen oder Klebstoffverbindung vereinigt oder laminiert ist.

9. Lichtpaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (2) aus Glas, einem Polymeren oder keramischem Material hergestellt ist.

10. Lichtpaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphor auf der oder angrenzend an die Oberfläche des Lichtkanals vorgesehen ist.

11. Lichtpaneel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (5) aus Glas, einem Polymeren oder keramischem Material hergestellt ist.

12. Lichtpaneel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (5) mit Phosphor dotiert ist.

13. Lichtpaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtpaneel photovoltaische Elemente umfaßt, die in der Matrix oder in einer oder mehreren umgebenden Lagen vorgesehen und derart angeordnet sind, daß sie dem Lichtkanal des Lichtpaneels zugewandt oder vom Lichtpaneel abgewandt sind.

14. Lichtpaneel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die photovoltaischen Elemente Solarzellen sind.

15. Lichtpaneel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen in einem mit dem Lichtpaneel verbundenen Solarzellenpaneel vorgesehen sind.

16. Lichtpaneel nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine auswechselbare und aufladbare elektrische Batterie im Lichtpaneel vorgesehen und elektrisch mit den photovoltaischen Elementen bzw. der Lichtquelle verbunden ist.