DE19540414C1

DE19540414C1 - Economical, lightweight, heat-resistant cold light reflector that does not break easily

Info

Publication number: DE19540414C1
Application number: DE19540414A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr Kaiser; Bernhard Anton; Andreas Jakob
Original assignee: JENOTEC OBERFLAECHENTECHNOLOGI; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: JENOTEC OBERFLAECHENTECHNOLOGI; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2015-10-31

Abstract

A cold light reflector, consisting of a plastics reflector base and interference film system(s) on at least one side, uses a cycloolefin copolymer (COC) as material for the base (2). Also claimed is a method of making the reflector.

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.The invention relates to a cold light reflector consisting of a reflector base body per made of plastic and at least one interference layer system based on at least at least one side of the reflector body is applied. The invention relates also to a method for producing such a cold light reflector.

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.Light sources such as incandescent lamps or fluorescent lamps used for lighting purposes pen emit in addition to the desired light radiation in the visible spectral range also radiation components in the ultraviolet and especially in the infrared spectral range. In many applications, these radiation components lead to problems.

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.So the infrared radiation can lead to excessive heating of the illuminated ob objects and thus lead to their damage. Is the light source from a dome or surrounded by a parabolic reflector, the IR radiation can cause heating the air stowed in the reflector and thus to heat the light source itself contribute to temperatures, for example when using Compact fluorescent tubes are above the optimal working range of 40 ° C-70 ° C.

Die UV-Strahlung kann ebenfalls zu Schädigungen beleuchteter Objekte z. B. Verblei chen der Farben von Ölgemälden führen.The UV radiation can also damage illuminated objects such. B. Lead colors of oil paintings.

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. After all, in some special cases it's not just the UV and IR radiation components undesirable, but it is a certain spectral characteristic of the lighting required, the z. B. the color temperature of the light source that of daylight is the same in order to achieve correct color recognition. Such demands on a Lighting exist, for. B. in surgery.

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.So-called cold light reflectors are used to solve the problems mentioned sets, which consist of a suitable reflector base, on which means High vacuum coating dielectric interference layer systems are generated. The Interference layer systems are designed so that visible light reflects becomes, while the infrared radiation to a large extent (approx. 80%) the interference layer system and the reflector base body happens. The UV radiation is from Lamp base body or the layer material absorbed. The use of Interference layer systems offers the possibility of changing the spectral characteristics of the reflected light so that certain color temperatures or color nuances can be achieved.

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.These cold light reflectors are arranged or designed in such a way that the visible light of the light source is reflected on the object to be illuminated, while the infrared radiation due to the good IR transmission of the coated Reflector base body gets into the reflector rear space. This arrangement minimized heating and possible damage to the illuminated object. Such Cold light reflectors are e.g. Currently in lamps for projectors, in studio and Theater lighting, in shop windows, in the security area and for medical Applications.

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. The currently known cold light reflectors use the interference on dielectric multilayer systems. Here is z. B. a λ / 4 interference layer package with high reflection between 400 nm and 500 nm and a λ / 4 interference layer package with high reflection in the range of 500 nm to 750 nm are applied to the inside (light incidence side) of a reflector base made of glass. In individual cases, one of the two layer packages can also be arranged on the back of the reflector base body (H. Pulker "Coatings on Glass" Thin Films Science and Technology, 6 ELSEVIER, Amsterdam, Oxford, New York, Tokyo 1984, pp. 421-422). The combinations ZnS / MgF₂ or TiO₂ / SiO₂ are usually used as layer material for the interference layer systems. For the generation of the interference layer systems on curved reflector surfaces, a number of methods are known, and z. B. described in DE 41 20 176 C1, DE 40 08 405 C1 and DE 22 56 435 B2.

Als Reflektorgrundkörper werden Mineralgläser mit guter IR-Transmission bis ca. 2,3 µm eingesetzt.Mineral glasses with good IR transmission up to approx. 2.3 µm used.

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.In many applications, however, the use of glass reflector bodies is included Disadvantages connected. For large reflectors or for applications where it to save weight, the high weight is a disadvantage. In special occasions use cases, e.g. For example, in surgery, the fragility of glass is a problem. In addition, the manufacturing costs of such reflectors are comparatively high.

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.For these reasons, efforts have been made for a long time with reflector bases pern for cold light reflectors to replace the glass with plastics, as is the case with me metallic coated reflectors is already common. The warming through absorption the IR radiation and the low temperature stability are the main cause that almost all known plastics not as a reflector base for cold light reflectors can be used. But also particularly temperature-stable Plastics such as polyphenylene sulfide and polysulfone have other disadvantages liger properties, such as. B. their tendency to decompose under UV radiation, not ge is suitable.

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.In US 4,380,794 is a cold light reflector for surgical purposes with a reflect Tor basic body described on the basis of polyetherimide resin. This reflect Door material should be stable up to 170 ° C and no signs of decomposition by the Show UV radiation.

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).A reflector is also known in which the base body of the reflector is made of a resin is based on polyimide and / or polyether ketone and on the surface of this Base body is a reflection film is deposited, the IR radiation passes and visible bare light reflected (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. The invention has for its object a cold light reflector of the beginning ge specified type, which is characterized by a high reflectivity of light in the visible Spectral range on the one hand and the greatest possible IR transmission on the other distinguished, is as low in mass as possible and an improved Has heat resistance and does not cause decomposition, e.g. B. by UV radiation, tends. In addition, the cold light reflector is supposed to as economical as possible and in a variety of different ways Forms can be produced.

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. This task is invented in a cold light reflector of the type mentioned solved according to the invention in that a material for the reflector base Cycloolefin copolymer (COC) is used.

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.Due to its specific material properties, COC is particularly good as a Ma material suitable for the base reflector body for cold light reflectors. As pure coals COC has a good IR transmission of visible spectra tral range up to a wavelength of 3.1 µm. Because of its heat molding resistance up to 170 ° C, COC is also particularly suitable, the thermi to withstand loads, on the one hand the finished reflector and others on the part of the base body during the high vacuum coating for applying the Interference layer system is exposed. What extremely low for plastics Absorption of less than 0.01% is both for high vacuum coating and Also of great importance for the stability in the event of temperature changes during lamp operation Meaning.

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.Compared to glass reflectors, there are clear advantages in the low weight (COC Density γ = 1.02 g / cm³), less fragile, in the possibility of ferti almost any reflector shape and in significantly lower production costs.

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.Another major advantage of COC in terms of mass production Article is that it deals with all the usual methods for plastics the known systems can be processed (Kunststoffe 85 (1995) 8, page 1048). Son The equipment is not required.

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.The effective and inexpensive way to manufacture COC reflectors enables in Relation to inexpensive high vacuum coating processes, the An Range of application of cold light reflectors based on plastics via the above to expand special application as lighting in surgery.

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.A typical application example are down lights, in which cold light reflections based on COC based excessive heating of the stowed air the reflector is avoided, which is usually a for this lighting put fluorescent tubes the temperature range (40 ° C-70 ° C) optimal light do not exceed yield.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehö rigen Zeichnung näher erläutert werden.The invention will be based on an embodiment and a Rige drawing are explained in more detail.

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.The drawing shows a lighting fixture 1 with a dome-shaped arch and designed as a cold light reflector. The reflector is composed of a reflector base body 2 and an interference layer system 3 applied to its concave side. The reflector base body 2 consists of a cycloolefin copolymer (COC), for example TOPAS type 6017. In the selected example, the reflector base body 2 has an opening 4 located in the center for inserting a light source 5 , for example a halogen incandescent lamp, with a base 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.After production of the reflector base body 2 , it is advantageous to first generate an adhesive layer on the surface thereof by means of plasma treatment and then to apply the interference layer system 3 in a high vacuum coating process.

Bei der Plasmabehandlung kann dabei auf für sich bekannte Techniken zurückgegrif fen werden.In plasma treatment, techniques that are known per se can be used be opened.

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).The plasma treatment can e.g. B. in an argon-oxygen mixture as a discharge gas at pressures in the range of 1 Pa to 100 Pa. A microwave ECR plasma source can be used as the plasma source (for example: F. Milde, K. Goedicke, M. Fahrland "Vacuum Pretreatment of Plastic Films", 3rd New Dresden Vacuum Colloquium October 19 and 20, 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.According to the selected spectral characteristic of the interference layer system 3 , the visible light of the light source 5 inserted into the opening 4 of the reflector is reflected to the object to be illuminated, while the IR radiation passes through the coated reflector base body 2 and thus reaches the reflector rear space.

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.With the use of cycloolefin copolymer according to the invention as a material for the reflector base body in cold light reflectors are on the one hand to such Re high requirements with regard to reflectivity, IR transmissions sion, heat resistance, etc., but also economical Manufacture of a wide variety of reflector shapes, especially for mass articles like car headlights and down lights.

Claims

1. Cold light reflector, consisting of a reflector base made of plastic and at least one interference layer system, which is applied to at least one side of the reflector base, characterized in that a cycloolefin copolymer is used as the material for the reflector base ( 2 ).

2. A method for producing a cold light reflector according to claim 1 with the following steps:

- manufacture of the reflector base body,
- Establishing an adhesive layer on the reflector base body by means of plasma treatment and
- Application of the at least one interference layer system by means of a high vacuum coating process.

3. Use of the cold light reflector according to claim 1 as a reflector in lighting bodies.