DE202011111149U1 - Display device - Google Patents
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Abstract
Anzeigevorrichtung mit einer transparenten eingefärbten Glaskeramik, die eine vorderseitige Anzeigeseite und eine rückwärtige Beleuchtungsseite aufweist, wobei im Bereich der Beleuchtungsseite mindestens ein Leuchtelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Glaskeramik mittelbar oder unmittelbar ein Licht-Kompensationsfilter in Form einer Farbschicht, die mittels eines Druckverfahrens, insbesondere mittels Ink-Jet-Druck, hergestellt wurde, aufgebracht ist. Display device with a transparent, colored glass ceramic, which has a front display side and a rear lighting side, with at least one lighting element being arranged in the area of the lighting side, characterized in that a light compensation filter in the form of a colored layer is directly or indirectly applied to the glass ceramic Printing method, in particular by means of ink-jet printing, was produced, is applied.
Description
Zur Verbesserung der Benutzerführung sind moderne Glaskeramikkochgeräte mit Signallampen oder 7-Segment-Anzeigen ausgerüstet. Die Kochfläche selbst besteht dabei aus einer transparenten, eingefärbten Glaskeramikscheibe (Substrat), die in Aufsicht schwarz erscheint. Die Signallampen geben dem Benutzer Informationen über den Ein-Zustand des Kochgerätes bzw. einzelner Kochzonen, der Reglerstellung und auch ob die Kochzone nach dem Ausschalten noch heiß ist. Als Leuchtmittel werden üblicherweise LED-Lämpchen eingesetzt.To improve user guidance, modern glass ceramic cooking appliances are equipped with signal lamps or 7-segment displays. The cooking surface itself consists of a transparent, colored glass ceramic plate (substrate) that appears black when viewed from above. The signal lamps give the user information about the on-state of the cooking appliance or individual cooking zones, the position of the regulator and whether the cooking zone is still hot after it has been switched off. LED lamps are usually used as light sources.
Aufgrund der Einfärbung der Glaskeramikkochfläche und der sehr begrenzten Auswahl farbiger LED-Anzeigen, ist das zur Verfügung stehende Farbspektrum für die Benutzerinformation sehr stark eingeschränkt. Standardmäßig sind diese Anzeigen rot oder ggf. orange, was sich auch aufgrund der Einfärbung der Glaskeramikkochfläche ergibt. In der
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine preiswerte und robuste Anzeigevorrichtung zu schaffen, mit transparenter eingefärbter Glaskeramik, um für den Benutzer beliebige und vorher bestimmbare Farbeindrücke zu realisieren.The object of the invention is therefore to create an inexpensive and robust display device with transparent colored glass ceramic in order to produce any color impressions that can be determined beforehand for the user.
Die Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise dadurch gelöst, dass zwischen Glaskeramikkochfläche und Leuchtmittel ein - entsprechend dem gewünschten Farbeindruck - Kompensationsfilter in Form einer Farbschicht eingebracht wird. Die Verschiebung des Farbortes des Leuchtmittels durch die Filtereigenschaften der Glaskeramik wird durch die Kombination der Glaskeramik mit einem solchen Kompensationsfilter zu einem gewünschten Farbort korrigiert.The object is achieved in a surprisingly simple manner in that a compensation filter in the form of a layer of color is introduced between the glass ceramic cooking surface and the lighting means, corresponding to the desired color impression. The shift in the color location of the illuminant due to the filter properties of the glass ceramic is corrected to a desired color location by combining the glass ceramic with such a compensation filter.
Die Gesamttransmission des Substrates τges (λ) setzt sich aus den Transmissionen der Glaskeramik τGK (λ) und des Kompensationsfilters τKF (λ) zusammen (Gl. 1). Die Intensitätsverteilung iLE (λ) des Leuchtelementes wird durch das Gesamttransmissionsspektrum rges (λ) zu der Intensitätsverteilung iA (λ) der Anzeige verschoben (Gl. 2), die ein Beobachter auf der Anzeigenseite wahrnimmt (Gl. 2).
Die einhergehende Verschiebung des Farbortes lässt sich im CIE-Normenvalenzsystem CIExyY (CIE - Commision internationale de l'éclaireage) darstellen. (Für die nachfolgende Beschreibung und deren Beispiele wird in dieser Schrift die Version CIExyY 1931 mit einem 2° Beobachter verwendet.) Das menschliche Auge ist kein spektral kontinuierlicher Lichtsensor, sondern ist aus Farbrezeptoren für begrenzte rote, grüne und blaue Spektralbereiche aufgebaut. Dem entsprechend ist das Sinnesempfinden der L, M, K Zapfen, mit Empfindlichkeiten im roten, grünen und blauen Lichtspektrum. Aufgrund von Testreihen mit Testpersonen wurden im CIE-Formalismus Tristimulusfunktionen x̅,y̅,z̅ und deren Integrale X, Y, Z definiert, die als ein Triplett von künstlichen Primärfarben durch deren Kombination den gesamten empfindbaren Farbraum unserer Augen nachbilden können. Dabei entsprechen die x̅ und z̅ Funktionen nur angenähert der L- und K-Zapfenempfindlichkeit. Die y̅ Funktion ist so konstruiert, dass sie das Helligkeitsempfinden bei Tag nachbildet und entspricht nahezu der M-Zapfenempfindlichkeit. Mit Gl. 3 und Gl. 4 ist der empfundene Farbort hierbei durch die normierten Werte x und y eindeutig beschrieben, Y ist ein Maß für die Helligkeit. Der CIExyY Formalismus beschreibt Selbstleuchter, optional durch absorbierende Medien hindurchleuchtend, deren in das Auge fallende Lichtspektrum in die normierten X. Y, Z CIE-Koordinaten transformiert wird, die dann den Farbort und die Helligkeit des Selbstleuchters beschrieben.
Voraussetzung zur Erreichung eines gewünschten Anzeigefarbortes im roten bis blauen Spektralbereich für einen Beobachter mittels eines Kompensationsfilters und mittels vorzugsweise eines kommerziell üblichen und kostenverträglichen Anzeigenleuchtelementes sind minimale Transmissionswerte des Substrates im Spektralbereich aller drei L, M, K Zapfen, bzw. aller drei x̅,y̅,z̅ CIE-Primärspektren. In
Um mit handelsüblichen Leuchtmitteln (beispielsweise LEDs) durch die Glaskeramik hindurch auf der Anzeigenseite genügend helle Farbeindrücke im blauen bis roten Spektralbereich hervorzurufen, sind Glaskeramiken erforderlich, die eine mittlere Transmission von >0,2%, vorzugsweise von >0,4%, jeweils für jeden der Spektralbereich von 420-500nm, 500-620 nm und 550-640 nm aufweisen. Wie in
Nimmt ein Beobachter ein Lichtreiz wahr, der aus zwei Lichtsignalen besteht, die räumlich nebeneinander liegen, aber mit dem Auge räumlich nicht auflösbar erscheinen, und die durch die Intensitätsverteilung der Leuchtelemente und durch Filtertransmissionen beschrieben sind, so addiert sich der wahrgenommenen Sinnesreiz linear (Gl. 5), und der summarische Farbort (x, y) liegt im Chromatizitätsdiagramm CIExyY auf einer Geraden zwischen den Farborten (x1, y1) und (x2, y2), der zwei Lichtsignale (Gl. 6). Im speziellen Fall gleicher Intensitäten (Gl. 7) liegt (x, y) in der Mitte zwischen den Farborten der beiden Lichtsignale (Gl. 8).
Dieser lineare Zusammenhang ist auch bekannt aus Farbdiagrammen zum Beispiel zu Bildanzeigen, wie CRT oder LCD Monitoren, bei denen mögliche wahrnehmbare Farborte im CIExyY Diagramm in einem Dreieck zwischen den Farborten der drei Primärfarben des Anzeigegerätes liegen, i.a. ein RGB-Farbraum, oder in einem Farbpolygon bei mehr als drei Primärfarben. Hierbei berechnet sich der Farbort aus der linearen Kombination dreier oder mehrerer Primärintensitäten gemäß (Gl. 6).This linear relationship is also known from color diagrams, for example for picture displays, such as CRT or LCD monitors, in which possible perceptible color locations in the CIExyY diagram lie in a triangle between the color locations of the three primary colors of the display device, i.a. an RGB color space, or in a color polygon with more than three primary colors. The color point is calculated from the linear combination of three or more primary intensities according to (Eq. 6).
In der erfindungsgemäßen Anwendung zweier hintereinander angeordneter Filter, eines Substrates (beispielsweise Glaskeramik) und eines Kompensationsfilters ist der Zusammenhang nicht mehr linear gegeben wie Gl. 9 im Vergleich zu Gl. 5 verdeutlicht. In Gl. 9 können für τ1 (λ) und τ2 (λ) zum Beispiel aus Gl. 1 die Transmissionspektren der Glaskeramik τGK (λ) und des Kompensationsfilters τKF (λ) eingesetzt werden.
Der Farbort des Leuchtelementes durch die hintereinander angeordneten Filter liegt nicht mehr notwendigerweise auf einer Geraden zwischen den Farborten des Leuchtelementes durch die einzelnen Filter. Umgekehrt führt dies zu dem Phänomen, dass derselbe gemeinsame, erfindungsgemäß kompensierte Farbort eines Leuchtelementes durch eine Glaskeramik mit verschiedenen Kompensationsfiltern erreicht werden kann, wobei der Farbort des Leuchtelementes durch die einzelnen Kompensationsfilter je nach spektraler Verteilung nicht identisch sein muss. In
Mit einem erfindungsgemäßen Farbfilter ist es, wie beschrieben, somit möglich die Verschiebung des ursprünglichen Farborts des Leuchtmittels durch das eingefärbte Substrat wieder zu kompensieren, im speziellen zu einem weißen Farbort. Eine weitere erfindungsgemäße Anwendung ist, den Farbort des Leuchtmittels auf der Anzeigenseite des Substrates zu einem gewünschten Farbort zu verschieben, der verschieden zum ursprünglichen Farbort des Leuchtmittels ist. Die kombinierte Verschiebung des Farbortes durch das Substrat und den Filter kompensiert sich hierbei gewollt nicht. Hiermit kann man zum einen Farborte erzeugen die beispielsweise durch verfügbare, feste Wellenlängen handelsüblicher LEDs nicht dargestellt werden können, beispielsweise ein Farbort der zwischen dem einer gelben und orangen LED liegt. Dies ist z.B. für die Identifizierung, Differenzierung und Vermarktung von Produktlinien vorteilhaft. Zum anderen können Leuchtelement einheitlich und damit mit Kostenvorteil mit einer Sorte nicht-monochromatischer, sondern spektral breit emittierender, farbiger Leuchtmittel aufgebaut sein (beispielsweise weiße LEDs, Leuchtstoffröhren). Durch Anwendung verschiedener erfindungsgemäßer Farbfilter lassen sich verschiedene Farborte für verschiedene Produktlinien oder gleiche Farborte einer Produktlinie kombiniert mit verschieden eingefärbten Substraten erzeugen. Farbortverschiebungen und Kompensationen sind insbesondere für spektral breitbandige Leuchtmittel anwendbar, wie weiße LEDs, Leuchtstoffröhren oder Mischfarben von kombinierten einfarbigen LEDs, beispielsweise RGB-LEDs. Einfarbige, nahezu monochromatische Leuchtmittel, beispielsweise wie rote, blaue, grüne LEDs, erfahren als Einzelfarbe eingesetzt im Allgemeinen keine merkliche Farbortverschiebung durch Filter.With a color filter according to the invention, as described, it is thus possible to compensate again for the shift of the original color location of the luminous means by the colored substrate, in particular to a white color location. Another application according to the invention is to shift the color location of the luminous means on the display side of the substrate to a desired color location which is different from the original color location of the luminous means. The combined shift of the color locus caused by the substrate and the filter is intentionally not compensated for. On the one hand, this can be used to generate color locations which, for example, cannot be represented by available, fixed wavelengths of commercially available LEDs, for example a color location that is between that of a yellow and orange LED. This is advantageous e.g. for the identification, differentiation and marketing of product lines. On the other hand, lighting elements can be constructed uniformly and thus with cost advantages with one type of non-monochromatic, but spectrally broadly emitting, colored lighting means (for example white LEDs, fluorescent tubes). By using different color filters according to the invention, different color locations for different product lines or the same color locations of a product line combined with differently colored substrates can be generated. Color locus shifts and compensations can be used in particular for spectrally broadband lighting means, such as white LEDs, fluorescent tubes or mixed colors of combined single-color LEDs, for example RGB LEDs. Single-color, almost monochromatic light sources, such as red, blue, green LEDs, when used as a single color, generally do not experience any noticeable shift in the color location due to filters.
Erfindungsgemäß den Farbort eines Leuchtmittels zu Weiß zu kompensieren, heißt nicht, genau den Unbuntpunkt E zu treffen. Stattdessen toleriert das Auge einen weiten Farbortbereich als Weißeindruck. Dies hängt unter anderem auch von den Farborten der umgebenden Oberflächen ab, wie einer rot-schwarzen Kochfeldoberfläche. Ziel ist es daher, erfindungsgemäß zur Weiß-Kompensationen eines beliebigen Leuchtelementes einen Farbort zu erreichen, der in den Grenzen des Weißbereiches W1, vorzugsweise des Weißbereiches W2 liegt. Der Weißbereich W2 umschließt hierbei die im ANSI definierte Weißfelder (ANSI binning) 1A, ..., 1D, ..., 8D, die typischerweise von LED-Herstellern herangezogen werden, um die Farborte ihrer weißen LEDs zu charakterisieren. Dieser Bereich entspricht Farbtemperaturen von 2580K bis 7040K (CCT, color correlated temperature), entsprechend einem Weißeindruck von Kaltweiß bis Warmweiß. Die Eckpunkte der erfindungsgemäß definierten Weißbereiche W1 und W2 in
Erfindungsgemäß ist die Farbortkompensation nicht auf die Beispielbeschichtungen 1-4 oder die Normlichtquelle E beschränkt. Vorzugsweise werden in einer Anwendung kommerziell erhältliche und kostengünstige Leuchtmittel, zum Beispiel weiße LEDs eingesetzt werden. Auch andersfarbige, nicht monochromatische Leuchtmittel, wie beispielsweise Leuchtstoffröhren oder weiterhin beispielsweise eine Kombination aus blauen, grünen und roten LEDs (RGB-Leuchtmittel), die beispielsweise als Hinterleuchtung von LCD-Anzeigen auf einen festen Farbort eingestellt sind oder eine Farbdarstellung der Anzeige steuern, können eingesetzt werden, um mittels entsprechend aufgebauter Kompensationsfiltern auf der Anzeigenseite des Kochfeldes zu den ursprünglichen Farbort der Leuchtmittel zu kompensieren oder speziell einen weißen Farbeindruck oder auch einen beliebigen Farbeindruck zu erzeugen.According to the invention, the color point compensation is not limited to the example coatings 1-4 or the standard light source E. Commercially available and inexpensive lighting means, for example white LEDs, are preferably used in one application. Other colored, non-monochromatic illuminants, such as fluorescent tubes or, for example, a combination of blue, green and red LEDs (RGB illuminants), which are set to a fixed color location as backlighting of LCD displays or control a color display of the display, can also be used can be used to compensate for the original color location of the lighting means by means of appropriately constructed compensation filters on the display side of the hob or to create a special white color impression or any color impression.
Erfindungsgemäß ist die Farbortkompensation nicht auf einen weißen Farbort beschränkt. Es kann jeder gewünschte Farbort mit einem entsprechenden Kompensationsfilter eingestellt werden, zum Beispiel Markengeräte-spezifische Farben für Anzeigen oder Firmenlogos, oder auch verschiedene Farborte zur benutzerfreundlichen Unterscheidung von Warnmeldungen, Hinweisen oder Benutzerhilfen, oder verschiedene Farborte für verschiedene Leistungsstufen bei Kochgeräten. Dies kann in vielfältigen Beispielen Anwendung finden, die zur leichteren Benutzerführung, Statusanzeigen oder verschiedenes Ambiente einer Schmuckbeleuchtung dienen.According to the invention, the color location compensation is not limited to a white color location. Any desired color location can be set with a corresponding compensation filter, for example brand device-specific colors for advertisements or company logos, or different color locations for user-friendly differentiation of warning messages, instructions or user aids, or different color locations for different power levels in cooking appliances. This can be used in a variety of examples, which are used for easier user guidance, status displays or different ambience of decorative lighting.
Die Farbschicht erlaubt durch verschiedene Beschichtungsverfahren, wie z.B. Siebdruck, eine scharfe Abgrenzung des Signalfeldes und Abschirmung von Streulicht, sowie eine Darstellung von Zeichen Symbolen oder Schriftzügen, die im Ein-Zustand der Beleuchtung für den Benutzer sichtbar sind und im Aus-Zustand vom Benutzer nicht wahrnehmbar sind. Selbst die Position dieser Markierungen / Logos ist im Aus-Zustand nicht erkennbar, wodurch die einfarbige edle Anmutung der Glaskeramikoberfläche für den Benutzer erhalten bleibt. Dieser Effekt wird als Deadfront-Effekt bezeichnet und von Designern oftmals gewünscht, da dadurch das Kochgerät in der Gesamtästhetik deutlich aufgewertet wird. Dieser Deadfront-Effekt ist bspw. bei den insbesondere in Japan bekannten transparenten Glaskeramikkochflächen nur mit erheblichem zusätzlichem Aufwand möglich. Aufgrund der hohen Transparenz dieser Kochflächen sind Display-Anzeigen oder Lämpchen direkt bzw. deutlich sichtbar was teilweise als störend empfunden wird. Im Gegensatz zu diesen transparenten Kochflächen können die dunkel eingefärbten Kochflächen weiterhin auch mit leistungsstarken Strahlungsheizkörpern kombiniert werden, wodurch mit dem vorgeschlagenen Verfahren die Glaskeramikkochgeräte mit Strahlungsheizkörpern bzw. Halogenheizkörpern in der Benutzerführung deutlich aufgewertet werden.Through various coating processes, such as screen printing, the color layer allows a sharp delimitation of the signal field and shielding from scattered light, as well as a representation of signs, symbols or lettering that are visible to the user when the lighting is on and not by the user when the lighting is off are perceptible. Even the position of these markings / logos cannot be seen when the device is switched off, which means that the single-colored, elegant appearance of the glass ceramic surface is retained for the user. This effect is known as the deadfront effect and is often requested by designers, as it significantly enhances the overall aesthetics of the cooking appliance. This dead front effect is only possible with considerable additional effort, for example in the case of the transparent glass ceramic cooking surfaces known in particular in Japan. Due to the high transparency of these cooking surfaces, displays or lights are directly or clearly visible, which is sometimes perceived as annoying. In contrast to these transparent cooking surfaces, the dark-colored cooking surfaces can still be combined with powerful radiant heaters, whereby the proposed method significantly improves the user guidance of the glass ceramic cooking appliances with radiant heaters or halogen heaters.
Die Abbildungsschärfe auf der Oberseite von feinen Linien und Schriftzügen ist bei Einsatz der üblicherweise auf der Unterseite genoppten Glaskeramikkochflächen ohne optisch störende Verzerrungen möglich, indem auf die Noppen eine brechzahlangepasste Ausgleichsschicht aufgetragen wird. Dies ist ein weiterer deutlicher Vorteil gegenüber dem im US-Patent
Neben den hier aufgezeigten Hauptanwendungsfeld für Beleuchtungen mit Einzel-LEDs oder 7-Segmentanzeigen ist dieses System selbstverständlich auch für jede beliebige andere Lichtquelle und Darstellungsform geeignet, es können beispielsweise als Lichtquelle auch Halogenlampen, Leuchtstäbe, Faseroptiken oder Leuchtstoffröhren eingesetzt werden. Neben Leuchtpunkten oder 7-Segment-Anzeigen sind auch Balkenanzeigen oder Leuchtkennzeichnungen zur Kochzonenidentifizierung oder Markierung vorstellbar oder Ausleuchtung von größeren Kochzonenflächen oder Umrandungen. Weiterhin sind erfindungsgemäße Farbortkompensationen oder Verschiebungen auch für Hintergrundbeleuchtungen von alphanumerischen oder graphischen Displays, beispielhaft LCD-Anzeigen, anwendbar. Neben den bevorzugten Einsatz in Glaskeramikkochgeräten kann dieses System auch im Panelbereich von Backöfen oder Dominokochgeräten einschließlich Grillplatten eingesetzt werden. Bekannt sind beispielsweise auch Kaminverkleidungen aus Glaskeramik. Auch bei diesen Kaminverkleidungen ist eine Beleuchtung mit dem vorgeschlagenen System zur Verbesserung des Benutzerkomforts möglich. Die Kochfläche kann plan, gebogen oder komplex verformt ausgebildet sein. Als Beheizung für die Kochstellen sind Gasbrenner, Induktionsspulen oder Strahlungsheizkörper bzw. Halogenheizkörper vorstellbar.In addition to the main field of application shown here for lighting with individual LEDs or 7-segment displays, this system is of course also suitable for any other light source and display form, for example halogen lamps, fluorescent sticks, fiber optics or fluorescent tubes can also be used as the light source. In addition to luminous dots or 7-segment displays, bar displays or luminous markings for cooking zone identification or marking are also conceivable, or the illumination of larger cooking zone surfaces or borders. Furthermore, color location compensations or shifts according to the invention are also used for background lighting of alphanumeric or graphic displays, for example LCD displays, applicable. In addition to its preferred use in glass ceramic cooking appliances, this system can also be used in the panel area of ovens or domino cooking appliances including grill plates. For example, glass ceramic chimney claddings are also known. Lighting with the proposed system to improve user comfort is also possible with these chimney cladding. The cooking surface can be flat, curved or deformed in a complex manner. Gas burners, induction coils or radiant heaters or halogen heaters are conceivable as heating for the hotplates.
Entscheidend für den farblich gewünschten Gesamteindruck ist ein entsprechender Transmissionsverlauf, der sich aus den Transmissionsverläufen des Substrates und des Farbfilters (Farbschicht) ergibt. Da der Transmissionsverlauf des Substrates „vorgegeben“ ist, kann die Korrektur nur über die Farbschicht erfolgen.
Der Korrekturfiltereffekt der Farbschichten wird durch den jeweiligen Transmissionsverlauf im sichtbaren Bereich bestimmt, durch folgende wesentliche Parameter:
- • Lage des Transmissionsmaximums
- • Breite des Transmissionsmaximums
- • Intensität des Transmissionsmaximums
The correction filter effect of the color layers is determined by the respective transmission curve in the visible area, by the following essential parameters:
- • Position of the transmission maximum
- • Width of the transmission maximum
- • Intensity of the transmission maximum
Die Lage und Breite des Transmissionsmaximums wird durch die Farbzusammensetzung bestimmt, insbesondere durch die farbgebenden Pigmente. Die Intensität hingegen wird durch die Schichtdicke der Farbe und die Konzentration des Farbstoffes bzw. des Farbpigments in der Farbmatrix bestimmt.The position and width of the transmission maximum is determined by the color composition, in particular by the color pigments. The intensity, on the other hand, is determined by the layer thickness of the color and the concentration of the dye or the color pigment in the color matrix.
So sind in
Die Farbschicht mit 1% und 0,8% Heliogenblau (B1 bzw. B2) liegen am Rande des Weißbereiches W1. Hingegen B3 mit 0,6% Heliogenblauanteil in der Farbmatrix liegt am oberen Ende des Weißbereiches W2 und B4 mit 0,4% desselben Blaufarbstoffes unterhalb von W1. Durch die Lage der Punkte B1-B4 in der Farbortgraphik (
Die Farbschicht kann aus verschiedenen Farbsystemen hergestellt werden. Zum einen eignen sich organische Farbsysteme z.B. für Niedrigtemperaturanwendungen, zum anderen anorganische Farbsysteme auch für Hochtemperaturanwendungen bzw. Mischungen derselben.The color layer can be produced from different color systems. On the one hand, organic color systems are suitable e.g. for low-temperature applications, on the other hand, inorganic color systems are also suitable for high-temperature applications or mixtures thereof.
Wie vorstehend ausgeführt, kann der angepasste Transmissionsverlauf durch Farbschichten, die aus Farbmatrix und/oder Farbstoffen und oder Pigmenten besteht, erreicht werden. Als Farbstoffe/Pigmente werden organische und anorganische Farbstoffe und oder Pigmente verwendet, bevorzugt absorbierende organische und anorganische Farbstoffe/Pigmente, besonders bevorzugt blaue, grüne und blaugrüne Farbstoffe/Pigmente. Von den Blau-Grünen Farbstoffe/Pigmenten werden solche Farbstoffe/Pigmente bevorzugt, deren Transmissionsmaxiumum im Bereich von 400-600 nm liegt, besonders bevorzugt im Bereich 450-550 nm. Als Farbstoffe werden beispielsweise eingesetzt Eisencyan-Komplexe, Indanthron, Indigo, Kupferphthalocyanine, bevorzugt die β-Form der Kupferphthalocyanine, Chrom-Chelate, vorzugsweise Cr3+ mit Liganden aus der Azo- und Azomethinreihen z.B. Heliogenblau 23050.As stated above, the adapted transmission profile can be achieved by means of colored layers which consist of a color matrix and / or dyes and / or pigments. The dyes / pigments used are organic and inorganic dyes and / or pigments, preferably absorbent organic and inorganic dyes / pigments, particularly preferably blue, green and blue-green dyes / pigments. Of the blue-green dyes / pigments, those dyes / pigments are preferred whose transmission maximum is in the range of 400-600 nm, particularly preferably in the range 450-550 nm. The dyes used are, for example, iron cyanide complexes, indanthrone, indigo, copper phthalocyanines, preferably the β-form of copper phthalocyanines, chromium chelates, preferably Cr3 + with ligands from the azo and azomethine series, e.g. Heliogen blue 23050.
Als Farbpigmente werden beispielsweise Cobalt-Zinn-Oxid-Verbindungen (Mischoxide), Aluminiumsilikate bevorzugt schwefelhaltige Aluminiumsilikate (z.B. Ultramarinblau, -grün), Zirkonsilikate, bevorzugt mit Vanadiumzusatz, besonders bevorzugt mit 1,5% Vanadiumzusatz, Zirkonsilikat-Vanadiumoxide, Calcium-Kupfer-Silikate, bevorzugt CaCuSi4010, Kupfercarbonatverbindungen 2CuCO3*Cu(OH)2, Cobalt-Aluminium-Oxid-Verbindungen, bevorzugt als Cobalt-Aluminat (Cobalt-Aluminium-Spinell; Colour Index Blau 28), und Cobalt-Chrom-Oxid-Verbindungen, bevorzugt als Cobalt-Chromit (Cobalt-Chrom-Spinell; Colour Index Blau 36), verwendet.The color pigments used are, for example, cobalt tin oxide compounds (mixed oxides), aluminum silicates, preferably sulfur-containing aluminum silicates (e.g. ultramarine blue, ultramarine green), zirconium silicates, preferably with added vanadium, particularly preferably with 1.5% added vanadium, zirconium silicate-vanadium oxide, calcium-copper Silicates, preferably CaCuSi4010, copper carbonate compounds 2CuCO3 * Cu (OH) 2, cobalt-aluminum oxide compounds, preferably as cobalt-aluminate (cobalt-aluminum spinel; color index blue 28), and cobalt-chromium oxide compounds, preferred as cobalt chromite (cobalt chromium spinel; color index blue 36).
Diese Pigmente werden bevorzugt als Nanopartikel eingesetzt. Als besondere Ausführung können die genannten Pigmente auch als Streupartikel appliziert werden.These pigments are preferably used as nanoparticles. As a special design, the pigments mentioned can also be applied as scattering particles.
Die Farbmatrix kann aus organischen und / oder anorganischen Komponenten bestehen, wo insbesondere für Anwendungen im höheren Temperaturbereich die anorganische Matrix bevorzugt eingesetzt wird. Eine anorganische Farbmatrix besteht im allgemeinen aus einem Glas -Pulver und einem Medium, mit dem sich die Verarbeitbarkeit/Druckbarkeit etc. einstellen lässt. Die organische Farbmatrix besteht aus einem Binder, Lösungsmittel und Zusätzen wie Härter, Vernetzer, Verlaufsmittel, Additive, Entschäumer, sauren und oder basischen und oder kationischen und oder anionischen und oder radikalischen Polymerisations-Startern
Als Binder können Kautschuk, Polyurethanharze, Silicone (org. und/oder anorganisch vernetzend), Sol-Gel-Verbindungen, Hybrid-Polymere, Acrylatbasierende Systeme, bevorzugt Methacrylate, Epoxide, Polyamide, Polyimid und Mischungen derselben verwendet werden. Diese Binder können mit und ohne Nanopartikel eingesetzt werden.The color matrix can consist of organic and / or inorganic components, where the inorganic matrix is preferably used, in particular for applications in the higher temperature range. An inorganic color matrix generally consists of a glass powder and a medium with which the processability / printability etc. can be adjusted. The organic color matrix consists of a binder, solvent and additives such as hardeners, crosslinkers, leveling agents, additives, defoamers, acidic and / or basic and / or cationic and / or anionic and / or radical polymerization starters
Rubber, polyurethane resins, silicones (organic and / or inorganically crosslinking), sol-gel compounds, hybrid polymers, acrylate-based systems, preferably methacrylates, epoxides, polyamides, polyimide and mixtures thereof can be used as binders. These binders can be used with and without nanoparticles.
Insbesondere kann die Beschichtungszusammensetzung Sol-Gel-Vorstufen des Siliziums, Titans, Zirkons, Aluminiums, Zinks, Magnesiums, Calciums, Zinns oder Mischungen davon umfassen. Ganz besonders bevorzugt sind die Sol-Gel-Vorstufen SiORxRy, TiORxXy, ZrORxXy, AlORxXy, ZnORxXy, MgORxXy, CaORxXy und SnORxXy.In particular, the coating composition can comprise sol-gel precursors of silicon, titanium, zirconium, aluminum, zinc, magnesium, calcium, tin or mixtures thereof. The sol-gel precursors SiORxRy, TiORxXy, ZrORxXy, AlORxXy, ZnORxXy, MgORxXy, CaORxXy and SnORxXy are very particularly preferred.
In einer Ausführungsform ist die Partikelgröße der Sol-Gel-Vorstufe und oder metalorganischen und oder anorganischen Nanopartikel in einem Bereich von 0,05 bis 200 nm, besonders bevorzugt von 1 bis 100 nm. Die Partikelform kann dabei insbesondere sowohl kugelförmig als auch irregulär als auch kettenförmig sein.In one embodiment, the particle size of the sol-gel precursor and / or organometallic and / or inorganic nanoparticles is in a range from 0.05 to 200 nm, particularly preferably from 1 to 100 nm be chain-shaped.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beschichtungszusammensetzung eine UV-härtbare und oder thermisch -härtbare hybridpolymere, hydrolysierte und kondensierte Alkoxysilanvorstufe, insbesondere Glycidylpropyloxyltriethoxysilan und/oder Methacryloxypropyloxytrimethoxysilan welche ferner mit Polysiloxanen funktionalisiert werden kann. Bevorzugt werden Methyl und oder Phenylfunktionalisierte Polysiloxane verwendet. Die Sol-Gel-Schicht auf der Glaskeramik umfasst also vorzugsweise die Reaktionsprodukte hierin beschriebener Sol-Gel-Vorstufen mit hierin beschriebenen Polysiloxanen.In a particularly preferred embodiment, the coating composition comprises a UV-curable and / or thermally curable hybrid polymer, hydrolyzed and condensed alkoxysilane precursor, in particular glycidylpropyloxyltriethoxysilane and / or methacryloxypropyloxytrimethoxysilane, which can also be functionalized with polysiloxanes. Methyl and / or phenyl-functionalized polysiloxanes are preferably used. The sol-gel layer on the glass ceramic thus preferably comprises the reaction products of the sol-gel precursors described herein with the polysiloxanes described herein.
In einer besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält die Beschichtung anorganische Nanopartikel. Die Nanopartikel verbessern bspw. die Kratzfestigkeit der Beschichtung.In a particular embodiment according to the invention, the coating contains inorganic nanoparticles. The nanoparticles improve the scratch resistance of the coating, for example.
In dieser besonderen Ausführungsform werden anorganische Nanopartikel der Beschichtungslösung zugegeben. Bevorzugt beträgt der Volumenanteil der Nanopartikel an der Beschichtungszusammensetzung mehr als 10%, weiter bevorzugt mehr als 20%. Die Nanopartikel werden bevorzugt als alkoholische Dispersion zugesetzt.In this particular embodiment, inorganic nanoparticles are added to the coating solution. The proportion by volume of the nanoparticles in the coating composition is preferably more than 10%, more preferably more than 20%. The nanoparticles are preferably added as an alcoholic dispersion.
Bevorzugt umfasst die Beschichtungszusammensetzung auch Nano-Partikel in Form von amorphen oder nanokristallinen Metalloxiden. Bevorzugte Metalloxide sind Siliziumoxid (SiO2), Titandioxid (TiO2), Zirkondioxid (ZrO2), Y2O3 stabilisiertes Zirkonoxid, Aluminiumoxid (Al2O3), Zinkoxid (ZnO) und Indiumzinnoxid (ITO). Vorzugsweise können auch deren hybridpolymere Derivate oder Verbindungen eingesetzt werden. Die Metalloxide können in Form von Partikeln und oder metalorganischen Polymern vorliegen.The coating composition preferably also comprises nano-particles in the form of amorphous or nanocrystalline metal oxides. Preferred metal oxides are silicon oxide (SiO2), titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ), Y2O3 stabilized zirconium oxide, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO) and indium tin oxide (ITO). Their hybrid polymer derivatives or compounds can preferably also be used. The metal oxides can be in the form of particles and / or metal-organic polymers.
Als Lösungsmittel werden bspw. Terpeniol, n-Butylacetat, Carbitol, Carbitolacetat, Etylenglykolmonoethylether und Mischungen derselben eingesetzt. Insbesondere für Siebdruck geeignete Farbmatrix benötigt hochsiedende Lösungsmittel mit einem Dampfdruck < 5 hPa, bevorzugt < 2 hPa, besonders bevorzugt < 1 hPa. Zusätzlich können Härter z.B. zur Erhöhung der Schichthärte/Kratzbeständigkeit zugefügt werden, beispielsweise Nanopartikel, Bis-epoxide. Je nach Beschichtungsverfahren können auch noch verschiedene Verlaufsmittel zugegeben werden, beispielsweise PEG, BYK 302, BYK 306, um homogene Schichtdicken zu erreichen. Insbesondere beim Druck auf nichtglatte Oberflächen, z.B. genoppte Oberflächen, wird ein Benetzungsmittel/Verlaufsmittel zugegeben, das eine Nachbildung der Noppen zulässt.The solvents used are, for example, terpeniol, n-butyl acetate, carbitol, carbitol acetate, ethylene glycol monoethyl ether and mixtures thereof. A color matrix that is particularly suitable for screen printing requires high-boiling solvents with a vapor pressure <5 hPa, preferably <2 hPa, particularly preferably <1 hPa. In addition, hardeners can be added, e.g. to increase the layer hardness / scratch resistance, for example nanoparticles, bis-epoxides. Depending on the coating process, various leveling agents can also be added, for example PEG, BYK 302, BYK 306, in order to achieve homogeneous layer thicknesses. Especially when printing on non-smooth surfaces, e.g. dimpled surfaces, a wetting agent / leveling agent is added that allows the dimples to be reproduced.
Die Bestandteile der Farbmatrix und die Farbstoffe und oder Pigmente werden homogenisiert, vorzugsweise mittels Dispermat (Ultraturax) oder Dreiwalzenstuhl.The components of the color matrix and the dyes and / or pigments are homogenized, preferably using a Dispermat (Ultraturax) or three-roller mill.
Es werden verschiedene Beschichtungsverfahren angewendet, beispielsweise Druckverfahren wie Ink-Jet-Druck, Off-Set-, Tampon-Druck, Rollcoating, bevorzugt Siebdruck; Tauchverfahren, Spin-coating, Sprühverfahren. Für diese Beschichtungsverfahren muss die Viskosität der Farbmatrix auf die Verarbeitbarkeit /Druckbarkeit angepasst werden, insbesondere für das bevorzugte Siebdruckverfahren das Thixotropieverhalten. Dafür werden u.a. als organische Eindicker Cellulose-Verbindungen, Polyvinylpyrilidon, Polyethylenglykol, Block-Co-Polymere, als anorganische Eindicker: Aerosile, flammenpyrolytische bzw. per Fällungsprozess hergestellte SiOx bzw. AlxOy-Partikel verwendet.Various coating processes are used, for example printing processes such as ink-jet printing, off-set, tampon printing, roll coating, preferably screen printing; Dip processes, spin-coating, spray processes. For these coating processes, the viscosity of the color matrix must be adapted to the processability / printability, especially the thixotropic behavior for the preferred screen printing process. For this purpose, cellulose compounds, polyvinylpyrilidone, polyethylene glycol, block copolymers are used as organic thickeners, and as inorganic thickeners: Aerosils, flame pyrolytic or SiOx or AlxOy particles produced by the precipitation process.
Nach der Beschichtung werden die Farbschichten thermisch gehärtet und/oder UV gehärtet, im Falle von anorganischer Farbe (keramische Farbe) wird die Farbschicht bei Temperaturen von über 500°C eingebrannt, bevorzugt > 700°C.After the coating, the color layers are thermally cured and / or UV cured; in the case of inorganic paint (ceramic paint), the color layer is baked at temperatures above 500 ° C, preferably> 700 ° C.
Der erfindungsgemäße Filtereffekt der Farbschichten erfordert homogene Schichtdicken, so dass die Schwankungen der Schichtdicke < 3 µm liegen, bevorzugt < 1 µm ganz besonders bevorzugt < 0,5 µm. Daher werden beidseitig glatte Oberflächen bevorzugt. „Glatt“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Ober- und Unterseite etwa die gleiche Oberflächengeometrien aufweisen und die Unterseite nicht die übliche Noppenstruktur aufweist.The filter effect according to the invention of the colored layers requires homogeneous layer thicknesses, so that the fluctuations in the layer thickness are <3 μm, preferably <1 μm, very particularly preferably <0.5 μm. Therefore, smooth surfaces on both sides are preferred. In this context, “smooth” means that the top and bottom have approximately the same surface geometry and the bottom does not have the usual knobbed structure.
Bei nichtglatten Oberflächen, z.B. genoppten Oberflächen kann direkt auf die Oberfläche eine brechzahlangepasste Ausgleichsschicht aufgetragen werden, die bspw. aus Polyurethanharzen, Silicone (org. und/oder anorganisch vernetzend), Sol-Gel-Verbindungen, Hybrid-Polymere, Acrylatbasierende Systeme, bevorzugt Methacrylate, Epoxide, Polyamide, Polyimid und Mischungen derselben bestehen. Diese Ausgleichsschicht kann mit und ohne Nanopartikel eingesetzt werden. Auf diese Ausgleichsschicht wird dann die bereits beschriebene Farbschicht aufgebracht.In the case of non-smooth surfaces, e.g. dimpled surfaces, a leveling layer adapted to the refractive index can be applied directly to the surface, made for example of polyurethane resins, silicones (organic and / or inorganically crosslinking), sol-gel compounds, hybrid polymers, acrylate-based systems, preferably methacrylates , Epoxies, polyamides, polyimide and mixtures thereof. This leveling layer can be used with and without nanoparticles. The color layer already described is then applied to this leveling layer.
Ausführungsbeispiel 1: dunkle Glaskeramik mit glatter UnterseiteEmbodiment 1: dark glass ceramic with a smooth underside
Herstellung Bindemittel AManufacture of binder A
Es werden 0,08 mol GPTES (Glycidyloxypropyltriethoxysilan) mit 0,02 mol TEOS (Tetraethoxysilan) mit 0,125 mol Paratoluolsäure versetztem Wasser hydrolysiert. Anschließend wird das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt und 22,6 g Binder erhalten.0.08 mol of GPTES (glycidyloxypropyltriethoxysilane) are hydrolyzed with 0.02 mol of TEOS (tetraethoxysilane) with 0.125 mol of paratoluic acid added to water. The solvent is then removed on a rotary evaporator and 22.6 g of binder are obtained.
Herstellung Bindemittel BManufacture of binders B
Es werden 0,04 mol MPTMS (Methacryloxypropyltrimethoxysilan) mit 0,02 mol TEOS (Tetraethoxysilan) mit 0,04 MTEOS (Methyltriethoxysilan) mit 0,125 mol Paratoluolsäure versetztem Wasser hydrolysiert. Anschließend wird das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt.0.04 mol of MPTMS (methacryloxypropyltrimethoxysilane) is hydrolyzed with 0.02 mol of TEOS (tetraethoxysilane) with 0.04 of MTEOS (methyltriethoxysilane) with 0.125 mol of paratoluic acid added. The solvent is then removed on a rotary evaporator.
Als Nanopartikelhaltige Lösung wird eine käuflich erhältliche Dispersion von 15 nm großen SiO2 - Partikel in Diethylenglycolmonopropylether eingesetzt.A commercially available dispersion of 15 nm SiO2 particles in diethylene glycol monopropyl ether is used as the solution containing nanoparticles.
Die Starterlösung enthält 50 mass-% an thermisch aktivierbarem Starter Methylimidazol in Ethylenglycolmonopropylether.The starter solution contains 50% by mass of thermally activated starter methylimidazole in ethylene glycol monopropyl ether.
Auf die beidseitig glatte dunkle Glaskeramik, die aus einem Glaskeramikmaterial entsprechend einer Glaskeramik vom Typ CERAN HIGHTRANS eco® gefertigt wurde und die eine Dicke von 4 mm aufweist, wurde auf die Unterseite per Siebdruck eine Farbe aufgedruckt, die aus folgenden Komponenten bestand:
- 30 mass-% Bindemittel A
- 65 mass-% Nanopartikelhaltige Sol-Gel-Lösung
- 2 mass-% Starterlösung
- 3 mass % Heliogenblau 23050
- 30% by mass of binder A
- 65 mass% sol-gel solution containing nanoparticles
- 2 mass% starter solution
- 3 mass% heliogen blue 23050
Diese Farbe wurde mit zwei verschiedenen Gewebestärken gedruckt, und anschließend 3 min mit UV-Beleuchtung des Geräteteypes Dymax 500 getrocknet. Mit der Gewebestärke 100-40 lag die Schichtdicke bei 4,9 µm, die Schicht war rissig und der Gesamtfarbeindruck mit Beleuchtung durch eine weiße LED war bläulich. Mit der Siebstärke 140-31 hingegen wurde eine Schichtdicke von 2,8 µm erzielt, die eine geschlossene, homogene Oberflächenstruktur aufwies. Mit derselben Hinterleuchtung wurde diesmal ein weißer Gesamteindruck erzielt.This color was printed with two different fabric thicknesses and then dried for 3 min with UV lighting of the
Ausführungsbeispiel 2: dunkle Glaskeramik mit genoppter UnterseiteEmbodiment 2: dark glass ceramic with nubbed underside
Auf eine genoppte dunkle Glaskeramik vom Typ CERAN HIGHTRANS eco® wurde per Siebdruck eine Ausgleichsschicht aus Polyurethanharz gedruckt und anschließend thermisch gehärtet. Die Schichtdickenschwankung lag bei < 3 µm. Auf diese Ausgleichsschicht wurde eine Farbe mittels Siebdruckverfahren gedruckt, die aus folgenden Komponenten bestand:
- 32 % Bindemittel A
- 60 % Nanopartikelhaltige Sol-Gel-Lösung
- 2% Starterlösung
- 6% Spritblau 94030
- 32% binder A
- 60% sol-gel solution containing nanoparticles
- 2% starter solution
- 6% fuel blue 94030
Die Trocknung erfolgte bei 3 min UV-Strahlung.The drying took place with 3 min of UV radiation.
Die Schichtdickenschwankung lag bei < 3 µm; das Licht einer weißen LED wurde homogen weiß angezeigt.The variation in layer thickness was <3 µm; the light of a white LED was displayed in a homogeneous white.
Ausführungsbeispiel 3: dunkle Glaskeramik mit genoppter UnterseiteEmbodiment 3: dark glass ceramic with nubbed underside
Auf eine genoppte dunkle Glaskeramik vom Typ CERAN HIGHTRANS eco® wurde per Siebdruck eine Ausgleichsschicht aus Polyurethanharz gedruckt und anschließend thermisch gehärtet. Die Schichtdickenschwankung lag bei < 3 µm. Auf diese Ausgleichsschicht wurde eine Farbe mittels Siebdruckverfahren gedruckt, die aus folgenden Komponenten bestand:
- 32 % Bindemittel B
- 60 % Nanopartikelhaltige Sol-Gel-Lösung
- 2% Starterlösung
- 6% Spritblau 94030
- 32% binder B
- 60% sol-gel solution containing nanoparticles
- 2% starter solution
- 6% fuel blue 94030
Die Trocknung erfolgte bei 60 min IR-Strahlung kombiniert mit Umluft.The drying took place at 60 min IR radiation combined with circulating air.
Die Schichtdickenschwankung lag bei < 3 µm; das Licht einer weißen LED wurde homogen weiß angezeigt.The variation in layer thickness was <3 µm; the light of a white LED was displayed in a homogeneous white.
Ausführungsbeispiel 4: dunkle Glaskeramik mit keramischer FarbschichtEmbodiment 4: dark glass ceramic with ceramic color layer
Auf einer 4mm dicken, beidseitig glatten Glaskeramik (entsprechendes Material wie CERAN HIGHTRANS eco®) wurde per Siebdruck eine keramische Farbe gedruckt. Die Farbe bestand aus einem Borosilikatglaspulver (40%), Siebdruckmedium (50%) und Blaupigment (10%) der CI -Klasse 36 (Cobalt-Aluminium-Oxid), die im Dreiwalzenstuhl homogenisiert wurde.
Diese Farbe wurde im Ofen bei Temperaturen > 500° eingebrannt. Die Schichtdicke betrug 4 µm, wobei die Schwankung der Schichtdicke < 1 µm betrug. Der Farbeindruck mit einer weißen LED-Hinterleuchtung war weiß mit einem leichten Rotstirch.A ceramic color was screen-printed on a 4mm thick glass ceramic, smooth on both sides (corresponding material such as CERAN HIGHTRANS eco®). The paint consisted of a borosilicate glass powder (40%), screen printing medium (50%) and blue pigment (10%) of CI class 36 (cobalt aluminum oxide), which was homogenized in a three-roller mill.
This paint was baked in the oven at temperatures> 500 °. The layer thickness was 4 μm, the fluctuation in layer thickness being <1 μm. The color impression with white LED backlighting was white with a slight red stain.
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- DE 10052370 [0002]DE 10052370 [0002]
- DE 102009013127 [0002]DE 102009013127 [0002]
- DE 102010061123 [0002]DE 102010061123 [0002]
- US 6369365 [0018]US 6369365 [0018]
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