Besseres Licht für neue Lampen

17. September 2016, 15:01
1 Posting

Steirische Mikrooptik-Folien machen effiziente Photovoltaik, Sensorik und leuchtende Wände möglich

Weiz – Wie gut eine Lampe einen Raum erhellt, hängt nicht nur von der Stärke der Lichtquelle ab, sondern auch davon, wie das Licht verteilt und gelenkt wird. Linsen, beispielsweise vor LED-Lampen, bündeln das Licht oder breiten es im Raum aus. Diese transparenten Bauelemente mit konkaven oder konvexen Oberflächen sind zu großen Teilen für Homogenität und Färbung des Lichts verantwortlich. Zudem bestimmen sie, wie viel Helligkeit tatsächlich in das Umfeld entlassen wird.

Am Institut für Oberflächentechnologien und Photonik ("Materials") am Forschungsinstitut Joanneum Research in Weiz in der Steiermark beschäftigen sich Forscher damit, diese transparenten Bauelemente zu verbessern. Im Rahmen von Research Studios Austria (RSA), einem Programm, das vom Wissenschaftsministerium unterstützt wird, wird an optimierten Lichtlenkungskonzepten gearbeitet – nicht nur als Anwendung in dünneren Beleuchtungskörpern, sondern auch bei Photovoltaiksystemen und Sensoren.

Mikrooptische Strukturen

"Frühe LED-Lampen haben beispielsweise Farbspiele gezeigt, etwa mit einem gelblichen Zentrum und einem bläulichen Rand des Lichtkegels", erklärt Franz-Peter Wenzl von Joanneum Research. "Mit unseren Strukturen wollen wir ein homogenes Licht über die gesamte abstrahlende Fläche erreichen." Neben der Lichtqualität soll vor allem aber auch die Effizienz der Beleuchtungssysteme verbessert werden: Möglichst viel Energie soll tatsächlich als Beleuchtung des Raumes umgesetzt werden.

Zu diesem Zweck nutzen Wenzl und Kollegen im Projekt "Green Photonics" mikrooptische Strukturen, die sie in Folien prägen. Das hat den Vorteil, dass man die Bauhöhen der Lichtelemente reduzieren kann und die Bauweisen kompakter werden, erläutert Wenzl. Die Höhe der etwa zentimeterbreiten Optikstrukturen beläuft sich dabei auf lediglich 60 Mikrometer, also in etwa die Dicke eines menschlichen Haares. Durch diese Konstruktion sollen in Zukunft nicht nur Material- und Energiekosten gespart werden, man könnte auch größere Flächen – etwa Wände oder Decken – für die Beleuchtung nutzen.

Produktion nach Simulation

Geplant wird die Lichtlenkung der Optik mithilfe von Computersimulationen, in Polymerformen umgesetzt werden die errechneten Strukturen mittels Laserlithographie und Replikation aus einer Abgussform. Die replizierten Formen werden überprüft und helfen, die virtuellen Modelle erneut zu verfeinern, erklärt Wenzl. Diese Schleife wird je nach Erfordernis mehrmals durchlaufen, bis das Ergebnis stimmt. Jedes Leuchtendesign bekommt auf diese Art eine maßgeschneiderte Optik verpasst.

Ähnliche mikrooptische Strukturen werden zudem entwickelt, um sie im Zusammenspiel mit Photovoltaik-Anlagen zu verwenden. Hier übernehmen die Folien die Rolle, das Licht "einzusammeln" und hin zu den aktiven Zellen zu leiten – was die Energieausbeute erhöht. Gleichzeitig kann an Fenstern dadurch ein Abschattungseffekt erzielt werden. Die Photovoltaik-Systeme (PV), die in kristalliner Form auf die transparenten Folien aufgebracht werden, könnten auch auf gekrümmten Oberflächen wie Autokarosserien installiert werden.

Ein weiterer Anwendungsfall für die Mikrooptiken aus Weiz sind optische Sensoren. Beispielsweise kann eine fluoreszierende Farbschicht verwendet werden, die die Leuchtkraft in Abhängigkeit vom Vorhandensein von Kohlendioxid verändert. Diese Veränderung kann gemessen und für die Sensorik verwendet werden. Die mikrooptischen Strukturen können das Licht dabei in möglichst konzentrierter Form zum Detektor bringen, erklärt Wenzl. (pum, 17.9.2016)

  • Mikrooptische Strukturen auf den Folien breiten das Licht homogen aus. Leuchten können damit sehr viel dünner gebaut werden
    foto: joanneum

    Mikrooptische Strukturen auf den Folien breiten das Licht homogen aus. Leuchten können damit sehr viel dünner gebaut werden

Share if you care.