Im Rahmen der Förderinitiative „KMU-innovativ: Photonik / Optische Technologien“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) hat sich ein Konsortium von drei Unternehmen (Innolite GmbH, Vossloh-Schwabe Optoelectronic GmbH & Co. KG, Berlet Formen- und Werkzeugbau e.K) und einem Forschungsinstitut (Lehrstuhl der Technologie Optischer Systeme der RWTH-Aachen, TOS) zusammengefunden.
Ziel des von Innolite koordinierten Verbundes ist die Entwicklung eines Hochleistungs-LED-Lichtmoduls, das Kompaktheit mit hoher Lichtqualität und maßgeschneiderter Lichtstärkeverteilung kombiniert. Ein Schwerpunkt des Projektes besteht in der Nutzung der Silicon-on-Glass Technik, mit der die im Vergleich zu Kunststoffen hohe Temperaturbeständigkeit von Silikon mit der kostengünstigen Herstellung durch Spritzgießen kombiniert werden kann.
Das im Rahmen des Projekts durch das TOS entwickelte optische System nutzt zur Kollimation des LED-Lichtes eine Primäroptik bestehend aus je einem CPC (Compound Parabolic Concentrators) pro LED. Das Licht wird in diesen Konzentratoren durch totale interne Reflexion geführt und kollimiert. Hiermit kann bei minimalen Verlusten die physikalisch mögliche Grenze der Lichtkonzentration erreicht werden. Die Berechnung der CPCs sowie umfangreiche Simulationsrechnungen zur optischen Performance des Gesamtsystems bestehend aus 60 verschiedenfarbigen LEDs und den dazugehörigen Konzentratoren wurden vom TOS durchgeführt.
Das LED-Lichtmodul, bestehend aus einer Platine mit 60 verschiedenfarbigen LEDs und der elektronisch geregelten Ansteuerung, wurde von Vossloh-Schwabe in COB-Technik (Chip on Board) aufgebaut. Jede LED wird nach der Montage auf dem Board mit einem Silikon-Tropfen überzogen. Die roten, grünen und ein Teil der blauen LEDs mit durchsichtigem Silikon während das Silikon für den anderen Teil der blauen LEDs mit Phosphoren gemischt werden, die das blaue Licht in ein weißes Spektrum konvertieren. Durch die genau abgestimmte Kombination aus diesen verschiedenen Farben ergibt sich das gewünschte Lichtspektrum.
Von Innolite und Berlet wurde ein Prototypenwerkzeug zur Replikation der CPC Hybridoptiken in Silicon-on-Glass-Optiken (SOG) entwickelt und erfolgreich aufgebaut. Hierzu wurde ein flexibles Kassettensystem für das Glashandling entwickelt, in dem der Glasrohling nach der Aktivierung durch Plasma eingelegt und mit Silikon umspritzt werden kann. Abbildung 1 zeigt ein Silikon-Spritzgußteil mit 60 CPCs auf einer Glasscheibe, welches im Demonstrator zum einen zur Kollimation des Lichtes und zum anderen zur Homogenisierung der Lichtfarbe auf der Zieloberfläche dient.
Zur Halbzeit des Projekts wurden mehrere Demonstratoren gefertigt (siehe Bild 2), mit denen das simulierte Verhalten des Gesamtsystems hinsichtlich Lichtstärkeverteilung, Kollimationseffizienz und Farbhomogenität in der Praxis bestätigt werden konnte. Die Validierung der theoretischen Auslegungen an den Demonstratoren dient auch der weiteren Optimierung der verschiedenen Komponenten des Systems, um die erzielbare Wirklichtleistung weiter zu steigern.
Im weiteren Projektverlauf sollen so doppelseitige Hybridoptiken in Kombination mit optimierten Optikdesigns und LEDs eine weitere Effizienzsteigerung ermöglichen, womit sich bei hochkompakter Bauweise effiziente Beleuchtung und hohe Lichtgüte kombinieren lassen.
Der Verbund ist Anfang August 2013 gestartet und wir vom BMBF bis Ende Juli 2016 mit rund 770.000 Euro gefördert.
Ansprechpartner
Rainer Klar
0241 / 8904 – 282
rainer.klar(at)innolite.de
Innolite GmbH
Steinbachstraße 17
52074 Aachen