1. Wirtschaft

Aachen: Die Suche nach dem perfekten Licht

Aachen : Die Suche nach dem perfekten Licht

Ganz schön erhellend: Zwei Tage diskutierten Experten bei den Aachener Kunststoffoptiktagen der Fraunhofer-Institute für Produktionstechnologie (IPT) und Lastertechnik (ILT) mit dem Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen Beleuchtungsoptiken, Lichtleiter, abbildende Optiken und Spezialoptiken.

Aus aller Welt kamen die Experten zu den Vorträgen, erfuhren unter anderem, wie ein großes Unternehmen wie Osram Kunststoffoptiken für den Massenmarkt auf den Weg bringt — die Suche nach dem perfekten Licht läuft. Hubertus Breier, Senior Director Manufacturing Technology bei Osram in München, erklärt im Interview, wie die Entwicklung voranschreitet.

Erhellend: Osram-LEDs sorgen auf den Straßen von Interlaken in der Schweiz für Licht.
Erhellend: Osram-LEDs sorgen auf den Straßen von Interlaken in der Schweiz für Licht. Foto: Osram, Andreas Steindl

Wie ist der Stand der Entwicklung?

Breier: Wir bei Osram haben ein sehr breites Anwendungsspektrum für Kunststoffoptiken. Wir beginnen bei der Chiptechnologie mit der Erzeugung der LED-Komponente und hören bei kompletten Streetlights, also Straßenlaternen, als Sinnbild für eine große Leuchte auf. Wir fangen bei der LED schon an, Optiken flüssig auf dem Chip zu vergießen. In unserem Sprachgebrauch ist das die Primäroptik, also das erste optische Element auf dem Chip. Wir machen aber auch LED-Module, bei denen wir die LED-Komponenten integrieren. Ab da kommen Sekundäroptiken ins Spiel. Diese, aus Kunststoffen gefertigt, und teilweise in verschiedenen Arrangements komponiert, ergeben die geforderte Lichtverteilung. Unter anderem haben wir da im Moment einen Schwerpunkt bei Linsen-Arrays, also Einzellinsen, die in einem Bauteil kombiniert hergestellt werden.

Warum?

Breier: Der Vorteil ist, dass man durch diese auf einen Schlag erzeugte Optik keinen Linsenhalter mehr benötigt. Man erreicht also eine geringere Bauteilkomplexität und -anzahl, wodurch weniger Montageaufwand entsteht. Weiter erhält man eine höhere Präzision der Einzeloptiken zueinander. Das ist ein wesentlicher Aspekt. Zudem reden wir von massiven Linsen, im Volksmund auch „dicke Linsen“ genannt. Die haben jedoch den Nachteil, dass sie noch sehr lange Fertigungszykluszeiten haben. In diese Richtung entwickeln wir, um die Zykluszeiten zu minimieren und damit die Kosten zu senken.

Welche Rolle spielt dabei das Thema Reflektoren?

Breier: Ich würde sie ebenfalls zu den Kunststoffoptiken zählen. Es ist keine transmissive, also durchlässige, sondern eine reflektive Optik. Da gibt es Für und Wider zwischen Linsen- und Reflektorsystemen, wobei man sich anwendungsbezogen für eine Lösung entscheiden muss.

Wo sind die offensichtlichen Vorteile beziehungsweise mit welchen Nachteilen muss man leben?

Breier: Der Vorteil eines Linsensystems ist, dass ich das gesamte emittierte Licht der LED abfange und beeinflussen kann. Bildlich gesprochen: Kein Photon der LED geht unbeeinflusst in die Abbildung. Ein Vorteil der Linsen ist weiter, dass ich mit ihnen ganze Module zusammensetzen und damit die Bautiefe einer Lichtlösung gegenüber einem Reflektorsystem reduzieren kann und dadurch bedingt in der Gesamtbetrachtung der Herstellungskette Kosten einsparen kann. Reflektorsysteme dagegen haben den Vorteil, dass sie einen echten Schatten erzeugen können, also definierte Hell-Dunkel-Übergänge. Während Linsensysteme dagegen auf der Lichtaustrittseite Kanten und Radien aufweisen, die Licht brechen. Meistens nicht so, wie man sich das wünscht. Der Optikdesigner konzipiert zwar am liebsten einen Radius Null, aber der ist in der Realität nicht umsetzbar. So kann nicht ganz verhindert werden, dass Licht gebrochen und gestreut wird, und damit entsteht Blendung. Die beeinflusst das Auge, welches durch die Blendung zusätzlich gestresst wird. Es ist im Officebereich, also in jedem Büro, extrem wichtig, dass eine gewisse Entblendung erzeugt wird. Da kommen wir oftmals noch nicht um Reflektorsysteme herum. Ein wichtiges Anwendungsgebiet, auf dem wir auch noch nicht auf Reflektorsysteme verzichten können, sind Streetlights. Hier geht es um die Entblendung für die Fahrzeuge, die an einer solchen Leuchte vorbeifahren. Wenn wir eine Optik einsetzen, die sehr gut entblendet, dann können wir die Vorteile herausarbeiten und damit beispielsweise den Mastabstand erhöhen, um so die Investitionskosten des Kunden zu senken.

Welche Anwendungen für die Kunststoffoptik haben Sie im Auge?

Breier: Jedes Licht, sei es die LED selber, das Modul oder die letztendliche Leuchte, braucht ein optisches System, um die gewünschte Lichtverteilung zu erzeugen, die der Kunde sich vorstellt. Insofern ist alles denkbar. Im Straßenverkehr zum Beispiel ist die Präzision entscheidend. Der entgegenkommende Verkehr darf nicht vom LED-Scheinwerfer geblendet werden und die Kunststoffoptik muss diese Anforderung erfüllen können. Wir haben erst kürzlich unser Technikum für Spritzgusstechnologien ausgebaut und zwei Millionen Euro investiert, um hier die Verfahrenstechnologie weiterzuentwickeln. Wir entwickeln aber auch Technologien zusammen mit dem Institut für Kunstverarbeitung an der RWTH Aachen.

Wo liegen noch die Grenzen dieser Technologie?

Breier: In der Materialtechnologie, da der eingesetzte Kunststoff Belastungen ausgesetzt ist. Zum Beispiel schädigt der Blauanteil des Lichtes in der LED den Kunststoff. Je höher die Strahlintensität ist — und die wird mit der Weiterentwicklung der LED immer höher —, desto größer ist die mögliche Schädigung. Wir suchen hier stetig nach neuen Lösungen, nach widerstandsfähigeren Polymeren. Dann haben wir noch den Punkt, dass das Material von UV-Licht angegriffen wird. Also nicht von der LED selbst, sondern vom Tageslicht der Sonne. Bei Outdoor-Anwendungen wie etwa Streetlights haben wir eine hohe Belastung durch dieses UV-Licht. Und es gilt der Schutz vor äußeren Einflüssen. Stellen Sie sich eine Straßenlaterne in der Wüste vor, die über Jahre vom Sand „bearbeitet“ wird. Hier kann man mit der Auswahl des Werkstoffes reagieren, aber auch mit zusätzlichen Beschichtungen, um quasi eine Glashärte bei einem Kunststoff zu erzeugen.