Freiform-Mikrooptiken für moderne Beleuchtungsanwendungen

Der Siegeszug der LEDs in der Beleuchtungstechnik schreitet unaufhörlich voran und ermöglicht laufend neue energieeffiziente und massgeschneiderte Lösungen für unterschiedliche Märkte. Die Verdrängung klassischer Lichtquellen durch die LEDs bringt zahlreiche neue Herausforderungen mit sich, die es zu lösen gilt.

So steigen mit der zunehmenden Leistungsdichte von LEDs die thermischen Anforderungen an optische Komponenten. Effiziente Diffusoren werden benötigt, um das ausgestrahlte Licht möglichst homogen zu verteilen und die einzelnen LEDs als solche nicht sichtbar zu machen. Insbesondere aber steigen die kundenspezifischen Ansprüche hinsichtlich Strahlformung stetig, um immer komplexere Beleuchtungsszenarien realisieren zu können.

Sogenannte Freiformoptiken kommen heute bereits in verschiedenen LED-basierten Beleuchtungsanwendungen zum Einsatz. Beispiele dafür sind Strassenbeleuchtung, Automobil-Frontscheinwerfer oder die Hintergrundbeleuchtung von LED Displays. In all diesen Bereichen sind heute primär makroskopische Freiformlinsen im Einsatz, die ein vergleichsweise grosses Volumen (insbesondere was die Dicke betrifft) einnehmen und in der Herstellung äusserst anspruchsvoll sind.

Für opto-elektronische Systeme sind hingegen miniaturisierte Optiken mit zunehmend kleinerem Footprint (beispielsweise Mikrolinsen-Arrays) gefragter denn je. Wenn es gelingt, in diesem Segment Freiform-Mikrooptiken mit geringer Dicke zu realisieren, liesse sich nicht nur die Performance deutlich steigern, sondern es könnten auch gänzlich neue Funktionalitäten realisiert werden. Potentielle Märkte, die von dieser Entwicklung profitieren könnten sind beispielsweise Dünnfilm-Photovoltaik Module, optische Sensoren, Mobiltelefon-Blitzlichter und Augmented Reality Devices. Die genannten Anwendungen weisen allesamt ein enormes Marktpotential auf.

Hier setzt ein gemeinsames durch die Innosuisse gefördertes Projekt von CSEM und dem Institut für nanotechnische Kunststoffanwendungen FHNW an. Im Projekt «Freeform lens and microlens arrays for high-quality lighting systems» (kurz FreeMLA) entwickeln wir gemeinsam Design Algorithmen und experimentelle Methoden für Design, Optimierung, Fabrikation und Metrologie für Freiform-Mikrooptiken mit massgeschneiderten Beleuchtungsprofilen. Dadurch leisten wir einen Beitrag, um die Industrialisierung von anspruchsvollen Anwendungen in der Beleuchtungstechnik weiter voranzutreiben.