Kostenvorteile durch einteilige Lichtsysteme
Ein Lichtsystem aus nur einem Lichtleiter bietet Kosten und Bauraumvorteile, aber schränkt die Art der Anwendung ein. Oft werden einteilige Lichtleiter in Industrieprodukten verwendet, um LED und Lichtfenster zu verbinden. Ein Teil des Lichtleiters, meist das Ende, wird gleichzeitig als Lichtfenster verwendet. Das Aufweiten des Lichtleiters über die Wegstrecke erlaubt die Lichtverteilung. Hier sind LED, Materialauswahl, Wegstrecke und Krümmung des Lichtleiters entscheidend, ob eine gute Effizienz, Farbmischung und Lichtverteilung erzielt werden kann. Lichtsimulationen sind das ideale Werkzeug aktuelle Zustände zu bewerten und Verbesserungen vorzunehmen. Oft kann eine kleine Positionsänderung der LED oder der Einsatz von leicht diffusem Lichtleitermaterial eine deutliche Verbesserung erzielen. Die Entwicklung einteiliger Systeme ist nicht trivial. Oftmals sind die Anforderung an das Lichtbild nahe am mehrteiligen System und ein einziger Lichtleiter muss als multifunktionales Teil ausgelegt werden, ohne dass die Befestigungen negativ auffallen oder die Seite der Lichteinkopplung sichtbar ist (inhomogen). Je nach Anwendung ist es möglich ein gutes Lichtbild zu erzeugen mit einem einteiligen System. Bei hohen Anforderung an die Farbmischung, blickwinkelabhängige Homogenität und maximale Helligkeit stößt man mit einteiligen System schnell an die Grenzen des möglichen. Ein großes Problem ist das Freiliegen des Lichtleiters im Produkt und die Erzeugung von Streulicht aus Fugen und durch lichtdurchlässige Bereiche des Produktes.
"Die Anforderung an das Lichtbild definiert das Lichtsystem, die Größe des Lichtfensters definiert den Lichtleiter"
Die Kombination des Lichtleiters mit einem Diffusor erlaubt es eine größere Lichtlinie oder Lichtfläche zu erzeugen, indem die Lichtleiteroberflächen entlang der Länge des Lichtleiters definiert manipuliert werden. Das Licht im Lichtleiter kann über Druck auf der Oberfläche, Mikrostrukurierung oder Rauigkeiten gleichmässig ausgekoppelt werden. Je nach Fertigungsverfahren des Lichtleiters werden die Auskoppelstrukturen frühzeitig per Lichtsimulationen definiert und optimiert oder unstrukturierte Lichtleiter werden nach Zuschnitt mit Auskoppelstrukturen versehen. Der Nachteil des zweiteiligen Systems aus Lichtleiter und Diffusor ist die Spotbildung bei der Befestigung, die verminderte Effizienz durch das fehlen einer weißen Rückwand und die Erzeugung von Streulicht.
Perfektes Lichtbild durch Bauteilkombination
Das Ideale System für leuchtende Linien und Flächen ist dreiteilig. Lichtleiter, Diffusor und Halter, auch Reflektor genannt, bilden das Lichtsystem, entweder für die direkte oder die indirekte Beleuchtung. Das Lichtsystem kann dabei eine Linien oder Flächenform haben. Durch den Einsatz eines weißen Halteteiles hinter dem Lichtleiter kann Streulicht vermieden werden und die Helligkeit steigt um ca. 30%. Öffnungen im Halter lassen Licht als Streulicht austreten und sollten wenn möglich geschlossen werden, auch wenn es Mehrkosten im Werkzeug bedeutet.
Die Entwicklung eines kompletten Lichtsystem wird mit verschiedensten Diszipinen durchgeführt. LED und Platine sind Teil der Elektronik und Lichtentwicklung. Die Erzeugung der Kunststoffteile wird mit CAD Konstrukteuren und Lichtentwicklern durchgeführt, wobei über neue Daten Simulationen laufen und Änderungen als kritisch oder unkritisch eingestuft werden können. Die Entwicklung der Optik, also des Lichtleiters liegt in der Lichtentwicklung und entsteht in CAD und Lichtsimulationssoftware größtenteils händisch. Für die Auskoppelstrukturen gibt es auf dem Markt Optimierungstools für Prismenbänder und Mikrostrukurverteilungen. Dadurch reduziert sich die Entwickungszeit deutlich, solange die Geometrien keine weitere Änderungsschleife erfahren. Bei Änderungen der LED, LED Position und Lichtleitergeometrie muss die Arbeit an den Auskoppelstrukturen wieder neu gestartet werden. Das Timing der Optimierung komplexer Auskoppelstrukturen sollte wohlbedacht gewählt und mit allen Beteiligten kommuniziert sein.
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