LED-Licht großflächig verteilen

Ultrapräzises Verfahren für die Herstellung großflächiger Lichtleitfolien mit Mikrometerstrukturen entwickelt.

 

Leuchtdioden sind auf dem Vormarsch – als Hintergrundbeleuchtung von Displays werden sie bereits eingesetzt. Doch noch ist das Herstellen komplexer LED-Optiken kompliziert und teuer. Eine neue Technologie revolutioniert die Produktion: Großflächige LED-Komponenten lassen sich jetzt kostengünstig herstellen. Doch wie verteilt man das Licht einer LED gleichmäßig auf einer möglichst großen Fläche ohne viel Energieverlust? Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen entsteht derzeit eine einzigartige Maschine. Sie wird bald Lichtleitfolien herstellen, die dieses Problem lösen und das Licht flächig verteilen. Das Besondere daran: Die Folien haben Oberflächenstrukturen im einstelligen Mikrometerbereich und eine Größe von bis zu zwei mal ein Meter. Damit sind sie EU-weit die größten ihrer Art. Zudem lassen sie sich kostengünstig und energieeffizient in der Massenreproduktion herstellen.

Dazu haben die Forscher vom IPT eine Prozesskette entwickelt, mit der sie großflächige Folien mit den nötigen Mikrostrukturen versehen können. »Das ist ein ultrapräzises Verfahren«, sagt IPT-Ingenieur Christian Wenzel. Zielgenau muss die Maschine kleinste Strukturen von wenigen Mikrometern Größe in periodischer Abfolge auf die Oberfläche bringen. »Um den Stempel herzustellen, nutzen wir spezielle Diamantwerkzeuge«, erklärt Wenzel. Der Stempel besteht aus einer hauchdünnen Nickelfolie und ist selbst auch winzig: Seine Fläche beträgt höchstens zwei mal zwei Millimeter. Wie ein Nadeldrucker muss er nun, gelenkt von der Ultrapräzisionsmaschine, eine zwei mal einen Meter große Oberfläche bearbeiten. »Innerhalb weniger Tage haben wir so die Oberfläche durchstrukturiert. Mit bisherigen Verfahren hätte das Wochen und Monate gedauert«, sagt Wenzel. Das vorläufige Produkt ist der Master, eine transparente und optisch leitfähige Kunststoffplatte.

Um festzustellen, ob der mikrostrukturierte Master die gewünschten Eigenschaften hat, muss er zunächst anhand einiger Parameter geprüft werden. »Diese Aufgabe erledigt ebenfalls die Maschine«, sagt Wenzel. Sind etwa 80 Prozent der Oberfläche durchstrukturiert, testet die Maschine die Eigenschaften der Folie. Entsprechen sie nicht den Wünschen des Optikdesigns, kann die Maschine noch während des Prägeprozesses die nötigen Korrekturen vornehmen. »Wir optimieren das Bauteil also noch in der Maschine«, betont Wenzel die Vorzüge. Erst wenn die Kunststoffoberfläche die gewünschten Lichtleitfähigkeiten hat, tauchen die Ingenieure den Master in ein Nickel-Bad und galvanisieren ihn. Der so enstandene Nickel-Shim kann dann in die Massenreplikation gehen.

»Mit unserer Ultrapräzisionsmaschine sind wir in der Lage, eine ganze Palette von Systemen mit Hintergrundbeleuchtung herzustellen«, sagt Wenzel. Ganz gleich, ob für Displays, Beleuchtung in der Architektur oder Innenbeleuchtung im Auto: Fast jedes Optikdesign können die IPT-Forscher dank der Maschine umsetzen und an die Maschinentechnik anpassen – zuverlässig und vor allem effizient, also massentauglich.

Fraunhofer-Gesellschaft/KP