Fokussieroptiken aus Polycarbonat für LEDs

Als einer der ersten Kunststoffproduzenten hat die Bayer MaterialScience AG umfangreiche Forschungsarbeiten zu Fokussieroptiken aus Polycarbonat (PC) für Licht emittierende Dioden (LEDs) gestartet. Künftigen Entwicklungspartnern und Verarbeitern soll neben maßgeschneiderten Produkttypen des Polycarbonates Makrolon® ein umfangreicher Support gegeben werden, der vom Design der Optiken über die Konstruktion und den Werkzeugbau bis hin zur Serienproduktion reicht.

„Zurzeit investieren wir in eine Anlage für den Ultrapräzisionsspritzguss und das Spritzprägen sowie in entsprechende Werkzeuge und in Messtechnik zur Beurteilung der Qualität von Fokussieroptiken. Außerdem wurden spezielle rheologische Berechnungsprogramme erworben, die für sehr dicke Spritzgussbauteile mit extremen Wanddickensprüngen ausgelegt sind“, erklärt Rainer Protte, Spezialist für Spritzgussentwicklungen im Segment Injection Molding Technologies der Business Unit Polycarbonates.

Besonders LEDs, die weißes Licht abstrahlen, wird eine große Zukunft vorausgesagt. Sie sollen künftig auf breiter Ebene zum Beispiel in Straßenlaternen, Flüssigkristallbildschirmen, Werbetafeln, Autoscheinwerfern und auch in der Gebäudebeleuchtung zum Einsatz kommen. Ihre Vorteile sind vor allem der im Vergleich zu Glüh- und Entladungslampen geringere Energieverbrauch und die längere Lebensdauer. Als Optiken für diese LEDs eignen sich besonders Linsen mit so genannten Freiformflächen, die Geometrien ohne Symmetrie aufweisen. Im Gegensatz zu mehrkomponentigen klassischen Linsensystemen reicht eine dieser Linsen aus, um das LED-Licht sehr verlustarm zu fokussieren.

Transparente Polycarbonate wie Makrolon® bieten sich als Material für diese Fokussieroptiken an, weil sie mit ihrer hohen Wärmeformbeständigkeit von bis zu 130 °C den maximalen Betriebstemperaturen in einer LED gewachsen sind. Optiken mit Freiformfläche haben typischerweise Wanddicken von mehr als zehn Millimeter, die außerdem sehr stark variieren. Weil die Wanddicke quadratisch in die Kühlzeitformel eingeht, müssen bei der Fertigung solcher Kunststoffoptiken sehr lange Zykluszeiten von teilweise mehreren Minuten in Kauf genommen werden. Hier kann PC gegenüber PMMA, dem wichtigsten Konkurrenzmaterial unter den transparenten Kunststoffen, eine entscheidende Stärke ausspielen: seine viel bessere Wärmeleitfähigkeit. Sie verkürzt im Vergleich zu PMMA die Kühl- und damit Zykluszeiten deutlich. Eine wesentlich höhere Produktivität ist die Folge. „Wir konnten in Versuchen mit vier Millimeter dicken Probeplatten zeigen, dass PC bis zu doppelt so schnell entformbar ist wie PMMA“, so Dr. Martin Döbler, Experte im Technical Product Service für optische Anwendungen von Polycarbonat.

Gegenüber Glas hat PC neben einem deutlich geringeren Gewicht den Vorteil, dass die komplexen Geometrien der Linsen wirtschaftlich im Spritzguss mit hoher Präzision gefertigt werden können. Außerdem kann das Potenzial zur Funktionsintegration genutzt werden, um kostengünstig etwa Gehäusekomponenten, Befestigungen oder Führungen in das Linsenbauteil zu integrieren.

Bayer MaterialScience sucht bei den Forschungsaktivitäten zu PC-Fokussieroptiken gezielt Kooperationen mit Hochschulen, Forschungsinstituten und Unternehmen. So gibt es zum Beispiel eine Kooperation mit der Firma Light Prescriptions Innovators (LPI), einem der führenden Entwickler, Hersteller und Lizenzgeber von optischen Komponenten in der nicht-abbildenden Optik.

Mit einem Umsatz von 10,7 Milliarden Euro im Jahr 2005 gehört die Bayer MaterialScience AG zu den weltweit größten Polymer-Unternehmen. Geschäftsschwerpunkte sind die Herstellung von High-Tech-Polymerwerkstoffen und die Entwicklung innovativer Lösungen für Produkte, die in vielen Bereichen des täglichen Lebens Verwendung finden. Die wichtigsten Abnehmerbranchen sind die Automobilindustrie, die Elektro-/Elektronik-Branche sowie die Bau-, Sport- und Freizeitartikelindustrie. Bayer MaterialScience produziert an 40 Standorten rund um den Globus und beschäftigt etwa 18.800 Mitarbeiter. Bayer MaterialScience ist ein Unternehmen des Bayer-Konzerns.

Hotline für Leseranfragen:
Fax: (0221) 9902-160