Konzeption, Simulation und technische Umsetzung neuartiger, mikrostrukturierter LED-Flächenstrahler auf der Basis von Lichtleitern

Abstract

Die Beleuchtung von Räumen ist in der Architektur und der Energiepolitik ein wichtiges Thema. Dies betrifft vor allem Konzepte, die neues Potential in der architektonischen Gestaltung eröffnen und den Energiebedarf von Gebäuden verbessern. Der Einsatz von mikrostrukturierten, durchsichtigen Flächenstrahlern zur Raumbeleuchtung eröffnet hier neue Möglichkeiten. In dieser Arbeit wird eine solche Leuchte basierend auf dem Konzept lichtleitender Platten entwickelt und hergestellt. Hierzu wird ein Entwicklungsschema entworfen, zu dem Herstellungsverfahren identifiziert und angepasst werden. Die industriell gefertigten Muster werden erfolgreich in eine Fassade integriert, um einen Raum von dort aus indirekt über die Decke zu beleuchten. Für die Charakterisierung des Abstrahlverhaltens und der subjektiven Wahrnehmung der hergestellten mikrostrukturierten Flächenstrahler werden neue Simulations- und Messverfahren entwickelt, die das Optimierungspotential der entwickelten Systeme identifizierbar machen. Darauf aufbauend werden optimierte Flächenstrahler mit hinterschnittenen Mikrostrukturen entworfen und neue Verfahren zu deren Herstellung entwickelt. Eine sozioökologische Einordnung bringt Aufschluss über die Nachhaltigkeit der neuartigen Beleuchtung.

Room illumination is an important topic in architecture and energy politics, regarding mainly concepts that introduce new possibilities in design and improvement in energy consumption of a building. Microstructured transparent large area surface emitters open up new potentials in this field. In this work the development and manufacturing of such a luminaire based on the concept of light guiding plates are presented. For this purpose, a development scheme is formulated and feasible manufacturing methods are identified and adapted. The industrially manufactured samples are successfully integrated in a façade to light up the room’s ceiling and thereby realize an indirect room illumination. The out-coupling and subjective perception of the manufactured microstructured surface emitters are characterized by simulations and novel measurement setups developed for this purpose and further to show potential for optimization. Based on findings by this characterization, optimized surface emitters with undercut microstructures and feasible manufacturing methods are invented. A socio-ecological classification gives an outlook on the sustainability of the novel lighting solution.