Wissenschaftler erforschen Technologien zur Erhöhung der Helligkeit von LED-Lampen

Die von Dr. Nguyen Doan Quoc Anh und seinen Kollegen entwickelte neue TIR-Technologie wird zur Herstellung von LED-Reflektoren eingesetzt, um die Lichteffizienz zu steigern und die Betriebskosten zu senken. Sie erhielt den ersten Preis beim Science Initiative Wettbewerb 2023.

Das Projekt wurde von einem Forschungsteam der Fakultät für Elektrotechnik und Elektronik der Ton Duc Thang Universität durchgeführt, darunter Dr. Nguyen Doan Quoc Anh, Dr. Tran Dinh Cuong, Dr. Ho Dang Sang und Phan Thi Minh Man.

Die neue TIR-Linsentechnologie ist eine Totalreflexionslinse (auch Reflektor genannt), die an der LED-Lampe angebracht wird, um das gesamte emittierte Licht nach vorne zu lenken und gleichmäßiger zu verteilen. Die neue TIR-Linsentechnologie trägt dazu bei, Kosten zu senken, die Effizienz und Gleichmäßigkeit der Lichtemission zu erhöhen und somit die Qualität und Anwendungsmöglichkeiten von LED-Lampen zu verbessern. Das Forschungsteam optimierte die Technologie zudem so, dass sie in einer Vielzahl von LED-Produkten eingesetzt werden kann, die in den Bereichen zivile, industrielle, landwirtschaftliche und Fischereibeleuchtung Anwendung finden.

Dr. Quoc Anh, Vertreter des Forschungsteams, erklärte, dass die TIR-Linsenlösung in vielen kommerziellen LED-Leuchten weit verbreitet ist, da sie den einfallenden Lichtstrahl in einem größeren Winkel als herkömmliche Reflektoren oder andere Linsentypen bündeln kann. Allerdings erreichen TIR-Linsen oft keine Totalreflexion, weshalb ein weißer Haltering benötigt wird, um den emittierten Strahl zu bündeln und nach vorne zu fokussieren und so die Effizienz zu gewährleisten. „Mit dem weißen Haltering lässt sich ein Wirkungsgrad von 95,85 % erzielen, allerdings sind die Kosten hoch“, sagte er.

Eine Beispiel-LED-Leuchte mit der neuen TIR-Linse. Foto: Forschungsteam.

Mit dem Ziel, die Qualität und Anwendung von LED-Leuchten zu verbessern, hat ein Wissenschaftlerteam eine neue TIR-Linsentechnologie entwickelt, die ohne weißen Haltering auskommt (wodurch die Produktkosten um 30 % gesenkt werden können). Sie erreicht insbesondere eine Lichtausbeute von über 95 % und eine höhere Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung als herkömmliche LED-Leuchten.

Dr. Quoc Anh erklärte, dass das Forschungsteam die Idee 2014 entwickelte, die Lichtverteilung veränderte und die Farbveränderungen untersuchte, um die Lichtausbeute zu steigern und Kosten zu senken. 2016 simulierten die Wissenschaftler Berechnungen mit spezieller Optiksoftware und entwarfen und fertigten anschließend das Modell. Nach über drei Jahren war die neue TIR-Linse fertig. Sie umfasst einen mehrsegmentigen Kollimator (MSOC) und eine mehrstrukturierte optische Oberfläche (MSOS), um den Emissionswinkel der einfallenden Strahlen anzupassen und das gesamte einfallende Licht zu reflektieren. Dadurch wird die Gleichmäßigkeit der Lichtemission erhöht. Die neue Linse kann somit blaues und gelbes Licht neu verteilen und dadurch die Qualität des weißen Lichts verbessern.

Zur Umsetzung der Anwendung nutzte die Gruppe Messgeräte für Forschungszwecke, führte Messungen durch, verglich die Ergebnisse mit den Referenzwerten und kalibrierte die Anlage. Experimentelle Ergebnisse zum Vergleich der Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung zeigten, dass der Leuchtdichtegleichmäßigkeitsindex bei Verwendung der neuen TIR-Linse auf einer beleuchteten Fläche von 500 mm² um 122,4 % besser war als bei Linse 1 und um 495,3 % besser als bei Linse II. Dieser Erfolg trug dazu bei, dass die Forschung an der neuen TIR-Linse im Jahr 2022 ein Patent beim USPTO (USA) erhielt.

Nach einem langen Prozess der Entwicklung, der Prototypenfertigung und der Patentierung erwarten Dr. Quoc Anh und seine Kollegen die Markteinführung des Produkts. „Die neue TIR-Linsentechnologie ist einfach anzuwenden, leicht zu implementieren und vielseitig einsetzbar, wodurch sie einen wirtschaftlichen Nutzen für Gesellschaft und Gemeinschaft schafft“, sagte er.

Dr. Trinh Xuan Thang, stellvertretende Direktorin des Zentrums für Forschung und Entwicklung von High-Tech-Parks im High-Tech-Park Ho-Chi-Minh-Stadt, teilte VnExpress mit, dass das Produkt von Dr. Quoc Anh und seinen Kollegen eine neue Technologie mit einzigartigen Ideen sei.

Laut Herrn Thang ist eines der größten Probleme bei der Verwendung von weißen LEDs die Erzielung einer hohen Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung. Darüber hinaus ist die Energieeffizienz von LEDs für Hersteller und Anwender von höchster Bedeutung. Die TIR-Linsentechnologie hat dazu beigetragen, LEDs in Beleuchtungen mit qualitativ hochwertigeren Lichtquellen (höhere Gleichmäßigkeit der Lichtfarbe) und hoher Energieeffizienz einzusetzen, die mit den weltweit führenden Technologien von heute mithalten können.

„Die Autorengruppe hat Ideen und Technologien entwickelt, die wichtige Probleme bei der Verwendung von LEDs lösen, sodass die Möglichkeit einer Kommerzialisierung sehr wahrscheinlich ist“, sagte Dr. Thang.

Dr. Nguyen Doan Quoc Anh (Mitte) erhielt den ersten Preis im Wissenschaftsinnovationswettbewerb 2023 für eine neue TIR-Linsenlösung für Hochleistungs-LEDs. Foto: Giang Huy

Das Projekt von Dr. Nguyen Doan Quoc Anh wurde von der Jury aufgrund seiner guten Idee und des methodischen und detaillierten Forschungsprozesses hoch gelobt. Laut Wissenschaftlern ist eine Kommerzialisierung bei Erfüllung der Industriestandards durchaus möglich. Das Produkt erhielt den ersten Preis im Rahmen des Wissenschaftswettbewerbs 2023, dotiert mit 70 Millionen VND.

Neue TIR-Linse für LED-Leuchten

Nhu Quynh

Quellenlink: https://vnexpress.net/nha-khoa-hoc-nghien-cuu-cong-nghe-giup-den-led-sang-hon-4604890.html