Wissenschaftler erforschen Technologie, um LED-Leuchten heller zu machen

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

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

Bei der neuen TIR-Linsentechnologie handelt es sich um eine Totalreflexionslinse (auch Reflektor genannt), die an der LED-Lampe angebracht ist, 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 so die Qualität und Anwendung von LED-Lampen zu verbessern. Das Forschungsteam optimierte die Technologie zudem für den Einsatz in zahlreichen verschiedenen LED-Produkten, die in der zivilen, industriellen, landwirtschaftlichen und Fischereibeleuchtung eingesetzt werden.

Dr. Quoc Anh, Vertreter des Forschungsteams, erklärte, dass die TIR-Linsenlösung in vielen kommerziellen LED-Leuchten weit verbreitet sei, da sie den einfallenden Lichtstrahl in einem größeren Winkel ausrichten könne als herkömmliche Reflektoren oder andere Linsentypen. TIR-Linsen erreichen jedoch oft keine Totalreflexion, sodass ein weißer Haltering erforderlich ist, um den emittierten Strahl zu bündeln und ihn nach vorne zu fokussieren, um die Effizienz zu gewährleisten. „Der weiße Haltering kann eine Effizienz von 95,85 % erreichen, ist aber teuer“, sagte er.

Ein Beispiel für eine LED-Leuchte mit der neuen TIR-Linse. Foto: Forschungsteam. — Ein Beispiel für eine LED-Leuchte mit der neuen TIR-Linse. Foto: *Forschungsteam.*

Mit dem Ziel, die Qualität und Anwendung von LED-Leuchten zu verbessern, hat die Wissenschaftlergruppe eine neue TIR-Linsentechnologie erforscht und entwickelt, die ohne weißen Haltering auskommt (was zu einer Kostensenkung von 30 % beiträgt). Insbesondere erreicht sie eine Lichtausbeute von über 95 % und eine gleichmäßigere Ausleuchtung als handelsübliche LED-Leuchten.

Dr. Quoc Anh sagte, das Forschungsteam habe die Idee bereits 2014 entwickelt und Änderungen an der Lichtverteilung vorgenommen. Anschließend habe es die Farbveränderungen untersucht, um die Lichteffizienz zu steigern und Kosten zu sparen. 2016 führten die Wissenschaftler Simulationsberechnungen mit spezieller optischer Software durch und entwarfen und fertigten anschließend das Modell. Nach über drei Jahren war die neue TIR-Linse geboren. Sie umfasst einen Mehrsegmentkollimator (MSOC) und eine mehrstrukturierte optische Oberfläche (MSOS), um den Abstrahlwinkel der einfallenden Strahlen anzupassen und das gesamte einfallende Licht zu reflektieren, um die Gleichmäßigkeit der Lichtemission zu erhöhen. Die neue Linse kann also blaue und gelbe Lichtstrahlung neu verteilen und so die Qualität des weißen Lichts verbessern.

Zur Umsetzung der Anwendung nutzte die Gruppe Messgeräte für die Forschung, maß, verglich die Ergebnisse mit den Probenergebnissen und kalibrierte. Versuchsergebnisse zum Vergleich der Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung zeigten, dass der Leuchtgleichmäßigkeitsindex bei Verwendung der neuen TIR-Linse dem von Linse 1 um 122,4 % und dem von Linse II um 495,3 % bei einer beleuchteten Fläche von 500 mm2 überlegen war. Dieser Erfolg verhalf der Forschung zur neuen TIR-Linse 2022 zu einem USPTO-Patent (USA).

Nach einem langen Prozess der Entwicklung, Herstellung von Prototypen und anschließender Patentierung erwarten Dr. Quoc Anh und seine Kollegen die Markteinführung des Produkts. „Die neue TIR-Linsentechnologie ist einfach zu verwenden, leicht einzusetzen und kann breit eingesetzt werden. Sie bringt der Gesellschaft und der Gemeinschaft einen wirtschaftlichen Mehrwert“, sagte er.

Dr. Trinh Xuan Thang, stellvertretender Direktor des Zentrums für Forschung und Entwicklung von High-Tech-Parks im High-Tech-Park von 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 besteht eines der größten Probleme bei der Verwendung weißer LEDs darin, eine hohe Gleichmäßigkeit zu erreichen. Darüber hinaus ist die Energieeffizienz von LEDs ein wichtiges Anliegen von Herstellern und Anwendern. Die TIR-Linsentechnologie ermöglicht den Einsatz von LEDs in der Beleuchtung mit hochwertigeren Lichtquellen (erreicht eine höhere Gleichmäßigkeit der LED-Lichtfarbe) und hoher Energieeffizienz, die mit den heute weltweit führenden Technologien mithalten kann.

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

Dr. Nguyen Doan Quoc Anh (Mitte) erhielt den ersten Preis im Wissenschafts-Innovationswettbewerb 2023 mit einer neuen TIR-Linsenlösung für Hochleistungs-LEDs. Foto: Giang Huy — Dr. Nguyen Doan Quoc Anh (Mitte) erhielt den ersten Preis im Wissenschafts-Innovationswettbewerb 2023 mit einer neuen TIR-Linsenlösung für Hochleistungs-LEDs. Foto: *Giang Huy*

Das Projekt von Dr. Nguyen Doan Quoc Anh wurde von der Jury hoch gelobt, da es eine gute Idee und einen methodischen und detaillierten Forschungsprozess aufwies. Laut Wissenschaftlern ist eine Kommerzialisierung unter Einhaltung industrieller Standards durchaus möglich. Das Produkt erhielt beim Science Initiative Competition 2023 den ersten Preis im Wert von 70 Millionen VND.