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Vom Chaos ins Licht

Lichtleiterstäbe mit neuartiger Geometrie erzeugen eine besonders homogene LED-Lichtmischung für farbige Beleuchtung.

Prototypen zur Lichtmischung: Links ein quadratischer Lichtmischer und rechts der KIT-Lichtmischstab.
Leuchtdioden, kurz LED, sind aus der Leuchtmitteltechnik nicht mehr wegzudenken. Sie überzeugen mit geringem Stromverbrauch, langer Lebensdauer und hoher Lichtausbeute. Deshalb eignen sie sich ebenso für das Lichtdesign, beispielsweise im Automobilbereich, für die Innenbeleuchtung oder die Bühnentechnik. Hierbei ist farbiges Licht, das dynamisch aus Rot, Grün und Blau (RGB) gemischt werden kann, ein attraktives Gestaltungsmittel.

Zur LED-Lichtmischung mit lichtleitenden Elementen sind grundsätzlich nur ein Lichtwellenleiter und die zu mischenden, farbigen LEDs nötig: Die Lichtstrahlen werden in den Leiter eingekoppelt und durch vielfache Reflexion an den Innenflächen überlagert. Diese Reflexion wird bei gängigen Technologien durch spezielle Oberflächenstrukturen des Lichtleiters unterstützt. Tritt das Licht schließlich aus dem Lichtleiter aus, ist es durchmischt. Bei bestehenden Lösungen trennen sich jedoch die verschiedenfarbigen Lichtstrahlen auf größere Distanz wieder – das gemischte Licht wird inhomogen.

Wissenschaftler des Lichttechnischen Instituts (LTI) am KIT lösen diesen unerwünschten „Kaleidoskop-Effekt“ mit einem verbesserten Lichtwellenleiter. Die Grundform dieses Lichtleiterstabs ist ein Viereck mit nach innen gewölbten Seitenflächen, welches an einen Stern erinnert. Die gesamte Fläche der LEDs wird vom Lichtleiterquerschnitt bedeckt und nimmt so das Licht als Flächenstrahlung auf. Die Anordnung der LEDs kann dabei variabel gestaltet werden. Die abgegebenen Lichtstrahlen breiten sich in verschiedene Richtungen im Lichtstab aus und reflektieren unvorhersehbar, nach einem geometrischen System namens „chaotisches Billard“.

Die geschickte Kombination aus Flächenstrahlung und spezieller Geometrie mit konvexen Seitenflächen ermöglicht eine besonders schnelle Durchmischung und räumlich konstantes, farbiges Licht per LED-Steuerung. Die leistungsfähigen Lichtleiterstäbe aus transparentem Kunststoff oder Glas können mit gängigen Verfahren, wie Spritzguss, gefertigt werden und sind mit herkömmlichen LED-Systemen kompatibel.

Das KIT sucht Industriepartner aus dem Hersteller- und Zuliefererbereich zur Lizenzierung oder für Forschungskooperationen.

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Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dr.-Ing. Philipp Scherer, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager Mobilität, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-28460

E-Mail: philipp.scherer@kit.edu

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