FORUM MATERIALS RSA Green Photonics

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1 FORUM MATERIALS RSA Green Photonics Christian Sommer

2 2 Green Photonics Projektinhalt und ziele Target-Applikationen Überblick Optik Simulationen (Methoden und Beispiele) Herstellungsverfahren (Laserlithographie und additives Verfahren) Ergebnisse (einige Beispiele)

3 3 Green Photonics Lösungen für ein nachhaltiges Leben und Wirtschaften mit Licht Computerunterstützten Design und der Simulation von lichtlenkenden und richtungsgebenden Strukturen für die Optimierung von LED-Lichtquellen, Systemen zur Licht-Energieumwandlung Optischen Sensorik zur Überwachung des Raumklimas Optimierung im Hinblick auf Energieeffizienz und Ressourcenschonung Gesamtaufbau verkleinern Gewicht und Ressourcen sparen Neuartige Ansätze zur ressourcenschonenden Fertigung der lichtlenkenden (mikro-)optischen Strukturen erarbeiten Lasertechnologie Additiver Verfahren wie dem Aerosol-Jet-Druck Herstellung von großflächigen Replikationswerkzeugen (Stempel für Batch-Prozessierung bzw. in weiterer Folge R2R-Shims)

4 4 Projektstruktur

5 9 Green Photonics Anwendungen Beleuchtung: Wallwash Licht-Energie-Umwandlung: Konzentrator-Folie Optische Sensorik: Lichtmanagement Flächenleuchte

6 10 Ziele Optische Simulation Multi-Skalen Simulationsprozedur für 2-fach periodische DOEs realisieren Kombination von Ray-tracing (RT) und wellenoptische Simulationen (FDTD) Berechnung von makroskopischen Freiform-Optiken (Eigenentwicklung bzw. aus Literatur bzw. kommerzielle Tools) Berechnung von flachen Freiform-Optiken bzw. Transformation von makroskopischen (volumigen) Freiform-Optiken in flache Freiform-Optiken Umsetzung der in den APs 4 bis 5 definierten Problemstellungen in geeignete Simulationsmodelle

7 11 Multi-Skalen Simulation RT-FDTD Bsp.: Wellenleiter mit Ein- und Auskoppelstruktur

8 12 Multi-Skalen Simulation RT-FDTD

9 13 Messung vs. Simulation

10 14 Bsp. rotationssymm. Freiform-Linse Bautiefe der Linse: mm mm

11 15 UV-MLL (MALA): Ziele Herstellung Strukturierung von refraktiven, diffraktiven Mikrooptiken und Freiform- Mikrooptiken im Größenbereich von 500 nm bis 100 µm (Lateral u./o. Höhe) Erreichung einer minimalen Formabweichung sowie einer Größenabweichung von höchstens 5 % (bzw. 1 % für FF-Mikrooptiken) auf einer strukturierten Fläche von 5 x 5 cm 2,10 x 10 cm 2 und 15 x 15 cm 2 Aerosoljet: Mikrooptische Strukturen im Bereich von 50 µm bis 1 mm Erreichung einer minimalen Formabweichung sowie einer Größenabweichung von höchstens 5 %

12 UV- Maskenlose Graustufe Laserlithographie Prinzip

13 UV- Maskenlose Graustufe Laserlithographie Prinzip XY- Laserscanning des positiven Photoresists bei der gleichzeitigen Variation der Lichtdosierung Entwicklung der beleuchteten Teile des Photoresits Ergebnis = 2.5D Mikrostruktur

14 3D Model - Mikropyramiden 50 x 50 mm2 aktive Fläche µm

15 REM Bilder von hergestellten Strukturen (Master)

16 Highlights REM Bilder von hergestellten Strukturen (PDMS Abguss)

17 REM Bilder von hergestellten Strukturen (PDMS Abguss)

18 3D Model Kegelförmige Mikrostrukturen 50 x 50 mm2 aktive Fläche µm

19 REM Bilder von hergestellten Strukturen (PDMS Abguss)

20 Scaling-down mit der Strukturgröße Scaling-up mit der strukturierten Fläche Mikrometer Quadratzentimeter Master PDMS- Arbeitsstempel

21 Aerosol Jet System

22 How the process works

23 Linien (Lichtmikroskop) 1x gedruckt 10x gedruckt

24 Linsen (Lichtmikroskop) 1x gedruckt 10x gedruckt

25 250 Linsenquerschnitt (multi) Mehrfach gedruckt, dazwischen immer wieder bei 140 C ausgeheizt. Leichte Asymmetrie, Gesamthöhe ca. 240 µm

26 Erste Linsenarrays

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Acknowledgement: Claude Leiner, Franz-Peter Wenzl, Gerhard Peharz, Laco Kuna, Christine Prietl, Christine Auer, Valentin Satzinger, Andreas Rudorfer, Christian Palfinger, Stefan Köstler, Christian Wolf Christian Sommer JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbh Institut für Oberflächentechnologien und Photonik

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