Edge-Lit Optical Solutions

The background for the project is the big changeover the lighting industry has gone through from traditional discharge lamps to LED light sources (light emitting diodes). The optical solutions for LED based luminaires are different from those for luminaires with fluorescent tubes. For instance are optics for LED luminaires more based on transparent materials (lenses, micro prisms etc.). In this project, we did research on transparent optics for so-called side light LED-luminaires for office spaces and work places. These luminaires are characterised by LED sources which transmit the light through the edge of a light guide plate (LGP) which then propagate the light to the light emitting surface. The light must then be redirected out of the LGP with a light distribution that gives good glare control and proper illumination levels and uniformity. Such luminaires can be very slim in height and use cost efficient LED modules. In the project, we did also focus on optics with high efficacy and low cost. There are in the project prepared a thorough technology status of edge-lit luminaires. This is described in a report published by SINTEF. Further, we have worked with problems around transfer of light from LED to LGP and structures for emission of light from the LGP (extractors). We are now also looking at methods for good deglaring and light distribution without use of micro prism plates. There has been a significant effort in mapping of interesting transparent polymers and moulding processes for optical components. There are developed precise simulation models for LED based edge-lit luminaires. In the models, we can evaluate complex structures for extraction of light from the light guide panel. It is done important discoveries about how such structures should and not should be. In the project, we have built several full-scale prototypes. The photometries for these are measured and the prototypes are evaluated internally. It has also been a considerable focus at research for tool machining and injection moulding process. We have looked at new methods for machining of injection moulding inserts. We have also tried to find extractor structures for LGP that easier can be machined into injection moulding tools. For light guides of transparent materials, light absorption is crucial. Little research has been done and published on this for plastic materials. We have therefore carried out extensive laboratory tests in the project to determine the absorption coefficients for different types of plastics and manufacturing processes. Through these tests, we have made findings that are important for the choice of plastic type, casting process and simulation parameters.

Prosjektet har gitt en betydelig kompetanseheving omkring design og bruk av transparent optikk for LED-baserte lysarmaturer. Videre har man oppnådd en dypere innsikt i plasttyper og framstillingsprosessers betydning for forskjellige plastmaterialers egnethet for bruk i transparent optikk. Det har også gitt de to bedriftspartnerne økt kjennskap til hverandres fagområder, noe som vil kunne gjøre framtidig samarbeid betydelig lettere. Bedriftspartnerne har også fått en betydelig kontaktflate inn i et ledende forskningsmiljø.

Bakgrunnen for prosjektet er den dramatiske omveltningen som har skjedd i belysningsindustrien for yrkesbygg (arbeidsplassbelysning) de senere årene. Fra å være en industri overveiende basert på lysrør og damplamper, har nå lysdioder (LED) bortimot tatt helt over. Man regner med at i løpet av ett par år vil så å si all belysning til kontorarbeidsplasser være basert på LED. I dette prosjektet ønsker vi å gjøre forskning for å kunne utvikle en ny generasjon av interiør- og arbeidsplassbelysning for kontor. Det finnes flere optiske konsepter for LED-baserte interiørarmaturer, og konseptet vi ønsker å arbeide med i dette prosjektet er annerledes enn det mest av hva vi har gjort tidligere. Optikken vil i det store og hele være basert på sprøytestøpte, transparente plastkomponenter. Sprøytestøpingen vil muliggjøre relativt avanserte optiske former i forhold til andre teknikker for produksjon av plastkomponenter. En av hovedproblemstillingene i prosjektet, er å oppfylle gjeldende europeisk standard for belysning av innendørs arbeidsplasser. Viktig her er kravene til avblending, belysningsnivåer og -jevnhet. Videre er kostnadsnivået for optikkløsningene svært viktig. Prispresset i LED-armaturmarkedet er kraftig, og det blir derfor viktig å forsøke å integrere optiske komponenter og funksjoner for å redusere tilvirkningskostnaden til et minimum. Et tredje viktig moment er den optiske virkningsgraden. Prisene på elektrisitet er høye i Europa, og også i belysningsbransjen er det et kappløp om å oppnå stadig høyere energivirkningsgrader. Dersom vi lykkes med FoU-målene i prosjektet, vil dette for Glamox kunne føre til både økt produksjonsvolum/omsetning ved økte markedsandeler og økt inntjening ved reduserte tilvirkningskostnader. For Plasto vil det kunne gi betydelige leveranser av nyutviklede optiske plastkomponenter.