Sonnenschutz und Lichtlenkung durch mikrostrukturierte Oberflächen

Die lichtlenkende Wirkung strukturierter transparenter Dielektrika (Gläser, Kunststoffe) führt in Verglasungen zu einer Verbesserung der Tageslichtversorgung und/oder durch interne Totalreflexionen zu einem verbesserten Sonnenschutz. Seit langem werden solche Elemente entwickelt und erfolgreich eingesetzt. Am Fraunhofer ISE arbeiten wir daran, solche Effekte auch mit miniaturisierten Profilen in Form von mikrostrukturierten Oberflächen zu erzielen. Dazu entwickeln wir geeignete Strukturen und stellen diese durch interferenzlithografische Verfahren großflächig her. Die Vorteile einer Verkleinerung der Strukturen auf Größen von etwa < 0,1mm und der Applikation z.B. in Form von strukturierten Folien liegen auf der Hand: neben der Materialersparnis werden auch das Gewicht und die Strahlungsabsorption im Material verringert. Die Miniaturisierung erleichtert die Integration der Elemente in Wärmeschutzverglasungen. Oberflächenstrukturen können durch Prägeprozesse kostengünstig auf große Flächen appliziert werden. Das Erscheinungsbild mikrostrukturierter Oberflächen ist homogen und bei geeigneten Strukturen ist eine Teildurchsicht realisierbar. Die Miniaturisierung birgt aber auch Gefahren, an deren Minimierung wir intensiv arbeiten: beträgt die Strukturgröße nur noch einige Lichtwellenlängen, so treten Beugungseffekte auf, die bei cm-Strukturen nicht zu beobachten sind. Diese können eine Umlenkung von Licht in ungewollte Richtungen oder unerwünschte Farbeffekte bewirken. Wie bei anderen Verglasungen muss Blendung im Bereich von Bildschirmarbeitsplätzen unbedingt vermieden werden. Bei prismatisch strukturierten Elementen wird der jahreszeitlich variierende Sonnenstand genutzt, um einen saisonal wirksamen statischen Sonnenschutz zu realisieren. Die neuartige Kombination mit optisch schaltbaren Beschichtungen erlaubt größere Freiheiten in der Regelung und Bedienung. Die Verglasungseigenschaften können dynamisch an den momentanen Licht- und Wärmebedarf angepasst werden und durch die zusätzliche Transmissionsschaltung lässt sich die Gefahr von Blendung reduzieren.