IQS NANOPTIQS: Řízená distribuce světla

20. prosince 2022 / Proč svítit tam, kde to není potřeba? Společnost IQS NANOPTIQS vyvíjí a vyrábí mikro a nanooptické prvky, které zvyšují kvalitu osvětlení a zároveň mohou přinést i energetické úspory. „Náš revoluční přístup k vytváření tenkých a miniaturizovaných optických prvků s jedinečnými vlastnostmi nedosažitelnými tradičními výrobními metodami nachází uplatnění i v automobilovém průmyslu,“ říká Jakub Cipra, jednatel společnosti IQS NANOPTIQS.

IQS NANOPTIQS je mladá, dynamicky se rozvíjející společnost, která pro vývoj a výrobu optických prvků čerpá z více než dvacetileté zkušenosti své mateřské společnosti IQS Group, s jejímiž výrobky jako například holografickými prvky na ochranu bankovek a dokladů se setkáváme denně. IQS NANOPTIQS je dnes vedle společností IQ Structures a IQS Nano jednou ze tří společností skupiny a realizuje výzkum, vývoj a výrobu mikro a nanostrukturních prvků pro řízenou distribuci světla. Řešení pro LED osvětlení je v podstatě další směr využití know‑how, které ve skupině neustále rozvíjejí.

Použití v průmyslu, v obchodních centrech, kancelářích i domovech

„Využíváme revoluční přístup k vytváření tenkých a miniaturizovaných optických prvků s jedinečnými funkcemi, jako je například přesná distribuce světla, kterou nelze zajistit tradičními postupy,“ říká Jakub Cipra, jednatel společnosti IQS NANOPTIQS, a upřesňuje: „Vyvíjíme nanostrukturované materiály, u kterých máme plnou kontrolu nejenom nad jejich přesným tvarem, ale také nad jejich uspořádáním.“

Jakub Cipra prohlíží finální produkt. Foto: IQS NANOPTIQS

Proč svítit tam, kde to není nutné? Svítidla využívající optické prvky IQS NANOPTIQS umožňují směřování světla tam, kde to je potřeba, čímž lze dosáhnout nejen značných energetických úspor, ale i přispět k větší kvalitě osvětlení. Světelné paprsky v osvětlovací technice s LED zdroji je možné nasměrovat tak, aby mířily jen na určitou plochu ve výrobní hale, na chodbě, na pracovním stole, ale třeba i v obýváku. Právě výrobci interiérového osvětlení byli před lety prvními zákazníky IQS NANOPTIQS, využití v oblasti průmyslového a automobilového osvětlení přišlo následně.

Nanostrukturované prvky lze vyrábět ve velkých objemech.

Firem, které se snaží různými metodami řídit distribuci světla, je na světě více. Jak ale říká Jakub Cipra, unikátnost řešení IQS NANOPTIQS spočívá ve velmi efektivní výrobě. „Naše výroba je velmi efektivní, a i přesto, že pro výrobu optických prvků obecně používáme velmi malé strukturní detaily a malou tloušťku, výroba využívající různé ‚tiskové‘ metody umožňuje velkou rychlost. Nanostrukturované prvky tak lze vyrábět v obrovských objemech, které dnešní trh s LED svítidly požaduje.“ Právě tyto aspekty odlišují IQS NANOPTIQS od konkurence. „Pokračující investice do vývoje optických prvků a výrobních technologií umožňujících výrobu v masovém měřítku z nás dělají atraktivního partnera i pro zákazníky z automobilového průmyslu,“ zmiňuje Jakub Cipra.

Desetitisíce „naprogramovaných“ optických prvků

IQS NANOPTIQS ve svém působišti v Řeži u Prahy mikro a nanostruktu‑ rované prvky nejen vyvíjí, ale také přímo vyrábí. „Toto je jedna z našich konkurenčních výhod, kterou oceňují zejména zákazníci z automobilového průmyslu. Máme vše pod jednou střechou, a tudíž pod naprostou kontrolou. Zkracuje se tak doba nutná od nápadu přes vývoj a prototyp k finálnímu řešení,“ říká Jakub Cipra.

Vzhledem k revolučnosti nápadu využít k výrobě optických prvků zkušenosti z oboru holografie a nanotechnologií by se mohlo zdát, že i samotná výroba bude velmi složitá, což ale platí jen do určité míry.

Představme si plastovou podložku (nejčastěji polykarbonátovou), která nemusí mít žádné specifické vlastnosti, protože je jen nosičem optické struktury, tedy soustavy prvků, které vytváří definované rozložení světla v prostoru. Každý z těchto prvků je vypočítaný a „naprogramovaný“ tak, aby tvaroval a ohýbal světlo přesně dle potřeby. Na povrch již zmíněné plastové podložky se struktury „natisknou“, případně je možné vytvářet struktury přímo v podložce.

Nejčastěji se tiskne rolovým procesem, kdy z jedné strany vstupuje do výrobního zařízení materiál na roli, následuje proces tisku a UV vytvrzení a na konci výrobního zařízení vychází hotový produkt opět na roli. Z rolí se potom oddělují jednotlivé části dle potřeb zákazníků.

Tento postup je určený pro masové aplikace a umožňuje efektivně vyrábět obrovské množství optických prvků. I přes podobnost tisku se ale jedná vzhledem k miniaturním rozměrům optických prvků o velmi sofistikovanou techniku výroby, kde se nevytváří absorpční vzor, ale reliéf, a to je o dost složitější. Nehledě na to je firma již dnes v podstatě připravena zaplavit takto vyrobenými optickými prvky světový trh.

Vedle rolového procesu firma využívá i druhý způsob výroby, a to pro zákazníky, kteří místo flexibilní podložky vyžadují podložku pevnou. Na rozdíl od výše uvedeného rolového procesu se jedná o přímý přenos reliéfu do materiálu podložky pomocí „step and repeat“ technologie.

Autonomní řízení slibuje zakázky

Kvalita a funkce, kterých se tímto způsobem výroby dosahuje, předurčuje optické produkty i k použití v automobilovém průmyslu. „Orientace na automobilový průmysl je pro nás relativně nový směr, ale nastupující trendy a již probíhající spolupráce nám napovídají, že tam určitě je pro naši výrobu budoucnost,“ říká Jakub Cipra.

V současné době se v IQS NANOPTIQS zabývají projekty, které přispívají k dalšímu vývoji předních a zadních světel, interiérového osvětlení, senzoriky a signálních funkcí v automobilovém průmyslu. „Hlavní devizou přístupu je množství možností, které naše technologie nabízí. Ve většině případů řešíme lepší funkčnost, nižší hmotnost, naprosto nové designové možnosti a zjednodušenou zástavbovost do existujících nebo nových dílů. To vše přispívá jak k ekonomice výroby, tak i k ekonomice provozu a díky malým rozměrům našich optických prvků se významně zlevňuje logistika a obecně komplexita, což má pozitivní enviromentální dopady,“ hodnotí přínos pro automotive zástupce IQS NANOPTIQS.

Detailní pohled na povrch optického prvku s funkčním reliéfem. Foto: IQS NANOPTIQS

Vysvětluje, že v mnoha aplikacích je firma schopná například nahradit levý a pravý díl pouze jedním univerzálním dílem a pomoci odstranit komplexitu. „Není to však tak, že bychom byli schopni vyvinout naprosto univerzální optické prvky pro každou aplikaci. V případě automobilového průmyslu se jedná o vývoj na zakázku pro jednotlivé zákazníky, nebo o společný vývoj, kde je nedílnou součástí i ochrana duševního vlastnictví,“ upřesňuje Jakub Cipra.

IQS NANOPTIQS již nyní pracuje spolu s předními hráči z automobilového průmyslu na inovativních řešeních s potenciálem stát se dodavatelem sériových komponent. V kontaktu je zejména s vývojáři a designéry jak finálních výrobců, tak i dodavatelů světelné techniky. IQS NANOPTIQS vidí budoucnost v souvislosti s rozvojem autonomního řízení; slibují si, že jejich technologie bude použitelná například pro lidary a senzory obecně. Jakub Cipra uvádí příklad: „Představte si třeba auto, které zahýbá a dává o tomto manévru signál chodcům nebo cyklistům prostřednictvím světelné projekce na vozovku. To je jeden z příkladů, kde se můžou naše výrobky uplatnit.“

„V budoucnu bude zřejmě přední maska u všech automobilů podobná, bude to díl, kde budou sdružené veškeré prvky týkající se osvětlení, komunikace s okolím i jinými vozidly. Bude obsahovat množství senzorů a zajišťovat i signální funkce. A to nám nahrává. Naše komponenty jsou jednoduché, bezpečné, nenáročné na prostor, lehké a levnější oproti konvenčním řešením,“ říká Jakub Cipra.

Environmentálně přátelštější technologie

Masivní rozšíření miniaturizovaných optických prvků v automobilovém průmyslu zatím naráží na dvě omezení. Jedním z nich je doba nutná k přechodu od konvenčních technologií k využití inovativních přístupů. Druhým omezením jsou současné a budoucí regulatorní a legislativní nároky, které musí zejména automobilky aktuálně řešit. Sériové použití miniaturizovaných prvků se přesto podle IQS NANOPTIQS plánuje už v horizontu dvou tří let s náběhem nových modelů aut.

I pro automobilový průmysl by vy‑ užívání prostředků zajištujících přesnou distribuci světla mělo přinést vedle zlepšení funkcí i významné úspory. Dokazuje to podle Jakuba Cipry zpětná vazba od výrobců například průmyslového osvětlení: „Případové studie našich zákazníků z oblasti průmyslového osvětlení dokazují, že při použití našich optických prvků v jejich světlech dosahují až 30 procent úspor energií při menším počtu světel potřebných pro osvětlení daného prostoru, třeba výrobní haly. Například tam, kde byste potřebovali tisíc klasických LED světel, stačí vám jich s naší optikou řekněme o 10 procent méně. Celkové úspory mohou být takové, že se investice vrátí do jednoho roku, případně roku a půl. Navíc jde o řešení environmentálně přátelštější.“

Spolupráce s univerzitami

Příjmová stránka podnikání je dnes rozdělena mezi standardní zakázky pro výrobce průmyslového, interiérového a designového osvětlení a vývoj na zakázku pro různé segmenty trhu včetně toho automobilového.

Velmi důležitou součástí aktivit IQS NANOPTIQS je i spolupráce s akademickými institucemi, protože kombinuje teorii s praxí a přispívá k objevování dosud nepoznaného. Spolupracuje s různými vysokými školami v České republice, na komerční bázi pak i se zahraničními univerzitami.

Za dobu samostatné existence IQS NANOPTIQS se podařilo získat do týmu talentované a perspektivní odborníky, a to v segmentu, kde jsou lidské zdroje velmi omezené. Z celkového počtu 25 zaměstnanců jich pracuje 15 ve vývoji, jsou to fyzici, chemici, optici, matematici. I výrobní procesy vyžadují specialisty, ale díky maximální automatizaci v malém počtu. Zprovozněním velkokapacitní výrobní linky na výrobu optických prvků docílili ve firmě za použití vlastními silami vyvinutých technologií uceleného výrobního procesu pod jednou střechou. To je podle Jakuba Cipry světovým unikátem.

Jednatel IQS NANOPTIQS vidí budoucnost nanomateriálů velmi pozitivně: „V obecné rovině lze říct, že nanomateriály v mnoha případech umožňují nahradit klasické materiály při srovnatelné nebo vylepšené funkčnosti ale s významně menší hmotností nebo objemem. Jejich unikátní vlastnosti mnohdy přímo vedou k nižší energetické náročnosti produktů. A v optice to platí dvojnásob. Nanostrukturovaná optika je tenká a lehká, tlusté a těžké klasické čočky lze často nahradit plochou nanostrukturou s tloušťkou pouhých několik stovek nanometrů. Nano představuje nový rozměr v ovládání světla, úspoře energie, vizualizačních technologiích a dalších optických aplikacích.“

Libuše Bautzová