Forschung & Entwicklung

Neue Technologie für warmweiße LEDs

Bezüglich der Lichtqualität sind herkömmliche Beleuchtungslösungen den LEDs noch überlegen. Ziel des Projekts EuroLED ist die Entwicklung eines nanoskaligen Leuchtstoffsystems für weiße LEDs, das auf einem grundlegend neuen Konzept basiert.

Ähnlich wie Sonnenlicht beeinflusst die Farbtemperatur von Leuchtmitteln unser Wohlbefinden. Je mehr Rotanteile sich im wahrgenommenen Spektrum befinden, umso wärmer und angenehmer ist seine Wirkung auf uns. Vor 14 Jahren gelang es erstmals, mit LEDs eine physiologisch angenehmere Arbeitsatmosphäre, also warmes weißes Licht, zu erzeugen. Basis war der in Japan entwickelte rote Leuchtstoff CASN. Noch heute werden Weißlicht-LEDs zusätzlich mit dem roten Leuchtstoff beschichtet, um warmes weißes Licht zu erhalten. Jedoch ist CASN äußerst ineffizient, da es einen Großteil der Strahlung im nahen Infrarot-Spektralbereich abgibt, welcher für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Die EuroLED-Partner entwickeln jetzt eine geeignete Alternative.

„Am Fraunhofer IAP haben wir bereits einen rot emittierenden nanoskaligen Leuchtstoff entwickelt und patentiert. Er basiert auf speziellen aus mit dreiwertigen Europiumionen modifizierten Nanopartikeln. Dieses schmalbandige Emittermaterial kann als zusätzliche Schicht auf eine herkömmliche weiße LED aufgetragen werden“, erklärt Dr. Christoph Gimmler, der das Projekt am Fraunhofer CAN, einem Forschungsbereich des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP, leitet. Dreiwertige Europiumionen haben ein sehr enges Emissionsband, das für das menschliche Auge bis zu dreimal stärker sichtbar ist als das Licht, das von dem herkömmlichen roten Leuchtstoff CASN abgestrahlt wird. Dadurch ist Europium-dotiertes Material deutlich effizienter als CASN.

Im Rahmen des am 1. November 2018 gestarteten Projekts werden die Forscher basierend auf YVO4:Eu den Leuchtstoff für die Entwicklung und Herstellung von Prototypen dieser neuen Generation von LEDs weiter optimieren. Insbesondere die Lichtausbeute und die Herstellungskosten stehen hierbei im Fokus. Die Technologie soll im Anschluss bis zur Serienreife und Markteinführung vorangetrieben werden.

Ursprünglich haben die Forscher den Leuchtstoff noch im Gramm-Maßstab hergestellt. Im Laufe des Projekts werden sie die Ausbeute auf bis zu 1 kg Material je Batch erhöhen, um die Projektpartner zu beliefern. Darüber hinaus verfügen die Wissenschaftler im Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und –verarbeitung PAZ über industrienahe Syntheselinien, mit denen sie das Material auch im Tonnenmaßstab zur Verfügung stellen könnten.

Konsortialführer des Projekts ist das niederländische KMU Seaborough Research. Das forschende KMU ist schon seit über zehn Jahren im Bereich LED am Markt tätig. Im Projekt EuroLED wird hier die Demonstrator-LED hergestellt und hinsichtlich seiner optischen Eigenschaften und Langzeitstabilität charakterisiert. Weitere deutsche Partner sind neben dem Fraunhofer IAP, das Forschungsinstitut für Anorganische Werkstoffe-Glas-Keramik-GmbH (FGK) und die MJR PharmJet. FGK und MJR befassen sich mit dem im Fraunhofer CAN entwickelten roten Leuchtmittel für die Beschichtung der LED. MJR PharmJet verfügt zudem über das technische Knowhow und die Ausrüstung, um diese notwendigen Prozessschritte großtechnisch durchzuführen.

Die Materialentwicklung am Fraunhofer CAN innerhalb des 18-monatigen Projekts EuroLED wird mit ca. 212 000 Euro durch den Projektträger Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Rahmen des Förderprogramms für forschungstreibende KMU Eurostars finanziert. Am 13. Februar 2019 trafen sich die Partner in Hamburg am Forschungsbereich CAN des Fraunhofer IAP, um die ersten Fortschritte vorzustellen.

von mn

www.iap.fraunhofer.de

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