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Elektrolumineszierende Schichten: Funktionalisierte Zinksulfid-Nanopartikel als Phosphore, die mit Kupfer oder Mangan dotiert sind, erzeugen grünes und blaugrünes Licht. Bild: INM
Beleuchtung

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Gebogene Leuchtflächen kostengünstig herstellen

Forscher haben eine neue Methode entwickelt, die Elektrolumineszenz auf großen, gebogenen Oberflächen kostengünstig ermöglicht.

Lichtemittierende Dioden (LED) sind heute gebräuchliche Beleuchtungseinheiten. Diese Halbleiterbauelemente kommen in Lampen, Signalen, Schildern oder Anzeigen zum Einsatz. In ihren Verwandten, den OLED, sind organische, halbleitende, lichtemittierende Materialien in dünnen Schichten verbaut. Dies ermöglicht im Prinzip eine Anwendung auf gewölbten Oberflächen. Die Verwendung von OLED zur großflächigen Beleuchtung ist zurzeit aufgrund ihrer niedrigen Effizienz und Lebensdauer kostenintensiv.

Eine Alternative ist die Elektrolumineszenz. Dabei werden spezielle Nanopartikel, sogenannte Phosphore, in einem elektrischen Feld zum Leuchten angeregt. Nun haben Forscher des INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien eine Methode entwickelt, die Elektrolumineszenz auf großen, gebogenen Oberflächen kostengünstig ermöglicht: Dabei werden sowohl die Phosphore als lichtemittierende Schicht als auch alle anderen Bestandteile über nasschemische, druckbare Verfahren erzeugt.

Für die Bearbeitung genügen Temperaturen unter 200 °C. Damit können alle benötigten Teil-Schichten auch auf Folien oder andere flexible Substrate aufgebracht werden. So ließen sich „Leuchtflächen“ sehr kostengünstig und auch in großen Formaten herstellen.

Die Leuchteinheit besteht aus zwei elektrisch leitenden Schichten, zwischen denen sich die Licht emittierenden Partikel in einer dielektrischen, isolierenden Binderschicht befinden. Als Leuchtpartikel werden funktionalisierte Zinksulfid-Nanopartikel als Phosphore in die Binderschicht eingebettet, die mit Kupfer oder Mangan dotiert sind. Damit lässt sich momentan grünes und blaugrünes Licht erzeugen.

Mindestens eine der leitenden Schichten ist leitfähig und transparent zugleich, meist basierend auf ITO-Nanopartikeln. Durch die Einbettung in die isolierende Schicht wird die aufgenommene Energie effizient in Licht umgesetzt; eine nennenswerte Erwärmung der Leuchtelemente findet also nicht statt. Durch Anlegen einer Wechselspannung erfolgt dann die Lichtemission aus der elektrolumineszierenden Schicht.

Die am INM entwickelten elektrolumineszierenden Lichtfolien lassen sich direkt an die übliche Netzspannung von 230 Volt anschließen. Gleichrichter, Vorschaltkondensatoren oder andere Schalteinheiten, die die Spannung erst anpassen, entfallen.

Zurzeit arbeiten die Forscher an der weiteren Funktionalisierung der Phosphore-Nanopartikel. Sie wollen die Erzeugung weißen Lichtes durch eine veränderte Dotierung oder das Einbringen von farbigen Pigmenten in die Leuchtschicht erreichen. Gleichzeitig wollen die Entwickler die Materialien so verändern, dass die Lichtfolien auch bei niedrigerer Netzspannung eingesetzt werden können.

Ihre Ergebnisse zeigen die Entwickler auf der Hannover Messe 2015 am Stand B46 in Halle 2 im Rahmen der Leitmesse Research & Technology.

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