Große gebogene Leuchtflächen
Elektrolumineszierende Schicht kann über druckbare Verfahren und in großen Formaten erzeugt werden.
Lichtemittierende Dioden sind heute gebräuchliche Beleuchtungseinheiten. Diese Halbleiterbauelemente kommen in Lampen, Signalen, Schildern oder Anzeigen zum Einsatz. In ihren Verwandten, den OLEDs, sind organische, halbleitende, lichtemittierende Materialien in dünnen Schichten verbaut. Dies ermöglicht im Prinzip eine Anwendung auf gewölbten Oberflächen. Die Verwendung von OLEDs zur großflächigen Beleuchtung ist zurzeit aber aufgrund ihrer niedrigen Effizienz und Lebensdauer kostenintensiv.
Abb.: Elektrolumineszierende Leuchtfläche (Bild: INM)
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 neue 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. Vom 28. bis 30. Januar präsentieren die Forscher des INM dieses und weitere Ergebnisse im German Pavilion auf der nano tech 2015 in Tokio, Japan.
„Für die Bearbeitung benötigen wir lediglich Temperaturen unter 200 Grad Celsius. Damit können wir alle benötigten Teil-Schichten auch auf Folien oder andere flexible Substrate aufbringen“, erklärt Peter William de Oliveira, Leiter des Programmbereichs Optische Materialien. 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. 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. „Als Leuchtpartikel betten wir funktionalisierte Zinksulfid-Nanopartikel als Phosphore in die Binderschicht ein“, erklärt de Oliveira, „diese sind mit Kupfer oder Mangan dotiert. Damit lassen sich momentan grünes und blaugrünes Licht erzeugen.“
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 Phosphor-Nanopartikel. „Unser Ziel ist die Erzeugung weißen Lichtes durch eine veränderte Dotierung oder das Einbringen von farbigen Pigmenten in die Leuchtschicht“, sagt der Physiker de Oliveira. Gleichzeitig wollen die Entwickler die Materialien so verändern, dass die Lichtfolien auch bei niedrigerer Netzspannung eingesetzt werden können.
INM / DE
