Strahlende Folie von der Rolle

Große, hell strahlende Folien könnten zu völlig neuartigen Lichtquellen wie leuchtenden Tapeten oder Vorhängen führen. Organische Leuchtdioden (OLED) galten dafür bisher als viel versprechendste Kandidaten, erfordern allerdings eine aufwendige Fertigung unter Vakuum mit möglichst dichter Kapselung der lichtaktiven und empfindlichen Substanzen. Eine Alternative haben nun schwedische und dänische Forscher in sogenannten LECs – Licht emitterenden elektrochemischen Zellen – gefunden. In einem Rolldruckverfahren fertigten sie erste Prototypen: grüngelb leuchtende, dünne und flexible Kunststoffbänder von etwa einem Meter Länge.

„LECs brauchen nur drei Schichten, um effizient zu funktionieren“, sagt Ludvig Edman von der Universität Umeå. Mit einem Rolldruck-Verfahren, dass seine Kollegen von der Technischen Universität von Dänemark in Roskilde entwickelt haben, deponierte er ein lichtaktives Polymer zwischen flexiblen Plastikelektroden. Die leuchtende Füllung der Folie bestand dabei aus dem Polymer „Superyellow (SY)“ und einem Elektrolyten aus Polyethylenoxid mit einem gelösten Kaliumsalz (KCF3SO3). Unter Spannungen von bis zu zehn Volt wanderten die Polymerionen zwischen den biegsamen Elektroden aus Polyethylenterephthalat (PET) mit einer dünnen, leitfähigen Indiumzinnoxidschicht und erzeugten dabei ein grüngelbes Licht mit einer Intensität von 150 Candela pro Quadratmeter. Das entspricht etwa der Helligkeit eines leicht abgedimmten Laptop-Displays.

Zwar ist die Lichtausbeute noch gering, doch hält Ludvig Edman deutlich hellere Leuchtfolien für möglich. Messungen an kleineren Testmodulen mit den gleichen lichtaktiven Polymeren erreichten bereits größere Lichtintensitäten. Auch andere Farben sowie weißes Licht seien prinzipiell mit anderen Mischungen aus lichtaktiven Substanzen möglich. Allerdings wird es nicht leicht sein, diese zu finden, da sie relativ unempfindlich gegen Luftfeuchtigkeit und mechanische Belastungen sein müssten.

Der größte Vorteil der Leuchtfolien aus LECs liegt allerdings in der einfachen Fertigung. Denn die verwendeten Folien müssen nicht wie bei OLEDs, die heute beispielsweise in Smartphones leuchten, extrem eben und defektfrei sein. Bei einer Foliendicke von etwa einem Mikrometer schränken selbst Unebenheiten von 20 Nanometern die Lichtausbeute kaum ein. Daher lassen sich die Leuchtfolien auch ohne Vakuum im Rolldruckverfahren schnell und günstig produzieren. In ihren Versuchen erreichten sie eine Druckgeschwindkeit von 60 Zentimetern Folie in einer Minute. Ebenso macht die Langzeitstabilität den Forschern kaum Sorgen, da LECs bereits ohne extrem dichte Hüllen mehrere tausend Stunden zuverlässig funktionierten. Der geringe Strombedarf bewegte sich dabei in der gleichen Größenordnung wie bei Halbleiter-Leuchtdioden und liegt um ein Vielfaches unter klassischen Glüh- oder Halogenlampen.

„Jedoch zeigen LECs eine langsame Reaktionszeit, wodurch sie kaum in Displays genutzt werden können“, gibt Edman zu. So benötigten die Prototyp-Folien etwa zwei Sekunden, bis sie ihre größte Helligkeit erreicht hatten. Aber dafür erwartet er Lichtquellen an Orten, wo wir nie zuvor Licht gesehen haben – von der Tapete über ganze Zimmerdecken bis zu einfachen Verpackungen. Auch den Einsatz in Taschen und Textilien hält Erdman für alles andere als abwegig. Solche Produkte soll – neben einem optimierten Produktionsverfahren – die eigens gegründete Firma LunaLEC in den kommenden Jahren entwickeln. „Diese Revolution von Lichtquellen hat bisher noch nicht eingesetzt, aber wir hoffen, dass unsere Studie der erste Schritt dahin sein wird“, sagt Edman.

Jan Oliver Löfken

PH