Druckbare Leuchtpartikel ermöglichen kostengünstige, große und gebogene Leuchtflächen

Lichtemittierende Dioden (LEDs) 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 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 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.

Vom 28. bis 30. Januar präsentieren die Forscher des INM dieses und weitere Ergebnisse im German Pavilion am Stand 5J-21 auf der nano tech 2015 in Tokio, Japan. Im German Pavilion fasst der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) die Kompetenzen aller deutschen Aussteller zusammen. Der German Pavilion wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Darüber hinaus zeigt das INM seine Kompetenzen im Rahmen des German Day mit dem Vortrag „Materials and Processing for functionalized Surfaces“. Er findet am 29. Januar im Main Theater in Halle fünf statt.

Ihre Ansprechpartner am Stand:
Dr. Karsten Moh
Dr. Thomas Müller
Mareike Frensemeier

Ihr Experte am INM:
Dr. Peter William de Oliveira
INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien
Leiter Optische Materialien
Tel: 0681-9300-148
peter.oliveira@inm-gmbh.de

Das INM erforscht und entwickelt Materialien – für heute, morgen und übermorgen. Chemiker, Physiker, Biologen, Material- und Ingenieurwissenschaftler prägen die Arbeit am INM. Vom Molekül bis zur Pilotfertigung richten die Forscher ihren Blick auf drei wesentliche Fragen: Welche Materialeigenschaften sind neu, wie untersucht man sie und wie kann man sie zukünftig für industrielle und lebensnahe Anwendungen nutzen? Dabei bestimmen vier Leitthemen die aktuellen Entwicklungen am INM: Neue Materialien für Energieanwendungen, Neue Konzepte für medizinische Oberflächen, Neue Oberflächenmaterialien für tribologische Systeme sowie Nano-Sicherheit und Nano-Bio. Die Forschung am INM gliedert sich in die drei Felder Nanokomposit-Technologie, Grenzflächenmaterialien und Biogrenzflächen. Das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien mit Sitz in Saarbrücken ist ein internationales Zentrum für Materialforschung. Es kooperiert wissenschaftlich mit nationalen und internationalen Instituten und entwickelt für Unternehmen in aller Welt. Das INM ist ein Institut der Leibniz-Gemeinschaft und beschäftigt rund 195 Mitarbeiter.

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http://www.nanotechexpo.jp/
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