Effizientere LEDs für bessere Beleuchtung

Wissenschaftler am Rensselaer Polytechnic Intstitute (RPI) haben in Zusammenarbeit mit Samsung Electro-Mechanics eine neue Art von LED entwickelt, die bessere Beleuchtung bei höherer Energieeffizienz verspricht.

Zu diesem Zweck wurde der Aufbau des aktiven lichtemittierenden Bereichs der LED optimiert, um einen Effizienzverlust bei höheren Stromstärken zu minimieren. Das erlaubt, Strom um 22 Prozent effizienter in Licht umzuwandeln als bei bisherigen LEDs. Gezeigt haben die Forscher das für LEDs aus dem Material Galliumindiumnitrid, die blaues Licht abgeben und auch in Weißlicht-LEDs für die Beleuchtung zum Einsatz kommen.

Bei bisherigen LEDs wird der Effekt beobachtet, dass bei stärkerer Stromzufuhr die Lichtausbeute nicht im gleichen Ausmaß ansteigt. „Für die Praxis hat dieser Effekt gravierende Folgen“, bestätigt Christoph Schiller vom Fachgebiet Lichttechnik der TU Darmstadt gegenüber pressetext. Denn an sich soll möglichst viel Licht je LED erzeugt werden, wozu hohe Ströme nötig wären.

„Da die LED aufgrund des beschriebenen Phänomens deutlich ineffizienter wird, löst man das in der derzeitigen Praxis häufig so, dass man eine größere Anzahl an LEDs nutzt und diese bei geringeren Strömen betreibt“, sagt Schiller. Dadurch steigen aber die Kosten und der Platzbedarf für LEDs – ein Nachteil in der praktischen Anwendung.

„Die Stromdichten auf ein Niveau zu senken, wo die LEDs effizienter sind, ist inakzeptabel“, findet RPI-Projektleiter E. Fred Schubert, Vorstand des dortigen Smart Lighting Engineering Research Center. Daher haben die Forscher den aktiven Bereich der LEDs neu gestaltet, indem sie die Polarisation einzelner Materialschichten besser aufeinander abgestimmt haben. „Dadurch können LEDs bei hohen Stromdichten eher effizient arbeiten“, meint Schubert.

Mit der gestiegenen Effizienz geht eine höhere messbare Lichtausbeute einher. Die neuen LEDs liefern laut RPI 18 Prozent mehr Licht als bisher. Falls sich der RPI-Lösungsansatz für das Effizienzverlust-Problem tatsächlich bewährt, wäre das ein entscheidender Durchbruch in der LED-Entwicklung mit weitreichenden Folgen für die Praxis, meint Schiller. „Man könnte LEDs bei hohen Stromdichten betreiben und sie wären dennoch sehr effizient. Das wäre die Lösung für viele Herausforderungen in der praktischen Anwendung von LEDs“, erklärt der Darmstädter Wissenschaftler.

Schubert selbst äußert die Erwartung, dass LEDs in der Beleuchtung in den kommenden Jahren die Glühbirne ablösen werden, was gewaltige Energie- und Umweltvorteile verspricht. Schon aktuell erhältliche LED-Beleuchtungspanels sind wesentlich effizienter als Glühlampen (pressetext berichtete: http://pte.at/pte.mc?pte=080404021). Die RPI-Entwicklung könnte sich gerade bei Beleuchtungssystemen praktisch auswirken. Denn eine Möglichkeit mithilfe von LEDs weißes Licht zu erzeugen ist, blaue LEDs wie beispielsweise solche aus Galliumindiumnitrid mit einer Leuchtstoffschicht zu kombinieren.