Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lumineszierende Gläser als Basis neuer Leuchtstoffe zur Optimierung von LED

17.10.2019

Lumineszierende Gläser können moderne Lichtquellen für unterschiedliche Anwendungen optimieren. In der aktuellen Forschungsarbeit am Fraunhofer-Anwendungszentrum in Soest werden zudem neue Materialen wie lumineszierende Glaskeramiken für mögliche Einsatzgebiete bewertet. Weitere Ansätze zur Verbesserung der LED-Technik, die das Fraunhofer-Team jetzt in einem Beitrag der Fachzeitschrift »Highlight« vorgestellt hat, sind die Formgebung und die Zuverlässigkeit der Leuchtstoffe.

Die LED-Technik hat sich in den vergangenen 20 Jahren fest als Bestandteil der Basisausstattung von Allgemeinbeleuchtungslösungen integriert. Nun gilt es, sie für gesteigerte Ansprüche weiterzuentwickeln.


Lumineszierende Gläser leuchten unter ultraviolettem (UV) Licht (oberer Bildteil) und sind unter Raumlicht transparent (unterer Bildteil). Der verwendete Dotierstoff bestimmt den Farbeindruck.

Fraunhofer AWZ Soest

Einflüsse intelligenter Lichtsteuerungen und fortschrittliche Beleuchtungskonzepte wie Human Centric Lighting (HCL) stellen neue Anforderungen an die Lichtumgebung.

Ein Lösungsansatz dafür sind neue Leuchtstoffe auf Basis lumineszierender Gläser, an denen am Fraunhofer-Anwendungszentrum (AWZ) für Anorganische Leuchtstoffe in Soest geforscht wird.

Die mit Metallionen der Seltenen Erden dotierten Gläser sollen die Lebensdauer von Weißlicht-LEDs erheblich erhöhen und einen langzeitstabilen Farbeindruck sicherstellen. Die glasbasierten Leuchtstoffe zeichnen sich durch hervorragende Materialeigenschaften sowie eine hohe chemische und thermische Stabilität aus.

Unter Blaulichtanregung zeigen sie brillante Farben mit gleichmäßiger Abstrahlung in alle Raumrichtungen. Zudem kann Glas in beliebige Formen gebracht werden, was eine Vielzahl an Designs zulässt. Durch geeignete Auswahl und Kombination verschiedener Seltener Erden ist es möglich, ein breites Spektrum von Farben und Farbtemperaturen einzustellen.

Ein oft nicht beachteter Aspekt von LED-Leuchtstoffen, wie sie in jeder handelsüblichen Weißlicht-LED verwendet werden, ist die Wärmeentwicklung innerhalb des Leuchtstoffs selbst. Beim Lichtkonversionsprozess wird energiereiches blaues Licht der primären LED in den energieärmeren (grünen, gelben oder roten) Spektralbereich verschoben.

Die sich daraus ergebende Energiedifferenz wird in Form von Wärme im Leuchtstoff abgegeben. Die Wärmeleistung bei der Konversion von blauem (450 nm) zu gelbem (570 nm) Licht beträgt mehr als 20 Prozent der eingestrahlten Lichtleistung.

Da für immer mehr Anwendungen hohe Anregungsleistungen zum Einsatz kommen, erwärmen sich die Leuchtstoffe zunehmend und ein sogenanntes »thermisches Quenching« ist zu beobachten. Die Lumineszenzintensität des Leuchtstoffs sinkt, der Farbeindruck der LED ändert und verschiebt sich in Richtung des blauen, also »kaltweißen« Spektralbereichs.

Im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffen zeigen die am Fraunhofer AWZ in Soest entwickelten Leuchtstoffe erst bei höheren Temperaturen ein derartiges »Quenching«, erläutert Dr. Peter Nolte, Teamleiter Zuverlässigkeit von Leuchtstoffen:

»Wir können die Temperaturerhöhung der Leuchtstoffoberfläche mit einer Infrarotkamera sowohl orts- als auch zeitaufgelöst genauestens untersuchen. Aus der Wärmeleistungsdichte im Glas lässt sich anhand von Thermografieaufnahmen die im Glas freigesetzte Gesamtwärmeleistung berechnen.«

Falls es die Anwendung erfordert, können aus den lumineszierenden Gläsern durch eine thermische Nachbehandlung lumineszierende Glaskeramiken hergestellt werden, deren Temperaturleitfähigkeit oberhalb der des konventionellen gelben Leuchtstoffs von Weißlicht-LEDs, Ce:YAG, liegt.

Über das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Anorganische Leuchtstoffe

Unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS entstand im Dezember 2013 am Campus der Fachhochschule Südwestfalen in Soest das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Anorganische Leuchtstoffe.

Gemeinsam mit Partnern aus Industrie, Forschung und Entwicklung sowie in enger Zusammenarbeit mit der FH Südwestfalen beschäftigen sich die Mitarbeiter mit der Bewertung und Entwicklung von Leuchtstoffen und Leuchtstoffsystemen mit dem Ziel, Leuchtstoffeffizienz, Zuverlässigkeit und Farbstabilität zu verbessern.

Wichtige Aspekte dabei sind die Effizienz von Leuchtdioden (LEDs), insbesondere des Leuchtstoffes, sowie die Farbstabilität. Dazu werden umfassende optische und spektroskopische Analysen, thermische und mikrostrukturelle Charakterisierungen sowie Untersuchungen zur Langzeitstabilität von Leuchtdioden und Beleuchtungselementen eingesetzt.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Stefan Schweizer
Leiter
Fraunhofer-Anwendungszentrum für Anorganische Leuchtstoffe AWZ
Lübecker Ring 2
59494 Soest
Telefon +49 2921 378-3410
stefan.schweizer@imws.fraunhofer.de

Weitere Informationen:

https://www.imws.fraunhofer.de/de/presse/pressemitteilungen/lumineszierende-glae...

Michael Kraft | Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Kosmische Katastrophe bestätigt Einsteins Relativitätstheorie
10.07.2020 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen
09.07.2020 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

Forschern der Technischen Universität Ilmenau ist es gelungen, sich den Eigendrehimpuls von Elektronen – den sogenannten Elektronenspin, kurz: Spin – zunutze zu machen, um elektrische Spannung zu erzeugen. Noch sind die gemessenen Spannungen winzig klein, doch hoffen die Wissenschaftler, auf der Basis ihrer Arbeiten hochleistungsfähige Batterien der Zukunft möglich zu machen. Die Forschungsarbeiten des Teams um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik wurden soeben im renommierten Journal Physical Review Applied veröffentlicht.

Laptop- und Handyspeicher der neuesten Generation nutzen Erkenntnisse eines der jüngsten Forschungsgebiete der Nanoelektronik: der Spintronik. Die heutige...

Im Focus: Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen

Verlustfreie Stromleitung bei Raumtemperatur? Ein Material, das diese Eigenschaft aufweist, also bei Raumtemperatur supraleitend ist, könnte die Energieversorgung revolutionieren. Wissenschaftlern vom Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ an der Universität Hamburg ist es nun erstmals gelungen, starke Hinweise auf Suprafluidität in einer zweidimensionalen Gaswolke zu beobachten. Sie berichten im renommierten Magazin „Science“ über ihre Experimente, in denen zentrale Aspekte der Supraleitung in einem Modellsystem untersucht werden können.

Es gibt Dinge, die eigentlich nicht passieren sollten. So kann z. B. Wasser nicht durch die Glaswand von einem Glas in ein anderes fließen. Erstaunlicherweise...

Im Focus: The spin state story: Observation of the quantum spin liquid state in novel material

New insight into the spin behavior in an exotic state of matter puts us closer to next-generation spintronic devices

Aside from the deep understanding of the natural world that quantum physics theory offers, scientists worldwide are working tirelessly to bring forth a...

Im Focus: Im Takt der Atome: Göttinger Physiker nutzen Schwingungen von Atomen zur Kontrolle eines Phasenübergangs

Chemische Reaktionen mit kurzen Lichtblitzen filmen und steuern – dieses Ziel liegt dem Forschungsfeld der „Femtochemie“ zugrunde. Mit Hilfe mehrerer aufeinanderfolgender Laserpulse sollen dabei atomare Bindungen punktgenau angeregt und nach Wunsch aufgespalten werden. Bisher konnte dies für ausgewählte Moleküle realisiert werden. Forschern der Universität Göttingen und des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen ist es nun gelungen, dieses Prinzip auf einen Festkörper zu übertragen und dessen Kristallstruktur an der Oberfläche zu kontrollieren. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Das Team um Jan Gerrit Horstmann und Prof. Dr. Claus Ropers bedampfte hierfür einen Silizium-Kristall mit einer hauchdünnen Lage Indium und kühlte den Kristall...

Im Focus: Neue Methode führt zehnmal schneller zum Corona-Testergebnis

Forschende der Universität Bielefeld stellen beschleunigtes Verfahren vor

Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden – und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Intensiv- und Notfallmedizin: „Virtueller DIVI-Kongress ist ein Novum für 6.000 Teilnehmer“

08.07.2020 | Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Erster Test für neues Roboter-Umweltmonitoring-System der TU Bergakademie Freiberg

10.07.2020 | Informationstechnologie

Binnenschifffahrt soll revolutioniert werden: Erst ferngesteuert, dann selbstfahrend

10.07.2020 | Verkehr Logistik

Robuste Hochleistungs-Datenspeicher durch magnetische Anisotropie

10.07.2020 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics