Die LED-Technologie hat sich in den letzten Jahren allenthalben als Beleuchtungstechnik etablieren können. Chemiker haben jetzt ein neues Verkapselungsmaterial entwickelt, so dass LEDs künftig ohne Seltene Erden auskommen können.
Die mechanischen Eigenschaften des neuen Materials sind den Anforderungen gemäß einstellbar.
Kickelbick
Glühlampen, Energiesparlampen und Leuchtstoffröhren werden wohl schon bald komplett durch LED-Lampen ersetzt sein. Allerdings steigen Anforderungen wie Langlebigkeit oder Lichtqualität an die noch junge Technologie stetig. Die transparente Kapsel, die die Leuchtdiode umhüllt, muss zum Beispiel immer höhere Temperaturen aushalten können, gleichzeitig soll die Technologie mit viel weniger Seltenerdmetallen auskommen. In konventionellen LEDs werden Bauteile mit einem hohen Anteil von Seltenen Erden verbaut – mit Risiken hinsichtlich Verfügbarkeit und Rohstoffpreisen.
Die Seltenen Erden werden zu einem großen Teil in den so genannten Konverterelementen benötigt, die aus dem ursprünglich blauen Licht des Halbleiters weißes Licht erzeugen. Man könne die Konverterfarbstoffe bereits heute durch organische Alternativen ersetzen, welche in der Herstellung deutlich preisgünstiger seien und keine Seltenen Erden enthalten. Diese seien jedoch empfindlich gegenüber den hohen Lichtleistungen, Temperaturen und Sauerstoff und müssten daher verkapselt werden, sagt Guido Kickelbick, Professor für Anorganische Festkörperchemie an der Universität des Saarlandes: "Am Beginn des Projektes haben wir versucht bestehende Verkapselungstechnologien zu verbessern. Uns wurde jedoch schnell klar, dass wir einen völlig neuen Ansatz benötigen."
Der zunehmende Einsatz von LEDs in Beleuchtungsanwendungen … geht mit einem wachsenden Bedarf an hochpräzise gefertigten Kunststoffoptiken einher. Dabei überzeugen optische Kunststoffkomponenten im Vergleich zu konventionellen Glaswerkstoffen durch viele Vorteile: geringeres Gewicht, günstige Massenproduktion, Designfreiheit in Gestalt und Form sowie Integration verschiedener Funktionsteile." Kunststoffkomponenten für LED-Beleuchtungsanwendungen, Seite 1.
Nach zweijähriger Arbeit ist es dem Team um Guido Kickelbick jetzt gelungen, im Rahmen des noch laufenden Forschungsprojektes "Organische und Seltenerd-reduzierte Konversionsmaterialien für LED- basierte Beleuchtung (ORCA)" ein komplett neues Verkapselungsmaterial zu entwickeln, welches alle wesentlichen Anforderungen für die Verwendung organischer Farbstoffe in der LED erfüllt, wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift "RSC Advances" berichten. Das Material basiert auf einem speziellen Silikon, dessen Eigenschaften sich durch die chemische Synthese den Anforderungen gemäß nahezu beliebig festlegen lassen. Wie die Wissenschaftler berichten, ist das neue Material thermisch sehr beständig, weist eine hohe Transparenz auf und ist leicht zu verarbeiten. Nebenbei spare das Material auch noch weitere Ressourcen. Bei konventionellen Materialien wird Platin als Katalysator für die Vernetzung der flüssigen Vorstufen eingesetzt, in dem neu entwickelten Material könne darauf komplett verzichtet werden.