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LED LED-Lampen kommen ohne Seltene Erden aus

| Redakteur: Hendrik Härter

Chemiker haben ein thermisch beständiges Silikon entwickelt, das als transparente Kapsel die Leuchtdiode (LED) umhüllt. Damit kann künftig auf Seltene Erden wie Yttrium und Lutetium verzichtet werden.

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Mit einem speziellen Silikon zum umkapseln der LED ist es jetzt Wissenschaftlern gelungen, auf Seltene Erden zu verzichten.
Mit einem speziellen Silikon zum umkapseln der LED ist es jetzt Wissenschaftlern gelungen, auf Seltene Erden zu verzichten.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Viel wird über die LED in der Beleuchtungsbranche geschrieben: von hohen Lichtleistungen und Effizienzen. Dabei vernachlässigt wird allerdings die Tatsache, dass die LED-Technik auf sogenannte Seltenen Erden baut. Hochleistungs-LED müssen immer nicht nur höhere Ströme verkraften, sondern auch hohe Temperaturen. Jetzt haben Chemiker der Saar-Uni um Professor Guido Kickelbick zusammen mit Partnern aus der Industrie, wie Osram und BASF, ein Material für die Verkapselung entwickelt, dass LEDs ohne Seltene Erden auskommen lässt. Vorteil: Die LEDs sind langlebiger und sogar günstiger.

Zu den verbauten Seltenen Erden gehören Metalle wie Yttrium und Lutetium, welche nur in wenigen Ländern, beispielsweise China, abgebaut werden. Diese Staaten nutzen ihre Monopolstellung und legen die Preise nach Belieben fest. Die Elektronikindustrie sucht daher nach Wegen, den Anteil der Seltenen Erden zu reduzieren, auch in den LED-Lampen.

Weißes Licht der LED

Die Seltenen Erden sind zu einem großen Teil in den so genannten Konverter-Elementen verbaut, die aus dem ursprünglich blauen Licht des Halbleiters weißes Licht erzeugen. Man kann die Konverter-Farbstoffe bereits heute durch organische Alternativen ersetzen, welche in der Herstellung deutlich preisgünstiger sind und keine Seltenen Erden enthalten. Diese sind jedoch empfindlich gegenüber den hohen Lichtleistungen, Temperaturen und Sauerstoff und müssen daher verkapselt werden.

„Am Beginn des Projektes haben wir versucht bestehende Techniken für die Verkapselung zu verbessern. Uns wurde jedoch schnell klar, dass wir einen völlig neuen Ansatz benötigen“, berichtet der Professor für Anorganische Festkörperchemie an der Saar-Uni, Guido Kickelbick, einer der Projektleiter in dieser interdisziplinären Studie. Nach zweijähriger Arbeit ist es seinem Team jetzt gelungen, ein komplett neues Material für die Verkapselung zu entwickeln, welches alle wesentlichen Anforderungen erfüllt, damit organische Farbstoffe in der LED verwendet werden können.

Thermisch beständiges Silikon

Das Material basiert auf einem speziellen Silikon, dessen Eigenschaften sich durch die chemische Synthese nahezu beliebig festlegen lassen, je nach Anforderungen. Die wichtigsten Parameter sind erfüllt: Das Material ist thermisch sehr beständig, weist eine hohe Transparenz auf und ist leicht zu verarbeiten. Nebenbei spart das Material noch weitere Ressourcen. Bei konventionellen Materialien wird Platin als Katalysator für die Vernetzung der flüssigen Vorstufen eingesetzt, in dem neu entwickelten Material kann darauf komplett verzichtet werden.

Das Material ist im Rahmen des noch laufenden Forschungsprojektes „Organische und Seltenerd-reduzierte Konversionsmaterialien für LED- basierte Beleuchtung“ (ORCA) entstanden, das vom Bund mit 1,9 Mio. Euro gefördert wird.

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Schwesternportal Elektronikpraxis.de.

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