Deutscher Zukunftspreis
Licht aus Kristallen erobert den Alltag

Leuchtdioden revolutionieren die Beleuchtungstechnik: Die winzigen LEDs sind langlebig, verbrauchen vergleichsweise wenig Energie und könnten schon heute herkömmliche Lampen in Reklametafeln, Verkehrsampeln oder in Projektoren ersetzen. Die Effizienz der LEDs ist höher als von Glühlampen. Mit ihnen ließen sich große Mengen an Kohlendioxid einsparen.

DÜSSELDORF. Leuchtdioden gibt es seit Mitte der 60er Jahre. Fast dreißig Jahre lang waren sie aber kleine, schwache Lichtquellen für wenige Farben (rot, gelb, gelb-grün). Erst Anfang der 90er-Jahre wurde mit der Erfindung der blauen LED der Startschuss für eine rasante Entwicklung gegeben. Plötzlich war es möglich, LEDs in allen Farben, einschließlich Weiß, herzustellen.

Die ersten Leuchtdioden hatten allerdings einen großen Nachteil: Sie hatten nur eine geringe Leuchtkraft. Das haben Forscher des Regensburger Unternehmens Osram Opto Semiconductors und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena Anfang dieses Jahrhunderts geändert. Ihre LEDs leuchten nun fast fünfmal so stark wie ihre Vorgänger. Für ihre Innovation wurden sie in diesem Jahr für die Endausscheidung um den Deutschen Zukunftspreis nominiert.

Die Osram-Entwickler Klaus Streubel und Stefan Illek nutzen für die Produktion ihrer lichtstarken Leuchtdioden Dünnfilmtechnik und spezielle Gehäuse. „Die Halbleiter hatten schon immer viel Licht in sich, doch früher gelangte nur ein Bruchteil nach außen“, sagt Streubel. Der größte Teil des erzeugten Lichts werde intern zurück reflektiert und könne den Chip nicht verlassen, erläutert der Physiker. Die Tüftler fanden dafür eine Lösung und integrierten eine Metallschicht, die wie ein Spiegel das Licht im Inneren des Chips auffängt und an die Oberseite bringt.

LEDs sind aus drei Elementen aufgebaut: einem Halbleiterchip, in dem das Licht durch eine elektrische Spannung erzeugt wird, einem Gehäuse und einer Optik, die das Licht in die gewünschte Form bringt. Die besondere Leistung der Forscher liegt darin, dass sie einen Prozess entwickelt haben, mit dem es gelingt, eine dünne Metallschicht in den Chip zu bekommen. „Das war mit den damals bekannten Verfahren nicht möglich“, sagt Streubel. Erst mit Hilfe der Dünnfilmtechnik sei es gelungen, im Inneren der LED eine Metallschicht aufzubringen.

Die LED-Chips sind aber nur ein Teil der Innovation. „Für die leistungsstarken Leuchtdioden mussten passende Gehäuse gefunden werden“, sagt Streubel. Mit sogenannten Ostar-Packages sei es erstmals gelungen große, für hohe Ströme ausgelegte Chips dicht nebeneinander in einem Gehäuse unterzubringen. Damit gelang es großflächige LEDs zu bauen, die große Lichtmengen erzeugen und zu hellen Leuchtkörpern verarbeitet werden können. Ein weiterer Vorteil: Weil das Licht nach oben abgestrahlt wird, kann die entstehende Abwärme nach unten abgeführt werden.

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