Elektrolumineszenz Druckbare Leuchtpartikel kostengünstig auf große Flächen aufbringen

Mit der Elektrolumineszenz lassen sich Phosphore als lichtemittierende Schicht auf große, gebogene Oberflächen kostengünstig aufbringen. Damit sind sie günstiger als eine OLED.

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Lichtemittierende Dioden (LEDs) sind gebräuchliche Halbleiterbauelemente und kommen in Lampen, Signalen, Schildern oder Anzeigen zum Einsatz. In ihren Verwandten, den OLEDs, sind organische, halbleitende, lichtemittierende Materialien in dünnen Schichten verbaut. Damit ist es möglich, sie auf gewölbten Oberflächen zu platzieren. Allerdings ist der Einsatz von OLEDs zur großflächigen Beleuchtung zurzeit kostenintensiv, da sie nur eine geringe Lichtausbeute bieten und ihre Lebensdauer gering ist.

Elektrolumineszenz und gebogene Oberflächen

Eine Alternative ist die Elektrolumineszenz. Hier werden spezielle Nanopartikel, die sogenannten Phosphore, in einem elektrischen Feld zum Leuchten angeregt. Forscher des INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien haben eine Methode entwickelt, die Elektrolumineszenz auf großen, gebogenen Oberflächen kostengünstig zu ermöglichen: Dabei werden sowohl die Phosphore als lichtemittierende Schicht als auch alle anderen Bestandteile über nasschemische, druckbare Verfahren erzeugt.

„Für die Bearbeitung benötigen wir lediglich Temperaturen unter 200 °C. Damit können wir alle benötigten Teil-Schichten auch auf Folien oder andere flexible Substrate aufbringen“, erklärt Peter William de Oliveira, Leiter des Programmbereichs Optische Materialien. So ließen sich „Leuchtflächen“ sehr kostengünstig und auch in großen Formaten herstellen.

Die Leuchteinheit besteht aus zwei elektrisch leitenden Schichten, zwischen denen sich die Licht emittierenden Partikel in einer dielektrischen, isolierenden Binderschicht befinden. Mindestens eine der leitenden Schichten ist leitfähig und transparent zugleich, meist basierend auf ITO- (Indium-Zinn-Oxid-)Nanopartikeln. Durch die Einbettung in die isolierende Schicht wird die aufgenommene Energie effizient in Licht umgesetzt; eine nennenswerte Erwärmung der Leuchtelemente findet also nicht statt. Durch Anlegen einer Wechselspannung erfolgt dann die Lichtemission aus der elektrolumineszierenden Schicht. „Als Leuchtpartikel betten wir funktionalisierte Zinksulfid-Nanopartikel als Phosphore in die Binderschicht ein“, erklärt de Oliveira, „diese sind mit Kupfer oder Mangan dotiert. Damit lassen sich momentan grünes und blaugrünes Licht erzeugen.“

Lichtfolien mit 230 Volt betreiben

Die am INM entwickelten elektrolumineszierenden Lichtfolien lassen sich direkt an die übliche Netzspannung von 230 Volt anschließen. Gleichrichter, Vorschaltkondensatoren oder andere Schalteinheiten, die die Spannung erst anpassen, entfallen. Zurzeit arbeiten die Forscher an der weiteren Funktionalisierung der Phosphor-Nanopartikel. „Unser Ziel ist die Erzeugung weißen Lichtes durch eine veränderte Dotierung oder das Einbringen von farbigen Pigmenten in die Leuchtschicht“, sagt der Physiker de Oliveira. Gleichzeitig wollen die Entwickler die Materialien so verändern, dass die Lichtfolien auch bei niedrigerer Netzspannung eingesetzt werden können.

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