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 Das Elektronenmikroskop ermöglicht Vergrößerungen im Mikro- und Nanometerbereich. Foto: Pösentrup
Das Elektronenmikroskop ermöglicht Vergrößerungen im Mikro- und Nanometerbereich. Foto: Pösentrup(Download )
22.09.2014

Forschen für ein langes Leben von LEDs

Fraunhofer-Anwendungszentrum liefert Herstellern von Licht und Leuchten aus der Region neueste wissenschaftliche Erkenntnisse

Soest. Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Funktionalität von Leuchten und Lichttechnik, das sind die wesentlichen Forschungsaufgaben am Fraunhofer- Anwendungszentrum in Soest. Gemeinsam mit regionalen Unternehmen untersuchen Wissenschaftler hier neuartige Leuchtstoffe. Wie das in der Praxis aussieht, erklärt Peter Nolte, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Anwendungszentrum.

In den Laboren des Fraunhofer-Anwendungszentrums für Anorganische Leuchtstoffe haben selbst kleinste Teilchen größte Bedeutung. Mit Handschuhen und Pinzette ausgestattet, bereitet der Physiker Peter Nolte eine Leuchtdiode, kurz LED, für die Analyse vor. LEDs kommen heute in vielen Formen von Beleuchtung vor, zum Beispiel in technischen Anzeigen, Leuchten, Taschenlampen sowie in jedem Flachbildfernseher. „Leuchtdioden leben bei richtigem Gebrauch bis zu 50-mal länger als die herkömmliche Glühlampe und enthalten im Gegensatz zu Energiesparlampen keine giftigen oder umweltschädlichen Materialien“, so Peter Nolte. Die Eigenschaften einer LED könnten noch verbessert werden, wenn neue Erkenntnisse über den Aufbau der Leuchtdiode und ihre chemische Zusammensetzung vorlägen.

Im Fraunhofer-Anwendungszentrum wird mit einem Elektronenmikroskop gearbeitet, das Vergrößerungen im Mikro- und Nanometerbereich (300.000-fach) ermöglicht, die von einem Lichtmikroskop nicht erreicht werden können. In dem imposanten, ca. 1,60 Meter hohen Gerät herrscht Vakuum. Ein schnelles Übersichtsbild entsteht innerhalb kürzester Zeit, wissenschaftlich auswertbare Bilder brauchen aber ihre Zeit. Neben zahlreichen Geräteparametern muss vor allem die Probe passend justiert und ausgerichtet werden. Dieser Vorgang kann durchaus bis zu einer halben Stunde dauern. Aber der Aufwand lohnt sich: „Neben der Bildgebung kann das Elektronenmikroskop auch eine Elementanalyse der Oberfläche machen. Denn jedes Element hat seinen Röntgenfingerabdruck“, erklärt der gebürtige Marsberger. Per Energie aufgelöster Röntgenspektroskopie (EDX) werden die Atome der Probe durch den Elektronenstrahl angeregt. Sie senden dann je Element eine spezifische Röntgenstrahlung aus. Anhand dieser charakteristischen Strahlung kann abgelesen werden, aus welchen Elementen die Probe zusammengesetzt ist.

Für die Auftraggeber der Messungen und Untersuchungen, Hersteller von LEDs und Leuchten, sind die Ergebnisse von unschätzbarem Wert, denn: „Aus welchem Material besteht die LED und wie dick sind die einzelnen Schichten, all das ist interessant für das Wärmemanagement einer LED“, beschreibt Peter Nolte. Eine LED darf im Betrieb nicht zu heiß werden, da dies die Lebensdauer der LED stark herabsetzt. Finden die Wissenschaftler die Formel für ein optimales Verhätnis von chemischer Zusammensetzung und geometrischem Aufbau einer Leuchtdiode heraus, könnten sie die Lebensdauer von LEDs noch verlängern. Gut für den Hersteller, aber auch für den Endverbraucher, der ein qualitativ hochwertiges Produkt erwartet.

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