LED-Lampen sind Glühbirne und Co. in Sachen Energieeffizienz, Haltbarkeit und Umweltfreundlichkeit weit überlegen. In Zukunft sollen sie noch besser werden. Forscher arbeiten derzeit an einem neuen Halbleitermaterial sowie einem Leuchtstoff, der die Farbwiedergabe weißer LED revolutionieren könnte.
Trotz ihrer enormen Leistungsfähigkeit haben LED-Leuchtmittel bisher noch zwei Schwachstellen: die Farbwiedergabequalität und ihre Anfälligkeit für Stromschwankungen. Beides bemerkt man im Hausgebrauch zwar kaum, Forscher arbeiten aber dennoch an der Behebung – mit zwei bahnbrechenden Erfolgen.
Leuchtstoff-Revolution verbessert Farbwiedergabe weißer LED
Der Ludwig-Maximilians-Universität München und dem Lumileds Development Center Aachen gelang es, einen neuen Leuchtstoff zu entwickeln. Das Leuchtmittel, das Strontium, Lithium, Aluminium sowie Stickstoff mit Europium enthält, übertrifft alle bisherigen rot emittierenden Leuchtstoffe und erzeugt ein reines Rot. Was ein roter Leuchtstoff mit weißen LED zu tun hat? Ganz klar – für die Erzeugung weißen Lichts benötigt man intensives rotes Licht. Weißlicht entsteht durch die Manipulation blau abstrahlender Leuchtdioden, die mit unterschiedlichen keramischen Leuchtstoffen beschichtet sind, Licht absorbieren und in alle sichtbaren Spektralfarben umwandeln. Diese Mischung ergibt schließlich weißes Licht. Das Problem bisher: Mit dem gängigen, rot emittierenden Leuchtstoff konnte kein reines Rot erzielt werden – zu Lasten der Weißlicht-Qualität. Das ändert der neue Leuchtstoff. Er sorgt nicht nur für bessere Farbwiedergabequalität, sondern erhöht auch die Lichtausbeute um 14 %. Bald schon könnte es also auch für Glühbirnen mit über 100 Watt leistungsstarken und erschwinglichen LED-Ersatz geben.
Kompaktere LED-Lampen mit höherer Lichtleistung und weniger Anfälligkeit gegenüber Stromschwankungen
Am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik wird derweil an Galliumnitrid-Transistoren geforscht. Der Vorteil von Galliumnitrid (GaN) liegt in einer besseren Spannungsfestigkeit und Leistungsdichte gegenüber Silizium, das bisher als Halbleiter dient. Dadurch sind mit GaN höhere Temperaturen, größere Spannungen von über 600 Volt sowie Ströme bis 100 Ampere möglich.
Darüber hinaus schalten Galliumnitrid- mit drei- bis zehnfach höherer Frequenz als Silizium-Transistoren. Eine höhere Schaltgeschwindigkeit bedeutet wiederum, dass die im Treiber verbauten Spulen und Kondensatoren kleiner sein können und weniger Kühlung brauchen. Dadurch können auf kleinerer Fläche mehr Schaltungen verbaut werden, was die LED-Lampen der neuen Generation nicht nur kompakter, sondern auch effizienter und günstiger macht.
Ersten Testergebnissen zufolge liegt der Wirkungsgrad von Galliumnitrid-Treibern bei 86 %. Die Lichtleistung ist mit 2090 Lumen sogar doppelt so hoch wie die von LED-Lampen mit Silizium.
