LED | Forscher ermöglichen nächste Stufe der Licht-Evolution

LED-Projekt mit Aachener Philips Forscher für den Deutschen Zukunftspreis 2013 nominiert

In diesem Jahr ist unter drei nominierten Teams für den Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten ein Projekt, das zur Lösung globaler Herausforderungen wie Energieeffizienz und Klimaschutz beitragen kann.

Hinter dem eher unscheinbaren Titel „Energiesparende Festkörperchemie – neue Materialien beleuchten die Welt“ verbirgt sich eine Entdeckung, die eine Revolution in der Welt der Beleuchtungstechnologie verspricht.

Denn Forscher der Münchener Ludwig-Maximilians Universität (LMU) und des Philips Lumileds Development Center Aachen (LDCA) ebnen mit einem Durchbruch bei der Suche nach neuen Leuchtstoffen der zukunftsweisenden LED-Technologie den Weg in die Allgemeinbeleuchtung.

Ergebnisse dieser Arbeit werden schon jetzt in vielen auf LEDs basierenden Lichtanwendungen erfolgreich eingesetzt. Die lange weltweite Suche nach einer umweltschonenden Nachfolge der ineffizienten Glühlampen-Technologie könnte damit schnell ein Ende finden.

Grundlage für den großen Entwicklungsschritt ist die Entdeckung einer neuen Klasse von Substanzen, die Professor Dr. Wolfgang Schnick, Lehrstuhlinhaber für Anorganische Festkörperchemie an der Münchner Ludwig-Maximilians-Universität, (LMU) im Labor hergestellt hat.

Sie basieren auf ökologisch unbedenklichen Rohstoffen wie Silicium und Stickstoff. Durch das Einfügen geringer Mengen des Seltenerdmetalls Europium in deren Strukturen entstand bei Versuchen eine intensiv orange-rot leuchtende Verbindung.

Wozu der Stoff zu gebrauchen sein würde, war Professor Schnick zunächst gar nicht bewusst: „Wir haben überhaupt nicht nach Leuchtstoffen gesucht. Ich wusste zu diesem Zeitpunkt noch nicht einmal, dass überhaupt irgendjemand auf der Suche nach solchen Substanzen für LEDs war.“

LED-Projekt mit Aachener Philips Forscher für den Deutschen Zukunftspreis 2013 nominiert

(v.l.) Dr. Peter J. Schmidt, Prof. Dr. Wolfgang Schnick

Interdisziplinäre Zusammenarbeit bringt Durchbruch

Einer der Suchenden war Professor Dr. Peter Schmidt, der für die Philips Technologie GmbH in Aachen nach möglichen neuen Leuchtstoffen forschte. Er wurde in einer Fachzeitschrift auf die Ergebnisse von Schnicks Arbeit aufmerksam, erkannte die Chancen, die sie für die Beleuchtungsindustrie boten, und nahm Kontakt zur LMU auf.

Erste Analysen des neuen Nitridleuchtstoffs bestätigten, dass er ermöglicht, aus dem Licht blauer LEDs durch Farbmischung jede gewünschte Lichtfarbe zu erzeugen – vor allem warmweißes Licht mit sehr hoher Beleuchtungsqualität.

Damit war ein entscheidender Schritt getan, um der LED das Schicksal der Energiesparlampe zu ersparen, die den Verbrauchern zwar wegen des geringen Stromverbrauchs grundsätzlich willkommen war, aber dennoch stets ungeliebt blieb, weil ihr Licht nicht die Behaglichkeit verbreitet, die man von Glühlampen gewohnt ist.

Die Zusammenarbeit der Forscherteams zwischen Philips in Aachen und der LMU in München gestaltete sich so fruchtbar, dass mittlerweile mehr als ein Dutzend gemeinsame Patente angemeldet wurden.

Die ersten Produkte unter Verwendung der neuen Materialien kamen bereits 2007 auf den Markt. Inzwischen bietet Philips eine ganze Reihe von entsprechenden LED-Leuchtmitteln an. Darunter sind sogenannte Retrofit-LED-Lampen von Philips mit E27-Sockel, die rein äußerlich kaum von herkömmlichen Glühlampen zu unterscheiden sind und hochwertiges warmweißes Licht mit sehr guter Farbwiedergabe erzeugen.

Sie verbrauchen dabei jedoch 80 Prozent weniger elektrische Energie und haben eine Lebensdauer von bis zu 25.000 Stunden. Das entspricht bei einer durchschnittlichen, haushaltsüblichen Brenndauer von täglich drei Stunden einer Nutzungsdauer von etwa 25 Jahren.

Angesichts solcher Werte hat Peter Schmidt keine Zweifel daran, dass der LED-Technologie die Zukunft gehört: „Dank ihrer hervorragenden Beleuchtungsqualität, die insbesondere für die angenehm warmweiße Innenraumbeleuchtung im Wohnbereich wichtig ist, können diese Lichtquellen erstmals klassische Glühlampen komplett ersetzen.“

Weitere erfolgreiche Produkte, die bereits auf den in München und Aachen entwickelten Leuchtstoffen basieren, sind beispielsweise die derzeit effizienteste gelb-orange leuchtende LED (LUXEON pc amber), die unter anderem im Automobilbereich oder in farbtonsteuerbaren Leuchten eingesetzt wird, oder die aktuell effizientesten weißen Hochleistungs-LEDs von Philips Lumileds (LUXEON TX).

Weltweiter Energieverbrauch für Beleuchtung kann bis zu 60 Prozent geringer sein

Die positiven Effekte, die der flächendeckende Wechsel zu der neuen Technologie mit sich bringen würde, sind enorm. Aktuellen Schätzungen von Philips zufolge könnten bis zu 60 Prozent der weltweit verbrauchten elektrischen Energie für die Beleuchtung eingespart werden, wenn herkömmliche Lichtquellen durch LED-Produkte und intelligente Lichtsteuerungslösungen ersetzt würden.

Allein in Deutschland entspräche die Stromersparnis der Produktion aller im Jahr 2012 am Netz befindlichen deutschen Atomkraftwerke. Auch über die Industrienationen hinaus eröffnen sich durch die Effizienz der LEDs hochinteressante Perspektiven. In zahlreichen Ländern gibt es immer noch Regionen, in denen kein Stromnetz zur Verfügung steht. Philips engagiert sich hier bereits in Pilotprojekten mit akkubetriebenen LED-Lichtquellen, die über Photovoltaik gespeist werden. Netzunabhängige LED-Beleuchtung ermöglicht so beispielsweise Schülern das Lesen und Schreiben und führt so zu einer deutlichen Verbesserung der Zukunftsperspektiven.

Die Nominierung für den Deutschen Zukunftspreis ist der Lohn für den Beitrag, den die Professoren Dr. Wolfgang Schnick und Dr. Peter Schmidt mit ihren Mitarbeitern zu einer revolutionären Umwälzung des Beleuchtungsmarktes bereits geleistet haben.

Ein Schlusspunkt ist sie keineswegs, denn die Möglichkeiten, die sich durch die neu entwickelte Materialklasse eröffnen, sind längst nicht ausgereizt. So wird in Aachen bereits an noch effizienteren Lösungen gearbeitet, mit dem Ziel, die Anzahl der LEDs pro LED-Leuchte zu verringern und damit den Preis von LED-Produkten weiter reduzieren zu können. Dies wird helfen, die Verbraucher von einem schnelleren Umstieg auf die LED-Technologie zu überzeugen.

Mit dem Lumileds Development Center, in dem Grundlagenforschung in die Entwicklung konkreter zukunftsweisender Produkte mündet, unterstreicht Philips seinen Anspruch, als Trendsetter im Beleuchtungsbereich mit wichtigen Innovationen voranzugehen. So wird in Aachen an der Lösung globaler Probleme gearbeitet. Dr. Peter Schmidt: „Wir investieren viel in Forschung. Dass wir hier in Deutschland forschen und entwickeln, ist dabei kein Zufall, da wir – siehe LMU – über hervorragende Grundlagenforschung im Materialbereich und hervorragend ausgebildete Wissenschaftler verfügen.“

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