Hybride Weißlicht-LEDs Erstmals Fluoreszenzproteine für LED-Beschichtung eingesetzt

Klebstoffe für medizinische Einwegartikel
Mit Fluoreszenzproteinen kann UV-Licht in das sichtbare Lichtspektrum konvertiert werden - Forscher haben die empfindlichen Proteine erstmals in eine stabile Gelform bringen können.

Weißlicht-LEDs haben Hochkonjunktur und trotzdem ist man mit der aktuell verfügbaren Technik, die im Wesentlichen durch anorganische und organische LEDs repräsentiert wird, eher unzufrieden. Hybride LEDs sollen jetzt die Vorteile beider Ansätze in sich vereinen – ohne die jeweiligen Nachteile.

Mit den etablierten anorganischen Weißlicht-LEDs (WLEDs) lassen sich zwar hohe Leuchtstärken und lange Lebenszeiten erzielen, dafür sind allerdings ein komplizierter Herstellungsprozess bei hohen Temperaturen und die Verwendung teurer Materialien wie Seltene Erden nötig. Außerdem ist das Emissionsspektrum relativ schmalbandig.

Die OLEDs (organic-light-emitting-diodes) stellen sozusagen das genaue Gegenstück zum obigen Ansatz dar: Die Herstellung ist einfacher, die benötigten Materialien sind günstiger und das emittierte Spektrum lässt sich einfacher verändern, aber die kurze Lebensdauer und der erzielte niedrige Lichtstrom stellen spürbare Schwachstellen dar.

Hybrid-WLEDs

Biologen und Materialwissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sehen gute Chancen, das Beste beider Welten bald in Hybrid-LEDs (HLEDs) vereinen zu können. Genau wie eine anorganische WLED besteht eine Hybrid-WLED aus einer anorganischen Hochleistungs-LED mit blauem oder ultraviolettem Emissionsspektrum und einer Beschichtung aus photolumineszierendem Farbstoff, die zur Farbkonvertierung dient. Bei anorganischen WLEDs besteht der Farbstoff aus einer teuren Seltene Erden Verbindung, z.B. mit Cer dotiertes, pulverförmiges Yittrium-Aluminium-Granat (YAG, Y3Al5O12). Im Gegensatz dazu werden für Hybrid-WLEDs organische Materialien zur Farbkonvertierung genutzt.

Getestet hat man bisher u.a. Polymere, kleinere Moleküle und Quantenpunkte. Und dabei wurden einige Probleme offenkundig: Bei den getesteten Farbkonvertern treten Emissionsmaxima im blauen und orangefarbenen Wellenlängenbereich auf – rote Farbtöne sind unterrepräsentiert. Außerdem ist zur Verkapselung des Materials der Zusatz von Substanzen nötig, um das System thermisch oder mittels UV-Strahlung härten zu können. Bei diesem Vorgang kommt es zur teilweisen Zersetzung der organischen Komponenten, was sich negativ auf Lichtstrom und Lebensdauer auswirkt.

Die Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität haben jetzt ein leicht zu verarbeitendes Gel auf Basis von Fluoreszenzproteinen hergestellt, mit dem blaues oder auch ultraviolettes Licht in ein homogenes Emissionsspektrum im sichtbaren Bereich konvertiert werden kann. Dazu wird auf eine UV-LED eine Schicht aus drei Lagen des Gels aufgetragen, von denen die erste das UV-Licht in den blauen Wellenlängenbereich konvertiert, die darüber liegende Schicht einen gewissen Anteil in den grünen Wellenlängenbereich und die letzte Schicht einen Anteil des Lichts in den roten Bereich. Ein zweites Konzept mit einer blau emittierenden LED beinhaltet entsprechend nur die beiden ins Grüne und Rote konvertierenden Schichten.