Hybride Weißlicht-LEDs
Erstmals Fluoreszenzproteine für LED-Beschichtung eingesetzt
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Photometrische Eigenschaften des Prototyps
Bemerkenswert an dem hergestellten Gel ist, dass es den Proteinen Stabilität verleiht. In der Regel müssen Fluoreszenzproteine in wässriger Lösung bei Temperaturen um ca. 30 °C und einem PH-Wert nahe des Neutralbereichs (PH=7) vorliegen, andernfalls verändert sich ihre komplexe räumliche Struktur (Denaturierung) was zum Verlust der angestrebten Funktionalität führt.
Auf der Basis des Gels wurden zwei Prototypen einer Hybrid-WLED gebaut – einer mit UV-LED und drei farbkonvertierenden Lagen (UV-Typ) und einer mit blau emittierender LED und zwei farbkonvertierenden Lagen (Blau-Typ). Unter Betriebsbedingungen und bei 10 mA wurde mit dem Blau-Typ eine Lichtausbeute von 50 Lumen/Watt erreicht mit weniger als 10 Prozent Verlust nach 100 Betriebsstunden.
| Parameter | UV-Typ (3 Schichten) | Blau-Typ (2 Schichten) |
| Farbtemperatur (CCT) | 4.500 - 6.000 | 4.500 - 6.000 |
| Farbwiedergabeindex (CRI) | 60 - 70 | 75 - 80 |
| Leuchtdichte [cd/m²] * | 80 - 1.900 | 4.000 - 51.000 |
| LED-Strom [mA] | 10 - 200 | 10 - 200 |
| CIE-Farbraum (xy) | 0,35 / 0,35 | 0,32 / 0,33 |
* Die Werte für die Leuchtdichte in der Tabelle beziehen sich auf einen LED-Strom von 10 mA (unterster Wert) bzw. 200 mA (oberster Wert).
Nur die Temperatur limitiert
Laut den Forschern handele es sich bei den Prototypen um die ersten Beispiele für Hybrid-LEDs mit einer proteinbasierten Mehrfachbeschichtung (cascade coating), die es erlaube, „das gesamte sichtbare Spektrum perfekt abzudecken“, wie es in ihrer Veröffentlichung im Fachmagazin Advanced Materials heißt. Limitiert wird die Lichtleistung vom Absorptionsvermögen der Fluoreszenzproteine, sodass bei höheren LED-Strömen die Emission der LED dominiert.
Dieses Problem kann vermutlich durch die Erhöhung der Konzentration der Fluoreszenzproteine im Gel erhöht werden. „Wir glauben, dass unser Ansatz problemlos auf lichtstärkere LEDs übertragen werden kann, indem sowohl die Anzahl der Proteine als auch die Dicke der Beschichtung erhöht wird“, schreiben die Forscher weiter. Als limitierenden Faktor habe man die Temperatur ausgemacht, die bei dieser Art von LEDs bei über 100 °C liegen könne. Die verwendeten Proteine denaturieren nachweislich aber bereits ab ca. 60 °C. Überwinden könne man diese Hürde durch bessere LED-Kühlung oder die Verwendung von Fluoreszenzproteinen aus hitzeresistiven Organismen – an beiden Optionen werde bereits gearbeitet.
Literatur
- Erstmals Fluoreszenzproteine für LED-Beschichtung eingesetzt
- Photometrische Eigenschaften des Prototyps
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