Aus dem Themenbereich Forschung

Das neue Licht kommt aus Deutschland

Lichterketten gehören zur Vorweihnachtszeit wie Gebäck und Glühwein. Doch auch wenn die festliche Beleuchtung in den Fußgängerzonen nach der Bescherung wieder abgeschaltet wird, ändert das nichts an einem klaren Trend: Deutschlands Innenstädte werden bei Nacht immer heller. Allein in den letzten 10 Jahren hat die Beleuchtung der Innenstädte und in den Privathaushalten messbar zugenommen - und damit auch der Energieverbrauch: 8 Prozent der elektrischen Energie verbraucht ein deutscher Durchschnittshaushalt für Beleuchtung. 19% der elektrischen Energie wird weltweit für Beleuchtung verwendet. Um den Stromverbrauch zu drosseln, sind Technologien gefragt, die Licht effizienter erzeugen als klassische Glühbirnen und Neonröhren. Die Entwicklung solcher Lichtquellen auf Basis von Halbleitern ist das Ziel der beiden vom BMBF geförderten Forschungsinitiativen "NanoLux" und "OLED". Im Fokus stehen dabei neue Arten von Leuchtdioden, die nicht nur 30 Prozent weniger Energie verbrauchen, sondern auch ästhetisch überzeugen und vielseitig einsetzbar sind - egal ob als Raumbeleuchtung oder in Bildschirmen.

LEDs: von der Kontrollleuchte zum neuen Beleuchtungsstandard

Leuchtdioden - oder kurz: LEDs für light emitting diodes - gibt es schon seit 1962. Lange Zeit konnten die Leuchtdioden allerdings nur rotes Licht aussenden. Erst 30 Jahre nach ihrer Erfindung kamen blaue und weiße LED hinzu. Mit ihnen konnte begonnen werden, die vergleichsweise ineffizienten herkömmlichen Lichtquellen durch LEDs zu ersetzen. Mittlerweile sind weiße LEDs allgegenwärtig - zum Beispiel für die Lichterkette am Weihnachtsbaum oder bei der Beleuchtung von Handys, in die 58 Prozent aller weißen LED eingebaut werden.

Doch so hell die einzelne LED auch ist - Glühbirnen sind heller. Deswegen werden heute noch mehrere LEDs gebündelt, um ähnliche Leuchtstärke zu erreichen. Die immer noch recht hohen Produktionskosten weißer LEDs machen das zu einem vergleichsweise teueren Vergnügen. Doch trotz der noch nicht optimaler Eigenschaften ist der Markt für LED als Beleuchtungsmittel heute schon sehr groß und verzeichnet zweistellige Wachstumsraten bei den so genannten "high brightness LEDs". Für das Jahr 2009 rechnen Experten mit einem Weltmarktvolumen von 7,2 Milliarden Euro.

Die Leucht-Revolution steht erst noch bevor

Ein Ziel des BMBF-Förderbereichs "NanoLux" sind weiße Leuchtdioden mit einem Wirkungsgrad von über 50 Prozent, die also über die Hälfte der verbrauchten Energie in Licht umwandeln und nicht in Wärme. Ausserdem soll das Licht auch einstellbar sein in seiner Form, Farbe und Helligkeit. Wenn solche Lichtquellen kostengünstig herstellbar und weit verbreitet sind, könnte der Energieverbrauch für Beleuchtung um etwa ein Viertel gesenkt werden.

Ein zweites Ziel der BMBF-Förderung in diesem Bereich ist die Weiterentwicklung Organischer Leuchtdioden (abgekürzt: OLED für Organic Light Emitting Device). OLED sind Beleuchtungselemente, die aus hauchdünnen organischen Schichten - ähnlich wie Plastikfolien - bestehen. Anders als herkömmliche Plastikfolien bestehen diese Schichten aber aus organischem Material, das leuchtet, sobald ein schwacher Strom hindurchfließt. Die Bauweise aus Folienschichten erlaubt es, aus OLED nicht nur sehr flache Bauelemente herzustellen, sondern auch flexible Folien für große Flächen. Das Ziel ist daher, Lichtquellen zu erforschen, die in einiger Zeit als "leuchtende Tapete" angebracht werden können. Solche großflächigen Beleuchtungskörper haben das Potenzial, viele Beleuchtungskonzepte zu revolutionieren, denn flexible Leuchtfolien ließen sich überall aufkleben und könnten Lampen zu einem integralen Bestandteil von Räumen werden lassen.

Noch ist die Forschung aber nicht soweit; im Laden gibt es OLED-Leuchtechnik noch nicht zu kaufen. Im Vergleich zu Neonröhren oder Energiesparlampen ist die Lebensdauer von OLED-Folien noch nicht überzeugend. Auch ihre Herstellung ist noch kostspieliger als die von Glühbirnen. In dem Förderschwerpunkt des BMBF, bei dem 18 Universitäten und Forschungsinstitute und 32 Unternehmen beteiligt sind, wird an Lösungen für diese Probleme gearbeitet. Die Motivation ist groß: Beim Energieverbrauch sind OLEDs mindestens ebenso sparsam wie LEDs. Mit seinem Förderprojekt leistet das BMBF darum einen wichtigen Beitrag zum erklärten Ziel, bis 2020 die Energieproduktivität im Vergleich zu 1990 zu verdoppeln.

OLED - die Displays der Zukunft

Leuchtende Folien sind aber nicht allein für Beleuchtungszwecke interessant. OLED-Folien lassen sich auch als Displays verwenden und werden als möglicher Nachfolger für die heutigen Handydisplays und Flachbildschirme gehandelt. Eine Forschergruppe an der Technischen Universität Dresden entwickelte in einem vom BMBF geförderten Projekt erstmals niedermolekulare OLEDs, die schon bei einer Spannung von 2,5 Volt die nötige Helligkeit für Bildschirmanwendungen lieferten. Der Vorteil der neuen Lichtquellen: Sie benötigen deutlich weniger Energie als bisher verfügbare Leuchtdioden. Ziel des Projektes war es, durch kontrollierte Veränderung organischer Materialien OLEDs mit niedriger Betriebsspannungen bei gleich bleibender Effizienz und Lebensdauer herzustellen.

Erste Handys und MP3-Player mit OLED-Displays sind bereits auf dem Markt, ebenso wie Autoradios und Industriedisplays. Bereits 2005 präsentierte ein Hersteller ein 40 Zoll großes OLED-Display. Schon in 10 Jahren könnten großflächige OLED-Displays die heutigen Flachbildschirme zu einem beträchtlichen Anteil ersetzt haben. Experten gehen davon aus, dass dieser Markt von heute 500 Millionen Dollar pro Jahr in den nächsten fünf Jahren auf voraussichtlich 5 Milliarden Dollar pro Jahr wächst. Die Ergebnisse aus der BMBF-Projektförderung haben dazu geführt, dass in Deutschland nicht nur an dieser Zukunftstechnologie geforscht wird, sondern dass OLED-Displays auch hierzulande hergestellt werden - und nicht nur in Fernost.

OLED-Displays versprechen noch weitere Energieeinsparungen. Weil die Anzeigen von OLED-Displays selbst leuchten, brauchen sie drei bis fünf mal weniger Strom als klassische Beleuchtungselemente. Mobile Geräte mit OLED-Displays können deutlich länger mit einer Akkuladung durchhalten.

Mit LEDs und OLEDs entstehen vielfältige neuartige Anwendungen für die Licht- und Displaytechnologie, die bisher unmöglich schienen. Sie tragen dazu bei, den Wunsch nach mehr Licht während der dunklen Wintermonate mit der Schonung von Umwelt und Ressourcen in Einklang zu bringen.

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  Optische Technologien - Mit Licht in die Zukunft

  Die Optischen Technologien stehen für Wachstum und wirtschaftlichen Erfolg "made in Germany". Dies bedeutet Wettbewerbsfähigkeit, Wirtschaftswachstum und Arbeitsplätze in Deutschland. Das BMBF unterstützt die Optischen Technologien durch umfangreiche Fördermaßnahmen. Um die verschiedenen Nutzungsformen ist ein Hochtechnologiezweig entstanden, der viele Innovationen hervorgebracht hat. In vielen Anwendungsgebieten gehört Deutschland zur Weltspitze.
  mehr (URL: http://www.bmbf.de/de/3591.php)
   

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    (URL: http://www.bmbf.de/de/10778.php)