Die Lampe aus dem Drucker
Im Siebdruckverfahren will ein US-Unternehmen kostengünstig flache, biegsame Leuchtkörper aus Gallium-Nitrid-LEDs produzieren.
- Kevin Bullis
Im Siebdruckverfahren will ein US-Unternehmen kostengünstig flache, biegsame Leuchtkörper aus Gallium-Nitrid-LEDs produzieren.
Glühbirnen verschwenden zu viel Strom, Energiesparlampen sind unbeliebt und umstritten. Die Zukunft gehört LED-Lampen – darauf setzt auch die US-Firma NthDegree aus Arizona. Sie hat eine Lichtquelle aus druckbaren LEDs entwickelt, die wie leuchtende Papierblätter aussieht. Auf dem ARPA-E Innovation Summit im Frühjahr erstmals der Öffentlichkeit präsentiert, sollen sie noch vor Ende des Jahres auf den Markt kommen. Das erste Flachlampenmodell soll bis zu 60 Zentimeter breit und 120 Zentimeter lang sein.
Die Technologie könne Lichtdesign auf gebogenen Flächen ermöglichen, verspricht Neil Shotton, CEO von NthDegree, zu Kosten, die mit denen von Energiesparlampen vergleichbar seien. Dank des Druckverfahrens ließen sich Farben und Helligkeit variieren. „Das ist eine ganz neue Art von Beleuchtung,“ sagt Shotton.
NthDegree stellt die Leuchtblätter aus winzigen Gallium-Nitrid-LEDs her. Millionen von ihnen werden zunächst aus einem Wafer herausgeschnitten – ein Wafer von zehn Zentimetern Kantenlänge ergibt acht Millionen LEDs – und mit Kunstharz und Bindemittel gemischt. Diese Tinte lässt sich dann im Siebdruckverfahren auf dem Trägermaterial aufbringen.
Unter der LED-Tinte befindet sich eine dünne Silberschicht, die als rückwärtige Elektrode dient. Eine Phosphorschicht über den LEDs ändert die Farbe des weißen bis bläulichen Lichts, das diese emittieren. Kurzschlüsse verhindert eine zusätzliche Isolierschicht in dem Material-Sandwich. Die elektrischen Kontakte auf der Vorderseite bestehen aus nicht sichtbaren, weil hauchdünnen Metalldrähten, die ebenfalls in ein Bindemittel eingelassen sind.
Diese transparente Elektrodenschicht könnte zugleich eine Alternative zu den gängigen Indium-Zinnoxid-Elektroden (ITO) sein, wie sie in Touchscreen und Flachbildschirmen eingesetzt werden. Weil ITO spröde ist, lässt es sich nicht in Druckverfahren verarbeiten. Zudem ist es nicht billig, da der Bedarf an Indium mit dem Siegeszug der mobilen Computertechnik zunimmt, obwohl das Element auf der Erde nicht häufig vorkommt. Die bislang bekannt Reserven belaufen sich auf ganze 16.000 Tonnen – die Hälfte davon in China.
Die Prototypen der Leuchtblätter haben zwar einen höheren Wirkungsgrad als klassische Glühbirnen, kommen an die Effizienz von Leuchtstofflampen aber noch nicht heran. Pro Watt an elektrischer Energie erzeugen sie einen Lichtstrom von 20 Lumen – ein Viertel dessen, was Leuchtstoffröhren erzeugen. Energiesparlampen haben immerhin eine Ausbeute von 65 Lumen pro Watt, während Glühbirnen nur 14 Lumen pro Watt schaffen.
Der Wirkungsgrad der Leuchtblatt-Prototypen habe sich in den vergangenen Monaten jedoch kontinuierlich verbessert, sagt Shotton. Sein Ziel sind 50 Lumen pro Watt für das erste marktreife Produkt. Die zweite Generation soll dann im kommenden Jahr schon 75 Lumen pro Watt bringen, was dem Vergleich mit manch anderen LED-Lampen durchaus standhält. Die Hellsten schaffen allerdings 200 Lumen pro Watt.
Mit den bisher erzielten Werten holt NthDegree zumindest schon jetzt mehr Helligkeit aus sein Leuchtblättern als andere Dünnschichtverfahren. Bei denen werden entweder Pulver oder dünne Filme aus elektrolumineszentem Material auf einen Träger aufgebracht. Sie dienen als flache Nachtbeleuchtungen sowie als Hintergrund-Lichtquelle von Uhren oder Anzeigentafeln.
Für Raghu Das, CEO der Firma IDTechEx, die sich auf gedruckte Elektronik spezialisiert hat, hat der Ansatz von NthDegree Potenzial. Gedruckte LED-Lampen könnten am Ende billiger werden als die oft hochgelobten organischen LED-Lampen (OLED), die in ersten Produkten bereits auf dem Markt sind. Für eine OLED-Deckenbeleuchtung darf man derzeit an die 6000 Dollar hinblättern. Weiterer Nachteil: OLEDs müssen in Glasbehälter eingeschlossen sein, damit sie nicht in Kontakt mit Luft und Feuchtigkeit kommen.
Herkömmliche LED-Lampen benötigen außerdem Kühlkörper, um überschüssige Wärme abzuleiten. Weil die Gallium-Nitrid-LEDs gleichmäßig über das Blatt verteilt sind, heizt sich der Leuchtkörper nicht auf. Allerdings wird NthDegree die Stromversorgung optimieren müssen – denn die macht die Leuchtblätter noch recht umfänglich: Bei einer Lampendicke von fünf Zentimetern wird das neue Lichtdesign, das Shotton verspricht, noch eine Weile auf sich warten lassen. (nbo)
