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Redaktion: Heinz Schmitz


Verfahren zur verbesserten LED-Produktion

Photoluminizenz Anlage
Versuchsaufbau, der mittels Photolumineszenz ermöglicht, den gewünschten LED Farbton im laufenden Prozess erstmals direkt zu kontrollieren (Quelle: Ingo Noevermann)

LEDs sind ein beliebtes und umweltfreundliches Leuchtmittel. Allerdings empfinden viele Menschen das Licht als kalt und es kommt häufig zu Farbabweichungen in der Raumbeleuchtung oder wenn LEDs beispielsweise an Ampeln im Straßenverkehr verwendet werden. Zudem sind die Herstellungskosten aufgrund der enthaltenen Materialien wie Saphir und des zeitintensiven Herstellungsprozesses sehr hoch. Dr.-Ing. Christoph Prall forschte als wissenschaftlicher Mitarbeiter der HRW in seiner Dissertation zum Thema „Photolumineszenz bei hohen Temperaturen aus epitaktisch wachsenden Nitrid-Halbleiterschichten zur In- situ-Materialcharakterisierung“ in den Laboren der HRW an Möglichkeiten, die Effizienz bei der Herstellung zu erhöhen und dadurch die Kosten zu senken. Denn während des Produktionsprozesses, der mehrere Stunden dauert, konnte bisher nicht untersucht werden, ob der gewünschte Farbton einer LED auch tatsächlich erzielt wurde oder ob es zu Abweichungen gekommen ist.

 

Schon kleinste Schwankungen im Promillebereich bei einer Herstellungstemperatur von rund 1000 Grad sorgen bereits für farbliche Abweichungen, welche mit bloßem Auge wahrzunehmen sind. Erst wenn der Produktionsprozess abgeschlossen war, wurde bisher das Ergebnis sichtbar und konnte erst am fertigen Produkt überprüft werden. Eine Korrektur war dann aber nicht mehr möglich. Dr.-Ing. Christoph Prall entwickelte in seiner Dissertation jetzt ein Verfahren, welches mittels Photolumineszenz ermöglicht, den gewünschten Farbton im laufenden Prozess (in situ) erstmals direkt zu kontrollieren und nachzujustieren. „Konventionelle Überwachungstechniken bei der LED-Produktion nutzen bisher das Prinzip von Wärmebildkameras, um die Temperatur während des Prozesses zu überprüfen. Das Infrarotlicht geht aber durch die transparenten Materialien einer LED hindurch, was somit eine direkte Temperaturmessung erschwert und zwangsläufig zu Verzerrungen führt“, erläutert der 34-Jährige. „Wir haben ein altes Konzept neu angewendet, indem wir während der Geburt einer LED mit UV-Laser-Blitzen die LED-Kristallschichten für den Bruchteil einer Sekunde zum Aufleuchten gebracht haben. Ob wir hiermit Erfolg haben würden, war zu Beginn nicht klar, jedoch ist dies auch Teil guter wissenschaftlicher Arbeit: mit einer Dissertation ein Stück weit Neues zu erkunden und bisherige Ergebnisse neu zu bewerten. Dies war zwar langwierig und strapazierte die Frustrationstoleranz, aber im Endeffekt sehr erfolgreich“, erklärt Christoph Prall. Für das Verfahren wurde bereits eine Patentanmeldung beantragt.

 

Siehe auch:

https://dx.doi.org/10.17185/duepublico/46204

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