Besserer Leuchtstoff dank Siliziumstrukturen

Soest/Itzehoe (pte022/06.11.2018/13:30) - Mit Leuchtstoff gefüllte Siliziumstrukturen ermöglichen eine deutlich höhere räumliche Auflösung und ein besseres Kontrastverhältnis als herkömmlich verwendete Leuchtstoffe. Zu diesem Ergebnis kommen Forscher am Fraunhofer-Anwendungszentrum für Anorganische Leuchtstoffe (AWZ) http://www.awz-soest.fraunhofer.de in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISIT http://www.isit.fraunhofer.de .

Alternative zu LED-Systemen

Die neuartigen Strukturen ermöglichen zusätzlich eine aktive Luft- oder Wasserkühlung des Leuchtstoffs, sodass die bei der Lichtkonversion entstehende Wärme effizienter abtransportiert werden kann. Sie stellen somit eine vielversprechende Alternative zu LED-Matrixsystemen und Flüssigkristallanzeigen (LCD) dar, insbesondere bei Anwendungen mit einem sehr hohen Auflösungsvermögen.

LED-Matrixsysteme und LCD sind Stand der Technik. Die Weißlichterzeugung basiert dabei auf einem blau-emittierenden LED-Chip oder Laser in Kombination mit einem gelb-emittierenden, pixelierten Leuchtstoff. Die Pixelierung der Leuchtstoffe wird entweder durch Laserstrukturierung oder Ätzen erreicht. Die Auflösung dieser Systeme hängt davon ab, wie gut die einzelnen Leuchtstoffpixel optisch voneinander entkoppelt sind.

Eine Alternative bieten mit Leuchtstoffen gefüllte Siliziumstrukturen. "Dabei werden die gewünschten Strukturen in einen Siliziumwafer geätzt und anschließend mit Leuchtstoffpulver gefüllt. Solche pixelierten Leuchtstoffe ermöglichen eine deutlich höhere räumliche Auflösung, da sehr kleine Pixelstrukturen mit Abmessungen von wenigen Mikrometern erzeugt werden können", so AWZ-Teamleiterin Franziska Steudel.

Hohe thermische Leitfähigkeit

Unter Anregung des Leuchtstoffs mit blauer Laserstrahlung überzeugen die Strukturen mit einer hervorragenden Kontrastauflösung sowie einer lambertschen Lichtstärkeverteilung. "Aufgrund ihrer hohen thermischen Leitfähigkeit verbessern die Siliziumstrukturen nicht nur das optische Auflösungsvermögen, sondern tragen zudem deutlich zum Wärmemanagement bei", sagt AWZ-Teamleiter Peter Nolte.

Je kleiner die Pixel, desto geringer ist die Erwärmung des Leuchtstoffs, da die umgebenden Siliziumwände die Wärme effizient abführen. Die Porosität der Leuchtstoffschicht erlaubt bei Anwendungen mit sehr hoher Leistungsdichte sogar eine aktive Kühlung des Leuchtstoffs mit Luft oder Wasser.

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