Ein Tropfen Licht

Das Ende der LED Technik oder ein neuer Anfang in der Lichttechnologie wie wir sie kennen?
Bonner Wissenschaftler haben eine völlig neue Technik entwickelt mit der Lichtquellen erzeugt werden können. Noch ist diese nicht serienreif aber ein spannender Ausblick in die Zukunft wie wir unsere Umwelt in beleuchten werden.

Illustration des "Super-Photons":  Bonner Physiker haben Lichtteilchen, sogenannte Photonen, zu einem Knäuel verdichtet und in einem sogenannten Bose-Einstein-Kondensat vereinigt. (© Jan Klärs, Universität Bonn)Bonner Physiker haben getan, was lange für unmöglich gehalten wurde: Sie vereinigten Lichtteilchen zu einem Bose-Einstein-Kondensat. Möglicherweise lassen sich so neue Lichtquellen entwickeln.

Wäre Martin Weitz ein Gelehrter im Märchen, er könnte Licht zu zauberhaften Stoffen weben und damit Prinzessinnen einkleiden. Im wirklichen Leben hat der Physikprofessor der Universität Bonn mit seinem Team es immerhin geschafft, dass Mitglieder seiner eigenen Zunft staunen: Er hat Lichtteilchen, sogenannte Photonen, zu einem Knäuel verdichtet und in einem sogenannten Bose-Einstein-Kondensat vereinigt.

Für diesen Zustand der Materie gab es 2001 einen Nobelpreis. Physiker hatten es geschafft, Gasatome so stark zu kühlen und so dicht zusammenzupferchen, dass sie ihre Individualität aufgeben und sich wie ein einziges großes Atom verhalten.

Im Prinzip, dachten sich die Physiker, müsste das auch mit Lichtteilchen möglich sein, denn sie teilen die für eine völlige Vereinigung entscheidende Eigenschaft der Atome: Photonen sind als sogenannte Bosonen gesellig genug, ihre Individualität aufzugeben. Photonen lassen sich jedoch nicht abkühlen. Dazu müsste man sie bremsen, und wer das versucht, vernichtet sie. Lichtteilchen können nur bei Lichtgeschwindigkeit bestehen.

Die Bonner Physiker brauchten also einen Trick. Sie haben sich eine winzige, verspiegelte Kammer gebaut, die sie mit einem Farbstoff füllten. Diesen beleuchteten sie mit einem Laser, so dass der Farbstoff Photonen von Gelb über Grün bis Blau ausstrahlte.

In der speziellen Geometrie der Kammer konnte sich ein einziger Farbton am besten ausbreiten, eine Art Sonnengelb. Alle Lichtteilchen mit höherer Energie (also grünem und blauem Licht) mussten nach Kollisionen mit den Spiegeln und dem Farbstoff auf die Randbereiche ausweichen.

Nach den Regeln der Quantenphysik ähnelt diese Auslese im Zentrum einem Abkühlen, auch wenn die ganze Apparatur bei Zimmertemperatur blieb. So sammelten sich die “gekühlten” Photonen in der Mitte der Apparatur.

Sie flogen relativ ungestört hin und her und als ihre Zahl etwa 63.000 erreichte, veränderte sich der Zustand: Die Lichtteilchen vollführten den erhofften Zusammenschluss (Nature, Bd.468, S.545, 2010). Auf einem Foto der Kammer bildete sich ein intensiver gelber Punkt in einer grünen Wolke. Dort hatten die Photonen ihre Individualität aufgegeben. Das konzentrierte gelbe Licht war zudem rein und kohärent wie das eines Lasers.

Die Physiker um Martin Weitz hoffen daher, dass sich nach dem Prinzip ihres Experiments Lichtquellen für kurzwellige Strahlen konstruieren lassen, was Laser bisher nur mit viel Aufwand schaffen.

Originalartikel Süddeutsche Zeitung

Lichttechnik: Erleuchtung im Minutentakt

Weltweit sind LED ein Billionenmarkt. Neben der Möglichkeit diese Technologie in vielen Formen und Farben herzustellen, erhalten Sie weiterhin durch die fortschreitende Abschaffung der klassischen Glühbirne ein Schub. Ebenfals wird die Möglichkeit der Farbveränderung von LED Lichtern dazu genutzt werden durch unterschiedliche Lichttemperaturen die Stimmung und die Produktivität der Menschen zu erhöhen.

Platte Kopie: Flachstrahler in Glühbirnenoptik aus leuchtendem Oled-KunststoffGlühbirnen sind beliebt, aber technisch völlig veraltet – und bald ganz verboten. Innovative Lampentypen wie LEDs und Oleds ermöglichen nicht nur neue -Beleuchtungskonzepte zu Hause und im Büro. Sie machen uns auch produktiver.

Für gewagte Prognosen ist Martin Hubert in der Elektronikwelt bekannt. Früher als fast alle Wettbewerber prophezeite er als Chef der deutschen Fotosparte beim Optikkonzern Olympus den Niedergang der analogen Fotografie. Binnen zehn Jahren würden Digitalkameras den Markt dominieren, sagte er Ende der Neunzigerjahre voraus – belächelt von manchem Konkurrenten. Es dauerte nicht einmal halb so lang.

Jetzt ist der Elektronikexperte sicher, die nächste Branche gefunden zu haben, die vor einer Zeitenwende steht – und hat einen Vertrieb für LED-Leuchten gegründet: “Der Übergang von Glühlampen zu digitalen Beleuchtungstechniken vollzieht sich so rasant, dagegen war die Digitalisierung des Fotos eine Schnecke”, sagt Hubert. Und heute lächelt niemand mehr.

Denn der Umbruch ist längst überfällig. Und anders als die ersten Digi-Knipsen sind die elektronischen Leuchtdioden – kurz LEDs genannt – schon konkurrenzfähig. Oder sie nähern sich, wie die neuartigen organischen Leuchtdioden (Oled), der Marktreife. Die mehr als 130 Jahre alte Glühlampe jedenfalls hat europaweit ausgedient. Nach dem Verbot der 100-Watt-Leuchten bereits vor einem Jahr hat es im September auch die 75-Watt-Birnen erwischt. 60- und 25-Watt-Lampen folgen 2012, die etwas sparsameren Halogenlampen ab Effizienzklasse C im Herbst 2016.

Kaltes Blau zum Aufputschen

Leuchtenproduzenten wie Philips, Cree, General Electric oder die Siemens-Tochter Osram rüsten sich daher für ein rasant wachsendes Geschäft mit den Nachfolgetechniken. Auch Sharp, Toshiba, LG, Samsung oder Panasonic investieren massiv in die LED-Fertigung. Das Beratungsunternehmen McKinsey prognostiziert, dass sich der Umsatz mit LED-Leuchten bis 2015 alleine in Europa von heute 300 Millionen Euro auf 1,9 Milliarden Euro fast versechsfacht.

“Weltweit sind LEDs bald ein Billionenmarkt”, sagt Monika Kursawe, die Leiterin der zentralen Forschung und Entwicklung bei Merck in Darmstadt. Das Unternehmen produziert Rohstoffe für die strahlenden Mikrochips, die elektrischen Strom – statt auf dem Umweg über anfällige Glühdrähte – direkt in Licht umwandeln.

Für dynamisches Wachstum spricht auch, dass die elektronischen Strahler mit Eigenschaften glänzen, gegen die klassische Glühlampen doppelt alt aussehen: So ist das neue Licht nicht nur bei Format, Energieeffizienz oder Lebensdauer überlegen. Die neuen Leuchten ermöglichen es teilweise sogar, Helligkeit und Lichtfarbe fließend anzupassen; von aufmunternd-kühlem Morgenlicht bis zu beruhigend warmen abendlichen Tönen.

Studien belegen, dass sich dadurch sogar Produktivität und Konzentrationsfähigkeit von Menschen beeinflussen lassen. So ermittelte etwa das Berliner Ergonomics Institut für Arbeits- und Sozialforschung, dass etwa Mitarbeiter eines Callcenters 20 bis 30 Prozent effektiver waren, wenn sie kaltem, bläulichem Licht ausgesetzt wurden. Warmes, ins Rötliche neigendes Licht dagegen wirkt beruhigend.

In Zukunft könne der Effekt auch am Arbeitsplatz genutzt werden, erwartet Tran Quoc Khanh, Lichtingenieur an der Technischen Universität Darmstadt: “Wenn Sie morgens müde sind, weckt man Sie mit Kalttonlicht. Wenn Sie wach sind, kann man Sie mit wärmerem Licht beruhigen. Nach dem Mittagessen prasselt wieder grelles, kaltes Licht auf Sie nieder, damit Sie produktiv arbeiten.” Erleuchtung im Minutentakt – sozusagen.

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Wärmeres Weißlicht für Leuchtdioden

Polnische Wissenschaftler haben eine Substanz entdeckt, die nach einer elektronischen Anregung – beispielsweise mit ultravioletter Strahlung – ein ausgewogenes Weißlicht aussenden.

Substanz aus Durchschreibepapier kann zu Energiespar-Leuchten führen, die ein angenehmeres Licht aussenden

Warschau (Polen) – Stromfressende Glühlampen mit Wolframdraht haben wegen ihres angenehmen Lichtspektrums noch immer viele Liebhaber. Doch der Wechsel zu Energiesparlampen oder hoch effizienten Leuchtdioden könnte bald dank eines neuen Leuchtstoffs leichter fallen. Polnische Wissenschaftler haben eine Substanz entdeckt, die nach einer elektronischen Anregung – beispielsweise mit ultravioletter Strahlung – ein ausgewogenes Weißlicht aussenden. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im der Fachzeitschrift “Physical Chemistry Chemical Physics”.

“Wir haben eine Klasse organischer Moleküle entdeckt, die weißes Licht über ein kontinuierliches Spektrum im sichtbaren Bereich emittieren”, sagt Jerzy Karpiuk vom Institut für Physikalische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften. Die Substanzen, so genannte Kristallviolettlaktone, haben trotz ihrer einfachen, chemischen Struktur zwei lichtaktive Zentren.

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Wärmeres Weißlicht für Leuchtdioden – Wissenschaft aktuell.