Meilensteine der Elektronik Geschichte, Gegenwart und Zukunft der Lichtquellen

Autor / Redakteur: Dr.-Ing. Peter Schade * / Kristin Rinortner

Die Entwicklung der Lichtquellen ist eng mit den Fortschritten in der Elektrotechnik, Elektronik, aber auch der Werkstoffwissenschaft verbunden. Lesen Sie hier die Historie von „plus lucis“ (mehr Licht).

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Der Siegeszug der Glühlampe durch bessere Glühfadenmaterialien: Das Bild zeigt eine der ersten Just-Wolframlampen mit gespritztem Wolframfaden aus dem Jahr 1907.
Der Siegeszug der Glühlampe durch bessere Glühfadenmaterialien: Das Bild zeigt eine der ersten Just-Wolframlampen mit gespritztem Wolframfaden aus dem Jahr 1907.
(Bild: LEDVANCE)

Für lange Zeit war die Sonne die einzige Lichtquelle der Menschheit. Vor etwa 300.000 Jahren lernte der prähistorische Mensch das Feuer als Wärme- und Lichtquelle zu nutzen. Lagerfeuer – später Kienspäne, Fackeln, Öl- und Talglampen sowie Kerzen – machten das Licht transportierbar.

Revolutionär war zu Beginn der Neuzeit die Nutzung fossiler Brennstoffe im 18. und 19. Jahrhundert: Kohle, Erdöl und Gas dienten zum Erzeugen von Energie und Licht. Mit der korrespondierenden Industrialisierung der Gaserzeugung in den großen Städten begann der Einzug von Gasflammenlampen in die öffentliche Beleuchtung.

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Die Anfänge der Gasbeleuchtung reichen bis ins 18. Jahrhundert zurück. Bereits 1807 hatte in London Friedrich Albert Winzer (F. A. Winsor genannt) eine Seite der Prachtstraße „Pall Mall“ per Gasflammenlicht illuminiert. Am 19. Juni 1812 wurde von Wilhelm August Lampadius, Professor für Chemie und Hüttenkunde an der Bergakademie Freiberg, an seinem Freiberger Wohnhaus in der Fischerstraße und wenig später auf dem Obermarkt an der Wache das erste deutsche öffentliche Gasflammenlicht installiert [1].

In London ist die erste öffentliche Gasbeleuchtung für den 1. April 1814 dokumentiert, als die alten Öllampen um die St. Margarets Church in Westminster durch die neuen Gasflammenlampen ersetzt wurden [2]. In Deutschland erbaute Lampadius 1816 auch das erste öffentliche Steinkohlen-Gaswerk in Halsbrücke bei Freiberg und gilt damit als der Pionier der kontinentaleuropäischen Gasindustrie [3].

Die Entwicklung von verbesserten Lichtquellen ist nachfolgend eng verknüpft mit dem Verständnis naturwissenschaftlicher Zusammenhänge, insbesondere der Chemie, der Physik und Elektrotechnik sowie Metallurgie und Werkstoffwissenschaft. Obwohl schon frühzeitig zu Beginn des 19. Jahrhunderts Versuche zur Lichterzeugung mittels glühender Fäden (Warren de la Rue, Platindraht, 1809, Großbritannien; W. Pétrie, Iridiumdraht, 1849, Großbritannien; Heinrich Goebel, Kohlefasern, 1854, Deutschland) durchgeführt wurden, brachte erst die Entdeckung des dynamoelektrischen Prinzips durch Werner von Siemens (1867) sowie die Entwicklung der Kohlefadenlampe durch Thomas Alva Edison und Joseph Wilson Swan im Jahr 1879 den Durchbruch für den Beginn der Industrialisierung und der weltweiten Verbreitung der elektrischen Beleuchtung.

Von Beginn an zeigten jedoch die verschiedenen Kohlenstofffäden (Papier, Baumwolle, Bambus, Graphit), die in den frühen Lampen verwendet wurden, nur eine geringe Lichtausbeute, eine kurze Lebensdauer aufgrund schlechter Vakuen sowie eine Schwärzung des Lampenkolbens und eine ausgeprägte Sprödigkeit/Brüchigkeit des Leuchtkörpers. Schon bald begann deshalb die Suche nach verbesserten Leuchtkörpermaterialien sowie Lichterzeugungsprizipien, die in der Gasglühstrumpflampe von Carl Auer von Welsbach 1885 [4] und in der sogenannten Nernst-Lampe 1898 [5] resultierten.

Während die Nernst-Lampe nur begrenzte Anwendung fand und die Kohlefadenlampen von den wenig später folgenden Metallfadenlampen (Osmium, Tantal, Wolfram) überholt wurden, breitete sich das Auer-Gasglühlicht rasch aus (1893 bis 1896 flächendeckende Einführung in Berlin).

Als historische Straßenbeleuchtung ist das „Auerlicht“ auch heute noch, vor allem in Berlin mit dem Gaslaternen-Freilichtmuseum im Tiergarten, aber auch in den USA von Boston bis San Francisco in nostalgischen „gas lantern quarters“ zu finden. Die über 130 Jahre alte Tradion ist aus Gründen der Energieineffizienz in Deutschland vom Niedergang bedroht, obwohl es vielfältige Bestrebungen gibt, die historischen Gaslaternen mit ihrem speziellen nostalgischen Licht als Kulturgut zu erhalten.

Die historische Evolution von elektrischen Lichtquellen

Das elektrische Licht setzte sich schnell durch. Seit Beginn wiesen die Edison-Lampen jedoch neben der niedrigen Lichtausbeute (1,4 lm/W) den Nachteil einer starken Schwärzung des Kolbens aufgrund schlechter Vakuen, einer dadurch bedingten kurzen Lebensdauer (40 h) und vor allem aber eine starke Erschütterungs- und Bruchanfälligkeit auf.

Das Auer-Gasglühlicht war mit einer Lichtausbeute von etwa 4 lm/W zumindest in der öffentlichen Beleuchtung weit überlegen. Das Wachstum der Elektroindustrie und die aufblühende Lichtquellenindustrie führten in dieser Zeit auch dazu, dass 1882 an der Technischen Hochschule in Berlin der weltweit erste Lehrstuhl für Lichttechnik entstand. Hermann Wilhelm Vogel hielt 1882/83 die erste lichttechnische Vorlesung „Über elektrisches Licht und Beleuchtungswesen“ [6].

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Schon bald begann die Suche nach besseren und neuen Glühfadenmaterialien. Es war erneut Auer von Welsbach, der 1898 die erste Metallfadenlampe mit „gespritztem“ Osmiumfaden als Glühkörper entwickelte [7]. 1902 folgte die Tantallampe (Siemens & Halske AG), nachdem Werner von Bolton und Otto Feuerlein ein Draht-Ziehverfahren für die Herstellung von 50 µm feinen Tantaldrähten entwickelt hatten [8]. Bereits 1903 und 1904 folgten die ersten Wolframlampen mit gespritzten Fäden auf der Basis der Patente von Alexander (Sándor) Just und Franjo (Franz) Hanaman [9, 10].

Die Bilder 2a bis 2d zeigen vier frühe Beispiele aus der ersten Dekade des vorigen Jahrhunderts: Das „Centennial Light“von 1901, eine Edison-Lampe in der Feuerwache Nr. 6 in Livermore, USA, die heute noch funktioniert, die Just-Wolframlampe mit einem mit Wolfram gasphasenbeschichtetem Kohlefaden (Wotan 1904 und OSRAM 1906) sowie MAZDA, die erste kommerzielle Coolidge-Lampe mit gezogenem Wolframdraht (1911).

Von 1905 bis 1911 wurden die meisten Wolframfäden nach Justs Spritztechnologie [10] hergestellt, bis 1909 mit den Arbeiten des Amerikaners William David Coolidge der technologische Durchbruch zur Herstellung gezogener Wolframdrähte erzielt wurde. Die Technologie revolutionierte nicht nur die Lichtquellenindustrie, sondern bildete auch den Ursprung der modernen Pulvermetallurgie [11]. Ausführliche Übersichten zu den frühen metallurgischen Versuchen einschließlich des Coolidge-Prozesses finden sich in [11 bis 14, 16].

Temperaturstrahler und Entladungslampen

Die heutigen Lichtquellen lassen sich nach der Art der Lichterzeugung in drei Kategorien gliedern [26]:

  • Strahlungsemission eines Festkörpers im thermischen Gleichgewicht (Temperaturstrahler: Glühlampen, Halogenglühlampen, Infra Red Coating(IRC)-Halogenlampen),
  • Stoßanregung von Atomen, Ionen oder Molekülen in der Gasphase (Gasentladungslampen: Leuchtstofflampen, Kompaktlampen, Quecksilberhochdrucklampen, Halogen-Metalldampflampen, Natrium-Niederdrucklampen, Natrium-Hochdrucklampen),
  • Rekombination von negativen und positiven Ladungsträgern in Festkörpern (LEDs, OLEDs, PLEDs).

Die Vielfalt der Temperaturstrahler mit ihren Kolbenformen, Eigenschaften und Nachteilen ist mit der EU-Verordnung EG Nr. 245/2009 Vergangenheit, lediglich ausgewählte Halogenglühlampen werden dem Verbraucher wohl bis 2018 erhalten bleiben. Für einen Überblick ist die Entwicklung der Lichtausbeute (lm/W) für historische und gegenwärtige Lampentypen in Tabelle 1 zusammengefasst.

In Glüh- und Halogenlampen werden gewendelte Wolframdrähte (Durchmesser etwa 10 µm bis 0,5 mm) durch Widerstandserwärmung auf 2600 bis 3400 K erhitzt. Die emittierte Strahlung liegt im sichtbaren und überwiegend im infraroten Spektralbereich (Planck-Verteilung). Da der Anteil an sichtbarem Licht mit der Temperatur zunimmt, soll die Wendeltemperatur aus Effizienzgründen möglichst hoch sein. Der damit verbundenen höheren Abdampfung des Wolframs wird durch Lampenfüllungen (Stickstoff, Argon, Krypton, Xenon) sowie einer zusätzlichen Halogendosierung des Füllgases zur Verminderung der Kolbenschwärzung entgegengetreten (Halogenkreisprozess).

Ende des vorigen Jahrhunderts gipfelte die Entwicklung der Temperaturstrahler schließlich in der Kombination des Halogenkreisprozesses und infrarot-reflektierender Beschichtung des Lampenkolbens (IRC-Lampen) mit vorher nicht erreichten Lichtausbeuten von 35 bis 40 lm/W [15, 21].

Das Prinzip der Lichterzeugung in Gasentladungslampen beruht auf der Anregung von Atomen, Ionen oder Molekülen in der Gasphase durch Stoßprozesse [26]. Bei Niederdruckentladungslampen mit Stoßprozessen im thermischen Ungleichgewicht erhalten die Elektronen aufgrund ihrer großen mittleren Weglänge, die bei Fülldrücken von wenigen Pascal im Bereich des Durchmessers des Entladungsgefäßes liegt, Energien von einigen Elektronenvolt.

Mit diesem Energieniveau können die kalten Quecksilberatome der Füllung durch inelastische Stöße so angeregt werden, dass Resonanzstrahlung bei einer Wellenlänge von 185 und 254 nm emittiert wird. Diese UV-Strahlung wird dann durch entsprechende Leuchtstoffschichten auf der Innenseite des Entladungsgefäßes in sichtbares Licht konvertiert [26].

Bei Betriebsdrücken von mehr als 40 kPa nähern sich die Temperaturen von geladenen und neutralen Partikeln aufgrund der geringeren mittleren freien Weglängen und den daraus resultierenden erhöhten Stoßfrequenzen einander an. Das entstehende Plasma befindet sich in der Nähe des thermischen Gleichgewichts. Dies ist der Bereich der sogenannten Hochdruck-Bogenentladungen, in denen Plasmatemperaturen von 5000 bis 10 000 K vorliegen.

Ein Teil der Plasmaenergie geht zwar durch Verlustprozesse wie Wärmeleitung, Strahlungstransport, Konvektion und Diffusion verloren, aber der verbleibende Wärmefluss führt zu Wandtemperaturen von etwa 1000 bis 1500 K, so dass Gefäßwände aus Quarz oder keramischen Festkörpern notwendig wurden (siehe Robert L. Coble, Entwicklung Lucalox, 1962).

Die relativ hohen Temperaturen führen konsequenterweise dazu, dass weniger flüchtige bzw. sogar schwer verdampfbare Verbindungen in die Gasphase gelangen. In Hochdruckentladungslampen werden daher Metalle oder leichter flüchtige Metallhalogenide wie NaJ und Seltenerdhalogenide (DyI3, HoI3, TmI3, ScI3) als Zusätze verwendet. Der Vorteil dieser Verbindungen liegt in ihrer niedrigen Anregungsenergie von wenigen Elektronenvolt, was eine effiziente Abstrahlung im sichtbaren Spektralbereich ermöglicht. Da sowohl Atom- als auch Molekülübergänge zur Emission beitragen, entsteht ein quasikontinuierliches Spektrum mit teilweise sehr guter Farbwiedergabe [26].

Die Bilder 3 bis 6 sollen an ausgewählten Beispielen den Übergang von den inzwischen verbotenen Glühlampen bzw. vom Verbot betroffenen Halogenglühlampen über Entladungslampen bis hin zu den neuesten Entwicklungen von Halbleiterlichtquellen illustrieren. Die Substitution der Glühlampe durch Kompaktleuchtstofflampen (Compact Fluoreszenz Light – CFL) hat sich nicht erfüllt. Es ist abzusehen, dass mit weiteren Fortschritten der LED-Lampentechnologie auch die CFL nur noch für Nischenbereiche tragfähig sind.

Noch ungefährdet erscheint die Anwendung von Halogenlicht (H4, H7) bzw. XENARC-Licht im Automobilbereich. Eine der gegenwärtig hocheffizientesten Metallhalogenidlampen mit Keramikbrenner (Lichtausbeute ≥100 lm/W bei sehr guter Farbwiedergabe) ist in Bild 5 gezeigt, während in Bild 6 eine der leistungsstärksten Hochdruck-Entladungslampen (Xenon-Kurzbogenlampe, 15 kW) abgebildet ist.

Lichttechnik und Werkstoffwissenschaft sind untrennbar miteinander verbunden. Mehr als 40 Elemente des Periodensystems werden in der Lichtindustrie in elementarer oder in Form ihrer Verbindungen entweder als Temperaturstrahler in Glüh- und Halogenlampen, als atomare bzw. molekulare Emitter in Entladungslampen oder als Leuchtstoffe für die Transformation von UV-Strahlung in sichtbares Licht, als Stromzuführungen, Getter, Hilfswerkstoffe oder als Hüllwerkstoffe verwendet. Um die starke Wechselwirkung zwischen Lichttechnik und Werkstoffwissenschaft zu illustrieren, sind im Kasten beispielhaft einige Meilensteine zusammengefasst [11, 12].

„Phasing-out“ von Energie ineffizienten Lichtquellen

Seit etwa zehn Jahren ist der globale Klimawandel mit allen Folgen zunehmend in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt. Eine Zielrichtung ist dabei eine energieeffizientere Beleuchtung zur Energieeinsparung und Verminderung des CO2-Ausstoßes. Nach der ersten, weitgehend erfolglosen kubanischen Initiative von Fiedel Castro zum Glühlampenverbot, war das australische Umweltministerium der Vorreiter für den Bann traditioneller Glühlampen in der Wohnraumbeleuchtung [22], nur wenig später gefolgt von der EU-Kommission (Bild 7) [21, 23]. Ein ähnliches Szenario für das „phasing-out“ von Glühlampen, beginnend im Jahr 2011, existiert in den USA mit dem Ziel einer generellen Lichtausbeute von ≥45 lm/W bis zum Jahr 2020 [24].

Das Verbot der Glühlampe wurde 2009 als Untergang der „Industriekultur“ beklagt. Gegenwärtig gibt es immer noch Glühlampen (aus „Altbeständen“), der kulturelle Industrieschock blieb aus. Der geplante und erwünschte Übergang zur Beleuchtung mit Kompakt-Leuchtstofflampen (CFL) blieb allerdings auch aus. Dafür sind inzwischen zahlreiche alternative und noch energieffizientere LED-Leuchtmittel auf dem Markt. In Europa werden bei der Substitution der Glühlampen durch LEDs Einsparpotenziale von ≥200 TWh erwartet.

In Erweiterung der bisherigen EU-Direktiven „EU-Verordnung Nr. 245/2009“ einschließlich „EU-Änderungsverordnung Nr. 347/2010“ sowie der „EU-Energieeffizienz Richtlinie“ vom 4. Dezember 2012 sind inzwischen weitere Lampentypen wie Quecksilberdampflampen (HQL), Natrium-Hochdrucklampen (HPS), Halospot-Lampen und Halophosphat-Leuchtstofflampen vom „phasing-out“ betroffen.

Es bleibt weiterhin abzuwarten, wie sich das generelle Verbot der Produktion und des Verkaufs von quecksilberhaltigen Leuchtmitteln ab 2020 auf die weitere Verwendung von entsprechenden Lichtquellen auswirken wird. Auch für die neue LED-Lichtgeneration in der Wohnraumbeleuchtung wird mit der EU-Verordnung Nr. 1194/2012 bereits ein Verbot für LED-Leuchtmittel mit der Farbwiedergabe Ra ≤ 80 prognostiziert [19]. Es bleibt noch die Frage zu beantworten, ob die vorhergesagten Einsparungs- und Umwelteffekte auch erreicht wurden. Das Umweltbundesamt publiziert für die Haushaltsbeleuchtung der Jahre 2008 bis 2015 tatsächlich eine Verringerung des Energieverbrauchs durch das Glühlampenverbot von 12,3 TWh auf 9,3 TWh [25], allerdings wird für die Privathaushalte gleichzeitig eine Steigerung des Energieverbrauchs um 8,0 TWh, entsprechend einer Steigerung um mehr als 30% gegenüber 2008, ausgewiesen.

Was die Revolution in der Beleuchtung durch LEDs bringt

Die neuere Geschichte der Lichtquellen beginnt mit der Entwicklung der ersten roten Luminiszenzdiode auf der Basis von GaAsP mit einer Lichtausbeute von 0,1 lm/W durch Nick Holonyak im Jahr 1962 [12]. Isamo Akasaki und Hiroshi Amano [27] entwickelten 1989 die „blaue“ LED auf der Basis eines SiC-Subs­trats. Im Jahr 1993 folgte eine effektive blaue LED auf Basis eines Saphir-Einkristallsubstrats von Shuji Nakamura [28].

Damit war es erstmals möglich, weißes Licht durch Kombination von roten, gelben und blauen LEDs zu erzeugen. Parallel dazu folgte 1995 ein weißes LED-Leuchtmittel, das eine blaue LED und Lumineszenzkonversion durch eine zusätzliche Leuchtstoffschicht kombinierte. Im Jahr 2014 wurden Akasaki, Amano und Nakamura für ihre Entwicklungen mit dem Nobelpreis für Physik geehrt [29].

Gegenwärtig gibt es eine große Anzahl von LED-Ausführungen in verschiedenen Formen, Größen und Farben (Bilder 8 und 9). In Handy-Displays, TV-Geräten, Ampel-Signalanlagen oder Autos hat sich LED-Licht bereits durchgesetzt. Hinsichtlich der Effizienz haben die LEDs die IRC-Halogenlampen, die Energiesparlampen und Leuchtstofflampen bereits überholt.

Der ZVEI [31] schätzte 2014 ab, dass alle 6 bis 8 Monate eine neue LED-Generation entsteht. Lichtausbeuten ≥100 lm/W, Langlebigkeit (≥15 000 bis 30 000 h) sowie Energieeinsparungen von 80% im Vergleich zu klassischen Glühlampen machen LEDs als nachhaltige Lösungen nahezu unverzichtbar. Für die nahe Zukunft sind jedoch noch einige Probleme zu lösen:

  • Herstellungskosten, Preis,
  • thermische Stabilität,
  • Probleme bei Außentemperaturen ≤–25 und ≥45°C,
  • internes Wärmemanagement (heat sinks),
  • Farbwiedergabe (noch Ra ≤ 75 bis 80), mit steigender Lichtausbeute sinkt die Farbwiedergabe,
  • Gewöhnungsbedürftige, futuristische äußere Wärmeableitung beim Glühlampenersatz (GE, PHILIPS).

Der gegenwärtig stattfindende Wandel in der Lichtbranche dürfte sich nochmals verstärken, wenn sich organische Leuchtdioden „als das Licht der Zukunft“ auf dem Markt durchsetzen. OLEDs sind die ersten wirklich flächigen Lichtquellen. Gegenüber den punktförmig strahlenden anorganischen LEDs nutzen sie organische Halbleiter zur Lichterzeugung. Hauptproblem ist die Empfindlichkeit der organischen Moleküle gegenüber Luftfeuchtigkeit, so dass entsprechende flächenhafte Verkapselungen erforderlich werden. Eine aktuelle Weiterentwicklung stellen leuchtende Kunststofffolien, sogenannte PLEDs, dar.

In Deutschland initiierte das BMBF mit dem VDI-Technologiezentrum in Düsseldorf bereits 2012 das Förderprogramm „Photonik Forschung Deutschland – Licht mit Zukunft“ (Fördervolumen 100 Mio €). Darüber hinaus stellt auch im EU-Forschungsprogramm „Horizons 2020“ die Photonik gemeinsam mit der Mikro- und Nanotechnologie einen der fünf Schwerpunkte dar.

Zukünftige Entwicklungen in der Beleuchtungstechnik

Die seit über 130 Jahren gewohnte und bewährte Glühlampe ist passé, den Halogenlampen geht es „an den Kragen“, ob die energieeffiziente IRC-Halogenlampe (Halogen-plus Xenonfüllung und Druckerhöhung) mit der höchsten Lichtausbeute der Temperaturstrahler von 35 bis 40 lm/W überleben kann, ist unklar. 2009/2010 stand die Kompakt-Leuchstofflampe noch im Fokus als energiesparender Ersatz von Glühlampen.

Diese Prognose zur Substitution der Glühlampe durch CFL hat sich im Wohnbereich nicht erfüllt. Seit 2012 sind in der EU die ersten Quecksilberdampflampen (HQL) sowie Leuchtstofflampen mit Halophosphatleuchtstoffen verboten. Da nach der von den Vereinten Nationen am 10. Oktober 2013 beschlossenen „Minamata Konvention“ es ab 2020 grundsätzlich verboten sein wird, quecksilberhaltige Leuchtmittel zu produzieren oder zu verkaufen, bleibt die weitere EU-Entwicklung abzuwarten [32].

Seit der im Jahr 1993 erfolgten Entwicklung der blauen LED und der 1995 erfolgten Luminezenzkonversion durch eine Leuchtstoffbeschichtung zur Erzeugung weißen Lichts ist die Halbleitertechnologie aus der Lichtquellentechnik nicht mehr wegzudenken. Neben der Entwicklung und Einführung von LED-Leuchtmitteln vollzieht sich, fast unbemerkt von der Öffentlichkeit, der nächste Durchbruch in der Lichtquellentechnik: die OLED [33].

Die OLED ist die erste wirklich flächige Lichtquelle. Die Flexibilität der OLED sowie Lichtausbeuteprognosen von 65 bis 100 lm/W eröffnen neue Dimensionen in der Display-Technologie und der Beleuchtung.

Beleuchtung mit LEDs und OLEDs ist einer der großen Wachstumsmärkte in der nahen Zukunft. Sie werden eine entscheidende Rolle dabei spielen, einige wichtige globale Probleme wie Urbanisierung, demographische Entwicklung, Ressourcenverknappung, Energieeinsparung und Umweltschutz zu lösen.

Abschließend sollen zwei aktuelle amerikanische Entwicklungen aus dem MIT in Boston erwähnt werden: Die Forschungsergebnisse von Ognjen Ilic et al. [35] könnten der Glühlampe vielleicht zu einem Comeback verhelfen. Seine Forschungsgruppe hat eine Methode entwickelt, mit der die Lichtausbeute eines Glühkörpers auf 40% erhöht werden kann.

Dazu wird der Glühkörper mit einer Nanostruktur umgeben, die sichtbares Licht passieren lässt, aber Infrarotstrahlung nicht. So werden 80 bis 92% der Wärmestrahlung reflektiert und vom Glühkörper absorbiert. Im Gegensatz zur herkömmlichen Glühlampe wird keine Wendel sondern eine Wolframfolie verwendet. Diese Technik [34] liefert neben einer angenehmen Farbe eine Lichtausbeute von 45 lm/W, eine Effizienz, die vergleichbar mit Leuchtstoffröhren und LED-Lampen ist (Bild 11).

Die zweite Entwicklung nutzt Graphen (Nobelpreis für Physik an Konstantin Noveselow und Andre Geim, 2010), um Elektrizität in Licht zu wandeln [36]. Die Wechselwirkung zwischen Graphenoberfläche, Elektronentransportgeschwindigkeit und Licht führt zur Emission eines fokussierten Lichtstrahls. Dies könnte die Grundlage für Schaltkreise aus Licht bilden und damit eine entscheidende Entwicklung der Computertechnik zu erheblich effizienteren und schnelleren Geräten darstellen.

Danksagung: Der Autor möchte Lazlo Bartha, Budapest / H; Wolf Dieter Schubert, Wien / A; Hugo M. Ortner, Reutte / A; Gerhard Leichtfried, Innsbruck / A und Bernhard Altmann, Schwabmünchen / D für die Zusammenarbeit, Bereitstellung von Informationen und Bildmaterial sowie der Lichtschau (OSRAM AG München) und der Bibliothek des Technik-Museums in Berlin danken.

Ergänzendes zum Thema
Wechselwirkung zwischen Lichttechnik und Materialwissenschaft
  • 1898 – Auer von Welsbach: Erste Metallfadenlampe mit „squirted“ Osmiumfäden
  • 902 – W. von Bolton: Ziehtechnologie für Feinstdrähte (Tantal ≤ 50 µm)
  • 1903 – A. Just, F. Hanaman: Wolframabscheidung aus der Gasphase
  • 1904 – A. Just, F. Hanaman: Erste Wolframlampe mit „squirted“ Wolframfäden
  • 1909 – W. D. Coolidge: Entwicklung „duktiler Wolframdrähte“ durch Pressen von Wolframpulver, Sintern und Verformung, begründete den Beginn der industriellen Entwicklung der heutigen Pulvermetallurgie zur heutigen Schlüsseltechnologie
  • 1912 – I. Langmuir: Nachweis der „Langmuir-Schicht“
  • 1913 – I. Langmuir: Stickstoff-Füllung von Glühlampen Komprimierung des Leuchtdrahts in Form der Wendel
  • 1913 – W. D. Coolidge: Entwicklung der Coolidge-Röhre zur Röntgendiagnostik
  • 1913 – E. Friedrich, K. Mey, R. Jacoby: Argonfüllung von Glühlampen
  • 1923 – K. Schröter: Erfindung des Wolframkarbid-Kobalt-Hartmetalls: Basis der heutigen Materialbearbeitung im Maschinenbau
  • 1930 – I. Brody, P. Tury: Kryptonfüllung von Glühlampen
  • 1932 – I. Langmuir Nobelpreis in Chemie
  • 1936 – W. Geiss: Einführung der Wolfram-Doppelwendel
  • 1953 – E. Lundblat Diamantsynthese
  • 1959 – E. Fridrich, E. G. Zubler, F. Mosby: Einführung des Wolfram-Halogen-Kreisprozesses
  • 1962 – N. Holonyak: Erste rote Lumineszenzdiode (GaAsP)
  • 1962 – R. L. Coble: Entwicklung translucenter Aluminiumoxid-Keramik (Lucalox)
  • 1974 – DeBeers: Erste synthetische polykristalline Diamantziehsteine
  • 1989 – H. Amano, I. Akasaki: Blaue LED auf Siliziumkarbidsubstrat
  • 1993 – S. Nakamura: Blaue LED auf Saphirsubstrat
  • 1995 – NICHIA Weiße LED über Luminiszenzkoversion über äußere Leuchtstoffschicht
  • 1994 – A. Langer: Einführung UV-Stop-Quarzglas (Ceraluminat-Dotierung)
  • 1996 – A. Bunk et al.: Einführung IRC-Technik (infrarotreflektierende Schichten) bei Halogenlampen
  • 2000 – A. J. Heeger, A. G. MacDiarmid, H. Shirakawa Nobelpreis in Chemie: “for discovery and development of electrically conductive polymers”
  • 2006 Erste LEDs mit 100 lm/W
  • 2014 – I. Akasaki, H. Amano, S.Nakamura Nobelpreis in Physik „for the invention of efficient blue light-emitting diodes”

Literatur

[1] „F. A.Lampadius – 100 Jahre Gaslicht in Freiberg“, Freie Presse, Chemnitz, 10.06.2012

[2] „Es wurde Licht“, http://www.spiegel.de/einestages/erste-gaslaterne-der-welt-in-london-es-wurde-licht-a-961352.html 01.04.2014, abegerufen 11.7.2016

[3] M. Engshuber, Gas-Erdgas 132(1991) 2

[4] C. Auer von Welsbach, DE 39 162, 1885

[5] W. Nernst, DRP 104 872, 1897

[6] H. C. Förster, TU Berlin intern Nr.11, November 2012

[7] C. Auer von Welsbach, DRP 138 135, 1898

[8] W. von Bolton, O. Feuerlein, Elektrotechn. Z. 26(1905)4, 105

[9] A. Just, F. Hanaman, DRP 154 262, 1903

[10] A. Just, F. Hanaman, DRP 182 766, 1904

[11] P. Schade, Int. J. of Refractory Metals & Hard Materials 28(2010), 648-660

[12] P. Schade, Lichttechnisches Kolloquium, TU Berlin, 02.11.2011

[13] P. Schade, H. M. Ortner, I .Smid, 9th Int. Conference on Tungsten, Refractory and Hardmaterials, Orlando, FL, May 18-22, 2014

[14] H.-J. Lunk, Chem Texts (2014) 1:3, Springer Intern. Publishing, 02.12.2014

[15] W. D. Schubert, E. Lassner, P. Schade, ITIA Newsletter, London, December 2004

[16] W. D. Schubert, E. Lassner, ITIA Tungsten Brochure, London, 2009

[17] G. Zissis, Vortrag RM 64, 15. Plansee Seminar, Reutte, 2001

[18] „Erdöl, Kohle und Erdgas bleiben Hauptlieferanten“, Die Welt, 06.12.2013

[19] ELC: http://www.elcfed.org

[20] Lightcycle Retourlogistik und Service GmbH, Gasentladungslampen in Deutschland; Marktstudie, 2006

[21] W. D. Schubert, E. Lassner, ITIA Newsletter, London, June 2007

[22] http://www.smh.com.au/news/environment, vom 19.02.2007

[23] ELC: Press Release; Brussels 5 June, 2007

[24] USA: Energy Independence and Security Act, 2007; US Government Information Services GPO *H.R.6 “Light Energy Efficiences”, pp. 82-105

[25] I. Boehme/Umweltbundesamt: zitiert in Spiegel Online Wissenschaft, 27.01.2016

[26] M. Born, T. Jüstel: Physik Journal 2(2003)2, 43

[27] H. Amano, I. Akasaki: Mater. Res. Soc., Fall Meeting 1989

[28] S. Nakamura: Applied Physics Letters 64(1994), 1687-1689

[29] Nobel Price 2014: http://nobelprize.org/nobelprizes/physics/laureates/2014

[30] R. Haitz: Haitz’s Law – 9th Intern. Symposium on the Science and Technology of Light Sources, Cornell Univ., Ithaka, NY, 2001, Paper No. 110

[31] J. Winterhagen: Ampere (ZVEI) 01(2014), 13

[32] Minamata Konvention: Bundesministerium für Umwelt und Naturschutz, Pressemitteilung Nr. 149/13 vom 10.10.2013

[33] BMW Group: Pressemitteilung vom14.08.2015

[34] D. L. Chandler: MIT News Office, Boston, June 13, 2016 “Researchers discover new way to turn electricity into light, using graphene” http://news.mit.edu/2016/new-way-turn-electricity-light-using-graphene-0613, abgerufen 11.7.2016

[35] O. Ilic, P. Bermel, G. Chen, J.D. Joannopoulos, I. Celanovich, M. Soljacic: “Tailoring high-temperature radiation and the resurrection of the incandescent source”

[36]. I. Kaminer, Y. Tenenbaum Katan, H. Buljan, Y Shen, O. Ilic, J.J. Lopez, L.J. Wang, J.D. Joannopoulos, M. Soljacic: “Efficient plasmonic emission by the quantum Cerenkov effect from hot carriers in Graphen” Nature Communications 7(13 June 2016), No. commons 11880

* Dr.-Ing. Peter Schade ist Berater für Hochtemperatur-Werkstoffe in Berlin.

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