LED-Fertigung: Farbliche Abweichungen schon während der Produktion vermeiden

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Im Rahmen einer Dissertation hat Christoph Prall untersucht, wie sich LEDs kostengünstiger herstellen lassen. Im Blick hatte er farbliche Abweichungen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind.

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Versuchsaufbau, der mittels Photolumineszenz ermöglicht, den gewünschten LED-Farbton im laufenden Prozess erstmals direkt zu kontrollieren.
Versuchsaufbau, der mittels Photolumineszenz ermöglicht, den gewünschten LED-Farbton im laufenden Prozess erstmals direkt zu kontrollieren.
(Bild: Ingo Noevermann)

Werden künftig LED-Generationen günstiger in der Herstellung sein? Schließlich liegen die Vorteile der LED auf der Hand: Sei es ihr Einsatz im Fahrzeug oder auch in der Allgemeinbeleuchtung. Allerdings sind die Herstellungskosten aufgrund der enthaltenen Materialien wie Saphir und den zeitintensiven Herstellungsprozess hoch.

Doch ein Wissenschaftler der Hochschule Ruhr West will das ändern: Dr.-Ing. Christoph Prall forschte als wissenschaftlicher Mitarbeiter in seiner Dissertation zum Thema „Photolumineszenz bei hohen Temperaturen aus epitaktisch (Kristallwachstum) wachsenden Nitrid-Halbleiterschichten zur In-situ-Materialcharakterisierung“ an Möglichkeiten, wie sich die Effizienz bei der Herstellung erhöhen lässt und damit Kosten senken lassen.

Farbabweichung bei der LED vermeiden

Dr. Christoph Prall trägt mit seiner Forschung zur verbesserten LED-Produktion bei.
Dr. Christoph Prall trägt mit seiner Forschung zur verbesserten LED-Produktion bei.
(Bild: Sabrina Finke)

Während des mehrstündigen Produktionsprozesses 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. In seiner Dissertation entwickelte Christoph Prall jetzt ein Verfahren, welches mittels Photolumineszenz ermöglicht, den gewünschten Farbton im laufenden Prozess, also In situ, erstmals direkt zu kontrollieren und nachzujustieren.

UV-Laser helfen bei der Überwachung

„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 Prall.

„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.

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