Halbleiter Galliumnitrid macht’s möglich
LED-Leuchten halten lange und sind energiesparend. Jetzt ermöglichen Forscher noch kompaktere LED-Lampen mit höherer Lichtleistung als kommerzielle Modelle. Der Schlüssel zum Erfolg sind Transistoren auf Basis des Halbleiters Galliumnitrid.
Die alten „Glühbirnen“ sind mittlerweile in der EU verboten und Energiesparlampen sehr umstritten. Ab 2016 kommt auch das Aus für Halogenlampen mit mehr als zehn Watt. Damit hat die LED (Licht-emittierende Diode) beste Chancen, das Leuchtmittel der Zukunft zu werden. LED-Retrofit-Lampen, die in Glühlampen-Fassungen passen, werden Experten zufolge ab 2015 erstmals einen höheren Marktanteil als klassische Energiesparlampen erreichen. Bis zum Jahr 2020 wird ein LED-Anteil in der Beleuchtung von 88 bis 90 Prozent prognostiziert. Die winzigen Dioden bieten zahlreiche Vorteile: Sie sind die umweltfreundlichsten Lichtquellen, da sie keine schädlichen Stoffe beinhalten, weniger Energie verbrauchen, und mit einer Laufzeit von 15 000 bis zu 30 000 Stunden eine höhere Lebensdauer als herkömmliche Lichtquellen besitzen. Sofort nach dem Einschalten strahlen sie in voller Helligkeit.
Treiber mit geringerem Kühlbedarf – Schwachstelle: Stromschwankungen
LEDs haben jedoch eine Schwachstelle: Sie reagieren sehr empfindlich auf Stromschwankungen und Spannungsspitzen. Um einwandfrei funktionieren zu können, benötigen sie einen Treiber, der ständig für einen konstanten Strom sorgt. Der Treiber, der den Wechselstrom aus dem Netz in Gleichstrom mit reduzierter Spannung wandelt, bestimmt maßgeblich die Lichtausbeute und Lebensdauer der gesamten LED-Lampe. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Treiberelektronik. Forscher am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg setzen auf Spannungswandler mit Transistoren, die auf Galliumnitrid (GaN) basieren. In den Praxistests der Wissenschaftler erwiesen sich die entwickelten Treiber mit dem neuen Halbleitermaterial als äußerst robust. Bauteile aus GaN können bei höheren Strömen, Spannungen und Temperaturen betrieben werden als herkömmliche Transistoren aus Silizium. »Wärme beeinflusst neben der Helligkeit die Lebensdauer der LED-Leuchte«, sagt Dr. Michael Kunzer, Gruppenleiter am IAF.
Folgt: Galliumnitrid-Transistoren schalten mit hoher Frequen