Einleitung

Hintergrund

Man kann sagen, statt Brot für die Welt, Licht für die Welt.  Ohne Licht ist das Leben für Menschheit gar nicht möglich.

取代世界需要面包这句谚语，人们可以说，世界需要光。没有光那么人类的生活是不可想象的。

Die auf dem Begriff „Solid-State-Lighting“ basierende LED-Technologie ist heute, mehr als ca. 40 Jahre nach ihrer Entdeckung [Steranka 2002], aufgrund der vorteilhaften und ausgezeichneten Eigenschaften, die z.B. hervorragende Energieeffizienz und die vergleichsweise niedriger Wärmeerzeugung als traditionelle Lichtquelle, aus den naturwissenschaftlichen, medizinischen, technischen Disziplinen nicht mehr wegzudenken.

在今天，这个建立在固体发光基础上的LED技术，也就在超过它被发现的40年的历史中，由于良好的性能，比如相对于传统的白炙灯相比较所具有的优越的能源效率和低的发热程度，对于自然科学，医学，工程技术学科领域具有不可或缺的重要意义。

(Abb.)

 Innerhalb dieser Einsatzgebiete existieren zahlreiche Möglichkeiten, die sich der günstigen Eigenschaften von LED-Technologie bedienen. Die wohl bekanntesten und am weitesten verarbeiteten Anwendungen von LED liegen im Bereich von Beleuchtung. Ein langfristiges Ziel dieser  Technologie besteht in  die Ersetzung der konventionellen Glühlampe durch eine Lichtquelle mit höherem Wirkungsgrad und längerer Lebensdauer[Klier 2000].

基于LED技术的性能，可以应用于很多地方。最著名的，最被广泛开发应用的是在照明领域。该技术的一个长期的目标在于，以更高的效率和更长的寿命来取代电灯泡。

Als einer der wichtigsten Mitglieder spielt die weiße LED im alltäglichen Leben eine besondere entscheidende Rolle. Die Entwicklung und Verbreitung von weißer LED, deren Anwendung sich von hochtechnischen Applikationen erstreckt, hat in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen. Die Effizienz ist ein primäres Kriterium zur Beurteilung der weißen LED. Im Gegensatz zur traditionellen Glühlampe weist die weiße LED eine höhere Effizienz auf. Es ist bei [Muthu 2002] zu finden, dass die weiße LED bereits in 2002 eine Effizienz über 20lm/W hatte, welche schon mehr als die von Glühlampe betrug.  Man hat also immer darauf gewartet, dass durch weiter optimierte Herstellungsprozesse im Laufe der Zeit eine viel mehr effizientere weiße LED auf der Welt kommt.

白色发光LED作为LED家族中一个重要的成员，在日常的生活中起了具有决定性意义的作用。其应用范围衍生到很多高技术应用领域的白色LED 的开发和研究在近十年中得到了长足的进步。

Ziel dieser Arbeit

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit dem Haupt Thema „Entwicklung und Vergleich der Technologien zur Fertigung weißer Hochleistungs-LED Modulen“. Die Erzeugung vom weißen Licht mittels LED-Technologie basiert sowohl auf der sogenannten additiven Farbmischung von mindestens 3 verschieden farbigen LEDs (RGB: Rot+Grün+Blau) als auch auf der Grundidee, dass die teilweise Konversion von blauem Licht durch ein Konvertermaterial in den gelben Spektralbereich bei Vermischung mit dem verbleibenden blauen Anteil auch weißes Licht erzeugen kann.

Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung der Aufbautechnologie von weißen LED Modulen. Neben der direkten Beschichtung der LED Chips mit Konvertermaterial werden verschiedene Beschichtungsmethoden und damit verbundenen Komponenten untersucht und bewertet. Unterschiedliche Substratmaterial und Geometrien wie Kavitäten und Reflektoren, werden hinsichtlich der thermischen Eigenschaften, der Effizienz und der Abstrahlcharakteristik getestet. Vor allem die effiziente Wärmeableitung von Hochleistungs-LED Modulen im Zusammenhang mit einer hohen Farbortstabilität des gesamten Moduls ist von großer Bedeutung.

Die optische Effizienz und die Farbqualität werden über die Kombination verschiedener Konvertermaterialien variiert und auf bestimmte Anwendungen eingestellt. Die Aufbereitung und Untersuchung der  Konvertermaterialien ist ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit. Neben dem elektrischen Layout und dem optischen Design steht der Aufbau eines darauf basierenden Moduls, dessen Verbesserung und Charakterisierung im Vordergrund.

Es ist erforderlich darauf hinzuweisen, dass die oben genannte Arbeit tatsächlich eine Zusammenarbeit zwischen der Lehrstuhl WW6 von der Friedrich-Alexsander-Universität Erlangen-Nürnberg und das Firma Perkimelmer Elcos im Pfaffenhofen an der Ilm ist. In Erlangen lässt sich die Untersuchungsrichtung mehr am wissenschaftlichen Gesichtspunkt fokussieren, während man im Pfaffenhofen großen Wert auf den technischen Prozessen legt. Solche Zusammenarbeit zwischen Universität und Industrie bringt den Vorteil, dass die theoretische Überlegung der Eigenschaften von LED durch die praktische Umsetzung in real existierende LED verifiziert werden kann. 

Die ganze Masterarbeit ist vornehmlich in folgenden Kapiteln unterteilt:

In erster Linie wird im Kap. 1 die Grundlage zum Verständnis von Funktionsweise der weißen LED erläutert. Dazu kommen die Vorstellungen der allgemeinen physikalischen Prinzipien von Konvetermaterialien in Frage.  Es wird daher an dieser Stelle auf die Themen Absorption und Emission eingegangen.  Danach wird ein Überblick von dem bekanntesten Konvertermaterial YAG:Ce³⁺ gegeben, mit dem man die Arbeitsweise der Konverter aus physikalischen und werkstoffwissenschaftlichen Gesichtspunkt erklären kann.

Die experimentellen Methoden, die in dieser Masterarbeit angewandt werden, sind in Kap.2 und Kap.3 zu finden.

Das zweite Kapitel beschäftigt sich mit den Untersuchungen von unterschiedlichen Parametern zur Charakterisierung des Konvertermaterials. Diese Untersuchungen fanden in dem Labor von WW6 in Erlangen statt. Hier wird die Grundidee über die Messung von Quanteneffizienz, die Bestimmung der Korngrößerverteilung usw. eingeführt. Hierbei ist notwendig, die Anregungs-und Luminenszenzspektren von Konverterstoff sowie die Korrigierensmethode  des Fluorenszenzspektrometriesystems vorzustellen.

Im Rahmen des Kap.3 werden  die im Firma Elcos durchgeführten Experimente zur Untersuchung des zu optimierenden Produktionsverfahrens der weißen LED Modulen dargestellt.

Die Auswertung von Daten und die begleitende Diskussion befinden sich alle in Kap.4

Kapitel 6. schließt die vorliegende Arbeit mit einer Zusammenfassung.