Lichtmodellierung und -rekonstruktion

Durch die stetige Optimierung halbleiterbasierter Licht- und Strahlungsquellen werden konventionelle Lichtquellen in vielen Anwendungsbereichen durch die deutlich effizienteren Halbleiteremitter ersetzt. Im Bereich der Allgemeinbeleuchtung finden überwiegend weiße LEDs Verwendung, die darüber hinaus sowohl in Straßenleuchten als auch in KFZ-Scheinwerfern eingesetzt werden können. Lichttechnische Systeme, die hingegen für den Einsatz in der Pflanzenbeleuchtung konzipiert werden, basieren überwiegend auf einer Kombination von Emittern im blauen und roten Spektralbereich um das Wachstum der Pflanzen gezielt anregen zu können.

Bedingt durch die Möglichkeit binäre und ternäre Halbleiterstrukturen in ihrer Zusammensetzung und in ihrer Anordnung zu variieren, lassen sich Emissionen außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs realisieren. Letztere können sowohl im ultravioletten als auch im infraroten Spektralbereich verortet werden und finden in Spezialanwendungen und Bestrahlungseinheiten Verwendung.

Um unabhängig vom Anwendungsgebiet zusätzliche Vorteile gegenüber konventionellen Licht- und Strahlungsquellen bieten zu können wird eine möglichst hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Halbleiterbauteile und darauf basierenden Leuchten angestrebt.

Das Auftreten gradueller oder spontaner Alterungsmechanismen beeinflusst die Langzeitstabilität der Bauteile. Hinzukommend kann die Progression der Alterungsprozesse durch die Wahl der Betriebsparameter und durch die Umgebungsbedingungen der Lichtquellen beschleunigt werden. Neben dem Betriebsstrom und der Betriebstemperatur, können die Alterungsmechanismen durch Feuchtigkeit, Strahlungseintrag und Schadgase beeinflusst werden. Darüber hinaus weisen die LEDs in Abhängigkeit ihrer Bauformen und Emissionswellenlängen unterschiedliche Alterungsmechanismen auf, die sich sowohl in den Halbleiterstrukturen oder in den jeweiligen Gehäusebauformen abzeichnen können.

Aufgrund der Komplexität der Alterungsmechanismen und der Vielfalt unterschiedlicher Gehäusebauformen und Halbleiterstrukturen, erweist es sich als zielführend die jeweiligen physikalischen Alterungsmechanismen in Abhängigkeit von Betriebs- und Umgebungsbedingungen zu untersuchen.

Durch zahlreiche Industrie- und Forschungsprojekte hat das Fachgebiet Lichttechnik auf diesem Gebiet der LED-Technik eine maßgebliche Kompetenz ausgebaut, mit der sich das Alterungsverhalten von unterschiedlichen LEDs und Leuchten analysieren und beurteilen lässt. Auf Grundlage beschleunigter Alterungstests werden Degradationsmechanismen erfasst und Modelle abgeleitet, mit denen sich das Degradationsverhalten für unterschiedliche Einflussparameter in in-situ-Bedingungen berechnen lässt.

Aktuelle Forschungsfragen und Projekte befassen sich mit der Einflussnahme von Feuchtigkeit auf das Degradationsverhalten leuchtstoffkonvertierter Weißlicht-LEDs. Darüber hinaus wird das Alterungsverhalten von ultravioletten Emittern in Abhängigkeit verschiedener Gehäusebauformen und Betriebsbedingungen analysiert.

Unter Verwendung vollautomatisierter Alterungsmessplätze werden dynamische Versuchskonzepte erarbeitet mit denen sich künftige Alterungsuntersuchungen sowohl in Bezug auf die Versuchszeiten als auch bezüglich der erforderlichen Datenmengen optimieren lassen.

Weitere Forschungsschwerpunkte sind:

• Einflussnahme optischer Strahlung auf das Degradationsverhalten der Halbleiterstrukturen
• Dynamische Degradationstests
• Einflussnahme von Luftfeuchtigkeit/Temperatur auf die Alterung von LED-Modulen
• Zustandsüberwachung von LEDs
• Digitale Zwillinge für LED-Bauteile