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Polymerverbunde mit aktiv leuchtenden LEDs

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Netzwerkpartner FILK stellt neue Entwicklung vor

Aktiv leuchtende Verbundmaterialien für Funktions- oder Ambientbeleuchtung sind in den Bereichen Mobilität, Interieur, Bekleidung und persönlicher Schutzausrüstung ein dynamischer Wachstumsmarkt. Auch für individuelle Designeffekte, interaktive Kleidung (smart textiles) oder der Lichttherapie im Medizinbereich werden beleuchtete Flächenmaterialien verwendet. Bisher werden derartige beleuchtete Verbundmaterialien durch einweben von Fäden wie bspw. Silberfäden realisiert. Die direkte Kontaktierung jedes Leuchtelementes ist von Nöten, was entsprechende Nachteile wie eine eingeschränkte Designfreiheit bedingt.

Das Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen (FILK) gGmbH hat in Zusammenarbeit mit dem Optotransmitter-Umweltschutz-Technologie (OUT) e. V. in einem durch das BMWi geförderten Projekt (IGF-Förderkennzeichen 20260 BR) hinterleuchtete Verbundmaterialien entwickelt, durch die direkte Kontaktierung der LEDs entfällt. Herzstück der Verbunde sind leitfähige, dünne und flexible Polyurethanschichten die durch Inkludierung von Multi-Walled Carbon-Nanotubes (MW-CNT) erhalten wurden. Durch Beschichtung der leitfähigen Schichten mit selbst entwickelten flexiblen polymerbasierten Elektroden wird die leitfähige Polymerfläche kontaktiert. Zwischen zwei Elektroden wird durch Anlegen einer Spannung eine Potentialfläche aufgespannt, auf der LEDs für eine aktive Beleuchtung appliziert werden können. Die Einbringung der LEDs kann bereits während der Herstellung der Polyurethanschichten durch einlegen der Leuchtelemente in die nasse Polymerschicht erfolgen. Durch Trocknungs- und Vernetzungsprozesse entsteht eine feste Verbindung zwischen LED und Polymer.

Die leitfähigen Polyurethanschichten dienen dabei sowohl als Substrat als auch als Spannungsversorgung. Grundprinzip ist die Nutzung des Spannungsabfalls über der Fläche mit definiertem Widerstand. Der Flächenwiderstand muss höher sein als der Widerstand der LED, um Stromfluss durch die LED zu gewährleisten. Entsprechend der Überbrückungslänge der LED auf der Fläche wird ein Spannungspotenzial erzeugt, der die LED zum Leuchten bringt.

Durch Kaschierung der LED-Polymerverbunde mit z. B. Textilien können hinterleuchtete Verbundmaterialien hergestellt werden. Eine große Designfreiheit entsteht aus der Möglichkeit, eine nahezu beliebige Anzahl an LEDs in unterschiedlichen Farben auf der Potentialfläche anzuordnen. Die so entstehenden Verbunde sind dünn, leicht, flexibel, knickbar und besitzen eine angenehme Haptik.

Ihr Ansprechartner für weitere Informationen:
Dr. Martin Heise, E-Mail
www.filkfreiberg.de

Abbildung: (links oben) Während der Herstellung der leitfähigen Polyurethanschicht werden die LEDs bereits in die Polymerschicht appliziert. (rechts oben) Auf Basis von Polyurethan wurden flexible Elektroden entwickelt, die ebenfalls als Beschichtung auf die Schichten aufgebracht werden können. (links unten) Zwischen den Elektroden wird die Potenzialfläche aufgespannt, in welcher die LEDs in nahezu beliebiger Anzahl angeordnet werden. (rechts unten) Durch Kaschierung mit einem Textil ist die Herstellung von flexiblen und knickbaren hinterleuchteten Verbunden möglich.

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