Summa cum laude
Verfahren macht LED-Produktion billiger und präziser
Dr.-Ing. Christoph Prall hat seiner mit Auszeichnung abgeschlossenen Promotion »In-situ-Photolumineszenz« an der Uni Duisburg-Essen in Kooperation mit der Hochschule Ruhr West ein bereits zum Patent angemeldetes Verfahren zur effizienteren und präziseren Produktion von LEDs entwickelt.
LED-Herstellungsverfahren haben preislich wegen der verwendeten Materialien wie Saphir und der Zeitintensität der Prozesse noch Luft nach unten. Gleichzeitig gibt es bei der Einhaltung der Farbtreue von LEDs noch Probleme.
In seiner Dissertation »Photolumineszenz bei hohen Temperaturen aus epitaktisch wachsenden Nitrid-Halbleiterschichten zur In-situ-Materialcharakterisierung« hat Christoph Prall ein Verfahren entwickelt, das die Herstellungseffizienz erhöht und dadurch Kosten senken kann.
Während des mehrstündigen Produktionsprozesses konnte bislang nicht untersucht werden, ob der gewünschte LED-Farbton erreicht wird oder ob und zu welchen Abweichungen es kommt. Dabei sorgen bei der Herstellung schon Temperaturabweichungen im Promillebereich für farbliche Schwankungen, die mit bloßen Auge allerdings nicht sichtbar sind. Erst nach dem Produktionsprozess war das Ergebnis überprüfbar, aber nicht mehr änderbar.
Erstmals ist es mit dem von Dr. Prall entwickelten Photolumineszenz-Verfahren möglich, auch während des Herstellungsprozesses den Farbton zu überprüfen und direkt nachzujustieren. Dadurch verringert sich der Ausschuss und die Kosteneffizienz des Herstellungsverfahrens und die Produktqualität kann verbessert werden.
»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«, so Dr. 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. Ob wir hiermit Erfolg haben würden, war zu Beginn nicht klar, jedoch ist dies auch Teil guter wissenschaftlicher Arbeit: mit einer Dissertation ein Stück weit Neues zu erkunden und bisherige Ergebnisse neu zu bewerten. Dies war zwar langwierig und strapazierte die Frustrationstoleranz, aber im Endeffekt sehr erfolgreich.«
Dr.-Ing. Christoph Prall war einer von gegenwärtig 14 kooperativen Promotionsstudierenden an der Hochschule Ruhr West. Er wurde von Doktorvater Prof. Dr. Daniel Erni von der Universität Duisburg-Essen und von Prof. Dr. Dirk Rüter vom Institut für Mess- und Sensortechnik der HRW betreut.
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