MELuQuantPhosphor – Methoden zur Ermittlung PhotoLumineszenzQuantenausbeuten streuender Phosphore

Nano- und mikroskalige lumineszente Funktionsmaterialien sind nicht nur relevant für die Grundlagenforschung, sondern auch für immer mehr Schlüsseltechnologien und industrielle Anwendungen. Lumineszente Nano- und Mikropartikel (NPs; MPs) unterschiedlicher Materialzusammensetzung sind in unserem Alltag inzwischen weit verbreitet mit Applikationen in den Lebenswissenschaften, der medizinischen Diagnostik, Energiekonversion, Photovoltaik, Lichttechnik, Sensorik und als Sicherheitskodierungen.

Typische Materialien sind anorganische Leuchtstoffe wie Cerdotiertes Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce), lumineszierende Pigmente, Aufkonvertierungs-Nanopartikel, Halbleiterquantenpunkte und Luminophordotierte Polymer- und Silikapartikel. Die Beleuchtungsindustrie nutzt lumineszierende NPs und MPs u.a. für optisch-elektronische Bauteile wie lichtemittierende Dioden (LEDs) oder Displays sowie als Solarkonzentratoren.

Die Bestimmung der anwendungsrelevanten optischen Eigenschaften von streuenden lumineszierenden Materialien wie lumineszierenden Nano- oder Mikropartikeln in verschiedenen Matrices und von festen bzw. pulverförmigen Partikeln erfordert standardisierte Methoden als Grundlage für eine Vergleichbarkeit der eingesetzten Funktions-materialien und eine verbesserte Qualitätssicherung in Produktions-prozessen. Dies gilt insbesondere für die Schlüsselmessgröße Photolumineszenzquantenausbeute (QY), dem Maß für die Konversionseffizienz von absorbierten Photonen in emittierte Photonen. Die internationale Normung (Norm IEC 62607-3-1; IEC/TC 113) deckt derzeit nur transparente Materialien ab. Zudem gibt es derzeit keine streuenden lumineszenten Referenzmaterialien. Eine Ausweitung der Normung auf die Messung von QY von nicht-transparenten, streuenden lumineszenten Materialien wird dringend benötigt für die zuverlässige Charakterisierung solcher Funktionsmaterialien.

MELuQuantPhosphor zielt darauf ab, diese Lücke durch die Entwicklung, Optimierung und Validierung von möglichst einfachen Messvorschriften zur Bestimmung von QY solcher Proben mittels Ulbrichtkugelspektroskopie zu schließen. Diese Untersuchungen erfolgen repräsentativ an YAG:Ce, das u.a. als LED-Konvertermaterial in Automobilscheinwerfern eingesetzt wird, hier an NPs und MPs in Form von Pulvern, Optokeramiken sowie eingebettet in Polymer-Matrices. Dabei liegt der Fokus auf der Ermittlung der optimalen Messgeometrie zur absoluten Bestimmung der QY, von Kalibrierstrategien, der Bestimmung von Messunsicherheiten und von Referenzmaterialien. Dafür erfolgt u.a. ein Ringversuch der drei Projektpartner an verschiedenen lumineszenten und streuenden YAG:Ce NPs/MPs als Basis für die Validierung der im Projekt entwickelten Messprotokolle und zur Etablierung von Messunsicherheiten für kommerzielle Ulbrichtkugelmessplätze. Außerdem werden Referenzmaterialien entwickelt, die einfache Funktionstests und einen Vergleich verschiedener Ulbrichtkugelmessplätze ermöglichen.
 

Partner

Dr. Axel Engel, Schott
Dr. Stefan Schweizer, Fraunhofer IMWS
Gerd Weking, ISC International Standards Consulting GmbH & Co. KG
 

Förderung

BMWK (Programm WIPANO)