Pictures of the Future    Frühjahr 2007

Evolution des Lichts

Ein wahrer Taumel des Lichtes, dem kein erträumter Glanz aus alten Märchen gleichkommt, wird die Großstadt der Zukunft erhellen" – fabulierte 1928 der Kunsthistoriker und Architekturkritiker Walter Riezler. Damals hatte der Siegeszug der Glühlampe gerade begonnen. Nur neun Jahre zuvor, am 1. Juli 1919, wurden die Osram Werke GmbH mit der berühmten Glühbirne als Logo gegründet. Seitdem erweiterten Leuchtstofflampen, Halogen- und Hochdruckentladungslampen die Produktpalette.

Doch der wahre Lichttaumel steht den Großstädten erst bevor, ist Wolfgang Lex überzeugt. Der Geschäftszweigleiter LED bei Osram Opto Semiconductors (Osram OS) sagt voraus, dass Leuchtdioden (LED) und leuchtende Kunststoffe (OLED) die Allgemeinbeleuchtung, wie wir sie kennen, noch einmal grundlegend verändern werden. "Es ist aber keine Revolution, die sich vollziehen wird, sondern eine Evolution, eine langsamere Entwicklung", sagt Lex.

Lange Zeit führten die stecknadelkopfkleinen LED ein unauffälliges Dasein: als Stand-by-Lämpchen oder versteckt in Mobiltelefonen. Der Weg von der roten Betriebsanzeige der 1970er-Jahre bis zur weißen LED dauerte rund 30 Jahre. Doch nun sind die Minileuchten drauf und dran, zu den Stars der Lichttechnik aufzusteigen. Ob im Vergleich zu Glühbirne, Leuchtstoffröhre, Halogen- oder Xenon-Licht – LED können bei allen Anforderungen mithalten. Sie sind extrem langlebig, effizient und benötigen wenig Platz, entwickeln wenig Wärme und können sehr flexibel eingebaut werden.

Die Effizienz liegt derzeit, etwa bei der neuen Ostar Lighting von Osram, bei 75 lm/W. Zum Vergleich: eine Glühlampe schafft nur 12 lm/W, Energiesparleuchten bringen es auf 50 bis 60 lm/W. Der Preis – einst ein Hauptargument gegen die LED – sinkt mit der Massenproduktion drastisch, und LED amortisieren sich schnell: Eine LED hat eine Lebensdauer von 50 000 Stunden – etwa 50-mal länger als eine Glühlampe. Will man mit LED dieselbe Lichtmenge wie mit einer 60-W-Glühlampe erzielen, so kostet dies zwar etwa 60 € in der Anschaffung (verglichen mit 40 € für die 50 Glühlampen). Zugleich sparen die LED wegen ihrer höheren Effizienz aber etwa 80 % der Stromkosten – in 50 000 Stunden summiert sich das auf rund 430 €.

Designer und Ingenieure entdecken ständig neue Einsatzmöglichkeiten. "Hier gibt es eindeutige Trends: Kostenreduktion und der nachhaltige Umgang mit Ressourcen. Zudem können LED auch die Sicherheitsbedürfnisse einer alternden Bevölkerung erfüllen, etwa an Bürgersteigen, U-Bahn-Stationen oder Notausgängen. Und schließlich können LED nicht nur leuchten, sondern als Displays gleichzeitig Informationen übermitteln, beispielsweise mit Hilfe interaktiver Wände", sagt Ulrich Kastner-Jung, Leiter des Strategischen Marketings bei Osram OS.

Im Straßenverkehr hat die Zukunft bereits begonnen: War es zunächst das dritte Bremslicht am Heckfenster, so nutzen nun immer mehr Autos die roten Spots auch als Bremsleuchten. Gegenüber Glühlampen sind LED 150 ms schneller. Das kann dem nachfolgenden Fahrer lebensrettende Reaktionszeit geben. Auch bei Frontscheinwerfern ist es nur eine Frage der Zeit, bis sie mit LED realisiert werden. So demonstrierte die Firma Hella bereits 2005 ein Abbiegelicht, bei dem sich in Kurven zusätzlich Leuchtdioden dazuschalten. In einem Pilotprojekt hat Osram LED als Tagfahrlicht in die Scheinwerfer des neuen Audi R8 integriert. Mit den sparsamen Winzlingen kann Tagfahrlicht praktisch ohne Anstieg des Treibstoffverbrauchs realisiert werden. Auch für die Europalokomotive BR 189 hat Siemens LED-Scheinwerfer entwickelt (siehe Experten-Interview in Pictures of the Future, Herbst 2003).

Auf den Straßen selbst werden uns ebenfalls LED begegnen: Stadtverwaltungen statten ihre Verkehrsampeln zunehmend mit den Halbleitern aus. Einer der Pioniere ist San José. Die drittgrößte Metropole Kaliforniens rüstete 900 Signalanlagen auf LED um und senkte damit ihre Kosten um fast 1,7 Mio. US-$ auf 160 000 US-$ jährlich. Die Stadt Budapest hat Siemens beauftragt, Glühlampen in allen 33 000 Ampelanlagen durch LED zu ersetzen. Die Finanzierung ist so ausgeklügelt, dass die Stadtkasse nicht belastet wird: Die monatlichen Raten für die neue Technik sind niedriger als die Einsparungen durch den geringeren Stromverbrauch und die wegfallenden Wartungskosten.

Helligkeit nach Bedarf. "Man könnte auch ein komplettes Verkehrsleitsystem mit LED realisieren: Anzeigetafeln, beleuchtete Verkehrsschilder und variable Fahrbahnmarkierungen. In den Niederlanden laufen erste Versuche, die weißen Linien auf der Straße durch LED-Bänder zu ersetzen", berichtet Lex. Auch Fußgänger werden von LED-Strahlern in Pflastersteinen oder Lichtbändern am Boden profitieren. Dies könnte langfristig Straßenlaternen ersetzen. Gehwege würden dann durch LED erhellt. "Und zwar nur dort, wo Menschen sind. Das Licht geht von Sensoren gesteuert erst an, wenn jemand vorbeikommt."

Schritt für Schritt erobern LED öffentliche Plätze in Architektur und Kunst. Chicago realisierte in seinem Millenniumpark einen Brunnen, der gleichzeitig als interaktive Leinwand fungiert. Das 15 m hohe kubische Glasobjekt zeigt an seinen Seiten abwechselnd farbige Flächen oder Fotos von Chicagoer Bürgern. Staunen ruft die Installation hervor, wenn Wasser aus dem Mund eines überlebensgroßen digitalen Gesichts sprudelt. Aufmerksamkeit erregen auch die "Seven Screens", die Osram vor der Zentrale in München aufgebaut hat. Dabei handelt es sich um sieben Stelen mit mehr als 750 000 Hochleistungs-LED. Sie werden über einen Lichtwellenleiter von einem Zentralrechner gesteuert. Dabei kann jeder Bildpunkt 16 Millionen Farben darstellen. Wer die erste Videoinstallation auf den Kunstobjekten betrachtet, meint, dass die Schatten der dargestellten Frauen und Männer von Stele zu Stele laufen.

Für schnell wachsende Metropolen sind LED erste Wahl; eine neue Architektur will in Szene gesetzt werden. Ein Blick nach Singapur, Shanghai oder Mumbai zeigt die Städte von morgen. Während man in Europa Varianten von weiß bevorzugt, schillern dort Wolkenkratzer in den buntesten Farben. "Asiatische Städte sind Vorreiter in der Licht-Architektur. Jedes Hochhaus hat seine individuelle Lichtdekoration, die zunehmend mit LED realisiert wird", berichtet Lex. Besonders gut umgesetzt ist dies am New World Center in Hongkong mit seinen farbigen Lichtspielen – realisiert mit LED-Bändern von Osram, die sich an 15 Stockwerken entlang ziehen. Der Turning Torso im schwedischen Malmö, das mit 190 m zweithöchste Wohnhaus Europas, zeigt, wie LED zudem auch das Innere von Gebäuden erobern. In diesem Turm, dessen Form an einen DNA-Strang erinnert, hat Osram die Geschossgänge mit über 14 000 weißen LED bestückt. Für die Leuchtdioden sprach neben ihrer Langlebigkeit vor allem das flexible Design der Module, das den runden Wänden folgt.

Als nächstes sind Supermärkte dran. 2006 hat Osram als Pilotprojekt eine Filiale von Migros im Schweizer Kanton St. Gallen komplett mit 16 000 Hochleistungs-LED bestückt. Mitarbeiter und Kunden berichten begeistert von einer "belebenden und motivierenden" Atmosphäre. Die klare Beleuchtung hilft auch bei der Warenpräsentation, wobei nicht nur vakuumverpackte Lebensmittel akzentuierter in Szene gesetzt werden. Die Leuchten strahlen zudem weder Infrarot- noch UV-Licht ab und schonen frische Produkte wie Obst oder Fleisch.

Auch Eigenheimbesitzer experimentieren mit LED-Modulen: in Küche, Bad oder Wohnzimmer. "In Büros kann man mit LED sogar die Produktivität fördern, indem man den Tageslichtverlauf simuliert und den Biorhythmus des Menschen unterstützt: also tagsüber eher blaues Licht nehmen und am Abend die Lichtfarbe ins Rötliche wechseln lässt", sagt Lex. Auch in Möbel oder Kleidungsstücke lassen sich die winzigen Punktstrahler einbauen. Oder in Böden: So haben Vorwerk Teppiche und Infineon bereits 2004 einen "denkenden Teppichboden" demonstriert – mit Sensoren für Alarm- oder Klimatechnik sowie LED, die beispielsweise in den Teppichen von Bürohäusern den kürzesten Weg zum Notausgang markieren könnten.

Den Siegeszug werden LED allerdings nicht allein antreten. Sie werden von OLED, leuchtenden organischen Halbleitermaterialien, begleitet (siehe Leuchtdioden in Pictures of the Future, Herbst 2003). Im Gegensatz zur LED ist die OLED eine Flächenlichtquelle. Sie besteht aus einer aktiv leuchtenden Kunststoffschicht, die weniger als 500 nm dünn ist – etwa ein Hundertstel des Durchmessers eines Haars. In dieser dünnen Schicht werden organische Moleküle durch Stromfluss zum Leuchten gebracht. Mit geeigneten Molekülen oder Polymeren lassen sich heute alle Farben erreichen. Weißes Licht erzeugen die Entwickler, indem sie Rot-, Grün- und Blau-Schichten übereinander stapeln. OLED haben eine gute Farbwiedergabe, hohe Farbtreue und sind wie LED sehr effizient.

Ihr Hauptvorteil ist aber, dass sie dünn, flach, transparent und flexibel sind. Man kann OLED in Form und Größe frei wählen und auf Glasscheiben oder biegsame Folien aufbringen, was völlig neue Anwendungsmöglichkeiten bietet. Zum Beispiel für leuchtende Plakatwände, als Not- und Hinweisschilder oder Führungslichter an Treppen. Für Innenräume sagen Osram-Experten neue, dekorative Lichtelemente an Wänden und Fenstern voraus. Vorstellbar sind transparente, farbige Raumteiler, Lichttapeten an den Wänden und diffus leuchtende, flache Deckenstrahler – "Lichthimmel" – mit dem Spektrum des Sonnenlichts.

Technisch stehen OLED heute etwa dort, wo die LED Anfang der 1990er-Jahre standen. Dank mehrerer Verbundprojekte kommt die Entwicklung schnell voran. Dazu gehören das OLLA-Projekt der Europäischen Union und das vom deutschen Forschungsministerium geförderte OPAL 2008. Die Partner Osram OS, BASF, Aixtron, Applied Materials und Philips sowie weitere Firmen, Universitäten und Forschungsinstitute wollen die gesamte Wertschöpfungskette von den Materialien bis zur kompletten OLED-Leuchte abdecken. Ziel ist es, schnell die Grundlagen für eine kostengünstige Fertigung und marktfähige Produkte zu erarbeiten. Deutschland und Europa streben bei der OLED-Beleuchtung eine weltweit führende Rolle an.

An der Entwicklung und Optimierung von OLED-Lichtquellen und Fertigungsprozessen arbeiten derzeit bei Osram und Siemens etwa 40 Fachleute, insbesondere bei Osram OS in Regensburg. Bei der Lebensdauer haben sie bereits 6 000 Stunden erreicht, 10 000 sollen es mindestens werden. Die Lichtausbeute liegt im Labor schon bei über 25 lm/W. Auch hier streben die Forscher noch das Doppelte an, und bei der Leuchtdichte sind sie ebenfalls deutlich vorangekommen: Sie liegt derzeit bei 1 000 bis 1 500 cd/m². Das ist bereits zehnmal höher als die Leuchtdichte eines weißen Papiers bei einer typischen Bürobeleuchtung. Für Signalschilder, etwa von Notausgängen, braucht man einige hundert, für die Allgemeinbeleuchtung 1 000 bis 2 000 cd/m². Die größte Herausforderung ist zur Zeit noch die Ausarbeitung von Fertigungsverfahren für großflächige OLED-Lichtquellen in zuverlässiger Qualität und Homogenität. Wenn diese kostengünstige Massenproduktion in einigen Jahren gelingt, können sich Großstädter rund um den Globus einem weiteren "Taumel des Lichts" hingeben.
                                                                                                         Evdoxia Tsakiridou