QL-Tex: Quantenpunkt-basierte elektroLumineszente Textilien

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Ekaterina Nannen
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Leichtbau, Textiltechnik ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518862058

Elektrolumineszente (EL) Bauelemente sind als Anzeigen bekannt und werden zunehmend im Bereich der ambienten Beleuchtung eingesetzt da sie robust und dünn sind. Seit einigen Jahren gibt es Bestrebungen diese Bauelemente auf textilen Trägern umzusetzen, um die Haptik und Flexibilität der Textilien nutzen zu können. Eine Vision stellen textile EL-Displays basierend auf Filamenten dar. Noch sind diese Leuchtelemente auf wenige Farben und geringe Lichtintensität begrenzt. Für die Steigerung der Leistungsfähigkeit wird verstärkt an neuen Komposit-Materialien geforscht. Unsere Idee ist die Erforschung des Einsatzes kolloidaler Quantenpunkten (engl. quantum dots, QDs) in Lichtemittern, speziell in AC-getriebenen leuchtenden Textilien. Das QDs eine kontrollierte Erweiterung der Leucht-Farbpalette und Steigerung der Leistungsfähigkeit bieten können, ist aus der Forschung an LEDs, OLEDs, QLEDs und LECs bekannt. Zudem wurde eine erfolgreiche AC-Anregung der QDs in EL-Bauteilen demonstriert. Großflächige EL-Leuchtelemente auf flexiblen und/oder faser-basierten (textilen) Substraten mit dem Einsatz der QDs wurde bisher noch nicht demonstriert. Im Rahmen des Projekts soll erforscht werden, ob der Einsatz kolloidaler QDs als aktives Leuchtmedium in EL-Bauelementen zur Steigerung der Leistungsfähigkeit und zur Erweiterung der Farbpalette führen kann, sodass weiß-leuchtende Textilien hergestellt werden können. Dafür sollen u.a. rot-leuchtende QDs implementiert werden, um durch den zusätzlichen roten Farbanteil neben der bereits vorhandenen blauen und/oder grünen Emission ein Weißlicht-Bauelement zu erhalten. Die kontrollierte Variation der Mischungsverhältnisse der Pigmente und QDs soll eine balancierte weiße Emission mit hohen Farbwiedergabewerten (CRI > 80) und einer steuerbaren Farbtemperatur ergeben. Die QDs sollen dazu entweder in das Dielektrikum eingebracht oder direkt aufgetragen werden. Neben den technologischen Herausforderungen soll der Anregungsmechanismus der Quantenpunkte in den Bauelementen untersucht werden. Eine Hypothese dabei ist, dass es durch den Einsatz der QDs in Kombination mit high-k-Dielektrika eine wesentliche Reduktion der Betriebsspannungen von EL-Textilien gelingen kann. Die technologischen Herausforderungen des Projekts können nur mit Hilfe des Großgeräts bewältigt werden. Alle Schritte zur Herstellung der Materialien und Verarbeitung zu innovativen Bauelementen finden in dem Inertgas-Gloveboxsystem statt. Zunächst wird das optimale Bauelementdesign erforscht und dabei die Anpassung der Prozessparameter beim Sputtern der Dielektrika sowie Nass- und Schleuderbeschichten der QDs auf textilen Substraten und Filamenten vorgenommen. Die Verkapselung der Bauelemente erfolgt mittels Parylene, welches auch als Dielektrikum dienen kann. Anschließend sollen die elektrooptischen Eigenschaften der textilen Leuchtelemente erforscht, evaluiert und Anpassungen bezüglich der Bauelementarchitektur und Aufbauverfahren vorgenommen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Anne Schwarz-Pfeiffer