Grünes Licht für ultrafeine Displayfarben
Zuletzt aktualisiert am 7. Februar 2023 von Lars Weidmann
Die neue Leuchtdiode ebnet den Weg für eine sichtbar verbesserte Farbqualität in einer neuen Generation von ultrahochauflösenden Displays für Fernsehgeräte und Smartphones.
Elektronische Geräte müssen zunächst in der Lage sein, hochreines rotes, blaues und grünes Licht zu erzeugen, damit die nächste Generation von Bildschirmen Bilder klarer, schärfer, detailreicher und mit einer verfeinerten Farbpalette darstellen kann. Bei rotem und blauem Licht ist dies größtenteils bereits möglich, bei grünem Licht stößt die Technik jedoch noch an ihre Grenzen.
Das liegt vor allem an der menschlichen Wahrnehmung, denn das Auge kann mehr grüne Zwischentöne unterscheiden als rote oder blaue. “Das macht die technische Herstellung von hochreinem Grün sehr komplex, was uns bei der Entwicklung von Technologien und Materialien vor Herausforderungen stellt”, sagt Sudhir Kumar von der ETH Zürich, Co-Autor der Studie.
Wie wurde das geschafft?
Chih-Jen Shih, Professor für Chemieingenieurwesen, und seine Kollegen haben eine ultradünne, biegsame Leuchtdiode entwickelt, die mit einfachen Verfahren bei Raumtemperatur reines grünes Licht aussenden kann. Dies ist laut Shih der zweite Aspekt seines Durchbruchs und mindestens ebenso wichtig, da bisher Hochtemperaturprozesse erforderlich waren, um reines Licht mit LED-Technologie zu erzeugen.
“Da wir den gesamten Prozess bei Raumtemperatur realisieren konnten, haben wir Möglichkeiten für eine einfache, kostengünstige industrielle Produktion von ultragrünen Leuchtdioden in der Zukunft eröffnet”, sagt Jakub Jagielski, Co-Autor des Berichts.
Konkret nutzten Shih und sein Team Nanomaterialien, um die LED-Technologie weiterzuentwickeln. Eine Leuchtdiode enthält in der Regel einen Halbleiterkristall, der den durch ihn fließenden elektrischen Strom in Lichtstrahlung umwandelt. Das Ausgangsmaterial ist in der Regel Indiumgalliumnitrid (InGaN), das jedoch nicht die idealen Eigenschaften für die Erzeugung von hochreinem grünem Licht aufweist. Daher verwendete Shihs Team stattdessen Perowskit, ein Material, das auch bei der Herstellung von Solarzellen verwendet wird und das Strom relativ effizient in Licht umwandeln kann. Es ist außerdem kostengünstig und trägt dazu bei, dass der Herstellungsprozess einfach und schnell ist – es dauert nur eine halbe Stunde, um Perowskit chemisch zu reinigen und einsatzbereit zu machen, sagt Shih.
Das Perowskit-Material in Shihs Leuchtdiode ist nur winzige 4,8 Nanometer dick. Dies ist ein wichtiger Faktor, denn die Farbqualität hängt von der Dicke und Form des verwendeten Nanokristalls ab.
Um das gewünschte reine Grün zu erreichen, dürfen die Kristalle weder dicker noch dünner sein. Diese flexiblen, ultradünnen Leuchtdioden sind so biegsam wie ein Blatt Papier. Daher können sie kostengünstig und schnell hergestellt werden, zum Beispiel mit dem bestehenden Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Shih zufolge wird dies in Zukunft auch der industriellen Produktion zugute kommen.
Nächste Schritte
Bis zur ersten industriellen Anwendung der ultragrünen Leuchtdioden wird es jedoch noch einige Zeit dauern. Der nächste Schritt für Shih besteht darin, zunächst die Effizienz zu verbessern. Heute arbeitet seine LED bei der Umwandlung von Strom in Licht mit einem Wirkungsgrad von 3 Prozent; im Vergleich dazu haben die derzeit auf dem Markt befindlichen Fernsehbildschirme Wirkungsgrade von 5 bis 10 Prozent. Shih hofft, dass die nächste Version 6 bis 7 Prozent effizienter sein wird.
Verbesserungspotenzial sieht er auch bei der Lebensdauer seiner Leuchtdiode. Derzeit leuchtet sie etwa zwei Stunden lang, während die auf dem Markt erhältlichen Bildschirme viele Jahre lang funktionieren sollten.
