21.01.2020 10:12 |

Plätt- statt Kügelchen

Forscher entwickeln effizientere QLED-Technologie

QLED-Bildschirme zeichnen sich durch helle, intensive Farben aus. Allerdings sind die sogenannten Quantenpunkt Leuchtdioden derzeit so gestaltet, dass nur ein Bruchteil des Lichts den Betrachter erreicht. Einem Forschungsteam um Chih-Jen Shih von der ETH Zürich ist es nun gelungen, die enormen Streuverluste zu reduzieren.

Die Quantenpunkte bestehen normalerweise aus einer Vielzahl kugelförmiger Halbleiter-Nanokristalle, die in einem Bildschirm von hinten mit UV-Licht bestrahlt werden. Die Kristalle wandeln das UV-Licht in sichtbares Licht um; je nach Zusammensetzung des Nanokristalls zu unterschiedlichen Farben. Allerdings wird das Licht dabei im Inneren der Kristalle in alle Richtungen gestreut. Nur rund ein Fünftel des erzeugten Lichts erreicht den Betrachter, wie die Schweizer Hochschule mitteilte.

Wissenschaftler versuchen seit einigen Jahren, diese Streuverluste durch Plättchen-förmige Nanokristalle zu reduzieren, da diese das Licht nur in eine Richtung emittieren. Nebeneinander in einer Schicht angeordnet erzeugen sie allerdings relativ schwaches Licht, das für Bildschirme nicht ausreicht. Stapelt man die Halbleiterplättchen, gibt es zwischen ihnen Wechselwirkungen, sodass sie das Licht wieder in alle Richtungen statt nur nach vorne aussenden.

Material sendet Licht in nur eine Richtung
Shih und seinen Kollegen gelang es nun, ein Material zu erzeugen, das Licht mit hoher Intensität vorwiegend in nur eine Richtung aussendet: Sie stapelten extrem dünne Halbleiterplättchen von 2,5 Nanometern, aber trennten sie durch eine noch dünnere Isolierschicht von einem Nanometer, die aus organischen Molekülen besteht.

Die Isolierschicht verhindert quantenphysikalische Wechselwirkungen, wodurch die Plättchen weiterhin Licht vor allem in eine Richtung emittieren. „Je mehr Plättchen wir übereinanderstapeln, desto intensiver wird dabei das Licht“, sagte Studienerstautor Jakub Jagielski. „Wir können so die Lichtintensität beeinflussen, ohne dabei die bevorzugte Emissionsrichtung zu verlieren.“

Noch kein rotes Licht
Lichtquellen für blaues, grünes, gelbes und oranges Licht konnten die Wissenschaftler auf diese Weise bereits herstellen. Noch nicht realisieren lässt sich laut den Forschenden rotes Licht, das ebenfalls für eine neue Generation von sparsameren QLED-Bildschirme nötig wäre.

Die Effizienzsteigerung betrifft vor allem blaues Licht. Hierbei erreichen dank des ausgeklügelten Aufbaus nun zwei Fünftel statt nur einem Fünftel des erzeugten Lichts das Auge des Betrachters. „Das heißt, um Licht mit einer bestimmten Intensität zu erzeugen, benötigen wir mit unserer Technologie im Vergleich zur herkömmlichen QLED-Technologie nur halb so viel Energie“, so Shih. Als nächstes wollen die Forschenden auch den bisher kleinen Effizienzgewinn für die anderen Farben ausbauen.

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