Die exakte Farbe einer LED lässt sich unter anderem über die Größe ihrer Halbleiter-Kristalle einstellen. Wie das auf den Nanometer genau preisgünstig und industrietauglich möglich ist, zeigt ein Forscherteam aus München und Linz.
Halbleiter entscheidet über die Wellenlänge
Anders als die gute alte Glühbirne strahlen Leuchtdioden (LEDs) in definierten Farben von Infrarot bis Ultraviolett. Die genaue Wellenlänge hängt von der Art des Halbleitermaterials ab - dem Kernstück der LEDs. Bei einigen Materialien lässt sich die Farbe zusätzlich über die Größe der Halbleiter-Kristalle einstellen. Liegt diese im Bereich weniger Nanometer, kommen Quanteneffekte zum Tragen.
Farbtreue Leuchten aus Perowskit
Wissenschaftler der LMU haben jetzt mit Kollegen von der Universität Linz eine Methode entwickelt, mit der sie aus dem preiswerten Mineraloxid Perowskit halbleitende Nanokristalle einer definierten Größe herstellen können. Die Kristalle sind dabei sehr stabil, sodass die LEDs eine hohe Farbtreue besitzen – ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Zudem lässt sich der Halbleiter in Druckverfahren einsetzen wie beispielsweise bei der Herstellung von LEDs für Displays.
Magie der Nanostruktur
Entscheidend für die Methode der Wissenschaftler ist eine wenige Nanometer dünne Schicht mit waffelartiger Struktur. Die Mulden erinnern an winzige „Reaktionstöpfe“ und ihre Form und ihr Volumen bestimmen die endgültige Größe der wachsenden Nanokristalle.
Bestimmen konnten wir die Kristallgröße am besten mit feiner hochenergetischer Röntgenstrahlung am Deutschen Elektronen-Synchrotron in Hamburg“, berichtet der LMU-Forscher Dr. Bert Nickel vom Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM).
Einsatz in flexiblen Displays denkbar
Die Dünnschichten werden über ein preiswertes elektrochemisches Verfahren hergestellt und sind direkter Bestandteil der späteren LEDs.
„Unsere nanostrukturierten Oxidschichten haben dabei den zusätzlichen Effekt, die Halbleiterkristalle vor Umwelteinflüssen wie Sauerstoff und Wasser zu schützen und erhöhen so die Lebensdauer” erklärt Dr. Martin Kaltenbrunner von der Universität Linz. „Als nächsten Schritt werden wir versuchen, die Effizienz der Dioden weiter zu steigern sowie neue Anwendungsbereiche wie zum Beispiel in flexiblen Displays zu erschließen.“
