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Technik|Digitales

Farbrein und leuchtstark: Leuchtdioden aus sich selbst organisierenden Nanokristallen

Mobiltelefone benötigen zur Übertragung von Fotos oder bewegten Bildern immer leistungsfähigere Displays ? aus Leuchtdioden zusammengesetzte Mini-Bildschirme. Wissenschaftler vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge haben jetzt aus Polymermaterial und Nanokristallen eine Leuchtdiode entwickelt, die effizient leuchtet, Farben rein abbildet und darüber hinaus leicht herzustellen ist. Moungi Bawendi und seine Kollegen stellen ihre Arbeit im Fachmagazin Nature (Bd. 420, S. 800) vor.

Leuchtdioden aus organischem Polymermaterial werden bereits heute in Farbdisplays von Mobiltelefonen genutzt. In ihren Molekülen aus Kohlenstoffverbindungen wird Licht erzeugt, wenn Elektronen von einer Bahn auf eine andere wechseln. Die Energiedifferenz zwischen den beiden Bahnen entspricht einer bestimmten Lichtfrequenz, also einer bestimmten Farbe. Das Polymermaterial ist so variierbar, dass Leuchtdioden in den Farben rot, grün und blau entstehen, womit ein vollwertiges Farbdisplay aufgebaut werden kann.

Doch der Nachteil dieses Materials ist, dass die Bandbreite der abgestrahlten Farbfrequenz relativ groß ist. Die Farben sind nicht scharf auf eine Frequenz ? einen Farbton ? einstellbar. Mit einigen spezifischen Materialien hat man Fortschritte bei der Farbschärfe erzielt, sich jedoch einen anderen Nachteil eingehandelt: Die Leuchtdioden erreichen nicht die für praktische Anwendungen notwendige Leuchtkraft und Lebensdauer.

Die MIT-Wissenschaftler haben nun zwei Polymerschichten mit einer dünnen Schicht aus Nanokristallen gefüllt. Diese Nanokristalle bilden ein regelmäßiges Gitter aus „Quantenpunkten“. In diesen Punkten treffen Elektronen auf „Löcher“ ? das sind Stellen, an denen Elektronen fehlen. Bei der Rekombination der Elektronen mit den Löchern werden Photonen einer bestimmten Frequenz abgestrahlt.

Die Scharfeinstellung dieser Frequenz wird durch die Gleichförmigkeit der Größe der Quantenpunkte bestimmt. Diese kann relativ leicht bei der Herstellung kontrolliert werden. Man erzeugt das „Sandwich-Material“ aus Polymer- und Nanokristallschicht, indem man eine Lösung aus diesen beiden Materialien auf ein Trägermaterial schüttet und solange dreht, bis die Lösung gleichförmig verteilt ist. Die beiden Materialien trennen sich spontan, wobei sich das Gitter aus Quantenpunkten selbständig anordnet.

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Im Vergleich zu reinen Nanokristall-Leuchtdioden konnten die MIT-Forscher mit ihrem Sandwich-Material die Effizienz, mit der Licht erzeugt wird, um das 25-fache steigern.

Axel Tillemans
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