Forscher entwickeln effizientere QLED-Technologie für Bildschirme

Forschende der ETH Zürich haben die QLED-Technologie für Bildschirme weiterentwickelt, um deren Energieeffizienz zu erhöhen. Durch einen ausgeklügelten Aufbau verminderten sie Streuverluste. Allerdings klappt das noch nicht für alle Farben.

QLED-Bildschirme fallen durch helle, intensive Farben auf. Allerdings sind die «Quantenpunkt Leuchtdioden» (QLED) derzeit so gestaltet, dass nur ein Bruchteil des Lichts den Betrachter erreicht. Einem Forschungsteam um Chih-Jen Shih von der ETH Zürich ist es gelungen, diese Verluste zu reduzieren. Dies teilte die Hochschule am Montag mit.

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

Zwar versuchen Wissenschaftler, diese Streuverluste durch Plättchen-förmige statt kugelige Nanokristalle zu reduzieren. Nebeneinander in einer Schicht angeordnet erzeugen sie allerdings relativ schwaches Licht. Für Bildschirme reicht es nicht, wie die ETH schrieb. Stapelt man die Halbleiterplättchen, gibt es zwischen ihnen Wechselwirkungen, das Licht wird gestreut.

Im Fachblatt «Nature Communications» berichtet das Team um Shih von ihren Fortschritten: Sie haben erstmals ein Material erzeugt, das Licht mit hoher Intensität vorwiegend in nur eine Richtung aussendet: Sie stapelten extrem dünne Halbleiterplättchen von, aber trennten sie durch eine noch dünnere Isolierschicht, 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.»

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. Dies wäre ebenfalls für eine neue Generation von sparsameren QLED-Bildschirmen nötig.

Die Effizienzsteigerung betrifft vor allem blaues Licht. Hierbei erreicht dank des ausgeklügelten Aufbaus nun zwei Fünftel statt nur einem Fünftel des erzeugten Lichts das Auge des Betrachters. Shih teilte mit: «Um Licht mit einer bestimmten Intensität zu erzeugen, benötigen wir im Vergleich zur herkömmlichen QLED-​Technologie nur halb so viel Energie.» Als Nächstes wollen die Forschenden auch den bislang kleinen Effizienzgewinn für die anderen Farben auszubauen.