Vielfarbig weiß

  • 21. February 2006


Vielfarbig weiß

Physik Journal - Leuchtdioden könnten in Zukunft mehrfarbiges Licht aus einer einzigen Halbleiter- oder Polymerstruktur gewinnen.

Zwei Wege führen heute zu einer Leuchtdiode (LED), die weißes Licht aussendet: Entweder werden rot, grün und blau strahlende LED-Strukturen in einem Modul kombiniert, sodass sie zusammengeschaltet weiß strahlen. Oder zusätzliche Fluoreszenzfarbstoffe wandeln einen Teil des Lichtes einer blauen LED in gelb, sodass sich additiv weiß ergibt. Japanische Forscher von der Universität Kyoto und dem LED-Unternehmen Nichia haben nun die leuchtenden Nanostrukturen aus Galliumindiumnitrid (GaInN) so geschickt aufgebaut, dass sie nicht mehr monochromatisch, sondern über den gesamten Bereich des sichtbaren Spektrums strahlen. In einem einzigen Modul erzielten sie ein Weißlicht mit einem schwachen Grünstich.

Für ihr Labormuster deponierten die Wissenschaftler eine Nanostruktur aus GaInN auf einer Saphir-Oberfläche. Die Bandlücke dieser Struktur bestimmt die Farbe des ausgesendeten Lichts nach einer elektrischen Anregung. Je nach dem Verhältnis der Gallium- und Indium-Anteile lässt sich die Bandlücke von 0,7 Elektronenvolt (eV) für InN bis zu 3,5 eV für GaN ändern. Das entspricht einer Lichtaussendung zwischen dem nahen Ultraviolettem über das sichtbare Spektrum bis ins Infrarote. Durch die Variation der Indium-Anteile und der kontrollierten Strukturierung des Halbleiters auf etwa zwei Zehntel Nanometer genau gelang es den Forscher nun, eine LED zu bauen, die einen Wellenlängenbereich von 450 bis 650 Nanometer mit einem Maximum bei 535 nm abdeckt. Die Lichtausbeute bewegt sich dabei in vergleichbaren Größen wie bei erprobten, blauen LEDs.

Das gleiche Ziel wie die japanischen LED-Forscher verfolgen chinesische Kollegen vom Institut für angewandte Chemie in Changchun. Doch nutzen sie ein halbleitendes Polymer, um es zur Elektrolumineszenz in mehreren Farben anzuregen. An einen bereits bekannten Blau-Emitter auf Polyfluoren-Basis setzten sie dazu zwei weitere lichtaktive Molekülgruppen an. Eine spezielle Benzothiadiazol-Gruppe (TPATBT) lieferte dabei Photonen im roten Teil des sichtbaren Spektrums, eine Naphthalimid-Gruppe (DPAN) dagegen grünes Licht. Mit Emissionsmaxima bei 445, 515 und 624 nm ergab sich additiv weißes Licht aus nur einem einzigen Polymer. Eine Versorgungsspannung von 5,8 Volt reichte für ein schwaches Weißlicht aus (1 Cd/m 2). Die maximale Helligkeit von 3786 Cd/m 2 beobachteten die Forscher bei 19,4 Volt.

Von marktfähigen Produkten wollen die beide Gruppen allerdings noch nicht sprechen. Doch ihre Ansätze zeigen, dass Leuchtdioden in Zukunft mehrfarbiges Licht aus einer einzigen, speziell entworfenen Halbleiter- oder Polymerstruktur gewinnen können. Weitere Forschungen könnten den Weg zu einer Weißlicht-LED ebnen, die nicht mehr wie bisher vom Nutzer als „kalt“ strahlend empfunden wird. In der LED-Branche gilt die Produktion von warmstrahlenden Weißlicht-LED als ein zentraler Fortschritt, der die Verdrängung der Glühwendel-Technologie beschleunigen könnte.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, Februar 2006, S. 15

Weitere Infos:

  • Originalveröffentlichungen:
    K. Nishizuka et al., Applied Physics Letters 87, 231901 (2005).
    Jun Liu et al., Advanced Materials 17, 2974 (2005).
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