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Perowskit-Display Billig und nicht ganz so heiß: Die LED der Zukunft

06. Juni 2019, 16:59 Uhr

Gerade erst haben wir uns an eine von LEDs dominierte Welt gewöhnt, da stecken schon die nächsten Kandidaten in der Pipeline: Ein Mineral soll Displays günstiger und deren Herstellung einfacher machen. Bisher kennen wir es nur von Solaranlagen, wo aus Licht Energie entsteht.

Vor Leuchtdioden kann man schon mal den Hut ziehen: Ein beachtliches Produkt, so, wie es unser letztes Jahrzehnt dominiert und sich in seiner Einsatzfähigkeit gemausert hat. Den giftigen Energiesparlampen haben LEDs kurzerhand die Show gestohlen und können inzwischen sogar in wohnzimmertauglichen Warmtönen erstrahlen. Als Hintergrundbeleuchtung konventioneller LCD-Bildschirme sind sie nicht wegzudenken und bei modernen, organischen OLED-Displays haben sie einen noch prominenteren Auftritt. OLEDs bestechen durch satte Farben und echtes Schwarz, sind aber bisher vor allem in Premiumhandys oder teuren Fernsehern zu finden.

Von der Solarzelle zum Leuchtmittel

Und während den OLEDs als faltbare Anzeigen oder dynamische Kleidung eine rosige Zukunft vorausgesagt wird, bekommen sie durch ein gewöhnliches Mineral Konkurrenz: Perowskit, oxidiertes Calcium und Titan. Bestimmte Perowskite lassen sich bei der Herstellung von Solarzellen einsetzen. Seit einiger Zeit experimentieren Wissenschaftler aber auch mit ihrer Leuchtkraft. Jetzt ist es einem Forscherteam gelungen, mittels 3D-Druck Perowskit-LEDs in Form zu bringen, so wie es für Displays notwendig ist.

LED, LCD, QLED, OLED?

LEDs heißen auf Deutsch Leuchtdiode, wobei LED die Abkürzung für light-emitting diode ist, also eine Diode die Licht ausstrahlt. (Dioden sind im Übrigen Elektrobauteile, die Strom nur in eine Richtung durchlassen.) Wer mit einem Elektrobaukasten als Kind gespielt hat, kennt die kleinen Birnchen mit den langen Drahtbeinen. LEDs sind über die Jahre heller geworden, sodass sie seit zwanzig Jahren auch als Leuchtmittel eingesetzt werden können. Videoleinwände basieren auf LEDs. Für kleinere Bildschirme eignen sich Flüssigkristallanzeigen, also LCDs – die einfachste Form steckt im Taschenrechner. Bei Computerbildschirmen, Fernsehern und Handysdisplays sorgen LEDs für die notwendige Hintergrundbeleuchtung, sie stellen aber nicht das Bild dar. Auch QLED-Bildschirme, die bei manchen Fernsehern eingesetzt werden, sind LCD-Bildschirme. Sie können durch durch das Zwischenschalten sogenannter Quantum Dots nahezu jede erdenkliche Farbe darstellen. OLEDs, organische Leuchtdioden, können von selbst in verschiedenen Farben leuchten, die Farbe kann elektrisch gesteuert werden. Sie sind flach und biegsam und damit besonders flexibel im Einsatz. OLED-Displays zeigen ein echtes Schwarz (also "Licht aus") und verbrauchen weniger Strom.

Je nachdem, wie der Filter ausgerichtet ist, leuchten andere Farben. Bildrechte: Science Adcances

Der große Vorteil ist: Leuchtdioden aus Perowskiten können unter deutlich günstigeren Bedingungen hergestellt werden als normale (O)LEDs. Die brauchen eine Vakuum-Kammer und hohe Temperaturen.

Perowskite sind da entspannter: Bei ihnen genügt Raumtemperatur und eine kurze Erhitzung zum Kristallisieren. Außerdem ist es für das Gesamtprodukt nicht so schlimm, wenn die Kristalle mal doch nicht so perfekt werden.

Ziemlich guter Fortschritt

Bei der Perowskit-LED geben Elektronen einen Teil ihrer Energie als Lichtphoton ab. Teil der Entwicklung ist es, diese neue Technik so effizient zu machen, dass möglichst viel Energie in Licht umgewandelt wird. Hier wurden in den letzten fünf Jahren Fortschritte erzielt, die Richard Friend von der Universität Cambrige gegenüber den Science-Magazin als "ziemlich außergewöhnlich" bezeichnet. Ein Problem sei aber derzeit noch die Haltbarkeit: Statt 10 000 Stunden Lebensdauer schaffen es die neuen Lämpchen derzeit nur auf fünfzig, bevor die Kristalle auseinanderfallen. Ein Problem, das es aber anfänglich auch bei OLEDs gab – und die haben es inzwischen schließlich in unsere Hosentasche geschafft.

Es bleibt bei Rot, Grün und Blau

Je nach chemischer Zusammensetzung leuchtet die Perowskit-LED in verschiedenen Farben. Von anfänglich roter Farbe ist mittlerweile ein vollständiges Farbspektrum ermittelt. Die Bildschirme können aber ähnlich den heutigen Displays funktionieren: Jeder Pixel könnte rot, grün und blau leuchten – die Farben, die auch heute für Farbdisplay-Bilder sorgen. Mit einem Filter können dann Farben gemischt oder isoliert werden.

Bis Texte wie dieser an Bildschirmen mit Perowskit-LEDs geschrieben werden, dürfte noch einiges an Zeit ins Land streichen, wie der Chemiker Edward Sargent der Uni Toronto in Science sagt: "Diese Arbeit greift zehn Jahre Zukunft vor, aber zeigt, was wir für coole Sachen machen können." Wann auch immer diese "coolen Sachen" marktreif sein werden, sie kommen mit hoher Wahrscheinlichkeit. Denn in den letzten Jahren haben wir ja gelernt, dass LEDs ziemlich erfolgsorientiert sind.