Gestapelt und voneinander isoliert

Die Forschenden unter der Leitung von Chih-​Jen Shih, Professor für technische Chemie an der ETH Zürich, haben nun extrem (2,4 Nanometer) dünne Halbleiterplättchen so gestapelt, dass sie durch eine noch dünnere (0,65 Nanometer) Isolierschicht aus organischen Molekülen voneinander getrennt sind. Diese Schicht unterbindet quantenphysikalische Wechselwirkungen, wodurch die Plättchen auch in gestapelter Anordnung Licht überwiegend in nur eine Richtung emittieren.

«Je mehr Plättchen wir übereinanderstapeln, desto intensiver wird dabei das Licht. Wir können so die Lichtintensität beeinflussen, ohne dabei die bevorzugte Emissionsrichtung zu verlieren», sagt Jakub Jagielski, Doktorand in Shihs Gruppe und Erstautor der in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichen Fachpublikation. Die Wissenschaftler haben damit zum ersten Mal ein Material hergestellt, das Licht in hoher Intensität in nur eine Richtung emittiert.

Die Forschenden konnten damit Lichtquellen für blaues, grünes, gelbes und oranges Licht herstellen. Die für Bildschirme ebenfalls nötige rote Farbkomponente lässt sich laut den Wissenschaftlern derzeit noch nicht mit der neuen Technologie realisieren.

Für das neu geschaffene blaue Licht gilt: Statt einem Fünftel des erzeugten Lichts wie bei der herkömmlichen QLED-​Technologie erreichen nun rund zwei Fünftel davon das Auge des Betrachters. «Das heisst, um Licht mit einer bestimmten Intensität zu erzeugen, benötigen wir mit unserer Technologie im Vergleich zur herkömmlichen QLED-​Technologie nur halb so viel Energie», sagt ETH-​Professor Shih. Bei anderen Farben ist der Effizienzgewinn derzeit allerdings noch kleiner. Die Wissenschaftler versuchen daher in weiterer Forschungsarbeit, diesen auch dort zu erhöhen.

Im Vergleich zu herkömmlichen LEDs hat die neue Technologie einen weiteren Vorteil, wie die Wissenschaftler betonen: Die neuartigen gestapelten QLEDs sind sehr einfach in einem einzigen Schritt herzustellen. Bei herkömmlichen LEDs ist es ebenfalls möglich, die Intensität zu erhöhen, indem mehrere lichtemittierende Schichten übereinander angeordnet werden. Deren Herstellung erfolgt allerdings Schicht für Sicht und ist entsprechend aufwendiger.