Dow Eletronic/University of Illinois

LED, Sensor und Solarzelle in einem Display-Pixel

21. Februar 2017, 11:04 Uhr | Markus Haller

Die Pixel dieses Display-Prototypen können Licht erzeugen und absorbieren. Die Schaltzeiten zwischen beiden Modi liegt bei unter 10 Mikrosekunden.

Forscher der University of Illinois haben ein monochromatisches Display entwickelt, dessen Pixel Licht emittieren und absorbieren können. Über Wechselspannung wird zwischen beiden Modi geschaltet. Das eröffnet neue Möglichkeiten für Annäherungs- und Gestenerkennung, Energy-Harvesting und VLC.

Dass die Display-Industrie von der Nanotechnik profitieren würde, war spätestens mit der Einführung der ersten Fernseher mit Quantum-Dot-Technik klar. Sie nutzt die lichtkonvertierenden Eigenschaften von nanometergroßen, kugelförmigen Halbleitern aus, um mit der LED-Hinterleuchtung eines Flüssigkristall-Displays größere Farbräume aufzuspannen. Es kann aber auch in eine ganz andere Richtung gehen. Das zeigt das Forschungsprojekt der University of Illinois und dem Unternehmen Dow Electronic Materials, dessen Ergebnisse unlängst im Fachjournal Science veröffentlicht wurden. Die Forscher fertigten Nanodrähte, die aus drei verschiedenen Halbleiterkomponenten bestehen. Sie werden als Double-Heterojunction Nanorods (DHNR) bezeichnet. Eine der Halbleiterkomponenten wirkt, je nach anliegender Spannung, als Ladungstrennungszone oder Rekombinationszone. Licht wird hier entweder durch strahlende Rekombination erzeugt oder absorbiert und in einen Fotostrom gewandelt. Die beiden anderen verwendeten Komponenten sind zur Steuerung der Spannung nötig und fungieren als Schalter zwischen dem lichtemittierenden und dem lichtabsorbierenden Modus. Die Schaltzeit eines Pixels, das aus einem dünnen Film von DHNRs besteht, liegt einige Größenordnungen unterhalb der eines heutigen LCD-Pixels. Auch wenn periodisch zwischen beiden Modi gewechselt wird, entsteht ein für das menschliche Auge stabiles Bild.

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LED und Solarzelle in einem Pixel

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Photometrische Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten

Abgesehen von den guten photometrischen Eigenschaften (8 Prozent Quantenausbeute bei 2,5 V und 1000 cd/m²) ergeben sich mit der Technik Möglichkeiten, um Displays mit neuen Eigenschaften auszustatten. Es ist zum Beispiel möglich, die Helligkeit eines Displays pixelgenau an die jeweilige Beleuchtungssituation anzupassen. Fällt beispielsweise beim Lesen auf dem Tablet ein Schatten auf Teile des Displays, wird nicht mehr das gesamte Display in seiner Helligkeit geregelt, sondern nur noch der abgeschattete Bereich. Im lichtabsorbierenden Modus arbeiten die Pixel wie Solarzellen, erklärt Prof. Moonsub Shim, Leiter des Forschungsprojekts. »Es ist möglich, auf diese Weise ein Display für das Energy-Harvesting zu nutzen«. Ein Smartphone oder Tablet kann theoretisch ohne zusätzliche Solarzellen über das Sonnenlicht geladen werden – auch im laufenden Betrieb. Der Wirkungsgrad dafür ist bisher allerdings noch deutlich zu gering. Der Lichtabsorption könne laut Shim aber verbessert werden, ohne dabei die Fähigkeit zur Lichtemission in Mitleidenschaft zu ziehen.