LED mit 80.000 cd/m² detektiert auch Licht

Forschern aus den USA und Süd-Korea gelang die Entwicklung von Nano-LEDs, die sowohl Licht abgeben als auch detektieren können. Ziel der Bemühungen ist, mit diesen Dual-Mode-LEDs neuartige interaktive Displays zu bauen.

Die lichtempfindlichen DHNR-LEDs (Double-Heterojunction NanoRod) sind etwa 50 nm lang und weisen einen Durchmesser von nur 6 nm auf. Sie enthalten zwei verschiedene Arten von Quantenpunkten. Eine Art steigert Rekombinationen mit Strahlung und ist somit für die eigentliche LED-Funktion geeignet, und die andere Art kann photoinduziert Ladungsträger trennen.

Die Strukturen dieser anisotropen Nano-Stäbchen-Typen kann unabhängig voneinander eingestellt werden, sodass ein einzelnes Stäbchen entweder Elektrolumineszenz aufweist oder aber einen Photostrom generiert. Je nach Elektrodenanordnung können dann die entsprechenden Pixel zwischen LED-Modus und Lichtdetektion lediglich durch die Vorspannung (leitend oder sperrend) umgeschaltet werden.

Dieser „LEDetector“ (meine Wortschöpfung) hat eine Schwellenspannung von lediglich 1,7 V und erlaubt Helligkeiten von über 80.000 cd/m². Er erreicht also bei niedrigen Spannungen hohe Ausbeuten und ergibt ein helles Display. Die Forscher selbst sprechen von einer Quanten-Effizienz von 8 % bei einer Leuchtdichte von 1.000 cd/m² und Betrieb mit 2,5 V.

Ein experimentelles DHNR-LED-Array mit 10×10 Pixel konnte in Sperrrichtung auch als Fotodetektor betrieben werden. Mit entsprechender Steuerelektronik konnte das Array im Sub-Millisekunden-Takt zwischen LED- und Detektor-Modus umgeschaltet werden. Mit dem gleichen Array kann also mit einigen Pixeln das (z. B. durch Berührung) reflektierte Licht anderer Pixel registriert werden.

Denkbare zukünftige Anwendungen?

• Das tatsächlich auf das Display fallende externe Licht kann direkt zur Helligkeitsanpassung genutzt werden.
• Bild-Darstellung und Abtastung mit dem gleichen Display.
• Datenkommunikation von Display zu Display.
• Displays können Licht externer Quellen einfangen, ohne dass hierzu extra Solarzellen nötig wären.

Dass in der Patentanmeldung von Co-Autoren von Dow Chemical zu lesen ist, belegt das kommerzielle Interesse an dieser Entwicklung.

Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Science in unter dem Titel Double-heterojunction nanorod light-responsive LEDs for display applications veröffentlicht.