Konkurrenz für LC-Displays

Physik Journal - Photonische Kristalle vereinfachen Flachbildschirme.

Flüssigkristall-Displays sind aus vielen elektronischen Produkten nicht mehr wegzudenken – egal, ob Handy, Fernseher oder E-Paper. Häufig sorgen Filter oder ein räumlich moduliertes Farbschema („Subpixel“) für die Farbmischung. Der Preis dafür sind merkliche Helligkeitsverluste. Wissenschaftler der Universitäten Toronto (Kanada) und Bristol (Großbritannien) haben einen neuen Weg beschritten, um diesen Nachteil zu vermeiden. Als aktives Material für das Labormuster eines Flachbildschirms nutzen sie photonische Kristalle. Diese besitzen einen periodisch modulierten Brechungsindex und können durch kohärente optische Bragg-Beugung schmalbandig leuchten.

Die Forscher bauten ihr Display aus einem Siliziumdioxid-Metallpolymer-Komposit auf, das als Arbeitselektrode in einer elektrochemischen Zelle dient und ein Pixel darstellt. Dazu brachten sie ein Gerüst aus geordneten Siliziumdioxid-Mikrokugeln auf einen Glasträger auf und ließen ein Geflecht aus Polyferrocenylsilan (PFS) in die Zwischenräume einsickern. Die Wissenschaftler tauften diesen photonischen Kristall P-Ink. In der elektrochemischen Zelle befindet sich ein organischer Elektrolyt. Liegt eine oxidierend wirkende Spannung an dem P-Ink-Komposit an, setzen die Eisenatome im PFS Elektronen frei, während Anionen des Elektrolyten in das Polymer hineinwandern, um dort den Aufbau der positiven Ladung zu neutralisieren. Diese Ionen bringen das Polymergerüst zum „Wachsen“, sodass es die Mikrokügelchen auseinander drängt. Das reflektierte optische Beugungsmaximum wandert dadurch zu längeren Wellenlängen. Liegt eine reduzierend wirkende Spannung an, kehren sich die Verhältnisse um.

Abb.: Das Labormuster eines etwa ein Quadratzentimeter großen Flachbildschirms arbeitet mit Pixeln aus photonischen Kristallen. (Quelle: André Arsenault)

Da sich der Oxidationszustand der P-Ink-Filme kontinuierlich einstellen lässt, verschiebt sich die reflektierte Farbe abhängig von der Spannung. Eine Spannungsänderung von weniger als 2 V deckt ein Spektrum von 425 bis 900 nm ab. Die Farbe stellt sich dabei innerhalb von ein bis zwei Sekunden ein – also noch recht langsam. Hundert Oxidations-Reduktions-Zyklen in Folge verändern Helligkeit und Lage des Farbmaximums kaum. Trotzdem seien laut den Wissenschaftlern noch ausführliche Stabilitätstests notwendig. Auch die Winkelabhängigkeit der Reflexion ist noch ungeklärt.

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, November 2007, S. 17

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  A. C. Arsenault et al., Photonic-crystal full-colour displays, Nature Photonics 1, 468 (2007).
  http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2007.140