Lichtemittierende Halbleiter

Light Emitting Diode

Bei der Rekombination von Elektronen und Löchern geben diese kleine Lichtblitze ab.

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Die Erzeugung von Licht ist eine der charakteristischen Zivilisationsmerkmale schlechthin. Uberall verfügbare, dauerhafte und effiziente Lichtquellen sind erst seit 1879 mit der Erfindung der Glühbirne von Thomas Edison bekannt. In der Folge wurde die Neonröhre und in den 30er Jahren die Leuchtstoffröhre eingeführt. Erst 30 Jahre später in den 60er Jahren kam die Entwicklung der Halbleiterlichtquelle. 2

Halbleiter

Stephen Gray entdeckte 1727 den Unterschied zwischen Leiter und Nichtleiter. Nachdem Georg Simon Ohm 1821 das ohmsche Gesetz aufstellte, womit die Proportionalität zwischen Strom und Spannung in einem elektrischen Leiter beschrieben wird, konnte auch die Leitfähigkeit eines Gegenstandes bestimmt werden. Der Nobelpreisträger Ferdinand Braun entdeckte den Gleichrichtereffekt der Halbleiter 1874. Er schrieb: «... bei einer großen Anzahl natürlicher und künstlicher Schwefelmetalle ... der Widerstand derselben war verschieden mit Richtung, Intensität und Dauer des Stroms. Die Unterschiede betragen bis zu 30 % des ganzen Wertes» und beschrieb damit erstmals, dass der ohmsche Widerstand veränderlich sein kann. 3

Mikroelektronik

Mit Walter Schottky begann 1939 die Zeit der technischen Anwendung der Halbleiter als Gleichrichter. Die von ihm erfundene Schottky-Diode war eine dünne Metalldrahtspitze, die auf ein n-leitendes Germaniumplättchen gesteckt wurde. Dadurch entstand eine p-leitende Zone im Germanium; damit war die Diode erfunden. Als 1947 in den Bell Laboratories die Wissenschaftler John Bardeen, William Bradford Shockley und Walter Houser Brattain zwei Metalldrahtspitzen auf das Germaniumplättchen steckten und somit die p-leitende Zone mit der zweiten Drahtspitze mit einer elektrischen Spannung steuern konnten, war der Transistor erfunden. Dies brachte ihnen den Physik-Nobelpreis von 1956 ein und begründete die Mikroelektronik. 3

Shottky Diodes

Mit Walter Schottky begann 1939 die Zeit der technischen Anwendung der Halbleiter als Gleichrichter.

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Die Leuchtdiode besteht aus einer sogenannten p- und einer n-leitenden Halbleiterschicht. An der Grenzfläche rekombinieren Elektronen mit Löchern und geben dabei ihre Energie in Form von Lichtblitzen ab. Schon bei kleinen Stromstärken ist eine Lichtabstrahlung wahrnehmbar. Die Lichtstärke wächst dabei proportional mit der Stromstärke. Das Lichtsignal wird durch die linsenförmige Form des Kopfes gebündelt bzw. gestreut. 4

Die ersten LEDs

Bereits 1962 bot General Electric die ersten LEDs an. Anfangs gab es nur rote LEDs. Erst zehn Jahre später konnten auch andere Farben wie grün, gelb oder orange entwickelt werden. Den meisten von uns dürften die ersten Taschenrechner mit ihren oft schlecht abzulesenden LED-Displays noch in Erinnerung sein. Es dauerte noch bis in die 90er Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts, bis auch blaues Licht möglich war und damit endlich auch weißes Licht von LEDs produziert werden konnte. 1

Numerische und alphanumerische Großanzeigen auf der Basis von Leuchtdioden bieten durch ihre große Leuchtkraft ein kontrastreiches, großformatiges Farbbild und zeichnen sich durch eine hohe Lebensdauer aus. Grafische LED-Anzeigen werden meist für Marketing-, Werbe- und Mitteilungszwecke eingesetzt. Diese Geräte sind bekannt als LED-Anzeigen, LED-Laufschriften, Elektronische Nachrichtentafeln, LED-Textanzeigen etc.. 5

Flachbildschirme

In den letzten Jahren erfahren mobile Informations- und Kommunikationstechnologien wie Internet, Notebooks, elektronische Terminplaner oder Mobiltelefone eine rasante Entwicklung. Bei diesen Technologien besteht ein Trend zu immer leichteren und leistungsfähigeren Geräten. Die dafür erforderlichen Flachbildschirme (flat panel displays) stellen also einen bedeutenden Markt dar. Beherrschend im Bereich der Flachbildschirme sind derzeit sogenannte liquid crystal displays (LCDs).

Diese weisen jedoch einige Nachteile auf. Zum einen benötigen LCDs eine Hintergrundbeleuchtung, zum anderen ist der Blickwinkel eingeschränkt. Organische Leuchtdioden (organic light emitting diodes, OLEDs) sind eine Alternative zu LCDs. Sie zeichnen sich durch eine hohe Leuchtkraft über den gesamten sichtbaren Spektralbereich, einen uneingeschränkten Blickwinkel und Ansprechzeiten im Videofrequenzbereich aus. 6