Perowskit-LEDs bringen Mini-Displays mit Rekord-Auflösung – für schärfere Bilder in Smartphones

Ein Nanometer ist winzig – eine Million davon ergeben gerade einmal einen Millimeter. Und doch haben Forscher nun funktionierende LEDs auf nur 90 Nanometer geschrumpft. Das ist nicht einmal ein Tausendstel der Dicke eines menschlichen Haars. Möglich wird das durch ein besonderes Material: Perowskit, ein kristalliner Halbleiter, der bereits in Solarzellen für Aufsehen sorgt. Die neuen Perowskit-LEDs liefern eine Rekord-Auflösung und könnten künftig unsere Displays völlig neu denken lassen – ob in AR-Brillen, Smartphones oder medizinischen Geräten.

Entwickelt wurde die Technik an der Zhejiang-Universität in China gemeinsam mit der Universität Cambridge. Ihre winzigen Nano-PeLEDs erreichen eine Auflösung, die alles bisher Dagewesene übertrifft: 127.000 Pixel pro Zoll – ein Weltrekord. Zum Vergleich: Das Display eines neuen iPhones schafft rund 460.

127.000 Pixel pro Zoll – was bedeutet das?

Wer heute ein Smartphone, eine Smartwatch oder VR-Brille nutzt, kennt das Problem: Je näher das Display am Auge, desto deutlicher sieht man die Pixel. Die Nano-PeLEDs lösen genau das. Sie könnten Bilder so scharf zeigen, dass selbst unter der Lupe keine Bildpunkte mehr zu erkennen sind.

Klassische Mikro-LEDs schaffen das nicht. Sie verlieren stark an Effizienz, wenn die Pixel kleiner als zehn Mikrometer werden. Anders die neuen Perowskit-LEDs: Sie leuchten zuverlässig, selbst wenn sie auf Nanogröße geschrumpft sind. Erst bei rund 180 Nanometern sinkt die Leistung messbar ab.

Neue Technik, neue Möglichkeiten

Der Nutzen liegt auf der Hand: In Augmented-Reality-Brillen, in denen Displays besonders leicht, scharf und energieeffizient sein müssen, könnten Perowskit-LEDs den Durchbruch bringen. Auch in der Medizin oder für feinste optische Sensoren sind Anwendungen denkbar.

„Halid-Perowskite sind eine neue Klasse von Halbleitern“, erklärt Professor Zhao Baodan von der Zhejiang-Universität. „Sie könnten das sein, was Mikro-LEDs bislang nicht leisten können.“ Der große Vorteil: Sie behalten auch bei extremer Miniaturisierung ihre Leuchtkraft.

Herstellung ohne Zerstörung

Klassische Herstellungsverfahren kommen hier nicht weiter. Denn Perowskit ist empfindlich. Der sonst übliche Einsatz von Fotolithographie würde das Material beschädigen. „Deshalb mussten wir umdenken“, sagt Yaxiao Lian, Erstautor der Studie.

Das Forscherteam entwickelte ein Verfahren, bei dem nicht das Halbleitermaterial selbst bearbeitet wird, sondern die darüberliegenden Kontakte. Ein zusätzlicher Isolator schützt die aktiven Leuchtbereiche vor Störeinflüssen. So bleibt die volle Effizienz auch im winzigen Maßstab erhalten.

Erste Displays funktionieren bereits

Ein Prototyp existiert bereits. Gemeinsam mit dem chinesischen Tech-Unternehmen LinkZill entwickelten die Forscher ein Display, das einzelne Nano-LEDs gezielt ansteuert. Möglich wird das durch eine dünne Transistorschicht – so können selbst komplexe Bilder und Videoinhalte dargestellt werden.

Professor Di Dawei zeigt sich begeistert: „Wir sehen hier das Potenzial für eine ganz neue Generation von Lichtquellen – nicht nur für Displays, sondern weit darüber hinaus.“ Auch für die Beleuchtungstechnik oder in medizinischen Geräten könnten solche LEDs eine Rolle spielen.

Warum Perowskit-LEDS so besonders sind

Das verwendete Material – ein Mineral mit dem Namen Perowskit – bietet gleich mehrere Vorteile: Es ist günstig herzustellen, effizient in der Lichtausbeute und eignet sich hervorragend als Halbleiter. Die kristalline Struktur lässt sich gezielt nutzen, um präzise Lichtquellen zu bauen.

Noch steckt die Forschung zu Perowskit-LEDs in den Kinderschuhen. Aber ihre Eigenschaften machen sie schon heute zu einem ernsthaften Kandidaten für den Massenmarkt. Besonders dort, wo es auf hohe Auflösung bei geringem Platzbedarf ankommt.

Aus Neugier wurde ein Rekord

Was mit einer Idee begann, entwickelte sich zu einem handfesten Rekord. Bereits 2021 stellte das Team erste Mikro-PeLEDs vor – doch damit gaben sie sich nicht zufrieden. „Wir wollten wissen, wo die Grenze liegt“, sagt Professor Di. Jetzt liegt sie bei 90 Nanometern.

Und vielleicht noch nicht für immer. Die nächsten Schritte sind bereits geplant: Noch kleinere Strukturen, neue Farben, höhere Stabilität. Die Forschung läuft – und sie könnte in wenigen Jahren unseren Umgang mit Displays grundlegend verändern.

Sonnenlicht, CO2 und Kupfer: Forscher erzeugen Treibstoff aus künstlichen Blättern

Während neue Mini-LEDs für gestochen scharfe Displays sorgen, könnte eine andere Entdeckung aus Cambridge die Energieversorgung von morgen prägen. Mithilfe von Kupfer-„Nano-Blumen“ und einer Solarzellenschicht aus Perowskit ist es Forschern gelungen, aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid flüssige Brennstoffe und wichtige Chemikalien herzustellen – ganz ohne fossile Rohstoffe.

Besonders clever: Statt Wasser verwendeten die Wissenschaftler Glycerin, ein Abfallprodukt der Biodieselherstellung. Das senkt den Energiebedarf deutlich und macht die Methode bis zu 200-mal effizienter als vergleichbare Ansätze. Gleichzeitig entstehen dabei auch Stoffe für Kosmetik und Pharmazie – ein weiterer Schritt in Richtung nachhaltiger Chemie.

Kurz zusammengefasst:

• Perowskit-LEDs sind die kleinsten LEDs der Welt – sie messen nur 90 Nanometer, also weniger als ein Tausendstel eines Haars.
• Sie bleiben auch in dieser winzigen Größe hell und effizient und erreichen so eine Rekord-Auflösung von 127.000 Pixeln pro Zoll.
• Damit eignen sie sich ideal für sehr scharfe Mini-Displays, zum Beispiel in AR-Brillen, Smartphones oder medizinischen Geräten.

Übrigens: Während Perowskit-LEDs neue Maßstäbe für ultrahochauflösende Mini-Displays setzen, arbeiten Forscher in Cambridge an hauchdünnen Sensoren aus elektronischer Spinnenseide – kaum dicker als ein Haar und direkt auf die Haut druckbar. Wie diese Technologie die Gesundheitsüberwachung und sogar Virtual Reality verändern könnte – mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Dall-E