Japanische Materialforscher entwickeln transparente elektrische Leiter für Flüssigkristallanzeigen: Neuer Werkstoff macht Bildschirme billiger

Japanische Materialforscher entwickeln transparente elektrische Leiter für Flüssigkristallanzeigen
Neuer Werkstoff macht Bildschirme billiger

Hersteller von LCD-Bildschirmen sind auf der Suche nach neuen Materialien, die es ihnen ermöglichen, Displays einfach und schnell herzustellen. Hier scheint japanischen Forschern ein Durchbruch gelungen zu sein.

DÜSSELDORF. Forscher der Japan Science and Technology Corporation in Tokio haben ein transparentes und zugleich leitfähiges Material entwickelt, das schnell und einfach hergestellt werden kann. Das Team um Katsuro Hayashi nutzt dazu einen Isolator, der chemisch den keramischen Oxiden zugeordnet wird. "Wenn wir eine Verbindung aus Calcium- und Aluminiumoxiden für kurze Zeit mit einem UV-Licht bescheinen, schießt deren elektrische Leitfähigkeit um das Milliardenfache in die Höhe", erklärt Hayashi. Auch wenn das Licht wieder ausgeschaltet werde, bliebe das Oxid leitend. Aus dem Material mit der Kurzbezeichnung "C12A7" sollen künftig LCD-Displays und optische Speicher kostengünstiger hergestellt werden.

Fast jedes elektronische Gerät, ob Handy oder Laptop, stellt Informationen über Flüssigkristallanzeigen (LCD - Liquid Crystal Display) dar. Um das zu ermöglichen, sind Materialien erforderlich, die zwei selten miteinander vereinbare Eigenschaften besitzen: Transparenz und Leitfähigkeit. Doch diese Kombination scheint schwierig: Metalle sind zwar ausgezeichnete Leiter, aber undurchsichtig - Kohlenstoff in Form von Grafit leitet Elektronen, doch als Diamant ist er ein Isolator. Nur wenige Materialien, wie das Indium-Zinn-Oxid, sind transparente elektrische Leiter und somit für LCD-Anzeigen geeignet.

Deren aufwendige Verarbeitungstechnik hat sich seit dreißig Jahren kaum verändert. Zunächst wird der elektrische Leiter, meist unter Vakuum, auf einen Glasträger aufgedampft und dann durch Ätzen strukturiert. Zwischen zwei Glasscheiben, die mit Elektroden versehen sind, befinden sich schließlich unzählige kleine Zellen (Pixel), die mit lang gestreckten Molekülen aus Flüssigkristallen gefüllt sind - einer Zustandsform der Materie, die zwischen ungeordneter Flüssigkeit und geordnetem Kristall liegt. Wird an die einzelnen Zellen eine bestimmte Spannung angelegt, lassen sich diese Moleküle zwischen transparent und lichtundurchlässig hin- und herschalten. Buchstaben und Zahlen werden sichtbar.

Wenn es nach dem Team um Katsuro Hayashi geht, gehört der aufwendige Ätzvorgang bald der Vergangenheit an. Der Clou: Die Atome des neuen Materials "C12A7" ordnen sich von selbst zu einem geräumigen so genannten Kristallgitter an. Dieses Gitter lässt sich mit einem negativ geladenen Wasserstoff-Ion füllen, wenn es in Gegenwart von Wasserstoff erhitzt wird. Beim Bescheinen mit UV-Licht kann sich das negativ geladene Elektron schließlich von einem Gitter zum nächsten bewegen, wodurch "C12A7" seine Leitfähigkeit erlangt. Wird nun an die "Kristallgitter-Pixel" eine bestimmte Spannung angelegt, lässt sich C12A7 hin- und herschalten, ähnlich den Molekül-Pixeln herkömmlicher LCD-Displays.

Auch Firmen wie IBM oder Telematica suchen nach einfacheren Herstellungstechniken für LCD und wollen das Indium-Zinn-Oxid durch alternative Leiter ersetzen. Sie haben aber bislang keine nennenswerten Erfolge erzielt. Auch Roel Penterman und seine Kollegen von den Philips Research Laboratories in Eindhoven arbeiten an einfacheren LCD-Herstellungstechniken. Sie haben ein neues Verfahren vorgestellt, mit dem künftig dünnere Displays schneller und günstiger hergestellt werden können. Bei der Technik wird auf eine abdeckende Glasplatte verzichtet, und als Substrat für die Flüssigkristalle werden Folien oder Textilien genutzt. "Noch sind jedoch einige technische Hürden zu überwinden", sagt Penterman. So müssten für eine Anzeige ohne Glas beispielsweise die Elektronen künftig im Substrat integriert werden.

Neben einer preisgünstigeren Produktion mit neuen transparenten Leitern, wie C12A7, sollten parallel auch die optischen Eigenschaften der Displays verbessert werden, mahnt Herfried Ahrens, der für die Elektronikfirma Fortec AG in Landsberg das Display-Marketing leitet. Bis das neue keramische Oxid der japanischen Forscher am Markt etabliert sei, bliebe sicher genügend Zeit, um parallel die Lichtdurchlässigkeit oder Leitfähigkeit zu verbessern, wovon bewegte Bilder etwa auf Displays in TV-Geräten profitieren würden.

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