Kombinatorik erleichtert Suche nach neuem LED-Material

Auf der Suche nach neuen Materialien für Leuchtdioden (LED) haben Forscher von Siemens einen Durchbruch mit Hilfe der Kombinatorischen Chemie erzielt.

Die von ihnen gefundenen Leuchtstoffe verleihen weißen LEDs eine wesentlich natürlichere Farbwiedergabe, wie das Forschungsmagazin „Pictures of the Future“ in seiner neuen Ausgabe berichtet. Dazu wird eine dünne Schicht der Leuchtstoffe auf eine blaue Leuchtdiode aufgetragen, wobei in der Summe weißes Licht entsteht. Die neue LED wird derzeit zur Marktreife entwickelt.

Bei der Erforschung von LED-Material haben Wissenschaftler nicht nur bei der Wahl der Ausgangsstoffe und deren Zusammensetzung, sondern auch bei den zahlreichen Verarbeitungsschritten nahezu unbegrenzte Möglichkeiten. Dafür ist die Kombinatorik ein extrem leistungsfähiges Werkzeug, mit dem sehr rasch sehr viele Verbindungen untersucht werden können: Sie beschleunigt die Suche bis auf das Hundertfache. Die Siemens-Forscher analysierten zusammen mit dem US-Unternehmen Symyx in zwei Jahren rund 150.000 Kombinationen – das sind umgerechnet fast 350 pro Arbeitstag. Die Kombinatorik bei Siemens befasst sich nicht nur mit LED-Materialien, sondern auch mit neuen Stoffen für Handy-Module, ferromagnetischen Werkstoffen und piezoelektrischen Materialien.

Für die Suche nach Leuchtstoffen verteilten die Münchner Forscher beispielsweise Oxide der Elemente Strontium, Barium, Gadolinium und Molybdän in genau definierten Mischungen auf einer Trägerplatte mit 121 Vertiefungen. Nach der Verarbeitung untersuchte ein automatisiertes Analysesystem die Verbindungen auf ihre Eignung als LED-Material. Nur die besten Kombinationen wurden weiter optimiert. Bei dem hohen Durchsatz konnten die Siemens-Forscher auch exotische Varianten testen, die im normalen Laborbetrieb zu viel Zeit gekostet hätten. Noch größer ist der Nutzen der Methode aber für die Ermittlung der optimalen prozesstechnischen Parameter, die in viel größerer Breite variiert werden können.