Leuchtdioden: Weißes Licht von kleinen Molekülen
Leuchtdioden haben eigentlich die besten Voraussetzungen, das Leuchtmittel des 21. Jahrhunderts zu werden – sie sind klein, billig und effizient. Eines allerdings sind sie nur unzureichend: weiß. Und das ist ein Problem. Denn so praktisch die kleinen roten, grünen oder blauen Lämpchen sind, am liebsten mögen wir immer noch die Lichtfarbe der Sonne. Nur in diesem weißen Licht erscheinen Farben natürlich und brillant, denn unser Zentralgestirn emittiert ein kontinuierliches thermisches Spektrum, in dem alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts enthalten sind. Klassische Leuchtdioden dagegen senden Photonen in einem engen Energieband aus – Licht einer einzelnen Farbe.
Man kann mit Hilfe solcher farbiger Leuchtdioden trotzdem sehr einfach weißes Licht herstellen, indem man rotes, grünes und blaues Licht in einer einzigen Quelle zusammenfasst. Das resultierende Licht besteht zwar nur aus drei Farben, erscheint aber zunächst wie ein echtes kontinuierliches Spektrum. Wenn das Licht auf farbige Flächen fällt, bemerkt das Auge den Betrug aber: Wellenlängen, die im Licht nicht enthalten sind, fehlen dann auch in der zurückgeworfenen Farbe – die dadurch leblos und unangenehm erscheint.
Gesucht sind deswegen Verbindungen, die halbwegs echtes weißes Licht abstrahlen, meistens indem sie zwei breite Emissionspeaks in den blauen und orangefarbenen Spektralbereichen kombinieren. In diesem Licht sind alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts enthalten, allerdings noch mit sehr unterschiedlvicher Stärke: Die Peak- Wellenlängen sind um ein Vielfaches intensiver als die Farben im "Tal" dazwischen – solches Licht bezeichnet man als pseudoweiß, weil es speziell die Farbe, die in der Mitte zwischen den beiden Peaks liegt, zu einem vergleichsweise geringen Anteil enthält. Wie tief das im grünen Frequenzbereich liegende Tal ist, hängt davon ab, wie breit die Emissionspeaks des Farbstoffes sind. Bei den gegenwärtigen Farbstoffen und ihren Kombinationen sind sie noch nicht breit genug.
Die neueste Entwicklung auf diesem Gebiet macht allerdings Hoffnung. Polnische Forscher um Jerzy Karpiuk vom Institut für physikalische Chemie in Warschau experimentierten mit Kristallviolett-Lacton (CVL), einer Strukturvariante des lange bekannten Farbstoffs Kristallviolett, die unter UV-Licht blauviolett fluoresziert. In der richtigen chemischen Umgebung allerdings tritt ein ungewöhnlicher Effekt auf. Ist die chemische Umgebung des Moleküls polar genug, kann ein Elektron zwischen Teilen des Moleküls übertragen werden und eine angeregte geladene Struktur bilden, einen so genannten Exciplex. Diese angeregte Struktur fluoresziert bei Anregung gelbgrün. Beide Fluoreszenzpeaks erwiesen sich als so breit, dass das Emissionsspektrum der Stoffklasse effektiv eine breite Bande über nahezu alle sichtbaren Wellenlängen enthält. Das Ergebnis ist weißes Fluoreszenzlicht bisher unbekannter Qualität.
Bislang funktioniert der Trick nur in verdünnter Lösung statt in einer Leuchtdiode. Dafür ist CVL genau wie seine Derivate ein einfach und billig herzustellendes Molekül, das sich ohne Mühe mit maßgeschneiderten Verfahren chemisch verändern lässt. Die beteiligten Wissenschaftler sind deswegen zuversichtlich, einen reinweißen Fluoreszenzleuchtstoff auf der Basis von CVL-Derivaten konstruieren zu können. (lf)
Man kann mit Hilfe solcher farbiger Leuchtdioden trotzdem sehr einfach weißes Licht herstellen, indem man rotes, grünes und blaues Licht in einer einzigen Quelle zusammenfasst. Das resultierende Licht besteht zwar nur aus drei Farben, erscheint aber zunächst wie ein echtes kontinuierliches Spektrum. Wenn das Licht auf farbige Flächen fällt, bemerkt das Auge den Betrug aber: Wellenlängen, die im Licht nicht enthalten sind, fehlen dann auch in der zurückgeworfenen Farbe – die dadurch leblos und unangenehm erscheint.
Gesucht sind deswegen Verbindungen, die halbwegs echtes weißes Licht abstrahlen, meistens indem sie zwei breite Emissionspeaks in den blauen und orangefarbenen Spektralbereichen kombinieren. In diesem Licht sind alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts enthalten, allerdings noch mit sehr unterschiedlvicher Stärke: Die Peak- Wellenlängen sind um ein Vielfaches intensiver als die Farben im "Tal" dazwischen – solches Licht bezeichnet man als pseudoweiß, weil es speziell die Farbe, die in der Mitte zwischen den beiden Peaks liegt, zu einem vergleichsweise geringen Anteil enthält. Wie tief das im grünen Frequenzbereich liegende Tal ist, hängt davon ab, wie breit die Emissionspeaks des Farbstoffes sind. Bei den gegenwärtigen Farbstoffen und ihren Kombinationen sind sie noch nicht breit genug.
Die neueste Entwicklung auf diesem Gebiet macht allerdings Hoffnung. Polnische Forscher um Jerzy Karpiuk vom Institut für physikalische Chemie in Warschau experimentierten mit Kristallviolett-Lacton (CVL), einer Strukturvariante des lange bekannten Farbstoffs Kristallviolett, die unter UV-Licht blauviolett fluoresziert. In der richtigen chemischen Umgebung allerdings tritt ein ungewöhnlicher Effekt auf. Ist die chemische Umgebung des Moleküls polar genug, kann ein Elektron zwischen Teilen des Moleküls übertragen werden und eine angeregte geladene Struktur bilden, einen so genannten Exciplex. Diese angeregte Struktur fluoresziert bei Anregung gelbgrün. Beide Fluoreszenzpeaks erwiesen sich als so breit, dass das Emissionsspektrum der Stoffklasse effektiv eine breite Bande über nahezu alle sichtbaren Wellenlängen enthält. Das Ergebnis ist weißes Fluoreszenzlicht bisher unbekannter Qualität.
Bislang funktioniert der Trick nur in verdünnter Lösung statt in einer Leuchtdiode. Dafür ist CVL genau wie seine Derivate ein einfach und billig herzustellendes Molekül, das sich ohne Mühe mit maßgeschneiderten Verfahren chemisch verändern lässt. Die beteiligten Wissenschaftler sind deswegen zuversichtlich, einen reinweißen Fluoreszenzleuchtstoff auf der Basis von CVL-Derivaten konstruieren zu können. (lf)
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