Die meisten Bildschirme von Computern, Handys und Co nutzen heute eine Kombination von weißen LEDs und Flüssigkristall-Farbfiltern aus anorganischen Materialien, um die verschiedenen Farben des Displays zu erzeugen. Die Leuchtdioden sind zwar energieeffizient und erzeugen ein qualitativ hochwertiges Bild. Es gibt aber auch einige Nachteile: Die dafür nötigen Rohstoffe sind teilweise selten und teuer, zudem lassen sich die Bauteile nur schwer wiederverwerten.
Zwei wichtige Komponenten für ökologisch verträglichere Displays haben nun Ruben Costa von der Universität Erlangen-Nürnberg und sein Team entwickelt. Ihr neuer Bildschirm nutzt lumineszente Proteine statt anorganische Materialien und setzt diese sowohl für biohybride Weißlicht-LEDs der Hintergrundbeleuchtung als auch für die farberzeugenden Filtersysteme ein.
Proteine statt anorganischer LED-Beschichtungen
Um das weiße Licht der Hintergrundbeleuchtung im Bildschirm zu erzeugen, müssen entweder rote, blaue und grüne Leuchtdioden kombiniert werden, oder man nutzt blaue oder UV-LEDs, deren kurzwellige Strahlung durch spezielle Beschichtungen in sichtbares weißes Licht umgewandelt wird. In gängigen Weißlicht-LEDs werden dafür anorganische Lumineszenzfarbstoffe wie Galliumnitrid verwendet.
Für die biohybriden LEDs ersetzen die Forscher diese metallhaltigen Farbstoffe durch eine proteinbasierte Beschichtung. Sie ist in sich strukturiert und einen bis drei Millimeter dick. Erste Tests haben ergeben, dass diese biologischen Farbstoffe durchaus mit den anorganischen Varianten mithalten können: “Die Proteine haben eine Photolumineszenz-Ausbeute von mehr als 75 Prozent – damit ist eine hohe Effizienz garantiert”, berichtet Costa. Zudem erzeugten die Proteine eine hohe Farbqualität und sind auch bei längerer Nutzung stabil.
“Bio-Displays schon in naher Zukunft”
Für den biologischen Farbfilter betteten die Forscher die Lumineszenz-Proteine in eine Polymermatrix ein. Durch 3D-Druck bekommt die Matrix die für die Filterwirkung nötige Mikrostruktur. “Dieser Farbfilter hat die nötigen Voraussetzungen, um die bisher gängigen Bildschirme in Bezug auf Kontrast und Helligkeit zu verbessern”, sagt Costa. “Zudem sind diese Filter nicht starr, was ihren Einsatz auch in flexiblen Geräten und Leuchten ermöglicht.”
Nach Ansicht der Forscher könnte die Verwendung von Proteinen statt anorganischen Lumineszenz-Farbstoffen schon in naher Zukunft die Herstellung von ökologischen und trotzdem günstigen Displays möglich machen. “Die neuen Materialien ermöglichen die Entwicklung von energieeffizienten und nachhaltigen Bio-Bildschirmen für Fernseher und Mobiletelefone – und dies bei niedrigen Produktionskosten und hoher Bildqualität”, so Costa.
