DE102011076535A1 - Device for storing power supply information of e.g. TV, supplies electrical charge carriers to nanoparticles selectively in regions in specific operating state - Google Patents

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Abstract

The device has storage element having nanoparticle arrangement (50) with supporting material (2) surrounding nanoparticles. The storage element supplies electrical charge carriers to nanoparticles selectively in regions in first operating state, and prevents supplied charge carriers from flowing away from nanoparticles in second operating state. The supplied charge carriers change fluorescence property of nanoparticles to which carriers are supplied. The region in which electrical charge carriers are supplied is determined by optically exciting the storage element. Independent claims are included for the following: (1) optical information carrier; (2) method for operating information storage device; (3) method for storing information; and (4) information storage apparatus.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Informationsspeicher, auf optische Informationsträger, auf eine Verwendung eines Informationsspeichers für ein passives Display, auf eine Vorrichtung zum Speichern von Informationen in einem Informationsspeicher und auf ein Verfahren zum Speichern von Informationen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Speichern von Informationen in einer Nanopartikelanordnung auf elektrischem Weg und auf ein Auslesen der gespeicherten Information auf optischem Weg zu einem späteren Zeitpunkt.The present invention relates to information storage devices, to optical information carriers, to a use of a passive display information storage device, to an information storage device for information storage, and to a method for storing information. In particular, the present invention relates to the storage of information in a nanoparticle assembly by electrical means and to a readout of the stored information optically at a later time.

In vielen Bereichen des täglichen Lebens werden Informationen verschiedenster Art verarbeitet und für einen reibungslosen Ablauf vieler Vorgänge sind Informationen erforderlich. Die Informationen werden einem Informationsempfänger auf unterschiedlichste Weise zur Verfügung gestellt. Dazu gehören u. a. akustische Signale aber auch optische Informationen.In many areas of daily life, information of various kinds is processed and information is required for the smooth running of many processes. The information is provided to an information recipient in a variety of ways. These include u. a. acoustic signals but also optical information.

Es gibt verschiedenste Möglichkeiten, Menschen optische Informationen zur Verfügung zu stellen. Im Wesentlichen lassen sich diese Möglichkeiten in zwei Gruppen unterteilen: Zum Einen Vorrichtungen, bei denen die Information während eines Herstellungsprozesses auf oder eingebracht werden, und zum Anderen Vorrichtungen, bei denen die Information während des Betriebs geändert werden kann.There are various ways to provide optical information to people. Essentially, these possibilities can be subdivided into two groups: on the one hand, devices in which the information is introduced or introduced during a production process, and on the other, devices in which the information can be changed during operation.

Zu der ersten Gruppe gehören beispielsweise Schilder, Zeitungen, usw.. Im Allgemeinen wird die Information durch die gezielte Verteilung von Materialien wie Tinte, Farbe, Partikeln oder vieles andere auf der Vorrichtung relativ dauerhaft zur Verfügung gestellt. Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung ist in der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 2006/055873 A2 und dem Titel „Enhanced Electrolumineszent Sign” gezeigt. Eine weitere Möglichkeit, solche Vorrichtungen zu nutzen, ist zum Beispiel eine Veränderung dieser Vorrichtung selbst. So beinhaltet zum Beispiel die Beschädigung eines Garantielabels die Information, dass ein Gerät, das das Garantielabel trägt, vorher geöffnet wurde. Diese Labels sind teilweise sehr komplex, um unter Anderem Falsifikate durch Hologramme oder ähnliches zweifelsfrei identifizieren zu können. Die oben erwähnte gezielte Verteilung von Tinte, Farbe, Partikel usw. kann typischerweise nur schwer oder unter Umständen auch gar nicht mehr rückgängig gemacht werden. Somit ist die von der Vorrichtung gespeicherte Information in der Regel statisch, d. h. eine Änderung der Information ist in den meisten Fällen nicht vorgesehen, sobald die Vorrichtung erstmalig mit der Information versehen wurde.The first group includes, for example, signs, newspapers, etc. In general, the information is provided relatively permanently by the targeted distribution of materials such as ink, paint, particles or many other things on the device. An example of such a device is in international patent application publication number WO 2006/055873 A2 and the title "Enhanced Electroluminescent Sign". Another way to use such devices is, for example, a modification of this device itself. For example, damage to a warranty label includes the information that a device bearing the warranty label has been previously opened. Some of these labels are very complex in order to be able to unambiguously identify bugs by means of holograms or the like. The above-mentioned targeted distribution of ink, paint, particles, etc. can typically be difficult or even impossible to undo. Thus, the information stored by the device is usually static, ie a change in the information is not provided in most cases as soon as the device has been provided with the information for the first time.

Zu der zweiten Gruppe, also Vorrichtungen, bei denen die Information während des Betriebs geändert werden kann, gehören z. B. Fernsehgeräte, mobile Kommunikationsgeräte, Displays (beispielsweise bestehend aus Leuchtdioden (LEDs „light emitting diodes”), organischen Leuchtdioden (OLEDs „organic light emitting diodes”) oder Flüssigkristallanzeigen (LCDs „liquid crystal displays”). Vorrichtungen der zweiten Gruppe benötigen zu ihrem Betrieb typischerweise permanent Energie.To the second group, ie devices in which the information can be changed during operation, include z. As television sets, mobile communication devices, displays (for example, consisting of light emitting diodes (LEDs "light emitting diodes"), organic light emitting diodes (OLEDs "organic light emitting diodes") or liquid crystal displays (LCDs "liquid crystal displays") Their operation typically has permanent energy.

Als besondere Gruppe von Displays sei an dieser Stelle auf sogenannte Quantenpunktdisplays („Quantum Dot Displays”) verwiesen, welche den Effekt der Elektrolumineszenz ausnutzen. Quantenpunktdisplays enthalten Nanopartikel, womit typischerweise ein Verbund von einigen tausend Atomen oder Molekülen bezeichnet wird. Häufig weisen die Nanopartikel eine regelmäßige Struktur auf, wie zum Beispiel eine Kristallstruktur. Bei Quantenpunktdisplays werden elektrisch generierte Löcher und Elektronen in geeigneter Weise zu den Nanopartikeln geleitet, in denen die Ladungsträger unmittelbar unter Aussendung von Licht rekombinieren. Quantenpunktdisplays werden beispielsweise in folgenden Patentanmeldungen behandelt: WO 2009/058172 A1 („Device containing nonblinking Quantum Dots”), US 2009/0091689 A1 („Display Device”), US 2006/0170331 A1 („Electroluminscent Device with Quantum Dots”), US 2010/0109521 A1 („Quantum Dot Electrolumineszent Device”), WO 2008/112062 A2 („Quantum Dot Light Emitting Device”) und US 2008/0309234 A1 („Alternating Current Driving Type Quantum Dot Elektroluminescent Device”).As a special group of displays, reference should be made at this point to so-called quantum dot displays ("quantum dot displays"), which exploit the effect of electroluminescence. Quantum dot displays contain nanoparticles, which is typically called a composite of a few thousand atoms or molecules. Frequently, the nanoparticles have a regular structure, such as a crystal structure. In quantum dot displays, electrically generated holes and electrons are conducted in a suitable manner to the nanoparticles, in which the charge carriers recombine directly with the emission of light. Quantum dot displays are treated, for example, in the following patent applications: WO 2009/058172 A1 ("Device containing non-blinking quantum dots"), US 2009/0091689 A1 ("Display Device"), US 2006/0170331 A1 (Electroluminscent Device with Quantum Dots), US 2010/0109521 A1 ("Quantum Dot Electroluminescent Device"), WO 2008/112062 A2 ("Quantum Dot Light Emitting Device") and US 2008/0309234 A1 ("Alternating Current Driving Type Quantum Dot Electroluminescent Device").

Durch eine geeignete Ansteuerung können mit Hilfe von Quantenpunktdisplays Symbole, Buchstaben oder Bilder dargestellt werden. Mit Abschalten der in Form der zugeführten elektrischen Ladungsträger von außen zugeführten Energie ist dieser Effekt jedoch beendet.By suitable control, symbols, letters or images can be displayed with the help of quantum dot displays. With switching off the supplied in the form of the supplied electrical charge carriers from the outside energy, however, this effect is completed.

Neben Vorrichtungen aus den genannten ersten und zweiten Gruppen gibt es noch Vorrichtungen, die zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe eingeordnet werden können. Es handelt sich hierbei beispielsweise um Schultafeln oder Weißwandtafeln. Bei Schultafeln werden die Informationen durch Aufbringen von Kreide auf eine Schiefer- oder Kunststoffoberfläche solange fixiert, bis die Kreide abgewaschen oder -gewischt wird. Weißwandtafeln basieren auf einem ähnlichen Prinzip, wobei jedoch anstelle von Kreide eine Tinte verwendet wird, die an der Oberfläche der Weißwandtafel haftet. Zum Löschen der Information wird die Weißwandtafel mittels eines Tuchs abgewischt, an dem die Tinte besser haftet, als an der Weißwandtafel. Schultafeln und Weißwandtafeln verbinden somit eine energielose Speicherung der Information mit einer häufigen Wiederbeschreibbarkeit. Aufgrund ihres Funktionsprinzips geht aber mit der Benutzung von Schultafeln und Weißwandtafeln eine Staubentwicklung bzw. eine Verschmutzungsgefahr einher.In addition to devices from said first and second groups, there are still devices that can be arranged between the first group and the second group. These are, for example, school boards or whiteboards. For blackboards, the information is fixed by applying chalk to a slate or plastic surface until the chalk is washed or wiped off. Whiteboards are based on a similar principle, but instead of chalk, an ink is used which adheres to the surface of the whiteboard. To erase the information, the whiteboard is wiped off with a cloth to which the ink adheres better than on the whiteboard. Blackboards and whiteboards thus combine an energy-free storage of information with a frequent rewritability. Due to its functional principle, however, the use of blackboards is possible and whiteboards dust or a risk of contamination.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht somit eine der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, einen Informationsspeicher zu schaffen, mittels dem eine Information für eine Zeitspanne gespeichert werden kann, ohne dass der Informationsspeicher während der Zeitspanne Energie für die Speicherung der Information verbraucht. Eine weitere der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, dass alte Informationen aus dem Informationsspeicher gelöscht werden können und dass neue Informationen in den Informationsspeicher geschrieben werden können.Based on this prior art, it is therefore an object of the present invention to provide an information storage by means of which information can be stored for a period of time without the information storage consuming energy for the storage of the information during the period of time. Another object of the present invention is that old information can be deleted from the information store and new information written to the information store.

Diese Vorrichtung wird durch einen Informationsspeicher gemäß Anspruch 1, einen optischen Informationsträger gemäß Anspruch 10, eine Verwendung eines Informationsspeichers gemäß Anspruch 12, eine Vorrichtung zum Speichern von Informationen gemäß Anspruch 13 und ein Verfahren zum Speichern von Informationen gemäß Anspruch 16 gelöst.This device is achieved by an information storage according to claim 1, an optical information carrier according to claim 10, a use of an information storage according to claim 12, an apparatus for storing information according to claim 13 and a method for storing information according to claim 16.

Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Nanopartikelanordnung innerhalb eines Informationsspeichers zu verwenden, wobei die zu speichernde Information mittels eines elektrischen Effekts in der Nanopartikelanordnung gespeichert und mittels eines optischen Effekts ausgelesen werden kann.A central idea of the present invention is to use a nanoparticle arrangement within an information memory, wherein the information to be stored can be stored by means of an electrical effect in the nanoparticle arrangement and read out by means of an optical effect.

Die Nanopartikelanordnung umfasst eine Vielzahl von Nanopartikeln und ein die Nanopartikel umgebendes Stützmaterial. Das Stützmaterial kann z. B. eine Flüssigkeit, ein festes Material oder ein gelförmiges Material sein. Die Nanopartikel sind in dem Stützmaterial verteilt, wobei entweder eine homogene Verteilung oder eine heterogene örtliche Verteilung vorliegen kann.The nanoparticle assembly comprises a multiplicity of nanoparticles and a support material surrounding the nanoparticles. The support material may, for. As a liquid, a solid material or a gel-like material. The nanoparticles are distributed in the support material, which may be either a homogeneous distribution or a heterogeneous local distribution.

Das Stützmaterial 2 der Halbleiter-Nanopartikelanordnung kann als ein Verbundwerkstoff bzw. Kompositwerkstoff aus zwei oder mehr verbundenen Materialien vorliegen. Bei Teilchen- und Faserverbundwerkstoffen sind Teilchen bzw. Fasern in eine andere Komponente des Verbundwerkstoffes, der sogenannten Matrix, eingebettet. Als Matrixmaterialien (Matrizen) können dielektrische Materialien, wie zum Beispiel Polymer-, Keramik- oder Glas-Materialien, leitende und halbleitende organische Stoffe, wie zum Beispiel verschiedene Thiophene, BCP (Bathocuproin, 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin), TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenylbenzidine), CBP (4,4'-Bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), Polyelektrolyte, oder auch Komposite mit leitfähigen Partikeln und Fasern, zum Beispiel TiO2, ZnO, ITO, Silber, Gold, Graphit, Graphitfasern, CNT, verwendet werden. Das Stützmaterial kann alternativ oder zusätzlich eines der folgenden Materialen in reiner Form, in dotierter Form oder in derivierter Form (als Derivat) umfassen:
Dielektrika, wie PMMA (Polymethylmethacrylat), PS (Polystyrol), PC (Polycarbonat), PVDF (Polyvinylidenfluorid), PA (Polyamid), PP (Polypropylen), PE (Polyethylen), PVC (Polyvinylchlorid), Thermoplaste (PET (Polyethylenterephthalat), Polyetherketone), Duroplaste (Polyester, Formaldehydharze, Epoxidharze, Polyurethane);
leitfähige Materialien, wie Polyelektrolyte, PEDOT (Poly(3,4-ethylenedioxythiophen)-poly(styrenesulfonate)), BCP (Bathocuproin, 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin), TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenylbenzidine), PPy (Polypyrrol), TCNQ-Komplexe (Tetracyanochinodimethan), PANI (Polyanilin), PVK (Polyvinylcarbazol), Tetracen, Pentacen, Phthalocyanine, Polythiophene, PTCDA (3,4,9,10-Perylentetracarbonsäuredianhydrid), MePTCDI (N,N'-Dimethyl-3,4,9,10-Perylenetetracarbonsäurediimid), Chinacridon, Acridon, Indanthron, Flavanthron, Perinon, Alq3 (Aluminium-tris(8-hydroxychinolin)), P3HT (Poly(3-Hexylthiophen), CNT's (Carbon Nanotubes).The support material 2 The semiconductor nanoparticle assembly may be present as a composite of two or more bonded materials. In the case of particle and fiber composites, particles or fibers are embedded in another component of the composite, the so-called matrix. As matrix materials (matrices), dielectric materials, such as polymer, ceramic or glass materials, conductive and semiconducting organic substances, such as various thiophenes, BCP (bathocuproine, 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl) 1,10-phenanthroline), TPD (N, N'-bis (3-methylphenyl) -N, N'-diphenylbenzidines), CBP (4,4'-bis (N-carbazolyl) -1,1'-biphenyl) , Polyelectrolytes, or composites with conductive particles and fibers, for example TiO 2 , ZnO, ITO, silver, gold, graphite, graphite fibers, CNT. The support material may alternatively or additionally comprise any of the following materials in pure, doped or derivative form (as a derivative):
Dielectrics, such as PMMA (polymethyl methacrylate), PS (polystyrene), PC (polycarbonate), PVDF (polyvinylidene fluoride), PA (polyamide), PP (polypropylene), PE (polyethylene), PVC (polyvinyl chloride), thermoplastics (PET (polyethylene terephthalate), Polyether ketones), thermosets (polyesters, formaldehyde resins, epoxy resins, polyurethanes);
conductive materials such as polyelectrolytes, PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrenesulfonates)), BCP (bathocuproine, 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), TPD (N, N'-bis (3-methylphenyl) -N, N'-diphenylbenzidines), PPy (polypyrrole), TCNQ complexes (tetracyanoquinodimethane), PANI (polyaniline), PVK (polyvinylcarbazole), tetracene, pentacene, phthalocyanines, polythiophenes, PTCDA ( 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride), MePTCDI (N, N'-dimethyl-3,4,9,10-perylenetetracarboxylic acid diimide), quinacridone, acridone, indanthrone, flavanthrone, perinone, Alq3 (aluminum tris (8-hydroxyquinoline )), P3HT (poly (3-hexylthiophene), CNT's (carbon nanotubes).

Diese Aufzählung ist als beispielhaft und nicht als abschließend anzusehen.This list is to be regarded as exemplary and not as exhaustive.

Bezüglich der vorliegenden Erfindung sollte beachtet werden, dass mit dielektrischen Matrixmaterialien tendenziell längere Speicherzeiten der Ladungsspeicherung in den Halbleiter-Nanopartikeln erreicht werden können, da bei dielektrischen Matrixmaterialien keine energetischen Zustände für einen effektiven Ladungstransport vorhanden sind.With respect to the present invention, it should be noted that with dielectric matrix materials, longer storage times of charge storage in the semiconductor nanoparticles may tend to be achieved since there are no energetic states for effective charge transport in dielectric matrix materials.

Die optischen Eigenschaften von Nanopartikeln oder -kristallen werden nicht nur von dem verwendeten Material bestimmt, sondern wesentlich auch von der Größe der Nanopartikel. Das für ein Nanopartikel charakteristische Spektrum hängt mit der Wellenfunktion eines im Nanopartikel befindlichen Ladungsträgers zusammen. Bei einer höherenergetischen Anregung z. B. mittels einer externen Anregungseinrichtung in Form einer UV-Lichtquelle oder eines Lasers usw. emittieren Nanopartikel entsprechend ihrer Bandlücke Fluoreszenzstrahlung (sofern sie keine zusätzlichen elektrischen Ladungen enthalten, die zu einer strahlungslosen Rekombination führen). Entsprechend dem Effekt der quantenmechanischen Beschränkung („quantum confinement effect”) kann durch eine Variation der Partikelgröße der Nanopartikel bzw. der Nanokristalle die jeweilige Wellenlänge (d. h. Farbe) der Fluoreszenzemission der Nanopartikelanordnung geändert werden. Halbleiter-Nanopartikel haben nun die Eigenschaft, dass die Energie der ausgesandten Fluoreszenzphotonen, also der Energieabstand vom Grundzustand zu angeregtem Zustand, nicht nur vom jeweiligen Halbleitermaterial der Halbleiter-Nanopartikel, sondern auch von der jeweiligen Partikelgröße der Halbleiter-Nanopartikel abhängt. Somit lassen sich beispielsweise aus demselben Halbleitermaterial unterschiedlich große Partikel herstellen, die in unterschiedlichen Farben fluoreszieren. Die Farbe, d. h. die Emissionswellenlänge lässt sich durch die jeweilige Partikelgröße einstellen. So emittieren kleine Partikel bei einer kleineren Wellenlänge, d. h. bei einer größeren Photonenenergie, während größere Partikel bei größeren Wellenlängen, d. h. bei kleineren Photonenenergien emittieren. Aufgrund der Quantenmechanik ist nun erklärbar, dass durch die räumliche Begrenzung der Abstand der Energieniveaus von den räumlichen Abmessungen, d. h. die Partikelgröße, abhängig ist. Solche Systeme werden auch als Quantenpunkte („Quantum Dots”) bezeichnet.The optical properties of nanoparticles or crystals are determined not only by the material used, but also by the size of the nanoparticles. The characteristic spectrum of a nanoparticle is related to the wave function of a charge carrier located in the nanoparticle. At a higher energy excitation z. B. by means of an external excitation device in the form of a UV light source or a laser, etc. emit nanoparticles according to their band gap fluorescence radiation (unless they contain additional electrical charges that lead to a non-radiative recombination). In accordance with the effect of the quantum confinement effect, the respective wavelength (ie color) of the fluorescence emission of the nanoparticle arrangement can be changed by a variation of the particle size of the nanoparticles or the nanocrystals. Semiconductor nanoparticles now have the property that the energy of the emitted fluorescence photons, ie the energy gap from the ground state to excited state, not only of the respective Semiconductor material of the semiconductor nanoparticles, but also on the respective particle size of the semiconductor nanoparticles depends. Thus, for example, different sized particles can be produced from the same semiconductor material which fluoresce in different colors. The color, ie the emission wavelength can be adjusted by the respective particle size. Thus, small particles emit at a smaller wavelength, ie at a larger photon energy, while larger particles emit at longer wavelengths, ie at smaller photon energies. Due to the quantum mechanics, it can now be explained that due to the spatial limitation the distance of the energy levels depends on the spatial dimensions, ie the particle size. Such systems are also called quantum dots ("quantum dots").

Ein Quantenpunkt ist eine nanoskopische Materialstruktur, die bei Ausführungsformen der offenbarten technischen Lehre ein Halbleitermaterial in Form von Halbleiter-Nanopartikeln aufweist. Die Ladungsträger (Elektronen oder Löcher) in einem Quantenpunkt sind in ihrer Beweglichkeit in allen drei Raumrichtungen soweit eingeschränkt, dass ihre Energie nicht mehr kontinuierliche Werte, sondern nur diskrete Werte annehmen kann. Typischerweise beträgt die atomare Größenordnung von Quantenpunkten etwa 102 bis 105 Atome.A quantum dot is a nanoscopic material structure which, in embodiments of the disclosed technical teaching, comprises semiconductor material in the form of semiconductor nanoparticles. The charge carriers (electrons or holes) in a quantum dot are so limited in their mobility in all three spatial directions that their energy can no longer assume continuous values but only discrete values. Typically, the atomic order of quantum dots is about 10 2 to 10 5 atoms.

Somit ist es möglich, mit nur einem Material für die (Halbleiter-)Nanopartikel basierend auf der Größe der Halbleiter-Nanopartikel eine sehr große Bandbreite im Emissionsspektrum der Nanopartikelanordnung einzustellen und zu erzeugen. So können für die Umsetzung der offenbarten technischen Lehre geeignete Halbleitermaterialien für Nanopartikel zum Einsatz kommen, die je nach Größe und Material in einem Wellenlängenbereich, z. B. von 400 nm bis 1700 nm Licht emittieren, wobei der für Menschen sichtbare Spektralbereich von etwa 380 nm bis 780 nm reicht. Dazu zählen beispielsweise Nanopartikel sowohl vom Core-Typ als auch vom Core/Shell-Typ der Halbleiter-Materialien CdSe, CdTe, GaAs, HgTe, InAs, InP, InSb, PbSe, PbS, PbTe, ZnSe, ZnTe, Germanium und Silizium.Thus, it is possible to set and generate a very large bandwidth in the emission spectrum of the nanoparticle assembly with only one material for the (semiconductor) nanoparticles based on the size of the semiconductor nanoparticles. Thus, suitable semiconductor materials for nanoparticles can be used for the implementation of the disclosed technical teaching, depending on the size and material in a wavelength range, for. B. from 400 nm to 1700 nm emit light, with the human-visible spectral range of about 380 nm to 780 nm. These include, for example, both core-type and core-shell nanoparticles of the semiconductor materials CdSe, CdTe, GaAs, HgTe, InAs, InP, InSb, PbSe, PbS, PbTe, ZnSe, ZnTe, germanium, and silicon.

Ein erster Betriebszustand des Speicherelements kann durch Anlegen eines elektrischen Felds oder einer elektrischen Spannung an die Nanopartikelanordnung herbeigeführt werden. Angetrieben durch das elektrische Feld bzw. die elektrische Spannung können sich Ladungsträger durch die Nanopartikelanordnung bewegen. Das Stützmaterial kann elektrisch isolierend wirken. Nichtsdestotrotz ist es möglich, dass sich elektrische Ladungsträger beispielsweise aufgrund von Tunneleffekten durch das Stützmaterial bewegen und zumindest ein Teil der durch das elektrische Feld angetriebenen Ladungsträger in eines der Nanopartikel gelangen und dort verbleiben. Durch geeignete Wahl der Stärke und der zeitlichen Dauer des elektrischen Felds kann gewährleistet werden, dass eine statistisch aussagefähige Menge von Ladungsträgern in die Nanopartikel eingelagert werden.A first operating state of the memory element can be brought about by application of an electric field or an electrical voltage to the nanoparticle arrangement. Driven by the electric field or the electrical voltage, charge carriers can move through the nanoparticle arrangement. The support material can act as an electrical insulator. Nevertheless, it is possible that electrical charge carriers, for example due to tunneling effects, move through the support material and at least part of the charge carriers driven by the electric field enter and remain in one of the nanoparticles. By a suitable choice of the strength and the duration of the electric field, it can be ensured that a statistically meaningful amount of charge carriers are incorporated into the nanoparticles.

Das Zuführen der elektrischen Ladungsträger zu den Nanopartikeln geschieht auf bereichsweise selektive Weise. Somit können Nanopartikel, die sich in einem ausgewählten Bereich der Nanopartikelanordnung befinden, eine relativ hohe durchschnittliche Ladungsträgermenge empfangen, wohingegen außerhalb des ausgewählten Bereichs befindliche Nanopartikel eine niedrigere durchschnittliche Ladungsträgermenge empfangen. Mit anderen Worten ist der Informationsspeicher ausgebildet, in dem ersten Betriebszustand elektrische Ladungsträger zumindest einigen Nanopartikeln innerhalb einer lokalen Untermenge der Nanopartikel selektiv zuzuführen und diese Nanopartikel elektrisch zu laden. Eine derartige Selektivität kann zum Beispiel durch eine entsprechende räumliche Formgebung des elektrischen Felds erreicht werden. Sofern sich das elektrische Feld im Wesentlichen örtlich begrenzt ausbreitet, kann der ausgewählte Bereich relativ exakt definiert werden. Beispielsweise können Elektroden, mit denen das elektrische Feld erzeugt wird, die Gestalt eines Plattenkondensators aufweisen, in welchem die elektrischen Feldlinien im wesentlichen parallel verlaufen. Somit ist das zwischen den Platten des Plattenkondensators erzeugte Feld wesentlich stärker, als das außerhalb der Platten erzeugte Feld, sodass das elektrische Feld im Wesentlichen nur zwischen den Platten stark genug ist, die Zuführung der Ladungsträger zu den Nanopartikeln zu bewirken. Die Grenze zwischen dem ausgewählten Bereich und dem nicht ausgewählten Bereich kann einen Übergangsbereich aufweisen, in dem die in den Nanopartikeln enthaltenen Ladungsträgermengen allmählich abnimmt bzw. zunimmt. Der ausgewählte Bereich kann mehrere Unterbereiche umfassen, die gegebenenfalls auch disjunkt voneinander sein können. Des Weiteren kann der selektierte Bereich auch das gesamte Speicherelement bzw. die gesamte Nanopartikelanordnung erfassen.The feeding of the electrical charge carriers to the nanoparticles takes place in a selectively selective manner. Thus, nanoparticles located in a selected region of the nanoparticle assembly can receive a relatively high average amount of carriers, whereas nanoparticles located outside of the selected region receive a lower average amount of carriers. In other words, in the first operating state, the information memory is designed to selectively supply electrical charge carriers to at least some nanoparticles within a local subset of the nanoparticles and to charge these nanoparticles electrically. Such selectivity can be achieved, for example, by a corresponding spatial shaping of the electric field. If the electric field propagates substantially locally, the selected area can be defined relatively accurately. For example, electrodes with which the electric field is generated may have the shape of a plate capacitor in which the electric field lines are substantially parallel. Thus, the field generated between the plates of the plate capacitor is substantially stronger than the field generated outside the plates, so that the electric field substantially only between the plates is strong enough to cause the delivery of the carriers to the nanoparticles. The boundary between the selected region and the non-selected region may have a transition region in which the amounts of charge carriers contained in the nanoparticles gradually decrease or increase. The selected area may comprise a plurality of subregions, which may also be disjoint from each other. Furthermore, the selected area can also detect the entire memory element or the entire nanoparticle arrangement.

Zumindest nach anwendungsbezogenen und praktischen Kriterien ist der Informationsspeicher im Wesentlichen geeignet, raumkontinierliche Daten zu speichern, da die Nanopartikel so dicht angeordnet sein können, dass es zu keiner normalerweise erkennbaren räumlichen Diskretisierung kommt. Die einzelnen Nanopartikel bilden zwar diskrete Strukturen; diese sind jedoch in der Regel so klein und so eng gepackt, dass sich die einzelnen Nanopartikel erst mit z. B. Elektronenmikroskopen erkennen lassen. Dabei sind die gespeicherten Werte in den einzelnen Nanopartikeln binär, d. h. man kann bei dem jeweiligen Partikel nur zwischen „an” und „aus” unterscheiden. Mittels einer statistischen Verteilung über mehrere Partikel lassen sich jedoch auch kontinuierliche Werte speichern und anzeigen.At least according to application-related and practical criteria, the information store is essentially suitable for storing spatially continuous data, since the nanoparticles can be arranged so densely that there is no normally discernible spatial discretization. Although the individual nanoparticles form discrete structures; However, these are usually so small and packed so tight that the individual nanoparticles only with z. B. detect electron microscopes. The stored values in the individual nanoparticles are binary, ie one can only differentiate between "on" and "off" for the respective particle. By means of a statistical distribution over however, several particles can also store and display continuous values.

In einem zweiten Betriebszustand des Speicherelements wird weitgehend verhindert, dass die zugeführten Ladungsträger aus den Nanopartikeln abfließen. Die den Nanopartikeln zuvor (während des ersten Betriebszustands) zugeführten Ladungsträger werden zu einem signifikanten Anteil in den Nanopartikeln dauerhaft gehalten, so dass eine nach einer Zeitspanne vorhandene Ladungsträgermenge in einem Toleranzbereich einer ursprünglich zugeführten Ladungsträgermenge liegt. Der zweite Betriebszustand kann relativ lange dauern und die Nanopartikelanordnung benötigt typischerweise keine von außen zugeführte Energie, um den zweiten Betriebszustand aufrecht zu halten. Als mögliche Zeitspannen, während der die Nanopartikelanordnung den Abfluss der Ladungsträger soweit verhindern kann, dass die gespeicherten Informationen noch zuverlässig ausgelesen werden können, sind Zeitspannen von einigen Minuten, Stunden, Tagen, Wochen, Monaten oder sogar Jahre möglich. Das Abfließen der Ladungsträger aus den Nanopartikeln ist typischerweise ein statistischer Effekt, der entfernt ähnlich ist mit dem Zerfall radioaktiver Elemente. Dementsprechend kann für eine bestimmte Nanopartikelanordnung beispielsweise eine Halbwertszeit oder eine andere brauchbare Größe angegeben werden. Zum Beispiel kann in einigen Anwendungsfällen eine zuverlässige Auslesbarkeit des Speicherelements gegeben sein, solange noch mindestens 90% der ursprünglich zugeführten Ladungsträger in der Nanopartikelanordnung vorhanden sind, was als Maß für die durchschnittlich erreichbare Speicherzeit herangezogen werden kann.In a second operating state of the memory element is largely prevented that the supplied charge carriers flow out of the nanoparticles. The charge carriers previously supplied to the nanoparticles (during the first operating state) are held permanently to a significant proportion in the nanoparticles, such that a quantity of charge carriers present after a period of time is within a tolerance range of a quantity of initially introduced charge carriers. The second operating condition may take a relatively long time and the nanoparticle assembly typically does not require externally supplied energy to maintain the second operating condition. As possible periods of time during which the nanoparticle arrangement can prevent the discharge of the charge carriers so far that the stored information can still be reliably read out, time periods of a few minutes, hours, days, weeks, months or even years are possible. The outflow of charge carriers from the nanoparticles is typically a statistical effect that is remotely similar to the decay of radioactive elements. Accordingly, for example, a half life or other useful size may be given for a particular nanoparticle assembly. For example, in some applications, a reliable readability of the memory element may be given, as long as at least 90% of the originally supplied charge carriers are present in the nanoparticle arrangement, which can be used as a measure of the average achievable storage time.

Eine Änderung der Fluoreszenzeigenschaften der Nanopartikel durch die zugeführten Ladungsträger kann zum Beispiel darin bestehen, dass eine normalerweise zu beobachtende strahlende Rekombination bei optischer Anregung unterdrückt wird. Somit lassen sich Bereiche, in denen Ladungsträger zu den Nanopartikeln zugeführt wurden, dadurch erkennen, dass diese bei optischer Anregung vergleichsweise dunkler leuchten oder gar nicht leuchten.A change in the fluorescence properties of the nanoparticles by the charge carriers introduced may be, for example, that a normally observed radiative recombination is suppressed on optical excitation. Thus, areas in which charge carriers were supplied to the nanoparticles can be recognized by the fact that they glow comparatively darker with optical excitation or even do not light up.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the present invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1A eine Prinzipdarstellung eines ersten Wirkmechanismus; 1A a schematic diagram of a first mechanism of action;

1B ein zu dem Wirkmechanismus von 1A gehörendes Energieniveauschema mit Elektronen als Ladungsträgern; 1B a to the mechanism of action of 1A belonging energy level scheme with electrons as charge carriers;

1C ein zu dem Wirkmechanismus von 1A gehörendes Energieniveauschema mit Löchern als Ladungsträgern; 1C a to the mechanism of action of 1A belonging energy level scheme with holes as charge carriers;

2A eine Prinzipdarstellung eines erweiterten Ausführungsbeispiels; 2A a schematic diagram of an extended embodiment;

2B ein zu dem erweiterten Ausführungsbeispiel von 2A gehörendes Energieniveauschema; 2 B to the extended embodiment of 2A belonging energy level scheme;

3A eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels, das im Wesentlichen komplementär ist zu dem Ausführungsbeispiel von 2A; 3A a schematic representation of an embodiment which is substantially complementary to the embodiment of 2A ;

3B ein zu dem Ausführungsbeispiel von 3A gehörendes Energieniveauschema; 3B a to the embodiment of 3A belonging energy level scheme;

4 einen schematischen Querschnitt durch einen Informationsspeicher gemäß der hierin offenbarten Lehre in den drei Zuständen „Schreiben”, „Speichern” und „Auslesen”; und 4 a schematic cross section through an information store according to the teaching disclosed herein in the three states "writing", "store" and "read"; and

5 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Informationsspeichers gemäß der hierin offenbarten Lehre. 5 a schematic, perspective view of an information store according to the teachings disclosed herein.

Bevor nachfolgend die offenbarte technische Lehre im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit den gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung der Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before explaining the disclosed technical teaching in detail with reference to the drawings, it is pointed out that identical, functionally identical or equivalent elements in the figures are provided with the same or similar reference numerals, so that the description of the elements shown in different embodiments with each other is interchangeable or can be applied to each other.

Die offenbarte technische Lehre beschreibt eine Vorrichtung zum permanenten Speichern von optischen Informationen (optischer Informationsspeicher). Während der Herstellung der Vorrichtung muss die zu speichernde optische Information noch nicht spezifiziert sein. Ein Bestandteil der offenbarten Vorrichtung ist eine Schicht oder ein Bereich aus Nanopartikeln z. B. Quantenpunkte („Quantum Dots”), deren Photolumineszenzen lokal geändert werden können. Diese lokale Änderung kann durch ein oder mehrere strukturierte oder unstrukturierte leitfähige Elektroden hervorgerufen werden, welche die Anordnung begrenzen. Die lokale Änderung der Eigenschaften innerhalb der Vorrichtung ermöglicht es, Zeichen, Zahlen, Buchstaben oder Bilder darzustellen. Diese Informationen können vom Nutzer oder einer anderen Person anschließend sehr einfach z. B. durch das Beleuchten mit einer geeigneten Lichtquelle (z. B. UV-Lichtquelle) sichtbar gemacht werden.The disclosed technical teaching describes a device for the permanent storage of optical information (optical information storage). During manufacture of the device, the optical information to be stored need not be specified. One component of the disclosed device is a layer or region of nanoparticles, for. As quantum dots ("quantum dots"), whose photoluminescence can be changed locally. This local change may be caused by one or more patterned or unstructured conductive electrodes that define the array. The local change of the properties within the device makes it possible to display characters, numbers, letters or pictures. This information can then very easily by the user or another person z. B. by illuminating with a suitable light source (eg., UV light source) are made visible.

Die Änderung der Photolumineszenz kann im Wesentlichen durch einen Wirkmechanismus und darauf beruhende Anordnungen hervorgerufen werden. Dieser Mechanismus wird durch das lokale Einbringen von zusätzlichen Ladungsträgern hervorgerufen. Technische Grundlage dieser Erfindung ist die Eigenschaft dieser Nanopartikel, bei energiereicherer optischer Anregung Licht in einer für die Größe und Materialzusammensetzung charakteristischen Wellenlänge auszusenden. Durch die äußere Anregung werden im Nanopartikel Elektronen-Loch-Paare, sogenannte Excitonen, erzeugt, welche anschließend rekombinieren und ein Fluoreszenzphoton aussenden. Werden durch geeignete Methoden zusätzliche Ladungsträger in diese Nanopartikel eingebracht und bleiben dort gespeichert, so rekombinieren die Elektronen-Loch-Paare nicht mehr unter Aussendung eines Fluoreszenzphotons, sondern geben ihre Energie an diese zusätzliche Ladung ab, analog zur Auger-Ionisierung ( D. I. Chepic, A. L. Efros, A. I. Ekimov, M. G. Ivanov, V. A. Kharchenko, I. A. Kudriavtsev und T. V. Yazeva: „Auger ionization of semiconductor quantum dots in a glass matrix”, J. Lumin. 47, 113 (1990) ). Die Speicherzeit von Ladungsträgern in Quantum Dots kann je nach Auslegung der Anordnung (Energiebarriere) sogar mehrere Jahre betragen ( M. Geller, A. Marent, T. Nowozin, D. Feise, K. Pötschke, N. Akçay, N. Öncan und D. Bimberg: „Towards an universal memory based on self-organized quantum dots”, Physica E, Volume 40, Issue 6, S. 1811–1814 ).The change in photoluminescence can be essentially due to a mechanism of action and arrangements based thereon become. This mechanism is caused by the local introduction of additional charge carriers. The technical basis of this invention is the property of these nanoparticles to emit light in a wavelength characteristic of the size and material composition in the case of more energetic optical excitation. The external excitation generates electron-hole pairs, so-called excitons, in the nanoparticle, which subsequently recombine and emit a fluorescence photon. If additional charge carriers are introduced into these nanoparticles by suitable methods and remain stored there, the electron-hole pairs no longer recombine with the emission of a fluorescence photon, but release their energy to this additional charge, analogously to Auger ionization ( DI Chepic, AL Efros, AI Ekimov, MG Ivanov, VA Kharchenko, IA Kudriavtsev and TV Yazeva: "Auger ionization of semiconductor quantum dots in a glass matrix", J. Lumin. 47, 113 (1990) ). The storage time of charge carriers in quantum dots can even be several years, depending on the layout of the arrangement (energy barrier) ( M. Geller, A. Marent, T. Nowozin, D. Feise, K. Pötschke, N. Akçay, N. Öncan and D. Bimberg: "Towards an universal memory based on self-organized quantum dots", Physica E, Volume 40, Issue 6, pp. 1811-1814 ).

1A zeigt eine Prinzipdarstellung eines Informationsspeichers in einfacher Form, der gemäß dem Wirkmechanismus funktioniert. Der Informationsspeicher umfasst eine Elektrode 1, eine ladungsträgerleitende Schicht 2, und eine Nanopartikelschicht 3. Die Elektrode 1 stellt Ladungsträger (Elektronen oder Löcher) zur Verfügung. Die Ladungsträger werden mittels der ladungsträgerleitenden Schicht 2 zu Nanopartikeln geleitet, die in der Nanopartikelschicht 3 enthalten sind. Die ladungsträgerleitende Schicht kann ein vorwiegend lötherleitendes Material oder ein vorwiegend elektronenleitendes Material sein. Die Ladungsträger verbleiben in den Nanopartikeln, wenn es sich um den für die Nanopartikel energetisch günstigsten Zustand handelt. 1A shows a schematic diagram of an information storage in a simple form, which works according to the mechanism of action. The information storage includes an electrode 1 , a charge carrier-conducting layer 2 , and a nanoparticle layer 3 , The electrode 1 provides charge carriers (electrons or holes). The charge carriers are formed by means of the charge carrier-conducting layer 2 led to nanoparticles in the nanoparticle layer 3 are included. The charge carrier-conducting layer may be a predominantly solder-conducting material or a predominantly electron-conducting material. The charge carriers remain in the nanoparticles when it is the most energetically favorable state for the nanoparticles.

In 1B ist ein vereinfachtes Energieniveauschema mit Elektronen als Ladungsträgern dargestellt. Zur Orientierung ist der Energiewert W. (Vakuumniveau) in dem Energieniveauschema angegeben. Innerhalb der Elektrode 1 ist das Energieniveau der Elektronen relativ hoch. In der ladungsträgerleitenden Schicht 2 ist das Energieniveau der Elektronen etwas niedriger. Ein lokales Minimum des Energieniveaus wird innerhalb der Nanopartikel in der Nanopartikelschicht 3 erreicht. 1B zeigt das Energieniveauschema, wenn die Anordnung mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt ist.In 1B is shown a simplified energy level scheme with electrons as charge carriers. For orientation, the energy value W. (vacuum level) is indicated in the energy level scheme. Inside the electrode 1 the energy level of the electrons is relatively high. In the charge carrier-conducting layer 2 the energy level of the electrons is slightly lower. A local minimum of the energy level becomes within the nanoparticles in the nanoparticle layer 3 reached. 1B shows the energy level scheme, when the arrangement is subjected to an electrical voltage.

Entsprechend der hier angenommenen Polarisation der Elektrode 1 sammeln sich die Elektronen zunächst an dieser Elektrode 1. Besitzt nun das Elektrodenmaterial eine geringere Austrittsarbeit im Vergleich zur Leitungsbandkante der Halbleiter-Nanopartikel, so ist es für die negativen Ladungen (Elektronen) energetisch günstiger, entsprechende Zustände im Leitungsband Ec der Halbleiter-Nanopartikel zu besetzen. Dieser Vorgang ist in dem in 1B dargestellten prinzipiellen Energieniveauschema dargestellt. Die Elektronen fließen daher über Diffusions- bzw. Tunnelprozesse in Richtung der Halbleiter-Nanopartikel ab und werden in diesen ”gespeichert”.According to the polarization of the electrode assumed here 1 the electrons collect first at this electrode 1 , If the electrode material now has a lower work function in comparison to the conduction band edge of the semiconductor nanoparticles, it is energetically more favorable for the negative charges (electrons) to occupy corresponding states in the conduction band E c of the semiconductor nanoparticles. This process is in the in 1B illustrated basic energy level scheme shown. The electrons therefore flow via diffusion or tunneling processes in the direction of the semiconductor nanoparticles and are "stored" in them.

Wie im Vorhergehenden beschrieben wurde, bewirken diese in den Halbleiter-Nanopartikeln gespeicherten ”delokalisierten” Ladungen eine Beeinflussung bzw. ein ”Ausschalten” der Fluoreszenzeigenschaft der nunmehr ionisierten Halbleiter-Nanopartikel und damit eine lokale Verringerung der Intensität (d. h. der Helligkeit) der emittierten Fluoreszenzstrahlung. Damit ist das ursprüngliche äußere elektrische Feld 7, welches die zu speichernden Informationen repräsentiert, lokal als eine verminderte Fluoreszenzeigenschaft der Nanopartikelanordnung optisch detektierbar.As described above, these "delocalized" charges stored in the semiconductor nanoparticles cause the fluorescence property of the now ionized semiconductor nanoparticles to be influenced or "switched off", and thus a local reduction in the intensity (ie the brightness) of the emitted fluorescence radiation. This is the original external electric field 7 representing the information to be stored, optically detectable locally as a diminished fluorescence property of the nanoparticle assembly.

1C zeigt ein zu 1B äquivalentes Energieniveauschema, wobei jedoch Löcher als Ladungsträger dienen. Innerhalb der Elektrode 1 ist das Energieniveau der Löcher relativ niedrig dargestellt. Man beachte jedoch, dass sich bei Löchern das Vorzeichen umkehrt, so dass die tatsächliche Energie der Löcher innerhalb der Elektrode 1 relativ hoch ist. Im ladungsträgerleitenden Material 2 haben die Löcher ein mittleres Energieniveau und in den Nanopartikeln wird ein lokaler Extremwert erreicht. 1C indicates one 1B equivalent energy level scheme, but with holes as charge carriers. Inside the electrode 1 the energy level of the holes is shown relatively low. Note, however, that with holes, the sign reverses, so the actual energy of the holes within the electrode 1 is relatively high. In charge carrier conductive material 2 the holes have a medium energy level and in the nanoparticles a local extreme value is reached.

2A zeigt ein erweitertes Ausführungsbeispiel des Wirkmechanismus mit Elektronen als in den Nanopartikeln zu speichernde Ladungsträger. Die Struktur umfasst in diesem Fall zwei parallele Elektroden 1 und 5. Zwischen den Elektroden 1 und 5 ist ein Matrixmaterial 2, 4 angeordnet, das aus einer oder mehreren funktionalen Schichten bestehen kann, wobei mindestens ein Teil des Matrixmaterials 2, 4 optisch transparent auszuführen ist. Die zur Speicherung in den Nanopartikeln vorgesehenen Elektronen werden von der Elektrode 1 mit negativem elektrischen Potential zur Verfügung gestellt. Auf der anderen Elektrode 5 befinden sich auf Grund eines positiven elektrischen Potentials Löcher. Das resultierende elektrische Feld 7 ermöglicht eine gerichtete Bewegung der Ladungsträger. Die geeignete Wahl des Matrixmaterials 2 zwischen negativer Elektrode 1 und Nanopartikelschicht 3 ermöglicht den Transport von Elektronen zu den Nanopartikeln, während aufgrund der isolierenden Wirkung des Matrixmaterials 4 zwischen positiver Elektrode und Nanopartikelschicht die Löcher von den Nanopartikeln ferngehalten werden. Dabei muss es sich bei dem Matrixmaterial 4 nicht unbedingt um einen Isolator handeln. Durch die geeignete Wahl der Energieniveaus bzw. Leitfähigkeiten von Matrixmaterial 2, 4 kann dieser Effekt auch erzeugt werden. Die Nanopartikel in Schicht 3 können ebenfalls in ein Matrixmaterial 6 eingebettet sein. Ist dieses Material so dimensioniert, dass es Elektronen transportiert, entgegengesetzt geladene Löcher jedoch abhält, kann auch das Matrixmaterial in Schicht 3 die selektive Ladungsträgerspeicherung sicherstellen. 2A shows an expanded embodiment of the mechanism of action with electrons as to be stored in the nanoparticles charge carriers. The structure in this case comprises two parallel electrodes 1 and 5 , Between the electrodes 1 and 5 is a matrix material 2 . 4 arranged, which may consist of one or more functional layers, wherein at least a portion of the matrix material 2 . 4 optically transparent is executed. The electrons intended for storage in the nanoparticles are removed from the electrode 1 provided with negative electrical potential. On the other electrode 5 are due to a positive electrical potential holes. The resulting electric field 7 allows a directed movement of the charge carriers. The appropriate choice of matrix material 2 between negative electrode 1 and nanoparticle layer 3 allows the transport of electrons to the nanoparticles, while due to the insulating effect of the matrix material 4 between positive electrode and nanoparticle layer, the holes are kept away from the nanoparticles. It must be the matrix material 4 not necessarily an insulator. By the appropriate choice of the energy levels or conductivities of matrix material 2 . 4 This effect can also be generated. The nanoparticles in layer 3 can also be in a matrix material 6 be embedded. If this material is dimensioned so that it carries electrons, but prevents oppositely charged holes, also the matrix material in layer 3 ensure selective charge storage.

2B zeigt das Energieniveauschema zu der in 2A dargestellten Prinzipdarstellung. Die Nanopartikel sind in diesem Beispiel in ein stabilisierendes energetisch angepasstes Material eingebettet 6. Um aus dem Nanopartikel auszutreten, müssen die Elektronen einen „Energiewall” überwinden, der die Höhe der Differenz der Energieniveaus zwischen dem Inneren des Nanopartikels 3 und der Matrix 6 hat. 2 B shows the energy level scheme to that in 2A illustrated schematic representation. The nanoparticles are embedded in this example in a stabilizing energetically adapted material 6 , In order to exit the nanoparticle, the electrons must overcome an "energy gap" that is the height of the difference in energy levels between the interior of the nanoparticle 3 and the matrix 6 Has.

Die visualisierte Information wird wieder abgeschaltet und das Display wird gelöscht, indem die ursprünglich vorhandenen Fluoreszenzeigenschaften der Nanopartikel wieder hergestellt werden. Das kann beispielsweise mittels einer Bestrahlung mit intensivem, kurzwelligen UV-Licht oder auch durch Anlegen eines starken elektrischen Feldes geschehen.The visualized information is switched off again and the display is cleared by restoring the original fluorescence properties of the nanoparticles. This can be done for example by means of irradiation with intense, short-wave UV light or by applying a strong electric field.

3A zeigt eine komplementäre Prinzipdarstellung im Vergleich zu der in 2A abgebildeten Prinzipdarstellung. Bei der Prinzipdarstellung von 3A dienen Löcher als in den Nanopartikeln zu speichernde Ladungsträger. In der Darstellung ist die elektrische Spannung so gepolt, dass es sich um ein Speichern der Löcher und damit ein Unterdrücken der Photolumineszenz handelt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Matrixmaterialien 2, 4 so zu wählen, dass der Transport von Löchern zu den Nanopartikeln durch das Matrixmaterial 2, 4 gewährleistet ist, die komplementären Elektronen jedoch durch das Matrixmaterial 2, 4 von den Nanopartikeln ferngehalten werden. 3A shows a complementary schematic representation in comparison to in 2A illustrated schematic representation. In the schematic diagram of 3A holes serve as charge carriers to be stored in the nanoparticles. In the illustration, the electrical voltage is poled so that it is a storage of the holes and thus a suppression of the photoluminescence. In this embodiment, the matrix materials 2 . 4 so choose that the transport of holes to the nanoparticles through the matrix material 2 . 4 is guaranteed, but the complementary electrons through the matrix material 2 . 4 be kept away from the nanoparticles.

Analog der Prinzipdarstellung von 2A kann die darzustellende Information wieder gelöscht werden, indem die Nanopartikelschicht mit intensivem, kurzwelligem UV-Licht bestrahlt wird, oder indem ein starkes elektrisches Feld angelegt wird.Analogous to the schematic representation of 2A For example, the information to be displayed can be erased by irradiating the nanoparticle layer with intense, short-wave UV light or by applying a strong electric field.

In 3B ist das Energieniveauschema dargestellt, das zu der Prinzipdarstellung von 3A gehört. Entsprechend der hier angenommenen Polarität sammeln sich die Löcher zunächst an der oberen Elektrode 5, während sich die negativen Ladungen an der unteren Elektrode 1 ansammeln. Besitzt das Elektrodenmaterial, wie in 3B gezeigt, eine geringere Austrittsarbeit im Vergleich zur Valenzbandkante der Halbleiter-Nanopartikel, so ist es für die positiven Ladungen energetisch günstiger, entsprechende Zustände im Valenzband EV der Halbleiter-Nanopartikel zu besetzen, wie dies prinzipiell in dem Energieniveauschema von 3B dargestellt ist. Die positiven Ladungen fließen daher über Diffusions- und Tunnelprozesse in Richtung der Halbleiter-Nanopartikel ab und werden in diesen gespeichert. Wie bereits im Vorherigen beschrieben wurde, bewirken diese Ladungen eine Veränderung bzw. ein Ausschalten der Fluoreszenzeigenschaft der ionisierten Halbleiter-Nanopartikel. Damit ist das ursprüngliche, äußere elektrische Feld, welches die zu speichernde Information repräsentiert, lokal als eine verminderte Fluoreszenz der Halbleiter-Nanopartikelanordnung des Informationsspeichers optisch detektierbar. Aufgrund der Speicherwirkung der Nanopartikel ist die zu speichernde Information auch noch eine Zeitdauer (von bis zu mehreren Jahren) nach dem Schreiben der Information nachweisbar.In 3B the energy level scheme is shown, which corresponds to the basic representation of 3A belongs. According to the polarity assumed here, the holes initially collect at the upper electrode 5 while the negative charges on the bottom electrode 1 accumulate. Has the electrode material as in 3B As shown, a lower work function compared to the valence band edge of the semiconductor nanoparticles, it is energetically favorable for the positive charges to occupy corresponding states in the valence band E V of the semiconductor nanoparticles, as shown in principle in the energy level scheme of 3B is shown. The positive charges therefore flow via diffusion and tunneling processes in the direction of the semiconductor nanoparticles and are stored in these. As already described above, these charges cause the fluorescence property of the ionized semiconductor nanoparticles to be changed or switched off. Thus, the original, external electrical field, which represents the information to be stored, is optically detectable locally as a reduced fluorescence of the semiconductor nanoparticle arrangement of the information memory. Due to the storage effect of the nanoparticles, the information to be stored is also detectable for a period of time (up to several years) after the information has been written.

Die hierin vorgestellte technische Lehre ermöglicht es, Schilder, Displays u. a. herzustellen, mit denen Informationen mit Hilfe eines einmaligen Schreibvorgangs permanent gespeichert und bei entsprechender Anregung dargestellt werden können. Für den weiteren Verlauf ist keine permanente elektrische Energie mehr nötig. Die gespeicherte Information kann durch eine einfache äußere optische Anregung mit einer höherenergetischen UV-Lampe sichtbar gemacht werden.The technical teaching presented herein makes it possible signs, displays u. a. with which information with the help of a one-time write process permanently stored and displayed with appropriate stimulation. For the further course no permanent electrical energy is needed anymore. The stored information can be visualized by a simple external optical excitation with a higher energy UV lamp.

4 veranschaulicht das Funktionsprinzip des offenbarten Informationsspeichers. 4 zeigt eine Nanopartikelanordnung 50 eines Speicherelements des Informationsspeichers in drei verschiedenen Zuständen, die während der Benutzung des Informationsspeichers auftreten können. Die Nanopartikelanordnung umfasst eine Vielzahl von Nanopartikeln oder – kristallen 3 und ein Stützmaterial 2. Die obere Abbildung in 4 zeigt einen Schreibzustand des Informationsspeichers. Eine erste Elektrode 1 kontaktiert einen Bereich des Stützmaterials 2, nämlich den linken Bereich. Ein anderer Bereich (der rechte Bereich) des Stützmaterials 2 wird nicht direkt von der Elektrode 1 kontaktiert. Eine zweite Elektrode 5 ist auf der gegenüberliegenden Seite des Stützmaterials angeordnet und kontaktiert im Wesentlichen die gesamte Fläche des Stützmaterials 2. Zwischen den Elektroden 1, 5 ist eine elektrische Spannung angelegt, die bewirkt, dass sich Elektronen e– von der ersten Elektrode 1 durch das Stützmaterial 2 in Richtung der zweiten Elektrode 5 bewegen. Die Elektronenbewegung (oder allgemeiner: Ladungsträgerbewegung) findet im Wesentlichen in dem von der ersten Elektrode 1 kontaktierten Bereich und dessen Verlängerung senkrecht zu einer Oberfläche des Stützmaterials 2 statt und beruht im Wesentlichen auf Tunnel- und/oder Diffusionseffekten. Nanopartikel 3, die sich in diesem Bereich und dessen Verlängerung befinden, haben eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, Ladungsträger zu fangen und zu absorbieren, die auf dem Weg von der ersten Elektrode 1 zur zweiten Elektrode 5 sind. Diese Nanopartikel sind in der Folge negativ elektrisch geladen. 4 illustrates the operation principle of the disclosed information storage. 4 shows a nanoparticle arrangement 50 a storage element of the information store in three different states that may occur during use of the information store. The nanoparticle assembly comprises a multiplicity of nanoparticles or crystals 3 and a support material 2 , The upper picture in 4 shows a writing state of the information memory. A first electrode 1 contacts a region of the support material 2 namely the left area. Another area (the right area) of the support material 2 is not directly from the electrode 1 contacted. A second electrode 5 is disposed on the opposite side of the support material and contacts substantially the entire surface of the support material 2 , Between the electrodes 1 . 5 is applied an electrical voltage that causes electrons e - from the first electrode 1 through the support material 2 in the direction of the second electrode 5 move. The electron movement (or more generally: charge carrier movement) essentially takes place in that of the first electrode 1 contacted area and its extension perpendicular to a surface of the support material 2 takes place and is essentially based on tunneling and / or diffusion effects. nanoparticles 3 , which are in this area and its extension, have an increased probability of catching and absorbing charge carriers on the way from the first electrode 1 to the second electrode 5 are. These nanoparticles are subsequently electrically negatively charged.

Es ist möglich, dass ein oder mehrere weitere Schreibvorgänge durchgeführt werden, mit denen weitere Informationen zu den bereits gespeicherten Informationen hinzugefügt werden können. Die bereits gespeicherten Informationen und die weiteren Informationen bilden dann eine Gesamtinformation. Der weitere Schreibvorgang kann zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt als der erste Schreibvorgang durchgeführt werden. Die beiden Schreibvorgänge können zeitlich auseinander liegen, z. B. einige Stunden, Tage, Wochen, Monate oder sogar Jahre. Im Rahmen des weiteren Schreibvorgangs wird ein zweites bereichsweise selektives elektrisches Feld erzeugt, mit dem die weiteren Informationen in der Nanopartikelanordnung gespeichert werden können. Diese weitere Beschreibbarkeit kann zum Beispiel dazu verwendet werden, den Zustand und/oder die Vorgeschichte eines Gegenstands oder einer gespeicherten Information festzuhalten und bei Bedarf wiederzugeben.It is possible to do one or more additional writes to add more information to the information already stored. The information already stored and the further information then form an overall information. The further writing operation may be performed at a different timing than the first writing operation. The two writes can be separated in time, z. For example, a few hours, days, weeks, months or even years. As part of the further writing process, a second region-selective electrical field is generated, with which the further information can be stored in the nanoparticle arrangement. This further writability can be used, for example, to record the state and / or history of an item or stored information and play it back when needed.

Die mittlere Abbildung in 4 zeigt einen Speicherzustand des Informationsspeichers. Abgesehen von üblichen Umwelteinflüssen wirkt keine signifikante Energie von außen auf die Nanopartikelanordnung 50 ein. Die negativ geladenen Nanopartikel 3 befinden sich hauptsächlich in einem Bereich, der während des Schreibvorgangs durch die Elektrode 1 definiert wurde, und behalten ihre negative elektrische Ladung, d. h. überschüssige Elektronen e–, da für die Elektronen der energetisch günstigste Aufenthaltsort innerhalb der Nanopartikel ist. Der Speicherzustand kann eine hohe Lebensdauer haben, die bis zu mehreren Jahren betragen kann.The middle picture in 4 shows a memory state of the information memory. Apart from the usual environmental influences, no significant external energy has an effect on the nanoparticle arrangement 50 one. The negatively charged nanoparticles 3 are located mainly in an area that passes through the electrode during the writing process 1 has been defined, and retain their negative electric charge, ie excess electrons e - , since for the electrons the most energetically favorable location is within the nanoparticles. The memory state can have a long life, which can be up to several years.

Die untere Abbildung in 4 zeigt einen Auslesezustand des Informationsspeichers. Durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (UV-Licht) werden Nanopartikel 3 mittels Photolumineszenz zum Leuchten gebracht, die keine zugeführten Ladungsträger beinhalten, also außerhalb des während des Schreibvorgangs durch die Elektrode 1 definierten Bereichs liegen. Innerhalb des von der Elektrode 1 definierten Bereichs wird eine Photolumineszenz der Nanopartikel 3 jedoch weitgehend unterdrückt. Damit einerseits das UV-Licht zu den Nanopartikeln gelangen kann und andererseits eine von den Nanopartikeln 3 ohne zugeführte Ladungsträger erzeugte Photolumineszenz durch das Stützmaterial 2 hindurch treten kann, ist das Stützmaterial 2 zumindest teilweise transparent für das verwendete UV-Licht und die von den Nanopartikeln abgestrahlte Photolumineszenzwellenlänge. Da bei der Bestrahlung mit dem UV-Licht der Bereich oder die Bereiche im Wesentlichen dunkel bleiben, in denen vorwiegende elektrisch geladene Nanopartikel vorliegen, kann die während des Schreibvorgangs in die Nanopartikelanordnung 50 eingebrachte Information wieder sichtbar gemacht werden.The lower picture in 4 shows a readout state of the information memory. Irradiation with ultraviolet (UV) light causes nanoparticles 3 Illuminated by means of photoluminescence, which do not contain any charge carriers, that is outside of the during the writing process through the electrode 1 defined area lie. Inside of the electrode 1 defined area becomes a photoluminescence of the nanoparticles 3 but largely suppressed. On the one hand the UV light can reach the nanoparticles and on the other hand one of the nanoparticles 3 Without supplied charge carriers produced photoluminescence by the support material 2 can pass through, is the support material 2 at least partially transparent to the UV light used and the photoluminescence wavelength emitted by the nanoparticles. Since the region or the regions remain substantially dark in the irradiation with the UV light, in which predominantly electrically charged nanoparticles are present, during the writing process in the nanoparticle assembly 50 introduced information to be made visible again.

5 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines Informationsspeichers gemäß der offenbarten technischen Lehre. Der Informationsspeicher umfasst im Wesentlichen das Speicherelement, welches seinerseits im Wesentlichen die Nanopartikelanordnung 50 umfasst. Zwecks Klarheit der Darstellung ist im Wesentlichen nur die Nanopartikelanordnung 50 dargestellt, welche das Stützmaterial 2 und die Nanopartikel 3 umfasst. An einer Oberfläche der Nanopartikelanordnung 50 ist ein Bereich dargestellt, der der zu speichernden Information (hier als Beispiel der Buchstabe „A”) entspricht. Elektronen e– werden als Ladungsträger über die Oberfläche der Nanopartikelanordnung 50 innerhalb des Bereichs „A” in die Nanopartikelanordnung 50 eingebracht und bewegen sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche durch die Nanopartikelanordnung bis sie (zumindest teilweise) den in diesem Bereich vorhandenen Nanopartikeln 3 zugeführt werden. 5 FIG. 12 is a schematic perspective view of an information store according to the disclosed teachings. FIG. The information storage essentially comprises the storage element, which in turn essentially the nanoparticle arrangement 50 includes. For the sake of clarity of illustration, essentially only the nanoparticle array is concerned 50 shown which the support material 2 and the nanoparticles 3 includes. On a surface of the nanoparticle assembly 50 an area is shown which corresponds to the information to be stored (here by way of example the letter "A"). Electrons e - are used as charge carriers over the surface of the nanoparticle arrangement 50 within the area "A" in the nanoparticle array 50 are introduced and move substantially perpendicular to the surface through the nanoparticle assembly until they (at least partially) the nanoparticles present in this area 3 be supplied.

Da nun darüber hinaus Halbleiter-Nanopartikel unterschiedlicher Größe eine farblich unterschiedliche Fluoreszenzemission aufweisen, kann bei Zuführung einer Ladungsträgermenge Q0 von den Elektroden 1 bzw. 5 aufgrund des unterschiedlichen Ansprechens verschieden großer Halbleiter-Nanopartikel eine entsprechende Farbveränderung bei der Fluoreszenzemission und damit ein farblicher Kontrast erhalten werden. Dabei können die Nanokristalle unterschiedlicher Größe als Gemisch in einer einzigen Schicht vorliegen. Oder die Kristalle unterschiedlicher Größe liegen räumlich getrennt in mehreren Schichten bzw. Bereichen vor.In addition, since semiconductor nanoparticles of different sizes have a different color of fluorescence emission, when a quantity of charge carriers Q 0 is supplied by the electrodes 1 respectively. 5 due to the different response of different sized semiconductor nanoparticles a corresponding color change in the fluorescence emission and thus a color contrast can be obtained. The nanocrystals of different sizes can be present as a mixture in a single layer. Or the crystals of different sizes are spatially separated in several layers or areas.

Zum Beispiel umfasst die Nanopartikelanordnung eine erste Schicht, in der hauptsächlich Nanopartikel einer ersten Größe vorhanden sind. Weiterhin umfasst die Nanopartikelanordnung eine zweite Schicht, in der hauptsächlich Nanopartikel einer zweiten Größe vorhanden sind, und sie umfasst eine dritte Schicht, in der Nanopartikel einer dritten Größenordnung vorhanden sind. Die Nanopartikel der ersten Schicht sind dabei kleiner als die Nanopartikel der zweiten Schicht und die Partikel der dritten Schicht haben jeweils eine andere Größe als die Nanopartikel der ersten und zweiten Schicht.For example, the nanoparticle assembly comprises a first layer in which primarily nanoparticles of a first size are present. Furthermore, the nanoparticle assembly comprises a second layer in which mainly nanoparticles of a second size are present, and it comprises a third layer in which nanoparticles of a third order of magnitude are present. The nanoparticles of the first layer are smaller than the nanoparticles of the second layer, and the particles of the third layer each have a different size than the nanoparticles of the first and second layers.

Fügt man nun selektiv nur den Nanopartikeln einer bestimmten Größe Ladungen zu, was durch räumliche Trennung unterschiedlicher Partikel oder energetische Auswahl der zugeführten Ladungsträger geschehen kann, so wird der Photolumineszenzeffekt nur für eine bestimmte Größe der Nanokristalle, d. h. für eine bestimmte Farbe unterdrückt. Da bei einer optischen Anregung während des Auslesevorgangs die Partikel anderer Größen ungehindert fluoreszieren, wird die gespeicherte Information als Farbveränderung bzw. farblicher Kontrast sichtbar.If one now adds charges only to the nanoparticles of a certain size, which can be done by spatial separation of different particles or energetic selection of the supplied charge carriers, then the photoluminescence effect is suppressed only for a certain size of the nanocrystals, ie for a particular color. Since, during an optical excitation during the read-out process, the particles of other sizes are unhindered fluorescence, the stored information is visible as a color change or color contrast.

Vorrichtungen zum Beschreiben eines Informationsspeichers können neben Elektroden zum Speichern ferner auch Löschelektroden umfassen. Um ein rasches und einfaches Löschen zu ermöglichen, können die Löschelektroden flächig ausgebildet sein. Alternativ kann zumindest eine der Löschelektroden auch stabförmig ausgebildet sein, so dass zum Löschen die stabförmige Elektrode über den Informationsspeicher bewegt wird, um darin ein löschendes elektrisches Feld zu erzeugen, mit dem sämtliche Bereiche der Nanopartikelanordnung des Informationsspeichers gelöscht werden. Die ohnehin meistens flächig ausgebildete Elektrode 5 kann als eine der Löschelektroden verwendet werden.Devices for writing an information memory may further comprise, in addition to electrodes for storage, also erase electrodes. In order to enable a quick and easy erasure, the erase electrodes can be formed flat. Alternatively, at least one of the erase electrodes may also be of rod-shaped design, so that the erase rod-shaped electrode is moved over the information memory to generate a erasing electric field therein, erasing all areas of the nanoparticle array of the information memory. The already mostly flat trained electrode 5 can be used as one of the erase electrodes.

Bezüglich des erfindungsgemäßen Informationsspeichers sollte beachtet werden, dass ein Auslesen des Speicherelements des Informationsspeichers keinen „Reset”-Vorgang hinsichtlich der in der Halbleiter-Nanopartikelanordnung gespeicherten Ladungsträger darstellt, da die Ladungsträger auch nach einem Auslesen des Speicherelements (zumindest größtenteils) in der Halbleiter-Nanopartikelanordnung gespeichert bleiben. Ein Rücksetzen des Informationsspeichers kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein entsprechend ausgerichtetes und ausreichend starkes elektrisches Feld an die Halbleiter-Nanopartikelanordnung angelegt wird, um die in den Halbleiter-Nanopartikeln gespeicherten Ladungsträger aus der Halbleiter-Nanopartikelanordnung „herauszuziehen” bzw. zu entfernen. Alternativ kann ein Rücksetz-Vorgang dergestalt ausgebildet sein, Ladungsträger mit einer entgegen gesetzten Polarität zu den in den Halbleiter-Nanopartikeln gespeicherten Ladungsträgern der Halbleiter-Nanopartikelanordnung zuzuführen, um eine Rekombination der gespeicherten Ladungsträger mit den zugeführten Ladungsträgern und damit ein „Löschen” der gespeicherten Ladungsträger vorzunehmen. Auf diese Weise kann der Informationsspeicher beispielsweise wieder in einen vordefinierten Anfangszustand gebracht werden.With regard to the information memory according to the invention, it should be noted that reading out the memory element of the information memory does not constitute a "reset" process with respect to the charge carriers stored in the semiconductor nanoparticle arrangement, since the charge carriers remain in the semiconductor nanoparticle arrangement even after reading the memory element (at least for the most part) stay saved. The information memory can be reset, for example, by applying a correspondingly aligned and sufficiently strong electric field to the semiconductor nanoparticle arrangement in order to "pull out" or remove the charge carriers stored in the semiconductor nanoparticles from the semiconductor nanoparticle arrangement. Alternatively, a reset process may be designed to supply charge carriers having an opposite polarity to the charge carriers of the semiconductor nanoparticle arrangement stored in the semiconductor nanoparticles in order to recombine the stored charge carriers with the supplied charge carriers and thus to "erase" the stored charge carriers make. In this way, the information store, for example, be brought back into a predefined initial state.

Die hierin offenbarte technische Lehre ist in passiven beschreibbaren und gegebenenfalls löschbaren oder nichtlöschbaren Displays anwendbar. Die Lehre ist als elektro-optischer Wandler (Sensor), zum Plagiatschutz oder zur Ereignis- und Zustandsüberwachung einsetzbar, ohne dass die Information jedem völlig ohne Hilfsmittel ersichtlich wird. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist als Garantielabel oder ganz allgemein zur Kennzeichnung. Ein passives Display oder permanent beschreibbares Photolumineszenz Quantum Dot Display, wie es hierin offenbart wird, kann in verschiedenen Bereichen Anwendung finden, zum Beispiel bei einem Hinweisschild, Aufkleber, Etikett, einer Tafel, einem losen Blatt, Heft, Buch und einem Flip-Chart.The technical teaching disclosed herein is applicable in passive writable and optionally erasable or non-erasable displays. The teaching can be used as an electro-optical transducer (sensor), for protection against plagiarism or for event and condition monitoring, without the information being visible to anyone without assistance. Another field of application is as a guarantee label or generally for labeling. A passive display or permanently writable photoluminescent quantum dot display as disclosed herein may find application in a variety of fields, such as signage, stickers, labels, chalkboards, loose sheets, notebooks, books, and a flip chart.

In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Informationsspeicher zumindest eine der Elektroden 1 und/oder 5 umfassen. Es ist auch möglich, dass der Informationsspeicher eine Lichtquelle zur optischen Anregung umfasst, sodass die gespeicherte Information mittels Aktivieren der Lichtquelle sichtbar wird.In further embodiments, the information storage may be at least one of the electrodes 1 and or 5 include. It is also possible that the information storage comprises a light source for optical excitation, so that the stored information is visible by activating the light source.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2006/055873 A2 [0004] WO 2006/055873 A2 [0004]
  • WO 2009/058172 A1 [0006] WO 2009/058172 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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  • M. Geller, A. Marent, T. Nowozin, D. Feise, K. Pötschke, N. Akçay, N. Öncan und D. Bimberg: „Towards an universal memory based on self-organized quantum dots”, Physica E, Volume 40, Issue 6, S. 1811–1814 [0036] M. Geller, A. Marent, T. Nowozin, D. Feise, K. Pötschke, N. Akçay, N. Öncan and D. Bimberg: "Towards an universal memory based on self-organized quantum dots", Physica E, Volume 40, Issue 6, pp. 1811-1814 [0036]

Claims (18)

Informationsspeicher, umfassend ein Speicherelement mit einer Nanopartikelanordnung (50), welche eine Vielzahl von Nanopartikeln (3) und ein die Nanopartikel umgebendes Stützmaterial (2) umfasst; wobei das Speicherelement ausgelegt ist, in einem ersten Betriebszustand elektrische Ladungsträger (e–, p) bereichsweise selektiv den Nanopartikeln (3) zuzuführen, und in einem zweiten Betriebszustand einen Abfluss der zugeführten Ladungsträger aus den Nanopartikeln (3) im Wesentlichen zu verhindern, wobei die zugeführten Ladungsträger (e–, p) eine Fluoreszenzeigenschaft der Nanopartikel (3) ändern, denen die elektrischen Ladungsträger in dem ersten Betriebszustand bereichsweise selektiv zugeführt wurden, so dass durch optische Anregung des Speicherelements feststellbar ist, wo während des ersten Betriebszustands die elektrischen Ladungsträger bereichsweise selektiv den Nanopartikeln (3) zugeführt wurden.Information store, comprising a storage element with a nanoparticle arrangement ( 50 ) containing a multiplicity of nanoparticles ( 3 ) and a supporting material surrounding the nanoparticles ( 2 ); wherein the memory element is designed, in a first operating state, to have electrical charge carriers (e - , p) partially selectively the nanoparticles ( 3 ), and in a second operating state, an outflow of the charge carriers from the nanoparticles ( 3 ), the supplied charge carriers (e - , p) having a fluorescence property of the nanoparticles ( 3 ), to which the electrical charge carriers were selectively supplied selectively in the first operating state, so that it is detectable by optical excitation of the storage element, where during the first operating state, the electrical charge carriers selectively selectively the nanoparticles ( 3 ) were supplied. Informationsspeicher gemäß Anspruch 1, wobei ein Energiebandverlauf durch die Nanopartikelanordnung (50) bezüglich der Ladungsträger innerhalb der Nanopartikel (3) lokale Minima aufweist, so dass in dem zweiten Betriebszustand zumindest ein Teil der zugeführten Ladungsträger in den Nanopartikeln (50) verbleiben, solange eine den zugeführten Ladungsträgern hinzugefügte Energiemenge nicht zur Überwindung eines das lokale Minimum umgebenden Energiewalls ausreicht, wobei in einem Nanopartikel (3) vorhandene zugeführte Ladungsträger eine strahlende Rekombination innerhalb des Nanopartikels reduzieren und dadurch die Fluoreszenzeigenschaften des Nanopartikels verändern, so dass sich ein Vorhandensein von zugeführten Ladungsträgern in dem Nanopartikel (3) durch ein Ausmaß einer Photolumineszenz, die auf der strahlenden Rekombination beruht, bei der optischen Anregung des Nanopartikels (3) feststellen lässt.Information store according to claim 1, wherein an energy band course through the nanoparticle arrangement ( 50 ) with respect to the charge carriers within the nanoparticles ( 3 ) has local minima, so that in the second operating state at least a part of the charge carriers in the nanoparticles ( 50 ) remain as long as an amount of energy added to the supplied charge carriers is not sufficient to overcome an energy gap surrounding the local minimum, wherein in a nanoparticle (in 3 ) existing charge carriers reduce a radiative recombination within the nanoparticle and thereby change the fluorescence properties of the nanoparticle, so that a presence of supplied charge carriers in the nanoparticle ( 3 ) by an extent of photoluminescence which is based on the radiative recombination, in the optical excitation of the nanoparticle ( 3 ). Informationsspeicher gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Stützmaterial (2) ein vorwiegend löcherleitendes Material oder ein vorwiegend elektronenleitendes Material oder ein isolierendes Material ist.An information storage according to claim 1 or 2, wherein the support material ( 2 ) is a predominantly hole-conducting material or a predominantly electron-conducting material or an insulating material. Informationsspeicher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nanopartikel (3) eine Bandlücke mit einer Breite zwischen 0,7 eV und 3,0 eV aufweisen.Information store according to one of the preceding claims, wherein the nanoparticles ( 3 ) have a band gap with a width between 0.7 eV and 3.0 eV. Informationsspeicher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Speicherelement ausgelegt ist, im ersten Betriebszustand bei Anlegen eines elektrischen Felds zu bewirken, dass die elektrischen Ladungsträger bereichsweise selektiv den Nanopartikeln (3) zugeführt werden.Information memory according to one of the preceding claims, wherein the memory element is designed, in the first operating state when applying an electric field, to cause the electrical charge carriers to be selectively guided to the nanoparticles ( 3 ). Informationsspeicher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Speicherelement ausgelegt ist, neben dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand einen dritten Betriebszustand anzunehmen, in dem das Speicherelement ausgelegt ist, gelöscht zu werden durch Anlegen eines löschenden elektrischen Feldes oder durch Bestrahlung mit intensivem, kurzwelligen UV-Licht und ein dadurch verursachtes Abfließen der zugeführten Ladungsträger aus den Nanopartikeln (3).An information storage according to any one of the preceding claims, wherein the storage element is adapted to accept, in addition to the first operating state and the second operating state, a third operating state in which the storage element is adapted to be extinguished by applying a quenching electric field or by irradiation with intense, short-wave UV Light and a resulting flow of the charged charge carriers out of the nanoparticles ( 3 ). Informationsspeicher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stützmaterial (2) ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus: Dielektrika, wie PMMA, PS, PC, PVDF, PA, PP, PE, PVC, Thermoplaste (PET, Polyetherketone), Duroplaste (Polyester, Formaldehydharze, Epoxidharze, Polyurethane); leitfähigen Materialien, wie Polyelektrolyte, PEDOT, BCP, TPD, PPy, TCNQ-Komplexe, PANI, PVK, Tetracen, Pentacen, Phthalocyanine, Polythiophene, PTCDA, MePTCDI, Chinacridon, Acridon, Indanthron, Flavanthron, Perinon, Alq3, P3HT, CNT's, wobei das Stützmaterial (2) das gewählte Material in reiner Form, in dotierter Form oder als Derivat umfasst.Information store according to one of the preceding claims, wherein the support material ( 2 ) comprises a material selected from: dielectrics, such as PMMA, PS, PC, PVDF, PA, PP, PE, PVC, thermoplastics (PET, polyether ketones), thermosets (polyesters, formaldehyde resins, epoxy resins, polyurethanes); conductive materials, such as polyelectrolytes, PEDOT, BCP, TPD, PPy, TCNQ complexes, PANI, PVK, tetracene, pentacene, phthalocyanines, polythiophenes, PTCDA, MePTCDI, quinacridone, acridone, indanthrone, flavanthrone, perinone, Alq3, P3HT, CNTs, the support material ( 2 ) comprises the selected material in pure form, in doped form or as a derivative. Informationsspeicher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nanopartikelanordnung (50) eine erste, zweite und dritte Schicht umfasst, wobei in der ersten Schicht Nanopartikel mit einer Größe in einem ersten Größenbereich überwiegen, in der zweiten Schicht Nanopartikel mit einer Größe in einem zweiten Größenbereich und in der dritten Schicht Nanopartikel mit einer Größe in einem dritten Größenbereich überwiegen.Information store according to one of the preceding claims, wherein the nanoparticle arrangement ( 50 ) comprises first, second and third layers, wherein in the first layer nanoparticles having a size in a first size range predominate, in the second layer nanoparticles having a size in a second size range and in the third layer nanoparticles having a size in a third size range predominate. Informationsspeicher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Elektrodenanordnung (1, 5), die ausgebildet ist, in dem ersten Betriebszustand ein elektrisches Feld in der Nanopartikelanordnung (50) zu erzeugen, so dass Ladungsträger zu den Nanopartikeln geführt werden und zumindest ein Teil davon als zugeführte Ladungsträger in den Nanopartikeln (3) als die zugeführten Ladungsträger verbleiben.Information store according to one of the preceding claims, further comprising an electrode arrangement ( 1 . 5 ), which is designed, in the first operating state, an electric field in the nanoparticle arrangement ( 50 ) so that charge carriers are guided to the nanoparticles and at least some of them as supplied charge carriers in the nanoparticles ( 3 ) remain as the charge carriers. Optischer Informationsträger umfassend einen Informationsspeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.Optical information carrier comprising an information storage according to one of claims 1 to 9. Optischer Informationsträger gemäß Anspruch 10, weiter umfassend eine Lichtquelle zur optischen Anregung des Speicherelements des Informationsspeichers.An optical information carrier according to claim 10, further comprising a light source for optically exciting the memory element of the information memory. Verwendung eines Informationsspeichers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 für ein passives Display.Use of an information storage according to one of claims 1 to 9 for a passive display. Vorrichtung zum Speichern von Informationen in einen Informationsspeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend eine Aufnahme (87), die ausgebildet ist, den Informationsspeicher (9) aufzunehmen; und eine Elektrodenanordnung (1, 5) umfassend zumindest eine strukturierte Elektrode (1), die ausgebildet ist, in Kontakt mit dem Informationsspeicher (9) zu kommen, wenn der Informationsspeicher in der Aufnahme (87) vorliegt, und bereichsweise selektiv ein elektrisches Feld in dem Informationsspeicher (9) zu erzeugen. Device for storing information in an information store according to one of claims 1 to 9, comprising a receptacle ( 87 ), which is designed to store the information ( 9 ); and an electrode assembly ( 1 . 5 ) comprising at least one structured electrode ( 1 ), which is designed to be in contact with the information store ( 9 ) when the information store in the recording ( 87 ) and selectively selectively an electric field in the information memory ( 9 ) to create. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Elektrodenanordnung eine Löschelektrode umfasst, die ausgebildet ist, den Informationsspeicher (9) einem stärkeren elektrischen Feld auszusetzen als dem zum Speichern der Informationen verwendeten elektrischen Feld, wobei die Löschelektrode sich zumindest in einer Dimension derart erstreckt, dass ein Löschen eines im Wesentlichen flächigen Speicherelements durch Auflegen oder Überstreichen des Speicherelements durch die Löschelektrode erfolgen kann, in dem die den Nanopartikeln zuvor zugeführten Ladungsträger mittels eines starken elektrischen Felds aus den Nanopartikeln im Wesentlichen entfernt werden.Device according to claim 13, wherein the electrode arrangement comprises an erase electrode which is designed to store the information memory ( 9 ) to a stronger electric field than the electric field used to store the information, wherein the extinguishing electrode extends at least in one dimension such that erasing of a substantially planar memory element can be done by applying or sweeping the memory element through the erase electrode, in which The charge carriers previously supplied to the nanoparticles are essentially removed from the nanoparticles by means of a strong electric field. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 14, weiter umfassend eine Strahlungsquelle zum Löschen des Informationsspeichers, die ausgelegt ist, eine höherenergetische elektromagnetische Strahlung in Richtung des Informationsspeichers auszusenden, deren Energie ausreicht, die den Nanopartikeln zuvor zugeführten Ladungsträger aus den Nanopartikeln zu entfernen.Device according to one of claims 13 to 14, further comprising a radiation source for erasing the information memory, which is designed to emit a higher energy electromagnetic radiation in the direction of the information store whose energy is sufficient to remove the nanoparticles previously supplied charge carriers from the nanoparticles. Verfahren zum Speichern von Informationen, umfassend: Bereitstellen einer Nanopartikelanordnung (50), welche eine Vielzahl von Nanopartikeln (3) und ein die Nanopartikel umgebendes Stützmaterial (2) umfasst; Erzeugung eines bereichsweise selektiven elektrischen Felds in der Nanopartikelanordnung (50), so dass den Nanopartikeln (3), die von dem bereichsweise selektiven elektrischen Feld erfasst werden, Ladungsträger zugeführt werden; Beenden der Erzeugung des bereichsweise selektiven elektrischen Felds, wobei die Nanopartikelanordnung (50) einen Abfluss der zugeführten Ladungsträger aus den Nanopartikeln (3) nach dem Beenden im Wesentlichen verhindert und wobei die zugeführten Ladungsträger eine Fluoreszenzeigenschaft der Nanopartikel (3) ändern, denen die elektrischen Ladungsträger während der Erzeugung des elektrischen Felds bereichsweise selektiv zugeführt wurden, so dass durch optische Anregung der Nanopartikelanordnung (50) feststellbar ist, wo in dem ersten Betriebszustand die elektrischen Ladungsträger bereichsweise selektiv den Nanopartikeln (3) zugeführt wurden.A method of storing information, comprising: providing a nanoparticle assembly ( 50 ) containing a multiplicity of nanoparticles ( 3 ) and a supporting material surrounding the nanoparticles ( 2 ); Generation of a partially selective electric field in the nanoparticle arrangement ( 50 ), so that the nanoparticles ( 3 ), which are detected by the partially selective electric field, charge carriers are supplied; Terminating generation of the partially selective electric field, wherein the nanoparticle assembly ( 50 ) an outflow of the charge carriers from the nanoparticles ( 3 ) is substantially prevented after quitting, and wherein the charge carriers supplied have a fluorescence property of the nanoparticles ( 3 ), to which the electrical charge carriers were selectively supplied in regions during the generation of the electric field, so that by optical excitation of the nanoparticle arrangement ( 50 ) is detectable, where in the first operating state, the electrical charge carriers selectively selectively the nanoparticles ( 3 ) were supplied. Verfahren gemäß Anspruch 16, werter umfassend: Erzeugung eines löschenden elektrischen Feldes oder einer löschenden höherenergetischen elektromagnetischen Strahlung in der Nanopartikelanordnung (50) zeitlich vor der Erzeugung des bereichsweise selektiven Felds.The method of claim 16, further comprising: generating a quenching electric field or a quenching higher energy electromagnetic radiation in the nanoparticle assembly ( 50 ) prior to generation of the area selective field. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 17, weiter umfassend: Erzeugung eines zweiten bereichsweise selektiven elektrischen Felds in der Nanopartikelanordnung (50), so dass den Nanopartikeln (3), die von dem zweiten bereichsweise selektiven elektrischen Feld erfasst werden, zusätzliche Ladungsträger zugeführt werden, wobei die Erzeugung des bereichsweise selektiven elektrischen Felds und des zweiten bereichsweise selektiven elektrischen Felds zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgt.Method according to one of claims 16 to 17, further comprising: generating a second area-selective electric field in the nanoparticle arrangement ( 50 ), so that the nanoparticles ( 3 ), which are detected by the second area-selective electric field, additional charge carriers are supplied, wherein the generation of the partially selective electric field and the second area-selective electric field takes place at different times.
DE102011076535A 2010-12-28 2011-05-26 Device for storing power supply information of e.g. TV, supplies electrical charge carriers to nanoparticles selectively in regions in specific operating state Withdrawn DE102011076535A1 (en)

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DE102011076535A DE102011076535A1 (en) 2011-05-26 2011-05-26 Device for storing power supply information of e.g. TV, supplies electrical charge carriers to nanoparticles selectively in regions in specific operating state
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