Display und Optoelektronik

Was ist ein Display?

Ein Display ist ein Gerät zur visuellen Darstellung von Informationen. In manchen Fällen, zum Beispiel bei elektronischen Displays für Blinde, verfügt ein Display auch über eine tastbare Komponente. Handelt es sich bei dem Input um ein elektronisches Signal beliebiger Art, wird das Gerät als elektronisches Display bezeichnet. Displays gibt es in vielen verschiedenen Varianten.

Ein Segment-Display in der Lage, alphanumerische Zeichen oder Ziffern anzuzeigen. Ihr Name geht darauf zurück, dass sie über eine bestimmte Anzahl verschiedener Segmente verfügen, die zur Darstellung des jeweiligen Zeichens entsprechend ein- oder ausgeschaltet werden. In den meisten Fällen sind diese Segmente aus Flüssigkristallen oder LEDs gefertigt. Zu den Anwendungen, bei denen diese Displays am häufigsten zum Einsatz kommen, zählen Taschenrechner, digitale Wecker und Digitaluhren. Von Digitaldisplays sind zahlreiche Untereinheiten verfügbar, darunter Displays mit sieben, vierzehn oder sechzehn Segmenten sowie der HD44780 LCD-Controller.

Zweidimensionale Displays sind anders. Sie sind in aller Regel, jedoch nicht immer, etwas größer. Ebenso füllen sie einen kompletten Bereich aus, oftmals in rechteckiger oder quadratischer Form. Eine etwas geläufigere Bezeichnung hiervon ist Video-Display. Diese Displays stellen die einzige Möglichkeit zum Abspielen von Videos dar. Sie finden diese Displays in TV-Geräten und Computer-Monitoren sowie in Monitoren im medizinischen Bereich. Weitere Displays sind Monitore für medizinische Anwendungen und Rundfunk-Referenzmonitore.

Allein bei Displays dieser Art kamen im Laufe der Zeit viele verschiedene Technologien zum Einsatz. Bis vor einigen Jahren waren Röhrenmonitore (sogenannte CRT-Monitore) eine der am geläufigsten Technologien für Video-Displays. Einige der allerersten Displays waren Röhrenmonitore, die im Jahr 1922 zum ersten Mal im Handel erhältlich waren. Röhrenmonitore enthielten darüber hinaus die Technologie für die ersten Fernsehgeräte.

Mittlerweile sind jedoch zahlreiche andere Optionen erhältlich. Hierzu zählen LEDs (Licht-emittierende Dioden), ELD (Elektrolumineszenz-Displays), LCD (Flüssigkristallanzeigen), OLED (Displays mit organischen Leuchtdioden) und PDP (Plasmabildschirme). Ebenso sind dreidimensionale Displays erhältlich.

Die Technologie in Video-Displays schreitet rasant voran und lässt bereits neue Ableger erahnen. Hierzu zählen Kohlenstoffnanoröhrchen, Quanten-Displays und Laser-TV.

Wie funktioniert ein Display?

Bestimmte Arten von Displays funktionieren geringfügig anders als andere Displays – je nach dem, welche Technologie zum Einsatz kommt. Der grundlegende Prozess zur Verarbeitung von Informationen unterscheidet sich bei allen Displays jedoch nur marginal.

Die Displays müssen ohne Verzögerung Echt-Zeit-Feedback auf die eingehenden Informationen liefern. Die einfachste Methode, dies in Aktion zu sehen, finden Sie in dem Monitor Ihres Computers. Bewegen Sie die Maus oder drücken Sie Tasten der Tastatur, senden Sie Informationen in Form von elektronischen Signalen an den Computer, der diese dann verarbeitet. Dabei werden die Informationen direkt an das Display weitergeleitet. In einem solchen Fall spricht man von einem Monitor und Sie können die gewünschten Aktionen ohne Verzögerung auf dem Bildschirm sehen.

Dasselbe gilt für Displays von Digitaluhren. Ändert sich die Zeit oder verstellen Sie das Datum oder ähnliches, erhält das Gerät neue Informationen. In der Folge verändert sich die Anzeige entsprechend, um diese neuen Informationen darstellen zu können.

Was ist Optoelektronik?

Der Bereich Optoelektronik befasst sich damit, wie elektrische Energie in Licht gewandelt werden kann und umgekehrt. Ein solcher Effekt kann mit Hilfe von Halbleitern erzielt werden. Ein Halbleiter ist ein festes, kristallines Material, dessen Leitfähigkeit sich zwischen der von Metallen und Isolatoren einordnet. Die physikalischen Eigenschaften von Halbleitern können durch viele verschiedene Einflüsse verändert werden, mitunter durch verschiedene Arten und Intensitäten von Licht und Elektrizität. Dabei ist besonders wichtig, dass auch solche Formen von Licht, die der Mensch mit bloßem Auge nicht wahrnehmen kann, die Eigenschaften von Halbleitern beeinflussen können.

Eines der besten Beispiele für Optoelektronik ist der sogenannte photoelektrische Effekt. Dieser Effekt zählt zu den ersten Entdeckungen in der Physik mit Bezug zu der Kopplung von Licht und Elektrizität. Der Effekt beschreibt, dass sich Elektronen von der Oberfläche bestimmter Materialien lösen können, sobald diese Materialien eine ausreichende Menge an Licht aufgenommen haben. Die Bewegung der Elektronen erzeugt daraufhin einen elektrischen Strom. Dies ist der heutigen Technologie von Solarenergie sehr ähnlich. Dabei regt der – bei vielen Solaranlagen auftretende – Photovoltaik-Effekt ebenfalls die Bewegung der Elektronen an, die dann wiederum einen elektrischen Strom zur Versorgung einzelner Geräte erzeugen kann.

Ein somit erzeugter Strom kann entweder sofort verwendet werden oder aber gespeichert werden.

Ein weiterer wichtiger Effekt im Bereich Optoelektronik ist die sogenannte Elektrolumineszenz. Diese kommt bei zahlreichen verschiedenen Displays zum Einsatz. Wird ein elektrischer Strom an bestimmte Materialien angelegt, führt dies dazu, dass sich „Elektronen in energiereichem Zustand mit Elektronenlöchern verbinden und einen stabileren und energieärmeren Zustand annehmen“. Wenn dies erfolgt, wird Energie in der Form von Licht freigegeben. Bei einem LED-Fernseher können Sie diesen Effekt jedes Mal beobachten, wenn Sie das Gerät einschalten. Andere Geräte mit diesem Elektrolumineszenz-Effekt sind Fahrzeugarmaturen, Verkehrsampeln und das eine oder andere Verkehrsschild.

Die dritte Möglichkeit zur Verwendung von Optoelektronik ist die sogenannte Photokonduktivität. Dieser Effekt beschreibt die Zunahme der Leitfähigkeit eines Materials, wenn es mit Licht in Berührung gerät. Kopiergeräte, zum Beispiel, verwenden diese Technologie. Wird die photokonduktive Oberfläche des Geräts mit dem gewünschten Bild auf einem Papier und dem entsprechenden Licht gekoppelt, formiert sich das Tintenpulver genau so, dass das Bild auf einem anderen Papier abgebildet wird. Diese Technologie basiert auf dem Unterschied zwischen der beleuchteten Fläche und dem Bild selbst.

Heutzutage sind zahlreiche Geräte und Anwendungen mit optoelektronischen Effekten im Umlauf. Man findet sie in nahezu jedem Bereich unseres modernen Alltags, darunter Computer, Kommunikationstechnologie, Fotografie, medizinische Geräte, Bildgebungstechnologie und mehr.

Was sind die Effekte von Quantenmechanik?

Quantenmechanik und Optoelektronik sind eng miteinander verknüpft. Dabei stellen die Effekte der Quantenmechanik auf die Funktion von Licht in elektronischen Komponenten - vor allen Dingen in Halbleitern - letztlich die Grundlage für Optoelektronik dar.

In welcher Form sind Displays und Optoelektronik erhältlich?

Im Folgenden werden einige der zahlreichen verschiedenen Displays auf dem heutigen Markt und diverse Optoelektronik-Geräte vorgestellt.

·         Displays und Industriemonitore – Displays sind in vielen verschiedenen Arten und Designs erhältlich, mitunter als LED-Display, Video-Display (wie Fernseher und Computer-Monitore) und als althergebrachter Röhrenmonitor. Diese Geräte können darüber hinaus auch in den Bereich Industriemonitore fallen. Aufgrund des industriellen Umfelds müssen Industriemonitore jedoch allgemein robuster gestaltet sein, um ihrem Gebrauch und den jeweiligen Bedingungen standhalten zu können. Manche dieser Monitore verfügen für bestimmte Funktionen zum Beispiel über LCD-Panels oder Touchscreens. Ebenso sind Outdoor-Displays und Panel-Monitore verfügbar, die vielen verschiedenen Umwelteinflüssen standhalten können.

 

·         Faseroptische Komponenten – Faseroptische Komponenten stellten das Kommunikationsnetzwerk auf den Kopf und sind aus der heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. Diese kleinen Leerrohre unterstützen alle möglichen Signale und können diese wesentlich schneller übertragen als alle anderen Leitungen. Dadurch, dass sie aus Glas gefertigt sind, erfahren die Signale keinerlei Widerstand oder ähnliches. Viele verschiedene Branchen sind inzwischen von Kupferdrähten und ähnlichem auf diese Glasfaserleitungen umgestiegen. Zu den bedeutsamsten Bereichen hiervon zählen Kommunikationstechnologie (Internet- und Telefonleitungen), Kabelfernsehen und Netzwerktechnologie. Diese Entwicklung wächst stetig an und mehr und mehr Branchen steigen auf faseroptische Komponenten dieser Art um.

 

·         Emitter und Receiver – Emitter sind eine Quelle von Lichtenergie im infraroten Bereich. Sie kommen zum Beispiel in Form von LEDs, die die Signale einer Fernbedienung an das jeweilige Gerät übertragen. Receiver hingegen sind genau die Geräte, die das jeweilige Signal empfangen und die gewünschte Aktion durchführen. Fernbedienungen von Fernsehern zur Änderung des Programms oder der Lautstärke sind ein gutes Beispiel hierfür. Dies ist jedoch lediglich ein IR-Emitter von vielen. Diese Komponenten werden heutzutage in vielen verschiedenen Produkten und Branchen eingesetzt, mitunter auch im Bereich Automotive.

 

·         Lasermodule und Komponenten – diese Module und Komponenten eignen sich ideal für allerlei Anwendungen, bei denen kleine Geräte mit geringem Stromverbrauch benötigt werden. Lasermodule und Komponenten sind vor allen Dingen für wissenschaftliche Instrumente von Bedeutung, können jedoch auch zur Bildverarbeitung sowie zur Erzeugung von Laserstrahlen eingesetzt werden. Diese Laser sind in zahlreichen verschiedenen Formen, Ausgangsleistungen und Wellenlängen einsatzbereit erhältlich.

 

·         LED-Leuchtmelder & Zubehör – ein LED-Leuchtmelder kann Sie auf Fehler in elektrischen oder mechanischen Systemen hinweisen. Dabei leuchtet eine Warnleuchte entweder blinkend oder dauerhaft auf. Ein gutes Beispiel hierfür sind die Warnleuchten in den Instrumenten von Fahrzeugen. Diese Leuchtmelder sind in der Regel mit einem Symbol an oder neben der Warnleuchte selbst ausgestattet, die Ihnen die Suche nach dem fehlerhaften System erleichtert.

 

·         LED-Beleuchtungssysteme – LED-Beleuchtungssysteme bestehen aus zahlreichen Komponenten; eine davon ist die Leuchte selbst, die in vielen verschiedenen Formen, Designs und Größen verfügbar ist. LED-Module eignen sich für die Hintergrundbeleuchtung von diversen Schildern und Displays sowie für viele weitere Beleuchtungsanwendungen. Weitere Komponenten von LED-Displays sind Lichtleisten, Lichtbänder und Wandflutern. Darüber hinaus benötigt ein solches System einen Netzanschluss. Beleuchtungsregler, wie zum Beispiel Dimmschalter, können ebenso Teil von LED-Beleuchtungssystemen sein.

 

·         LEDs und LED-Zubehör – LEDs sind Licht-emittierende Dioden und besonders wichtig für diverse Displays. Die Halbleiter-basierte Lichtquelle ist heutzutage ein wesentlicher Bestandteil zahlreicher Geräte, darunter Lampen, intelligente Leuchten und Lichtquellen diverser Bildverarbeitungssysteme. LEDs und LED-Zubehör sind bereits seit Jahren in Fahrzeug- und Flugzeugscheinwerfern, Verkehrsampeln und vielem mehr im Einsatz. Sie bieten zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Beleuchtungssystemen - so verbrauchen sie weniger Energie und können länger verwendet werden.

 

·         Optokoppler – Optokoppler hören auf viele verschiedene Namen, darunter Fotokoppler, Opto-Isolator und optischer Isolator. Dabei handelt es sich um passive optische Bauelemente, die die Übertragung von Daten in Glasfaserleitungen zusammenführen oder auftrennen können. Optokoppler sind in der Lage, Signale über Lichtwellen zu übertragen. Ziel von Optokopplern ist es, zu verhindern, dass die an einem Bereich des Schaltkreises anliegende Hochspannung zu Beschädigungen an einem anderen Bereich führt. Diese Geräte verfügen über ihre eigene Lichtquelle, die das eingehende Signal in Licht umwandelt. Eingesetzt werden sie insbesondere in der Audio- und Musikindustrie. Ebenso findet man sie in Kommunikationsgeräten, Fotokopierern, Lichtmessgeräten und manchen Anlagen im Bereich industrielle Automation.

 

·         Fotodetektoren – diese Geräte können elektromagnetische Energie in Form von Licht wahrnehmen. Dies ist dadurch möglich, dass die Protonen von Licht eine Art elektromagnetischer Energie darstellen. Fotodetektoren können mechanischer, biologischer - in Form von Pflanzen - und chemischer Natur sein. Zu den am weitesten verbreiteten Anwendungen dieser Technologie heutzutage zählen Laser-gestützte Sicherheitssysteme. Dabei sind Fotodetektoren in der Lage, Licht mit Hilfe von Lasertechnologie zu erkennen. Wird ein solcher Laserstrahl unterbrochen, zum Beispiel durch einen Einbrecher, würde das System einen Alarm auslösen. Ein gutes Beispiel für chemische Fotodetektoren sind Filmrollen. Dabei werden Bilder mit Hilfe von Licht auf die Filmrolle gedruckt; diese Bilder müssen dann in einer Dunkelkammer entwickelt werden, damit bei dem Film nicht erneut eine chemische Reaktion durch Licht auftritt - denn dies würde den Film zerstören.

·         Lichtschranken – Lichtschranken sind Teil eines optoelektronischen Systems. Sie bestehen aus einem optischen Emitter, einem Detektor und einem Verstärker, und sind dazu da, eine Lichtquelle ganz oder teilweise zu unterbrechen. Lichtschranken ermöglichen es, einen Schaltkreis durch optische Eingriffe ein- und auszuschalten. Jedes Objekt im Bereich einer solchen Schranke unterbricht den Infrarotstrahl, sodass der jeweilige Schaltkreis ein- oder ausgeschaltet wird. Ein Vorteil dieser Geräte ist zum Beispiel die Geschwindigkeit, mit der sie agieren können.