Elektrolumineszenz Ungewöhnliche Gestaltungsmöglichkeiten mit transparenten EL-Displays

Autor / Redakteur: Frank Dornscheidt* / Andreas Mühlbauer

Elektrolumineszenz-Displays sind langlebig und hell. Die aktuellen Entwicklungen ermöglichen es, auch transparente EL-Displays herzustellen. Dadurch erschließen sich neue Möglichkeiten für den Einsatz und die Produktgestaltung.

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Im Film „Sag niemals nie“ sitzt James Bond seinem Widersacher Largo an einem Tisch gegenüber. Die beiden trennt eine Glasscheibe in der Mitte des Tisches. Ein virtuelles Schlachtfeld erscheint inmitten der transparenten Glasscheibe. Mit imaginären Laserstrahlen können nun beide auf die abgebildeten Objekte zielen und dabei ihren Gegner beobachten.

Ist dieses durchsichtige Display nun einer von den vielen fantasievollen Effekten aus Hollywood oder durchaus technisch machbar? 1983, als der Film entstand, wäre dies nicht möglich gewesen, heute indes kein Problem mehr.

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Elektrolumineszenz-Displays sind seit langem in der elektronischen Anzeigewelt bewährt. Planar Systems entwickelt und produziert seit 1985 die zu Grunde liegende Thin-Film-Electroluminescent-Technologie (TFEL). Die Herstellung erfolgt mittels des ALD-Verfahrens (Atomic Layer Deposition).

Ein EL-Display besteht aus einem festen Glaskörper und ist daher in hohem Maße gegen Stöße und Vibrationen resistent. Auf Grund der Robustheit und der optischen Eigenschaften kommen EL-Displays da zum Einsatz, wo besonders gute Ableseeigenschaften gefordert sind. Die Anwendungen sind vielfältig und reichen vom Einsatz beim Militär und im Transportwesen bis zu medizinischen Produkten wie Beatmungsgeräten und Defibrillatoren.

Die selbstleuchtenden Displays haben einen aus allen Richtungen nahezu uneingeschränkten Blickwinkel. Ihre emittierende Phosphorschicht liegt unmittelbar unter der Displayoberfläche, sodass es auch mechanisch keine Einschränkungen gibt. Die ALD-Technologie ermöglicht einen Abstand von 0,05 mm zwischen den einzelnen Pixeln beziehungsweise Segmenten. Die Displayfläche ist sehr homogen, daher sind keine Helligkeitsunterschiede der Pixel sichtbar. Mit der so genannten ICE-Brite-Technologie lässt ich ein Kontrast von 300:1 erzielen.

Theoretisch arbeiten EL-Displays auch bei –70 °C genauso schnell wie bei Raumtemperatur – ihre Schaltzeiten liegen unter 1 ms. Einzig die Ansteuerelektronik grenzt den Temperaturbereich ein, sodass die meisten Panel in einem Bereich von –40 bis 85 °C spezifiziert sind. EL-Displays sind äußerst langlebig. Eine interne Langzeitstudie ergab, dass nach 100.000 Betriebsstunden – das sind mehr als 11 Jahre – ein Helligkeitsverlust von weniger als 20% der Ausgangshelligkeit messbar ist.

Transparenz erschließt neue Möglichkeiten

Eine ganz andere Eigenschaft dieser Technologie erlaubt ungewöhnliche Gestaltungsmöglichkeiten: Die Displays lassen sich nahezu lichtdurchlässig fertigen. In Abhängigkeit von der Stärke der Leuchtschicht und der verwendeten Elektroden lässt sich eine Lichtdurchlässigkeit von bis zu 85% erreichen. Damit sind sie annähernd so transparent wie normales Fensterglas, das im sichtbaren Spektralbereich eine Lichtdurchlässigkeit von rund 90% hat.

Mit dem transparenten Ansatz ergeben sich neue Möglichkeiten für die EL-Technologie, die besonders für den Konsumgütermarkt interessant sind. Beispielsweise können Displays dort installiert werden, wo man sie nicht erwartet oder wo der Einblick in eine bestimmte Mechanik oder einen geschlossenen Prozess gegeben werden soll. Dieser Überraschungseffekt lässt sich für designorientierte Produkte aus unterschiedlichen Bereichen wie Haushalt, AV, Automotive oder Gebäudemanagement nutzen.

Ebenfalls interessante Möglichkeiten bieten Anwendungen, in denen gekrümmte Gläser oder auch flexible Substrate zum Einsatz kommen. Effektvolle Ergebnisse verspricht weiterhin der Einsatz von verspiegeltem Glas und farbigen Hinterleuchtungen.

Technisch betrachtet stellt es kein Problem dar, auch Displays mit sehr großer Fläche herzustellen. Momentan beschränkt sich die Produktion aus verfahrenstechnischen Gründen auf Bildschirmdiagonalen bis zu 10,4?.

Die Markterwartungen für die transparenten EL-Displays sind sehr gut. Projekte mit mehr als 100.000 Einheiten scheinen realistisch. Das langfristige Potenzial wird voraussichtlich bei mehr als 1 Mio. Displays liegen. Voraussetzung dafür, dass sich diese am Markt etablieren, sind moderate Preise. Dies lässt sich bei den großen Stückzahlen im Konsumgüterbereich und durch die vollautomatisierte ALD-Fertigung erreichen.

Funktionsweise von Elektrolumineszenz-Displays

Beim EL-Display wird eine phosphorisierende Schicht auf einen Glaskörper (typ. Dicke: 1,1 mm) zwischen zwei Elektroden aufgedampft. Diese Konstruktion wird mit einem Frontglas zu einem festen Glaskörper verschmolzen. Die Leuchtschicht besteht aus einer mit Mangan angereicherten Zinksulfid-Verbindung.

Legt man eine Spannung von etwa 200 VAC an, werden die Mangan-Moleküle zum Leuchten angeregt. Die Spannung kann sowohl sinusförmig als auch pulsgeneriert sein. Dabei wird ein gelbes Licht mit einer dominanten Wellenlänge von 581,7 nm emittiert.

Die Helligkeit ist proportional zur Frequenz. Diese reicht üblicherweise bis 250 Hz bei Matrix-Displays. Segment- beziehungsweise symbolbasierte Displays können mit höherer Frequenz betrieben werden.

Beim transparenten Elektrolumineszenz-Ansatz werden die metallischen Elektroden durch transparente Indium-Zinn-Oxid-Elektroden ersetzt und weitere reflektierende Elemente entfernt. Statt des Licht emittierenden Dünnfilms (Standard Thinfilm) kommt hierbei ein streuungsarmer Film (Non-Scattering Film) zum Einsatz. Die Leuchtdichte ist dabei etwas geringer, die Transparenz liegt jedoch bei 84%.

*Frank Dornscheidt ist Account Manager Central Europe bei Planar Systems.

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