Elektrolumineszenz: Displays mit Durchblick

Manchmal gerät eine Technologie in Vergessenheit, weil eine andere technisch überlegen ist. Und dann hat auf einmal jemand eine neue Idee dazu, und sie lebt überraschend wieder auf – zumindest in Spezialanwendungen. So die Elektrolumineszenz-Displays. Mit ihrer hohen Transparenz eignen sie sich sehr gut für Anwendungen, wo sie kräftig ins Auge fallen, aber den Hintergrund nicht verdecken sollen.

Die Lichterzeugung durch ein elektrisches Wechselfeld ist bereits seit 1936 bekannt. Man braucht dazu bestimmte Kristalle wie z.B. Zinksulfid, mit geeigneten Zusatzstoffen dotiert. In den 80er Jahren zeigte sich die Eignung für ­Displays und das Prinzip kam zur Produktionsreife, in den 90ern setzte ein gewisser Markterfolg ein. Die Elektronik hatte damals vielfach darüber berichtet (Elektronik 1982, H. 17, S. 78; Elektronik 1984 H. 10 S. 80; Elektronik 1990, H. 21, S. 29 und Elektronik 1996, H. 5, S. 16). Auf einem Glassubstrat sitzen entweder Einzelsegmente oder eine Passiv-Matrix aus gekreuzten Streifenelektroden, dazwischen dielektrische Schichten und das lumineszierende Material. Die erforderliche Spannung liegt je nach gewünschter Helligkeit zwischen etwa 80 V und 200 V.

Der Erfolg hielt aber nur so lange an, wie die anderen Technologien noch nicht so weit waren. Mit dem Siegeszug der LCDs – vollfarbig, Aktiv-Matrix – fielen die einfarbig gelben EL-Displays ins Hintertreffen, trotz einiger besonderer Vorzüge: extrem weiter Temperaturbereich von –100 bis +100 °C, sehr hohe Resistenz gegen Feuchtigkeit, Stöße und Vibrationen, gestochen scharfe Darstellung, breiter Blickwinkel, kurze Ansprechzeit unter 1 ms und lange Lebensdauer – nach 100.000 Stunden noch 85 % der Anfangshelligkeit. Die Entwicklung von vollfarbigen scheiterte an der mangelhaften Qualität des blauen Leuchtstoffs. So fanden sich nur wenige Nischenanwendungen in Industrie, Medizin und Militär, auch in den ICE-Zügen der ersten Generation, alles keine großen Stückzahlen. Die meisten Hersteller gaben auf, einer der wenigen bis zuletzt verbliebenen war Planar in Finnland.

Planar hat dann 2012 die ganze Abteilung an die Firma Beneq verkauft, die sich auf die Herstellung von dünnen Schichten aller Art spezialisiert hat, ebenfalls bei Helsinki ansässig. Dort hat man die Technologie noch einmal grundlegend überarbeitet und eine ganz neue Anwendung gefunden, wo sie eindeutige Vorteile gegenüber allen anderen hat:

transparente Displays. Im Idealfall eine Glas- oder Kunststoffplatte, im ausgeschalteten Zustand voll durchsichtig, im eingeschalteten Zustand mit leuchtenden Segmenten oder Matrixpunkten, von beiden Seiten her sichtbar. Sie erhielten den Namen TASEL (für „transparent electroluminescent“); der eigens dafür eingerichtete neue Geschäftsbereich nennt sich „Lumineq“ (www.lumineq.com). Das physikalische Prinzip ist das alte, aber in der Ausführung deutlich verbessert. Die Farbe ist nach wie vor gelb, bei der Helligkeit erreichen die Serienprodukte jetzt bis zu 1000 cd/m², Labormuster sogar 2000 cd/m² (Bild 1).

Informationen ins Blickfeld rücken

In einer Spezialanwendung sind diese Displays allen anderen überlegen: wenn Informationen mitten ins Blickfeld eingeblendet werden sollen, ohne dass der Hintergrund verdeckt wird.

Also ideal für Warnmeldungen, die unübersehbar ins Auge springen, wenn sie eingeschaltet werden, aber im ausgeschalteten Zustand fast unsichtbar sind, etwa auf Fensterscheiben (Bild 2), Glastüren, durchsichtigen Schutzgas-Boxen oder auch im Auto auf der Windschutzscheibe (Bild 3). Im Gegensatz zu den derzeitigen Projektionssystemen mit Spiegelung an der Scheibe benötigt ein auf diese aufgeklebtes EL-Display überhaupt kein Bauvolumen im Armaturenbrett. Im Prinzip lassen sich auch mit anderen Technologien transparente Displays realisieren. Jedoch ist deren Lichtdurchlässigkeit im ausgeschalteten Zustand sehr viel niedriger. Monochrom-LCDs liegen bei 40 %, vor allem wegen der Polarisatoren. Farb-LCDs sind hier in der Praxis schon gar nicht zu gebrauchen; sie kommen nur auf klägliche 10 % oder noch weniger, weil zusätzlich die Farbfilter sehr viel Licht schlucken. OLEDs liegen zwischen 40 und 70 %. Die TASEL-Displays übertreffen mit mehr als 80 % alle anderen bei weitem. Zum Vergleich: Eine normale Glasplatte hat etwa 90 %. Es gibt Versionen mit Einzelsegmenten nach Kundenspezifikation oder auch als Matrix: große mit 256 × 120 Pixeln auf 230 × 108 mm², Leistungsaufnahme 17 bis 36 W, oder kleine mit 160 × 80 Pixeln auf 80 × 40 mm², Leistungsaufnahme 2 bis 4 W. Höhere Pixel-Auflösungen sind im Prinzip möglich, sehr hohe Multiplex-Verhältnisse würden aber auf Kosten der Helligkeit gehen. Von der früher zeitweise verwendeten Aktiv-Matrix-Ansteuerung ist man wieder abgekommen. Neben der Standardfarbe Gelb ist auf Sonderwunsch auch Grün möglich, allerdings mit geringerer Helligkeit, nur 300 bis 500 cd/m². Rot und Blau sind nicht zufriedenstellend machbar, vollfarbige Versionen sind demnach nicht in Sicht. Zur Versorgung brauchen die Displays 24 V und 5 V. Für Interessenten sind Demokits sind verfügbar.