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4-2022

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Zeitschrift für Elektro-, Gebäude- und Sicherheitstechnik, Smart Home

Gebäudetechnik und

Gebäudetechnik und -automation Für den Durchblick: Transparente Displays Transparente Displays gibt es in verschiedenen Technologien. Trennscheibe an der Verkaufstheke (transparent, Quelle iStock 1250328832) Normale Displays beeindrucken mit ihrer Leuchtkraft, hohen Auflösung und brillanten Farben. Eines haben sie jedoch gemeinsam: Ausgeschaltet sieht man schwarz – man kann durch sie nicht hindurchsehen. Anders bei transparenten Displays. Sie gibt es in verschiedenen Technologien. Ähnlich einer Brille für Augmented Reality kann dies an einer Maschine den Durchblick auf das Werkstück erlauben oder in einem Schaufenster auf die Exponate und dabei zusätzliche Informationen zu diesen geben. Aufbau von Displays Ein Farbdisplay besteht aus einzelnen Pixeln. In der Regel wird jedes Pixel aus drei Subpixeln in den Primärfarben rot, grün und blau gebildet. Farbabstufungen werden durch Ansteuerung mit weniger als 100% Strom oder Spannung dargestellt. Die Bildelemente werden als Matrix zusammengeschaltet und zeilenweise angesteuert. In der Verdrahtungsebene befinden sich außer den Steuerinformationen für den Bildinhalt je nach Displaytyp auch die Stromversorgungsleitungen. Je mehr Leistung ein Bildelement für den Betrieb braucht, umso niederohmiger und damit massiver müssen sie ausgeführt werden. Beim Passiv-Matrix-LCD reicht das Anlegen einer Spannung, um die Flüssigkristallmoleküle zum Umschalten zu bewegen, bei Technologien wie LED muss ein Strom fließen, der die LED zum Leuchten bringt. Zunächst muss zwischen emissiven und modulierenden Display-Technologien unterschieden werden. Dabei ist gemeint, ob das Display selbst Licht emittiert oder das einer Lichtquelle, die von hinten strahlt, moduliert. Bild 1 zeigt die Struktur eines emissiven transparenten Displays. Das aktive Bild element nimmt nur eine kleine Fläche ein, da es selbst nicht transparent ist. Der Rest des Subpixels steht für die Ansteuer- und Versorgungsleitungen des Bildelements zur Verfügung. Mit der Dicke des Materials nimmt die Leitfähigkeit zu, die Transparenz allerdings ab. In Bild 2 ist die Pixelstruktur eines modulierenden Displays zu sehen. Um die Lichtquelle effizient auszunutzen, besteht der größte Teil des Subpixels aus dem modulierenden Teil. Bei Flüssigkristall-Displays befindet sich hier der Farbfilter. Jedes Subpixel wird über einen Transistor angesteuert, der einen Kondensator je nach Graustufe mit dem gewünschten Spannungspegel auflädt. Zwischen den Subpixeln befinden sich die Ansteuerleitungen. Die Abmessungen sind z.B. bei einem 55-Zoll-Display mit FHD- Auflösung (1920 x1 080) für ein Pixel 630 µm und ein Subpixel 210 µm, abzüglich der Gaps. Je nach Anwendung und Betrachtungsabstand werden unterschiedliche Technologien für Displays eingesetzt. Während Apple mit den „Retina“-Displays versucht, eine möglichst hohe Pixeldichte (Dot Pitch) bei minimalem Abstand zwischen den Pixeln (Gap) zu erzielen, ist es bei transparenten Displays genau umgekehrt: Die leuchtenden Pixel sind nicht transparent, aber der Raum zwischen ihnen kann transparent gestaltet werden. Apertur Darunter versteht man bei Displays den Bereich, aus dem das Licht austritt, im Verhältnis zur Gesamtgröße eines für ein Pixel genutzten Bereichs. Das emissive Display weist eine geringe aktive Fläche auf, aus der der Lichtstrom austritt. Dieses Design ist günstig für ein transparentes Display, bei dem die aktive Fläche undurchsichtig Autor; Rudolf Sosnowsky Leiter Technik bei HY-Line Computer Components Vertriebs GmbH www.hy-line-group.com ◄ Bild 1: Struktur eines modulierenden Displays ▲ Bild 2: Rechts, Zusammenhang zwischen Betrachtungsabstand und Pixel Pitch 8 Haus und Elektronik 4/2022

Gebäudetechnik und -automation Bild 3: Zusammenhang zwischen dem Abstand des Betrachters und dem notwendigen Abstand der Pixel eines Displays Bild 6: T-OLED im Museum (Quelle: LG Display). Das Objekt ist vor einem neutralen Hintergrund präsentiert und beleuchtet. Das OLED ist davor aufgebaut und dient als Frontscheibe einer Vitrine als Schutz. Gleichzeitig stellt es zusätzliche Informationen zum Exponat dar, die interaktiv über einen Touchscreen gesteuert werden können ist, da der größere Teil Licht von hinten durchfallen lässt. Beim modulierenden Display ist es umgekehrt, da dort die großen Flächen das durchfallende Licht sperren oder passieren lassen. Hier ist in jedem Pixel die für Transistor und Kondensator verwendete Fläche intransparent. Die für die Verdrahtung benötigten Flächen scheinen entweder permanent durch (bei einem transparenten Display) oder werden bei einem normalen TFT mit einem Schwarzdruck (black mask) lichtundurchlässig gemacht. Technologien transparenter Displays Die grundsätzliche Voraussetzung für Transparenz ist, dass die Displaytechnologie erlaubt, dass Licht durch das Panel hindurch fallen kann. Bei reflektiven TN wie im Taschenrechner oder ePaper ist dies nicht der Fall. Das Display kann dann einzelne Segmente ausblenden (z.B. TFT) oder Inhalte hinzufügen (transparentes OLED oder transparentes LED-Modul). - TFT Dünnfilm-Transistor-Displays basieren auf einer Halbleitertechnologie. Elektrische Felder beeinflussen die Lage von zwischen zwei Glasplatten eingeschlossenen Flüssigkristallen. Auf diese Zelle sind Polfilter laminiert, die Licht nur in einer Polarisationsrichtung durchlassen. Durch das Feld wird die Polarisationsrichtung durchfallenden Lichts pixelweise geändert, und es kann zum Auge des Betrachters gelangen. Die Lichtquelle befindet sich hinter dem Display, das Display selbst wirkt nur als Lichtventil. Wegen der vielen Schichten und Filter-Folien beträgt die Transmission eines TFTs deutlich weniger als 10%. Daher muss der Hintergrund sehr gut ausgeleuchtet werden, um ein akzeptabel helles Bild zu erzielen. Typische Anwendungen sind daher hinterleuchtete Vitrinen und Verkaufsautomaten, also Geräte, bei denen der Hersteller die Helligkeit der Beleuchtung selbst festlegen kann. Sharp beschreitet einen Sonderweg: das neu entwickelte transparente TFT wechselt nur zwischen der Darstellung einer Farbe und dem transparenten Zustand. Die spezielle Displaytechnologie erlaubt jedoch eine hohe Transparenz von 60%. Für Anwendungen, bei denen der Hauptzweck des Displays in der Umschaltung zwischen transparent und undurchsichtig liegen, ist dies ideal. Es gibt zwei Varianten: eine, die ohne Energie transparent ist, und eine, die undurchsichtig ist. Bistabil ist sie nicht. - T-OLED Bei Stromfluss durch die Materialien eines OLEDs rekombinieren Elektronen und Löcher. Die dabei freiwerdende Energie tritt als sichtbares Licht aus. Unterschiedliche Materialpaarungen sorgen für unterschiedliche Wellenlängen, die als verschiedene Farben wahrgenommen werden. OLEDs sind nicht transparent, bei der normalen Bauform emittieren die Pixel das Licht durch das Substrat hindurch, wodurch die Helligkeit reduziert wird. Bei einem transparenten OLED besteht die Herausforderung, die Leitungen auf dem Display so auszuführen, dass sie gleichzeitig transparent und elektrisch leitfähig sind. Im Vergleich mit TFT müssen diese auch einen Stromfluss übertragen können, damit die OLED-Elemente leuchten. Im Unterschied zu TFT, die Bild 4: Anordnung mehrerer Displays Bild 5: Vergleich der Technologien Haus und Elektronik 4/2022 9

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