Wissenswertes zu Anzeigen & Displays
Damit Informationen aus dem Inneren elektronischer Geräte nach aussen zum Benutzer übermittelt werden können, werden Anzeigen benötigt. Das können knappe Informationen sein wie das Rechenergebnis bei einem Taschenrechner oder das Messergebnis eines Multimeters oder komplexe Informationen wie die bewegten, farbigen Bilder eines Musikvideos, die dazu noch mit einer Audiowiedergabe gekoppelt sind. Moderne Elektronik ist ohne Anzeigen, Displays, Monitore und Bildschirme aller Art nicht denkbar.
Anzeigen dienen der optischen Übermittlung von Informationen. Eine andere Bezeichnung ist Display. Grössere Anzeigen werden auch Bildschirm genannt. Sie zählen zu den Schnittstellen zwischen Bediener (Mensch) und Maschine (Technik) und sind zu finden als:
- Bedienelemente an Geräten und Maschinen,
- Fernsehbildschirm oder Computermonitor,
- an Mobilgeräten wie Smartphones, Tablets oder Notebooks,
- an Navigationsgeräten
- und in vielen anderen Anwendungen.
Welche Arten von Displays gibt es?
Zum einen gibt es Ziffern- oder digitale Displays, die in der Regel als Zeilen- oder Matrixanzeige realisiert werden. Sie eignen sich besonders, wenn nur kurze Informationen übermittelt werden müssen.
Zeilendisplays sind einfache Matrixanzeigen mit zwei bis vier Zeilen, die aus einzelnen Bildpunkten in einer Matrix aus horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten bestehen. Die einzelnen Bildpunkte sind durch die Angabe einer Zeilen- und einer Spaltennummer eindeutig definiert.
Je nach der verwendeten Anzeigetechnologie, zum Beispiel LCD (Flüssigkristalldisplay) oder LED (Leuchtdiode), kann ein Bildpunkt zwei oder mehrere Graustufen sowie Farben annehmen. In der einfachsten Variante ist ein Bildpunkt innerhalb der Displayfläche sichtbar oder unsichtbar, also schwarz oder weiss. Je nachdem, wie fein die Anzeige gerastert ist, also die Bildpunkte angeordnet sind, können durch die Ansteuerung mehrerer Punkte aus benachbarten Bildpunkten der Matrix grafische Muster oder Zeichen zusammengesetzt werden.
Matrixanzeigen, die nur einfache Buchstaben- oder Ziffernfolgen anzeigen sollen, etwa für Messwerte (beispielsweise Temperaturanzeigen), werden oft als Sieben-Segment-Anzeige realisiert. Sie besteht aus sieben Segmenten in darauf abgestimmter Form, die die Darstellung von Zahlen und einfach gestalteten Buchstaben ermöglichen. Ein bekanntes Beispiel dafür sind die Anzeigen von Taschenrechnern mit linienförmigen Segmenten. Matrixanzeigen lassen sich im 4- oder 8-Bit-Modus mit wenigen Zeilen Bitcode über eine serielle Schnittstelle programmieren. Aufgrund dieser Einfachheit werden sie immer noch gern für das Bedienen und Überwachen von Prozessparametern in Maschinen, Anlagen und Gebäuden verwendet.
Ein Bildschirm ist ein sehr universell verwendbares Anzeigeinstrument, das als Braunsche Röhre vektor- und rasterorientiert angesteuert werden kann. Flüssigkristallanzeigen (LCD-Anzeigen) werden als Matrizen rasterförmig angesteuert.
Bei LCDs und OLEDs werden zwei Arten der Ansteuerungstechnik unterschieden: Passiv-Matrix-Anzeigen und Aktiv-Matrix-Anzeigen (TFT-Displays). Eine Ansteuerschaltung, die üblicherweise als integrierter Schaltkreis (IC, integrated circuit) realisiert wird, kontrolliert die einzelnen Bildpunkte der Matrix. Neben der Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte gehört auch ein Zeichengenerator zu dieser Ansteuerschaltung.
Darstellungstechniken für Anzeigen
Displays nutzen unterschiedliche Darstellungstechniken. Dazu zählen:
- Feldemissionsdisplays (FED)
- Flüssigkristalldisplays (LCD) und Dünnschichttransistordisplay (TFT-LCD)
- Kathodenstrahl-Röhrendisplays (CRT)
- Plasmabildschirme
- Organische Leuchtdioden (OLED)
- Surface-Conduction-Electron-Emission-Displays (SED)
Davon spielen zurzeit vor allem Flüssigkristallanzeigen (LCD, liquid crystal display) und Organische Leuchtdioden-Displays (OLED, organic light emitting diode) eine Rolle.
Flüssigkristall-Displays (LCD-Displays)
Ihr Funktionsprinzip beruht darauf, dass Flüssigkristalle die Polarisationsrichtung von Licht beeinflussen, wenn ein bestimmtes Mass an elektrischer Spannung angelegt wird. LCD-Bildschirme sind aus Segmenten zusammengesetzt, die unabhängig voneinander ihre Transparenz ändern können. Durch die Anordnung transparenter und nicht oder weniger transparenter Segmente können optisch erkennbare Muster und Zeichen gebildet werden. Dazu wird die Ausrichtung der Flüssigkristalle in jedem Segment mithilfe von elektrischer Spannung gesteuert und so ihre Durchlässigkeit für polarisiertes Licht verändert. Polarisationsfilter im Display erzeugen polarisiertes Licht. Bei reflektierenden Anzeigen ist dieses Licht das einfallende Umgebungslicht, bei Anzeigen im Transmissionsmodus ist es eine integrierte Hintergrundbeleuchtung.
LCD-Bildschirme können gleichmässig gerasterte Bildsegmente haben, die Pixeln entsprechen, um beliebige Bildinhalte darstellen zu können, oder, wenn nur bestimmte Inhalte dargestellt werden sollen, Segmente in einer darauf abgestimmten Form, wie beim Sieben-Segment-Display, das vom Taschenrechner bekannt ist.
LCD-Displays kommen bei elektronischen Geräten verschiedenster Art zum Einsatz, zum Beispiel bei:
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| leichte, flache Bauweise mit geringer Einbautiefe | Auflösung nicht veränderbar durch festgelegte Bildpunkte |
| geringer Energieverbrauch | Bildpunkte können ausfallen/fehlerhaft sein |
| strahlungsarm | |
| flimmer- und verzerrfrei |
Frühere Nachteile wie geringer Kontrast und relativ lange Schaltzeiten spielen dank des technischen Fortschritts keine Rolle mehr.
OLED-Displays
Bei einer organischen Leuchtdiode (OLED, organic light emitting diode) handelt es sich um ein leuchtendes Dünnschicht-Bauelement aus organischen halbleitenden Materialien. Der Unterschied zu den herkömmlichen anorganischen Leuchtdioden (LED) besteht darin, dass die elektrische Stromdichte und Leuchtdichte geringer ist und keine einkristallinen Materialien erforderlich sind. Organische Leuchtdioden lassen sich daher kostengünstiger in Dünschichttechnik herstellen als herkömmliche LEDs, sie haben jedoch eine geringere Lebensdauer und auch eine geringere Lichtausbeute.
OLED-Technologie wird für Bildschirme in Smartphones und Tablets, aber auch grossflächiger in TV-Bildschirmen und Computermonitoren genutzt. Sie kann auch für grossflächige Raumbeleuchtung verwendet werden. Ihre speziellen Materialeigenschaften ermöglichen zudem eine Verwendung für biegsame Bildschirme.
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| benötigen keine permanente Hintergrundbeleuchtung | geringere Lebensdauer |
| geringer Energieverbrauch | geringere Lichtausbeute |
| schnelle Reaktionszeit | müssen hermetisch verkapselt und vor Umwelteinflüssen (Wasser und Sauerstoff) geschützt werden |
| kostengünstige Herstellung |
Mit ihrem geringen Energieverbrauch eignen OLEDs sich ideal für den Einsatz in kleinen Mobilgeräten wie Smartphones oder Notebooks, da sie den Akku weniger beanspruchen.
7-Segment-Anzeigen und Punkt-Matrix-Anzeigen: Sie finden in erster Linie als Informationsdisplay an elektronischen Geräten, Maschinen und Anlagen Verwendung. Anzeigen dieser Art gibt es in unterschiedlichen Grössen und Ausführungen. Die Ziffernanzahl ist begrenzt, verbreitet sind 7-Segment-Displays mit 1-4 Ziffern.
Abbildung: True Components 7-Segment-Anzeige mit 2 Ziffern
Kleine Informationsdisplays wie dieses zweizeilige alphanumerische Punkt-Matrix-Display eignen sich für Handgeräte.
Abbildung: Weiss-blaues LCD-Display
Grössere Displays wie dieses OLED-Display eignen sich zur Anzeige komplexerer Informationen.
Abbildung: Gelb-schwarzes OLED-Display
Solche Grafik-Module sind mit Controller und Daten-RAM ausgestattet und bieten verschiedene Schnittstellenoptionen. Für die Anzeige von differenzierten vielfarbigen Grafiken und Videos eignen sich beispielsweise TFT-LCD-Bildschirmmodule in verschiedenen Größen.
Abbildung: TFT-LCD-Modul, 4,3 Zoll mit 24-Bit RGB-Interface RTP
Als Zubehör für Anzeigen und Displays wäre Elektronik zur Ansteuerung zu nennen, etwa Mess-Signalgeber und Akkus, aber auch Einbauzubehör wie Frontrahmen oder Filterscheiben, Hintergrundbeleuchtung oder Leuchtfolien. Passende LCD-Inverter und Buchsenleisten sind ebenfalls erhältlich.