Flachbildschirme (FPDs) haben sich zum Standard für zukünftige Fernsehgeräte entwickelt. Dies ist ein allgemeiner Trend, jedoch existiert weltweit keine einheitliche Definition. Im Allgemeinen sind diese Displays dünn und sehen aus wie flache Scheiben. Es gibt viele verschiedene Arten von Flachbildschirmen. Je nach Anzeigemedium und Funktionsprinzip lassen sie sich in Flüssigkristallanzeigen (LCDs), Plasma-Displays (PDPs), Elektrolumineszenz-Displays (ELDs), organische Elektrolumineszenz-Displays (OLEDs), Feldemissions-Displays (FEDs), Projektionsdisplays usw. unterteilen. Viele FPD-Geräte werden aus Granit gefertigt, da Granit als Maschinenbasis eine höhere Präzision und bessere physikalische Eigenschaften aufweist.
Entwicklungstrend
Im Vergleich zu herkömmlichen Kathodenstrahlröhren (CRT) bieten Flachbildschirme Vorteile wie geringe Dicke, niedriges Gewicht, geringen Stromverbrauch, geringe Strahlung, Flimmerfreiheit und gesundheitliche Vorteile. Sie haben die CRT in den weltweiten Verkaufszahlen überholt. Bis 2010 sollte das Verhältnis der Verkaufswerte beider Technologien voraussichtlich 5:1 erreichen. Im 21. Jahrhundert werden Flachbildschirme zum Standardprodukt im Displaybereich avancieren. Laut Prognosen des renommierten Marktforschungsunternehmens Stanford Resources wird der globale Markt für Flachbildschirme von 23 Milliarden US-Dollar im Jahr 2001 auf 58,7 Milliarden US-Dollar im Jahr 2006 ansteigen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 20 % in den folgenden vier Jahren entspricht.
Displaytechnologie
Flachbildschirme werden in aktive und passive Leuchtdioden (LEDs) unterteilt. Aktive Leuchtdioden sind Anzeigegeräte, deren Anzeigemedium selbst Licht emittiert und sichtbare Strahlung erzeugt. Beispiele hierfür sind Plasma-Displays (PDP), Vakuumfluoreszenz-Displays (VFD), Feldemissions-Displays (FED), Elektrolumineszenz-Displays (LED) und organische Leuchtdioden-Displays (OLED). Passive Leuchtdioden hingegen emittieren kein eigenes Licht, sondern nutzen ein durch ein elektrisches Signal moduliertes Anzeigemedium. Dadurch verändern sich dessen optische Eigenschaften, das Umgebungslicht und das Licht einer externen Stromversorgung (Hintergrundbeleuchtung, Projektionslichtquelle) wird moduliert und auf dem Bildschirm dargestellt. Beispiele für solche Anzeigegeräte sind Flüssigkristallanzeigen (LCD), mikroelektromechanische Displays (DMD) und elektronische Tinten-Displays (EL).
LCD
Flüssigkristallanzeigen lassen sich in passive Matrix-Flüssigkristallanzeigen (PM-LCD) und aktive Matrix-Flüssigkristallanzeigen (AM-LCD) unterteilen. Sowohl STN- als auch TN-Flüssigkristallanzeigen zählen zu den passiven Matrix-Flüssigkristallanzeigen. In den 1990er-Jahren entwickelte sich die Technologie der aktiven Matrix-Flüssigkristallanzeigen rasant, insbesondere die der Dünnschichttransistor-Flüssigkristallanzeigen (TFT-LCD). Als Nachfolger der STN-Technologie bietet sie die Vorteile einer schnellen Reaktionszeit und flimmerfreien Darstellung und findet breite Anwendung in Laptops und Workstations, Fernsehern, Camcordern und tragbaren Videospielkonsolen. Der Unterschied zwischen AM-LCD und PM-LCD besteht darin, dass AM-LCDs über Schaltelemente in jedem Pixel verfügen. Dadurch werden Übersprechen vermieden und eine hohe Kontrast- und Auflösungsdarstellung ermöglicht. Moderne AM-LCDs nutzen amorphe Silizium-TFT-Schaltelemente (a-Si) und Speicherkondensatoren, wodurch hohe Graustufen und eine naturgetreue Farbdarstellung erreicht werden. Der Bedarf an hoher Auflösung und kleinen Pixeln für hochauflösende Kamera- und Projektionsanwendungen hat die Entwicklung von P-Si-TFT-Displays (Dünnschichttransistoren) vorangetrieben. Die Mobilität von P-Si ist 8- bis 9-mal höher als die von a-Si. Die geringe Größe von P-Si-TFTs eignet sich nicht nur für hochauflösende Displays mit hoher Dichte, sondern ermöglicht auch die Integration von Peripherieschaltungen auf dem Substrat.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LCDs für dünne, leichte, kleine und mittelgroße Displays mit geringem Stromverbrauch geeignet sind und in elektronischen Geräten wie Notebooks und Mobiltelefonen weit verbreitet eingesetzt werden. 30- und 40-Zoll-LCDs wurden erfolgreich entwickelt und sind teilweise bereits im Einsatz. Dank der Massenproduktion von LCDs sinken die Kosten kontinuierlich. Ein 15-Zoll-LCD-Monitor ist bereits für 500 US-Dollar erhältlich. Die zukünftige Entwicklung zielt darauf ab, die Kathodenbildschirme von PCs zu ersetzen und LCD-Fernseher zu integrieren.
Plasma-Display
Plasma-Displays sind eine Leuchtdioden-Displaytechnologie, die auf dem Prinzip der Gasentladung (z. B. in der Atmosphäre) basiert. Sie vereinen die Vorteile von Kathodenstrahlröhren, werden aber auf sehr dünnen Strukturen gefertigt. Die gängigste Größe liegt bei 40 bis 42 Zoll. Produkte mit 50 und 60 Zoll befinden sich in der Entwicklung.
Vakuumfluoreszenz
Ein Vakuumfluoreszenzdisplay ist ein in Audio-/Videogeräten und Haushaltsgeräten weit verbreitetes Display. Es handelt sich um ein Trioden-Elektronenröhren-Vakuumdisplay, bei dem Kathode, Gitter und Anode in einer Vakuumröhre eingeschlossen sind. Die von der Kathode emittierten Elektronen werden durch die an Gitter und Anode angelegte positive Spannung beschleunigt und regen den auf der Anode aufgebrachten Leuchtstoff zur Lichtemission an. Das Gitter besitzt eine Wabenstruktur.
Elektrolumineszenz)
Elektrolumineszenzdisplays werden mittels Festkörper-Dünnschichttechnologie hergestellt. Zwischen zwei leitfähigen Platten befindet sich eine Isolierschicht, auf die eine dünne Elektrolumineszenzschicht aufgebracht wird. Das Bauelement verwendet zink- oder strontiumbeschichtete Platten mit breitem Emissionsspektrum als Elektrolumineszenzkomponenten. Die Elektrolumineszenzschicht ist 100 Mikrometer dick und erzielt die gleiche Bildschärfe wie ein OLED-Display. Die typische Ansteuerspannung beträgt 10 kHz, 200 V Wechselspannung, was einen teureren Treiber-IC erfordert. Ein hochauflösendes Mikrodisplay mit aktiver Array-Ansteuerung wurde erfolgreich entwickelt.
geführt
LED-Displays bestehen aus einer Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs), die einfarbig oder mehrfarbig sein können. Dank hocheffizienter blauer LEDs lassen sich mittlerweile großflächige, vollfarbige LED-Displays herstellen. LED-Displays zeichnen sich durch hohe Helligkeit, hohe Effizienz und lange Lebensdauer aus und eignen sich daher für großflächige Außendisplays. Mittelklasse-Displays für Monitore oder PDAs (Handheld-Computer) können mit dieser Technologie jedoch nicht gefertigt werden. Der monolithische LED-Chip kann aber als monochromatisches virtuelles Display eingesetzt werden.
MEMS
Dies ist ein Mikrodisplay, das mithilfe von MEMS-Technologie hergestellt wird. Bei solchen Displays werden mikroskopische mechanische Strukturen durch die Verarbeitung von Halbleitern und anderen Materialien mit Standard-Halbleiterprozessen gefertigt. In einem digitalen Mikrospiegelbauelement besteht die Struktur aus einem Mikrospiegel, der von einem Scharnier gehalten wird. Die Scharniere werden durch Ladungen auf den Platten betätigt, die mit einer der darunterliegenden Speicherzellen verbunden sind. Der Durchmesser jedes Mikrospiegels entspricht in etwa dem eines menschlichen Haares. Dieses Bauelement wird hauptsächlich in tragbaren Projektoren und Heimkino-Projektoren eingesetzt.
Feldemission
Das Grundprinzip eines Feldemissionsdisplays (FED) entspricht dem einer Kathodenstrahlröhre: Elektronen werden von einer Platte angezogen und kollidieren mit einem auf der Anode aufgebrachten Leuchtstoff, wodurch Licht emittiert wird. Die Kathode besteht aus einer Vielzahl winziger Elektronenquellen, die in einem Array angeordnet sind, also aus einem Pixel und einer Kathode. Wie Plasmadisplays benötigen auch FEDs hohe Betriebsspannungen von 200 V bis 6000 V. Aufgrund der hohen Produktionskosten der Fertigungsanlagen haben sie sich jedoch bisher nicht als gängige Flachbildschirmtechnologie durchgesetzt.
organisches Licht
Bei organischen Leuchtdioden-Displays (OLEDs) wird ein elektrischer Strom durch eine oder mehrere Kunststoffschichten geleitet, um Licht zu erzeugen, das anorganischen Leuchtdioden ähnelt. Das bedeutet, dass für ein OLED-Bauelement lediglich ein Schichtsystem auf einem Substrat benötigt wird. Da organische Materialien jedoch sehr empfindlich gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff sind, ist eine Versiegelung unerlässlich. OLEDs sind aktive Leuchtdioden und zeichnen sich durch hervorragende Lichteigenschaften und einen geringen Stromverbrauch aus. Sie bieten großes Potenzial für die Massenproduktion im Rolle-für-Rolle-Verfahren auf flexiblen Substraten und sind daher sehr kostengünstig herzustellen. Die Technologie findet vielfältige Anwendung, von einfacher monochromatischer Flächenbeleuchtung bis hin zu vollfarbigen Videografikdisplays.
Elektronische Tinte
E-Ink-Displays werden durch Anlegen eines elektrischen Feldes an ein bistabiles Material gesteuert. Sie bestehen aus einer Vielzahl mikroversiegelter, transparenter Kugeln mit einem Durchmesser von jeweils etwa 100 Mikrometern, die eine schwarze, gefärbte Flüssigkeit und Tausende von weißen Titandioxidpartikeln enthalten. Wird ein elektrisches Feld an das bistabile Material angelegt, wandern die Titandioxidpartikel je nach ihrem Ladungszustand zu einer der Elektroden. Dadurch leuchtet das Pixel auf oder erlischt. Da das Material bistabil ist, bleiben Informationen über Monate erhalten. Da sein Betriebszustand durch ein elektrisches Feld gesteuert wird, lässt sich der Displayinhalt mit sehr geringem Energieaufwand ändern.
Flammenlichtmelder
Flammenphotometrischer Detektor FPD (Flammenphotometrischer Detektor, kurz FPD)
1. Das Prinzip der FPD
Das Prinzip der Flammenphotoelektronenspektroskopie (FPD) beruht auf der Verbrennung der Probe in einer wasserstoffreichen Flamme. Dabei werden die schwefel- und phosphorhaltigen Verbindungen nach der Verbrennung durch Wasserstoff reduziert, wodurch die angeregten Zustände S₂* (S₂) und HPO* (HPO) entstehen. Die beiden angeregten Substanzen emittieren beim Übergang in den Grundzustand Spektren um 400 nm und 550 nm. Die Intensität dieses Spektrums wird mit einem Photomultiplier gemessen und ist proportional zum Massenstrom der Probe. Die FPD ist ein hochempfindlicher und selektiver Detektor, der häufig zur Analyse von Schwefel- und Phosphorverbindungen eingesetzt wird.
2. Die Struktur von FPD
Die Flammenphotometrie (FPD) kombiniert Flammenionisationsdetektor (FID) und Photometer. Sie wurde ursprünglich als Einflammen-FPD entwickelt. Um die Nachteile der Einflammen-FPD zu beheben, wurde nach 1978 die Zweiflammen-FPD entwickelt. Sie verfügt über zwei separate Luft-Wasserstoff-Flammen. Die untere Flamme wandelt die Probenmoleküle in Verbrennungsprodukte um, die relativ einfache Moleküle wie S₂ und HPO enthalten. Die obere Flamme erzeugt lumineszierende Fragmente im angeregten Zustand, wie z. B. S₂* und HPO*. Ein Sichtfenster ist auf die obere Flamme gerichtet, und die Intensität der Chemilumineszenz wird mit einem Photomultiplier gemessen. Das Sichtfenster besteht aus Hartglas, die Flammendüse aus Edelstahl.
3. Die Leistungsfähigkeit des FPD
Der FPD ist ein selektiver Detektor zur Bestimmung von Schwefel- und Phosphorverbindungen. Seine Flamme ist wasserstoffreich, und die Luftzufuhr reicht nur aus, um mit 70 % des Wasserstoffs zu reagieren. Dadurch ist die Flammentemperatur niedrig genug, um angeregte Schwefel- und Phosphorfragmente zu erzeugen. Die Durchflussraten von Trägergas, Wasserstoff und Luft haben einen großen Einfluss auf den FPD, daher muss die Gasflussregelung sehr stabil sein. Die Flammentemperatur zur Bestimmung schwefelhaltiger Verbindungen sollte etwa 390 °C betragen, um angeregtes S₂* zu erzeugen. Zur Bestimmung phosphorhaltiger Verbindungen sollte das Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis zwischen 2 und 5 liegen und je nach Probe angepasst werden. Trägergas und Zusatzgas müssen ebenfalls optimal eingestellt werden, um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen.
Veröffentlichungsdatum: 18. Januar 2022