Integration & Anwendungen

Die vorangegangenen Kapitel zu LED, Laserdiode und Photodiode behandelten diese als einzelne Bauelemente – in der Praxis funktionieren sie jedoch fast nie isoliert, sondern als Glieder einer Übertragungskette: Sender (LED oder Laserdiode) → Übertragungsmedium (Glasfaser oder freier Raum) → Empfänger (Photodiode). Diese Kette macht deutlich, warum die Materialwahl dieser Bauelemente so eng gekoppelt war: Ein InGaAsP-DFB-Laser bei 1,55 µm ergibt nur dann ein funktionierendes System, wenn am anderen Ende eine InGaAs-Photodiode mit passender Responsivität in genau diesem Wellenlängenfenster sitzt – Sender und Empfänger sind kein zufälliges Materialpaar, sondern eine aufeinander abgestimmte Systemkomponente.

Bei der Systemauslegung addieren sich die Wirkungsgrade und Verluste jeder Stufe: die Wall-Plug-Efficiency des Senders, die Einkoppeleffizienz in die Faser (typischerweise der verlustreichste Schritt bei Kantenemittern, ein Grund für die zunehmende VCSEL-Nutzung mit ihrem runden, gut koppelbaren Strahlprofil), die Faserdämpfung über die Streckenlänge sowie schließlich die Empfängerempfindlichkeit der Photodiode. Die Leistungsbilanz (Link-Budget) aus Sendeleistung minus aller Verluste muss am Ende oberhalb der minimal detektierbaren Leistung der Photodiode liegen – reicht die Marge nicht aus, kommen Zwischenverstärker (optische Faserverstärker) oder empfindlichere APD-Empfänger zum Einsatz.

In der Displaytechnik kommen LEDs in mehreren, technisch grundverschiedenen Rollen zum Einsatz. Bei klassischen LCD-Bildschirmen dient eine Reihe weißer InGaN-LEDs lediglich als Hintergrundbeleuchtung – die eigentliche Bildinformation entsteht durch nachgeschaltete Flüssigkristallzellen, die das LED-Licht pixelweise durchlassen oder blockieren. Bei OLED-Displays hingegen ist jedes Pixel selbst ein Lichtemitter: organische Halbleiterschichten emittieren direkt Licht, wodurch sich Kontrast (echtes Schwarz durch vollständiges Abschalten einzelner Pixel) und Blickwinkelstabilität deutlich verbessern – allerdings zulasten von maximaler Helligkeit und Langzeitstabilität gegenüber anorganischen Halbleitern.

µLED-Displays verfolgen einen dritten Ansatz: Statt organischer Emitter werden winzige, anorganische InGaN/AlGaInP-LED-Chips (Kantenlänge oft unter 50 µm) direkt als individuell ansteuerbare Pixel verwendet – dieselbe, aus dem LED-Kapitel bekannte Halbleitertechnologie, nur massiv miniaturisiert und in extrem hoher Stückzahl auf ein Trägersubstrat übertragen ("Mass Transfer", einer der größten Fertigungsengpässe dieser Technologie). µLEDs vereinen dadurch die Kontrastvorteile selbstemittierender Pixel mit der Helligkeit, Lebensdauer und Materialstabilität anorganischer III-V-Halbleiter, sind aber wegen der Fertigungskomplexität aktuell noch auf Premium-Anwendungen und große Displaydiagonalen beschränkt.