Technische Optik in der Praxis
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7 Optoelektronik-Komponenten<br />
Optoelektronik-Komponenten stellen Wandler dar, die bei optischer Bestrahlung<br />
e<strong>in</strong>en elektrischen Strom o<strong>der</strong> e<strong>in</strong>e elektrische Spannung erzeugen bzw.<br />
bee<strong>in</strong>flussen o<strong>der</strong> umgekehrt optische Strahlung bei Strom- o<strong>der</strong> Spannungsbetrieb<br />
abgeben bzw. modulieren. Im folgenden werden die Pr<strong>in</strong>zipien [1,2]<br />
und Eigenschaften aktueller Lichtemitterdioden, LED- und LC-Displays, Fotodetektoren<br />
und CCD-Sensoren betrachtet.<br />
Zu den strahlenden Optoelektronik-Komponenten gehören vor allem die<br />
Lichtemitterdioden (LEDs), die <strong>in</strong> vielfältigen Formen und Farben angeboten<br />
werden. LEDs eignen sich zum Aufbau von strahlenden Displays. Displays aus<br />
Flüssigkristallen (LCDs) benötigen dagegen e<strong>in</strong>e zusätzliche Lichtquelle.<br />
Fotodetektoren erfassen optische Strahlung und können durch sehr unterschiedliche<br />
Halbleiterstrukturen realisiert werden. In Zeilen- und Matrixanordnung<br />
stehen für die Bildaufnahme ladungsgekoppelte Bauelemente –<br />
CCD-Sensoren – zur Verfügung.<br />
7.1 Lichtemitterdioden<br />
7.1.1 Pr<strong>in</strong>zip<br />
E<strong>in</strong>e Lichtemitterdiode – auch Lum<strong>in</strong>eszenzdiode, Leuchtdiode o<strong>der</strong> nur LED<br />
nach light emitt<strong>in</strong>g diode genannt – ist e<strong>in</strong>e spezielle Halbleiterdiode. E<strong>in</strong>e<br />
elektrische Spannung <strong>in</strong> Durchlaßrichtung erhöht die Ladungsträgerdichten<br />
(Elektronen und Defektelektronen bzw. Löcher) an den Rän<strong>der</strong>n <strong>der</strong> Sperrschicht<br />
<strong>der</strong> Diode. Diese Ladungsträger rekomb<strong>in</strong>ieren <strong>in</strong> <strong>der</strong> Nähe <strong>der</strong> Sperrschicht.<br />
Bei LEDs erfolgt die Rekomb<strong>in</strong>ation unter Abgabe von Photonen, <strong>der</strong><br />
optischen Strahlung. In Abb. 7.1 wird dieser Vorgang veranschaulicht.<br />
Die Elektronen strömen getrieben von <strong>der</strong> äußeren Spannung U zur Sperrschicht<br />
<strong>der</strong> Halbleiterdiode und diffundieren <strong>in</strong> das p-Gebiet. Die Löcher<br />
strömen von <strong>der</strong> an<strong>der</strong>en Seite auf die Sperrschicht zu und diffundieren <strong>in</strong><br />
das n-Gebiet <strong>der</strong> Diode. Beim Aufe<strong>in</strong>an<strong>der</strong>treffen von Elektron und Loch<br />
kommt es zur Rekomb<strong>in</strong>ation. Das Ladungsträgerpaar Elektron und Loch<br />
verschw<strong>in</strong>det unter Abgabe e<strong>in</strong>es Photons.<br />
Die strahlende Rekomb<strong>in</strong>ation liegt bei Halbleitermaterialien vor, bei denen<br />
e<strong>in</strong> direkter Übergang vom Energieband <strong>der</strong> Elektronen (Leitungsband)<br />
zum Energieband <strong>der</strong> Löcher (Valenzband) möglich ist. Die Wellenlänge <strong>der</strong><br />
abgegebenen Strahlung (die Leuchtfarbe bei sichtbarer Strahlung) hängt vom
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