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FlĂŒssigkristallanzeige
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Eine FlĂŒssigkristallanzeige oder ein FlĂŒssigkristallbildschirm (englisch liquid-crystal display, kurz: LCD oder LC-Display) ist eine Anzeige oder ein Bildschirm (engl. display), dessen Funktion darauf beruht, dass FlĂŒssigkristalle die Polarisationsrichtung von Licht beeinflussen, wenn ein bestimmtes Maß an elektrischer Spannung angelegt wird.

LCDs bestehen aus Segmenten, die unabhĂ€ngig voneinander ihre Transparenz Ă€ndern können. Dazu wird mit elektrischer Spannung in jedem Segment die Ausrichtung der FlĂŒssigkristalle gesteuert. Damit Ă€ndert sich die DurchlĂ€ssigkeit fĂŒr polarisiertes Licht. Polarisiertes Licht wird mittels Polarisationsfiltern erzeugt, welche entweder einfallendes Umgebungslicht bei reflektierenden Anzeigen oder Licht einer Hintergrundbeleuchtung bei Anzeigen im Transmissionsmodus filtern. Soll ein Display beliebige Inhalte darstellen können, sind die Segmente in einem gleichmĂ€ĂŸigen Raster angeordnet (siehe Pixel). Bei GerĂ€ten, die nur bestimmte Zeichen darstellen sollen, haben die Segmente oft eine speziell darauf abgestimmte Form, so bei der Sieben-Segment-Anzeige zur Darstellung von Zahlen (siehe auch Matrixanzeige). Eine Weiterentwicklung ist das Aktiv-Matrix-Display, das zur Ansteuerung eine Matrix von DĂŒnnschichttransistoren (engl. thin-film transistor, TFT) enthĂ€lt. Bei Flachbildschirmen dominiert diese Technik seit etwa 2005.

In der Werbung wird seit etwa 2009 hĂ€ufig von LED-Fernsehern gesprochen. Dabei handelt es sich oft um FlĂŒssigkristallbildschirme (LCDs) zur Bilddarstellung, bei denen zur Hintergrundbeleuchtung LEDs eingesetzt werden (LED-Backlight). Bildschirme mit organischen Leuchtdioden (OLEDs) als Anzeigeelemente anstelle von LCDs sind fĂŒr großflĂ€chige FernsehgerĂ€te seit Mitte der 2010er Jahre erhĂ€ltlich.

LCDs finden Verwendung an vielen elektronischen GerÀten, etwa in der Unterhaltungselektronik, an MessgerÀten, Mobiltelefonen, Digitaluhren und Taschenrechnern. Auch bestimmte Head-up-Displays und Videoprojektoren arbeiten mit dieser Technik.

Contents

‱ Geschichte
‱ Formeln
‱ Produktion
‱ Siehe auch
‱ Literatur
‱ Weblinks
‱ Quellen

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Geschichte

Im Jahre 1861 veröffentlichte der französische Mathematiker und Physiker Gabriel LamĂ© sein Buch Leçons sur la thĂ©orie analytique de la chaleur, in dem er die These vertrat, an kristallisierenden Lösungen bildeten sich „concamĂ©rations polyedriques“ („vielflĂ€chige Wölbungen“). Diese Annahme erschien jedoch zunĂ€chst fremdartig.cite-ref-1[1]cite-ref-2[2]

1888 entdeckte der Botaniker Friedrich Reinitzer bei der Analyse von Cholesterylbenzoat ein bis dahin unbekanntes PhĂ€nomen: Beim Übergang der Substanz von dem festen in den flĂŒssigen Zustand zeigte sich zunĂ€chst eine trĂŒbe, relativ viskose FlĂŒssigkeit, die erst bei weiterer Temperaturerhöhung am KlĂ€rpunkt zu einer klaren FlĂŒssigkeit wechselte.cite-ref-hiroshisa-kawamoto-3-0[3] Da Reinitzer keine ErklĂ€rung fĂŒr diese Anomalie fand, wandte er sich an den Physiker Otto Lehmann, der dieser Art von Stoffen spĂ€ter den Terminus fliessende Krystalle bzw. tropfbar flĂŒssige Krystalle gab.cite-ref-4[4] 1904 veröffentlichte Lehmann sein Hauptwerk FlĂŒssige Kristalle.cite-ref-otto-lehmann-5-0[5] Im Jahre 1906 hielt er auf der Versammlung der Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Ärzte in Stuttgart einen Vortrag ĂŒber FlĂŒssigkristalle mit dem Titel Lebende Kristalle.cite-ref-6[6]

Im Jahre 1911 beschrieb Charles Mauguin die Struktur und die Eigenschaften von FlĂŒssigkristallen.cite-ref-david-dunmur-tim-sluckin-7-0[7] 1917 untersuchte Yngve BjörnstĂ„hl die optischen Eigenschaften von FlĂŒssigkristallen unter Einwirkung eines elektrischen Feldes.cite-ref-8[8] 1936 erhielt die britische Marconi’s Wireless Telegraph Co. Ltd. ein Patent auf die erste praktische Anwendung der Technologie als FlĂŒssigkristall-Lichtventil.cite-ref-david-dunmur-tim-sluckin-7-1[7]cite-ref-9[9] 1962 erschien die erste wichtige englischsprachige Publikation ĂŒber Molekulare Struktur und Eigenschaften von FlĂŒssigkristallen (Original: Molecular Structure and Properties of Liquid Crystals) von George William Gray.

Pionierarbeiten ĂŒber FlĂŒssigkristalle wurden in den spĂ€ten 1960er Jahren vom britischen Radar Research Establishment in Malvern geleistet. Das dortige Team unterstĂŒtzte die fortschreitenden Arbeiten von George William Gray, der mit seinem Team an der UniversitĂ€t Hull in Kingston upon Hull (England) schließlich flĂŒssigkristalline Cyanobiphenyl-Verbindungen synthetisierte, die die Anforderungen bezĂŒglich StabilitĂ€t und Temperaturverhalten fĂŒr LCD erfĂŒllten.cite-ref-hiroshisa-kawamoto-3-1[3]

Das erste funktionierende LCD basierte auf dem dynamischen Streumodus (engl. dynamic scattering mode, DSM) und wurde 1968 in den USA von einer Gruppe bei der Radio Corporation of America (RCA) unter der Leitung von George H. Heilmeier eingefĂŒhrt. Die Firma Optel, ein Spin-off von RCA, entwickelte einige LCDs nach diesem Prinzip.cite-ref-benjamin-gross-10-0[10]

Am 4. Dezember 1970 meldeten Martin Schadt und Wolfgang Helfrich, damals im Central Research Laboratory der Firma Hoffmann-LaRoche tĂ€tig, das erste Patent ĂŒber die „nematische Drehzelle“ (auch TN-Zelle, Schadt-Helfrich-Zelle, twisted nematic field effect) in der Schweiz an.cite-ref-11[11] Das Patent wurde in 21 LĂ€ndern erteilt, nicht jedoch in Deutschland.

Am 22. April 1971 reichte James Fergason von der Kent State University in den USA seine Patentanmeldung ĂŒber den twisted nematic field effect in FlĂŒssigkristallen eincite-ref-12[12] und stellte 1971 in seiner Firma ILIXCO, die seit 2005 LXD Incorporated heißt, LCD mit dieser Technik her. Sie ersetzten schnell die schlechteren DSM-Typen.

Überlegungen, welche in Aktiv-Matrix-Displays verwendet werden, entstanden bei der Konzeption von FlĂŒssigkristall-Balkenanzeigen (engl. bar graph displays). So wurde 1971 ein LC-Matrixdisplay fĂŒr Balkenanzeigen bei der Firma Brown, Boveri & Cie, Baden, Schweiz, entwickelt, wobei jedem LC-Segment eine Diode (nichtlineares Element) vorgeschaltet und ein zusĂ€tzlicher Kondensator als Speicherelement parallelgeschaltet wurde.cite-ref-13[13] Am 28. Juni 1973 wurde in den USA eine Anordnung zur Balkenanzeige zum Patent angemeldet, bei welcher Interdigital-Elektroden auf nur einer Glasplatte angebracht werden, um ein elektrisches Feld parallel zu der Glasplatte zu erzeugen und die FlĂŒssigkristalle in einer Ebene umzuorientieren (in-plane switching, IPS, siehe Anzeigetypen).cite-ref-14[14]

Am 7. Juli 1983, mit einer ErgĂ€nzung vom 28. Oktober 1983, reichten H. Amstutz und seine Miterfinder des Forschungszentrums der Firma Brown, Boveri & Cie, Baden, Schweiz, eine Patentanmeldung ein,cite-ref-15[15] welche die Basis fĂŒr Super-Twisted Nematic STN-LCD bildete (siehe Anzeigetypen). Mit STN-LCD ließen sich erstmals monochrome, passive Matrixanzeigen mit ausreichender Auflösung fĂŒr einfache Bilddarstellungen realisieren (siehe Darstellung einer Weltkarte im Abschnitt Elektronische Ansteuerung). Dieses Patent wurde in vielen LĂ€ndern erteilt. Vor allem asiatische Hersteller wurden Lizenznehmer (weltweit ĂŒber 60).

Am 9. Januar 1990 meldeten G. Baur und seine Miterfinder der Fraunhofer-Gesellschaft in Freiburg i. Br. ein Patent in Deutschland an,cite-ref-16[16] welches die konkrete Basis fĂŒr optimiertes In-Plane Switching in Matrixanzeigen (IPS-LCDs) bildete. Dieses Patent wurde in vielen LĂ€ndern erteilt, von der Firma Merck KGaA Darmstadt, dem weltweit grĂ¶ĂŸten Hersteller von FlĂŒssigkristallsubstanzen, ĂŒbernommen und an viele Firmen lizenziert.

Am 18. September 1992, mit Nachtrag vom 20. Januar 1993, machten K. Kondo und seine Miterfinder bei Hitachi eine Patentanmeldung in Japan,cite-ref-17[17] welche als weiteres wesentliches Element des In-Plane Switching eine spezifisch geeignete Verbindungstechnik der DĂŒnnfilmtransistoren in Matrixform darlegte. SpĂ€ter erfolgte eine weitere Hitachi-Patentanmeldung, welche die BlickwinkelabhĂ€ngigkeit dieser Art von FK-Anzeigen verbesserte.

In Deutschland wurden 2003 bei den Computer-Monitoren erstmals mehr LCD- als Röhrenbildschirme,cite-ref-heise-2004-03-18-0[18] im Bereich der Fernseher im letzten Quartal 2007 weltweit erstmals mehr LCD- als RöhrengerÀte verkauft.cite-ref-19[19]

Anzeigetypen

bild1

Twisted Nematic (TN)

In FlĂŒssigkristalldisplays verwendete FlĂŒssigkristalle sind organische Verbindungen, die sowohl Eigenschaften von FlĂŒssigkeiten als auch von Festkörpern aufweisen. Sie sind einerseits mehr oder weniger fluide als eine FlĂŒssigkeit, andererseits zeigen sie Eigenschaften wie Doppelbrechung.

Ein einfaches FlĂŒssigkristall-Anzeigeelement lĂ€sst sich mit der Schadt-Helfrich-Zelle (nematische Drehzelle, engl. twisted nematic, TN-Zelle) realisieren. In nebenstehender Darstellung sind nur die Bestandteile der unteren HĂ€lfte einer solchen Drehzelle nummeriert. Die Bezugsnummern (x) sind in dieser Beschreibung eingefĂŒgt:

(4) Die Innenseiten zweier sehr dĂŒnner Glasplatten (Substratplatte)
(3) sind mit einer transparenten Elektrodenschicht (Indium-Zinn-Oxidschicht, ITO) ĂŒberzogen,
(1) dazwischen befindet sich die FlĂŒssigkristallschicht von weniger als 10 Mikrometer Dicke.
(2) Die FlĂŒssigkristallmolekĂŒle ordnen sich in eine vorgegebene Richtung, nĂ€mlich parallel zu der beispielsweise mit einem Polyimid beschichteten und in einer Vorzugsrichtung gebĂŒrsteten OberflĂ€che.
Die Vorzugsrichtungen der beiden Substratplatten sind um 90° zueinander verdreht. Bei der Herstellung handgefertigter Prototypen kann man zum BĂŒrsten Polystyrolschaum oder mit samtartigen Textilien beschichtete Walzen benutzen.
ZusÀtzlich sind die beiden Substratplatten (4)
(5) mit um 90° zueinander verdrehten Polarisationsfiltern beschichtet.
(6) Auf der RĂŒckseite dieser Anordnung kann sich ein Spiegel befinden (Reflektor oder Transreflektor), der das einfallende Licht zurĂŒckwirft (reflexive Betriebsart).

In der transmissiven Betriebsart befindet sich anstelle des Reflektors eine Beleuchtungseinheit hinter dem Anzeigeelement.

Aus den gegeneinander verdrehten Substratplatten ergibt sich eine schraubenförmige Struktur im FlĂŒssigkristall; bei einer um 90° gedrehten Schraube spricht man von TN. Einfallendes Licht wird vor dem Eintritt in die FlĂŒssigkristallschicht linear polarisiert. Durch die Verdrillung der MolekĂŒle folgt eine Drehung der Polarisationsrichtung des Lichtes, wodurch das Licht den zweiten Polarisator passieren kann und die Zelle lichtdurchlĂ€ssig (transparent) ist. Da das Display im Ruhezustand durchsichtig ist, wird diese Betriebsart als Normally-White-Mode bezeichnet. Legt man eine elektrische Spannung an die Elektroden an, so tritt unter dem Einfluss des elektrischen Feldes eine Drehung der FlĂŒssigkristallmolekĂŒle ein, die sich parallel zum elektrischen Feld ausrichten. Die Verdrillung wird damit zunehmend aufgehoben, die Polarisationsrichtung des Lichts wird nicht mehr gedreht und damit kann es den zweiten Polarisationsfilter nicht mehr passieren.

Ordnet man die Polarisationsfilter parallel zueinander an, dann ist die Zelle ohne Spannung dunkel und wird erst mit zunehmender Spannung transparent. Man spricht dann vom Normally-Black-Mode. Die Schadt-Helfrich-Zelle ist also (wie andere FlĂŒssigkristallanzeigen auch) ein spannungsgesteuertes Lichtventil. Ein Bildschirm kann aus beliebig vielen solcher Zellen (Bildelemente, Pixel) bestehen. Beim Taschenrechner stellt eine einfache 7-Segment-Anzeige jeweils eine Ziffer dar, bei einem farbfĂ€higen Bildschirm werden pro Bildelement (Pixel) drei Teilbildelemente (Subpixel) fĂŒr die Grundfarben Rot, GrĂŒn und Blau verwendet.

Super-Twisted Nematic (STN)

Bei (monochromen) STN-Displays (engl. super-twisted nematic) wird der Verdrillwinkel der MolekĂŒle auf 180° bis 270° erhöht. Dadurch kann eine steilere elektro-optische Kennlinie und so eine verbesserte Multiplexbarkeit als bei TN-Displays erreicht werden. Aufgrund verschiedener technischer BeschrĂ€nkungen gelingt es nur mit einigem Aufwand (doppelte Zelle = DSTN-Zelle, Kompensation mit doppelbrechenden Verzögerungsfolien – retarder sheets), die Darstellung farbneutral zu gestalten (d. h. nur Graustufen zwischen Schwarz und Weiß zu erzeugen). Stattdessen sind die HellzustĂ€nde gelblich und die DunkelzustĂ€nde fallen dunkelblau (mit Violett-Ton) aus. Eine Weiterentwicklung stellt CSTN (engl. color super-twist nematic), entwickelt von Sharp, dar, bei dem Filter in den drei Grundfarben Rot, GrĂŒn und Blau vor den Pixeln fĂŒr die Darstellung von Farben verwendet werden.

Double Super-Twisted Nematic (DSTN)

Es wurde mit verschiedenen Techniken versucht, eine Schwarz-Weiß-Darstellung auf dem Passiv-Matrix-Display zu erreichen: mit der Guest-Host-Technik, dem OMI-Verfahren von Martin Schadt (Optical Mode Interference) und der DSTN (Double Super-Twisted Nematic). Durchgesetzt hat sich letztere.

Das Aufbauprinzip dieser DSTN-Zelle ist im Bild zu erkennen. Es liegen nun zwei STN-Schichten vor. In der aktiven Zelle – das ist diejenige, an die ein elektrisches Feld gelegt werden kann – ist der FlĂŒssigkristall um 240° gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Die passive Zelle enthĂ€lt ebenfalls nematisches Material, das hier aber um 240° mit dem Uhrzeigersinn gedreht vorliegt. Beide Zellen sind so zueinander gedreht, dass die Orientierung der StĂ€bchen an der Eingangsseite senkrecht zu der an der Ausgangsseite ist. Die Polarisationsfolien sind ebenfalls um 90° gegeneinander gedreht.

In der konventionellen TN- oder STN-Zelle erhĂ€lt man nach dem Durchgang linear polarisierten Lichtes genau betrachtet nicht einfach linear polarisiertes Licht mit verdrehter Schwingungsebene, sondern elliptisch (oder zirkular) polarisiertes Licht. Die Spitze des elektrischen Feldvektors beschreibt eine Ellipse oder einen Kreis. Solches Licht geht durch den Polarisator hindurch, wobei die durch den Dichroismus bewirkte Farbaufspaltung – abhĂ€ngig von der Polarisation und der Folienorientierung am Strahlaustritt – zu farbigem Licht fĂŒhrt.

Im Bild ist die Arbeitsweise von DSTN-LCD verdeutlicht: Weißes Licht fĂ€llt auf den hinteren Polarisator (im Bild unten) und wird dort linear polarisiert. Dann gelangt es in die aktive STN-Zelle, die (ohne Feld) nun zirkular polarisiertes Licht daraus erzeugt. Dieses Licht ist – wie bei der herkömmlichen STN-Zelle – durch Dichroismus verĂ€ndert. Der Weg durch die anschließende passive Zelle (die das gleiche FlĂŒssigkristall-Material enthĂ€lt wie die erste – aktive – Zelle, aber in entgegengesetzter Richtung verdreht) fĂŒhrt zur Kompensation der Farbaufspaltung (die Phasendifferenz wird gleich Null). Als Ergebnis liegt linear polarisiertes Licht vor, das die gleiche Schwingungsebene aufweist wie zuvor nach dem Passieren der hinteren Polarisationsfolie. Weil aber der vordere Polarisator um 90° verdreht ist, lĂ€sst er kein Licht durch: Der Bildschirm ist an dieser Stelle schwarz.

Liegt an der aktiven Zelle ein elektrisches Feld an, dann geht das linear polarisierte Licht aus dem hinteren Polarisator glatt hindurch, ohne verĂ€ndert zu werden. Erst in der passiven Zelle erfolgt zirkulare Polarisation. Weil zirkular polarisiertes Licht von Polarisatoren nicht zurĂŒckgehalten wird, ist der Bildschirm an dieser Stelle hell. Durch genaues Justieren sowohl des verwendeten Materials als auch der Zellenabmessungen wird das durchgelassene Licht weiß. Auf diese Weise wurden Displays realisiert, die ein sauberes Schwarz-Weiß mit einem KontrastverhĂ€ltnis von bis zu 15:1 bieten.

Triple Super-Twisted Nematic (TSTN; als TN oder Film-TN bezeichnet)

Der komplexe Aufbau einer DSTN-FlĂŒssigkristallzelle bedingt einen relativ hohen Aufwand bei ihrer Herstellung. Es wurde deshalb ein neues Verfahren entwickelt, das zu flacheren Displays mit geringerem Gewicht fĂŒhrt. Diese neue Lösung trĂ€gt den Namen Triple Super-Twisted Nematic-LCD (TSTN). Das Bild zeigt das Aufbauprinzip eines solchen TSTN-Displays.

Hier findet sich nur eine STN-LC-Zelle. Die Farbstörungen der normalen STN-Technik werden durch zwei spezielle Folien ausgeglichen, die vor und hinter der Zelle – zwischen Polarisator und Glas – angebracht sind. Diese Folien sind verantwortlich fĂŒr einen weiteren Namen dieser Technik: FST, fĂŒr Film-Super-Twisted (gelegentlich werden Displays, in denen nur eine Kompensationsfolie verwendet wird, als FST bezeichnet, solche mit zwei oder mehr Folien als TST-LCD). Ebenfalls gelĂ€ufig ist die Bezeichnung FSTN fĂŒr Film-STN. Der verbesserte Kontrast (bis zu 18:1), das geringere Gewicht und die flachere und weniger aufwendige Bauweise haben TSTN-LC-Displays zum Durchbruch verholfen. In Notebook-Computern wurden solche Displays als „VGA-Bildschirm“ erstmals realisiert.

Vertical Alignment (PVA und MVA)

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Hauptartikel

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Multi-domain Vertical Alignment

Bei der PVA-Technik (Patterned-Vertical-Alignment) handelt es sich um eine Weiterentwicklung der MVA-Technik (Multidomain Vertical Alignment) eines Herstellers. Beide Techniken basieren auf einem Ă€hnlichen Verfahren. Die Vorteile von MVA-/PVA-Bildschirmen liegen in einem höheren Kontrast (> 1000:1 ist ĂŒblich) als bei einem TN-Bildschirm (< 800:1). Zudem bieten MVA-/PVA-Bildschirme eine große Blickwinkel-UnabhĂ€ngigkeit. Der Nachteil von MVA/PVA-Bildschirmen ist, dass sie langsamer als TN-Bildschirme und daher fĂŒr Bewegtbilder – wie bei Spielen und Videos – weniger gut geeignet sind. Zudem liegt der Preis ĂŒber dem von TN-Bildschirmen.

In-Plane Switching (IPS)

Bei der IPS-Technik (In-Plane-Switching ‚in der Ebene schaltend‘) befinden sich die Elektroden nebeneinander in einer Ebene parallel zur Display-OberflĂ€che. Bei angelegter Spannung drehen sich die MolekĂŒle in der Bildschirmebene; die fĂŒr TN-Displays typische Schraubenform entfĂ€llt. IPS erhöht die BlickwinkelstabilitĂ€t des Kontrastes.cite-ref-20[20]

An Untertypen wird zwischen S-IPS (Super IPS), AS-IPS (Advanced Super IPS), A-TW-IPS (Advanced True White IPS), H-IPS (Horizontal IPS), seit 2009 E-IPS (Enhanced IPS) sowie seit 2011 AH-IPS (Advanced High-Performance IPS) unterschieden. Bis auf den H-IPS-Typ lassen sich die anderen IPS-Typen daran erkennen, dass sie, seitlich betrachtet und im Gegensatz zu VA-Panels, einen leichten lila Farbton aufweisen. Die E-IPS-Technik, die 2009 auf den Markt kam, bietet einen noch grĂ¶ĂŸeren Blickwinkel und geringere Schaltzeiten von 5 Millisekunden.

Plane-to-Line Switching (PLS)

Die Weiterentwicklung PLS (Plane-to-Line Switching) wurde von Samsung entwickelt und bietet unter anderem eine höhere Transparenz (geringerer Stromverbrauch bei gleicher Helligkeit) und das Wegfallen des bei IPS-Panels typischen Glitzer-Effektes. Die ersten Bildschirme mit PLS-Panels kamen 2011 auf den Markt.

Elektronische Ansteuerung

Bei ersten Prototyp-LCDs Anfang der 1970er Jahre wurde erkannt, dass der Gleichstrombetrieb irreversible elektrochemische Prozesse in der FlĂŒssigkristallschicht und damit LebensdauerbeschrĂ€nkungen der Anzeige verursachen kann. Obschon es sich im Gegensatz zu LCDs nach dem dynamic scattering mode (engl., DSM) bei TN-Zellen um einen elektrischen Feldeffekt handelt, also kein Stromfluss nötig ist, bestanden trotzdem die erwĂ€hnten Probleme beim Anlegen einer Gleichspannung. Deshalb wurden lange Zeit alle kommerziell eingesetzten LCDs mit Wechselspannung betrieben. Im Wesentlichen ist ein LCD-Element eine kleine elektrische KapazitĂ€t, welche periodisch durch eine impulsartige elektrische Spannung umgeladen wird. FĂŒr diesen Zweck eigneten sich die schon damals verfĂŒgbaren elektronischen KomplementĂ€r-MOS-Schaltkreise (CMOS-ICs) sowohl bezĂŒglich einstellbarem Spannungshub wie auch Symmetrie der Eigenschaften ausgezeichnet. Einer der Vorteile von TN-Zellen ist die niedrige Betriebsspannung und damit die geringe Stromaufnahme. Es wurden FlĂŒssigkristallsubstanzen fĂŒr TN-LCDs synthetisiert, welche bei 3-Volt-Betrieb einen guten Kontrast ergaben und einen brauchbaren Betriebstemperaturbereich hatten.cite-ref-21[21]

Der Betrieb von Passiv-Matrix-Displays hĂ€ngt davon ab, wie ausgeprĂ€gt eine elektrooptische Schwellenspannung vorhanden ist. Weil die Ansteuerung der einzelnen Bildelemente periodisch wiederholt werden muss, um nicht nur eine Zeile, sondern alle Pixel einer Matrix anzusteuern, werden beispielsweise die Zeilen einer Matrix sequenziell impulsförmig angesteuert. Bei den Spalten wird die Bildinformation derart eingegeben, dass bei den aktivierten Bildelementen eine möglichst große Spannungsdifferenz zu den Zeilenimpulsen und an den nicht aktivierten Bildelementen eine Spannungsdifferenz unterhalb des Schwellenwerts entsteht. Entscheidend zur Optimierung war die Erkenntnis von Peter J. Wild,cite-ref-22[22] dass bei impulsartiger, periodisch wiederholter Ansteuerung der Effektivwert (englisch Root Mean Square, RMS) der Spannungsdifferenzen maßgebend ist.cite-ref-projektor-23-0[23] Detaillierte Angaben ĂŒber die bestmöglichen Ansteuerungstechniken fĂŒr Passiv-Matrix-Displays finden sich in weiterfĂŒhrender Literatur.cite-ref-24[24]cite-ref-25[25]

Eine elektrooptische Kennlinie mit ausgeprĂ€gtem Schwellenwert und daraufhin steilem Anstieg bei höherer Spannung ist Voraussetzung zur Realisierung von Passiv-Matrix-Displays mit vielen Zeilen und Spalten. Nur so kann ein ausreichender Kontrast auch bei Matrizen mit vielen Pixeln erzielt werden. Die langwierige Optimierung der Spannungs-Kontrast-Kennlinie durch FlĂŒssigkristallsubstanzwahl und Zellstruktur von TN-Zellen brachte nicht die gewĂŒnschten Resultate. Es dauerte ĂŒber zehn Jahre, bis 1983 der Durchbruch mit der Entdeckung der superverdrillten nematischen LCDs (englisch super-twisted nematic LCDs, STN-LCDs) bei Brown, Boveri & Cie, Baden (heute Asea Brown Boveri, ABB) gelang.cite-ref-26[26] Die Kennlinie von STN-Zellen ist besser zur Ansteuerung von Passiv-Matrix-Displays geeignet als diejenige von TN-Zellen.

Schon frĂŒh wurde versucht, jedem Pixel individuell Schalttransistoren vorzuschalten, um derart die KennlinienbeschrĂ€nkungen eines Passiv-Matrix-Display zu umgehen. Dazu mussten DĂŒnnschichttransistoren (englisch thin-film transistor, TFT) geeigneter Dimension und Verbindungstechnik in Matrixanordnung auf dem Glassubstrat der FlĂŒssigkristallanzeige aufgebracht werden. Eine Anzeige dieser Technik wird Aktiv-Matrix-Display genannt, weil der Betrieb der einzelnen Pixel durch die zugeordneten Transistoren aktiv gesteuert wird. Die Ideen dazu waren 1968–1973 bei der Radio Corporation of America (RCA) und bei Westinghouse Research Laboratories, USA, formuliert worden.cite-ref-27[27]cite-ref-28[28] Bis die technologischen Voraussetzungen fĂŒr die Massenfertigung erarbeitet waren, dauerte es noch. Insbesondere wurde mit verschiedenen Halbleitermaterialien experimentiert, bis sich eine Art von amorphem Silizium (siehe DĂŒnnschichttransistor) geeignet fĂŒr Feldeffekttransistoren in DĂŒnnschichttechnik durchsetzte. Dieser materialtechnische Durchbruch gelang in Europa.cite-ref-29[29] Bei der Realisierung von kommerziellen Produkten waren japanische Firmen federfĂŒhrend. Ohne die erwĂ€hnten Fortschritte bei der elektronischen Ansteuerung wĂ€ren großflĂ€chige Fernseh-FlĂŒssigkristallbildschirme nicht möglich geworden. Allerdings sind Aktiv-Matrix-Displays wegen der zahlreichen zusĂ€tzlichen Prozessschritte fĂŒr TFTs in der Herstellung teurer und können zudem deswegen Pixelfehler aufweisen, sodass fĂŒr einfachere Anzeigen mit geringerem Informationsgehalt immer noch Passiv-Matrix-Displays zum Einsatz kommen.

Kontaktierung

Von Beginn an bestand die Aufgabe, die transparenten Leiterbahnen auf beiden LCD-Glassubstraten mit der Ansteuerungselektronik zu verbinden. Dazu wurden neuartige Verbindungstechniken entwickelt. FĂŒr Anzeigen mit nicht zu engem Kontaktraster kommen sogenannte Zebras (siehe Leitgummi) zum Einsatz, welche abwechselnd aus isolierenden und leitenden Elastomer„kanĂ€len“ bestehen. In nebenstehender Aufnahme mit einem Vergleichsmaßstab in Zentimeter ist das dunkle Raster des Zebragummis von 180 Mikrometer (zwischen den beiden rosa Schichten) deshalb nur bei Anklicken des Bildes mit VergrĂ¶ĂŸerung sichtbar: im rosaroten isolierenden Elastomer-Band befinden sich die schwarzen Leitelemente, separiert durch isolierende Elemente. Durch den Aufbau (die Elemente sind wesentlich kleiner als die zu kontaktierenden FlĂ€chen) spielen Lagetoleranzen des Gummis keine Rolle. Der Gummi kann Maßtoleranzen abfedern. Typische Anwendungen sind Displays mit Siebensegmentanzeigen.

FrĂŒh wurden Lösungen mit Chip-on-Glass erprobt.cite-ref-30[30] Dabei wurden auf die Kontakte der Ansteuerungsschaltkreise Lötpunkte aufgebracht, dann der Chip auf den korrespondierenden Kontakten der Anzeige positioniert und daraufhin bei erhöhter Temperatur angelötet. Einen wichtigen Fortschritt bedeutete die Verwendung von flexiblen, dĂŒnnen Leiterplatten mit entsprechenden Verbindungsbahnen zur Anzeige, welche ein enges Kontaktraster erlauben. Diese Leiterplatten tragen oft die ICs als Nacktchips (Flip-Chip-Montage), die die digitalen seriellen Datenströme wandeln.

Passiv -Matrix-Displays oder Aktiv -Matrix-Displays

Bei Passiv-Matrix-Displays werden die Bildelemente (ein Segment oder ein Symbol) im Zeitmultiplexbetrieb angesteuert. Das heißt, dass jedes Bildelement direkt und permanent mit einer Ansteuerschaltung verbunden ist, deren Ausgang einen geringen Widerstand hat. Deshalb baut sich die zum Zeitpunkt der Adressierung aufgebrachte Ladung relativ schnell wieder ab und muss in der folgenden Bildperiode (engl. frame) wieder erneuert werden. Dieser Wechsel in der elektrischen Ansteuerung fĂŒhrt zu ausgeprĂ€gten Modulationen der optischen Antwort der Anzeige (sog. frame response), was als Flimmern auf die Augen wirkt.

Bei Adressierung und Ansteuerung ĂŒber eine Matrix mit aktiven Bauelementen bei Aktiv-Matrix-Displays wird zum Zeitpunkt der Adressierung eine Ladung auf das Bildelement aufgebracht, dem meist noch ein zusĂ€tzlicher Kondensator parallelgeschaltet ist (Speicherkondensator). Nach dem Aufbringen der Ladung, deren Höhe der Dateninformation entspricht, wird das aktive Bauelement (meist ein DĂŒnnschichttransistor, TFT) wieder in den hochohmigen Zustand geschaltet, wodurch die Ladung und somit die Ansteuerung wĂ€hrend einer Bildperiode im Wesentlichen erhalten bleibt. Diese Art der Ansteuerung bewirkt bei Aktiv-Matrix-Displays eine höhere effektive Spannung ĂŒber dem Bildelement, damit eine höhere Aussteuerung des FlĂŒssigkristalls und damit einen verbesserten Kontrast und eine reduzierte AbhĂ€ngigkeit des Kontrastes von der Betrachtungsrichtung.

Röhren-Bildschirm und FlĂŒssigkristall-Bildschirm

Die LC-Bildschirme haben gegenĂŒber den Ă€lteren Kathodenstrahlröhrenbildschirmen (CRT) einige Vorteile:

‱ Geringere Leistungsaufnahme: UnabhĂ€ngig vom Bildinhalt werden LC-Bildschirme ĂŒber die gesamte AnzeigenflĂ€che konstant beleuchtet. Trotz dieser prinzipiellen SchwĂ€che ist die Lichtausbeute (englisch luminous efficacy) bei LCD mit typisch 2 bis 4 lm/W noch immer etwa doppelt so hoch wie bei Plasmabildschirmen mit Filterscheibe (normaler Auslieferzustand).
‱ Strahlungsarmut: LCD geben keine Röntgenstrahlung ab (gilt auch fĂŒr CRTs ab TCO 99),
‱ sie erzeugen ein geringeres Magnetfeld. Elektro-magnetische Felder werden jedoch abgestrahlt und enthalten ebenso wie bei CRTs die Bildinformation (kompromittierende Abstrahlung, Problem Abhörsicherheit, dazu Van-Eck-Phreaking).
‱ Sie bieten ein verzerrungsfreies Bild,
‱ bei passender Auflösung ein schĂ€rferes Bild,
‱ erzeugen weniger Flimmern,
‱ haben ein geringeres Gewicht,
‱ eine geringere Einbautiefe,
‱ werden in der Praxis nicht durch Magnetfelder wie das Erdmagnetfeld oder die Magnetfelder von Oberleitungen, NMR-GerĂ€ten, Transformatoren oder Lautsprechern beeintrĂ€chtigt.

WĂ€hrend der Entwicklung der GerĂ€te, wenigstens bis zur Entwicklung von mit TFTs angesteuerten LCD, bestanden Nachteile durch den geringen Kontrast und die langen Schaltzeiten. Mittlerweile kann die Farbwiedergabe von LCD (der darstellbare Farbraum, engl. color gamut) durch Anpassung der Hintergrundbeleuchtung sogar extremen Anforderungen gerecht werden (extended gamut, multi-primary display). Ein weiteres Problem war der eingeschrĂ€nkte Bereich von Betrachtungsrichtungen mit konstantem Kontrast und gleichbleibendem Farbeindruck. Neuere Techniken wie In-Plane-Switching (IPS), Multi-domain Vertical Alignment (MVA) und Patterned Vertical Alignment (PVA) sowie die Anwendung von doppelbrechenden Kompensationsfolien (retarder sheets) schafften hier Abhilfe. Diese Nachteile existieren weiterhin, sind aber bei weitem nicht mehr so gravierend wie frĂŒher. Da jedes Pixel eine eigene kleine Einheit darstellt, kommt es produktionsbedingt zu vereinzelten Fehlern: Pixel, die durchgĂ€ngig nur in einer Farbe leuchten oder die vorgegebene Farbe fehlerhaft wiedergeben. Je nach Anzahl der fehlerhaften Pixel werden die Displays in verschiedene Fehlerklassen eingestuft, die Einfluss auf den Preis haben können.

Bei der Herstellung wird die physikalische Bildauflösung festgelegt, die Ansteuerung mit einem Signal anderer Auflösung kann zu QualitĂ€tsverlusten fĂŒhren. Ein TFT-basierter LC-Bildschirm liefert im Vergleich zu einem CRT-Bildschirm ein viel schĂ€rferes Bild – allerdings nur in seiner konstruktionsbedingten physikalischen Auflösung. Signale geringerer Auflösung mĂŒssen interpoliert werden und erscheinen verschwommen. Alternativ lĂ€sst sich das Bild auch mit schwarzen RĂ€ndern zentriert in voller SchĂ€rfe darstellen (bei digitalem Anschluss lĂ€sst sich das ĂŒblicherweise im Grafikkartentreiber einstellen).

Die Hintergrundbeleuchtung durch Kaltkathodenröhren wird gefiltert, um die Grundfarben der Pixel (zumeist rot, grĂŒn und blau) zu erhalten, allerdings muss ein Kompromiss zwischen Helligkeit und FarbwiedergabequalitĂ€t gefunden werden. Die Farben von LCDs sind keineswegs weniger gesĂ€ttigt als bei der CRT- oder Plasmabildschirmtechnologie. Vom erzeugten Licht dringen nur etwa 4 % durch das Panel (bei weißen Bildinhalten).cite-ref-31[31]

Ein Grund dafĂŒr, warum Röhrenmonitore (CRT) in Tests oft besser abschnitten als Flachbildschirme, ist keinesfalls der bessere Schwarzwert im Dunkelraum und der Kontrast zu den hellen Bildstellen, wenn kein Umgebungslicht auf den Bildschirm fĂ€llt, sondern die bessere Wiedergabe von bewegten Bildinhalten (siehe unten). Mittlerweile ist die LCD-Technik jedoch so weit fortgeschritten, dass teils bessere Ergebnisse (je nach Art des Panels) als mit CRT-Monitoren erreicht werden können.

Die Leuchtstoffröhren der Hintergrundbeleuchtung haben eine begrenzte Lebensdauer (etwa 100.000 Stunden). Die durch die Hintergrundbeleuchtung beeinflusste QualitĂ€t der Darstellung von WeißflĂ€chen Ă€ndert sich schon deutlich nach nur wenigen Tausend Betriebsstunden meist stĂ€rker ins Gelbliche, da sich die LeuchtstĂ€rke der Leuchtstoffröhren mit der Zeit verringert. Allerdings lĂ€sst auch die Helligkeit von Röhrenmonitoren im Laufe des Betriebs nach. Die Hintergrundbeleuchtung mittels LEDs ist alterungsbestĂ€ndiger, zeigt aber auch je nach Typ der verwendeten Leuchtdioden und Betriebsweise langsame Alterungserscheinungen. Zudem erlaubt Beleuchtung mittels LEDs eine kompaktere Bauweise, homogenere Ausleuchtung und Kontraststeigerung durch selektive, vom Bildinhalt abhĂ€ngige Ansteuerung.

Schaltzeiten und Techniken

Die Reaktionszeit moderner LCDs liegt derzeit zwischen 1 ms und 5 ms. Hierbei ist die Reaktionszeit die Zeitspanne, die bei der Änderung der Leuchtdichte (Helligkeit) eines Bildbereiches von 10 % nach 90 % verstreicht; hierbei sind 0 % und 100 % die Leuchtdichten der stationĂ€ren (eingeschwungenen) ZustĂ€nde. Die Bildaufbauzeit nach ISO 13406-2 ist die Summe der Schaltzeiten von Hell nach Dunkel (oder umgekehrt) und wieder zurĂŒck. Aufgrund des asymptotischen Schaltverlaufs werden jedoch nach ISO 13406-2 Schaltzeiten von < 3 ms benötigt, um sichtbare Schlierenbildung zu vermeiden.

Formeln

Die Einschaltzeit τ τ o n {\displaystyle \tau _{\mathrm {on} }} (zunehmende Spannung) und die Ausschaltzeit τ τ o f f {\displaystyle \tau _{\mathrm {off} }} (abnehmende Spannung) ergibt sich nach den Formeln von Jakeman und Raynes:cite-ref-32[32]

τ τ o n = Îł Îł 1 d 2 Ï” Ï” 0 Δ Δ Ï” Ï” ( U 2 − − U t h 2 ) ; τ τ o f f = Îł Îł 1 d 2 k π π 2 {\displaystyle {\tau }_{\mathrm {on} }={\frac {\gamma _{1}\ d^{2}}{\epsilon _{0}\Delta \epsilon (U^{2}-U_{\mathrm {th} }^{2})}}{;}~\quad {\tau }_{\mathrm {off} }={\frac {\gamma _{1}\ d^{2}}{k\pi ^{2}}}~~} mit U t h = π π k Ï” Ï” 0 Δ Δ Ï” Ï” {\displaystyle ~~{U_{\mathrm {th} }}={\pi {\sqrt {\frac {k}{\epsilon _{0}\Delta \epsilon }}}}}

Hierbei ist Îł Îł 1 {\displaystyle \gamma _{1}} die RotationsviskositĂ€t des FlĂŒssigkristalls, die die „TrĂ€gheit“ des FlĂŒssigkristalls auf eine Änderung der Ausrichtung beschreibt; d {\displaystyle d} der Abstand zwischen den Glasplatten (= Dicke der FlĂŒssigkristallschicht); und k {\displaystyle k} die ElastizitĂ€tskonstante, welche die „Kraft“ (Drehmoment) der RĂŒckstellung der Kristalle in die ursprĂŒngliche Ausrichtungslage angibt.

Beispielsweise beschleunigt ein großes k {\displaystyle k} die RĂŒckstellung des Kristalls in den Ausgangszustand, wirkt jedoch auch der Ausrichtung des Kristalls bei Anlegen einer Spannung entgegen (durch die entsprechend erhöhte Schwellenspannung, U t h {\displaystyle U_{th}} ). Auch lassen sich durch eine Verringerung der Schichtdicke, d {\displaystyle d} die Schaltgeschwindigkeiten erhöhen. Wenn die Schichtdicke beispielsweise um 30 % verringert wird ( 0 , 7 d {\displaystyle 0{,}7d} ) gehen die Schaltzeiten auf etwa die HĂ€lfte zurĂŒck (denn ( 0 , 7 d ) 2 = 0 , 49 d 2 {\displaystyle (0{,}7d)^{2}=0{,}49d^{2}} ).

BewegungsunschÀrfe

Bei Hold-Type-Displays wie LC- und OLED-Bildschirmen bleibt der Zustand eines Pixels fĂŒr die Dauer einer Bildperiode bestehen, bis die angelegte Spannung im Zuge des Bildaufbaus eines neuen Bildes geĂ€ndert wird (Erhaltungsdarstellung). Da das Auge bei der Verfolgung eines bewegten Bildinhalts (englisch smooth pursuit eye tracking) die „Helligkeit“ ĂŒber eine Bildperiode integriert, wĂ€hrend der Bildinhalt aber fixiert bleibt, kommt es zum Verwischen des Bildes auf der Netzhaut des Betrachters. Dies fĂ€llt besonders bei der Darstellung schnell bewegter Szenen auf und wird deshalb als BewegungsunschĂ€rfe (auch engl. motion blur) bezeichnet. Es ist zu beachten, dass selbst bei verschwindend geringen Schaltzeiten, also bei nahezu unendlich schnellem Schalten, wegen der Erhaltungsdarstellung die BewegungsunschĂ€rfe nicht beseitigt wĂ€re, weshalb der Verwischeffekt bei schnellen OLED-Bildschirmen ebenfalls auftritt.

Neben dieser prinzipbedingten UnschĂ€rfe erzeugt die verzögerte Annahme des Soll-Wertes bei einzelnen Pixel-Elementen unerwĂŒnschte Effekte („Schlieren“, „Schweif“, „Schmieren“), die Ă€hnlich störend wirken. Bei LCDs ist diese Art der BewegungsunschĂ€rfe mittlerweile erheblich reduziert. Die Reaktionszeit von „grau nach grau“ (engl. gray to gray) liegt durchschnittlich bei 6 ms, dennoch können die Schaltzeiten in extremen Situationen (weiß-nach-schwarz, schwarz-nach-weiß, schwarz-nach-grau) erheblich davon abweichen.

AnsÀtze zur Optimierung

ViskositÀt
Der BewegungsunschĂ€rfe versucht man unter anderem dadurch entgegenzuwirken, dass man die Schaltzeiten der Displays weiter reduziert, vor allem durch eine Reduktion der ViskositĂ€t der eingesetzten FlĂŒssigkristallmaterialien.

Einfache Overdrive-Technologien
Bei der Overdrive-Technik wird an die LCD-Zelle kurzzeitig eine Spannung angelegt, die höher ist als die fĂŒr den eigentlichen Helligkeitswert erforderliche. Dadurch richten sich die Kristalle schneller aus. Das nĂ€chste Bild muss hierzu zwischengespeichert werden. Diese Information wird zusammen mit an das jeweilige Display speziell angepassten Korrekturwerten verwendet, um die genaue Zeit berechnen zu können, wĂ€hrend der die Überspannung anliegen darf, ohne dass das jeweilige Pixel ĂŒbersteuert wird. Das funktioniert jedoch nicht bei der RĂŒckstellung des Kristalls: da es nicht weniger als keine Spannung gibt (die Ansteuerung erfolgt mit Wechselspannung), muss der Kristall passiv entspannen. Durch die Zwischenspeicherung wird das Bild etwa zwei bis fĂŒnf Takte verspĂ€tet angezeigt. Dieser Versatz kann sich beim Betrachten von Filmen durch Bild-Ton-AsynchronitĂ€t bemerkbar machen (der Ton eilt dem Bild voraus). Auch bei Computerspielen, die schnelle Reaktionen des Spielers verlangen, macht sich die Bildpufferung negativ bemerkbar.

Vorverzerrung (inverse Filtering)
Hierbei wird aus den Daten des aktuellen und nÀchsten Bildes die Integration des Auges aus dem jeweils nÀchstem Bild herausgerechnet. Dazu werden ebenfalls die genauen Schalteigenschaften des jeweiligen Paneltyps benötigt.

Black Stripe Insertion
Um der BewegungsunschĂ€rfe aufgrund der Erhaltungsdarstellung entgegenzuwirken, können die Pixel bzw. das gesamte Display auch kurzzeitig dunkel geschaltet werden. Die Dunkelphase darf bei 50 Hz Ansteuerfrequenz allerdings 55 % der Bildzeit nicht ĂŒberschreiten (bei 60 Hz sind es 70 % und bei 75 Hz sind es 85 %): sonst flimmert das Bild.

Blinking Backlight
auch „strobing“ genannt: Bei der Verwendung von LEDs zur Hintergrundbeleuchtung von LCDs (sogenannte LED-Fernseher oder -Bildschirme) lĂ€sst sich diese Methode einfacher als Black Stripe Insertion realisieren, da hierbei nicht die Pixel schneller angesteuert werden mĂŒssen, sondern fĂŒr Pixelbereiche bzw. das gesamte Display die Hintergrundbeleuchtung fĂŒr den Bruchteil einer Vollbilddauer ausgeschaltet werden kann.

Scanning Backlight
auch „field sequential“ genannt: Hierbei wird das LC-Display nicht mit weißem Licht, sondern nacheinander von roten, grĂŒnen und blauen PrimĂ€rlichtern (hĂ€ufig per LED) beleuchtet. Da bei LCD mit zeitsequentieller Ansteuerung mit den PrimĂ€rfarben keine helligkeitreduzierenden Farbfilter erforderlich sind und hohe Leuchtdichten vorhanden sind, lĂ€sst sich der Helligkeitsverlust durch die Sequenzabfolge leichter kompensieren. Allerdings trifft man mit dieser Technik einen alten Bekannten der Projektionstechnik wieder: den Regenbogeneffekt.

100/120-Hz-Technik und 200/240-Hz-Technik
Hier werden synthetische Zwischenbilder berechnet und anschließend zusammen mit den Originalbildern ausgegeben. Dadurch erhöht sich die reale Bildfrequenz um ein ganzzahliges Vielfaches. Aus 24 fps (Kinostandard) werden so 48, 72, 96 oder sogar 120 fps. Schlieren durch Hold-Displays können so deutlich reduziert werden. Neben der Reduktion von BewegungsunschĂ€rfen werden auf diese Weise Bewegungen und Kamerafahrten deutlich flĂŒssiger wiedergegeben. Allerdings kann durch die Bewegungsinterpolation insbesondere bei leicht rauschenden Bildquellen eine mehr oder weniger deutliche Trennung zwischen Vorder- und Hintergrund im Bild beobachtet werden (Soap-Opera-Effekt). Die 100/120-Hz-Technik kommt mittlerweile (2008) in vielen höherwertigen Displays zum Einsatz. 240-Hz-GerĂ€te sind angekĂŒndigt. Ein weiterer Vorteil dieser Technik ist es, dass Overdrive feiner dosiert angewendet werden kann. Es ist allerdings zu bedenken, dass die grĂ¶ĂŸte Verbesserung zwischen den „100/120-Hz-Displays“ und solchen mit geringeren Frameraten zu sehen ist, da das menschliche Gehirn ohne Übung nur grĂ¶ĂŸere Differenzen zwischen den Frequenzen bewusst verarbeiten kann.

Einsatzmöglichkeiten

In Digitaluhren und Taschenrechnern werden LCDs schon seit Anfang der 1970er Jahre verwendet. Diese einfarbigen Displays ohne Hintergrundbeleuchtung zeichnen sich durch geringsten Energieverbrauch und sehr hohe Lebensdauer aus.

SpĂ€ter fanden LCDs als Aktiv-Matrix-Displays mit Hintergrundbeleuchtung Verbreitung ĂŒber weitere tragbare oder batteriegespeiste GerĂ€te wie etwa Mobiltelefone, Notebooks und Ă€hnliches.

Typische Auflösungen bei Computer-Flachbildschirmen reichen von 1024×768 Pixel (38 cm/15″) ĂŒber 2560×1600 Pixel (76 cm/30″), bis 3840 × 2160 Pixel, bei Notebooks reichen sie von 800×480 Pixel bis 3200×1800 Pixel. PDAs und portable DVD-Spieler weisen Auflösungen zwischen 320×240 und 800×480 Pixel, Displays von Standbild- und Videokameras zwischen 160×176 Pixel (84.000 Pixel) und 640×480 Pixel (900.000 Pixel) auf. Insbesondere bei Smartphones hat die Firma Apple mit dem „Retina-Display“ einen neuen Marketingbegriff fĂŒr hohe Bildauflösung geschaffen.

Mittlerweile haben LC- und Plasma-Displays die Kathodenstrahlröhre weitgehend verdrĂ€ngt. Dies betrifft Computermonitore (seit 2006) und FernsehgerĂ€te mit grĂ¶ĂŸeren Bilddiagonalen (seit 2008). Auch bei Oszilloskopen werden seit lĂ€ngerem computerangesteuerte LCDs verwendet. 2003 wurden in Deutschland bereits mehr LCD als herkömmliche Röhrenmonitore fĂŒr PCscite-ref-heise-2004-03-18-1[18] und 2006 mehr Flachbildfernseher – also LCD und Plasmabildschirme – als RöhrengerĂ€te verkauft.cite-ref-33[33]

Versuche, mit LCD-Matrixanzeigen Bildschirmprojektoren zu realisieren, gab es ab den 1970er Jahren.cite-ref-projektor-23-1[23] Der Imagina 90 war weltweit der erste in Serie gefertigte Videogroßbildprojektor mit FlĂŒssigkristallbildgenerator, der sich auch fĂŒr den Dauerbetrieb eignete.

Produktion

Die LCD-Technik hat in den letzten Jahren insbesondere durch die Entwicklung von Flachbildschirmen einen enormen Aufschwung erlebt. Große ProduktionsstĂ€tten fĂŒr Flachbildschirme wurden zunĂ€chst in Japan errichtet. Schon bald setzte jedoch die Abwanderung der Industrie in die neuen asiatischen Industrienationen ein, in denen billige ArbeitskrĂ€fte und ĂŒppige staatliche Förderung lockten. Derzeit befindet sich der Schwerpunkt der Flachbildschirmindustrie in Taiwan und insbesondere SĂŒdkorea. In SĂŒdkorea betreiben die dort ansĂ€ssigen weltweit grĂ¶ĂŸten Flachbildschirmhersteller – Samsung, LG Display und Chi Mei Optoelectronics (CMO) – die zurzeit (2008) grĂ¶ĂŸten LC-Bildschirm-ProduktionsstĂ€tten. Noch kostengĂŒnstigere Produktionsstandorte gibt es in China. ProduktionsstĂ€tten zur Herstellung hochwertiger Flachbildschirme sind dort derzeit (2008) im Aufbau.cite-ref-34[34]

Umweltschutz

Aus der Sicht des Klimaschutzes wird die FlĂŒssigkristallbildschirmfertigung als problematisch angesehen, da in der traditionellen Produktion große Mengen klimagefĂ€hrdender Substanzen eingesetzt werden. Im wichtigen „Arrayprozess“, in dem die TFT-Steuermatrix großflĂ€chig auf dĂŒnne Glasscheiben aufgebracht wird, werden potente Treibhausgase wie Schwefelhexafluorid (SF6) – GWP 22800 CO2e – und Stickstofftrifluorid (NF3) – GWP 17200 CO2e – in großem Umfang verwendet und in die AtmosphĂ€re freigesetzt, wie eine Studie aus dem Jahre 2008 aufzeigt.cite-ref-35[35]

Siehe auch
Literatur

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Weblinks

Wiktionary: FlĂŒssigkristallbildschirm

– BedeutungserklĂ€rungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons

: FlĂŒssigkristallbildschirme

– Sammlung von Bildern

‱ FlĂŒssigkristalle – die richtige Mischung fĂŒr jede LCD-Technologie. Merck, 15. November 2017; abgerufen am 26. Juni 2018.
‱ Der flache Bildschirm
‱ Crystec Technology Trading GmbH, Die Herstellung von FlĂŒssigkristallbildschirmen
‱ 4kmobile.de: Funktionsprinzip eines LCD/TFT-Displays
‱ Karl-Gerhard Haas: Vor 50 Jahren: Das Patent fĂŒr LCD wird angemeldet. In: Heise Online. 4. Dezember 2020, abgerufen am 5. Dezember 2020.

Quellen

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