Flachbildschirme

Technologie der Flüssigkristallanzeige
(LCD / engl. Liquid Crystal Display)

- Allgemein
LC-Displays sind im Gegensatz zu den selbsleuchtenden Kathodenstrahlröhren nichtemmitierende Anzeigen, die entweder ausreichende Umgebungshelligkeit (reflexive Anzeige) oder aber auf eine Hintergrundbeleuchtung (Transmissive Anzeige) angewiesen sind. Eine kostenintensive und komplizierte Herstellung, sowie ihre im Gegensatz zu herkömmlichen Kathodenstrahlröhren kleinere Bilddiagonalen schränkten bislang die Verwendung von LC-Displays als Desktop-Bildschirm ein. Durch Verbesserungen in der Flachbildschirmtechnologie sowie die Entwicklung von aktiven TFT-Displays mit bestechend guten Darstellungsqualitäten werden diese Flachbildschirme in den kommenden Jahren allerdings zunehmend zu einer Konkurrenz für herkömmliche Monitore werden; da neben immer größeren Bilddiagonalen auch heute schon ein starker Preisverfall zu beobachten ist. Weitere Vorteile wie flimmerfreie Darstellung ohne belastende elektrische Felder sowie der geringe Energiebedarf durch die hervorragende Bildgeometrie sprechen darüber hinaus für sich selbst. Die Bildgröße wird bei LC-Displays immer entsprechend der tatsächlichen Sicht- und Nutzdiagonalen angegeben, nicht wie bei herkömmlichen Monitoren, deren sichtbare Bilddiagonale meist 1,5 Zoll unter dem angegebenen Wert liegt.

- Technischer Hintergrund
Als Flüssigkristalle bezeichnet man Substanzen, die typische Eigenschaften von Festkörpern und Flüssigkeiten in sich vereinen. Bereits Ende des letzten Jahrhunderts waren diese Stoffe bekannt; an eine technische Nutzung wurde jedoch bis zu ihrer Wiederentdeckung Anfang der 60er Jahre nicht gedacht.
Erst zu diesem Zeitpunkt erkannte man, daß Flüssigkristalle in einem elektrischen Feld ihre optische Eigenschaften verändern. Weitere zehn Jahre vergingen, bis erste LCD-Displays in Taschenrechnern und Armbanduhren zum Einsatz kamen. Anhand einer einfach aufgebauten älteren TN-LCD Zelle soll das generelle Funktionsprinzip dieser Bildschirme verdeutlicht werden. Der Aufbau eines Displays besteht schematisch gesehen aus zwei Polarisationsfiltern, die so angeordnet sind, daß sie sämtliche Schwingungs-
ebenen des von der Hintergrundbeleuchtung ausgesendeten Lichtes sperren. Zwischen diesen Filtern ist eine Schicht von Flüssigkristallen angeordnet, deren einzelne Moleküle ohne angelegtes elektrisches Feld eine um 90° gedrehte Helix bilden, die diesem Anzeigetyp auch den Namen Twisted Nematic oder kurz TN-LCD verleiht.
Das unpolarisierte Licht der Hintergrundbeleuchtung kann den ersten Polarisationsfilter lediglich mit einer Schwingungsebene passieren, die dann entlang der Helix um 90° gedreht wird und die folgende zweite Polarisationsschicht ungehindert durchdringen kann. Ohne ein elektrisches Feld wird also das Display hell. Liegt nun an der Flüssigkristallschicht ein elektrisches Feld an, so richten sich die nematisch-en Moleküle des Flüssigkristalls anders aus und lassen das Licht ungebrochen zum vorderen Polfilter durch. Da die Schwingungsebene nun nicht mehr an den Molekü-len des LC gedreht wird, sperrt dieser Filter, und der Bildschirm wird dunkel.

Moderne Displays sind zur Steigerung des Kontrastes und der Helligkeit et-was komplizierter Aufgebaut, wobei bei den aktuellen DSTN (Double Super Twisted Nematic) oder TSTN Anzeigen (Triple STN) die Moleküle der LC-Schicht bis zu 260 Grad verdreht sind. Bei Farb-Displays wird, ähnlich wie bei Kathodenstrahl-Monitoren aus je drei einzeln adressierbaren Sub-Pixel in den Grundfarben Rot Grün und Blau ein Bildpunkt erzeugt. Die Einfärbung der Sub-Pixel erfolgt dabei durch Farbfilter.

- Aktive oder Passive Matrix
DSTN-Displays werden mit Hilfe einer passiven Matrix angesteuert, also mit einem Geflecht von durchsichtigen horizontalen und vertikalen Elektrodenstreifen. Jeder Schnittpunkt von horizontaler und vertikaler Elektrode stellt einen Sub-Pixel dar und kann einzeln angesteuert werden. Leider bildet sich das zur Steuerung des Pixels benötigte elektrische Feld nicht nur an dem eigentlichen Schnittpunkt aus, sondern in schwächerer Form auch entlang den gesamten Elektroden. Die Folge sind störende Streifen, das sog. Ghosting, sowie die insgesamt langsame Reaktionszeit des Displays.
Beim TFT-Display wird demgegenüber eine aus einem Transistorfilm bestehende aktive Matrix eingesetzt, die es ermöglicht, jeden Sub-Pixel einzeln anzusteuern. Dazu ist bei einer Auflösung von 800 X 600 Bildpunkte die unglaubliche Anzahl von 1,44 Millionen Transistoren, je einen pro Grundfarbe und Sub-Pixel, erforderlich. Diese Displays bieten ein hohes Kontrastverhältnis und eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, wobei störende Ghosting-Effekte durch die Einzeladressierung vermindert werden.

Eigenschaften von Flachbildschirmen

- Geschwindigkeit
Passive Displays (DSTN) sind grundsätzlich langsamer im Bildaufbau als solche mit Aktivmatrix (TFT); bei schnellen Änderungen auf dem Bildschirm können sie den Inhalt nicht mehr korrekt darstellen. Schon das Scrollen eines Textes überfordert sie meist. Für den Einsatz als Desktop-Display eigenen sich daher nur aktive TFTs; DSTN-Displays sollten, wenn überhaupt, nur noch als preisgünstigere Alternative in Notebooks eingesetzt werden.

- Display-Größe
LC-Displays verfügen wie Monitore über eine maximal mögliche Pixel-Anzahl, reagieren aber auf niedrigere Auflösungen mit einer zum Teil unbrauchbaren Darstellung. Abhängig von der verwendeten Treiber-Software wird teilweise bei niedrigeren Auflösungen die Darstellung auch maßstabsgerecht verkleinert, und der äußere Rand des Displays bleibt ungenutzt. Anzeigen mit Bilddiagonalen von 12,1 Zoll lösen üblicherweise 800 x 600 Bildpunkte auf; bei Diagonalen von 13,3 und 14,1 (jeweils sichtbare Diagonale!) steht eine maximale Auflösung von 1.024 x 768 zur Verfügung. Marktübliche Displays weisen eine Farbtiefe von 18 Bit (6 Bit pro Subpixel) auf; neuere ermöglichen aber auch echte TrueGolor-Darstellung mit über 16 Millionen Farben (24 Bit).

- Pixelfehler
Ein TFT Display mit einigen wenigen Pixelfehlern wird in der Regel nicht als defekt gekennzeichnet, da der Produktionsausschuß, gerade bei großen Anzeigen, ansonsten immens wäre. Es wird dabei unterschieden zwischen Pixelfehlern, von denen nur ein Sub-Pixel betroffen ist und solchen, die sich in hell- oder dunkelgeschalteten Bildpunkten zeigen.

- Ablesewinkel
Der horizontale und der vertika-le Ablesewinkel eines Displays gehören zu den wichtigsten Qualitätsmerkmalen. Marktübliche Displays besitzen einen vertikalen Ablesewinkel von insgesamt 140 Grad und können dadurch auch von der Seite noch ausreichend gut abgelesen werden. Neu entwickelte Flachbildschirme erreichen bisweilen sogar Ablesewinkel von 160 Grad.

- Grafik-Adapter
LC-Bildschirme werden generell digital angesteuert (herkömmliche Kathodenstrahlmonitore analog). Die Verbindung von externem LC-Displays und PC kann auf zwei verschiedene Weisen erfolgen: Entweder liefert der Hersteller des Displays eine digitale Grafikkarte mit - und verzichtet somit auf eine unnötige Signalumwandlung - oder das Display wird an eine herkömmliche VGA-Grafikkarte angeschlossen. In diesem Fall werden die analogen Bilddaten erst von der Elektronik des Displays wieder in eine digitale Form gebracht. Beide Lösungen haben Vor- und Nachteile. Digitale Grafikkarten sind oft besser auf das Display abgestimmt; es kann aber nicht an jeden Adapter ein analoger Monitor angeschlossen werden. Kombi-Grafikkarten mit analogem und digitalem Ausgang bieten die flexibelste Lösung.