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LCD steht für "Liquid Crystal Display" oder auf deutsch "Flüssigkristallanzeige". Die verwendete Technik ist schon einige Jahre alt. Die Entwicklung startete bereits in den 1960er Jahren. Anfang der 1970er Jahre erschienen die ersten Displays mit dem noch heute benutzten Technikprinzip.

 

Wie funktioniert ein LCD-Bildschirm?

 

Ein LCD Bildschirm besteht aus zwei transparenten Scheiben entweder aus Glas oder Kunststoff. Die Scheiben sind mit transparenten Elektroden (Kontakten) aus einer "Indium-Zinn-Oxidschicht" beschichtet. Am Rand dieser Scheiben sind die Anschlüsse dann nach außen geführt und können dort mit der Steuerelektronik verdrahtet werden.
Die zwei Scheiben liegen mit einem winzigen Spalt voreinander getrennt. Dazwischen befinden sich die Flüssigkristalle. Die Flüssigkristalle muss man sich als eine Flüssigkeit vorstellen, bei der sich nach Anlegen einer Spannung die Moleküle in einer vorgegebenen Richtung ausrichten. Damit man diese Veränderung auch sichtbar machen kann ist die vordere Scheibe mit einem so genannten Polarisationsfilter beschichtet.

 

LCDs leuchten nicht selber. Nach Anlegen einer Spannung wird im Prinzip der gewünschte Bereich nur Lichtundurchlässig. Nimmt man die Spannung wieder weg, ist der Bereich wieder durchsichtig. Durch variieren der Spannung kann auch der Kontrast (Sättigung) geregelt werden. Damit man überhaupt etwas auf dem LCD sehen kann hinterlegt man das Display für kleinere Anzeigen mit einer Reflektionsschicht (Spiegel) oder bringt eine Hintergrundbeleuchtung an, wie es bei heutigen LCD-Fernsehern oder Monitoren üblich ist.

Es gibt heute auch mehrere Techniken nach denen sich die Moleküle in den Flüssigkristallen ausrichten:

  • TN (Twisted Nematic) = Bei dieser Technik richten sich die Moleküle in den Flüssigkristallen "Schraubenförmig" aus. Diese Technik wird heute meist überwiegend bei LC-Displays verwendet. Der Vorteil ist eine inzwischen recht gute Reaktionszeit und ein niedriger Stromverbrauch. Als Nachteil sind ein geringer Blickwinkel und ein geringerer Kontrast zu nennen. Dafür sind Bildschirme mit dieser Technik verhältnismäßig günstig.
  • VA (Vertical Alignment) = Bei dieser Technik wird die Flüssigkristallschicht in mehreren Ebenen angeordnet. Das hat den Vorteil, dass diese LC-Displays einen deutlich höheren Blickwinkel erlauben und der Kontrast besser als bei der TN-Technik ist. Dafür sind der Stromverbrauch und die Reaktionszeit etwas höher.
  • IPS (In Plane Switching) = Bei dieser Technik drehen sich die Moleküle in den Flüssigkristallen parallel zur Bildschirmfläche. Dadurch erhält man den Vorteil, das der Blickwinkel, ähnlich der VA-Technik, höher als bei der TN-Technik wird. Dafür müssen die "Thin Film Transistoren" (siehe unten) ungünstiger angeordnet werden, wodurch das Bild dunkler wird. Das gleicht man oft mit stärkeren Lampen für die Hintergrundbeleuchtung wieder aus, wodurch der Stromverbrauch solcher Geräte deutlich höher wird.

So wie bisher beschrieben könnte man mit einem solchen Bildschirm nur schwarz-weiß Bilder darstellen. Um auch farbige Bilder darstellen zu können werden für jeden benötigten Bildpunkt drei Sub-Pixel benötigt. Bei diesen wird die vordere Scheibe bei jedem Sub-Pixel abwechselnd in den drei Grundfarben (rot, grün, blau) eingefärbt. Damit ist dann jede Farbe darstellbar. Ein "Pixel" besteht somit immer aus drei "Sub-Pixeln".

 

Am Anfang hatte man noch das Problem, dass LC-Displays einen schwachen Kontrast hatten. Diese Displays nennt man auch "Passiv-Matrix-Displays". Dabei benutzte man einfache Elektroden in horizontaler und vertikaler Anordnung, die wie ein Schachbrett aufgeteilt sind. Legt man nun eine Spannung an eine Vertikale und an eine horizontale Elektrode werden genau am Schnittpunkt die Flüssigkristalle angesteuert. So kann man im Prinzip jeden beliebigen Bildpunkt frei ansteuern. Allerdings verursacht der angelegte Strom auch, dass benachbarte Flüssigkristalle "leicht" angesteuert werden, also eine "Streuung" entsteht. Auch darf der Strom zur Ansteuerung nicht zu hoch sein. Dadurch kann nicht so ein hoher Kontrast erreicht werden.

 

Mit der Einführung farbiger LC-Displays und der damit verbundenen sehr eng liegenden Sub-Pixel musste eine andere Technik gesucht werden. Heute verwendet man daher die so genannten "Aktiv-Matrix-Displays". Die Verdrahtung ist gegenüber den "Passiv-Matrix-Displays" gleich. An den Schnittpunkten werden hier aber nicht die Flüssigkristalle angesteuert. Es sitzen hier so genannte "Dünnschichttransistoren", die den angelegten Strom verstärken und erst dann die Flüssigkristalle ansteuern. Auf Englisch heißen diese Transistoren "Thin Film Transistor" oder kurz "TFT". Man nennt diese Bildschirme daher auch oft nur "TFT-Bildschirme".
Dadurch dass der Strom direkt am Leuchtpunkt verstärkt wird, kann der Ansteuerstrom auch kleiner sein, als bei den "Passiv-Matrix-Displays". "Aktiv-Matrix-Displays" umgehen so beide großen Nachteile der "Passiv-Matrix-Displays": durch den geringeren Strom treten kaum noch Streu-Ansteuerungen benachbarter Pixel auf und dadurch dass der Strom direkt am Pixel verstärkt wird ist der Kontrast deutlich höher. Das wiederum ist eine ideale Voraussetzung für den bau von Displays mit hoher Pixelanzahl wie diese für HDTV-Fernseher oder Computermonitoren benötigt werden.
Die "Dünnschichttransistoren" in den Schnittpunkten haben aber auch Nachteile: sie nehmen einen Teil des durchfallenden Lichtes weg. Damit ein solches Display ein genau so helles Bild liefert wie ein "Passiv-Matrix-Display" muss die Hintergrundbeleuchtung stärker ausgelegt sein, was den Stromverbrauch erhöht.

Welche Vorteile hat die LCD Technik?

 

LC-Displays benötigen gegenüber Röhren- oder Plasmabildschirmen recht wenig Strom und können sehr flach hergestellt werden. Auch das Gewicht ist gegenüber den Röhren- und Plasmageräten sehr gering, da die Bildschirme nicht unbedingt aus schwerem Glas hergestellt werden müssen.
Die Auflösung von LC-Displays ist sehr hoch und eignet sich damit hervorragend auch für die HDTV Darstellung. Dadurch dass die Bilder beim LC-Display als Vollbild dargestellt werden können ist das Bild flimmerfrei und sehr scharf. Selbst wenn bei einem LCD-Computermonitor die Bildwiederholfrequenz auf nur 60 Hz eingestellt ist, wird ein ruhiges scharfes Bild erzeugt.
Inzwischen können LCD-Bildschirme bis zu Größen von über 120 cm problemlos hergestellt werden.
Noch ein Vorteil ist in diesem Zusammenhang die Displaygröße: bei einem LC-Display hat die Anzeigefläche auch wirklich die angegebene Größe. Bei einem Röhren-Display verdeckt das Gehäuse immer einen Teil der Anzeigefläche. Ein 17 Zoll LCD-Monitor hat dadurch fast die gleiche sichtbare Anzeigengröße wie ein 19 Zoll Röhrenmonitor!

 

Welche Nachteile hat die LCD Technik?

 

Die Farbwiedergabe ist noch nicht so gut wie bei Röhrengeräten. Wenn es besonders bei der Bildbearbeitung auf eine sehr genaue Farbausgabe ankommt, sind derzeit LCD-Monitore weniger geeignet. Ein weiterer großer Nachteil ist die Trägheit der Ausgabe. Bedingt durch die Technik können die einzelnen Bildpunkte nicht so schnell umgeschaltet werden. Das hat zur Folge, dass bei der Anzeige von schnellen Bewegungen das Bild mehr oder weniger "verschmiert". Dieser Effekt wird aber von Jahr zu Jahr durch neue, aktuelle Technik verbessert.
Dann ist der Betrachtungswinkel verhältnismäßig gering. Blickt man schräg auf die Anzeige wird das Bild oft dunkler und/oder verfälscht die Farben.
Ein weiteres Problem, besonders für LCD-Computermonitore ist die feste Bildpunktezahl. Ein LC-Display wird für eine bestimmte Auflösung hergestellt. Diese ist oft sehr hoch z.B. 1280 x 1024 Pixel bei einem 19 Zoll Display. Nur in dieser Auflösung liefert der Bildschirm dann auch ein gutes und scharfes Bild. Stellt man die Auflösung herunter wird das Bild meist unscharf, da die Elektronik die Bildpunktezahl dann umrechnen muss.
LC-Displays leuchten nicht selber. Damit man überhaupt auf einem Monitor oder Fernseher ein Bild sehen kann, wird eine Hintergrundbeleuchtung benötigt. Üblicherweise werden dafür Leuchtstofflampen verwendet.  Allerdings benötigen dieses Leuchtstofflampen verhältnismäßig viel Strom was die gesamten Betriebskosten erhöht. Auch lassen sich mit Leuchtstofflampen die Bildflächen oft nicht gleichmäßig ausleuchten. Um diese "Probleme" zu umgehen, werden nun immer häufiger Leuchtdioden (LEDs) für die Hintergrundbeleuchtung verwendet, die inzwischen mit ausreichender Helligkeit hergestellt werden können. Allerdings sind LC-Displays mit LED Hintergrundbeleuchtung teilweise noch teurer, als Bildschirme mit Röhren Hintergrundbeleuchtung.
Ein weiteres Problem bei vielen LC-Displays besteht darin, dass oft kein sattes Schwarz erzeugt werden kann. Die Flüssigkristalle lassen auch bei voller Ansteuerung immer etwas Licht durch. Schwarze Flächen erscheinen meist immer dunkelgrau.
Auch haben heutige LC-Displays in der "normalen" Preisklasse meist immer so genannte Produktionsbedingte "Pixelfehler". Die Pixelfehler sind in einer ISO-Norm (ISO 13406-2) festgeschrieben. Heute ist man bereits so weit, dass fast alle Displays mit der Pixel-Fehlerklasse II hergestellt werden können (siehe entsprechenden Bericht). Nur Displays mit der Pixel-Fehlerklasse I dürfen keinen Fehler aufweisen. Diese sind aber sehr teuer.
Als letzten Punkt in dieser "Nachteile-Liste" ist noch der Preis zu nennen. LC-Displays sind in der Herstellung noch deutlich teurer als vergleichbare Röhren-Displays. LCD Monitore bzw. Fernseher sind daher deutlich teurer als vergleichbare Röhrengeräte. Allerdings sind LCD Fernseher und Monitore heute bereits Massenware. Röhrengeräte bekommt man nur noch sehr wenige. Dementsprechend sind die Preise auch schon deutlich gefallen und lassen sich eigentlich gar nicht mehr mit Röhrengeräten vergleichen.

 

Gibt es Alternativen?

 

Heute schon erhältlich und inzwischen auch erschwinglich sind Plasma-Bildschirme. Diese haben zwar auch (noch) Nachteile werden aber auch ständig weiterentwickelt und damit verbessert. Hier sollte man selber abwiegen was einem wichtig ist und welche Nachteile man in Kauf nehmen kann. Wobei eindeutig der Trend zu LCD-Bildschirmen geht. Plasma-Bildschirme sind zwar weiterhin erhältlich, nehmen aber in der Anzahl deutlich ab. Das ist unter anderem auch damit zu begründen, dass der bisherige Vorteil der Plasma-Bildschirme, die Größe, von den LCD-Bildschirmen inzwischen eingeholt wurde. Auch LCD-Bildschirme können problemlos in den Größen heutiger Plasmageräte hergestellt werden. Möchte man dann noch ein größeres Bild genießen, bieten sich Projektoren (Beamer) an. Diese haben aber nicht so eine große Lichtstärke und benötigen meist einen abgedunkelten Raum.

Eine weitere neue Technik nennt sich "E-Ink (elektronische Tinte)". Die Entwicklung steht hier zwar noch am Anfang, so dass diese Technik derzeit noch keine echte Konkurrenz zu LCD-Bildschirmen ist, aber für gewisse Anforderungen bietet die E-Ink Technik auch heute schon Vorteile gegenüber der LCD-Technik. E-Ink wird für so genanntes "elektronisches Papier (E-Papier)" eingesetzt. Überall dort, wo Anzeigen ähnlich "echtem" Papier gewünscht werden, hat die E-Ink Technik vorteile. Heute benutzt man diese Technik vorwiegend bei elektronischen Büchern (E-Book Reader). Denkbar sind in einiger Zeit aber auch viele andere Anwendungsbereiche.
Zwei großen Nachteile hat die E-Ink Technik allerdings heute (Anfang 2010) noch: die Anzeige erfolgt nur in schwarz-weiß und sie ist sehr träge, so dass keine Filme oder Animationen angezeigt werden können. Dafür ist diese Technik sehr Strom sparend. Bereits für 2010 haben aber Hersteller schon eine farbige E-Ink Anzeige angekündigt.  

Des weiteren arbeitet am auch an zwei weiteren LCD-Nachfolgern. Einmal die SED-Bildschirme und zum anderen die OLED-Bildschirme. Beide sind aber vor Ende 2010 noch nicht Marktreif. Auch ist noch nicht bekannt wie groß und wie teuer diese Bildschirme sein werden.

 

Fazit:

 

LCD- und Plasma Bildschirme werden stetig weiterentwickelt und verbessert. Auch stehen mindestens zwei neue Techniken vor der Tür. Jeder muss selber für sich entscheiden für welchen Bildschirm man sich entscheidet. Derzeit haben alle Techniken noch den einen oder anderen Nachteil. Möchte man nicht mit diesen Nachteilen leben, bleibt nur das warten auf eine der neuen Techniken und die Hoffnung, dass damit alles besser wird. Ansonsten muss jeder für sich selber entscheiden, welches Bild einem besser gefällt. Auf jeden Fall gehören "Flachbildschirmen" die Zukunft! Schon heute findet man kaum noch Röhrengeräte im Fachhandel.

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Letzte Aktualisierung: 25.02.2017
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