Die Entwicklung der Bildschirme: Flachbildschirme

Flachbildschirme (kurz LCD- Liquid Crystal Display)

Quelle: Dell Dells Vorzeige-LCD: der 30 Zoll große WFP3008 Mit dem Beginn der Jahrtausendwende machten sich vermehrt die Flachbildschirme auf den heimischen Schreibtischen breit. Die ebenfalls häufig verwendete Bezeichnung TFT stammt von Thin Film Transistor und ist die Bezeichnung für das Aktiv-Matrix-Display, das sich heute in jedem LCD-Display befindet.

Erfunden wurde der Urahn des heutigen LC-Displays bereits im Jahre 1968 mithilfe der DSM-Methode (Dynamic Stuttering Mode). Das heute übliche TN-Panel erblickte 1972 erstmals das Licht der Welt.

Das Grundprinzip zur Darstellung von Farben bleibt beim LCD-Bildschirm gleich: Ein Pixel besteht aus drei Subpixeln, die die Farben Rot, Grün und Blau darstellen. Doch anstelle eines Kathodenstrahls wird das Bild nun über Flüssigkristalle erzeugt, die durch das Anlegen von Spannung ihren Zustand ändern. Prinzipiell leuchten alle Pixel eines Flachbildschirms permanent, da die Hintergrundbeleuchtung dauerhaft eingeschaltet ist. Über die Flüssigkristalle lässt sich nun durch das Anlegen einer unterschiedlich starken Spannung die Helligkeit des Leuchtens regulieren. Das polarisierte Licht wird so mehr oder minder stark an die Oberfläche gelassen.

Ein TN-Display (Twisted Nematic, TN) besteht aus nematischen Drehzellen. Die Flüssigkristalle werden zwischen zwei Glasplatten untergebracht, welche auf der Innenseite mit einer transparenten Elektrodenschicht versehen sind. Das bereits polarisierte Licht trifft nun auf die Kristalle, die je nach Zustand (abhängig von der angelegten Spannung) das Licht mehr oder weniger drehen. So wird festgelegt, ob und wie stark es den zweiten Polarisationsfilter passieren kann.

Der "Normally-White-Mode" kommt ohne Spannung aus. Die Zelle lässt das Licht hindurch. Wird nun Spannung an die Moleküle angelegt, drehen sich diese und versperren dem Licht den Weg durch den zweiten Polarisationsfilter. Im "Nomally-Black-Mode" ist die Funktionsweise einfach gedreht. Hier wird ein schwarzes Bild ohne Spannung angezeigt.

Aktuell bereits verfügbar und in Zukunft wohl auch in günstigen Displays anzutreffen ist die aufwendigere PVA- und MVA-Technik. Ihr Vorteil ist ein höheres Kontrastverhältnis und der größere Blickwinkel. Derzeit sind jedoch die Schaltzeiten noch nicht auf TN-Niveau.

Gegenüber den Röhrenmonitoren haben LC-Displays aber einige Nachteile: die native Auflösung und die Reaktionsgeschwindigkeit (Schaltzeit). Die feste Auflösung ergibt sich durch die feste Anzahl von Pixeln. Während der Kathodenstrahl des Röhrenmonitors bei niedrigeren Auflösungen einfach mehrere Punkte der Lochmaske überfahren kann, muss der LC-Bildschirm skalieren, was zu einem qualitativ schlechteren Bild führt. Nachteilig wirken sich auch die Schaltzeiten der Kristalle aus, die einen gewisse Zeit benötigen, um sich auszurichten. Sind diese zu hoch, entstehen Schlieren.

Moderne LCDs reagieren meist schnell genug, haben aber durch verschiedene elekronische Bauteile einen so genannten Inputlag: Vor allem Spieler müssen auf eine kurze Signallaufzeit achten. In jedem Flüssigkristallbildschirm arbeitet eine Elektronik, die das von der Grafikkarte kommende Signal verarbeitet. Diverse Techniken zur Verbesserung des Bildes (beispielsweise Overdrive) sorgen dafür, dass einige Millisekunden vergehen, bis das Bild auf dem LCD sichtbar wird. Bei einem herkömmlichen Röhrenmonitor wird das Bild schneller erzeugt, es entsteht kein messbares Inputlag. Mithilfe einer digitalen Spiegelreflexkamera und eines Röhrenmonitors ist es möglich, die Signallaufzeit sichtbar zu machen. Allerdings handelt es sich dabei nur um eine Annäherung an den tatsächlichen Wert für das Inputlag. Unsere Partnerwebseite Prad.de hat zum Thema Inputlag größere Untersuchungen angestellt und ein spezielles Tool entwickelt. Das Small Monitor Test Tool (SMTT) erzeugt sehr hohe Fps-Raten und zeigt eine Art Stoppuhr an verschiedenen Positionen des Monitors an. Die meisten Spieler stört eine Signallaufzeit von zwei Bildern pro Sekunde (Fps) nicht, das entspricht etwa 30 Millisekunden. Trotzdem nehmen beispielsweise Profispieler die Verzögerung durch das Inputlag wahr. Daher sollte die Signallaufzeit unter zwei Fps liegen.

Dennoch gibt es natürlich auch Vorteile zu vermelden. Neben dem schlanken Auftreten der LC-Displays überzeugt auch ihr niedriger Energiekonsum (im Vergleich zu gleich großen Röhrenmonitoren) und ihr für viele Menschen als angenehmer empfundenes Bild. Hinzu kommt, dass das Bild absolut flimmerfrei ist und keine Verzerrungen aufweist. In der nativen Auflösung ist das dargestellte Bild zudem gestochen scharf.

Um eine bessere Ausleuchtung, Helligkeitsverteilung, Langlebigkeit und letztendlich auch Kostensenkung zu erreichen gehen die Hersteller aktuell dazu über vermehrt LEDs als Hintergrundbeleuchtung zu verwenden. Ein netter Nebeneffekt ist, dass die Displays deutlich flacher werden - dazu später mehr. Alternativ sind auch Bestrebungen im Gange nur noch zwei Kaltlichtkathoden für die Hintergrundbeleuchtung zu verwenden. Beide Techniken helfen zudem den Stromkonsum zu senken.

Ein weiterer aktueller Trend bei Flachbildschirmen ist der Wechsel von 16:10-Format zum 16:9-Format. Damit passt sich der Computermonitor dem internationalen Standard für Breitbildgeräte an.

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1. Seite 1 Die Entwicklung der Bildschirme: Einführung
2. Seite 2 Die Entwicklung der Bildschirme: Röhrenmonitore
3. Seite 3 Die Entwicklung der Bildschirme: Flachbildschirme
4. Seite 4 Die Entwicklung der Bildschirme: LED-Technik
5. Seite 5 Die Entwicklung der Bildschirme: Beamer
6. Seite 6 Die Entwicklung der Bildschirme: OLED-Displays