Für immer mehr unter uns ist der Besitz eines Fernseh- oder Computerbildschirms mit Kathodenstrahlröhren-Technologie nichts weiter als eine verblassende Erinnerung, wenn manche von uns überhaupt jemals im Besitz eines solchen Geräts gewesen sind. Und die Erinnerung daran dürfte tatsächlich darin bestehen, dieses Kathodenstrahlröhrengerät zu einer Wohltätigkeitsorganisation, einer Entsorgungsstelle für Elektronikgeräte oder auf den Gehweg geschleppt zu haben (und im letzten Fall mit aufgeklebtem Zettel mit dem Hinweis „zu verschenken“). Ein derartiges Ausmisten geschah möglicherweise aus mindestens einem (eher mehreren) der folgenden Gründe: hoher Stromverbrauch, hohes Gewicht, hoher Platzbedarf und eine schlechtere Bildqualität. Anschließend wurde der Bildschirm wahrscheinlich durch einen LCD-Bildschirm (Liquid Crystal Display) ersetzt.
LCDs sind heutzutage überall anzutreffen, von der kleinformatigen Smartwatch an Ihrem Handgelenk bis hin zu großflächigen Bildschirmen in Geschäften und Heimkinos... und überhaupt an allen Ecken und Enden. In den letzten 40 Jahren und bereits zuvor hat sich die Technologie von LCD-Design und -Fertigung kontinuierlich weiterentwickelt, um sich an die Eigenschaften alternativer früherer Displaytechnologien anzupassen, wenn nicht sogar diese zu übertreffen: Schwarzpegel, Leuchtdichte, Farbbereich, Bildwiederholfrequenz, Größe, Auflösung usw. Gleichzeitig wurden bemerkenswerte Fortschritte im Hinblick auf Dicke, Gewicht, Stromverbrauch und andere Aspekte erzielt.
Folglich ist das LCD heute bei Weitem der dominierende Ansatz, der bei Direktsichtdisplays eingesetzt wird. Die erfolgreiche OLED-Alternative (organische LED) hingegen ist zwar im Hinblick auf Größe, Ausbeute, Kosten, Zuverlässigkeit und weitere Aspekte langsamer vorgerückt als ursprünglich vorausgesagt, sie macht nichtsdestotrotz Fortschritte und wird höchstwahrscheinlich zur zunehmend robuster werdenden Konkurrenz in der Zukunft.
Technologische Grundlagen
LCDs nutzen die selektive und progressive Modulation von Licht, das entweder aus der Umgebungsbeleuchtung (in Verbindung mit einem Reflektor) oder einer integrierten Hintergrundbeleuchtung bezogen wird, um dem Betrachter pixelspezifische Informationen in Graustufen oder (über ein eingebautes Farbfilter-Array) in vollem Farbspektrum zu liefern. (Quelle: Wikipedia)
Wie die Abbildung zeigt, beruhen LCDs auf alternierenden polarisierenden Filterschichten mit entsprechenden vertikalen und horizontalen Achsen. Zwischen den beiden Filtern befindet sich eine Flüssigkristallschicht, die je nach Pixelausrichtung von dazugehörigen Molekülen die Lichtdurchlässigkeit blockiert oder halb bis vollständig lichtdurchlässig ist, indem Photonen „gedreht“ werden, um sich an den Polarisationseffekt anzupassen oder nicht. Farb-LCDs bieten eine Schicht aus Filter-Arrays mit Rot-, Grün- und Blau-Subpixelfiltern pro Pixel, die selektiv nur einen Anteil des gesamten sichtbaren Farbspektrums passieren lassen. Durch Variieren der Sub-Pixel-Intensität jeder Farbe bei gleichzeitigem Gewährleisten, dass die Sub-Pixel zu klein sind, um vom bloßen Auge bei einem vorausgesetzten Betrachtungsabstand individuell wahrgenommen werden zu können, werden die Sub-Pixel vom Auge (und Gehirn) miteinander vermischt, um Pixel aus dem vollen Farbbereich zu erzeugen und wahrzunehmen.
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Touchscreen-Funktionen wie die des FTAS00-65AS4 von NKK Switches haben LCDs in mobilen Anwendungen nahezu allgegenwärtig gemacht.
Original Passiv-Matrix-LCDs wurden heute zum Großteil durch ihre Aktiv-Matrix-Nachfolger ersetzt. Wikipedia zufolge wurde im zuletzt genannten Fall den mit der Flüssigkristallschicht in Kontakt stehenden Elektroden eine Matrix aus Dünnschichttransistoren hinzugefügt. Aus diesem Grund erscheinen Aktiv-Matrix-Displays heller und schärfer als Passiv-Matrix-Displays derselben Größe, bieten in der Regel kürzere Antwortzeiten und erzeugen bessere Bilder.
Derzeit existiert ebenso eine Vielzahl von Flüssigkristallmodellen auf dem Markt. Das zunehmend eingesetzte In-Plane-Switching (IPS) unterscheidet sich von seinem nach wie vor gängigen Twisted Nematic (TN)-Vorgänger durch die neuere Technologie der Flüssigkristallanordnung in einer zu den Glasträgern parallelen Ebene.
Beleuchtungsoptionen
Reflektive LCDs beruhen ausschließlich auf Umgebungslicht als Beleuchtungsquelle. Dieses Licht scheint durch die Polarisation und Flüssigkristallschichten hindurch, wird vom gebürsteten Aluminium oder anderen reflektierenden Materialien auf der LCD-Rückseite reflektiert und erreicht schließlich das Auge des Betrachters, nachdem es erneut die verschiedenen Displayschichten passiert hat (einschließlich das Trägerglas, das die Pixelstrukturen formt). Diese ist die energiesparendste, aber auch an sich dunkelste Option der drei Umsetzungsalternativen, die mit ihrer Schärfe auch grundsätzlich von den Helligkeitsverhältnissen der Umgebung abhängig ist.
Am anderen Ende des Umsetzungsspektrums stehen transmissive LCDs, die den Reflektor durch eine Lichtquelle ersetzen. Daher ist ein Betrachten des Bildschirms selbst in einer völlig dunklen Umgebung möglich. Im Gegensatz dazu kann der Bildschirm jedoch in einer sehr hellen Umgebung verwaschen erscheinen. Zwischen diesen beiden Extremen liegen transflektive Displays, die, wie ihr Name schon verrät, einen Reflektor auf der LCD-Rückseite mit einer Zusatzbeleuchtung kombinieren, die üblicherweise auf den Seiten des Displays angebracht und durch Lichtleiter, Diffusoren o. Ä. über dem LCD verteilt ist.
Es existieren zudem verschiedenen Optionen zur Erzeugung der Hintergrundbeleuchtung (oder Seitenbeleuchtung). Früher wurden Kaltkathodenlampen (Cold-Cathode Fluorescent Lamps, CCFL) in erster Linie aufgrund ihrer vergleichbar niedrigen Kosten gegenüber anderen Ansätzen eingesetzt.
Da nunmehr die kosteneffiziente „weiße“ LED-Technologie mit breitem Spektrum verfügbar ist, wurde sie kürzlich zur Hintergrundbeleuchtungstechnologie der ersten Wahl, und das aus mehreren Gründen:
• Flexibilität bezüglich Größe und Form,
• niedrigerer Stromverbrauch,
• geringere Intensitätsschwankungen über das LCD, sowohl zu Anfang als auch (insbesondere) bei alterndem Display, und
• bezüglich des vorangegangenen Punkts eine fast unbegrenzte Lebensdauer.
Die Technologie der „lokalisierten Dimmung“, die in moderneren Displays eingesetzt wird, erhöht das Kontrastverhältnis sowie die gesamte Bildqualität, indem die Intensität von Untergruppen der weißen in Arrays erzeugten LED-Hintergrundbeleuchtung selektiv gesteuert wird. Und um den Farbbereich noch weiter auszuweiten, ersetzen High-End-LCDs die weißen LEDs durch rote/grüne/blaue 3er-LED-Cluster, wobei jede LED individuell vom Controller-Chip des Displays gesteuert wird.
Die OLED-Alternative
LCDs unterscheiden sich von CRTs, Plasma-Displays und anderen Technologien darin, dass nicht direkt die Kristalle Licht abstrahlen, sondern stattdessen auf einer anderen Lichtquelle beruhen (und diese selektiv verändern). Bei der OLED-Technologie hingegen erzeugen organische Verbindungen direkt elektrolumineszentes Material, z. B. leuchten sie bei Anlegen von Spannung oder Strom schon von sich aus. OLEDs können zudem über kostengünstige Herstellungstechnologien auf flexible Träger „gedruckt“ werden.
Dennoch ist der Energieverbrauch von OLEDs im Vergleich zu dem von LCDs abhängig davon, was auf den Displays angezeigt wird. So ist der Energieverbrauch potenziell geringer, wenn z. B. weißer Text auf einem schwarzen Hintergrund angezeigt wird, jedoch höher, wenn schwarzer Text auf einem weißen Hintergrund angezeigt wird. Die organischen Materialien neigen zudem dazu, in ihrer Leuchtintensität abzunehmen sowie uneinheitlich von einer Farbe zur anderen, weshalb sich OLEDs weniger für Fernsehgeräte eignen, die Kunden ein Jahrzehnt oder länger verwenden möchten, sondern eher für Smartphones oder Smartwatches mit absehbarer Nutzungsdauer von einem oder wenigen Jahren.