Die Technologie dahinter

LCD Displays und ihre Funktionsweise

Wie funktionieren LCD Displays? Bei einem Liquid Chrystal Display – kurz: LCD – wird jeder Bildpunkt durch drei Subpixel in RGB (Rot-Grün-Blau) erzeugt. Bevor das Licht auf die Flüssigkristalle trifft, wird es polarisiert. Hinter den Kristallen befindet sich ein weiterer Polarisator. Zusammen mit der Treiberelektronik, den Farbfiltern und den Glasscheiben bilden sie das Panel.

Auch bei LC-Monitoren sind bereits Auflösungen bis zu 8K möglich
Auch bei LC-Monitoren sind bereits Auflösungen bis zu 8K möglich (Bild: Achim Hannemann)

Hinter jedem Pixel sitzt ein Transistor: Je nach Ansteuerung der Twisted-Nematic-Flüssigkristalle (verdrehte Flüssigkristallketten) mit dem diesem TFT (aktiv Matrix-Dünnfilmtransistor) lässt jedes Subpixel durch die Ausrichtung des LC mehr oder weniger Backlight-Licht durch. Bei Schwarz würde idealerweise 100 % Licht blockiert, was aber praktisch nicht möglich ist.

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Um Kontrast, Blickwinkel, Farbeindruck des Bildes zu verbessern, wurde an der Flüssigkristallstruktur gefeilt und die Schaltzeiten bis zu 1 ms verkürzt. So gibt es heute viele Varianten des LC-Panels wie z. B. IPS-Panels (In Plane Switching) bei denen die Flüssigkristalle parallel in einer Ebene zur Bildoberfläche angeordnet sind, als S-IPS-, IPS-, Neo-Versionen. Bei VA-Panels (Vertical Alignment) schalten LC von vertikal auf horizontale Ebene um); sie sind in Versionen MVA-, PVA- und S-PVA verfügbar. LC-Displays arbeiten heute fast nur noch mit LED-Hinterleuchtung (Backlight). Grundproblem ist hier jedoch die Erzeugung der Farbe Weiß – die weiße Hintergrundbeleuchtung kann nur mit blauen LEDs mit Phosporbeschichtung erzeugt werden, (siehe unten LED Technik).

CIE Farbraum – weißes Dreieck: sRGB; schwarzes Dreieck: Adobe-RGB
CIE Farbraum – weißes Dreieck: sRGB; schwarzes Dreieck: Adobe-RGB (Bild: Wikipedia)

Der Farbraum für LCDs basiert auf dem CIE-Normfarbsystem der Internationalen Beleuchtungskommission CIE (Commission internationale de l’éclairage) und wird meistens im sRGB Spektrum (zu klein für Druck- und Grafikbearbeitung) oder im etwas größeren Adobe-RGB Farbraum (enthält 98 % aller druckbaren Farben) angegeben. Wichtig ist hier bei der Spezifikation auf den Begriff der prozentualen Abdeckung des angegebenen Farbraumes zu achten. Sehr gute Monitore haben 10 Bit oder mehr und ca. 98 % Abdeckung des Adobe-RGB Farbraums.

Temperaturabhängigkeit von LCD

Mittlerweile sind Helligkeiten von bis zu 6.000 cd/m2 möglich, verbunden natürlich mit hohem Stromverbrauch, der zusätzliche Wärme erzeugt und daher zusätzliches Wärmemanagement erfordert. Solche Displays werden hauptsächlich im Outdoor-Bereich eingesetzt; versprochen wird sogar, dass die Panels bis zu 110° vertragen sollen und nicht wie sonst schon bei 50° schwarz werden. Ausschlaggebend ist hier der sogenannte Klärpunkt TNI, der die Übergangstemperatur der Flüssigkristalle von der nematischen in die isotrope Phase beschreibt.

Bilderzeugung bei LCD
Bilderzeugung bei LCD (Bild: Wikipedia)

Wie gut sich Moleküle entlang einer Vorzugsrichtung orientieren, hängt nämlich unter anderem von der Temperatur ab; bei hohen Temperaturen ist die Parallelorientierung gering. So sind auch in jedem Datenblatt eines Panelherstellers als Betriebstemperatur nur 0° bis 40° oder maximal bis 50° angegeben. Die längste Lebensdauer mit konstanter Helligkeit erreicht man bei 25° Betriebstemperatur.

Fazit: ohne Kühlung und Sonnen- bzw. Kälteschutz neben Feuchtigkeit und Staubschutz ist ein LCD-Monitor nicht im Freien zu betreiben.

Steckbrief LCD

LCDs basieren auf ausgereifter Technik, bieten Langlebigkeit von 50Th und 24/7. Es sind Industrieversionen erhältlich in Größen bis 150″ herstellbar. Dank immer kleiner werdender Rahmen (aktuell: 0,9 mm × 0,5 mm) können durch Kaskadierung fast steglose Videowände in jeder Größe installiert werden. Verschiedene Helligkeiten und verschiedene Hintergrundbeleuchtung sind möglich. Zurzeit reichen die Auflösungen bis zu 8K.

Der Preis ist im Vergleich zu anderen Technologien derzeit relativ günstig. Die Stromaufnahme ist höher als bei OLED; das Kontrastverhältnis und die Farbbrillanz sind schlechter als bei OLED und Quantum Dot. Einflüsse auf die Lebensdauer sind Staub, Feuchtigkeit Wärme, Temperaturunterschiede.

 

Weitere Technologie-Grundlagen finden Sie hier:

Quantum Dot

LED

OLED

HDR

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