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Wie funktioniert ein Bildschirm? 05:21 min

Textversion des Videos

Transkript Wie funktioniert ein Bildschirm?

Eines ist klar: Nicht jeder Computerbildschirm beziehungsweise -monitor funktioniert auf dieselbe Weise. Es gibt nämlich verschiedenste Displayarten, die alle auf einer anderen Technik der optischen Darstellung basieren. So wurden vor Kurzem CRT- beziehungsweise Röhrenmonitore benutzt. Das „CRT“ steht dabei für „cathode ray tube“. Der Röhrenmonitor besteht also aus einer Kathodenstrahlröhre, die Elektronen aussendet und deren Zielpunkt auf einer Leuchtstoffschicht mittels Magneten bestimmbar ist. Auf dieser Leuchtstoffschicht befinden sich rote, grüne und blaue Subpixel, die in Kombination ein Pixel und damit alle vom Menschen erkennbare Farben darstellen können. Diese Röhrenmonitore waren zwar sehr reaktionsschnell und hatten aufgrund der ausgereiften Technik eine lange Haltbarkeit. Allerdings hatten sie auch einen hohen Stromverbrauch und waren offensichtlicherweise sehr groß und schwer. Eine andere Technik benutzten die Plasmabildschirme. Jedes Subpixel besteht da aus einer Kammer, die mit Edelgas im Beinahe-Vakuum gefüllt ist. Ein Transistor zündet dann die Kammer, wobei das Gas ionisiert wird und so Plasma entsteht. Das Plasma erzeugt eine UV-Strahlung, die wiederum Leuchtstoffe in den RGB-Farben anregt und damit sichtbares Licht in der jeweiligen Farbe imitieren. Vorteil dieser Technik ist ein sehr hoher Kontrast und eine kurze Reaktionszeit. Nachteile sind aber das mögliche Einbrennen von statischen Bildern und das vergleichsweise hohe Gewicht. Bei aktuellen Computerbildschirmen kommt aber fast ausschließlich eine weitere Displaytechnik zum Einsatz, die Flüssigkristalle benutzt. Und diese LC-Displays sind nun auch das eigentliche Thema dieses Videos: „LCD“, das bedeutet „liquid crystal display“, das, wie der Name schon sagt, Flüssigkristalle benutzt. Grundlage für diese Technik ist eine Hintergrundbeleuchtung, die sich früher aus Kaltkathodenröhren an den Rändern zusammensetzte. Heute werden stattdessen aber meist LEDs benutzt, da sie weniger Energie verbrauchen und umweltfreundlicher sind. Zusammen mit einer Diffusorfolie wird der gesamte Bildbereich dann ausgeleuchtet. Dieses Licht gelangt nun als erstes durch einen Polarisator, der nur Licht mit einer bestimmten Schwingungsrichtung passieren lässt. Als nächstes durchdringt das polarisierte Licht ein Glassubstrat, das als Trägermaterial der folgenden Schichten dient. Unter anderem ist das jetzt eine Schicht aus Indium-Zinn-Oxid. Dieses „ITO“ ist ein Halbleitermaterial, das fast vollständig transparent ist, und dient hier dem Stromtransport. Daran angeschlossen sind auch direkt Transistoren, die hier besonders flach sind und deshalb „thin film transistors“ heißen. Jetzt wisst ihr auch, wofür das „TFT“ im „TFT-Monitor“ steht. Nach diesen TFTs befindet sich nun endlich der ausschlaggebende Teil eines LC-Displays, nämlich der Flüssigkristall. Einfach gesagt, hat diese Substanz flüssige aber auch feste Eigenschaften und wird hier verwendet um das Licht zu sperren. Der Flüssigkristall befindet sich nun aber nicht irgendwie hinter dem Transistor, sondern in einer „nematischen Drehzelle“ oder „Schadt-Helfrich-Zelle“. LCD-Bildschirme mit dieser Art von Zelle sind unter der Bezeichnung „TN“ zu finden, was für „twisted nematic“ steht. Der Flüssigkristall befindet sich zwischen zwei Schichten, die mit dem Kunststoff „Polyimid“ beschichtet sind und die im 90-Grad-Winkel zueinander stehen. Und da sich der Flüssigkristall nach dieser Oberflächenstruktur ausrichtet, ergibt sich im Kristall eine 90-Grad-Spirale. Sie kann nur Licht mit einer bestimmten Bewegungsrichtung aufnehmen. Deshalb benötigt man den davor genannten Polarisator. Entscheidend ist aber ein zweiter Polarisator, der sich nach der TN-Zelle befindet. Er lässt nur Licht durch, das um 90 Grad gedreht wurde, und eine TN-Zelle im Ausgangszustand bewerkstelligt genau diese 90-Grad-Drehung. In diesem Zustand wird also das gesamte Licht durchgelassen. Liegt am Transistor jetzt aber eine Spannung an, dann verdreht das elektromagnetische Feld den Kristall etwas zurück und damit auch das Licht. Es ist nun nur noch einem geringeren Anteil des Lichts möglich, den folgenden Polarisator zu passieren. Durch das Anlegen einer Spannung kann man also kontrollieren, welche Lichtintensität den Polarisator verlässt. Um nun noch Farbe mit ins Spiel zu bringen, befindet sich ein Farbfilter zwischen Kristall und Polarisator, der das Licht einfärbt. Dabei kommen wieder Rot, Grün und Blau zum Einsatz, die je einen Subpixel darstellen und zusammen einen Pixel, der durch Überlagerung und Intensitätsänderung der Subpixel das gesamte sehbare Farbspektrum darstellen kann. Diese besagte TN-Technologie ist nun aber nur eine von vielen LCD-Techniken. Sie ist zwar sehr einfach und preiswert, hat aber relativ schlechte Kontrastwerte und maximale Blickwinkel. Aus diesem Grund sind noch IPS- und VA-LC-Displays auf dem Markt zu finden. Beide schaffen es durch eine verbesserte Anordnung der Flüssigkristalle, den Kontrast und die maximalen Blickwinkel deutlich zu verbessern. Daraus folgen aber wie so oft auch Nachteile. Das IPS-Panel ist zum Beispiel deutlich dicker, weshalb eine stärkere Hintergrundbeleuchtung benötigt wird und daraus ein höherer Stromverbrauch folgt. Und beim VA-Panel muss man mit deutlichen Einbußen in der Geschwindigkeit rechnen, was ihn für das Gaming eher untauglich macht. Seit einiger Zeit ist aber eine ganz andere Technologie auf dem Vormarsch, die vermutlich in allen zukünftigen Monitoren zu finden sein wird und auch schon in einigen Smartphones und Tablets vorkommt: Die Rede ist von „OLEDs“, also „organischen lichtemittierenden Dioden“. Sie erzielen sehr hohe Kontrastwerte und geringe Reaktionszeiten. Der sehr einfache und dünne Aufbau ermöglicht es dabei sogar flexible Displays herzustellen. Nachteil ist aber leider, dass OLED-Displays eine verhältnismäßig geringe Lebensdauer aufweisen und noch ziemlich teuer sind.

1 Kommentar
  1. Default

    Gut Erklärt

    Von Konradrundfunk, vor fast 4 Jahren