LCD Technologien

Während Kathodenstrahl-Bildschirme Licht aus Phosphor mit unterschiedlichen Emissionsspektren (Rot/Grün/Blau) aufgrund der Anregung eines Elektronenstrahls emittieren, wird bei einem Liquid Crystal Display (LCD) das Licht einer Hintergrundbeleuchtung durch die LC-Zelle geschaltet. Das heißt, die LC-Zelle ist bezüglich der Lichtemission als passiv anzusehen. Licht wird in unpolarisierter Form auf den so genannten hinteren Polarisator gegeben, dort wird das Licht polarisiert, d.h. in eine bestimmte Richtung ausgerichtet.

Flüssigkristalle lassen sich in der nematischen Phase aufgrund ihrer Molekülstruktur an geeignet beschaffenen Oberflächen (z.B. in einer Richtung gebürstete Folien) ausrichten und aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften spiralförmig verdrehen, wenn sie zwischen zwei um 90° verdrehte Ausrichtungslagen eingebracht werden. Diese Anordnung nennt man Twisted Nematic (TN) bei einem Verdrehwinkel von 90°, bei 270° Super Twisted Nematic (STN). Wird zwischen den beiden Lagen ein elektrisches Feld angelegt, so richten sich die stabförmigen Moleküle entlang der Feldrichtung aus.

Trifft nun vom hinteren Polarisator polarisiertes Licht auf die spiralförmig angeordneten Flüssigkristalle, so wird dieses Licht entsprechend dem Verdrehwinkel der Moleküle in seiner Polarisationsrichtung gedreht. So trifft es auf den vorderen Polarisator, der um 90° zum hinteren verdreht ist. Das Licht kann somit zum Betrachter durchdringen. Das Licht folgt auch dann der Orientierung der Flüssigkristalle, wenn diese aufgrund eines elektrischen Feldes senkrecht zur hinteren und vorderen Lage der LC-Zelle stehen. Damit steht es am vorderen Polarisator 90° zu diesem und kann somit nicht zum Betrachter durchdringen.

2. Woher kommt die Farbe?

Da für die Hintergrundbeleuchtung normalerweise weißes Licht verwendet wird, muss zur Darstellung von Farbbildern dieses noch mit geeigneten Farbfiltern gefiltert werden. Hierzu erhält jeder darzustellende Pixel (Bildpunkt) drei sog. Sub-Pixel mit den Farben Rot, Grün und Blau ('Farbe aus Weiß' Prinzip).

3. Passivmatrix LCD und Aktivmatrix LCD (Dünnfilmtransitortechnik / TFT)

Bezüglich der Ansteuerung der einzelnen LC-Zellen unterscheidet man zwischen Aktivmatrix-LCD (TFT) und Passivmatrix-LCD (PMLCD, meist an der Bezeichnung STN oder DSTN erkennbar). Beim Passivmatrix-LCD werden die einzelnen LC-Zellen durch eine matrixförmige Anordnung von Zeilen- und Spalten-Elektroden angesteuert.

Prinzipiell bedingt ist dabei, dass jede einzelne Zelle nur mit 1/(Auflösung) der gesamten Zeit der Bilddarstellung angesteuert wird. Da für den Rest der Zeit die Zellen im spannungslosen Zustand sind, müssen die Flüssigkristalle entsprechend träge eingestellt werden, um ein Rückkippen während der restlichen Zeit und damit Kontrastverluste und Flimmereffekte zu vermeiden. Ein weiterer Effekt vor allem beim Passivmatrix-LCD ist das so genannte Übersprechen zwischen den einzelnen Zellen, was sich als 'Fahnenziehen' bemerkbar macht. Aufgrund der Matrixstruktur, der Ansteuerung und der Kapazität der LC-Zellen sind solche Effekte zwar durch verbesserte Elektrodenmaterialien und Ansteuermethoden optimierbar, jedoch nicht vermeidbar. Die Zeilen- und Spalten-Elektroden sind aus transparentem Material (ITO) um maximale Lichttransmission zu gewährleisten.

Bei Aktivmatrix-LCD (AMLCD / TFT) wird jede einzelne Zelle von einem auf der hinteren Glasplatte befindlichen Dünnfilmtransistor angesteuert, der die Information für die jeweilige Zelle speichert.

Somit ist es möglich, schnellere Flüssigkristalle zu verwenden, was in besserem Kontrast, Flimmerfreiheit und kurzer Ansprechzeit resultiert. Ein weiterer Vorteil ist das deutlich schwächere Übersprechen bei Aktivmatrix-LCD. Das bedeutet aber auch, dass jeder Sub-Pixel mit einem Transistor (der natürlich auch kaputt gehen kann) versehen werden muss.

Bei der obigen Abbildung wurde der vordere Teil des Display weggelassen (identisch zu Passivmatrix-LCD), um die TFT-Strukturen deutlicher sichtbar zu machen.

Der Text basiert auf einer Vorlage von Fujitsu Siemens © 1999