Grundlagen der LCD-Technik

Ratgeber LCD-TV: Alles über LCD-Fernseher

Donnerstag, 17.12.2009, von Jan
LCD-TV

LCD-Bildschirme hat eigentlich jeder zu Hause. Die meisten besitzen mehrere. LCDs sind vom Taschenrechner über den PC-Monitor bis zum Fernseher die erfolgreichste Display-Art der Welt. Trotzdem ist der Flüssigkristallbildschirm für viele Menschen immer noch ein Geheimnis — wie er funktioniert, wie sich verschiedene LCD-Modelle unterscheiden, wie er hergestellt wird, das alles wissen die wenigsten. Dabei sind Grundlagen der LCD-Technik gar nicht schwer zu verstehen. Und wer sie kennt, der hat auch konkrete Wissensvorteile beim nächsten Displaykauf. Wir riskieren einen Überblick.

Uralte Technik

An der Verbesserung von LCD-Displays wird immer noch rege geforscht. Die Grundsteine für die Technologie sind allerdings schon alt. Flüssigkristalle wurden erstmals im 19. Jahrhundert beobachtet; berühmt geworden sind sie durch die Arbeit von Otto Lehmann, der 1904 sein Buch über „Flüssige Kristalle“ veröffentlichte. Erst in den 1960er Jahren ging aus der Entdeckung der Stoffe der erste Flüssigkristallbildschirm hervor, zu englisch „Liquid Crystal Display“, also LCD.

Das besondere an den sogenannten Flüssigkristallen ist, dass sie sich teils wie Flüssigkeit, teils wie ein (fester) Kristall verhalten. Viele Stoffe fallen darunter; selbst Seifenwasser. Für Bildschirme ist aber nur eine bestimmte Untergruppe interessant, die unter Einfluss von Elektrizität bestimmte optische Eigenschaften aufweist. Kurz gesagt: Per Stromstoß lässt sich beeinflussen, wie die Flüssigkeit Licht hindurchlässt.

Was bringen Flüssigkristalle für Fernseher?

Die große technische Errungenschaft ist die Konstruktion einer brauchbaren Anzeige aus diesem Prinzip. Bildpunkte einzeln, zeitgenau und gezielt anzusprechen, war mit vielen Problemen behaftet.

Heute besitzt jeder LCD-Fernseher Millionen kleiner Zellen, die zu einer Matrix verbunden sind. Bei dem am weitesten verbreiteten Display, dem sogenannten TFT-Bildschirm mit TN-Panel, funktioniert der Trick so: Ein dünner Film aus Flüssigkristall wird so zwischen zwei Polarisationsfiltern aufgebracht, dass die Moleküle in ihrem Normalzustand eine Ausrichtung haben, bei fließendem Strom eine andere. Indem sie polarisiertes Licht dann hindurchlassen oder nicht, ist jeder Bildpunkt hell oder dunkel. Der Grad der Polarisierung lässt sich feinsteuern und erlaubt so verschiedene Helligkeitsgrade für jeden Bildpunkt.

Subpixel bringen Farbe in den LCD

Um aus dem Hell-Dunkel-Bild ein farbiges zu machen, wird ein einfacher Trick eingesetzt. Jede kleine Zelle ist rot, grün oder blau gefärbt. Je drei Zellen ergeben zusammen ein Pixel, das mit den unterschiedlich stark leuchtenden Grundtönen viele verschiedene Farbtöne zusammenmischen kann. Dieses Raster ist allerdings so fein, dass man es mit dem bloßen Auge kaum erkennen kann.

TN, IPS und Co.

Es gibt verschiedene Panel-Technologien, mit denen LCDs arbeiten. LCD-Fernseher setzen heute eigentlich immer auf Twisted nematic-, kurz TN-Panels. Wie sie funktionieren, haben wir ansatzweise erklärt. Die schnelle Umpolung der Zellen unter Hochdruck hat viele Vorteile gebracht: Wegen ihnen sind LCD-Fernseher überhaupt erst konkurrenzfähig geworden. Vor allem für die Schnelligkeit des Bildaufbaus hilft die Technik weiter.

IPS-Panels sind vielleicht noch der bekannteste Konkurrent der TN-Technologie. Hier sind die Moleküle anders angeordnet als im TN-Panel. Größter Vorteil sind die bessere Farbdarstellung und ein höherer Blickwinkel. Größter Nachteil sind der potentiell höhere Energieverbrauch und besonders in der Vergangenheit schlechte Reaktionszeiten sowie niedriges Kontrastverhältnis. Weil diese Probleme als gelöst gelten können, werden PC-Monitore mit IPS-Panel immer beliebter. Allerdings sind sie immer noch deutlich teurer als TN-Modelle.

Unzählige Arten von LCD existieren heute. Der TFT-Fernseher mit TN-Panel ist allerdings immer noch ihr Alleinherrscher.

Leuchtröhre und Leuchtdiode

Auf zwei grundlegende Arten unterscheiden sich heute erhältliche LCD-Fernseher außerdem: Die Art der eingesetzten Lichtquelle. Wer tiefer in die LED-Technik einsteigen will, liest unseren aktuellen Ratgeber zu LED-TVs. Grundlegendes erklären wir hier noch einmal:

Früher war es ganz normal, dass großflächige Leuchtröhren hinter dem Panel angebracht wurden, um Licht ins Bild zu bringen. Die immer noch verwendete CCFL-Technologie hat aber mehrere Nachteile. Der Energieverbrauch ist hoch — erstens sind die Lampen keine Stromsparer, zweitens beleuchten sie das ganze Panel, nicht nur dunkle Bereiche. Das großflächige Licht bringt auch schlechteren Kontrast, da sich das Licht nicht ganz punktgenau durch die Matrix schicken lässt. Und weil Leuchtröhren nicht genau gleichmäßig leuchten, sind Bildbereiche oft unterschiedlich hell.

CCFL-LED-Backlight

LED-Technik bietet neue Lösungen für die alten Probleme: LEDs arbeiten mit weniger Strom. Als kleinere Leuchtquellen kann man sie flächig hinter dem Panel anbringen und dann gezielt Bereiche ausleuchten oder abdunkeln. Das verbessert Stromverbrauch, Kontrast und Schwarzwerte des Fernsehers.

Warum LCD besser ist

Der erste große Vorteil von LCDs ist der offensichtlichste: Sie sind flacher und leichter als die alten Röhrenfernseher. Aber moderne Geräte bieten auch ein besseres Bild. Und spätestens mit der aufkommenden LED-Technik haben LCDs das Zeug zum Stromsparwunder.

Was LCDs noch nicht können

Nach wie vor werden LCDs von anderen Technologien geschlagen. Zumindest bei dem TN-Panel ist die Farbtiefe für Kenner nicht überzeugend. In Spezialfällen ist die Reaktionszeit noch immer ein Problem. Und wer Fernsehen in Standardauflösung auf dem HD-Fernseher schaut weiß, dass Bilder in anderen als der Originalauflösung durch die scharfen Pixel manchmal hässlich aussehen.

Immer noch wird LCD-Technik immer besser. Fraglich ist höchstens, wann eine andere Technologie LCDs den Rang ablaufen kann. Der Plasma-TV galt schon als geschlagen, behauptet sich in seiner Nische aber ganz erfolgreich. Und OLED-TVs wurden auch schon öfter zum nächsten Sieger erklärt, lassen aber noch auf sich warten.

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