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TFT Bildschirme

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Funktionsweise FLüssigkristall-Monitor (von Merck) -->

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Flüssigkristalle

Kleine Einführung und Kaufberatung durch c't -->

LCD-Funktionsweise
von "How stuff works" (engl.) -->

LCD-Produktion
Details von Samsung (engl.)
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Die Zeit der Dinosaurier geht zu Ende...

Ein 21 Zoll CRT (Cathode-Ray Tube) Monitor war noch vor wenigen Jahren ein Statussymbol - heute kann man die 30 Kilogramm-Monster allenthalben für fast 1/10 des Einkaufspreises ersteigern.

Der Umstieg auf LCDs (Liquid Crystal Displays) schafft nicht nur Raum und spart Energie, es macht die Arbeit ohne flimmerndes Bild, Strahlungsemissionen und Hitzeabgabe auch angenehmer.

Im Wettstreit stehen zwei völlig unterschiedliche technologische Konzepte der Bilderzeugung, ein Wettstreit, in dem die etablierten Platzhirsche, über die Jahre schwerfällig und ineffizient geworden, am Ende wohl selbst "in die Röhre schauen." Die Grundlagen für beide Konzepte wurden bereits vor über 100 Jahren gelegt. Die Anwendung der Flüsssigkristalltechnik wurde aber erst ab 1970 möglich durch Fortschrittte in der optischen Pysik, der organischen Chemie, der Halbleitertechnik und in der modernen Produktionstechnik (siehe auch "Geschichte").

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Vorteile der TFT-LCDs

Brilliante Bilder
Geringes Gewicht, nur 1/3 bis 1/4 gleichgrosser CRTs
Geringer Platzbedarf, grosse Flexibiltät
Gut 70% weniger Stromverbrauch im Vergleich zu CRTs
LCDs nutzen tatsächlich die ganze Bildschirmgrösse, bei CRTs ist ein Teil des Bildes nicht sichtbar bzw. wird nicht benutzt (15 Zoll LCD entspricht in etwa dem sichtbaren Bereich eines 17 Zoll CRTs)
LCDs zeichnen ein geometrisch absolut exaktes Bild, keine Kissenverzeichnungen, Konvergenzprobleme oder andere Abweichungen
Flimmerfreies Bild
Keine elektromagnetischen Störungen, keine Strahlungsemissionen
Farben werden unmittelbar nach Betriebsstart korrekt dargestellt, kein Warmlaufen nötig
Keine starke Wärmeabstrahlung
Stärkerer Kontrast

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Nachteile

Hohe Fehleranfäligkeit in der Produktion (siehe auch "Tote Pixel")
Hoher Preis (bedingt durch hohen Ausschuss in der Produktion)
Die Lichtquelle der Hintergrundbeleuchtung der LCDs altert und setzt nach ca. 20.000 Stunden (ca. 10 Jahre Betrieb im Büroalltag) nur noch die Hälfte der ursprünglichen Lichtmenge frei.
Der darstellbare Farbraum ist geringer als der von CRTs, besonders dunkle Grauwerte werden schnell schwarz dargestellt
Feste Auflösung (andere Auflösungen werden nur simuliert und resultieren in schlechter Bildqualität)
Farbkalibrierung in unterschiedlichen Farbräumen derzeit noch umständlich oder nicht möglich, daher finden sich in der Druckvorstufe noch viele CRTs

Neuere Modelle werden bezüglich Hintergrundbeleuchtung und Farbgenauigkeit vermutlich schon bald den CRT in nichts mehr nach stehen. Die Hersteller investieren zur Zeit massiv in neue Produktionsanlagen und -techiken, um die Fehler in der Transistorenherstellung und damit den Ausschuss zu verringern.

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Tote Pixel

Ein grosser Schwachpunkt der TFT-LCDs und ein wichtiger Grund für ihre hohen Preise sind die gelgentlichen Ausfälle von Transistoren - die "toten Pixel". Bei 2,5 Millionen Transistoren in einem 15 Zoll Bildschirm scheint der Verlust von ein oder zwei Pixeln nicht weiter tragisch - sagt der, der diesen kleinen schwarzen Fleck nicht schon dutzende Male versehentlich für einen Satzpunkt oder einen Fehler im betrachteten Foto gehalten hat! In der Tat kann ein schwarzes Pixel an der falschen Position manches Mal für Verwirrung sorgen.

Vor zwei Jahren galt noch die Faustregel: pro 1 Millionen Transistoren ein "schwarzes Schaf" (ein 15-Zöller hat bereits 2,5 Millionen Transistoren!). Mit zunehmender Bildschirmgrösse steigen also auch die Anforderungen an die Qualität der Produktion. Während die Branche bei 15-Zöllern mit etwa 20 Prozent Ausschuss rechnet, können bei 18-Zöllern bereits 40% der Produktion im Recycling landen, noch bevor sie die Ladentheke erreichen*. Der Käufer muss diese Ausschussmodelle natürlich mit bezahlen.

Die Toleranz der Hersteller ist sehr unterschiedlich und hohe Preise können auch Ausdruck einer "Null-Fehler" Garantie sein, Billiganbieter lassen schon mal Geräte mit 1 oder 2 Fehlern auf den Markt. Mehr zu toten Pixeln und den ISO Normen findet sich in diesem Artikel. Die Branche investiert momentan massiv in ihre Produktionsstätten, u.a. um das Tote-Pixel-Problem reduzieren zu können. Zunächst einmal muss der Konsument natürlich auch diese Investition mitbezahlen.

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Geschichte

Zur Geschichte der Kathodenstrahlröhre

TFT-LCD

1888
Der österreichsiche Botaniker Friedrich Reinitzer (1857-1927) entdeckt bei der Schmelzpunktbestimmung von Cholesteryl-Benzoat-Kristallen, dass die Substanz zwar bei 145,5 Grad zu einer trüben Flüssigkeit schmilzt, sich bei 178,5 Grad Celsius aber wiederum in eine klare flüssige Phase wandelt.

1889
Angeregt durch Reinitzers Beobachtung sucht der deutsche Physiker Otto Lehmann nach ähnlichen Substanzen und stellt fest, das die trübe flüssige Phase die optischen Eigenschaften der Kristalle besitzt - er entdeckt einen weiteren Zustand der Materie: die flüssigkristalline Phase. Zunächst bezeichnet er sie als "scheinbar lebende Kristallle" und später als "Flüssigkristalle".

1904
Merck beginnt mir der Produktion von Flüssigkristallen für die Grundlagenforschung.

Nach dem zweiten Weltkrieg erlischt zunächst das Interesse an Flüssigkristallen.

1960
Der französische Physiker Pierre-Gilles de Gennes legt mit seinen Arbeiten zum Verhalten von Flüssigkristallen einen Grundstein für die weiteren technischen Entwicklungen. Er erhält 1991 für diese Arbeiten den Nobelpreis.

1963
Richard Williams and George Heilmeier, Mitarbeiter des Forschungslabors der Radio Corporation of America (RCA), publizieren die erste Idee eines Flüssigkristallmonitors.

1966
Die RCA präsentiert den ersten LCD-Prototyp, der allerdings eine Betriebstemperatur von 80 Grad Celsius braucht.

1969
James Fergason entdeckt, dass sich Flüssigkristalle durch das Anlegen eines Stromfeldes so ausrichten lassen, dass sie polarisiertes Licht absorbieren oder durchlassen - und seine Erfindung wird zur Grundlage der modernen Flüssigkristall-Monitore.

1971
Die Schweizer Industrieforscher Martin Schadt und Wolfgang Helfrich von Hoffmann La Roche publizieren eine Arbeit über das von Fergason genutzte Prinzip der "verdrillten nematischen Zelle".

1973
Sharp produziert mit dem EL-8025 den ersten Taschenrechner mit LCD-Anzeige. In Japan werden die ersten LCDs auch in Spielgeräten verwendet.

Bisherige Flüssigkristalle sind zu instabil und erlauben keine Massenproduktion. George Gray von BDH Ltd (gehört später zu Merck) schlägt den Einsatz der stabilen Biphenyl-Kristalle vor.

Westinghouse entwickelt die Thin Film Transistors (TFT).

1979
Walter Spear and Peter LeComber entwickeln an der Dundee University in Schottland den ersten Active Matrix Bildschirm mit der TFT-Technologie.

1980
Der Westen ignoriert die TFT-Technologie, während sie in Asien weiterentwickelt wird. Ende der 80er Jahre kommen die ersten Active Matrix TFT-Bildschirme in Laptops zum Einsatz.

1986
NEC produziert den ersten Laptop-Computer mit LCD-Bildschirm.

1999
Kodak und Sanyo stellen den ersten Active Matrix OEL (Organic Electro Luminiscent) Bildschirm vor.

2004
Philipps stellt die ersten flexiblen, aufrollbaren Bildschirmprototypen vor.

Weitere Links

Nobel e-Museum: Flüssigkristalle

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