Flüssigkristallanzeige - Liquid-crystal display

Reflektierendes verdrillt nematisches Flüssigkristalldisplay .
  1. Polarisationsfilterfolie mit vertikaler Achse zur Polarisation des einfallenden Lichts.
  2. Glassubstrat mit ITO- Elektroden . Die Formen dieser Elektroden bestimmen die Formen, die erscheinen, wenn das LCD eingeschaltet wird. Auf der Oberfläche geätzte vertikale Grate sind glatt.
  3. Verdrillter nematischer Flüssigkristall.
  4. Glassubstrat mit gemeinsamem Elektrodenfilm (ITO) mit horizontalen Rippen zur Ausrichtung mit dem horizontalen Filter.
  5. Polarisationsfilterfolie mit horizontaler Achse zum Blockieren/Durchlassen von Licht.
  6. Reflektierende Oberfläche, um Licht zurück zum Betrachter zu senden. (Bei einem LCD mit Hintergrundbeleuchtung wird diese Schicht durch eine Lichtquelle ersetzt oder ergänzt.)

Ein Flüssigkristalldisplay ( LCD ) ist ein Flachbildschirm oder ein anderes elektronisch moduliertes optisches Gerät , das die lichtmodulierenden Eigenschaften von Flüssigkristallen kombiniert mit Polarisatoren nutzt . Flüssigkristalle emittieren Licht nicht direkt, sondern verwenden eine Hintergrundbeleuchtung oder einen Reflektor , um Bilder in Farbe oder Monochrom zu erzeugen . LCDs stehen zur Verfügung, um beliebige Bilder (wie in einem Allzweck-Computerdisplay) oder feste Bilder mit geringem Informationsgehalt anzuzeigen, die angezeigt oder ausgeblendet werden können. Zum Beispiel: Voreingestellte Wörter, Ziffern und Siebensegmentanzeigen , wie in einer Digitaluhr , sind gute Beispiele für Geräte mit diesen Anzeigen. Sie verwenden die gleiche Grundtechnologie, außer dass beliebige Bilder aus einer Matrix kleiner Pixel erstellt werden , während andere Displays größere Elemente haben. LCDs können je nach Polarisatoranordnung entweder normal an (positiv) oder ausgeschaltet (negativ) sein. Beispielsweise hat ein zeichenpositives LCD mit Hintergrundbeleuchtung eine schwarze Beschriftung auf einem Hintergrund, der die Farbe der Hintergrundbeleuchtung ist, und ein zeichennegatives LCD hat einen schwarzen Hintergrund, wobei die Buchstaben die gleiche Farbe wie die Hintergrundbeleuchtung haben. Auf blauen LCDs werden optische Filter zu Weiß hinzugefügt, um ihnen ihr charakteristisches Aussehen zu verleihen.

LCDs werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, darunter LCD-Fernseher , Computermonitore , Instrumententafeln , Flugzeugcockpitanzeigen sowie Beschilderung im Innen- und Außenbereich. Kleine LCD-Bildschirme sind in LCD-Projektoren und tragbaren Verbrauchergeräten wie Digitalkameras , Armbanduhren , Digitaluhren , Taschenrechnern und Mobiltelefonen , einschließlich Smartphones, üblich . LCD-Bildschirme werden auch bei Unterhaltungselektronikprodukten wie DVD-Playern, Videospielgeräten und Uhren verwendet . LCD-Bildschirme haben in fast allen Anwendungen schwere, sperrige Kathodenstrahlröhren- (CRT-)Displays ersetzt. LCD-Bildschirme sind in einer größeren Auswahl an Bildschirmgrößen erhältlich als CRT- und Plasma-Bildschirme , wobei LCD-Bildschirme in Größen von winzigen Digitaluhren bis zu sehr großen Fernsehempfängern erhältlich sind . LCDs werden langsam durch OLEDs ersetzt , die leicht in verschiedene Formen gebracht werden können und eine geringere Reaktionszeit, einen größeren Farbraum, praktisch unendliche Farbkontraste und Betrachtungswinkel, ein geringeres Gewicht für eine bestimmte Displaygröße und ein schlankeres Profil aufweisen (weil OLEDs Verwenden Sie ein einzelnes Glas- oder Kunststoffpanel, während LCDs zwei Glaspanels verwenden; die Dicke der Panels nimmt mit der Größe zu, aber die Zunahme ist bei LCDs stärker bemerkbar) und möglicherweise geringerer Stromverbrauch (da das Display nur bei Bedarf "an" ist und es vorhanden ist keine Hintergrundbeleuchtung). OLEDs sind jedoch aufgrund der sehr teuren elektrolumineszierenden Materialien oder Leuchtstoffe, die sie verwenden, für eine gegebene Displaygröße teurer. Auch aufgrund der Verwendung von Leuchtstoffen leiden OLEDs unter dem Einbrennen von Bildschirmen und es gibt derzeit keine Möglichkeit, OLED-Displays zu recyceln, während LCD-Panels recycelt werden können, obwohl die zum Recyceln von LCDs erforderliche Technologie noch nicht weit verbreitet ist. Versuche, die Wettbewerbsfähigkeit von LCDs zu erhalten, sind Quantum-Dot-Displays , die als SUHD, QLED oder Triluminos vermarktet werden, bei denen es sich um LCD-Displays mit blauer LED-Hintergrundbeleuchtung und einem Quantum-Dot-Enhancement-Film (QDEF) handelt, der einen Teil des blauen Lichts in Rot und Grün umwandelt. bietet eine ähnliche Leistung wie ein OLED-Display zu einem niedrigeren Preis, aber die Quantenpunktschicht, die diesen Displays ihre Eigenschaften verleiht, kann noch nicht recycelt werden.

Da LCD-Bildschirme keine Leuchtstoffe verwenden, erleiden sie selten ein Einbrennen von Bildern, wenn ein statisches Bild für längere Zeit auf einem Bildschirm angezeigt wird, z. B. der Tischrahmen für einen Flugplan einer Fluggesellschaft auf einem Indoor-Schild. LCDs sind jedoch anfällig für Bildpersistenz . Der LCD-Bildschirm ist energieeffizienter und kann sicherer entsorgt werden als ein CRT. Seine geringe elektrische Leistungsaufnahme ermöglicht es in verwendet werden Batterie -powered elektronische mehr Geräte effizienter als ein CRT sein kann. Im Jahr 2008 überstieg der Jahresumsatz von Fernsehern mit LCD-Bildschirmen den Umsatz von CRT-Einheiten weltweit, und die CRT wurde für die meisten Zwecke veraltet.

Allgemeine Eigenschaften

Ein LCD-Bildschirm, der als Benachrichtigungsfeld für Reisende verwendet wird

Jeder Bildpunkt einer LCD besteht typischerweise aus einer Schicht von Molekülen zwischen zwei ausgerichteten transparenten Elektroden , die oft aus Indiumzinnoxid (ITO) und zwei Polarisationsfilter (parallel und senkrecht Polarisatoren), wobei die Achsen der Übertragung, die (in den meisten die Fälle) senkrecht zueinander. Ohne den Flüssigkristall zwischen den Polarisationsfiltern würde durch den ersten Filter hindurchtretendes Licht durch den zweiten (gekreuzten) Polarisator blockiert. Bevor ein elektrisches Feld angelegt wird, wird die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle durch die Ausrichtung an den Oberflächen von Elektroden bestimmt. In einer verdrillten nematischen (TN) Vorrichtung sind die Oberflächenausrichtungsrichtungen an den beiden Elektroden senkrecht zueinander, und so ordnen sich die Moleküle in einer helikalen Struktur an oder verdrehen sich. Dadurch wird die Polarisation des einfallenden Lichts gedreht und das Gerät erscheint grau. Wenn die angelegte Spannung groß genug ist, werden die Flüssigkristallmoleküle in der Mitte der Schicht fast vollständig entdrillt und die Polarisation des einfallenden Lichts wird beim Durchgang durch die Flüssigkristallschicht nicht gedreht. Dieses Licht wird dann hauptsächlich senkrecht zum zweiten Filter polarisiert und somit blockiert und das Pixel erscheint schwarz. Durch Steuern der an die Flüssigkristallschicht in jedem Pixel angelegten Spannung kann Licht in unterschiedlichen Mengen durchgelassen werden, wodurch unterschiedliche Graustufen gebildet werden.

Die chemische Formel der in LCDs verwendeten Flüssigkristalle kann variieren. Formeln können patentiert werden. Ein Beispiel ist eine Mischung von 2-(4-Alkoxyphenyl)-5-alkylpyrimidin mit Cyanobiphenyl, patentiert von Merck und Sharp Corporation . Das Patent, das diese spezielle Mischung abdeckte, ist abgelaufen.

Die meisten Farb-LCD-Systeme verwenden dieselbe Technik, wobei Farbfilter verwendet werden, um rote, grüne und blaue Subpixel zu erzeugen. Die LCD-Farbfilter werden in einem photolithographischen Verfahren auf großen Glasscheiben hergestellt, die später mit anderen Glasscheiben verklebt werden, die ein TFT-Array, Abstandshalter und Flüssigkristall enthalten, wodurch mehrere Farb-LCDs entstehen, die dann voneinander geschnitten und mit Polarisatorfolien laminiert werden. Es werden rote, grüne, blaue und schwarze Photoresists (Resists) verwendet. Alle Resists enthalten ein fein gemahlenes Pulverpigment mit einer Partikelgröße von nur 40 Nanometern. Der schwarze Resist wird zuerst aufgetragen; Dadurch wird ein schwarzes Raster (in der Branche als Black Matrix bekannt) erzeugt, das rote, grüne und blaue Subpixel voneinander trennt, die Kontrastverhältnisse erhöht und verhindert, dass Licht von einem Subpixel auf andere umgebende Subpixel austritt. Nachdem der schwarze Resist in einem Ofen getrocknet und durch eine Fotomaske mit UV-Licht belichtet wurde, werden die unbelichteten Bereiche weggewaschen, wodurch ein schwarzes Gitter entsteht. Dann wird der gleiche Vorgang mit den verbleibenden Resists wiederholt. Dadurch werden die Löcher im schwarzen Raster mit den entsprechenden farbigen Resists gefüllt. Eine andere Farberzeugungsmethode, die in frühen Farb-PDAs und einigen Taschenrechnern verwendet wurde, wurde durch Variieren der Spannung in einem Super-Twisted-Nematic- LCD durchgeführt, bei dem die variable Verdrehung zwischen enger beabstandeten Platten eine variierende Doppelbrechungsdoppelbrechung verursacht und somit den Farbton ändert. Sie waren in der Regel auf 3 Farben pro Pixel beschränkt: Orange, Grün und Blau.

LCD in einem Taschenrechner von Texas Instruments, bei dem der obere Polarisator aus dem Gerät entfernt und oben platziert wurde, so dass der obere und der untere Polarisator senkrecht sind. Als Ergebnis werden die Farben invertiert.

Der optische Effekt eines TN-Bauelements im eingeschalteten Zustand ist weit weniger von Schwankungen der Bauteildicke abhängig als im ausgeschalteten Zustand. Aus diesem Grund werden TN-Displays mit geringem Informationsgehalt und ohne Hintergrundbeleuchtung üblicherweise zwischen gekreuzten Polarisatoren so betrieben, dass sie ohne Spannung hell erscheinen (das Auge ist gegenüber Schwankungen im dunklen Zustand viel empfindlicher als im hellen Zustand). Da die meisten LCDs der 2010er-Ära in Fernsehgeräten, Monitoren und Smartphones verwendet werden, verfügen sie über hochauflösende Matrixarrays von Pixeln, um beliebige Bilder mit Hintergrundbeleuchtung mit dunklem Hintergrund anzuzeigen. Wenn kein Bild angezeigt wird, werden unterschiedliche Anordnungen verwendet. Dazu werden TN-LCDs zwischen parallelen Polarisatoren betrieben, während IPS-LCDs über gekreuzte Polarisatoren verfügen. In vielen Anwendungen haben IPS-LCDs TN-LCDs ersetzt, insbesondere in Smartphones wie iPhones . Sowohl das Flüssigkristallmaterial als auch das Ausrichtungsschichtmaterial enthalten ionische Verbindungen . Wenn ein elektrisches Feld einer bestimmten Polarität über einen langen Zeitraum angelegt wird, wird dieses ionische Material von den Oberflächen angezogen und verschlechtert die Geräteleistung. Dies wird entweder durch Anlegen eines Wechselstroms oder durch Umkehren der Polarität des elektrischen Felds beim Ansprechen der Vorrichtung vermieden (das Ansprechen der Flüssigkristallschicht ist unabhängig von der Polarität des angelegten Felds identisch).

Eine Casio Alarm Chrono Digitaluhr mit LCD

Anzeigen für wenige Einzelziffern oder feste Symbole (wie bei Digitaluhren und Taschenrechnern ) können mit unabhängigen Elektroden für jedes Segment realisiert werden. Im Gegensatz dazu vollständige alphanumerische oder variable Grafikanzeigen in die Regel mit Pixeln als eine Matrix , bestehend aus einem elektrisch verbundenen Reihen auf einer Seite der LC - Schicht und Spalten auf der anderen Seite angeordnet ist implementiert, die es möglich zu adressieren , jedes Pixel an den Kreuzungspunkten machen. Das allgemeine Verfahren der Matrixadressierung besteht darin, eine Seite der Matrix sequentiell zu adressieren, beispielsweise indem die Zeilen einzeln ausgewählt werden und die Bildinformationen auf der anderen Seite zeilenweise an die Spalten angelegt werden. Einzelheiten zu den verschiedenen Matrixadressierungsschemata finden Sie unter Passiv-Matrix- und Aktiv-Matrix-adressierte LCDs .

LCDs werden zusammen mit OLED- Displays in Reinräumen hergestellt , wobei Techniken aus der Halbleiterfertigung übernommen werden und große Glasscheiben verwendet werden, deren Größe im Laufe der Zeit zugenommen hat. Mehrere Displays werden gleichzeitig hergestellt und dann aus der Glasscheibe, auch Mutterglas oder LCD-Glassubstrat genannt, geschnitten. Die Größenzunahme ermöglicht die Herstellung von mehr Displays oder größeren Displays, genau wie bei steigenden Wafergrößen in der Halbleiterfertigung. Die Glasgrößen sind wie folgt:

LCD-Glasgrößen-Generation
Generation Länge [mm] Höhe [mm] Jahr der Einführung Verweise
GEN 1 200-300 200-400 1990
GEN 2 370 470
GEN 3 550 650 1996-1998
GEN 3.5 600 720 1996
GEN 4 680 880 2000-2002
GEN 4.5 730 920 2000-2004
GEN 5 1100 1250-1300 2002-2004
GEN 5.5 1300 1500
GEN 6 1500 1800-1850 2002-2004
GEN 7 1870 2200 2003
GEN 7.5 1950 2250
GEN8 2160 2460
GEN 8.5 2200 2500 2007-2016
GEN 8,6 2250 2600 2016
GEN 10 2880 3130 2009
GEN 10.5 (auch bekannt als GEN 11) 2940 3370 2018

Bis zur 8. Generation würden sich die Hersteller nicht auf eine einzige Mutterglasgröße einigen, sodass verschiedene Hersteller leicht unterschiedliche Glasgrößen für dieselbe Generation verwenden würden. Einige Hersteller haben Gen 8.6-Mutterglasscheiben übernommen, die nur geringfügig größer sind als Gen 8.5, sodass mehr 50- und 58-Zoll-LCDs pro Mutterglas hergestellt werden können, insbesondere 58-Zoll-LCDs, in diesem Fall können 6 auf einer Gen 8.6-Mutter hergestellt werden Glas gegenüber nur 3 bei einem Gen 8.5-Mutterglas, wodurch der Abfall erheblich reduziert wird. Auch die Dicke des Mutterglases nimmt mit jeder Generation zu, sodass größere Mutterglasgrößen besser für größere Displays geeignet sind. Ein LCD-Modul (LCM) ist ein gebrauchsfertiges LCD mit Hintergrundbeleuchtung. Somit stellt eine Fabrik, die LCD-Module herstellt, nicht unbedingt LCDs her, sondern kann sie nur in die Module einbauen. LCD-Glassubstrate werden von Firmen wie AGC Inc. , Corning Inc. und Nippon Electric Glass hergestellt .

Geschichte

Die Ursprünge und die komplexe Geschichte von Flüssigkristalldisplays aus der Sicht eines Insiders der Anfangszeit beschreibt Joseph A. Castellano in Liquid Gold: The Story of Liquid Crystal Displays and the Creation of an Industry . Ein weiterer Bericht über die Ursprünge und die Geschichte von LCD aus einer anderen Perspektive bis 1991 wurde von Hiroshi Kawamoto veröffentlicht, verfügbar im IEEE History Center. Eine Beschreibung der Schweizer Beiträge zu LCD-Entwicklungen, verfasst von Peter J. Wild, finden Sie im Wiki für Ingenieur- und Technologiegeschichte .

Hintergrund

1888 entdeckte Friedrich Reinitzer (1858–1927) die flüssigkristalline Natur des aus Karotten gewonnenen Cholesterins (d. h. zwei Schmelzpunkte und Farberzeugung) und veröffentlichte seine Ergebnisse auf einer Sitzung der Wiener Chemischen Gesellschaft am 3. F. Reinitzer: Beiträge zur Kenntnis des Cholesterins, Monatshefte für Chemie (Wien) 9, 421–441 (1888) ). 1904 veröffentlichte Otto Lehmann sein Werk "Flüssige Kristalle" . 1911 experimentierte Charles Mauguin erstmals mit Flüssigkristallen, die in dünnen Schichten zwischen Platten eingeschlossen waren.

1922 beschrieb Georges Friedel die Struktur und Eigenschaften von Flüssigkristallen und klassifizierte sie in 3 Typen (Nematik, Smektik und Cholesterik). 1927 erfand Vsevolod Frederiks das elektrisch geschaltete Lichtventil, den sogenannten Fréedericksz-Übergang , den wesentlichen Effekt aller LCD-Technologien. 1936 patentierte die Firma Marconi Wireless Telegraph die erste praktische Anwendung der Technologie, das "Liquid Crystal Light Valve" . Im Jahr 1962 wurde die erste große englischsprachige Publikation Molecular Structure and Properties of Liquid Crystals von Dr. George W. Gray veröffentlicht . 1962 stellte Richard Williams von RCA fest, dass Flüssigkristalle einige interessante elektrooptische Eigenschaften aufweisen, und realisierte einen elektrooptischen Effekt, indem er durch Anlegen einer Spannung Streifenmuster in einer dünnen Schicht aus Flüssigkristallmaterial erzeugte. Dieser Effekt beruht auf einer elektrohydrodynamischen Instabilität, die im Flüssigkristall sogenannte "Williams-Domänen" bildet.

Der MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) wurde 1959 von Mohamed M. Atalla und Dawon Kahng in den Bell Labs erfunden und 1960 vorgestellt. Aufbauend auf ihrer Arbeit mit MOSFETs entwickelte Paul K. Weimer von RCA den dünnen -Filmtransistor (TFT) im Jahr 1962. Es war eine Art von MOSFET, die sich vom Standard-Bulk-MOSFET unterschied.

1960er Jahre

1964 gelang George H. Heilmeier , der damals in den RCA-Labors an dem von Williams entdeckten Effekt arbeitete, die Umschaltung von Farben durch feldinduzierte Neuausrichtung dichroitischer Farbstoffe in einem homöotrop orientierten Flüssigkristall. Praktische Probleme mit diesem neuen elektrooptischen Effekt veranlassten Heilmeier, weiterhin an Streueffekten in Flüssigkristallen zu arbeiten und schließlich die erste funktionsfähige Flüssigkristallanzeige basierend auf dem von ihm so genannten dynamischen Streumodus (DSM) zu erreichen. Anlegen einer Spannung an ein DSM-Display schaltet die zunächst klare transparente Flüssigkristallschicht in einen milchig-trüben Zustand. DSM-Displays konnten im transmissiven und im reflektiven Modus betrieben werden, sie erforderten jedoch einen beträchtlichen Stromfluss für ihren Betrieb. George H. Heilmeier wurde in die National Inventors Hall of Fame aufgenommen und die Erfindung der LCDs zugeschrieben. Heilmeiers Arbeit ist ein IEEE Milestone .

In den späten 1960er Jahren wurden vom britischen Royal Radar Establishment in Malvern , England , bahnbrechende Arbeiten zu Flüssigkristallen unternommen . Das Team von RRE unterstützte die laufende Arbeit von George William Gray und seinem Team von der University of Hull, die schließlich die Cyanobiphenyl-Flüssigkristalle entdeckten, die die richtigen Stabilitäts- und Temperatureigenschaften für die Anwendung in LCDs aufwiesen.

Die Idee eines TFT- basierten Flüssigkristalldisplays (LCD) wurde 1968 von Bernard Lechner von RCA Laboratories entwickelt . Lechner, FJ Marlowe, EO Nester und J. Tults demonstrierten das Konzept 1968 mit einem 18x2 Matrix Dynamic Scattering Mode (DSM ) LCD mit diskreten Standard - MOSFETs .

1970er

Am 4. Dezember 1970 wurde der verdrillte nematische Feldeffekt (TN) in Flüssigkristallen von Hoffmann-LaRoche in der Schweiz ( Schweizer Patent Nr. 532 261 ) bei Wolfgang Helfrich und Martin Schadt (damals für die Zentralen Forschungslaboratorien ) als Erfinder aufgeführt. Hoffmann-La Roche lizenzierte die Erfindung an den Schweizer Hersteller Brown, Boveri & Cie , seinen damaligen Joint-Venture- Partner, der in den 1970er Jahren TN-Displays für Armbanduhren und andere Anwendungen für die internationalen Märkte einschließlich der japanischen Elektronikindustrie herstellte, die bald die erste digitale Quarzarmbanduhren mit TN-LCDs und zahlreiche weitere Produkte. James Fergason , während er mit Sardari Arora und Alfred Saupe am Liquid Crystal Institute der Kent State University zusammenarbeitete , meldete am 22. April 1971 ein identisches Patent in den Vereinigten Staaten an. 1971 produzierte das Unternehmen von Fergason, ILIXCO (jetzt LXD Incorporated ), LCDs basierend auf dem TN-Effekt, der die minderwertigen DSM-Typen aufgrund von Verbesserungen bei niedrigeren Betriebsspannungen und geringerer Leistungsaufnahme bald verdrängte. Tetsuro Hama und Izuhiko Nishimura von Seiko erhielten vom Februar 1971 ein US-Patent für eine elektronische Armbanduhr mit TN-LCD. 1972 kam die erste Armbanduhr mit TN-LCD auf den Markt: Die Gruen Teletime, eine Uhr mit vierstelliger Anzeige.

1972 wurde das Konzept der Flüssigkristallanzeigetafel mit Aktivmatrix- Dünnschichttransistoren (TFT) in den Vereinigten Staaten von T. Peter Brodys Team in Westinghouse in Pittsburgh, Pennsylvania, als Prototyp entwickelt . 1973 demonstrierten Brody, JA Asars und GD Dixon von den Westinghouse Research Laboratories die erste Dünnschichttransistor-Flüssigkristallanzeige (TFT-LCD). Seit 2013 verwenden alle modernen hochauflösenden und hochwertigen elektronischen Bildschirmgeräte TFT-basierte Aktivmatrix- Displays. Brody und Fang-Chen Luo demonstrierten 1974 das erste flache Aktivmatrix-Flüssigkristalldisplay (AM LCD), und dann prägte Brody 1975 den Begriff "Aktivmatrix".

1972 führte die North American Rockwell Microelectronics Corp die Verwendung von DSM-LCD-Displays für Taschenrechner für die Vermarktung durch Lloyds Electronics Inc. ein, obwohl diese eine interne Lichtquelle zur Beleuchtung erforderten. Die Sharp Corporation folgte 1973 mit DSM-LCD-Displays für Taschenrechner und 1975 mit seriengefertigten TN-LCD-Displays für Uhren. Andere japanische Unternehmen nahmen bald eine führende Position auf dem Armbanduhrenmarkt ein, wie Seiko und sein erstes 6-stelliges TN- LCD-Quarz-Armbanduhr. Farb-LCDs, die auf der Gast-Host- Interaktion basieren, wurden 1968 von einem Team bei RCA erfunden. Ein besonderer Typ eines solchen Farb-LCDs wurde in den 1970er Jahren von der japanischen Sharp Corporation entwickelt und erhielt Patente für ihre Erfindungen, wie ein Patent von Shinji Kato und Takaaki Miyazaki im Mai 1975 und dann verbessert von Fumiaki Funada und Masataka Matsuura im Dezember 1975. TFT-LCDs ähnlich den Prototypen, die 1972 von einem Westinghouse-Team entwickelt wurden, wurden 1976 von einem Team bei Sharp, bestehend aus Fumiaki Funada, Masataka Matsuura und Tomio Wada, der 1977 von einem Sharp-Team, bestehend aus Kohei Kishi, Hirosaku Nonomura, Keiichiro Shimizu und Tomio Wada, verbessert wurde. Diese TFT-LCDs waren jedoch noch nicht produktreif, da Probleme mit den Materialien für die TFTs noch nicht gelöst waren.

1980er Jahre

Im Jahr 1983 Forscher an Brown, Boveri & Cie (BBC) Research Center, Schweiz , erfand die Super-Twisted - Nematic (STN) Struktur für Passiv - Matrix - LCDs -addressed. H. Amstutzet al. wurden in den entsprechenden Patentanmeldungen in der Schweiz am 7. Juli 1983 und 28. Oktober 1983 als Erfinder aufgeführt. Patente wurden in der Schweiz CH 665491, Europa EP 0131216, US-Patent 4 634 229 und vielen weiteren Ländern erteilt . 1980 gründete Brown Boveri ein 50/50-Joint-Venture mit dem niederländischen Philips-Unternehmen Videlec. Philips verfügte über das erforderliche Know-how, um integrierte Schaltkreise für die Steuerung großer LCD-Panels zu entwerfen und zu bauen. Darüber hinaus hatte Philips einen besseren Zugang zu den Märkten für elektronische Komponenten und beabsichtigte, LCDs in neuen Produktgenerationen von Hi-Fi-, Video- und Telefongeräten zu verwenden. 1984 erfanden die Philips-Forscher Theodorus Welzen und Adrianus de Vaan ein Video-Speed-Drive-Schema, das die langsame Reaktionszeit von STN-LCDs löste und hochauflösende, qualitativ hochwertige und ruckelfreie Videobilder auf STN-LCDs ermöglichte. 1985 lösten die Philips-Erfinder Theodorus Welzen und Adrianus de Vaan das Problem der Ansteuerung hochauflösender STN-LCDs mit Niederspannungs-(CMOS-basierter) Ansteuerelektronik, was die Anwendung hochwertiger (hoher Auflösung und Videogeschwindigkeit) LCD-Panels ermöglichte in batteriebetriebenen tragbaren Produkten wie Notebook-Computern und Mobiltelefonen. 1985 erwarb Philips 100% der in der Schweiz ansässigen Videlec AG. Danach verlegte Philips die Videlec-Produktionslinien in die Niederlande. Jahre später produzierte und vermarktete Philips erfolgreich komplette Module (bestehend aus LCD-Bildschirm, Mikrofon, Lautsprecher etc.) in Großserienfertigung für die boomende Mobilfunkindustrie.

Die ersten LCD- Farbfernseher wurden in Japan als Handheld-Fernseher entwickelt . 1980 begann die Forschungs- und Entwicklungsgruppe von Hattori Seiko mit der Entwicklung von Farb-LCD-Taschenfernsehern. 1982 brachte Seiko Epson den ersten LCD-Fernseher auf den Markt, die Epson TV Watch, eine Armbanduhr mit einem kleinen Aktivmatrix-LCD-Fernseher. Die Sharp Corporation führte 1983 das Punktmatrix- TN-LCD ein. 1984 brachte Epson den ET-10 auf den Markt, den ersten Vollfarb-LCD-Fernseher im Taschenformat. Im selben Jahr stellte Citizen Watch den Citizen Pocket TV vor, einen 2,7-Zoll-Farb-LCD-Fernseher mit dem ersten kommerziellen TFT-LCD- Display. 1988 demonstrierte Sharp ein 14-Zoll-Aktivmatrix-Vollfarb-Full-Motion-TFT-LCD. Dies führte dazu, dass Japan eine LCD-Industrie ins Leben rief, die großformatige LCDs entwickelte, darunter TFT- Computermonitore und LCD-Fernseher. Epson entwickelte die 3LCD- Projektionstechnologie in den 1980er Jahren und lizenzierte sie 1988 für die Verwendung in Projektoren. Der VPJ-700 von Epson, der im Januar 1989 auf den Markt kam, war der weltweit erste kompakte Vollfarb- LCD-Projektor .

1990er Jahre

1990 konzipierten Erfinder unter verschiedenen Titeln elektrooptische Effekte als Alternativen zu verdrillten nematischen Feldeffekt-LCDs (TN- und STN-LCDs). Ein Ansatz bestand darin, Interdigitalelektroden nur auf einem Glassubstrat zu verwenden, um ein elektrisches Feld im Wesentlichen parallel zu den Glassubstraten zu erzeugen. Um die Eigenschaften dieser In-Plane-Switching- Technologie (IPS) voll auszuschöpfen , waren weitere Arbeiten erforderlich. Einzelheiten zu vorteilhaften Ausführungsformen werden nach eingehender Analyse in Deutschland von Günter Baur et al. und in verschiedenen Ländern patentiert. Das Fraunhofer-Institut ISE in Freiburg, wo die Erfinder tätig waren, vergibt diese Patente an die Merck KGaA, Darmstadt, einen Anbieter von LC-Substanzen. 1992, kurz darauf, erarbeiten Ingenieure von Hitachi verschiedene praktische Details der IPS-Technologie, um das Dünnschichttransistor-Array als Matrix zu verschalten und unerwünschte Streufelder zwischen den Pixeln zu vermeiden. Hitachi hat auch die Blickwinkelabhängigkeit durch die Optimierung der Elektrodenform ( Super IPS ) weiter verbessert . NEC und Hitachi werden zu frühen Herstellern von Aktiv-Matrix-adressierten LCDs auf Basis der IPS-Technologie. Dies ist ein Meilenstein für die Implementierung von Großbildschirm-LCDs mit akzeptabler visueller Leistung für Flachbildschirm-Computermonitore und Fernsehbildschirme. 1996 entwickelte Samsung die optische Musterungstechnik, die Multi-Domain-LCD ermöglicht. Multi-Domain- und In-Plane-Switching bleiben bis 2006 die dominierenden LCD-Designs. In den späten 1990er Jahren begann sich die LCD-Industrie von Japan weg in Richtung Südkorea und Taiwan zu verlagern, die später nach China verlagerten.

2000er–2010er

Im Jahr 2007 übertraf die Bildqualität von LCD-Fernsehern die Bildqualität von Fernsehgeräten auf Kathodenstrahlröhrenbasis (CRT). Im vierten Quartal 2007 übertrafen LCD-Fernseher erstmals CRT-Fernseher im weltweiten Absatz. Laut Displaybank werden LCD-Fernseher voraussichtlich 50% der 200 Millionen Fernseher ausmachen, die 2006 weltweit ausgeliefert werden . Im Oktober 2011 kündigte Toshiba 2560 × 1600 Pixel auf einem 6,1 Zoll (155 mm) großen LCD-Panel an, das sich für den Einsatz in einem Tablet-Computer eignet , insbesondere für die Anzeige chinesischer Schriftzeichen. In den 2010er Jahren wurde auch TGP (Tracking Gate-line in Pixel) weit verbreitet, das die Treiberschaltung von den Rändern des Displays in die Pixelzwischenräume verlagert und schmale Blenden ermöglicht. LCDs können transparent und flexibel gemacht werden , aber sie können kein Licht ohne eine Hintergrundbeleuchtung wie OLED und microLED emittieren, die andere Technologien sind, die ebenfalls flexibel und transparent gemacht werden können. Spezielle Folien können verwendet werden, um die Blickwinkel von LCDs zu erhöhen.

2016 entwickelte Panasonic IPS-LCDs mit einem Kontrastverhältnis von 1.000.000:1, die mit OLEDs konkurrieren. Diese Technologie wurde später als Dual Layer, Dual Panel oder LMCL (Light Modulating Cell Layer) LCDs in die Massenproduktion gebracht. Die Technologie verwendet 2 Flüssigkristallschichten anstelle einer und kann zusammen mit einer Mini-LED-Hintergrundbeleuchtung und Quantenpunktfolien verwendet werden.

Erleuchtung

Da LCDs kein eigenes Licht erzeugen, benötigen sie externes Licht, um ein sichtbares Bild zu erzeugen. Bei einem transmissiven LCD-Typ befindet sich die Lichtquelle auf der Rückseite des Glasstapels und wird als Hintergrundbeleuchtung bezeichnet . Aktivmatrix-LCDs sind fast immer von hinten beleuchtet. Passive LCDs können von hinten beleuchtet sein, aber viele verwenden einen Reflektor an der Rückseite des Glasstapels, um das Umgebungslicht zu nutzen. Transflektive LCDs kombinieren die Eigenschaften eines hinterleuchteten transmissiven Displays und eines reflektierenden Displays.

Die gängigen Implementierungen der LCD-Hintergrundbeleuchtungstechnologie sind:

18 parallele CCFLs als Hintergrundbeleuchtung für einen 42-Zoll (106 cm) LCD-Fernseher
  • CCFL: Das LCD-Panel wird entweder von zwei Kaltkathoden- Leuchtstofflampen an gegenüberliegenden Rändern des Displays oder einer Reihe paralleler CCFLs hinter größeren Displays beleuchtet. Ein Diffusor (aus PMMA-Acryl-Kunststoff, auch Wellen- oder Lichtleiter/Leiterplatte genannt) verteilt das Licht dann gleichmäßig über das gesamte Display. Über viele Jahre wurde diese Technologie fast ausschließlich verwendet. Im Gegensatz zu weißen LEDs haben die meisten CCFLs eine gleichmäßig weiße Spektralausgabe, was zu einem besseren Farbraum für das Display führt. CCFLs sind jedoch weniger energieeffizient als LEDs und erfordern einen etwas kostspieligen Wechselrichter , um die vom Gerät verwendete Gleichspannung (normalerweise 5 oder 12 V) in ≈1000 V umzuwandeln, die zum Beleuchten einer CCFL benötigt wird. Die Dicke der Wechselrichtertransformatoren begrenzt auch, wie dünn das Display hergestellt werden kann.
  • EL-WLED: Das LCD-Panel wird von einer Reihe weißer LEDs beleuchtet, die an einem oder mehreren Bildschirmrändern platziert sind. Ein Lichtdiffusor (Lichtleiterplatte, LGP) wird dann verwendet, um das Licht gleichmäßig über das gesamte Display zu verteilen, ähnlich wie bei kantenbeleuchteten CCFL-LCD-Backlights. Der Diffusor besteht entweder aus PMMA-Kunststoff oder Spezialglas, PMMA wird in den meisten Fällen verwendet, weil es robust ist, während Spezialglas verwendet wird, wenn es auf die Dicke des LCDs ankommt, da es sich bei Erwärmung nicht so stark ausdehnt oder Feuchtigkeit ausgesetzt, wodurch LCDs nur 5 mm dick sind. Quantenpunkte können auf dem Diffusor als Quantenpunktverstärkungsfilm (QDEF, in diesem Fall benötigen sie eine Schicht zum Schutz vor Hitze und Feuchtigkeit) oder auf dem Farbfilter des LCD platziert werden, um die normalerweise verwendeten Resists zu ersetzen . Ab 2012 ist dieses Design das beliebteste in Desktop-Computermonitoren. Es ermöglicht die dünnsten Displays. Einige LCD-Monitore, die diese Technologie verwenden, verfügen über eine Funktion namens dynamischer Kontrast, die von den Philips-Forschern Douglas Stanton, Martinus Stroomer und Adrianus de Vaan erfunden wurde wird durch Variieren eines Zeitintervalls für das Blinken dieser Lichtquellen mit konstanter Lichtintensität erreicht), wird die Hintergrundbeleuchtung auf die hellste Farbe gedimmt, die auf dem Bildschirm erscheint, während gleichzeitig der LCD-Kontrast auf das maximal erreichbare Niveau erhöht wird, wodurch das Kontrastverhältnis von 1000:1 von das LCD-Panel auf unterschiedliche Lichtintensitäten skaliert werden, was zu den "30000:1" Kontrastverhältnissen führt, die in der Werbung auf einigen dieser Monitore zu sehen sind. Da Computerbildschirmbilder normalerweise irgendwo im Bild Vollweiß haben, wird die Hintergrundbeleuchtung normalerweise in voller Intensität sein, was dieses "Feature" hauptsächlich zu einem Marketing-Gimmick für Computermonitore macht, für TV-Bildschirme jedoch das wahrgenommene Kontrastverhältnis und den Dynamikumfang drastisch erhöht. verbessert die Blickwinkelabhängigkeit und reduziert den Stromverbrauch herkömmlicher LCD-Fernseher drastisch.
  • WLED-Array: Das LCD-Panel wird von einem vollständigen Array weißer LEDs beleuchtet, die sich hinter einem Diffusor hinter dem Panel befinden. LCDs, die diese Implementierung verwenden, haben normalerweise die Fähigkeit, die LEDs in den dunklen Bereichen des angezeigten Bildes zu dimmen oder vollständig auszuschalten, wodurch das Kontrastverhältnis des Displays effektiv erhöht wird. Die Genauigkeit, mit der dies möglich ist, hängt von der Anzahl der Dimmzonen des Displays ab. Je mehr Dimmzonen, desto präziser das Dimmen, mit weniger offensichtlichen Blooming-Artefakten, die als dunkelgraue Flecken sichtbar sind, die von den unbeleuchteten Bereichen des LCD umgeben sind. Ab 2012 wird dieses Design hauptsächlich von gehobenen LCD-Fernsehern mit größerem Bildschirm verwendet.
  • RGB-LED-Array: Ähnlich dem WLED-Array, außer dass das Panel von einem vollständigen Array von RGB-LEDs beleuchtet wird . Während mit weißen LEDs beleuchtete Displays in der Regel einen schlechteren Farbraum haben als CCFL-beleuchtete Displays, haben mit RGB-LEDs beleuchtete Panels einen sehr großen Farbraum. Diese Implementierung ist bei professionellen LCDs zur Grafikbearbeitung am beliebtesten. Ab 2012 kosteten LCDs in dieser Kategorie normalerweise mehr als 1000 US-Dollar. Ab 2016 haben sich die Kosten dieser Kategorie drastisch reduziert und solche LCD-Fernseher erreichten das gleiche Preisniveau wie die früheren 28" (71 cm) CRT-basierten Kategorien.
  • Monochrome LEDs: wie rote, grüne, gelbe oder blaue LEDs werden in den kleinen passiven monochromen LCDs verwendet, die typischerweise in Uhren, Uhren und Kleingeräten verwendet werden.

Heutzutage werden die meisten LCD-Bildschirme mit einer LED-Hintergrundbeleuchtung anstelle der herkömmlichen CCFL-Hintergrundbeleuchtung ausgestattet, während diese Hintergrundbeleuchtung dynamisch mit den Videoinformationen gesteuert wird (dynamische Hintergrundbeleuchtungssteuerung). Die Kombination mit der dynamischen Hintergrundbeleuchtungssteuerung, erfunden von den Philips-Forschern Douglas Stanton, Martinus Stroomer und Adrianus de Vaan, erhöht gleichzeitig den Dynamikumfang des Anzeigesystems (auch als HDR, High Dynamic Range Television oder Full-Area Local Area Dimming ( FLAD)

  • Mini-LED: Die Hintergrundbeleuchtung mit Mini-LEDs kann über tausend Full-Area Local Area Dimming (FLAD)-Zonen unterstützen. Dies ermöglicht tiefere Schwarztöne und ein höheres Kontraktverhältnis. (Nicht zu verwechseln mit MicroLED .)

Die LCD-Hintergrundbeleuchtungssysteme werden durch das Aufbringen optischer Filme wie einer prismatischen Struktur (Prismenblatt) hocheffizient gemacht, um das Licht in die gewünschten Betrachterrichtungen zu gewinnen, und reflektierender Polarisationsfilme, die das polarisierte Licht recyceln, das früher vom ersten Polarisator des LCD absorbiert wurde ( erfunden von den Philips-Forschern Adrianus de Vaan und Paulus Schaareman), die im Allgemeinen mit sogenannten DBEF-Filmen erreicht werden, die von 3M hergestellt und geliefert werden. Verbesserte Versionen des Prismenblatts haben eher eine wellige als eine prismatische Struktur und leiten Wellen seitlich in die Struktur des Blatts ein, während sie auch die Höhe der Wellen variieren, noch mehr Licht auf den Bildschirm lenken und Aliasing oder Moiré zwischen der Struktur von das Prismenblatt und die Subpixel des LCD. Eine wellenförmige Struktur lässt sich einfacher in Massenproduktion herstellen als eine prismatische mit herkömmlichen Diamantwerkzeugmaschinen, mit denen die Walzen zum Einprägen der wellenförmigen Struktur in Kunststoffplatten verwendet werden, wodurch Prismenplatten hergestellt werden. Auf beiden Seiten der Prismenplatte befindet sich eine Diffusorplatte, um das Licht der Hintergrundbeleuchtung gleichmäßig zu machen, während ein Spiegel hinter der Lichtleiterplatte platziert ist, um das gesamte Licht nach vorne zu lenken. Die Prismenplatte mit ihren Diffusorplatten wird auf die Lichtleiterplatte gelegt. Die DBEF-Polarisatoren bestehen aus einem großen Stapel einachsig orientierter doppelbrechender Filme, die den zuvor absorbierten Polarisationsmodus des Lichts reflektieren. Solche reflektierenden Polarisatoren, die uniaxial orientierte polymerisierte Flüssigkristalle (doppelbrechende Polymere oder doppelbrechender Klebstoff) verwenden, wurden 1989 von den Philips-Forschern Dirk Broer, Adrianus de Vaan und Jörg Brambring erfunden. Die Kombination dieser reflektierenden Polarisatoren und der dynamischen LED-Hintergrundbeleuchtung machen die heutigen LCD-Fernseher viel effizienter als die CRT-basierten Geräte, was zu einer weltweiten Energieeinsparung von 600 TWh (2017) führt, was 10 % des Stromverbrauchs aller Haushalte entspricht weltweit oder gleich der 2-fachen Energieproduktion aller Solarzellen der Welt.

Aufgrund der LCD-Schicht, die die gewünschten hochauflösenden Bilder bei blinkenden Videogeschwindigkeiten unter Verwendung von Elektronik mit sehr geringer Leistung in Kombination mit LED-basierten Hintergrundbeleuchtungstechnologien erzeugt, hat sich die LCD-Technologie zur dominierenden Anzeigetechnologie für Produkte wie Fernseher, Desktop-Monitore, Notebooks, Tablets, Smartphones und Mobiltelefone. Obwohl konkurrierende OLED-Technologie auf den Markt gedrängt wird, verfügen solche OLED-Displays nicht über die HDR-Fähigkeiten wie LCDs in Kombination mit 2D-LED-Hintergrundbeleuchtungstechnologien, weshalb der Jahresmarkt für solche LCD-basierten Produkte immer noch schneller (in Volumen) wächst als OLED-basierte Produkte, während die Effizienz von LCDs (und Produkten wie tragbaren Computern, Mobiltelefonen und Fernsehern) noch weiter verbessert werden kann, indem verhindert wird, dass das Licht von den Farbfiltern des LCD absorbiert wird. Solche reflektiven Farbfilterlösungen sind von der LCD-Industrie noch nicht implementiert und haben es nicht über Laborprototypen hinaus geschafft. Sie werden wahrscheinlich von der LCD-Industrie implementiert, um die Effizienz im Vergleich zu OLED-Technologien zu erhöhen.

Anschluss an andere Stromkreise

Ein rosafarbener Elastomerverbinder, der ein LCD-Panel mit den Leiterbahnen der Leiterplatte verbindet, neben einem Zentimetermaßstab. Die leitfähigen und isolierenden Schichten im schwarzen Streifen sind sehr klein. Klicken Sie auf das Bild für mehr Details.

Ein Standardbildschirm eines Fernsehempfängers, ein modernes LCD-Panel, hat über sechs Millionen Pixel, und sie werden alle einzeln von einem in den Bildschirm eingebetteten Drahtnetzwerk mit Strom versorgt. Die feinen Drähte oder Pfade bilden ein Gitter mit vertikalen Drähten über den gesamten Bildschirm auf einer Seite des Bildschirms und horizontalen Drähten über den gesamten Bildschirm auf der anderen Seite des Bildschirms. Zu diesem Raster hat jedes Pixel auf der einen Seite einen positiven Anschluss und auf der anderen Seite einen negativen Anschluss. Die Gesamtanzahl der für ein 1080p- Display benötigten Drähte beträgt also 3 x 1920 vertikal und 1080 horizontal für insgesamt 6840 Drähte horizontal und vertikal. Das sind drei für Rot, Grün und Blau und 1920 Pixelspalten für jede Farbe für insgesamt 5760 Drähte, die vertikal verlaufen und 1080 Reihen von Drähten, die horizontal verlaufen. Für ein Paneel mit einer Breite von 28,8 Zoll (73 Zentimeter) bedeutet dies eine Drahtdichte von 200 Drähten pro Zoll entlang der horizontalen Kante. Das LCD-Panel wird von LCD-Treibern mit Strom versorgt, die werkseitig sorgfältig auf den Rand des LCD-Panels abgestimmt sind. Die Treiber können mit verschiedenen Methoden installiert werden, von denen die gängigsten COG (Chip-On-Glass) und TAB ( Tape-Automated Bonding ) sind. Dieselben Prinzipien gelten auch für Smartphone-Bildschirme, die viel kleiner als TV-Bildschirme sind. LCD-Panels verwenden typischerweise dünn beschichtete metallische Leiterbahnen auf einem Glassubstrat, um die Zellenschaltung zum Betreiben des Panels zu bilden. Eine direkte Verbindung des Panels mit einer separaten kupfergeätzten Leiterplatte ist in der Regel nicht durch Löttechniken möglich. Stattdessen wird die Verbindung mit einem anisotropen leitfähigen Film oder, für niedrigere Dichten, von Elastomerverbindern erreicht .

Passiv-Matrix

Prototyp eines Passiv-Matrix-STN-LCD mit 540×270 Pixeln, Brown Boveri Research, Schweiz, 1984

Monochrome und spätere Farb- Passivmatrix- LCDs waren Standard in den meisten frühen Laptops (obwohl einige Plasma-Displays verwendet wurden) und dem ursprünglichen Nintendo Game Boy bis Mitte der 1990er Jahre, als farbige Aktivmatrix- LCDs bei allen Laptops Standard wurden. Der kommerziell erfolglose Macintosh Portable (veröffentlicht 1989) war einer der ersten, der ein Aktiv-Matrix-Display verwendete (obwohl immer noch einfarbig). Passiv-Matrix-LCDs werden auch in den 2010er Jahren noch für Anwendungen verwendet, die weniger anspruchsvoll sind als Laptop-Computer und Fernseher, wie zum Beispiel preiswerte Taschenrechner. Diese werden insbesondere auf tragbaren Geräten verwendet, bei denen weniger Informationsinhalte angezeigt werden müssen, geringster Stromverbrauch (keine Hintergrundbeleuchtung ) und geringe Kosten erwünscht sind oder Lesbarkeit bei direkter Sonneneinstrahlung erforderlich ist.

Ein Vergleich zwischen einem leeren Passivmatrix-Display (oben) und einem leeren Aktivmatrix-Display (unten). Ein Passiv-Matrix-Display kann erkannt werden, wenn der leere Hintergrund grauer erscheint als das schärfere Aktiv-Matrix-Display, Nebel an allen Rändern des Bildschirms erscheint und Bilder auf dem Bildschirm zu verblassen scheinen.

Displays mit einer Passiv-Matrix-Struktur verwenden Super-Twisted-Nematic- STN (erfunden vom Brown Boveri Research Center, Baden, Schweiz, 1983; wissenschaftliche Details wurden veröffentlicht) oder Double-Layer-STN (DSTN)-Technologie (letztere adressiert a Farbverschiebungsproblem bei ersterem) und Color-STN (CSTN), bei dem Farbe unter Verwendung eines internen Filters hinzugefügt wird. STN-LCDs wurden für die Passiv-Matrix-Adressierung optimiert. Sie weisen einen schärferen Schwellenwert der Kontrast-Spannungs-Kennlinie auf als die ursprünglichen TN-LCDs. Dies ist wichtig, da Pixel, auch wenn sie nicht ausgewählt sind, Teilspannungen ausgesetzt sind. Übersprechen zwischen aktivierten und nicht aktivierten Pixeln muss richtig gehandhabt werden, indem die RMS-Spannung nicht aktivierter Pixel unterhalb der Schwellenspannung gehalten wird, wie von Peter J. Wild 1972 entdeckt, während aktivierte Pixel Spannungen oberhalb der Schwelle ausgesetzt sind (die Spannungen gemäß zum Antriebsschema "Alt & Pleshko"). Das Ansteuern solcher STN-Displays gemäß dem Alt & Pleshko-Ansteuerschema erfordert sehr hohe Leitungsadressierungsspannungen. Welzen und de Vaan erfanden ein alternatives Ansteuerschema (ein nicht "Alt & Pleshko"-Ansteuerschema), das viel niedrigere Spannungen erfordert, so dass das STN-Display mit Niederspannungs-CMOS-Technologien angesteuert werden kann. STN-LCDs müssen während eines Frames durch abwechselnde Impulsspannungen einer Polarität und während des nächsten Frames durch Impulse entgegengesetzter Polarität kontinuierlich aufgefrischt werden. Einzelne Pixel werden durch die entsprechenden Reihen- und Spaltenschaltungen adressiert . Diese Art von Anzeige wird als passivmatrixadressiert bezeichnet , da das Pixel seinen Zustand zwischen den Auffrischungen ohne den Vorteil einer konstanten elektrischen Ladung beibehalten muss. Wenn die Anzahl der Pixel (und entsprechend der Spalten und Zeilen) zunimmt, wird diese Art der Anzeige weniger machbar. Langsame Reaktionszeiten und schlechter Kontrast sind typisch für passivmatrixadressierte LCDs mit zu vielen Pixeln, die nach dem "Alt & Pleshko"-Antriebsschema angesteuert werden. Welzen und de Vaan erfanden auch ein Nicht-RMS-Laufwerksschema, das es ermöglicht, STN-Displays mit Videoraten anzusteuern und es ermöglicht, ruckelfreie bewegte Videobilder auf einem STN-Display anzuzeigen. Citizen hat unter anderem diese Patente lizenziert und mehrere STN-basierte LCD-Taschenfernseher erfolgreich auf den Markt gebracht

Wie ein LCD mit einer Aktivmatrixstruktur funktioniert

Bistabile LCDs erfordern keine kontinuierliche Auffrischung. Ein Umschreiben ist nur für Änderungen der Bildinformationen erforderlich. 1984 erfanden HA van Sprang und AJSM de Vaan ein Display vom STN-Typ, das in einem bistabilen Modus betrieben werden konnte und extrem hochauflösende Bilder mit bis zu 4000 Zeilen oder mehr mit nur geringen Spannungen ermöglichte. Da sich ein Pixel in dem Moment, in dem neue Informationen in dieses Pixel geschrieben werden müssen, entweder im Ein- oder im Aus-Zustand befinden kann, ist das Adressierungsverfahren dieser bistabilen Displays ziemlich komplex, ein Grund, warum diese Displays es nicht geschafft haben zum Markt. Das änderte sich, als im Jahr 2010 "Zero-Power" (bistabile) LCDs auf den Markt kamen. Potenziell kann die Passiv-Matrix-Adressierung mit Geräten verwendet werden, wenn ihre Schreib-/Löscheigenschaften geeignet sind, was bei E-Books der Fall war, die nur Standbilder anzeigen müssen. Nachdem eine Seite auf die Anzeige geschrieben wurde, kann die Anzeige vom Strom getrennt werden, während lesbare Bilder erhalten bleiben. Dies hat den Vorteil, dass solche E-Books über längere Zeit mit nur einem kleinen Akku betrieben werden können. Hochauflösende Farb - Displays, wie beispielsweise moderne LCD - Computermonitore und Fernsehgeräte, verwendet , um eine Aktiv-Matrix - Struktur. Eine Matrix von Dünnfilmtransistoren (TFTs) wird zu den Elektroden hinzugefügt, die mit der LC-Schicht in Kontakt stehen. Jedes Pixel hat seinen eigenen dedizierten Transistor , wodurch jede Spaltenleitung auf ein Pixel zugreifen kann. Wenn eine Zeilenleitung ausgewählt wird, werden alle Spaltenleitungen mit einer Pixelzeile verbunden und Spannungen entsprechend der Bildinformation werden auf alle Spaltenleitungen getrieben. Anschließend wird die Zeilenzeile deaktiviert und die nächste Zeilenzeile ausgewählt. Alle Zeilenleitungen werden während einer Auffrischoperation nacheinander ausgewählt . Aktivmatrix-adressierte Displays sehen heller und schärfer aus als passivmatrix-adressierte Displays der gleichen Größe und haben im Allgemeinen schnellere Reaktionszeiten, wodurch viel bessere Bilder erzeugt werden. Sharp produziert bistabile reflektive LCDs mit einer 1-Bit-SRAM-Zelle pro Pixel, die nur wenig Strom benötigt, um ein Bild aufrechtzuerhalten.

Segment-LCDs können auch Farbe haben, indem Field Sequential Color (FSC-LCD) verwendet wird. Diese Art von Displays haben ein passives Hochgeschwindigkeits-Segment-LCD-Panel mit einer RGB-Hintergrundbeleuchtung. Die Hintergrundbeleuchtung ändert schnell die Farbe und lässt sie mit bloßem Auge weiß erscheinen. Das LCD-Panel wird mit der Hintergrundbeleuchtung synchronisiert. Um beispielsweise ein Segment rot erscheinen zu lassen, wird das Segment nur eingeschaltet, wenn die Hintergrundbeleuchtung rot ist wird rot und erlischt, wenn die Hintergrundbeleuchtung grün wird. Damit ein Segment schwarz erscheint, ist das Segment immer eingeschaltet. Ein FSC-LCD teilt ein Farbbild in 3 Bilder (ein rotes, ein grünes und ein blaues) auf und zeigt sie der Reihe nach an. Aufgrund der Persistenz des Sehvermögens erscheinen die 3 monochromatischen Bilder als ein Farbbild. Ein FSC-LCD benötigt ein LCD-Panel mit einer Bildwiederholfrequenz von 180 Hz, und die Reaktionszeit reduziert sich im Vergleich zu normalen STN-LCD-Panels mit einer Reaktionszeit von 16 Millisekunden auf nur 5 Millisekunden. FSC-LCDs enthalten einen Chip-On-Glass-Treiber-IC und können auch mit einem kapazitiven Touchscreen verwendet werden.

Samsung führte bereits 2002 UFB-Displays (Ultra Fine & Bright) ein und nutzte den Super-Doppelbrechungseffekt. Es hat die Luminanz, den Farbraum und den größten Teil des Kontrasts eines TFT-LCDs, verbraucht aber laut Samsung nur so viel Strom wie ein STN-Display. Es wurde in einer Vielzahl von Samsung-Mobiltelefonmodellen verwendet, die bis Ende 2006 produziert wurden, als Samsung die Produktion von UFB-Displays einstellte. UFB-Displays wurden auch in bestimmten Modellen von LG-Mobiltelefonen verwendet.

Aktiv-Matrix-Technologien

Aufbau eines Farb-LCDs mit kantenbeleuchteter CCFL-Hintergrundbeleuchtung

Verdrillt nematisch (TN)

Verdrillte nematische Displays enthalten Flüssigkristalle, die sich in unterschiedlichem Maße verdrehen und aufdrehen, um Licht durchzulassen. Wenn keine Spannung an eine TN-Flüssigkristallzelle angelegt wird, tritt polarisiertes Licht durch die um 90 Grad verdrehte LC-Schicht. Proportional zur angelegten Spannung drehen sich die Flüssigkristalle auf, ändern die Polarisation und blockieren den Weg des Lichts. Durch geeignetes Einstellen des Spannungspegels kann fast jeder Graupegel oder jede Transmission erreicht werden.

In-Plane-Switching (IPS)

In-Plane-Switching ist eine LCD-Technologie, die Flüssigkristalle in einer Ebene parallel zu den Glassubstraten ausrichtet. Bei diesem Verfahren wird das elektrische Feld durch gegenüberliegende Elektroden auf demselben Glassubstrat angelegt, so dass die Flüssigkristalle im Wesentlichen in derselben Ebene umorientiert (geschaltet) werden können, obwohl Randfelder eine homogene Umorientierung verhindern. Dies erfordert zwei Transistoren für jedes Pixel anstelle des einzelnen Transistors, der für eine Standard-Dünnschichttransistor-(TFT)-Anzeige benötigt wird. Bevor LG Enhanced IPS im Jahr 2009 eingeführt wurde, führten die zusätzlichen Transistoren dazu, dass mehr Übertragungsbereich blockiert wurde, was eine hellere Hintergrundbeleuchtung erforderte und mehr Strom verbrauchte, was diese Art von Display für Notebooks weniger wünschenswert machte. Derzeit verwendet Panasonic eine verbesserte Version von eIPS für seine großformatigen LCD-TV-Produkte sowie Hewlett-Packard in seinem WebOS-basierten TouchPad-Tablet und seinem Chromebook 11.

Super In-Plane-Switching (S-IPS)

Super-IPS wurde später nach In-Plane-Switching mit noch besseren Reaktionszeiten und Farbwiedergabe eingeführt.

M+ oder RGBW Kontroverse

Im Jahr 2015 kündigte LG Display die Implementierung einer neuen Technologie namens M+ an, bei der weiße Subpixel zusammen mit den regulären RGB-Punkten in ihrer IPS-Panel-Technologie hinzugefügt werden.

Der Großteil der neuen M+-Technologie wurde bei 4K-TV-Geräten verwendet, was zu einer Kontroverse führte, nachdem Tests ergaben, dass das Hinzufügen eines weißen Subpixels anstelle der traditionellen RGB-Struktur die Auflösung um etwa 25 % reduzieren würde. Das bedeutet, dass ein 4K-Fernseher nicht den vollen UHD-TV-Standard darstellen kann. Die Medien- und Internetnutzer nannten dies später wegen des weißen Subpixels "RGBW"-Fernseher. Obwohl LG Display diese Technologie für den Einsatz in Notebook-Displays, Outdoor und Smartphones entwickelt hat, wurde sie auf dem TV-Markt immer beliebter, da die angekündigte 4K-UHD-Auflösung jedoch immer noch nicht in der Lage ist, eine echte UHD-Auflösung zu erreichen, die vom CTA als 3840x2160 aktive Pixel mit 8 . definiert wird -Bit Farbe. Dies wirkt sich negativ auf die Wiedergabe von Text aus und macht ihn etwas unscharfer, was besonders auffällt, wenn ein Fernseher als PC-Monitor verwendet wird.

IPS im Vergleich zu AMOLED

Im Jahr 2011 behauptete LG, dass das Smartphone LG Optimus Black (IPS LCD (LCD NOVA)) eine Helligkeit von bis zu 700 Nits hat , während der Konkurrent nur ein IPS-LCD mit 518 Nits und ein doppeltes Aktivmatrix-OLED- Display (AMOLED) mit 305 Nits hat . LG behauptete auch, dass das NOVA-Display 50 Prozent effizienter als normale LCDs ist und nur 50 Prozent der Leistung von AMOLED-Displays verbraucht, wenn es Weiß auf dem Bildschirm erzeugt. In Bezug auf das Kontrastverhältnis schneidet das AMOLED-Display aufgrund der zugrunde liegenden Technologie immer noch am besten ab, bei der die Schwarzwerte als pechschwarz und nicht als dunkelgrau angezeigt werden. Am 24. August 2011 kündigte Nokia das Nokia 701 an und erhob auch den Anspruch, mit 1000 Nits das hellste Display der Welt zu sein. Der Bildschirm hatte auch die Clearblack-Schicht von Nokia, die das Kontrastverhältnis verbessert und näher an das der AMOLED-Bildschirme heranbringt.

Dieses Pixel-Layout findet sich in S-IPS-LCDs. Eine Chevron- Form wird verwendet, um den Betrachtungskegel zu erweitern (Bereich der Betrachtungsrichtungen mit gutem Kontrast und geringer Farbverschiebung).

Advanced Fringe Field Switching (AFFS)

Bis 2003 als Fringe Field Switching (FFS) bekannt, ähnelt Advanced Fringe Field Switching IPS oder S-IPS und bietet überlegene Leistung und Farbskala mit hoher Leuchtkraft. AFFS wurde von Hydis Technologies Co., Ltd, Korea (ehemals Hyundai Electronics, LCD Task Force) entwickelt. AFFS-applied Notebook-Anwendungen minimieren Farbverzerrungen und erhalten gleichzeitig einen breiteren Betrachtungswinkel für ein professionelles Display. Durch Lichtverlust verursachte Farbverschiebungen und -abweichungen werden durch die Optimierung des Weißfarbraums korrigiert, wodurch auch die Weiß-/Grauwiedergabe verbessert wird. Im Jahr 2004 lizenzierte Hydis Technologies Co., Ltd AFFS an Japans Hitachi Displays. Hitachi verwendet AFFS zur Herstellung von High-End-Panels. Im Jahr 2006 lizenzierte HYDIS AFFS an die Sanyo Epson Imaging Devices Corporation. Kurz darauf führte Hydis eine Weiterentwicklung des AFFS-Displays mit hoher Transmission ein, genannt HFFS (FFS+). Hydis führte 2007 AFFS+ mit verbesserter Lesbarkeit im Freien ein. AFFS-Panels werden hauptsächlich in den Cockpits der neuesten Verkehrsflugzeugdisplays verwendet. Es wird jedoch ab Februar 2015 nicht mehr produziert.

Vertikale Ausrichtung (VA)

Displays mit vertikaler Ausrichtung sind eine Form von LCDs, bei denen die Flüssigkristalle auf natürliche Weise vertikal zu den Glassubstraten ausgerichtet sind. Wenn keine Spannung angelegt wird, bleiben die Flüssigkristalle senkrecht zum Substrat und erzeugen eine schwarze Anzeige zwischen gekreuzten Polarisatoren. Wenn eine Spannung angelegt wird, verschieben sich die Flüssigkristalle in eine geneigte Position, wodurch Licht durchgelassen wird und eine Graustufenanzeige abhängig von der durch das elektrische Feld erzeugten Neigung erzeugt wird. Es hat einen tieferen schwarzen Hintergrund, ein höheres Kontrastverhältnis, einen breiteren Betrachtungswinkel und eine bessere Bildqualität bei extremen Temperaturen als herkömmliche Twisted-Nematic-Displays. Im Vergleich zu IPS sind die Schwarzwerte noch tiefer, was ein höheres Kontrastverhältnis ermöglicht, aber der Blickwinkel ist schmaler, wobei Farb- und insbesondere Kontrastverschiebung deutlicher zu erkennen sind.

Blauphasenmodus

LCDs im Blauphasenmodus wurden Anfang 2008 als technische Muster gezeigt, aber sie werden nicht in Massenproduktion hergestellt. Die Physik von LCDs mit blauem Phasenmodus legt nahe, dass sehr kurze Schaltzeiten (≈1 ms) erreicht werden können, so dass möglicherweise eine zeitsequentielle Farbsteuerung realisiert werden kann und teure Farbfilter überflüssig würden.

Qualitätskontrolle

Einige LCD-Panels haben defekte Transistoren , was zu permanent leuchtenden oder unbeleuchteten Pixeln führt, die im Allgemeinen als steckende Pixel bzw. tote Pixel bezeichnet werden. Im Gegensatz zu integrierten Schaltkreisen (ICs) sind LCD-Panels mit wenigen defekten Transistoren meist noch brauchbar. Die Richtlinien der Hersteller für die akzeptable Anzahl defekter Pixel variieren stark. Zu einem bestimmten Zeitpunkt hielt Samsung eine Null-Toleranz-Politik für LCD-Monitore, die in Korea verkauft wurden. Ab 2005 hält sich Samsung jedoch an den weniger restriktiven Standard ISO 13406-2 . Von anderen Unternehmen ist bekannt, dass sie in ihren Richtlinien bis zu 11 tote Pixel tolerieren.

Richtlinien für tote Pixel werden oft heiß zwischen Herstellern und Kunden diskutiert. Um die Akzeptanz von Fehlern zu regeln und den Endbenutzer zu schützen, hat die ISO die Norm ISO 13406-2 veröffentlicht , die 2008 mit der Veröffentlichung von ISO 9241 obsolet wurde , insbesondere ISO-9241-302, 303, 305, 307:2008 Pixel Mängel. Allerdings hält sich nicht jeder LCD-Hersteller an den ISO-Standard und der ISO-Standard wird oft unterschiedlich interpretiert. LCD-Panels weisen aufgrund ihrer größeren Größe eher Defekte auf als die meisten ICs. Zum Beispiel hat ein 300 mm SVGA LCD 8 Defekte und ein 150 mm Wafer hat nur 3 Defekte. 134 der 137 Chips auf dem Wafer sind jedoch akzeptabel, während die Zurückweisung des gesamten LCD-Panels eine Ausbeute von 0% bedeuten würde. In den letzten Jahren wurde die Qualitätskontrolle verbessert. Ein SVGA-LCD-Panel mit 4 defekten Pixeln gilt normalerweise als defekt und Kunden können einen Austausch gegen ein neues beantragen. Einige Hersteller, insbesondere in Südkorea, wo einige der größten LCD-Panel-Hersteller wie LG ansässig sind, haben jetzt eine Null-Fehler-Pixel-Garantie, die ein zusätzliches Rasterverfahren ist, das dann "A"- und "B" bestimmen kann "-Grade-Platten. Viele Hersteller würden schon bei einem defekten Pixel ein Produkt ersetzen. Auch dort, wo solche Garantien nicht existieren, ist der Ort defekter Pixel wichtig. Eine Anzeige mit nur wenigen defekten Pixeln kann inakzeptabel sein, wenn die defekten Pixel nahe beieinander liegen. LCD-Panels weisen auch Defekte auf, die als Trübung (oder weniger häufig Mura ) bekannt sind und die ungleichmäßigen Flecken von Helligkeitsänderungen beschreiben . Es ist am besten in dunklen oder schwarzen Bereichen der angezeigten Szenen sichtbar. Ab 2010 geben die meisten Hersteller von LCD-Bildschirmen von Premium-Marken ihre Produkte als fehlerfrei an.

"Zero-Power" (bistabile) Anzeigen

Das von Qinetiq (ehemals DERA ) entwickelte zenital bistabile Gerät (ZBD) kann ein Bild ohne Strom speichern . Die Kristalle können in einer von zwei stabilen Orientierungen ("schwarz" und "weiß") vorliegen und es wird nur Energie benötigt, um das Bild zu ändern. ZBD Displays ist ein Spin-off-Unternehmen von QinetiQ, das sowohl Graustufen- als auch Farb-ZBD-Geräte herstellte. Kent Displays hat auch ein "No-Power" -Display entwickelt, das polymerstabilisierte cholesterische Flüssigkristalle (ChLCD) verwendet. Im Jahr 2009 demonstrierte Kent die Verwendung eines ChLCD, um die gesamte Oberfläche eines Mobiltelefons abzudecken, sodass es die Farben ändern und diese Farbe auch dann beibehalten kann, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Im Jahr 2004 demonstrierten Forscher der Universität Oxford zwei neue Typen von bistabilen LCDs mit Nullleistung, die auf bistabilen Zenithal-Techniken basieren. Mehrere bistabile Technologien, wie das 360° BTN und das bistabile cholesterische, hängen hauptsächlich von den Volumeneigenschaften des Flüssigkristalls (LC) ab und verwenden eine standardmäßige starke Verankerung mit Ausrichtungsfilmen und LC-Mischungen ähnlich den traditionellen monostabilen Materialien. Andere bistabile Technologien, zB die BiNem-Technologie, basieren hauptsächlich auf den Oberflächeneigenschaften und benötigen spezielle schwache Verankerungsmaterialien.

Spezifikationen

  • Auflösung Die Auflösung eines LCD wird durch die Anzahl der Pixelspalten und -zeilen ausgedrückt (zB 1024×768). Jedes Pixel besteht normalerweise aus 3 Subpixeln, einem roten, einem grünen und einem blauen. Dies war eines der wenigen Merkmale der LCD-Leistung, die bei verschiedenen Designs gleich geblieben sind. Es gibt jedoch neuere Designs, die Subpixel unter Pixeln teilen und Quattron hinzufügen, die versuchen, die wahrgenommene Auflösung einer Anzeige effizient zu erhöhen, ohne die tatsächliche Auflösung zu erhöhen, zu gemischten Ergebnissen.
  • Räumliche Leistung: Bei einem Computermonitor oder einem anderen Display, das aus sehr geringer Entfernung betrachtet wird, wird die Auflösung oft in Punktabstand oder Pixel pro Zoll angegeben, was mit der Druckindustrie übereinstimmt. Die Anzeigedichte variiert je nach Anwendung, wobei Fernsehgeräte im Allgemeinen eine niedrige Dichte für das Fernsehen und tragbare Geräte eine hohe Dichte für Details im Nahbereich aufweisen. Der Betrachtungswinkel eines LCD kann je nach Display und seiner Verwendung wichtig sein. Aufgrund der Einschränkungen bestimmter Displaytechnologien zeigt das Display nur in bestimmten Winkeln genau an.
  • Zeitliche Leistung: Die zeitliche Auflösung eines LCD gibt an, wie gut es wechselnde Bilder anzeigen kann, oder die Genauigkeit und die Häufigkeit, mit der das Display die angezeigten Daten pro Sekunde aufzeichnet. LCD-Pixel blinken nicht zwischen den Bildern, daher zeigen LCD-Monitore kein durch Auffrischen verursachtes Flimmern, egal wie niedrig die Aktualisierungsrate ist. Eine niedrigere Bildwiederholfrequenz kann jedoch zu visuellen Artefakten wie Ghosting oder Smearing führen, insbesondere bei schnell bewegten Bildern. Die Reaktionszeit einzelner Pixel ist ebenfalls wichtig, da alle Displays eine gewisse inhärente Latenz beim Anzeigen eines Bildes aufweisen, die groß genug sein kann, um visuelle Artefakte zu erzeugen, wenn sich das angezeigte Bild schnell ändert.
  • Farbleistung : Es gibt mehrere Begriffe, um verschiedene Aspekte der Farbleistung eines Displays zu beschreiben. Die Farbskala ist der Bereich der Farben, der angezeigt werden kann, und die Farbtiefe, die die Feinheit, mit der der Farbbereich unterteilt wird. Die Farbskala ist ein relativ einfaches Feature, wird aber in Marketingmaterialien außer auf professioneller Ebene selten diskutiert. Ein Farbbereich, der über den auf dem Bildschirm angezeigten Inhalt hinausgeht, hat keine Vorteile, daher werden Anzeigen nur so gestaltet, dass sie innerhalb oder unterhalb des Bereichs einer bestimmten Spezifikation funktionieren. Es gibt zusätzliche Aspekte zum LCD-Farb- und Farbmanagement, wie Weißpunkt- und Gammakorrektur , die beschreiben, was die Farbe Weiß ist und wie die anderen Farben im Verhältnis zu Weiß dargestellt werden.
  • Helligkeit und Kontrastverhältnis: Das Kontrastverhältnis ist das Verhältnis der Helligkeit eines vollständig eingeschalteten Pixels zu einem vollständig ausgeschalteten Pixel. Das LCD selbst ist nur ein Lichtventil und erzeugt kein Licht; Das Licht kommt von einer Hintergrundbeleuchtung, die entweder fluoreszierend ist oder eine Reihe von LEDs . Helligkeit wird normalerweise als maximale Lichtleistung des LCD angegeben, die je nach Transparenz des LCD und Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung stark variieren kann. Im Allgemeinen ist heller besser, aber es gibt immer einen Kompromiss zwischen Helligkeit und Stromverbrauch.

Vorteile und Nachteile

Einige dieser Probleme beziehen sich auf Vollbild-Displays, andere auf kleine Displays wie bei Uhren usw. Viele der Vergleiche beziehen sich auf CRT-Displays.

Vorteile

  • Sehr kompakt, dünn und leicht, insbesondere im Vergleich zu sperrigen, schweren CRT-Displays.
  • Energieeffizient. Abhängig von der eingestellten Displayhelligkeit und dem angezeigten Inhalt verbrauchen die älteren CCFT-Modelle mit Hintergrundbeleuchtung in der Regel weniger als die Hälfte der Leistung, die ein CRT-Monitor der gleichen Größe des Betrachtungsbereichs verbrauchen würde, und die modernen Modelle mit LED-Hintergrundbeleuchtung verbrauchen normalerweise 10–25 % der Leistung, die ein CRT-Monitor verwenden würde.
  • Geringe Wärmeabgabe während des Betriebs durch geringen Stromverbrauch.
  • Keine geometrische Verzerrung.
  • Die mögliche Fähigkeit, je nach Hintergrundbeleuchtungstechnologie wenig oder kein Flimmern zu haben.
  • Normalerweise kein Flimmern bei der Bildwiederholfrequenz, da die LCD-Pixel ihren Zustand zwischen den Bildwiederholvorgängen beibehalten (die normalerweise mit 200 Hz oder schneller erfolgen, unabhängig von der Bildwiederholfrequenz des Eingangs).
  • Scharfes Bild ohne Bluten oder Verschmieren bei Betrieb mit nativer Auflösung .
  • Gibt im Gegensatz zu einem CRT-Monitor fast keine unerwünschte elektromagnetische Strahlung (im extrem niedrigen Frequenzbereich ) ab.
  • Kann in fast jeder Größe und Form hergestellt werden.
  • Keine theoretische Auflösungsgrenze. Wenn mehrere LCD-Panels zusammen verwendet werden, um eine einzelne Leinwand zu erstellen, erhöht jedes zusätzliche Panel die Gesamtauflösung des Displays, die im Allgemeinen als Stapelauflösung bezeichnet wird.
  • Kann in großen Formaten mit einer Diagonale von über 80 Zoll (2 m) hergestellt werden.
  • Maskierungseffekt: Das LCD-Raster kann die Effekte der räumlichen und Graustufenquantisierung maskieren, wodurch die Illusion einer höheren Bildqualität entsteht.
  • Unbeeinflusst von Magnetfeldern, einschließlich der der Erde, im Gegensatz zu den meisten Farb-CRTs.
  • Als inhärent digitales Gerät kann das LCD nativ digitale Daten von einem DVI- oder HDMI- Anschluss anzeigen, ohne dass eine Umwandlung in Analog erforderlich ist. Einige LCD-Panels verfügen zusätzlich zu DVI und HDMI über native Glasfasereingänge .
  • Viele LCD-Monitore werden über ein 12-V-Netzteil mit Strom versorgt und können, wenn sie in einen Computer eingebaut sind, über dessen 12-V-Netzteil mit Strom versorgt werden.
  • Kann mit sehr schmalen Rahmenrändern hergestellt werden, sodass mehrere LCD-Bildschirme nebeneinander angeordnet werden können, um einen großen Bildschirm zu bilden.

Nachteile

  • Begrenzter Betrachtungswinkel bei einigen älteren oder billigeren Monitoren, wodurch Farbe, Sättigung, Kontrast und Helligkeit mit der Benutzerposition variieren, sogar innerhalb des beabsichtigten Betrachtungswinkels.
  • Ungleichmäßige Hintergrundbeleuchtung bei einigen Monitoren (häufiger bei IPS-Typen und älteren TNs), die zu Helligkeitsverzerrungen vor allem zu den Rändern hin führen ("Backlight Bleed").
  • Die Schwarzwerte sind möglicherweise nicht so dunkel wie erforderlich, da einzelne Flüssigkristalle nicht das gesamte Hintergrundlicht vollständig blockieren können.
  • Zeigen Sie Bewegungsunschärfe auf sich bewegenden Objekten an, die durch langsame Reaktionszeiten (>8 ms) und Eye-Tracking auf einem Sample-and-Hold- Display verursacht werden, es sei denn, es wird eine Stroboskop-Hintergrundbeleuchtung verwendet. Dieses Stroboskop kann jedoch zu einer Überanstrengung der Augen führen, wie als nächstes bemerkt:
  • Ab 2012 verwenden die meisten Implementierungen der LCD-Hintergrundbeleuchtung Pulsweitenmodulation (PWM), um die Anzeige zu dimmen, wodurch der Bildschirm stärker flimmert (dies bedeutet nicht sichtbar), als dies bei einem CRT-Monitor mit einer Bildwiederholfrequenz von 85 Hz der Fall wäre der gesamte Bildschirm wird strobing ein- und ausschalten , anstatt eine CRT - Phosphor leuchtet immer), was zu schweren Punkt aufrechterhalten , die über das Display kontinuierlich abtastet, einen Teil des Displays zu verlassen Anstrengung der Augen für einige Menschen. Leider wissen viele dieser Leute nicht, dass ihre Augenbelastung durch den unsichtbaren Stroboskopeffekt von PWM verursacht wird. Dieses Problem ist bei vielen Monitoren mit LED-Hintergrundbeleuchtung noch schlimmer , da sich die LEDs schneller ein- und ausschalten als eine CCFL- Lampe.
  • Nur eine native Auflösung . Die Anzeige einer anderen Auflösung erfordert entweder einen Videoskalierer , was zu Unschärfe und gezackten Kanten führt, oder die Anzeige mit einer nativen Auflösung mit 1:1-Pixel-Mapping auszuführen , wodurch das Bild entweder den Bildschirm nicht ausfüllt ( Letterbox-Anzeige ) oder von der unteren Seite abläuft oder rechten Bildschirmrand.
  • Feste Bittiefe (auch Farbtiefe genannt). Viele billigere LCDs können nur 262144 (2 18 ) Farben anzeigen . 8-Bit-S-IPS-Panels können 16 Millionen (2 24 ) Farben darstellen und haben einen deutlich besseren Schwarzwert, sind aber teuer und haben eine langsamere Reaktionszeit.
  • Input-Lag , da der A/D-Wandler des LCDs wartet, bis jedes Bild vollständig ausgegeben wurde, bevor es auf das LCD-Panel übertragen wird. Viele LCD-Monitore führen eine Nachbearbeitung durch, bevor das Bild angezeigt wird, um die schlechte Farbtreue auszugleichen, die eine zusätzliche Verzögerung verursacht. Außerdem muss bei der Anzeige nicht-nativer Auflösungen ein Videoskalierer verwendet werden, was noch mehr Zeitverzögerung hinzufügt. Skalierung und Nachbearbeitung werden bei modernen Monitoren normalerweise in einem einzigen Chip durchgeführt, aber jede Funktion, die der Chip ausführt, fügt eine gewisse Verzögerung hinzu. Einige Displays verfügen über einen Videospielmodus , der die gesamte oder die meisten Verarbeitungen deaktiviert, um die wahrnehmbare Eingangsverzögerung zu reduzieren.
  • Während der Herstellung oder nach einer bestimmten Nutzungsdauer können tote oder festsitzende Pixel auftreten. Ein festsitzendes Pixel leuchtet selbst auf einem komplett schwarzen Bildschirm mit Farbe, während ein totes Pixel immer schwarz bleibt.
  • Vorbehaltlich des Einbrenneffekts, obwohl die Ursache sich von der CRT unterscheidet und der Effekt möglicherweise nicht dauerhaft ist, kann ein statisches Bild bei schlecht gestalteten Displays innerhalb weniger Stunden ein Einbrennen verursachen.
  • In einer Dauer-Ein-Situation kann es bei schlechtem Thermomanagement zu einer Thermalisierung kommen, bei der ein Teil des Bildschirms überhitzt ist und im Vergleich zum Rest des Bildschirms verfärbt aussieht.
  • Helligkeitsverlust und viel langsamere Reaktionszeiten in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen. In Umgebungen mit Minusgraden können LCD-Bildschirme ohne zusätzliche Heizung nicht mehr funktionieren.
  • Kontrastverlust in Umgebungen mit hohen Temperaturen.

Verwendete Chemikalien

In Flüssigkristallen werden mehrere verschiedene Familien von Flüssigkristallen verwendet. Die verwendeten Moleküle müssen anisotrop sein und sich gegenseitig anziehen. Polarisierbare stäbchenförmige Moleküle ( Biphenyle , Terphenyle usw.) sind üblich. Eine übliche Form ist ein Paar aromatischer Benzolringe mit einer unpolaren Einheit (Pentyl-, Heptyl-, Octyl- oder Alkyloxygruppe) an einem Ende und polaren (Nitril, Halogen) am anderen. Manchmal sind die Benzolringe mit einer Acetylengruppe, Ethylen, CH=N, CH=NO, N=N, N=NO oder Estergruppe getrennt. In der Praxis werden eutektische Mischungen mehrerer Chemikalien verwendet, um einen breiteren Temperaturbereich zu erreichen (−10..+60 °C für Low-End- und −20..+100 °C für Hochleistungsdisplays). Zum Beispiel besteht die E7-Mischung aus drei Biphenylen und einem Terphenyl: 39 Gew.% 4'-Pentyl[1,1'-biphenyl]-4-carbonitril (nematischer Bereich 24..35 °C), 36 Gew.% 4'-Pentyl[1,1'-biphenyl]-4-carbonitril (nematischer Bereich 24..35 °C). % 4'-Heptyl[1,1'-biphenyl]-4-carbonitril (nematischer Bereich 30..43 °C), 16 Gew.% 4'-Octoxy[1,1'-biphenyl]-4-carbonitril (nematischer Bereich 54..80 °C) und 9 Gew.% 4 -Pentyl[1,1':4',1- terphenyl]-4-carbonitril (nematischer Bereich 131..240 °C).

Umweltbelastung

Bei der Herstellung von LCD-Bildschirmen wird Stickstofftrifluorid (NF 3 ) als Ätzflüssigkeit bei der Herstellung der Dünnschichtbauteile verwendet. NF 3 ist ein starkes Treibhausgas , und seine relativ lange Halbwertszeit kann es zu einem potenziell schädlichen Beitrag zur globalen Erwärmung machen . Ein Bericht in Geophysical Research Letters deutete darauf hin, dass seine Auswirkungen theoretisch viel größer waren als bei bekannteren Quellen von Treibhausgasen wie Kohlendioxid . Da NF 3 zu dieser Zeit noch nicht weit verbreitet war, wurde es nicht in die Kyoto-Protokolle aufgenommen und gilt als „das fehlende Treibhausgas“.

Kritiker des Berichts weisen darauf hin, dass er davon ausgeht, dass das gesamte produzierte NF 3 in die Atmosphäre entlassen würde. In Wirklichkeit wird der überwiegende Teil von NF 3 während der Reinigungsverfahren abgebaut; zwei frühere Studien fanden heraus, dass nur 2 bis 3% des Gases nach seiner Verwendung der Zerstörung entgehen. Darüber hinaus versäumte es der Bericht, die Wirkungen von NF 3 mit dem zu vergleichen, was es ersetzt hat, Perfluorkohlenstoff , ein weiteres starkes Treibhausgas, von dem bei typischer Verwendung zwischen 30 und 70 % in die Atmosphäre entweichen.

Siehe auch

Verweise

Externe Links

Allgemeine Information