Flachbildschirme

Flachbildschirme


Anfang 1999 war es endlich so weit. Die zweite Generation von Flachbildschirmen (TFTs) hat in den Gesch├Ąften der Computerh├Ąndler Einzug gefunden. Im Gegensatz zur ersten Generation brauchen sie sich nicht mehr vor den R├Âhrenmonitoren (CRTs) zu verstecken. Im Gegensatz, Sch├Ąrfe und Brillanz der TFTs sind den herk├Âmmlichen Displays haushoch ├╝berlegen. Ein einziger Schwachpunkt bleibt jedoch bestehen, es ist der des eingeschr├Ąnkten Blickwinkels von Flachbildschirmen. Aber auch auf diesem Gebiet haben die meisten Hersteller bedeutende Erfolge zu verzeichnen, indem sie verbesserte Panels verbauen, deren Abstrahlcharakteristik fast schon der von Standardmonitoren entspricht. Ein weiteres Argument f├╝r die TFTs ist ihr verringerte Platzbedarf und ihr minimaler Stromverbrauch.

• Ergonomie und Diagonale

Aus ergonomischen Gesichtspunkten bieten TFTs viele Vorteile: Zum einen emittieren sie weitaus weniger elektromagnetische Strahlung als R├Âhrenmonitore. Andererseits sind die praktisch flimmerfrei - ein entscheidendes Kriterium f├╝r erm├╝dungsfreies Arbeiten.
Verwirrung tritt allerdings aufgrund der Gr├Â├čenangaben f├╝r die Diagonale auf. Bei Flachbildschirmen entspricht der sichtbare Bereich uneingeschr├Ąnkt der Fl├Ąche des Panels. Auf einem 15 - Zoll TFT stehen somit tats├Ąchlich 38,1 Zentimeter f├╝r das Bild zur Verf├╝gung.
Im Gegensatz dazu wird der ├Ąu├čere Rand bei CRTs vom Geh├Ąuse verdeckt. Auf einem 17 - Z├Âller sind daher im Durchschnitt etwas mehr als 40 Zentimeter (15,9 Zoll) f├╝r das Bild nutzbar.
15 - Zoll - TFTs lassen sich aus diesen Gr├╝nden am ehesten mit 17 - Zoll - R├Âhrenmonitoren vergleichen. Zudem liegt bei beiden die typische Aufl├Âsung bei 1024 x 768 Bildpunkten.

• TFT - Technologie




TFT - Bildschirme geh├Âren zur Kategorie der Fl├╝ssigkristall - Displays (LCDs). Im Gegensatz zu Plasma - Displays, deren Zellen das Licht aussenden, kommt bei der TFT - Technologie eine Hintergrundbeleuchtung (Backlight) zum Einsatz, die in der Regel aus Leuchtstoffr├Âhren besteht

Vor der Hintergrundbeleuchtung befindet sich ein Polarisationsfilter, der nur gerichtetes Licht durchl├Ąsst. Davor ist wiederum eine Lage aus Fl├╝ssigkristallzellen installiert, die gemeinsam mit einem zweiten Filter auf das gerichtete Licht wie eine Blende wirkt.




Das Licht wird entlang von LCD - Molek├╝len weitergeleitet. Liegt an der sogenannten Alignment - Schichte keine Spannung an, so wird das Licht zwischen den beiden Polarisationsfiltern absorbiert (Abb.1. Blendeneffekt). Liefert hingegen der D├╝nnfilm - Transistor eine Spannung, so richten sich die Kristalle bzw. Molek├╝le aus. Aus dem Hintergrund dringt dann Licht durch die Zelle, abh├Ąngig vom Grad der Drehung (Abb.2.). Bei einer Drehung von 90┬░ leuchtet die Zelle mit voller Intensit├Ąt.




Daraus folgt: Je nachdem, ob Spannung an den Kristall angelegt wird oder nicht, gelangt das Licht der Hintergrundbeleuchtung durch die Blende hindurch. Auf diese Art werden einzelne Bildpunkte (auch Pixel, Zelle oder Transistor) eines LCD - Bildschirmes sozusagen EIN und AUS geschaltet.
Jede einzelne Zelle besitzt zus├Ątzlich einen Farbfilter. Zum Einsatz kommen daf├╝r die Farben Rot, Gr├╝n und Blau. Ohne Farbfilter w├Ąre hingegen nur eine Schwarzwei├č - Darstellung m├Âglich.

unterschiedliche Blickwinkel: Bei TFT muss das Licht erst Polarisationsfilter passieren. Das dadurch geb├╝ndelte Licht kann sich nicht nach allen Seiten hin ausbreiten. Im Vergleich zu einem R├Âhrenmonitor f├╝hrt dies zu einem eingeschr├Ąnkten Blickwinkel. Dieser betrug bei Paneln der ersten Generation horizontal nur 70┬░ bis 90┬░ und vertikal nur 35┬░ bis 45┬░. Die verbesserten Flachbildschirme der zweiten Generation schaffen nun horizontal schon 110┬░ bis 160┬░ und vertikal schon 90┬░ bis 160┬░.

• verschiedene Fertigungsverfahren

Alle Panel - Hersteller beherrschen das Fertigungsverfahren "Twisted Nematic and Retardiation Film", kurz TN+Film, welches zu den Aktivmatrix - Verfahren z├Ąhlt. Im Vergleich zu dem von Sharp entwickelten Standardverfahren ist der aufgebrachte Film der einzige unterschied. Dieser erh├Âht den horizontalen Blickwinkel auf circa 140 Grad. Durch die g├╝nstigen Herstellungskosten und die hohe Ausbeute hat diese Fertigungstechnologie auf den h├Âchsten Marktanteil von 60 Prozent gebracht. Neben diesem heute Standardverfahren zu Herstellung von Activematrix - Displays gibt es auch noch die Vertreter der Passivmatrix - Panele und zwei weitere unterschiedliche Aktivmatrix - Verfahren.

Passivmatrix: Bei einer Passivmatrix (Super Twisted Nematic, STN) wird das Fl├╝ssigkristall durch eine zweidimensionale Leitungsmatrix angesteuert. Dort wo sich horizontale und vertikale Leitungen kreuzen, kann durch anlegen der Spannung der Kristall ausgerichtet und so das Pixel "erzeugt" werden. Die Steuerung einer Passivmatrix ist dabei recht tr├Ąge. Auch die elektrischen Spannungsunterschiede, mit denen das elektrische Feld punktuell zur Bewegung des Fl├╝ssigkristalles erzeugt und variiert wird, sind nur gering. Deshalb sind schnelle Bildwechsel, Cursorbewegungen und andere Bild├Ąnderungen, z.B. scrollen von Text, mit Schattenbildern versehen. Auch der Kontrast und die maximale Farbtiefe sind sehr stark eingeschr├Ąnkt. Bei dem j├╝ngsten Stand der Passivmatrix - Technik (Double Super Twisted Nematic, DSTN) wurden durch eine zweifache, trickreiche Ansteuerung diese Effekte gemildert, aber l├Ąngst nicht beseitigt.
Aktivmatrix: An die Qualit├Ąt eines Aktivmatrix - LCDs reicht das Passivmatrix - LCD also auch nach den j├╝ngsten Entwicklungen noch nicht heran. Beim Aktivmatrix - Verfahren stehen D├╝nnfilmtransistoren (Thin - Film - Transistors, TFT) hinter jedem Bildpunkt. Die Transistoren k├Ânnen sehr schnell adressiert und hoch getaktet werden.



Hohe Farbtiefen und rasche Bildwechsel sind deshalb kein Problem. Au├čerdem sind die Transistoren in der Lage, die Spannung, die an den Kristall angelegt wird, zu verst├Ąrken. Auch diese Eigenschaft ist sehr g├╝nstig f├╝r schnelle Bildwechsel, hohe Farbtiefen und Kontrast.



Jedoch sind die Produktionskosten f├╝r Aktivmatrix - LCDs deutlich h├Âher als die von Passivmartix - LCDs. Das ist unter anderem darauf zur├╝ckzuf├╝hren, dass die Produktionsausbeute durch defekte Transistoren geschm├Ąlert wird. In den letzten Jahren ist die Technologie und Produktion allerdings immer weiter verbessert worden.


IPS (In Plane Switching): NEC und Hitachi bieten neben den TN+Film - Displays sogenannte IPS - Bildschirme an. Der Blickwinkel kann dann bis zu 170 Grad betragen und ist fast so hoch wie bei herk├Âmmlichen R├Âhrenmonitoren. Jedoch ist die Reaktionszeit bei IPS l├Ąnger als bei Standard - TFTs.
IPS Funktionsweise: Die beiden Polarisationsfilter sind in gleicher Durchlassrichtung angebracht. Die waagrecht liegenden Fl├╝ssigkristall - Molek├╝le blockieren im Ruhezustand durch ihre Ausrichtung die Hintergrundbeleuchtung. Wird eine Spannung angelegt, rotieren die Molek├╝le horizontal um 90┬░ und lassen somit das Backlight durch.

MVA (Multi - Domain Vertical Alignment): Fujitsu ist der einzige Hersteller, der einige Modell nach dem MVA Verfahren produziert. Der Blickwinkel ist bei MVA - Verfahren beinahe so gut wie bei ISP - Displays. Im Ruhezustand (Schwarz) stehen die Molek├╝le senkrecht zur Glasplatte. Wird an die Elektroden eine Spannung angelegt, gehen diese in eine horizontale Stellung ├╝ber. Um alle Graustufen korrekt anzuzeigen ist eine Pixelzelle in mehrere Bereiche aufgeteilt (deshalb auch der Name Multi - Domain). Die Molek├╝le k├Ânnen ├╝ber die Domains genau gesteuert werden.

• Blickwinkel nach Fertigungsverfahren

Technologien
horizontal
vertikal
Kontrast
Reaktionszeit
Marktanteil
Hersteller
TN Standard
70 bis 90┬░
35 bis 45┬░
gut
gut
13%
alle
TN+Film
90 bis 140┬░
55 bis 100┬░
gut
gut
60%
alle
IPS
140 bis 170┬░
140 bis 170┬░
gut
befriedigend
26%
Hitachi, NEC
MVA
150 bis 160┬░
150 bis 160┬░
sehr gut
sehr gut
1%
Fujitsu

• TFT Display im Zusammenspiel mit dem Grafikchip

Eine weitere Unterscheidung der Flachbildschirme kann man durch die Signal├╝bertragung treffen. Bei den einen handelt es sich um analoge Vertreter, bei den anderen um digitale. Vor allem die Funktionsweise eines analogen TFT - Displays ist eigentlich absurd. Der Grafikchip im PC, der von der Existenz des TFTs nichts wei├č, konvertiert die digitalen Bildinformationen in analoge Signale, da ein R├Âhrenmonitor darauf ausgelegt ist. Flachbildschirme hingegen steuern intern das Panel digital pixelorientiert an und m├╝ssen die analogen Signale erst wieder redigitalisieren. Das macht das analoge Display zwar kompatibel zu normalen Grafikkarten, f├╝hrt aber zu einem Verlust an Bildqualit├Ąt.
Eine Alternative sind TFT Displays mit digitaler Daten├╝bertragung, die zusammen mit speziellen Grafikkarten erh├Ąltlich sind. Dabei muss jedoch auch erkannt werden, dass normale Protokolle zur Daten├╝bertragung nicht mehr ausreichen. Deshalb wurden zwei nicht kompatible L├Âsungen entwickelt.

LVDS - Protokoll (Low Voltage Differential Signaling): Hersteller wie Silicon Graphics und Number Nine setzten auf das LVDS - Protokoll, welches im sogenannten Open - LDI - Standard festgelegt ist. Da die Monitore immer h├Âhere Aufl├Âsungen und Farben darstellen m├╝ssen auch mehr Signale vom Computer an den Monitor geliefert werden. Dazu m├╝ssten bei gleichbleibender Technik dickere Kabel verwendet werden, da die Bandbreite erh├Âht werden m├╝sste. Als L├Âsung wurde eben LVDS entwickelt, welches es erlaubt RGB Signale zu multiplexen und daher weniger Leiter in einem Kabel bei gleicher Menge an Signalen zu verwenden. Weiters kann man mit dem LVDS - Protokoll eine Kabell├Ąnge von bis zu 10 Metern verwenden.

DFP - L├Âsung (Panellink): Der Grafikkartenhersteller ATI hat mit der Gr├╝ndung der Digital Flat Panel Group Fakten geschaffen. Mittlerweile wird dieser Quasi - Standard selbst von der VESA akzeptiert. Die Vorteile sind, dass alle verwendeten Schnittstellen und Buchsen bereits billig am Markt erh├Ąltlich sind. Einzige Mankos sind die maximale Kabell├Ąnge von nur drei Metern und die auf 1280 x 1024 Pixel begrenzte Aufl├Âsung. Displays ab 17 Zoll lassen sich damit nicht optimal ansteuern.

Quellen: PC Professionell 2/99, Seite 120 ff.
Eizo Online, www.eizo.de

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