Flüssigkristallbildschirm

Flüssigkristallbildschirm auf der Rückseite einer Digitalkamera

Ein Flüssigkristallbildschirm oder eine Flüssigkristallanzeige (englisch liquid crystal display, kurz LCD), ist ein Bildschirm bzw. ein Display (Anzeige), bei denen spezielle Flüssigkristalle, die die Polarisationsrichtung von Licht beeinflussen können, zur Darstellung von Zeichen, Symbolen und Bildern genutzt werden.

Die Bildschirme und Anzeigen bestehen aus Pixeln, Zeichensegmenten oder Symbolen, in denen die Orientierung der Flüssigkristalle mit einem elektrischen Feld gesteuert werden kann. Die optische Erkennbarkeit der Orientierung wird mit Polarisationsfiltern erreicht.

Displays an Messgeräten, elektronischen Geräten, Mobiltelefonen, Digitaluhren und Taschenrechnern arbeiten mit dieser Technik. Auch Head-Up-Display nutzen LCD als Bildschirm.

Die daraus entwickelten TFT-Bildschirme enthalten zur Ansteuerung eine Matrix von Dünnschichttransistoren (engl. thin film transistor, kurz TFT), sie stellen die zurzeit dominante Flachbildschirm-Technologie dar. Weiterhin arbeiten auch Videoprojektoren mit LCD-Modulen.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Anzeigetypen
- 2.1 Die einfache Flüssigkristall-Zelle
- 2.2 Weiterentwicklungen
3 Vor- und Nachteile
4 Schaltzeiten und Techniken
5 Einsatzmöglichkeiten
6 Umweltschutz
7 Siehe auch
8 Literatur
9 Weblinks

Geschichte

Schon 1904 veröffentlichte Otto Lehmann sein Hauptwerk Flüssige Kristalle. Im Jahre 1911 beschrieb Charles Mauguin die Struktur und die Eigenschaften von Flüssigkristallen. 1936 patentierte die Marconi Wireless Telegraph Company die erste praktische Anwendung der Technologie, das Flüssigkristall-Lichtventil. 1962 erschien die erste wichtige englischsprachige Publikation über Molekulare Struktur und Eigenschaften von Flüssigkristallen (Original: Molecular Structure and Properties of Liquid Crystals) von George W. Gray.

Pionierarbeiten über Flüssigkristalle wurden in den späten 1960er Jahren vom britischen Radar Research Establishment in Malvern geleistet. Das dortige Team unterstützte die fortschreitenden Arbeiten von George Gray, der mit seinem Team an der Universität Hull in Kingston upon Hull (England) schließlich den Cyanobiphenyl-Flüssigkristall entdeckte, der die Anforderungen bezüglich Stabilität und Temperaturverhalten für LCDs erfüllte.

Das erste funktionierende LCD basierte auf dem dynamischen Streumodus (Dynamic scattering mode, DSM) und wurde 1968 in den USA von einer Gruppe bei der Radio Corporation of America (RCA) unter der Leitung von George H. Heilmeier eingeführt. Heilmeier gründete die Firma Optel, die einige LCDs nach diesem Prinzip entwickelte.

Im Dezember 1970 meldeten Martin Schadt und Wolfgang Helfrich, damals im Central Research Laboratory der Firma Hoffmann-LaRoche tätig, das erste Patent über die „nematische Drehzelle“ (TN-Zelle, Schadt-Helfrich-Zelle) in der Schweiz an (Schweizer Patent No. 532 261). In Deutschland wurde das Patent allerdings nicht erteilt.

Im Februar 1971 reichte James Fergason von der Kent State Universität (USA) in den USA seine Patentanmeldung über den twisted nematic field effect in Flüssigkristallen ein und stellte 1971 in seiner Firma ILIXCO, die heute (2005) LXD Incorporated heißt, die ersten LCDs mit dieser Technologie her. Sie ersetzten schnell die schlechteren DSM-Typen.

Anzeigetypen

Schadt-Helfrich-Zelle

stark vergrößerte (Subpixel)

Die einfache Flüssigkristall-Zelle

Flüssigkristalle sind organische Verbindungen, die sowohl Eigenschaften von Flüssigkeiten als auch Eigenschaften von Festkörpern aufweisen. Sie sind einerseits mehr oder weniger fluide wie eine Flüssigkeit, andererseits zeigen sie Eigenschaften wie Doppelbrechung.

Ein einfaches Flüssigkristall-Anzeigeelement lässt sich z. B. mit der Schadt-Helfrich-Zelle (nematische Drehzelle, engl. twisted nematic, TN-Zelle) realisieren: Die Innenseiten zweier Glasplatten (Substrate) sind mit einer transparenten Elektrodenschicht (Indium-Zinn-Oxidschicht, ITO) überzogen, dazwischen befindet sich der Flüssigkristall. Die Flüssigkristallmoleküle ordnen sich in eine vorgegebene Richtung, nämlich parallel zu der beispielsweise mit einem Polyimid beschichteten und in einer Vorzugsrichtung gebürsteten Oberfläche. Die Vorzugsrichtungen der beiden Substratplatten sind um 90° zueinander verdreht. Bei der Herstellung handgefertigter Prototypen kann man zum Bürsten Polystyrolschaum oder mit samtartigen Textilien beschichtete Walzen benutzen.

Zusätzlich sind die beiden Substratplatten mit um 90° zueinander verdrehten Polarisationsfiltern beschichtet. Auf der Rückseite dieser Anordnung kann sich ein Spiegel befinden (Reflektor oder Transflektor), der das einfallende Licht zurückwirft (reflektive Betriebsart). In der transmissiven Betriebsart befindet sich anstelle des Reflektors eine Beleuchtungseinheit hinter dem Anzeigeelement.

Aus den gegeneinander verschraubten Substratplatten ergibt sich eine schraubenförmige Struktur im Flüssigkristall; bei einer um 90° gedrehten Schraube spricht man von TN. Einfallendes Licht wird also vor dem Eintritt in die Flüssigkristallschicht linear polarisiert. Durch die Verdrillung der Moleküle folgt eine Drehung der Polarisationsrichtung des Lichtes, wodurch das Licht den zweiten Polarisator passieren kann und die Zelle lichtdurchlässig (transparent) ist. Da das Display im Ruhezustand durchsichtig ist, wird diese Betriebsart als Normally-White-Mode bezeichnet. Legt man eine elektrische Spannung an die Elektroden an, so tritt unter dem Einfluss des elektrischen Feldes eine Drehung der Flüssigkristallmoleküle ein, die sich parallel zum elektrischen Feld ausrichten. Die Verdrillung wird damit zunehmend aufgehoben, die Polarisationsrichtung des Lichts wird nicht mehr gedreht und damit kann es den zweiten Polarisationsfilter nicht mehr passieren.

Ordnet man die Polarisationsfilter parallel zueinander an, dann ist die Zelle ohne Spannung dunkel und wird erst mit zunehmender Spannung transparent. Man spricht dann vom Normally-Black-Mode. Die Schadt-Helfrich-Zelle ist also (wie andere Flüssigkristallanzeigen auch) ein spannungsgesteuertes Lichtventil. Ein Bildschirm kann aus beliebig vielen solcher Zellen (Bildelemente, pixel) bestehen. Beim Taschenrechner stellt z. B. eine einfache 7-Segment-Anzeige jeweils eine Ziffer dar, bei einem farbfähigen Bildschirm werden pro Bildelement (Pixel) drei Teilbildelemente (Subpixel) für die Grundfarben Rot, Grün und Blau verwendet.

Weiterentwicklungen

Bei STN-Displays (Super-Twisted-Nematic) wird der Verdrillwinkel der Moleküle auf 180 bis 270 Grad erhöht. Dadurch kann ein höherer Kontrast als bei herkömmlichen TN-Displays erreicht werden. Man nennt diese Displays auch Blue-Mode-LCDs, weil durch den Dichroismus Farbverschiebungen auftreten: Weiß wird dabei rötlich bis orange, und Schwarz nimmt eine Blau- bis Cyanfärbung an. Im Gegensatz zum typischen Kontrastverhältnis der einfachen TN-Zelle mit 3:1 weist ein STN-Display Werte um ca. 7:1 auf. Das bedeutet, dass ein angeschalteter Bildpunkt siebenmal so hell ist wie ein abgeschalteter. STN-Displays „leben“ vom Farbkontrast (Delta E*), also nicht vom Helligkeitskontrast.

Die Schwarz-Weiß-Darstellung auf dem Passiv-Matrix-Display zu erreichen ist mit mehreren Methoden versucht worden: Guest-Host-Technik, OMI-Verfahren von Martin Schadt („Optical Mode Interference“) und die Double-Super-Twist-Technik. Durchgesetzt hat sich letztere als DSTN-Technik.

Das Aufbauprinzip dieser DSTN-Zelle ist im Bild zu erkennen. Es liegen nun zwei STN-Schichten vor. In der aktiven Zelle – das ist diejenige, an die ein elektrisches Feld gelegt werden kann – ist der flüssige Kristall um 240 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Die passive Zelle enthält ebenfalls nematisches Material, das hier aber um 240 Grad mit dem Uhrzeigersinn gedreht vorliegt. Beide Zellen sind so zueinander gedreht, dass die Orientierung der Stäbchen an der Eingangsseite senkrecht zu der an der Ausgangsseite ist. Die Polarisationsfolien sind ebenfalls um 90 Grad gegeneinander gedreht.

Aufbauschema einer DSTN-Flüssigkristallzelle

In der konventionellen TN- oder STN-Zelle erhält man nach dem Durchgang linear polarisierten Lichtes genau betrachtet nicht einfach linear polarisiertes Licht mit verdrehter Schwingungsebene, sondern elliptisch (oder zirkular) polarisiertes Licht. Die Spitze des elektrischen Feldvektors beschreibt eine Ellipse oder einen Kreis. Solches Licht geht durch den Polarisator hindurch, wobei die durch den Dichroismus bewirkte Farbaufspaltung – abhängig von der Polarisation und der Folienorientierung am Strahlaustritt – zu farbigem Licht führt.

Zur Funktion von DSTN-Zellen

Im Bild ist die Arbeitsweise von DSTN-LCDs zu verstehen: Weißes Licht fällt auf den hinteren Polarisator; (im Bild unten) und wird dort linear polarisiert. Dann gelangt es in die aktive STN-Zelle, die – ohne Feld – nun zirkular polarisiertes Licht daraus erzeugt. Dieses Licht ist – wie bei der herkömmlichen STN-Zelle – durch Dichroismus verändert. Der Weg durch die anschließende passive Zelle (die das gleiche Flüssigkristall-Material enthält wie die erste – aktive – Zelle, aber in entgegengesetzter Richtung verdreht) führt zur Kompensation der Farbaufspaltung (Die Phasendifferenz wird gleich Null). Als Ergebnis liegt linear polarisiertes Licht vor, das die gleiche Schwingungsebene aufweist wie zuvor nach dem Passieren der hinteren Polarisationsfolie. Weil aber der vordere Polarisator um 90 Grad verdreht ist, lässt er kein Licht durch: Der Bildschirm ist an dieser Stelle schwarz.

Liegt an der aktiven Zelle ein elektrisches Feld an, dann geht das linear polarisierte Licht aus dem hinteren Polarisator dort glatt hindurch, ohne verändert zu werden. Erst in der passiven Zelle erfolgt nun zirkulare Polarisation. Weil aber zirkular polarisiertes Licht von Polarisatoren nicht zurückgehalten wird, ist der Bildschirm an dieser Stelle hell. Durch genaues Justieren sowohl des verwendeten Materials als auch der Zellenabmessungen wird das durchgelassene Licht weiß.

Auf diese Weise wurden Displays realisiert, die ein sauberes Schwarz/Weiß mit einem Kontrastverhältnis von bis zu 15:1 bieten.

Der komplexe Aufbau einer DSTN-Flüssigkristallzelle bedingt einen relativ hohen Aufwand bei ihrer Herstellung. Es wurde deshalb ein neues Verfahren entwickelt, das zu flacheren Displays mit geringerem Gewicht führt. Diese neue Lösung trägt den Namen Triple Supertwisted Nematic LCD (TSTN). Das nächste Bild zeigt das Aufbauprinzip eines solchen TSTN-Displays.

Aufbauschema einer TSTN-Flüssigkristallzelle: Das Licht der Beleuchtung (6) wird polarisiert (2), gefiltert (3), durchquert die hintere Glasscheibe (4), den STN-Flüssigkristall (5), die vordere Glasscheibe (4), die vordere Filterfolie (3) und den vorderen Polarisator (2) und tritt schließlich farbig aus (1).

Hier findet sich nur eine TSTN-LC-Zelle. Die Farbstörungen der normalen STN-Technik werden durch zwei spezielle Folien ausgeglichen, die vor und hinter der Zelle – zwischen Polarisator und Glas – angebracht sind. Diese Folien sind verantwortlich für einen weiteren Namen dieser Technik: FST, was bedeutet „Film-Supertwisted“ (gelegentlich bezeichnet man Displays, in denen nur eine Kompensationsfolie verwendet wird, als FST-, solche mit zwei oder mehr Folien als TST-LCDs; ebenfalls geläufig ist die Bezeichnung FSTN für Film-STN). Der erheblich verbesserte Kontrast (bis zu 18:1), das geringere Gewicht, die flachere und weniger aufwendige Bauweise haben TSTN-LC-Displays zum Durchbruch verholfen. Im Notebook-Computern wurden solche Display als VGA-Bildschirm erstmals realisiert.

Eine weitere interessante Perspektive liegt in der Entwicklung ferroelektrischer Flüssigkristalle. Die sogenannten Ferroelektrika haben die Eigenschaft, elektrische Felder sehr lange zu speichern. Denkbar sind damit Displays, die ein einmal geladenes Bild über Wochen, Monate oder Jahre ohne Wiederauffrischung zeigen. Erst ein Löschimpuls lässt es dann verschwinden. Aber auch in den herkömmlichen Anwendungen bieten ferroelektrische Flüssigkristalle Vorteile: Der „refresh cycle“ zur Auffrischung der Bildpunkt-Felder müsste nicht so häufig durchlaufen werden (die Felder werden nicht so schnell „vergessen“), was zu geringerem Aufwand in der Steuerelektronik führte. Ein weiterer Vorteil ist der zu erwartende stark verbesserte Kontrast.

Bei LC-Displays können Aktiv-Matrix-Displays und Passiv-Matrix-Displays unterschieden werden. Die älteren Passiv-Matrix-Displays werden lediglich mit den beiden oben erwähnten Elektroden angesteuert, das heißt, es findet keine elektrische Ladungsspeicherung statt. Daher kehren die Moleküle des Flüssigkristalls mit der Zeit wieder in ihren Ursprungszustand zurück, und die TN-Zelle muss in regelmäßigen Zeitabständen erneut angesteuert werden. Bei Displays mit einer hohen Anzahl von Zellen erfolgt deshalb eine elektrische Ladungsspeicherung über einen zusätzlichen Kondensator in jeder Zelle. Zur direkten Ansteuerung eines jeden Kondensators ist daher in jeder Zelle ein Transistor (ein sogenannter Dünnschichttransistor (Thin-Film-Transistor TFT)) vorgesehen, der die angelegte Spannung auf den gerade angesprochenen Kondensator durchschaltet. Da bei dieser Anordnung jede Zelle des Displays ein aktives Bauelement enthält, werden diese Displays als Aktiv-Matrix-Displays bezeichnet. Aufgrund der Tatsache, dass mit Hilfe des Kondensators größere Ladungen über einen längeren Zeitraum gespeichert werden können, steigt die mittlere Leuchtdichte einer Zelle und damit der Kontrast des Displays.

Bei der PVA-(Patterned Vertical Alignment) Technologie handelt es sich um eine Weiterentwicklung der MVA-(Multi-Domain Vertical Alignment)-Technologie eines Herstellers. Beide Technologien basieren auf einem ähnlichen Verfahren. Die Vorteile von MVA/PVA-Displays liegen in einem höheren Kontrast (> 1000:1 ist üblich) als bei einem TN-Display (< 800:1). Ein weiterer Vorteil ist, dass MVA/PVA-Displays 16,7 Mio Farben darstellen können, TN-Displays hingegen nur 16,2 Mio. Farben. Zudem bieten MVA/PVA-Displays eine große Blickwinkelunabhängigkeit. Der Nachteil von MVA/PVA-Displays ist, dass sie deutlich langsamer sind als TN-Displays, sie sind daher zum Spielen weniger gut geeignet und auch teurer.

Bei der IPS-(In-Plane-Switching-)Technologie befinden sich die Elektroden nebeneinander in einer Ebene parallel zur Displayoberfläche. Bei angelegter Spannung drehen sich die Moleküle in der Bildschirmebene, die für TN-Displays typische Schraubenform entfällt. IPS verbessert die sogenannte Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes.

Vor- und Nachteile

Zu sehen sind die Subpixel und ein Pixelfehler

Die Vorteile der LCDs gegenüber der Kathodenstrahlröhre (CRT) sind

geringerer Stromverbrauch (nur bei unbeleuchteten Displays, der durchschnittliche auf die Displaygröße umgerechnete Strombedarf beträgt für CRTs, LCDs und Plasmabildschirme etwa 450 bis 700 W/m² . Bei Videodarstellung schneiden die LCDs schlecht ab, weil dunklere Bildbereiche gleichhell hinterleuchtet sind)
Strahlungsarmut: LCDs strahlen keine Röntgenstrahlung und wenig Magnetfelder ab. Elektrische Felder werden abgestrahlt und enthalten ebenso wie bei CRTs die Bildinformation (Problem Abhörsicherheit, s. Van-Eck-Phreaking).
absolut flimmerfreies, verzerrungsfreies, scharfes Bild
geringeres Gewicht sowie
geringe Einbautiefe.

Beliebt sind die Geräte auch bei Personen, die Elektrosmog minimieren möchten, da Flüssigkristallbildschirme gegenüber Kathodenstrahlmonitoren weniger Felder emittieren.

Im Gegensatz zu Anzeigegeräten mit Kathodenstrahlröhre werden Flüssigkristallbildschirme prinzipbedingt nicht durch schwache Magnetfelder (z. B. von Oberleitungen, Transformatoren oder Lautsprechern) beeinträchtigt.

Ein Problem war lange Zeit (bis zur Entwicklung des TFT) der schwache Kontrast und die langen Schaltzeiten. Die eingeschränkte Farbwiedergabe ist weiterhin ein Problem. Ein weiteres Problem war der geringe mögliche Betrachtungswinkel; neuere Techniken wie IPS schafften hier Abhilfe. Diese Nachteile existieren weiterhin, sind aber nicht mehr so gravierend wie früher. Da jeder Pixel eine eigene kleine Einheit darstellt, kommt es produktionsbedingt zu vereinzelten Fehlern (→ Pixelfehler): Pixel, die durchgängig nur in einer Farbe strahlen oder die vorgegebene Farbe fehlerhaft wiedergeben. Je nach Anzahl der fehlerhaften Pixel werden die Displays in verschiedene Fehlerklassen eingestuft, die dann auch verschiedene Preisklassen bedeuten.

Bei der Herstellung wird die physikalische Bildauflösung festgelegt, die Ansteuerung mit einem Signal anderer Auflösung kann zu Qualitätsverlusten führen. Ein TFT-basierter LC-Bildschirm liefert im Vergleich zu einem CRT-Bildschirm ein viel schärferes Bild – allerdings nur in seiner konstruktionsbedingten physikalischen Auflösung. Signale geringerer Auflösung müssen interpoliert werden und erscheinen verschwommen. Alternativ lässt sich das Bild auch mit schwarzen Rändern zentriert in voller Schärfe darstellen (bei digitalem Anschluss lässt sich das üblicherweise im Grafikkartentreiber einstellen).

Die Hintergrundbeleuchtung (durch sog. Kaltkathodenröhren) wird gefiltert, um die Grundfarben der Pixel herzustellen. Dabei muss ein Kompromiss zwischen hoher Helligkeit und guter Farbwiedergabequalität gefunden werden. Die Farben eines LCDs sind daher weniger gesättigt als bei der CRT- oder Plasmabildschirmtechnologie. Darüber hinaus ist die Herstellung noch relativ teuer, da jedes Pixel eine eigene optisch-elektronische Struktur erfordert und daher prinzipiell Ausschuss anfällt.

Ein Grund dafür, warum Röhrenmonitore (CRT) in Tests meist besser abschneiden als Flachbildschirme, ist der bessere Schwarzwert bzw. der Kontrast zu den hellen Bildstellen. Nur besonders gute Flach-Bildschirme können in dieser Hinsicht mit Röhrenmonitoren mithalten^[1].

Die Leuchtstoffröhren der Hintergrundbeleuchtung haben eine begrenzte Lebensdauer. Schon nach zwei bis drei Jahren intensiven Betriebs kann die Leuchtkraft deutlich nachlassen. Allerdings lässt auch die Leuchtkraft von Röhrenmonitoren mit dem Betrieb nach.

Schaltzeiten und Techniken

Die Reaktionszeit moderner LCDs liegt derzeit bei ≤ 8 ms (schnellste Reaktionszeit liegt bei 1 ms). Hierbei ist nach ISO 13406-2 die Zeit zur Änderung der Helligkeit eines Bildpixels von 10 % bis 90 % gemeint; wobei 0 % und 100 % die Farben Schwarz respektive Weiß referenzieren. Aufgrund des asymptotischen Schaltverlaufs werden jedoch nach ISO 13406-2 Schaltzeiten von <3 ms benötigt, um Schlierenbildung zu verhindern.

Formeln

${\tau}_{on} \approx \frac{\gamma d^2}{U^2 U_{th}^2}{;} \quad {\tau}_{off} \approx \frac{\gamma d^2}{U_{th}^2}$ bei ${ U_{th} } = { \sqrt{ \frac{ k {\pi}^2 }{ \Delta \epsilon }} }$

Hierbei ist $γ$ die Rotationsviskosität der Flüssigkristalle, die den Widerstand der Kristalle auf eine Formänderung ausdrücken; $d$ der Abstand zwischen den Glasplatten; und $k$ die Elastizitätskonstante, welche die Geschwindigkeit der Rückstellung der Kristalle in die ursprüngliche Form angibt.

Beispielsweise beschleunigt ein großes $k$ die Rückstellung der Kristalle in den Ausgangszustand, wirkt jedoch auch der Ausrichtung der Kristalle bei Anlegen einer Spannung entgegen.

Bewegungsunschärfe

Bei Hold-Type Displays wie LCDs, Plasma- und OLED-Bildschirmen bleibt der Zustand eines Pixels für etwa 12 ms bestehen, bis die angelegte Spannung im Zuge des Bildaufbaus eines neuen Bildes geändert wird. Da das Auge die Helligkeit eines Bildpunktes über die Zeit integriert, ist einerseits die empfundene Helligkeit höher, andererseits kommt es aber auch zum scheinbaren Verwischen der beiden Pixelzustände. Dies fällt besonders bei der Darstellung schnell bewegter Szenen auf und wird deshalb auch als Bewegungsunschärfe (auch engl. motion blur) bezeichnet. Bei heutigen LCDs ist diese Bewegungsunschärfe fast verschwunden. Die Reaktionszeit von grau nach grau (engl. „gray to gray“) liegt durchschnittlich bei 6 ms.

Farbdarstellung

Die verschiedenen Farben der LCDs werden durch unterschiedliche Spannungen an den Zellen hergestellt. Mit der Spannung wird der Flüssigkristall in eine entsprechend dicke Schicht ausgerichtet, welche eine bestimmte Wellenlänge absorbiert und damit eine bestimmte Farbe anzeigt.

Ansätze zur Optimierung

Viskosität: Hauptsächlich versucht man der Bewegungsunschärfe entgegenzuwirken, indem man die Schaltzeiten der Displays weiter reduziert, vor allem über die Viskosität der eingesetzten Kristallflüssigkeit.

Überspannung: Bei der Overdrive-Technik wird an die LCD-Zelle kurzzeitig eine Spannung angelegt, die höher ist, als die für den eigentlichen Helligkeitswert erforderliche. Dadurch richten sich die Kristalle schneller aus. Das nächste Bild muss hierzu zwischengespeichert werden. Diese Information wird zusammen mit an das jeweilige Display speziell angepassten Korrekturwerten verwendet, um die genaue Zeit berechnen zu können, während der die Überspannung anliegen darf, ohne dass das jeweilige Pixel übersteuert wird. Das funktioniert jedoch nicht bei der Rückstellung des Kristalls: da es nicht weniger als keine Spannung gibt (die Ansteuerung erfolgt mit Wechselspannung), muss das Kristall passiv relaxieren. Durch die Zwischenspeicherung wird das Bild etwa zwei bis fünf Takte später angezeigt, als vergleichsweise beim CRT. Diese Latenz kann sich beim Betrachten von Filmen schon unangenehm bemerkbar machen, wenn der Ton dem Bild vorauseilt. Problematisch ist dies vor allem aber bei Spielen, die eine schnelle Reaktion des Spielers erfordern.

Black Stripe Insertion: Um der Bewegungsunschärfe aufgrund der Erhaltungsdarstellung entgegenzuwirken, können die Pixel bzw. das gesamte Display auch kurzzeitig dunkel geschaltet werden. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass die Ansteuerung der Pixel deutlich schneller erfolgen muss, und es zum Bildflimmern kommen kann, und die effektive Bildhelligkeit sinkt. Daher sind hier Bildwiederholraten von mindestens 85 Hz sowie eine um das Tastverhältnis Auszeit/Leuchtzeit hellere Hintergrundbeleuchtung erforderlich.

Blinking Backlight: Bei der Verwendung von LEDs zur Hintergrundbeleuchtung von LCDs lässt sich diese Methode einfacher als Black Stripe Insertion realisieren, da hierbei nicht die Pixel schneller angesteuert werden müssen, sondern für Pixelbereiche bzw. das gesamte Display die Hintergrundbeleuchtung für den Bruchteil einer Vollbilddauer ausgeschaltet werden kann.

Scanning Backlight: Hierbei wird das LC-Display nicht mit weißem Licht, sondern nacheinander von roten, grünen und blauen Primärlichtern (häufig per LED) beleuchtet. Da bei LCDs mit zeitsequentieller Ansteuerung mit den Primärfarben keine helligkeitreduzierenden Farbfilter erforderlich sind und hohe Leuchtdichten vorhanden sind, lässt sich der Helligkeitsverlust durch die Sequenzabfolge leichter kompensieren. Zudem kann ein einzelnes Pixel alle Grundfarben anzeigen, anstatt das Pixel durch das Zusammenspiel von benachbarten Subpixeln zu interpolieren, wodurch die erzielbare Auflösung steigt.

Vorverzerrung (Inverse Filtering): Hierbei wird aus den Daten des aktuellen und nächsten Bildes die Integration des Auges aus dem jeweils nächstem Bild herausgerechnet. Dazu werden ebenfalls die genauen Schalteigenschaften des jeweiligen Paneltyps benötigt.

Einsatzmöglichkeiten

Die Darstellung des Meta-Wiki Logos zeigt bei starker Vergrößerung, dass die Farben aus roten, grünen und blauen Zellen zusammengesetzt sind.

In Digitaluhren und Taschenrechnern werden LCDs schon länger verwendet. Diese einfarbigen Displays ohne Hintergrundbeleuchtung zeichnen sich durch geringsten Stromverbrauch und sehr hohe Lebensdauer aus und finden alternativlos überall dort Anwendung, wo ein langer wartungsfreier Betrieb erforderlich ist. Verbreitung fanden LCDs über weitere tragbare oder batteriegespeiste Geräte wie etwa Mobiltelefone, Notebooks und ähnliches.

Typische Auflösungen bei Computer-Flachbildschirmen sind 1024x768 (XGA = eXtended Graphics Array, 15″), 1280x1024 (SXGA = Super XGA, 17″ oder 19″), 1400x1050 (SXGA+ = SXGA Plus, bei manchen Notebooks) oder 1600x1200 Pixel (UXGA = Ultra XGA, 21″). Das Seitenverhältnis beträgt normalerweise 4:3 (5:4 bei SXGA, 1280x1024), bei Bildschirmen im Breitformat auch 15:9 oder 16:10.

Viele sagen voraus, dass LC-Displays die Kathodenstrahlröhre auch in deren Stammgebieten, wie PC-Monitore und Fernseher, verdrängen. Diese Annahmen stützen sich vor allem auf die ständige Verbesserung der LCD-Technik und Beseitigung ihrer Schwächen. Außerdem wurden 2003 bereits mehr LCDs als herkömmliche Röhrenmonitore für PCs verkauft. ^[2] 2006 wurden immerhin schon mehr Flachbildfernseher (also LCDs und Plasmabildschirme) als Röhrengeräte verkauft. ^[3] Allerdings gibt es auch Mutmaßungen, die dies v. a. als Ergebnis der vielen Werbekampagnen seitens großer Elektronikgeschäfte und Discounter sehen. Letztere bieten überwiegend Geräte an, die im unteren Preissegment liegen und damit häufig an besagten Schwächen leiden.

Umweltschutz

Die LCD-Technologie hat in den letzten Jahren insbesondere durch die Entwicklung von Flachbildschirmen einen enormen Aufschwung erlebt. Große Produktionsstätten für Flachbildschirme wurden zunächst in Japan errichtet. Schon bald setzte jedoch die Abwanderung der Industrie in die neuen asiatischen Industrienationen ein, in denen billige Arbeitskräfte und üppige staatliche Förderung lockte. Derzeit befindet sich der Schwerpunkt der Flachbildschirmindustrie in Taiwan und insbesondere Korea. In Korea betreiben die dort ansässigen weltweit größten Flachbildschirmhersteller – Samsung und LG Philips – die zur Zeit größten LCD-Bildschirm-Produktionsstätten. Die Wanderung der Industrie geht jedoch weiter. Auf der Suche nach noch kostengünstigeren Produktionsstandorten hat der Boom inzwischen auch China erreicht. In China befinden sich inzwischen Produktionsstätten zur Herstellung hochwertiger Flachbildschirme im Aufbau. Es ist zu erwarten, dass kurz- bis mittelfristig China zumindest Taiwan als LCD-Produktionsstandort überholen und teilweise ersetzen wird.

Aus der Sicht des Umweltschutzes ist die Flachbildschirm-Fertigung problematisch, da in der Großproduktion von LC-Displays große Mengen umweltgefährdender Substanzen eingesetzt werden. Insbesondere im sogenannte Arrayprozess, in dem die Steuermatrix des TFT-LC-Displays hergestellt wird, werden hochpotente Treibhausgase in sehr großer Menge verwendet. Fortgeschrittene Prozesse werden von der äußerst schnell wachsenden Industrie nur sehr zögernd eingesetzt. Gerade deshalb ist die weitere Wanderung der Produktionsstandorte in Regionen, in denen der Umweltschutz sehr schnell kurzfristigen ökonomischen Zielen untergeordnet wird, aufmerksam zu beobachten. Dem Verbraucher wächst hier eine große Verantwortung zu.