LCD-TV

LCD-TV

LCD-TV's sind derzeit die dominierende Technologie am Display-Markt. Besonders Geräte mit Ambientlight erfreuen sich zunehmender Beliebtheit.

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Als der österreichische Botaniker und Chemiker Friedrich
Reinitzer 1888 bei der Untersuchung des Cholesterylbenzoats erstmals eine flüssigkristalline Phase beobachtete, ahnte er nicht, welch vielfältiges Forschungsgebiet er damit eröffnete. Auch Otto Lehmann, der wenig später den Begriff »Flüssigkristall« prägte, konnte kaum voraussehen, dass sich heute ein ganzer Industriezweig mit der Herstellung von Flüssigkristallen für Anzeigenelemente u.a. dem LCD-TV und andere Anwendungen beschäftigt. Nach der Entdeckung von Reinitzer versanken die Flüssigkristalle in einem Dornröschenschlaf bis 1971 die Schweizer Industrieforscher Schadt und Helfrich das Prinzip der verdrillten nematischen Zelle (Twisted Nematic) entdeckten. Hier wird durch Anlegen einer elektrischen Spannung die Orientierung einer Schicht aus Flüssigkristallen in einer durchsichtigen TN-Zelle derart verändert, dass kein Licht mehr durchdringen kann. Liegt keine Spannung mehr an so nehmen die Flüssigkristalle wieder ihre ursprüngliche Position ein. Damit war das schaltbare Lichtventil erfunden. Anschließend begann eine rasante Entwicklung von einfachen Segment-Displays für Armbanduhren und Taschenrechnern, über die ersten Notebook's mit monochromen Display, Digitalkameras bis hin zu den hochauflösenden, farbigen Computer-Monitoren und LCD-TV Geräten.

Flüssigkristalle für den Einsatz in einem LCD-TV

Wenn man sich zurück in den Chemieunterricht versetzt, kommen die verstaubten Kristallmodelle wieder in Erinnerung. Man hat immer von starren Gebilden geredet, die sich nur schwer spalten lassen (Diamant) und eine sehr feste Struktur haben. Flüssigkristalle hingegen sind Stoffe die sowohl Eigenschaften von Flüssigkeiten als auch von Kristallen aufweisen. Sie sind organisch und bestehen aus langgestreckten, stäbchenförmigen Molekülen, hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Bei Zimmertemperatur liegen Flüssigkristalle in kristalliener Form vor. Erhöht sich die Temperatur so entsteht zuerst eine milchig trübe Flüssigkeit, hellt sich dann weiter auf und wird oberhalb einer Grenztemperatur schlagartig durchsichtig. Die Substanz ändert also in Abhängigkeit der Temperatur ihre optischen Eigenschaften. Je nach Ausrichtung ihrer Moleküle unterscheidet man zwischen nematischen (fadenförmigen), smekmatischen (schichtenförmigen) und cholesterinischen (wendelförmigen) Kristalltypen. Da es viele verschiedene Substanzarten gibt besteht die Schwierigkeit darin möglichst temperaturunabhängige Moleküle zu finden, um unabhängig vom LCD-TV das gleiche Bild bei jeder Raumtemperatur zu gewährleisten.

Vom Flüssigkristall, über das Pixel bis hin zum Bild eines LCD-TV

LCD ist die Abkürzung für Liquid Crystal Display und wird auch Flüssigkristallanzeige genannt. Ein wichtiger Bestandteil des LCD-Panels ist die frei schwimmende Flüssigkristallschicht, welche sich zwischen zwei transparenten Glasplatten befindet. Der LCD-TV ist in Millionen von einzelnen Bildpunkten (Pixel) unterteilt, welche über elektronische Signale einzeln angesteuert werden. Jedes Pixel wiederrum ist in Subpixel unterteilt, welche die Farben Rot, Grün, Blau und alle Farbkombinationen darstellen.

Aufbau eines LCD-TV

Jedes Pixel eines LCD-TV besteht aus einer Flüssigkristallschicht, die sich zwischen zwei transparenten Glasplatten befindet. An der Aussenseite der jeweiligen Glasplatte sind die um 90 Grad zu einander verdrehten Polarisationsfilter angebracht.

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An der Aussenseite der jeweiligen Glasplatte befinden sich die um 90 Grad zu einander verdrehten Polarisationsfilter, an den Innenseiten die Farbfilter und Elektrodenschichten. Auf der Rückseite dieser Anordnung kann sich ein Spiegel befinden (Reflektor oder Transflektor), der das einfallende Licht zurückwirft (reflektive Betriebsart). In der transmissiven Betriebsart, vorzüglich beim LCD-TV, befindet sich anstelle des Reflektors eine Beleuchtungseinheit hinter dem Anzeigenelement. Das einfallende Licht wird beim Eintritt in die Flüssigkristallschicht durch den ersten Polarisationsfilter linear polarisiert. Durch die Verdrillung der Flüssigkristalle erfolgt eine Drehung der Polarisationsrichtung des Lichtes um 90 Grad, wodurch das Licht den zweiten Polarisationsfilter passieren kann und die Zelle lichtdurchlässig ist. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden erfolgt unter dem Einfluss des elektrischen Feldes eine Drehung der Flüssigkristallmoleküle parallel hin zum elektrischen Feld. Dadurch wird die Polarisationsrichtung des Lichtes nicht mehr gedreht und kann somit den zweiten Polarisationsfilter nicht mehr durchdringen. Die Zelle ist dunkel und das Bild des LCD-TV bleibt schwarz.

TFT LCD-TV als überlegene Technologie

Jetzt bleibt noch die Frage, wie der Strom zu den einzelnen Pixeln bzw. Kristallen eines LCD-TV gelangt. Dies ist einfach zu erklären. Im Prinzip gibt es zwei verschiedene Konstruktionsarten vom LCD. Die Passiv- und Aktiv-Matrix Displays. Bei ersteren (TN-Zellen) liegt hinter der LC-Schicht ein Kreuzgeflecht von Elektroden, wobei an jeder Kreuzung ein Kondensator und der dazugehörige Kristall sitzt. So kann jeder Kristall einzeln angesteuert und mit Strom versorgt werden. Jedoch kann diese Technologie nicht mehr mit den schnellen Bildlaufzeiten, die heutzutage verlangt werden, mithalten. Es entsteht der häßliche Ghosteffect (Schattenbildung bei Bewegungen). Beim TFT-(Thin Film Transisitor) LCD hingegen haben wir eine Aktiv-Matrix. Wir haben also kein Geflecht aus Elektrodensträngen mehr, sondern eine hauchdünne leitende Siliziumschicht, die sich über die gesamte Display-Fläche erstreckt. Dadurch erhält jedes Pixel seinen eigenen Verstärker bzw. Schalter (Transistor), welcher viel kürzere Schaltzeiten, einen höheren Betrachtungswinkel und verbesserten Kontrast aufweist. Letztendlich war dies der Grund warum sich der TFT LCD-TV durchgesetzt hat. Beim Farb-LCD-TV kommt noch hinzu, dass jedes Pixel aus vier einzelnen Transistoren besteht. Je einer für die drei Grundfarben und ein weiterer zur Reserve, um Ausfälle zu kompensieren. Ansonsten können unerwünschte Pixelfehler, in Form von schwarzen Löchern auftreten.

Vom Video-Signal zum Fernsehbild eines LCD-TV

Röhrenfernseher (CRT's) stellen das Bild im sogenannten Zeilensprungverfahren dar. Hier werden pro Sekunde 50 Halbbilder übertragen die abwechselnd alle geraden bzw. ungeraden Bildzeilen anzeigen. Im Gegensatz dazu stellt der LCD-TV das Fernsehbild immer im Vollbildmodus (Progressive Scan) dar. Das über die Antenne bzw. Kabel oder Satellit eingespeiste TV-Signal wird im PAL-Moduls nachwievor in Halbbildern angeliefert, die in Vollbilder umgewandelt werden müssen. Dazu werden die Bilder zuerst über einen A/D (Analog-Digital) Wandler digitalisiert. Anschließend werden die Halbbilder über einen De-Interlacer in Vollbilder konvertiert, indem die fehlenden Zeilen durch Interpolation berechnet werden. Zum Schluss werden die TV-Bilder auf die native (geräteeigene) Auflösung des LCD-TV hochgerechtnet und mittels verschiedener Bildoptimierungstechniken entsprechend angepasst. Zu guter Letzt findet wieder eine Signalumwandlung von digital zu analog statt. Man versteht dass auf Grund der vielen Signalumwandlungen von der Videoquelle bis zur Bilddarstellung am LCD-TV die Bildqualität sehr stark von der Güte der verwendeten Signalwandler abhängt. Findet die Bildübertragung über eine HDMI-Schnittstelle (High Definition Multimedia Interface) statt, so werden die Bildinformationen rein digital verabreitet, was eine deutliche Verbesserung der Bildqualität mit sich bringt. Natürlich sind auch die Hesteller bemüht, bei analogen Anschlüssen etwa SCART oder Composite-Video die Wandlungsschritte möglichst gering zu halten.

Die Hintergrundbeleuchtung beim LCD-TV

Wer macht sich schon wirklich Gedanken darüber was hinter einem LCD-TV steckt. Oft wird vergessen, dass die Flüssigkristallschicht nur das Licht schaltet, aber selbst im Gegensatz zu CRT's, Plasma-TV's oder LED-Displays nicht leuchtet. Das Licht kommt meist aus einer Kaltkathoden-Leuchtstoffröhre (CCFL – Cold Cathode Fluoreszent Lamp), dem Prinzip nach eine Neonröhre, auch wenn Neon mittlerweile längst nicht mehr das einzig verwendete Gas ist. Diese Lichtquelle verwendet wenig Platz, wenig Energie und ist leicht und preiswert herzustellen. Nach dem Motto »das Besser ist der Feind des Guten«, kommt aber immer öfter eine andere lichterzeugende Technologie zum Einsatz, die LED (Light Emitting Diode). Man kennt sie bereits etwa als Kontrolllämpchen im Auto, in der Minitaschenlampe, neuerdings in Verkehrsampeln oder zur Beleuchtung von Hauswänden oder gigantischen Displays in Fußballstadien. Die LED's haben den CCFL's auch einiges voraus. Erst seit einigen Jahren ist man in der Lage alle drei Grundfarben nämlich Rot, Grün und Blau technisch herzustellen. Durch die additive Farbmischung lässt sich damit das Farbspektrum darstellen. Erst dadurch eignen sich die LED's überhaupt als Hintergrundbeleuchtung für das LCD. Ein naher Verwandter der LED ist der Halbleiter-Laser. Auch hier weiß man erst seit kurzem, wie man die Farbe Blau erzeugen kann. Man erinnere sich nur auf das lange Warten auf die DVD mit blauem Laser. Die Halbleiter Lichtquellen haben gemeinsam, dass sie nur Licht mit einer bestimmten Wellenlänge (Farbe) abstrahlen, im Gegensatz zu Temperaturstrahler (Glühbirne) oder Gasentladungslampen (CCFL) die immer ein Gemisch aus den verschiedenen Farbkomponenten abgeben. Man erreicht mit LED's als Hintergrundbeleuchtung für den LCD-TV einen größeren Farbumfang nämlich etwa 95% des NTSC Farbspektrums. Mit CCFL's waren es nur etwa 75%. Damit wird sogar der PAL-Farbraum übertroffen. Darüber hinaus verliert der LCD die verschmierten Bewegungen endgültig und auch der Kontrast verbessert sich deutlich.

Trends und Entwicklungen vom LCD-TV

Der Trend geht immer mehr hin zu größeren Bildschirmen mit höherer Auflösung und zum Internet-TV. »Die Leute wollen größere Fernseher im Wohnzimmer haben«, sagt der Geschäftsführer von Sharp Deutschland. Der durchschnittliche Fernseher ist schon heute fünf Zoll größer als noch vor einem Jahr. Derzeit sind die meist verkauften Geräte 32 oder 37 Zoller. Stark im Kommen sind aber bereits LCD-TV Geräte mit Größen zwischen 40 und 46 Zoll. Grund dafür ist, dass das LCD-TV nicht mehr nur zum Fernsehen, sondern auch als Bildschirm für hochauflösende Filme, für Videospiele und Internet-Angebote genutzt werden.

Des einen Freud ist des anderen Leid. Während der Verbraucher sich über die unablässig sinkenden Preise freut ist der Hersteller bekümmert. In nur einem Jahr wurden das LCD-TV um durchschnittlich 24 Prozent billiger. »Der Preisdruck ist gewaltig, wir hoffen, dass dies irgendwann ein Ende hat«, sagt Sony-Sprecher Harald Rätzer.

Design und Emotion sind beim Fernseher mindestens genauso wichtig als die Größe und Technik. Bestes Beispiel dafür ist das Ambilight-Konzept von Philips. Hier wird das Bild in eine angenehme und farbige Hintergrundbeleuchtung getaucht. Auch Loewe will mit Design überzeugen, sieht seine LCD-TV Geräte aber auch als zentrale Stelle für verschiedene Multimediageräte, wie etwa MP3-Player, Digitalkamera oder Computer. Die Daten selbst werden drahtlos per WLAN oder über das Stromnetz übertragen.

Ein aktueller Prototyp von Sharp zeigt wie es im LCD-TV Segment weitergehen kann. Das Einzelstück übertrifft aktuelle Geräte vor allem in Punkto Bildqualität, Gehäusetiefe und Umweltfreundlichkeit. Laut Sharp liegt der Schlüssel zum Erfolg zukünftiger LCD-TV Geräte in einer hohen Bildauflösung und einem niedrigen Stromverbrauch. Der Nutzer wird im Zuge der zunehmenden Verbreitung von HDTV immer mehr auf hochauflösende Geräte umsatteln. Für den Prototyp selbst hat Sharp leider keine Angaben hinsichtlich der Auflösung des LCD-Panels gemacht. Dafür erreicht der Kontrastwert beeindruckende 100.000:1 und der Farbraum 150 Prozent der NTSC-Fernsehnorm. Das Display selbst weist nur eine Bautiefe von 20mm auf und das Gewicht überschreitet nicht die 25kg Marke. Auf Grundlage eines täglichen Betriebs von 4,5 Stunden soll das Gerät pro Jahr rund 140 kWh an Energie verbrauchen.

Auf die Frage ob man sich jetzt schon den lange gewünschten LCD-TV kaufen oder doch besser noch abwarten soll, gibt es verschiedene Meinungen. Laut Sharp werden die Geräte in einem halben Jahr noch etwas günstiger sein. Aber mit Full HD hat die Display-Branche jetzt mal ein erstes Etappenziel erreicht. Die nächst größere Weiterentwicklung beim LCD-TV ist erst ab 2010 zu erwarten. Dann sollen die Geräte nur mehr eine Bautiefe von etwa 2,9 cm messen und deutlich weniger Strom verbrauchen als heute.

Geschickte Marketingstrategie pushed das Plasma- und LCD-TV

Dass Plasma- und LCD-TV die mit Abstand größten Wachstumsmotoren sind ist allgemein bekannt. Auch dass sich die Hersteller in den nächsten Jahren auf weiter steigende Absatzzahlen einstellen. Was aber meistens übersehen wird ist der Umstand, dass die Geräte für HD Inhalte ausgelegt sind und genau die werden aber noch länger auf sich warten lassen.

Betrachtet man das Marketing der Hersteller und Anbieter von Fernsehgeräten, so muss ihnen eine ausgezeichnete Arbeit anerkannt werden. Selten zuvor ist es gelungen dem Konsumenten ein Produkt aus einem zukünftigen Markt für viel Geld und hohen Stückzahlen bereits heute zu verkaufen.

Plasma- und LCD-TV können ihr Potential auf Grund der fehlenden HD-Inhalte derzeit nur eingeschränkt ausspielen. Auch besitzen einige Geräte noch enormes technisches Entwicklungspotential und hatten im Vergleich zu herkömmlichen Röhrenmonitoren in Punkte Bildqualität und Kaufpreis das Nachsehen. Einen Verkaufsschub brachte sicherlich die Fussballweltmeisterschaft 2006 in Deutschland. Viele Menschen liesen sich in eine euphorische Stimmung versetzen und tragen dadurch eine großen Anteil am Verkaufserfolg der Fernsehgeräte.

Aber ohne diese Art von Unterstützung orientiert sich der zukünftige Absatz von Fernsehgeräten an zwei Säulen, der Technik und dem Design. Bis jetzt ist das der Display-Branche sehr gut gelungen die verschiedenen Charaktere bei der Kaufentscheidung anzusprechen. Einerseits die technisch begeisterten männlichen Freaks, als auch die auf Wohlfühl-Wohnambiente wertlegende Weiblichkeit bestätigen, dass das Konzept funktioniert.