LCD-Schirme - · Modul umfaßt die Zelle mit den Display Treibern, die das Licht kontrollieren und...

Seminarausarbeitung LCD-Schirme

Martin Pinzger 9626545, E881

LCD-Schirme, Martin Pinzger, 9626545, E881 1

1 DISPLAY-KONSTRUKTION AUS FLÜSSIGKRISTALLEN ______________________________ 2

1.1 CHEMISCHE GRUNDLAGEN DER FLÜSSIGKRISTALLE_______________________________________ 2 1.2 LCD ZELLEN KONSTRUKTION_______________________________________________________ 3

1.2.1 Substrate mit gemusterten Elektroden ____________________________________________ 3 1.2.2 Molekular ausgerichtete Schichten ______________________________________________ 3

1.3 ZUSAMMENSETZUNG EINER LCD ZELLE _______________________________________________ 3 1.3.1 Füllen und Versiegeln ________________________________________________________ 4 1.3.2 Polarisationsfunktion und Befestigung____________________________________________ 4

1.4 LCD MODUL KONSTRUKTION_______________________________________________________ 5 1.4.1 Display Treiber _____________________________________________________________ 5 1.4.2 Anbringung der Treiber_______________________________________________________ 5 1.4.3 Hintergrundlicht Technologien _________________________________________________ 8

2 FLÜSSIGKRISTALL DISPLAY OPERATION ________________________________________ 10

2.1 TWISTED-NEMATIC DISPLAY_______________________________________________________ 10 2.1.1 Kontrolle des Lichtes________________________________________________________ 10 2.1.2 Farbfilter ________________________________________________________________ 12 2.1.3 Polarisationsmodi und Farbdisplays ____________________________________________ 13

2.2 TECHNIKEN DER ADRESSIERUNG ____________________________________________________ 13 2.2.1 Passiv Matrix LCDs ________________________________________________________ 13 2.2.2 Aktiv-Matrix Flüssigkristall Displays (AMLCDs) ___________________________________ 14

3 SILICON GRAPHICS TECHNOLOGIE _____________________________________________ 15

3.1 UNTERSCHIED ZWISCHEN LCD UND CRT TECHNOLOGIE __________________________________ 15 3.1.1 Adressierung______________________________________________________________ 15 3.1.2 Flimmerfreier Refresh _______________________________________________________ 15 3.1.3 Flach und räumlich fixierte Konstruktion_________________________________________ 16 3.1.4 Digital zu Digital Daten Übertragung ___________________________________________ 17 3.1.5 Magnetfeld Immunität _______________________________________________________ 17

3.2 OPTISCHE MERKMALE____________________________________________________________ 17 3.2.1 Farbsättigung _____________________________________________________________ 17 3.2.2 Graustufen _______________________________________________________________ 18 3.2.3 Kontrast Verhältnis _________________________________________________________ 18 3.2.4 Einstellbare weiße Balance ___________________________________________________ 18

3.3 OPTISCHE HERAUSFORDERUNGEN___________________________________________________ 19 3.3.1 Blickwinkel _______________________________________________________________ 20 3.3.2 Pixel Fehler im Aus-Zustand __________________________________________________ 20

3.4 OPTISCHE LÖSUNGEN ____________________________________________________________ 20 3.4.1 In-Plane Switchting _________________________________________________________ 20 3.4.2 Aufgespannte optische Kompensationsschicht _____________________________________ 21 3.4.3 Gegenmaßnahmen gegen Pixelverlust ___________________________________________ 22

3.5 ERGONOMIE ___________________________________________________________________ 22 3.5.1 Weites Ansichtsverhältnis ____________________________________________________ 22 3.5.2 Pixelabstände _____________________________________________________________ 23 3.5.3 Flachbildschirm ___________________________________________________________ 23 3.5.4 Emissionen _______________________________________________________________ 23

3.6 BEMERKUNGEN ZUR QUALITÄT _____________________________________________________ 23 3.6.1 Pixeldefekte_______________________________________________________________ 23 3.6.2 Die CIE Photo Kurve________________________________________________________ 23 3.6.3 Hintergrundlicht ___________________________________________________________ 24

4 GLOSSAR ______________________________________________________________________ 25

4.1 BEGRIFFE _____________________________________________________________________ 25 4.2 LITERATURQUELLEN_____________________________________________________________ 26

4.2.1 Dokumente _______________________________________________________________ 26 4.2.2 Internetseiten______________________________________________________________ 26


Einleitung Diese Ausarbeitung dient als Grundlage für den Vortrag am Institut für technische Informatik an der TU Wien. Der Inhalt des Dokumentes bezieht sich größtenteils auf ein Dokument von Silicon Graphics, im speziellen auf die Beschreibung des 1600SW Flat Panel Motnitors. Alle übrigen Quellen sind im Literaturanhang angeführt.

1 Display-Konstruktion aus Flüssigkristallen Grundsätzlich setzen sich LCD Monitore aus drei verschiedenen Komponenten zusammen: der Zelle, dem Modul und dem Monitor: Die Zelle umfaßt die Glasplatten, die das Flüssigkristallmaterial beinhalten und die vorderen und hinteren Polarisationsfilter. Ein Modul umfaßt die Zelle mit den Display Treibern, die das Licht kontrollieren und Daten vom Host Computer an die Zelle liefern und weiters eine Hintergrundlicht Konstruktion, die sich aus Leuchtlampen, Lichtröhren und verbundenen Strahlern und Reflektoren zusammensetzt. All dies ist in einer starren Walzblechkonstruktion untergebracht. Der Monitor besteht aus dem Modul plus einem Inverter, um die Lampen zu versorgen, einem Display Interface zu der CPU, einem Plastikgehäuse und einem Netzgerät.

1.1 Chemische Grundlagen der Flüssigkristalle Flüssigkristalle sind eine Menge von komplexen, organischen Verbindungen, gebildet durch längliche, stabförmige Moleküle, die in ihrem natürlichen Status frei, mit der längeren Achse parallel, angeordnet sind. Sie existieren in mehreren Phasen, meistens smectic (gelartig) aber auch nematic (Computer Displays) und cholesteric (naturgemäß rotierende Flüssigkristall Strukturen). Es gibt hunderte Arten von Flüssigkristallen, deren Auswahl von physikalischen, elektrischen und optischen Eigenschaften abhängt. Typischerweise kommt für ein Flat Panel Display eine Mischung von 10 oder mehreren Verbindungen in Frage. Materialien aus Flüssigkristallen haben zwei wichtige Merkmale, welche sie für die Diplayerzeugung brauchbar machen: die Moleküle sind polar, wobei ein Ende mehr elektrisch positiv oder negativ als das andere Ende ist (Kompaßnadel) und sie können, abhängig von ihrer Orientierung, Lichtstrahlen entlang ihren Achsen leiten, krümmen und drehen. Wir benutzen dann elektronische Geräte, um Flüssigkristalle so zu kontrollieren, daß diese das Licht manipulieren. Abbildung 1 zeigt die Struktur eines typischen Flüssigkristall-Moleküls.

Abbildung 1. Molekül eines Flüssigkristalls.


1.2 LCD Zellen Konstruktion

1.2.1 Substrate mit gemusterten Elektroden Eine LCD Zelle setzt sich aus zwei Glasplatten zusammen, die mit einer sehr dünnen Metalloxid Schicht (Indium Tin Oxide ITO) überzogen sind. Da die Schicht jedes Glases so dünn ist, ist sie transparent, und da sie aus einem Oxid von zwei Metallen besteht, ist sie leitend. Benutzt man konventionelle Techniken der Photoabbildung und Ätzung von Halbleitern, so können diese Schichten so behandelt werden, daß sie Elektroden bilden. Diese Elektroden können dann derartig angelegt werden, daß sie eine 7-Segementanzeige formen, wie zum Beispiel in Flüssigkristall-Uhren, oder in Form von Linien eines x-y Gitters. In passiv-matrix adressierten Zellen werden die zwei Schichten aus ITO in eng aneinander liegenden parallelen vertikalen Spuren auf das vordere Glas (Spalten) und horizontalen Spuren auf das hintere Glas (Reihen) aufgetragen. Abbildung 11 zeigt eine Konstruktion einer 6 Zeilen x 7 Spalten passiv-matrix Zelle.

1.2.2 Molekular ausgerichtete Schichten Nach dem Mustern einer ITO Schicht wird die Oberfläche jeder Glasplatte mit einer ausgerichteten Schicht, gewöhnlich Polyimid, überzogen. Diese Schicht wird zuerst erhitzt und dann poliert, um mikroskopisch parallele Rillen auf der Oberfläche jeder Platte zu erzeugen. Es ist sehr wichtig, daß die Rillen jeder Platte eine andere Orientierung haben. In den späteren Prozessen werden diese Rillen die Moleküle der Flüssigkristalle veranlassen, daß sie die Oberfläche nicht nur glätten sondern sich auch entlang der polierten Richtung in den Rillen anordnen, wie in Abbildung 2 dargestellt wird. Was nicht in der Abbildung gezeigt wird, ist daß die Moleküle nicht exakt auf der ausgerichteten Schicht liegen, sondern 2 bis 5 Grad von der Oberfläche weg zeigen. Das ist kritisch für die eigent liche Funktion des Displays und die Ursache für bestimmte optische Inkonsistenzen, die später noch erläutert werden. Abbildung 2. Molekulare Ausrichtung einer gerillten Oberfläche. In ihrem natürlichen Zustand sind die Moleküle von Flüssigkristallen frei, mit deren Achsen parallel, angeordnet. Die ausgerichtete Oberflächenschicht kann durch Polieren erzeugt werden. Wenn die Flüssigkristalle auf die Oberfläche gegossen werden, richten sich deren Moleküle parallel und entlang der Rillen aus.

1.3 Zusammensetzung einer LCD Zelle Während der Zusammensetzung wird ein Dichtungsmaterial entlang des Randes eines Glases aufgetragen, wobei an einer Ecke eine Lücke von wenigen Millimetern gelassen wird. Danach werden durch Naß- oder Trockensprühtechniken Abstandhalter, gewöhnlich Glas- oder


Plastiktropfen, angebracht. Diese Tropfen sind für die Funktion des Displays sehr kritisch, da sie einen optimalen Abstand von 4 bis fünf Mikrometer (etwa 1/5 der Dicke eines menschlichen Haares) zwischen den zwei Glassubstraten gewähren müssen. Die zwei Glasplatten werden dann, wie in Abbildung 3 dargestellt, ausgerichtet, so daß deren polierten Rillen in einem Winkel von 90 Grad zueinander liegen. Danach werden sie eingespannt und erhitzt oder ultravio letten Strahlen ausgesetzt, um sie zu versiegeln. Dadurch erhält man ein leeres Paket, das eine offene Stelle an einer Ecke hat und bereit für die Injektion eines Materials aus Flüssigkristallen ist.

Abbildung 3. Twisted-Nematic Ausrichtung. Eine Zelle kann so konstruiert werden, daß die Moleküle der Flüssigkristalle zwischen eine obere und untere Glasplatte gezwungen werden, deren Rillen in Richtung a und b verlaufen. Die Moleküle auf der oberen Platte zeigen in Richtung a und jene auf der unteren in Richtung b. Dies bringt die Flüssigkristalle in einen 90 Grad twiste-nematic Zustand.

1.3.1 Füllen und Versiegeln Mehrere Zellen werden in einer Vakuum Kammer plaziert, wo sie über einem Behälter von Flüssigkristallen hängen. Die Luft wird aus der Kammer entzogen und die Zellen gleichen sich durch ihre offenen Stellen an das umgebende Vakuum an. Nachdem die Zellen und das Flüssigkristall Material in dem Reservoir ausreichend entgast wurden, werden die Platten hinuntergelassen, bis die Füllstellen versinken. Das LC Material wird durch die Öffnung der Versiegelung zwischen die Platten injiziert. Die Lücke wird dann mittels Epoxy oder UV-behandeltem Klebstoff geschlossen. Damit sind die gefüllten und versiegelten Zellen nun fertig für die Hinzugabe von externen optischen Elementen und Display Treibern.

1.3.2 Polarisationsfunktion und Befestigung Eine wichtige Flüssigkristall-Komponente ist der lineare Polarisator, eine Schicht aus organischem Material, das mit einem dichroitischen Material (Jod oder Farbe) impregniert und dann gezogen wurde. Das Ziehen macht die Schicht zu einem optischen Filter, der Licht aus gewissen Richtungen blockiert (genau wie bei gewöhnlichen, polarisierten Sonnenbrillen, die unerwünschte Strahlen nicht durchlassen). Der Polarisator filtert jedes Licht, bis auf jenes, das parallel zu den Polarisationsachsen verläuft. Das andere Licht, welches nicht parallel zu den Achsen verläuft, wird, wie in Abbildung 4 dargestellt, absorbiert. Die Polarisationsschicht wird mit einem drucksensitiven Acrylklebstoff überzogen und an der vorderen und hinteren Glasplatte der LCD Zellen mittels gewöhnlichen Laminierungstechniken befestigt. Das LCD ist nun fertig und kann mit der elektronischen Steuerung versehen werden.


Abbildung 4. Interaktion von Licht mit einem linearen Polarisator.

1.4 LCD Modul Konstruktion

1.4.1 Display Treiber Um Bilder wiederzugeben, müssen Daten vom Host Computer irgendwie in das Innere der Zellen und zu den Flüssigkristallen übertragen werden. Gewöhnlich werden die Daten von einem Gerät erzeugt, das man Display Kontroller nennt, der sich auf dem Motherboard oder in einem Steckplatz im Computer befindet. Diese Daten werden über eine high-speed Schnittstelle per Kabel an die Reihen und Spalten Display Treiber ICs eines Flat Panel Moduls übertragen. Die Display Treiber ICs ermöglichen die Darstellung der verschiedenen Graustufen des LCDs. Zur Steuerung des Lichtes, welches durch das Display zum Benutzer gelangt, werden sehr feine Voltstufen verwendet.

1.4.2 Anbringen der Treiber Das Anbringen der Treiber an den Zellen ist keine leichte Aufgabe. Die aktuelle von Silicon Graphics verwendete Methode stellt die Display Treiber ICs auf einer gedruckten Leiterplatte auf und positioniert sie entlang einem Ende und einer Seite des LCD Glases.


Abbildung 5. Anbringen der Treiber an einer Flat Panel Zelle.

Die Ausgänge aller Treiber ICs sind via Tape Automated Bonding (TAB) mit goldplattigen Kupferleitern verbunden. Diese Leiter wiederum sind mit einem Schaltkreis auf einer Polyimid Schicht verbunden. Der Schaltkreis ist mit der Display Zelle über eine anisotropische leitende Schicht (anisotropic conductive film ACF) verbunden. Die Signale von einem IC kommen über die Kupferleiter durch die ACF zu den ITO Daten- und Scanlinien (Spalten und Reihen), die entlang der Enden der Zellen hervortreten. Die ITO-Leiter reichen durch die Versiegelung jedes Glases, um das Material aus Flüssigkristallen innerhalb des Displays mittels elektrischer Spannung anzuregen. Die Reihen und Spalten formen in jedem Zwischenraum der Schicht aus Flüssigkristallen einen Pixel, wie in Abbildung 11 dargestellt ist. Der schwierigste und kristischte Schritt in der Erzeugung dieses Schaltkreises ist das Verbinden der goldplattigen Spitzen des Kabelkreises mit den glasähnlichen ITO-Leitern an den Display Substraten. Über eine Dekade an Entwicklung in der Desplay-Industrie verging, um diesen Verbindungsprozeß so zu gestalten, daß tausende mikroskopische Verbindungen mit hundertprozentiger Integrität für eine unbestimmte Zeitspanne erhalten bleiben. Im Silicon Graphics 1600SW sind 5824 Verbindungen enthalten, die über die gesamte Lebenszeit des Monitors halten müssen. Denn geht nur eine der Verbindungen verloren, verlieren über 1000 Pixel ihre Funktion.


Abbildung 6a. Anisotropic Conductive Film (ACF) vor dem Bonding

Im Herzen der ACF Technologie sind tausende leitende Nickelteilchen, die mit Gold überzogen und in einer thermischen Harzmatrix verteilt sind. Ein dünner Streifen dieses Materials ist mit der flexiblen Leiterschicht appliziert, die mit der Display Treiberkarte verbunden ist. Die Sektionen des flexiblen Schaltkreises sind präzise über den korrespondierenden ITO Leitern entlang der Glaskannten positioniert. Hitze und Druck in Form eines heißen Amboß werden beim Kontaktpunkt benutzt, um das ACF mit den Display Elektroden zu binden. So wie das ACF komprimiert wird, werden die angehobenen goldplattigen Leiter in die unmittelbare Nähe der korrespondierenden ITO Elektroden gebracht. Alle Metallteilchen, die zwischen diesen relative hohen gold/kupfer Leitern und ITO Spitzen gefangen sind, werden durch das umgebende Harz hinausgedrückt und hinausgestoßen und formen einen leitenden Pfad, der den Treiber IC mit den ITO Leiter, die zum LCD führen, verbindet. Wie in Abbildung 6b dargestellt, werden die Teilchen zwischen den Kabelkreisen nicht komprimiert, womit sich ein leitender Kontakt nur in den vertikalen aber nie in den horizontalen Achsen ergibt.


Abbildung 6b. ACF nach dem Driver Flex Circuit Bonding

Eine wichtige Überlegung ist, daß die Metallteilchen den leitenden Pfad nur solange formen, wie sie durch das Harz am Platz gehalten werden. Jede Entspannung, Ausdehnung oder Anschwellung des Epoxyds oder der Tröpfchen verursacht ein Lösen der Bindung und bedeutet den Verlust der elektrischen Verbindung. Um diese Komponenten zu beschützen, wird eine gestampfte Metallfassung benutzt, die das Display Modul zusammenhält.

1.4.3 Hintergrundlicht Technologien Der Silicon Graphics 1600SW Flachbildschirm benutzt vier 15 Inch lange Glasröhren mit dem halben Durchmesser eines Bleistifts, um das Hintergrundlicht des Display herzustellen. Diese sehr kleinen Cold Cathode Fluorescent (CCF) Lampen sind an der Innenseite mit einer Spezialmixtur von seltenen Phosphormaterialien überzogen und mit Quecksilber-, Argon- und Neongasen gefüllt. Wenn sie mittels einer großen Spannungsquelle aktiviert werden, beginnen die Atome des Quecksilbers mit der Abgabe von Elektronen. Die energiereichen Elektronen senden intensive ultraviolette Strahlen aus, welche die Phosphormixtur bombardieren, die dann ein weißes Licht aussendet. Das Licht wird an einer klaren Akrylschicht runter übertragen, an deren Unterseite eine Aufstellung von winzigen weißen Punkten gedruckt ist. Jedes Licht, das auf diese Punkte trifft, wird gestreut, verbreitet und durch das Flüssigkristall Display zum Betrachter reflektiert. Die Größe und Dichte der Punkte erhöht sich proportional mit deren Distanz zu den CCF Lampen. Die Größe und Musterung der Aufstellung wird mit Hilfe eines speziellen Computerprogrammes gewonnen, das garantiert, daß das von diesem System ausgesendete Licht sehr einheitlich in Helligkeit und Farbe ist.


Abbildung 7. System der Lichtextraktion

Nach einem Kaltstart braucht es etwa ein bis zwei Minuten, bis ein Flachbildschirm die volle Helligkeit erreicht. Die Ausgabe der fluoreszierenden Lampen hängt stark von der minimalen Temperatur der Glühbirnenwand ab, da diese Temperatur den Quecksilber Gasdruck innerhalb der Röhren bestimmt. Je kälter die Temperatur, desto mehr Quecksilber Kondensat ist an der Innenseite der Birne und desto weniger Licht wird ausgesendet. Bei 25 Grad C liegt die Lichtaussendung zu Beginn bei ungefähr 80% des Optimums, aber bei 10 Grad beträgt sie nur 30%. Abbildung 8 stellt ein Diagramm eines typischen LCD Moduls dar. Abbildung 14 zeigt, wie dieses Modul in einen Flachbildschirm integriert wird und außerdem zeigt sie den Inverter, der die CCF Lampen versorgt. Die Funktion des Inverters liegt in der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom und in der Versorgung der vier Lampen mit 0.006 Ampere bei 750 Volt.

Abbildung 8. Blockdiagramm eines LCD Moduls


2 Flüssigkristall Display Operation

2.1 Twisted-Nematic Display Wenn die unteren und oberen Glasplatten der Zellen zusammengesetzt werden und ihre Rillen mit 90 Grad zueinander angeordnet werden, so werden die Moleküle der Flüssigkristalle in eine umfassende Helix oder in einen „Twisted-Nematic“ Zustand gezwungen, wie in Abbildung 9 dargestellt. Abbildung 9. Ausbreitung des Lichtes in einer twisted Struktur.

2.1.1 Kontrolle des Lichtes Jedes Licht, das durch eine solche Konstruktion dringt, folgt der Richtung, in welcher die Moleküle angeordnet sind. Wenn die molekulare Ausrichtung 90 Grad verdreht ist, so verdreht sich das Licht ebenfalls um 90 Grad, wenn es durch einige hunderte Schichten aus Flüssigkriskristall einer Zelle dringt. Da diese elektrisch polar sind, können die Moleküle leicht durch Anlegen einer elektrischen Spannung, entweder an die gesamte Zelle oder einen Teil davon, neu angeordnet werden. In den folgenden Abschnitten werden wir kennenlernen, wie die Spannungsquellen es ermöglichen, daß die Moleküle der Flüssigkristalle das Licht kontrollieren und ein Bild erzeugen können. Wie schon im Abschnitt 1.3.2, Polarisationsfunktionen und Befestigung, beschrieben, lassen zwei polarisierte Filter Licht durch, falls deren Achsen parallel zueinander sind. Aber sind diese gekreuzt, wird das Licht geblockt. Wie in Abbildung 10 dargestellt, passiert das Licht den ersten Filter, so passiert es auch den zweiten Filter, aber nicht, wenn die optischen Achsen des nachfolgenden Polarisators 90 Grad verdreht sind.


Abbildung 10. Interaktion des Lichtes mit linearen Polarisatoren.

Kombiniert man die Polarisatoren mit einem Display aus Flüssigkristallen, so erhält man ein interessantes System (Abbildung 11). Werden zwei polarisierte Filter so angeordnet, daß ihre Polarisationsachsen normal zueinander sind, so wird das von hinten einfallende Licht entlang den helixartig angeordneten Molekülen aus Flüssigkristall um 90 Grad gedreht, so daß es den vorderen Polarisator durchdringt. Wird eine Spannung an die Schicht aus Flüssigkristallen gelegt, so bewirkt die Polarität ein Ausrichten der Moleküle parallel zur Richtung des elektrischen Feldes. Den verdrehten Zustand korrigierend, richten sie sich senkrecht zum Glassubstrat aus und können den Phasenwinkel des Lichtes nicht länger drehen, so daß das Licht vom vorderen Polarisationsfilter blockiert wird.


Abbildung 11. Twisted-Nematic Ausrichtung mit Polarisationsfiltern. Ordnet man zwei Polarisationsfilter senkrecht zueinander an, wird das von hinten einfallende Licht entlang den helixartig angeordneten Molekülen der Flüssigkristalle um 90 Grad verdreht, so daß es den vorderen Filter durchdringt. Wird eine Spannung angelegt, verlassen die Moleküle der Flüssigkristalle ihr helixartiges Muster und drehen die Achse des durchdringenden Lichtes nicht mehr, so daß dieses Licht vom vorderen Filter blockiert wird.

Ein anderer wichtiger Effekt tritt auf, wenn nur eine partielle Spannung an die Flüssigkristalle angelegt wird. Dann erhält der adressierte Bereich eine Tönung irgendwo zwischen hell und dunkel. Diese Farbtönungen sind als Graustufen bekannt und die Anzahl der verschiedenen darstellbaren Graustufen ist ein wichtiges Maß, um die Performance eines Displays zu beurteilen, da die totale Anzahl von verfügbaren Farben von der Anzahl der darstellbaren Graustufen und deren Interaktion mit den Farbfiltern abhängt.

2.1.2 Farbfilter Um einen farbigen LCD Schirm zu erhalten, nimmt man analog zu den Graustufen roten, grünen und blauen Phosphor, welche die primären Komponenten zur Farbdarstellung bereitstellen. Das bezieht die Benutzung von vertikalen Streifen aus alternierenden roten, grüne und blauen Filtern aus organischen Farbstoffen, Zerstreuungspigmenten oder zweifarbigen Metalloxiden mit ein. Diese werden mittels verschiedenen Drucktechniken angebracht und auf dem vorderen Glassubstrat unter einer transparenten ITO Elektrode plaziert. Jedes Licht, das durch diese Filter dringt, nimmt die Farbcharakteristik des primären oder Subpixels an. Die Herausforderung für die Erzeuger von Flachbildschirmen liegt im Design eines Systems, das die Anzahl der Graustufen in Bezug zu der möglichst größten Anzahl der darstellbaren Farben maximiert.


2.1.3 Polarisationsmodi und Farbdisplays Ein Teil zur Erzeugung eines Farbdisplays involviert die Ausrichtung der polarisierten Elemente. Es sind, abhängig von der Orientierung der Polarisatoren, zwei Typen von Betrachtungsmodi möglich: „gewöhnlich hell“ oder „gewöhnlich dunkel“. In der „gewöhnlich hell“ Ausrichtung im twisted-nematic, deselektierten Zustand übertragen die RGB Pixel das Hintergrundlicht als weißes Licht. Die Bilder werden durch das Selektieren von Pixeln erzeugt, um die Übertragung von bestimmten Farben oder Farbtönen einzuschränken. Dies ist der bevorzugte Modus bei Flachbildschirmen und Uhren. In der „gewöhnlich dunkel“ Orientierung werden die Bilder durch Selektieren von Pixeln erzeugt, die dadurch verschiedene Frequenzen des Lichtes durch das Display lassen. Dieser Modus wird in Autouhren und instrumentalen Displays verwendet.

2.2 Techniken der Adressierung LCDs können, abhängig von der Adressierung der einzelnen Pixel, in zwei Basistypen unterteilt werden: aktiv-matrix und passiv-matrix. Der Hauptunterschied zwischen ihnen ist, daß aktiv-matrix adressierte Displays eine bessere Performance haben, dafür aber die Kosten des Materials und der Ausstattung erhöhen.

2.2.1 Passiv Matrix LCDs Wie schon in Sektion 1.2.1 angesprochen wurde, werden passiv-matrix Displays einfach aus Reihen- und Spaltenelektroden aufgebaut, die sich überlappen und einen Pixel bilden. Da die Moleküle von Flüssigkristallen auf die erhaltene Effektivspannung reagieren, gibt es eine grundlegende Grenze für die Anzahl von Displayzeilen, die mit diesem Schema adressiert werden können. Mit der Erhöhung der Zeilenanzahl verkürzt sich die Zeit, die der Spannungsimpuls zu deren Adressierung braucht, proportional. Schließlich wird ein Punkt erreicht, wo das Kontrastverhältnis (die Differenz zwischen einem hellen und dunklen Display) ein unzulässiges Minimum erreicht. Andere Konstruktionen, wie jene bei super-twisted-nematic Displays, erweitern diesen Punkt, aber auch sie haben ihre Grenzen. Abbildung 12 zeigt eine ausgewählte Spannung, die an einem Kreuzungspunkt in der zweiten Zeile und dritten Spalte eines monochromen Displays anliegt. Die Moleküle der Flüssigkristalle, die sich in dem von einer Zeile und Spalte begrenzten Bereich befinden, reagieren auf die Spannung, indem sie ihren twisted-namatic Zustand verlassen. Dies erzeugt einen Pixel, das sich von seiner Umgebung abhebt. Abhängig von der Orientierung des Polarisators kann es weiß auf schwarz oder schwarz auf weiß sein.


Abbildung 12. Adressierung einer passiv-matrix Zelle

2.2.2 Aktiv-Matrix Flüssigkristall Displays (AMLCDs) Bei dieser Methode wird ein Pixel nicht durch gegenseitige Zeilen- und Spaltenelektroden geformt, sondern indem die vertikalen Spuren zu Daten- oder Quelleitungen und die horizontalen Zeilen zu Scanleitungen werden, die ein schaltendes Element, genannt Thin Film Transistor (TFT), adressieren. Wegen der niedrigen Arbeitstemperatur des Halbleiters und des geringen Strombedarfes von LCDs, wird für TFTs meist amorphes Silizium verwendet. Wie in Abbildung 13 dargestellt, belegt der TFT einen kleinen Teil eines Subpixel Elementes. Der Effekt der Spannung der Scanleitung ist die Schließung des Schalters auf dem TFT, der eine Datenleitung mit einem Subpixel verbindet und die Spannungen der Elektrode zuführt. Um den Schalter zu öffnen, wird die Spannung der Abtastleitung reduziert, womit die voreingestellte Spannung über dem Subpixel für die Dauer eines Zeitrahmens erhalten bleibt. So ist der Abtastimpuls für die gesamte Zeit nicht physikalisch beim Pixel. Dieser besitzt immer noch eine einheitliche, ununterbrochene steuernde Spannung. Deswegen können AMLCDs die fünffache Schaltgeschwindigkeit und eine höhere Größenordnung im Kontrastverhältnis als passiv Matrix Displays zur Verfügung stellen.


Abbildung 13. Aktiv-Matrix LCD Adressierung.

3 Silicon Graphics Technologie

3.1 Unterschied zwischen LCD und CRT Technologie Benutzer, die CRT Schirme gewöhnt sind, werden bemerken, daß die Flachbildschirme mit Flüssigkristall Technologie ersichtliche Unterschiede aufweisen. Diese Unterschiede haben mit der Art der Adressierung, der Art des Designs, der Art wie die Farben dargestellt werden und wie die Daten übertragen werden zu tun.

3.1.1 Adressierung Bei einem LCD ist der mürbe dargestellte Text das erste, was ein Benutzer bemerkt. Ein CRT Pixel wird durch einen Elektronenstrahl geformt, der den Schirm abfährt. Somit leuchtet ein Pixel, wenn ihn der Elektronenstrahl trifft und verschmiert mit anderen, wenn der Strahl sich weiter bewegt. Ein Pixel eines Flachbildschirmes wird durch die Kombination von Lichtventilen und Farbfiltern erzeugt, die einen extrem scharfen Subpixel produzieren. Man kann diese roten, grünen und blauen Subpixel mit einer kleinen Lupe leicht sehen und verifizieren, daß alle die gleiche Tönung und Sättigung besitzen.

3.1.2 Flimmerfreier Refresh Ein weiterer Unterschied ist der Wegfall des Flimmerns beim LCD Schirm. CRTs flimmern, weil der Elektronenstrahl einer primären Farbe zu einer bestimmten Zeit nur an einem Ort


sein kann. Der Schein des Phosphors hängt von der Persistenz ab, die den Phosphor für wenige Millisekunden zum Aussenden von Licht veranlaßt, nachdem der Elektronenstrahl sich weiterbewegt hat (Persistenz ermöglicht die CRT Technologie). Dennoch beginnt das Licht schnell abzuflauen, was das Flimmern verursacht. In einem aktiv-matrix Display werden alle Pixel die gesamte Zeit betrieben. So schauen auch die Pixel sehr stabil aus, die ihren Wert nicht ändern.

Abbildung 14. Blockdiagramm eines Silicon Graphics 1600SW Flachbildschirm.

In einem CRT müssen diese Millionen von Subpixeln mehrfach pro Sekunde durch maximal 3 verfügbare Elektronenstrahlen aktualisiert werden. Nachdem ein Strahl einen Phosphorpunkt getroffen hat, hat dieser nur wenige Tausendstel Zeit, um zum selben Punkt zurückzukehren, bevor der Punkt seine Helligkeit drastisch verliert. Je mehr der Strahl den Punkt pro Sekunde erleuchten kann, desto stabiler und präziser erscheint das Bild. Für einen CRT ist eine Refreshrate von 72 Hz akzeptabel, während bei 60 Hz oder weniger die Schärfe des Bildes verloren geht. Wie wir schon in einem vorderen Abschnitt gesehen haben, werden die LCD Pixel nicht direkt adressiert, sondern durch eine Spannung von einzelnen Kondensatoren, die durch einen Zeilenscan aufgeladen werden. Die Moleküle der Flüssigkristalle erhalten diese Spannung während der gesamten Zeit eines Refreshzyklus und können so nie abglimmen. Weiters ist das Abtastsignal in LCDs für circa tausend Reihen zuständig, während der Strahl in CRTs typisch 1.3 Millionen Phosphorpunkte 60 bis 70 mal pro Sekunde treffen muß. Praktisch ergibt sich so kaum ein Unterschied zwischen einem Bild auf einem LCD, das mit 40 Hz oder einem das mit 60 bzw. 70 Hz dargestellt wird.

3.1.3 Flach und räumlich fixierte Konstruktion Es existiert ein bemerkbares Fehlen von Verzerrungen und Bewegungen in einem Bild, das auf einem Flachbildschirm dargestellt wird. Dafür, daß ein CRT das nicht erreichen kann, gibt es zwei Gründe: die Physik hinter der Glasröhrenerzeugung macht es unmöglich, diese flach zu gestalten und die Mechanik zur Kontrolle des Elektronenstrahls über einen großen Schirm macht es unmöglich, um auf dem gesamten CRT gerade Linien zu erhalten.


Weiters trägt zur Stabilität eines flachen Displays das Faktum bei, daß das Displayformat und folglich das Bild, das es wiedergibt, fix ist. Dem ist nicht so in einem CRT, wo das Bild während eines Frames an einem Ort sein kann und im nächsten Frame um ein Pixel verschoben ist, was von der äußeren Interferenz oder Adressierungsstabilität abhängt.

3.1.4 Digital zu Digital Daten Übertragung Das Display von Silicon Graphics kann 8 Bits pro Subpixel bei 16.7 Millionen Farben wiedergeben. Um die höhere Auflösung und die hohe Anzahl an Farben zu managen, muß der Pixel-Takt (Geschwindigkeit, mit der die Bilddaten vom Computer zum Display übertragen werden) mit der Akkurarität der zeitlichen und abgetasteten Information steigen. CRTs und viele andere Flachbildschirme benutzen eine analoge Methode, um die Daten zu übertragen. Damit werden die Bilddaten in Form von analogen Signalen übertragen, die den Elektronenstrahl lenken, während er auf die Oberfläche des CRTs schreibt. Der Nachteil dieser Methode tritt beim Sampling und Takten der Daten auf, wenn die CRTs versuchen eine höhere Auflösung zu fahren, da analoge Interfaces an instabilen Zeitinformationen leiden. Dies äußert sich in einer Abweichung des dargestellten Bildes von Frame zu Frame. Mit einem digitalen Interface werden die Daten vom Kontroller zeitlich gleichmäßig nummerisch kodiert. Die nummerischen Werte werden zu den einzelnen Pixeln gesendet, die den entsprechenden Farbwert annehmen. Die digitale Schnittstelle ist speziell für Flachbildschirme geeignet, bei denen das Format räumlich fix ist, das ein digitales Interface für ein digitales Display ist. Das Ergebnis ist eine Darstellung, die ruhig und flimmerfrei ist und das stundenlang betrachtet werden kann, ohne daß einem die Augen ermüden.

3.1.5 Magnetfeld Immunität Der Strahl von Elektronen, der die Oberfläche eines CRTs abtastet, wird durch ein präzises Magnetfeld. Minütliche Fluktuationen in diesem Feld können das dargestellte Bild zerstören. Im Gegensatz sind die Moleküle von Flüssigkristallen gegen magnetische Felder unempfindlich, weil sie mittels eines extrem kleinen Spannungsfeldes kontrolliert werden.

3.2 Optische Merkmale Dieser Abschnitt behandelt einige Schlüsseltechniken und Design Innovationen des Silicon Graphics 1600SW Monitors, welche die aktuellen Probleme der Displayindustrie erfolgreich lösen. Das Ziel der Technik ist, daß der Benutzer mit geringer Ermüdung, mit größerer Exaktheit und mehr Effizienz arbeiten kann. Und in der Implementierung dieser Technologien, die ein weites Ansichtsverhältnis, hochwertige Farben und räumliche Auflösung und einstellbare Balance inkludieren, war das Ziel die Erreichung einer kompromißlosen Lösung für die Ersetzung des CRTs durch ein digitales LCD.

3.2.1 Farbsättigung Farbsättigung ist proportional zu der Dicke der Farbfilterschicht. Jedoch verringert sich die durchgehende Lichtübertragung des Displays, wenn die Farbsättigung zunimmt. Schwach gesättigte Farben sind für eine reduzierte Farbpalette oder Skala gemacht, die als Prozentsatz des National Television System Committee (NTSC) Standards ausgedrückt wird. Farbskalen


für Laptop Displays und viele anderen Flachbildschirmen reichen von 40 Prozent bis etwa 55 Prozent.

3.2.2 Graustufen Die Anzahl der Graustufen, die ein LCD darstellen kann, ist ein Maß für die Güte der elektronische Adressierung. Be i Silicon Graphics Flachbildschirm wird jedes Subpixel mit 8 Bits adressiert, zugeführt durch eine digitale Spannungs-Amplitudenmodulation, die 256 Graustufen pro Primärfarbe liefern. Deshalb kann der Monitor 256(R) x 256(G) x 256(B) oder über 16700000 Farben darstellen, alle mit nur 4 mV Daten-Pixel-Spannung für jeden Subpixel.

3.2.3 Kontrast Verhältnis Der Kontrast von hellen und dunklen Gebieten eines LCD Schirmes können als Maß für Performance verwendet werden. Die Luminanz eines hellen unselektierten Bereiches dividiert durch die Luminanz dieses Bereiches im dunklen selektieren Zustand wird als Kontrast Verhältnis verstanden. Dieses Verhältnis ist bei dem Silicon Graphics 1600SW sehr hoch, etwa 350:1. Dieses photographisch exakte Instrument bewirkt, daß das menschliche Auge empfindlicher auf die Wellenlänge von grünem Licht reagiert als auf das Spektrum des roten Lichtes, und weiters empfindlicher auf die Wellenlänge von rotem Licht reagiert als auf das Spektrum des blauen Lichtes. Dies wird als tristimulus Reaktion bezeichnet. Jede Instrumentierung, die versucht das aktuelle Kontrast-Verhältnis zu repräsentieren, muß die Reaktionskurve simulieren (Abbildung 15).

Abbildung 15. CIE Photokurve.

3.2.4 Einstellbare weiße Balance Der Silicon Graphics 1600SW benutzt ein eigenes System, um die weiße Balance im Bereich von 5000 Kelvin bis 7000 Kelvin einzustellen. Das System funktioniert so, daß die Farbtemperatur des Hintergrundlichtes eingestellt werden kann, ohne die Anzahl der verschiedenen Graustufen einer primären Farbe zu vermindern. Dies bringt dem Benutzer


eine gänzlich neue Dimension der Farbkontrolle. Gesteuert werden die Einstellungen mittels eines On-Screen Panels oder einer Kalibrierungssoft- und Hardware. Dabei ergibt sich eine Genauigkeit von 25 Kelvin. Abbildung 16 zeigt, daß dieses Utility eine Ortskurve erzeugt, die jener des Tageslichts sehr nahe kommt.

Abbildung 16. Einstellbare weiße Banlance.

3.3 Optische Herausforderungen Wie der Name „Flüssigkristall“ schon impliziert, besitzen diese Materialien viele Eigenschaften von festen Kristallen, während sie sich auch wie Flüssigkeit bewegen und fließen können. In einem kristallinen Material kann die Geschwindigkeit des Lichtes, das durch sie dringt, sehr unterschiedlich sein. Sie hängt von der Richtung des durchdringenden Lichtes und der Ausrichtung der Polarisation des Materials relativ zu seinen kristallinen Achsen ab. Diese Eigenschaft stellt für die Entwickler von Flachbildschirme neue Herausforderungen dar, die nachfolgend genauer beschrieben werden.


3.3.1 Blickwinkel Der einzige Bereich, in dem die CRTs gegenüber den LCDs einen Vorteil besitzen, ist deren ausgezeichneter Blickwinkel. Wenn der Elektronenstrahl einen Phosphorpunkt trifft, sendet dieser Licht aus. Ein solcher Phosphorpunkt ist eine Ansammlung von Kristallteilchen an der Innenseite des CRTs, die ziemlich lose mittels elektrophoretischen Montagetechniken angebracht werden und, auf eine hohe Temperatur erhitzt, in das Glas gesintert werden. Von der Betrachtungsseite her hat die Phosphorschicht eine diffuse Oberflächenstruktur, die es zu einem Lambertschen Lichtemitter macht, wenn es von einem energetischen Strahl getroffen wird. Damit schaut das Bild, egal aus welchem Winkel man es betrachtet, immer gleich aus. Im Gegensatz dazu senden Displays aus twisted-nematic Flüssigkristallen kein Licht aus, sondern müssen dieses von einer Hintergrundlicht-Quelle erhalten und entlang ihrer molekularen Achsen leiten. Dabei liegt es an der molekularen Struktur, daß mehrere Fehler bemerkt werden. Diese Fehler ergeben sich durch die dreidimensionale Charakteristik des Brechungsindexes von twisted-nematic Displays. Die Änderungen des Brechungsindexes eines Materials, der von der Richtung des durchdringenden Lichtes abhängt, wird Doppelbrechung genannt. Speziell hat Licht eine positive Doppelbrechnung, wenn es durch die Schicht aus Flüssigkristallen dringt. Daraus resultiert eine signifikante Abhängigkeit des Kontrastverhältnisses vom Betrachtungswinkel. In dem Abschnitt „Optische Lösungen“ werden mehrere Methoden diskutiert, die diesen Effekt korrigieren.

3.3.2 Pixel Fehler im Aus-Zustand Es gibt eine Frag zu Flachbildschirmen, die mit luminöser Kopplung von benachbarten primären Farbkanälen und Farbverschiebungen bei gering leuchtenden Graustufen zu tun hat. Diese Probleme werden durch Streuverluste bei Pixeln, die sich im Aus-Zustand befinden, verursacht. Dagegen hat Silicon Graphics eine schwarze Cr/CrOx Maske am vorderen Farbfilter in den Bereichen zwischen den Farbfiltern der roten, blauen und grünen Subpixeln angebracht. Diese Maske versteckt den Effekt der Flüssigkristall Moleküle, wenn diese sich selbst an der ungleichmäßigen Topologie des TFT Gerätes und an den Gate und Sourceleitungen orientieren. Bezeichnet wird der Effekt als Disklination, der durch gestreutes Licht an den Pixelenden zu Kontrastverlusten führen kann. Ein weit größeres Problem kann durch das Restlicht entstehen, das von den Pixeln im Aus-Zustand ausgesendet wird und eine große Wirkung auf die Farbwerte von benachbarten Pixeln haben, die sich im An-Zustand befinden und eine niedrige Graustufe darstellen. Im Aus-Zustand beträgt die Luminanz von dunklen Pixeln immer noch bis zu 0.6 cd/m2 (Candela/Quadratmeter), was in dunklen Umgebungen auffallen würde.

3.4 Optische Lösungen

3.4.1 In-Plane Switchting In-Plane Switching (IPS) ist eine LCD Konstruktion, die gewöhnlich von Monitorerzeugern verwendet wird, um einen breiteren Betrachtungswinkel zu erhalten. Hier werden die Moleküle der Flüssigkristalle zwischen die Elektroden geschaltet, die mehr in der Ebene (in the plane) der Zelle liegen als zwischen Elektroden, die an zwei gegenseitigen Glasplatten liegen. Normalerweise ist das eine gute Gegenmaßnahme gegen Effekte der Doppelbrechung,


doch treten bei der IPS Methode Probleme in den anderen Bereichen der LCD Technologie auf. Dies sind folgende: 1) Antwortzeit: Die Antwortzeit wird in der Industrie definiert durch die Zeit, die eine

Gruppe von Flüssigkristallmolekülen benötigt, um auf eine eingestellte Spannung für die Dauer eines Frames zu reagieren und dann wieder zu 10 Prozent des entspannten Zustandes zurückzukehren. Typische Werte des Silicon Graphics 1600SW liegen hier bei weniger als 40 mS.

2) Druchlässigkeit : Sie ist der Prozentanteil an der gesamten Luminanz des Hintergrundlichtes, die durch das LCD an den Betrachter übertragen wird. Der typische Wert für die Silicon Graphics 1600SW mit twisted-nematic Konstruktion beträgt 4.1%. Das bedeutet, daß die 4 CCF Lampen zur Erzeugung einer Monitor Helligkeit von 235 Nits ein Hintergrundlicht von 5700 Nits liefern müssen. Flachbildschirme mit gleicher Pixeldichte, aber mit IPS Konstruktion, haben jedoch eine halb so große Durchlässigkeit und benötigen daher bis zu 10 CCF Lampen, die über 11000 Nits erzeugen und auch doppelt soviel Strom benötigen.

3.4.2 Aufgespannte optische Kompensationsschicht Bei bewegten Bildern erweitern aufgespannte Schichten zur Kompensation der positiven Doppelbrechung nicht nur den Betrachtungswinkel, sondern ermöglichen auch die Bewegung von Bildern bei 30 Frames pro Sekunde. Wie schon im Abschnitt 2.1 erläutert wurde, werden durch das Anlegen einer Spannung an ein Pixel oder eine Gruppe von Pixeln die betroffenen Moleküle aus ihrem gedrehten Helixzustand herausgedrückt. In diesem An-Zustand sollten alle Moleküle senkrecht auf die Feldelektroden stehen. In der Praxis sind die Moleküle einen Winkel weniger als senkrecht ausgerichtet, speziell wenn sie nur einen Teil der verfügbaren Spannung zur Darstellung einer Graustufe erhalten. Dies verursacht eine Lichtausbreitung entlang der molekularen Kette und eine unterschiedliche Doppelbrechung auf dem Display unter verschiedenen Betrachtungswinkeln, was dem Benutzer als Kontraständerungen oder Farbverschiebungen im dargestellten Bild auffällt. Weil die Kompensationsschicht optisch negativ ist und mit seinen Achsen auch senkrecht auf das Substrat steht, kann sie diese Verzerrungen aufheben. Wie in Abbildung 17 dargestellt, wird eine Schicht entlang zweier Achsen gespannt, um eine negative Doppelbrechungsschicht mit nx = ny > nz zu erhalten. Falls diese auf eine twisted-nematic Flüssigkristallzelle mit positiver Doppelbrechung gebracht wird, werden die Unterschiede in der Retardierung aufgehoben und ein Display mit nx = ny = nz erzeugt. Diese Technik verbessert die Ansichtscharakteristik eines Displays erheblich.

Abbildung 17. Gespannte optische Kompensationsschicht gegen Doppelbrechung.


Die aufgespannte optischen Kompensationsschicht korrigiert die Doppelbrechung und die Lichtverzerrung in der Zelle (Abbildung 18).

Abbildung 18. Kompensation der Doppelbrechung zur Erweiterung des Blickwinkels.

3.4.3 Gegenmaßnahmen gegen Pixelverlust Silicon Graphics hat zweierlei Gegenmaßnahmen: 1) Schichten mit negativer Doppelbrechung, wurden schon in Abschnitt 3.4.2 vorgestellt. 2) Die im Abschnitt 3.2.1 erwähnte Farbsättigung, bei der sehr dicke Farbfilterschichten

verwendet werden, um einen hohen Sättigungsgrad bei den Subpixeln zu erhalten. Diese hohe Sättigung minimiert den Einfluß der Farbkomponenten auf die Streuung bei benachbarten Subpixeln.

3.5 Ergonomie Silicon Graphics implementierte einige ergonomische Neuheiten in ihre Monitore, die den Benutzer seine Arbeit mit weniger Ermüdung, größerer Genauigkeit und reduzierten Kosten verrichten lassen.

3.5.1 Weites Ansichtsverhältnis Viele CRTs haben ein Ansichtsverhältnis von 1.25 : 1, Breite zu Höhen, bei 1280 x 1024 Pixeln Auflösung. Dem hingegen stellt Silicon Graphics mit dem Modell 1600SW ein Gerät zur Verfügung, das eine Auflösung von bis zu 1600 x 1024 Pixeln (1.6 : 1) fahren kann. Solch ein Ansichtsverhältnis können CTRs nicht erreichen, ohne die Konstistenz der Linien und graphischen Informationen, speziell in den Eck-Pixeln, zu opfern. Die Ursache liegt in den Scanstrahlen, die in einem CRT von einem Punkt ausgehen und sehr schiefwinklig strahlen müssen, um die äußeren Bereiches des Schirmes zu erreichen. Einige CRT Hersteller kompensieren dies durch die Erhöhung des Pixelabstandes in den Ecken, wodurch aber die


Linearität von geraden Linien leidet, was in Bildern mit uneinheitlichen Pixelabständen resultiert. Bei einem Flachbildschirm ist ein Pixel in der Ecke genauso einfach anzusprechen wie ein zentraler Pixel.

3.5.2 Pixelabstände Der Silicon Graphics 1600SW Monitor hat einen Pixelabstand von 0.231mm und eine eingebaute Anti-Aliasing Fähigkeit, welche die Stufen von Kurvenlinien und Textzeichen glättet. Bei einem CRT geht eine Verdoppelung des Punkteabstandes auf Kosten der Güte und der Genauigkeit des Elektronenstrahls, was die Augen des Benutzers mehr anstrengt und schneller ermüden läßt.

3.5.3 Flachbildschirm Viele CRTs sind gewölbt, um den Stauchungseffekt standzuhalten, da die Luft mit tausenden Pfunden gegen das Vakuum in der CRT Röhre drückt. Verwendet man das gleich große Ansichtsverhältnis (z.B. 1.6 : 1) für diese gewölbte Scheibe, so erhält man trotzdem verzerrte Texte, Linien und Bilder. Versucht der Benutzer den optimalen Blickwinkel auf einen bestimmten Bereich des CRTs zu finden, so entstehen in den anderen Bereichen Spiegelungen und Blendungen. Hingegen bei Flachbildschirmen stellt der Benutzer den Blickwinkel einmal ein und der gesamte Bereich des Schirmes ist gleich gut sichtbar.

3.5.4 Emissionen Von ihrer Natur her erzeugen CRTs Strahlen, die aber erheblich unter der Energie von Röntgenstrahlen liegen. Die CRT Strahlenkanonen produzieren Ströme von Elektronen von zehntausenden Volts. Als Gegenmaßnahme gegen biologische Zerstörungen verwenden die Röhrenerzeuger sehr bleihaltiges Glas, um schädliche Strahlen vom Benutzer fernzuhalten.

3.6 Bemerkungen zur Qualität

3.6.1 Pixeldefekte Hin und wieder können einzelne hellere Farbpunkte am Monitor auftauchen, die, egal wo das Bild am Schirm dargestellt wird, am selben Platz verbleiben. Das ist eine Anomalie der Technologie der Flachbildschirme, denn diese Punkte resultieren aus mikroskopischen Fehlern des Panels, welche zum Verkleben einer der roten, blauen oder grünen Komponenten eines Pixels im An-Zustand führen kann. Obwohl dies jede der primären Farben sein könnte, fallen helle grüne Punkte mehr auf, da das menschliche Auge auf diese Farbe sensitiver reagiert. Falls die Helligkeitsstörungen im Hintergrund eines dunklen Bildes erscheinen, schauen sie viel größer aus, obwohl sie nicht dicker sind wie ein menschliches Haar.

3.6.2 Die CIE Photo Kurve Diese Kurve wurde entwickelt, um die spektrale Sensitivität eines durchschnittlichen menschlichen Auges zu zeigen, die im gelb-grünen Bereich sehr spitz ist (Abbildung 15). Das Auge tendiert zuerst die mittleren Wellenlängen wahrzunehmen: diese erzeugen ein grünes


Aufsehen. Längere (rote) oder kürzere (blaue) Wellenlängen fallen hinter oder vor die Bildscheibe. Zusätzlich überträgt die menschliche Linse die Wellenlänge nicht gleich und absorbiert zweimal mehr in blauen Bereichen des Spektrums als in gelben oder roten Bereichen.

3.6.3 Hintergrundlicht CCF Lampen verlieren während ihrer ersten hundert Betriebsstunden sehr schnell an Helligkeit, dann klingt dieser Verlust allmählich ab. Faktoren, welche die Lebenszeit der Lampe beeinflussen, sind Strom und Gasdruck der Lampe, die Form des steuernden Signals und der Arbeitszyklus. Wenn die Leuchtkraft der Lampen abnimmt, wird es bei kälteren Temperaturen immer schwieriger das Plasma anzuregen, da die Quecksilberdotierung im Gas an den Wänden der Röhren kondensiert. Dagegen wird bei Silicon Graphics Monitoren die Versorgungsspannung der Röhren gegen Lebensende hin bemessen. Ohne einer solchen Einrichtung kann der Benutzer schon nach wenigen Monaten Fehler erkennen.


4 Glossar

4.1 Begriffe CRT: Englische Abkürzung für Cathode Ray Tube, deutsch Kathodenstrahlröhre, sie kommt in Fernsehgeräten und Monitoren zum Einsatz. Von einer Elektronenstrahlkanone werden Elektronen ausgesendet, die durch eine Maske auf eine Phosphorschicht auftreffen und dort Lichtpunkte entstehen lassen. Dot-Pitch: Bezeichnet die Größe eines Pixels. Kontrast: Gemessen wird das Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Punkt auf einem Monitor. Bei einem Verhältnis von 100:1 ist der hellste Bildpunkt hundertmal heller als der dunkelste. LCD: Englische Abkürzung für Liquid Cristal Display, entspricht Flüssigkristall-Display. Bei Farb-LCD-Displays werden zwei Techniken für die Farberzeugung verwendet: STN und TFT. Pixel: Englische Abkürzung für Picture Element. Bei Farbmonitoren besteht jedes Pixel aus drei Punkten – einem roten, einem grünen und einem blauen – die das Auge zu einem Bildpunkt zusammenfaßt. STN: Englische Abkürzung für Super Twisted Nematic. Beschreibt eine LCD-Technologie, bei der ein Gitter aus horizontal und vertikal verbundenen Drähten eingesetzt wird. An den Gitterschnittstellen befinden sich LCD-Elemente, die jeweils ein einzelnes Pixel darstellen, das Licht entweder durchläßt oder es blockiert. TFT: Englisch Abkürzung für Thin Film Transistor. Beschreib t eine LCD-Technologie, bei der jedes Pixel von ein bis vier Transistoren kontrolliert wird. Die Begriffe Aktivmatrix und TFT werden synonym verwendet. True Color: Angabe der Farbtiefe, bei der entweder 24 oder 32 Bit zur Darstellung jedes Pixels verwendet werden. 24 Bit Farbtiefe garantiert bereits die Darstellung von über 16 Millionen Einzelfarben..


4.2 Literaturquellen

4.2.1 Dokumente

Silicon Graphics 1600SW Flat Panel Monitor Wie schon in der Einleitung erwähnt, wurde diese Ausarbeitung vor allem anhand dieser Dokumentation erstellt. Das Dokument beinhaltet eine sehr detailierte Beschreibung der aktuell verwendeten Techniken für LCD Schirme.

C’T Artikel Schnelles Spiel (c’t 1998, Heft 24, Seite 120) Streitpunkt digital (c’t 1998, Heft 24, Seite 122) Szenentreffen (c’t 1998, Heft 14, Seite 47) Aus der neuen Welt (c’t 1998, Heft 6, Seite 230) Vom Fernseher zum Warhol (c’t 1998, Heft 1, Seite 28) Ende der Röhre (c’t 1996, Heft 9, Seite 164) Tafelbild (c’t 1995, Heft 4, Seite 104)

4.2.2 Internetseiten

http://151.189.12.43/DEUTSCH/PRODUCTS/MONITOR/TFTGUIDE/TFT.HTM TFT-Guide, der nützliche Informationen über die TFT und CRT Technologie vermittelt und weiter ein paar Anwendungsfälle behandelt.

http://www.fh-zwickau.de/~rweb/monpage/menumon.htm Enthält eine Zusammenstellung von Informationen über die Technik und Funktionsweise aller heute gängigen Monitortypen.

http://www.sozialnetz-hessen.de/ergo-online/arbeitsplatz/Hardware/G_Flachbildschirm.htm Öffentliche Internetseite, die nützliche Informationen über den allgemeinen Aufbau, aber auch detailierte Informationen über die Funktionsweise von LCD Schirmen beinhaltet.

http://www.zdnet.de/produkte/artikel/prph/199902/tft02_00-wc.html Ein paar Internetseiten, die nützliche Informationen über die LCD Technologie beinhalten.

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