Displaytechnologien. Eine Übersicht und Anwendungen.

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

2 Vorstellung der wichtigsten Technologien und Einordnung der Begriffe
2.1 Cathode Ray Tube
2.2 Surface-Conduction Electron-Emitter Display
2.3 Liquid Crystal Display
2.3.1 Passiv Matrix Display
2.3.2 Aktiv Matrix Display
2.3.3 Andere Liquid Crystal Technologien
2.4 Light-Emitting Diode
2.4.1 Organic LED
2.4.2 Quantum Dot LED
2.5 Projektion
2.5.1 Digital Light Processing
2.5.2 LCD-Projektion
2.5.3 Liquid Crystal on Silicon
2.6 Laser
2.7 Plasma Display Panel
2.8 Field Emission Display
2.9 Nicht darstellende Technologien
2.9.1 Vikuiti Blickschutz
2.9.2 Touchscreen

3 Vorteile und Nachteile der wichtigsten darstellenden Technologien im Vergleich
3.1 Displaytechnologien im Home Entertainment
3.1.1 Vergleich zwischen CRT- und LCD-Bildschirmen
3.1.2 Vergleich zwischen LCD- und Plasma-Bildschirmen
3.1.3 Vergleich zwischen LCD, DLP und LCoS
3.2 Displaytechnologien im Office-Bereich
3.3 Mobile Endgeräte
3.4 Multitouch

4 Anwendungsfelder und Einsatzgebiete heute, morgen und übermorgen
4.1 Multitouch-Tables und -Displays
4.2 OLED-Handys und -Displays
4.3 Die digitale Litfasssäule
4.4 Digitale Bilderrahmen
4.5 LED- und Laser-Beamer
4.6 Displaytechnologie von Übermorgen

5 Fazit

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 – Braunsche Röhre

Abbildung 2 – Schematischer Aufbau einer TN Zelle

Abbildung 3 – LED Funktion pn-Übergang

Abbildung 4 – Funktionsübersicht OLED

Abbildung 5 – Aufbau 3LCD

Abbildung 6 – Aufbau Resonator

Abbildung 7 – a. Absorption von Energie b. induzierte Emission

Abbildung 8 – Funktionsweise PDP

Abbildung 9 – FED Aufbau

Abbildung 10 – Multitouch-Tables im Einsatz

Abbildung 11 – Interactive Table

Abbildung 12 – OLED

Abbildung 13 – digitale Litfasssäule

Abbildung 14 – Größenvergleich LED-Beamer mit Handy

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 – Vergleich CRT-Fernseher mit LCD-Fernseher

Tabelle 2 – Vergleich LCD-Display mit Plasma-Display

Tabelle 3 – Vergleich der Projektionstechnologien

Tabelle 4 – Vergleich CRT 19" mit TFT 17"

1 Einleitung

Seit den ersten bewegten Bildern, die die Zuschauer anzogen, bis hin zu den Plasma- und LED-Bildschirmen, ist die Entwicklung im multimedialen Bereich bis heute ungebremst. Fast täglich kommen Verbesserungen der bereits vorhandenen Technologien oder Neuerungen auf den Markt. Viele dieser Technologien können unser tägliches Leben erleichtern oder tun dies bereits und andere sind schlichtweg unnötig. Letztere verschwinden sehr schnell wieder vom Markt.

Das Ziel dieser Arbeit ist ein Grundverständnis der Technologien, der Anwendungen und Einordnungen der wichtigsten Begriffe. Des Weiteren sollen die Unterschiede zwischen den Technologien, sowie deren Vor- und Nachteile näher erläutert werden. Zum Schluss werden Anwendungen von Heute und Morgen, sowie mögliche Anwendungen von Übermorgen beschrieben.

Im zweiten Kapitel werden die Grundlagen der Technologien erklärt und abgegrenzt. Beginnend von der Braunschen Röhre bis hin zu den heutigen und zukünftigen Technologien wird auf die einzelnen darstellenden und nichtdarstellenden Technologien eingegangen. Dabei wird jeweils kurz jede Technologie erklärt, um ein Grundverständnis für die späteren Kapitel zu erlangen.

Im dritten Kapitel findet ein Vergleich zwischen den unterschiedlichen Anwendungen der Display-Technologien statt und es werden die Vor- und Nachteile aufgezeigt. Bei den Vergleichen kann auf Grund des unerschöpflichen Themas nur ein kleiner Vergleich vorgenommen werden, da dieser sonst den Rahmen sprengen würde.

Im vierten Kapitel werden die Anwendungen von Heute, Morgen und Übermorgen näher erläutert. Auch hier wurde auf Grund der Größe dieses Themengebietes die Auswahl der Anwendungen eingeschränkt. Im Bereich von Heute und Morgen werden daher nur Anwendungen aufgeführt, die neu auf dem Markt sind oder sich gerade etablieren. Im Bereich von Übermorgen, der geschätzte 6-10 Jahre beträgt, ist eine Einschätzung der möglichen Anwendungen, aufgrund des schnellen Wandels der Technik, nur sehr schwer möglich. Daher werden hier nur Anwendungen beschrieben, bei denen eine wahrscheinliche Chance auf Marktreife oder Weiterentwicklung besteht.

2 Vorstellung der wichtigsten Technologien und Einordnung der Begriffe

Es gibt eine Vielzahl von Technologien und Begriffen, die sich mit der visuellen Anzeige von Informationen befassen. Viele Begriffe sind nur als Abkürzung bekannt oder die Technologie die hinter dem Begriff steht, ist unbekannt. Alleine von den modernen Displays (engl. to display = anzeigen) ist die Braunsche Röhre seit über 100 Jahren im Einsatz.^[1]

2.1 Cathode Ray Tube

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 – Braunsche Röhre^[2]

CRT-Displays (engl. Cathode Ray Tube) basieren auf der Kathodenstrahlröhre oder allgemein Elektronenstrahlröhre. Eine Kathodenstrahlröhre besteht aus einer Kathode, einem Fokussier- und Beschleunigungssystem, dem Leuchtschirm und der Ablenkungseinheit, welche in einem mit Vakuum (materiefreier Raum) gefüllten Glaskörper integriert sind. Die Kathode emittiert einen Elektronenstrahl welcher im Fokussiersystem gebündelt wird. Der Elektronenstrahl passiert dann die Ablenkungseinheit, wo er horizontal und vertikal umgelenkt wird. Der mit Phosphoren beschichtete Leuchtschirm emittiert Photonen an der Stelle, an der der Elektronenstrahl den Leuchtschirm trifft (Kathodolumineszenz). Das Beschleunigungssystem sorgt dafür, dass der Elektronenstrahl mit einer bestimmten Geschwindigkeit den Leuchtschirm erreicht.^[3]

2.2 Surface-Conduction Electron-Emitter Display

Bei der SED-Technologie (Surface-Conduction-Electron-Emitter-Display) werden Elektronen gezielt auf die fluoreszierende Schicht aus Phosphoren emittiert. Die Menge der Elektronen-Emittern ist genauso groß wie die Menge der Bildpunkte. Die Elektronen werden im wenige Nanometer breitem Spalt (dem so genannten Nano-Slit) erzeugt.^[4]

2.3 Liquid Crystal Display

Bei LCDs (Liquid Crystal Display) werden eingeschlossene Flüssigkristalle durch eine elektrische Spannung entlang der Feldlinien ausgerichtet. Diese Ausrichtung verändert die optischen Eigenschaften des Bildschirms an dieser Stelle. Über eine Matrix werden die einzelnen Zellen des Displays angesteuert. Die Twisted Nematic Cell (TN Cell) ist die Zelle mit der größten Verbreitung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 – Schematischer Aufbau einer TN Zelle^[5]

Bei der TN-Zelle befindet sich zwischen zwei um 90° zueinander angeordnete Polarisationsfolien ein nematischer Flüssigkristall. Dieser Flüssigkristall bewirkt eine kontinuierliche Verdrehung des Lichtes von 90°, ohne angelegte elektrische Spannung. Beim Durchlaufen der Schicht wird das Licht elliptisch polarisiert (90° gedreht zur ersten Polarisationsfolie), ist nun parallel zur zweiten Polarisationsfolie und kann diese passieren. Die Zelle ist somit lichtdurchlässig (transparent). Wird eine Spannung an den Flüssigkristall angelegt, so richten sich die Kristalle parallel zum elektrischen Feld aus. Ab einer Schwellenspannung sind alle Flüssigkristalle in der Schicht, senkrecht zur ersten Polarisationsfolie ausgerichtet, ausgenommen der Übergangsbereiche. Dadurch wird die Polarisationsebene des Lichtes nicht mehr um 90° gedreht.^[6]

2.3.1 Passiv Matrix Display

Bei einer passiven Matrix wird das elektrische Feld für die TN-Zelle am Kreuzungspunkt von zwei Leiterbahnen erzeugt. Ein viel schwächeres Feld entsteht entlang der beiden Leiterbahnen und erzeugt Bildverfälschungen. Bei PM-Displays (Pasic Matrix Display) kommen die nachfolgenden TN-Zellen zum Einsatz.

Super-Twisted-Nematic: Bei dem Super-Twisted-Nematic (STN) beträgt die Verdrillung der Flüssigkristalle nicht 90°, wie bei TN, sondern 180° bis 270° (meist bei 240°). STN weist in Bezug auf Kontrast und Blickwinkel Vorteile gegenüber TN-Displays auf, allerdings entstehen durch Dichroismus Farbverschiebungen.

Double Super Twisted Nematic: Zwei um 270° zueinander gedrehte (eine 270° im Uhrzeigersinn, die andere 270° gegen den Uhrzeigersinn), aufeinander stehende STN nennt man Double Super Twisted Nematic (DSTN). Diese Anordnung kompensiert die Farbverschiebung der STN.

Triple Super Twisted Nematic: Das Kontrastverhältnis wird durch eine dritte

STN-Zelle weiter verbessert. Diese Anordnung hat die Bezeichnung Triple Super Twisted Nematic (TSTN).^[7]

2.3.2 Aktiv Matrix Display

Bei einer aktiven Matrix befindet sich an jedem Kreuzungspunkt ein Signalverstärker, welcher das elektrische Feld für die TN-Zelle erzeugt. Mit AM-Displays (Aktiv Matrix-Display) kann man größere Displays herstellen als mit PM-Displays.

Thin Film Transistor: Bei einem TFT-Display (engl. Thin Film Transistor, TFT) ist der Signalverstärker ein Dünnfilmtransistor, welcher einen einzelnen Pixel

(eine TN-Zelle) ansteuert. Der Transistor hält über einen Kondensator die Spannung aufrecht, der mit jedem Bildaufbau aufgefrischt wird.^[8] Da der Blickwinkel bei normalen TN-Zellen nicht optimal ist, sind verschiedene Verfahren entwickelt worden diesen zu verbessern:

2.3.3 Andere Liquid Crystal Technologien

Es gibt einige neuere Flüssigkristall-Technologien, welche nicht auf der TN-Zelle basieren.

In Plane Switching: Die Flüssigkristalle bei In Plane Switching (IPS) sind parallel in einer Ebene zur Bildschirmoberfläche angeordnet. Bei angelegter Spannung drehen sich die Flüssigkristalle in der Bildschirmebene anders als bei der normalen TN-Zelle.^[9]

Vertically Aligned: Die Flüssigkristalle sind bei der Vertically Aligned Technology (VA-Technology) senkrecht zur Polarisationsfolie und der Glasschicht angeordnet, wenn kein elektrisches Feld anliegt. In dieser Anordnung werden die Photonen der Hintergrundbeleuchtung absorbiert. Wird das elektrische Feld nun eingeschaltet, orientieren sich die Flüssigkristalle horizontal und das Licht kann den Kristall passieren.

Muli-domain Vertical Alignment: Muli-domain Vertical Alignment (MVA) ist eine Verbesserung der VA-Technology, bei der ein Pixel aus zwei oder mehr Domänen (Bereichen) besteht. In jeden dieser Bereiche orientieren sich die Flüssigkristalle anders. Dies wird durch Vorsprünge realisiert. Aus diesem Grund befinden sich die Flüssigkristalle nicht mehr 100% senkrecht zur Polarisationsfolie^[10]

Ferroelectric Liquid Crystal: Bei ferroelektrischen Flüssigkristallen

(engl. Ferroelectric Liquid Crystal, FLC) werden diese durch Anlegen eines elektrischen Feldes in der Smektischen Phase („Als smektisch werden flüssig-kristalline Phasen bezeichnet, in welchen parallelorientierte Moleküle in Schichten gepackt sind.“^[11] ) polarisiert. Die durch das elektrische Feld erzeugte Orientierung der Moleküle ist stabil. Somit ergeben sich je nach Feldrichtung zwei stabile Zustände.^[12]

Polymer Dispersed Liquid Crystal: Bei der Polymer Dispersed Liquid Crystal Technology (PDLC) verteilen sich in einem Polymer Tropfen von Flüssigkristall. Diese mikrometergroßen Tropfen, in der Wellenlänge des Lichts, orientieren sich bei Anlegen eines elektrischen Feldes in Richtung des Feldes. Wenn die Flüssigkristalltropfen in Feldrichtung ausgerichtet sind, lassen sie das Licht passieren.^[13]

2.4 Light-Emitting Diode

Eine Leuchtdiode (engl. Light Emitting Diode, LED) besteht aus den Halbleiterschichten p und n. Der Halbleiter der p-Schicht wurde so dotiert, dass er viele Löcher (fehlen von Elektronen) aufweist. Im Gegensatz dazu steht der Halbleiter der n-Schicht, der über einen Elektronenüberfluss verfügt. Die Grenzschicht zwischen den beiden Schichten ist neutral und dementsprechend eine Barriere. Die Elektronen überschreiten diese Grenze, wenn eine genügend große Spannung angelegt wird. Diese rekombinieren dann mit den Löchern auf der p-Schicht, wobei elektromagnetische Energie freigesetzt wird (siehe Abbildung 3). Diese Energie kommt von dem Potenzialunterschied zwischen Elektron und Loch. Die elektromagnetische Energie wird als Photon freigesetzt und hat je nach Halbleiter eine bestimmte Wellenlänge. Um anders farbiges Licht zu erzeugen, kombiniert man verschieden farbige LEDs oder die Photonen werden von Phosphoren in andere Wellenlängen umgewandelt.^[14]

Discrete LED: Bei Displays mit diskreten LEDs, sind einzelne LEDs zu einem großen Display vereinigt oder das Display hat nur wenige Segmente.

[...]

^[1] Vgl. Pichler (1997)

^[2] Vgl. Käser (2007)

^[3] Vgl. ITwissen_CRT (2007); chemie.de (2007); Hansen/Neumann (2005) S. 258

^[4] Vgl. SED (2007)

^[5] Vgl. Ponnath (1991)

^[6] Vgl. LCD (2007); Hansen/Neumann (2005) S. 259ff

^[7] Vgl. Rechenberger (1999) S.252

^[8] Vgl. Chalmers (2007)

^[9] Vgl. Liquid Crystals (2007)

^[10] Vgl. Koden (2007)

^[11] Wirth (2001) Seite 4

^[12] Vgl. Wirth (2001) Kapitel 3

^[13] Vgl. PLC (2007)

^[14] Vgl. Wyckoff (2007)