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Messe 17 2000

Große, flache Bildschirme für HDTV, 4K oder 8K

 

Bildermacher

Eine kleine Geschichte der Bildschirme. Lange Zeit waren Bildschirme klein und sperrig, bis zum Ende des 20ten Jahrhunderts sollte das weitgehend so bleiben. Doch dann änderten sich die Dinge rapide. Die Welt stimmte sich mit der Jahrtausendwende langsam ein auf die neue Generation an Bildqualität im Fernsehen, auf HDTV. Neben der reinen Aufnahmetechnik, also den Kameras, sollte vor allem die Seite der Konsumenten darüber entscheiden, wie breit und wie schnell sich die neuen Standards in Form von Bildschirmgeräten durchsetzen würden. Zunächst kauften die Konsumenten zwar HD-taugliche Fernseher, doch viele sahen darauf noch immer SD, also das gute alte PAL. HD gab es in Deutschland nämlich zunächst nur über Kabel oder Satellit - wer klassisch über Antenne sein Bild empfing, war anfangs nur in SD unterwegs. Verbunden mit einem BluRay-Player stand dem HD-Vergnügen auch ohne Kabel oder Satellitenschüssel nichts mehr im Wege. Ganz gleich, ob normale oder hochauflösende Videobilder: Die Frage nach dem richtigen Bildschirm für Videozwecke stellt sich in jedem Fall. Inzwischen ist die hohe Auflösung längst Standard und man arbeitet an Verbesserungen im Bereich der Auflösung (4K, 8K) sowie der Dynamik (HDR)

 

Ursprünge

Um es gleich vorweg zu nehmen: Die ursprüngliche Technik, mit der man bewegte Bilder betrachtet hat, arbeitete anders, als Fernsehgeräte oder Flachbildschirme dies tun. Bei der Filmprojektion wird nämlich weißes Licht durch das farbige Filmmaterial gefiltert, wodurch je nach Bildinhalt ein entsprechender Helligkeits- und Farbeindruck entsteht. Dieses Verfahren nennt sich substraktive Farbmischung und bietet die bislang größte Palette an unterschiedlichen Farben an.

Bildröhren, Videobeamer oder TFTs in Fernsehgeräten arbeiten anders. Bei ihnen werden die Farbeindrücke durch winzige selbstleuchtende Elemente erzeugt, die aus den drei additiven Grundfarben Rot, Grün und Blau die gewünschte Farbe und Helligkeit erzeugen. Diese additive Farbmischung kann weniger Farben darstellen, als die Subtraktive.

 

LCD-Flachbildschirme

TFT

TFT: Die Hintergrundbeleuchtung (meist Fluoreszenslicht) wird durch zwei gegeneinander verdrehte Polarisationsfolien (im Bild: Blau) geschickt und unterwegs um 90 Grad gedreht. Zuletzt, nach dem zweiten Raster (rechte Seite), wird es je nach Pixel durch Farbfolie anders (RGB) eingefärbt.

Jeder kennt sie von Armbanduhren, Funkweckern, digitalen Küchenwagen und frühen Computerdisplays. Die Grundlage dieser Technik wurde bereits 1888 von einem Botaniker entdeckt, der feststellte, dass organische Stoffe bei wechselnden Temperaturen ihre optischen Eigenschaften änderten. Es waren, mehr als 80 Jahre später, zwei Schweizer Physiker, Schadt und Helfrich, die 1970 einen elektrooptischen Effekt entdeckten, auf dessen Prinzip dann 1973 in Japan die ersten Flüssigkristall-Displays (Liquid Crystal Displays, kurz LCD) hergestellt wurden. Diese waren in der Anfangszeit Schwarzweiß. Bei diesen Displays werden zwei ansteuerbare Polarisationsfolien um 90 Grad gegeneinander verdreht übereinander angebracht. Man kann durch Anlegen von Spannung gezielt einzelne Punkte (Pixel) auf diesen Folien um 90 Grad verdrehen. Liegt keine Spannung an, so wird das Licht durchgelassen (heller Leuchtpunkt), liegt Spannung an, so wird das Licht gesperrt (dunkler Leuchtpunkt).

Doch diese ersten Flachbildschirme hatten einige Nachteile: Der Kontrast war schwach, die Bildwechsel sehr träge und man hatte einen ungünstigen Betrachtungswinkel, musste also genau davor sitzen, um etwas sehen zu können. Sie besitzen nur jeweils am Rand eine Steuerelektronik, deshalb entstehen elektrische Felder zum Ausrichten der Kristalle nicht nur an den gewünschten Kreuzungspunkten der Matrix, sondern auch entlang der Leiterbahnen. Zudem sind sie aus diesem Grund träge.

 

TFT

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Gleiches Bildmotiv wie unten, auf einem TFT-Display

 

Um die Nachteile der LCD-Displays zu umgehen, entwickelte man TFT (Dünn-Film-Transistor)-Displays, bei denen für ein darzustellendes farbiges Pixel drei Transistoren notwendig sind. Bei einem Display mit 1280x1024 Auflösung werden so leicht 4 Millionen Transistoren verwendet. Die einzelnen Moleküle können punktgenau ihre Ausrichtung verändern und das von der Rückseite durchleuchtende Licht polarisieren. Damit kann man jeden einzelnen Bildpunkt praktisch an- oder ausschalten.

Insbesondere die hohen Ausschussraten bei der Herstellung der Displays haben deren Preise lange Zeit extrem hoch gehalten. Erst ab 2004 näherten sich die TFT-Displays preislich denen von Röhrenmonitoren an. Inzwischen werden keine Röhrenmonitore mehr hergestellt.

Vorteile der TFTs sind die geringere Bauform und das geringere Gewicht gegenüber Röhrenbildschirmen, die präzise Ansteuerung der einzelnen Pixel, welche ein scharfes Bild garantiert, und das Fehlen von Konvergenz- und Kissenfehlern, mit denen Bildröhren manchmal zu kämpfen hatten. Außerdem werden TFTs nicht durch Magnetfelder gestört. Sie verbrauchen deutlich weniger Energie und sind damit auch per Akkubetrieb zu versorgen.

 

TFT-Anschlüsse: Analog-Flachbildschirme arbeiten digital, analoge Signale wie SVGA oder FBAS (Composite) sowie S-VHS Video müssen erst digitalgewandelt werden. Das kann bei minderwertigen Wandlern zu Flimmern und Störungen führen.

TFT - Digitale Eingänge: Sie sind besser, es entfällt die unnötige Analog-Digitalwandlung und das Signal wird direkt verarbeitet. Gängige Standards: DVI-D für rein digitale Signale DVI-I für digitale und analoge Signale; für Auflösungen bis 1920x1200 Pixel und 60 Hz genügt Single Link; bei High-End-Displays für höhere Auflösungen wird Dual Link DVI benötigt; außerdem, und das ist der am weitesten verbreitete Standard, natürlich HDMI.

 

Nachteile: Im Gegensatz zu Röhrenmonitoren CRTs (Cathode Ray Tube) haben TFT-Displays eine festgelegte Bildschirmauflösung. Werden andere als diese dargestellt, so handelt es sich stets um interpolierte Darstellungen, die Qualität leidet darunter sichtbar. Es können Treppen an schrägen Linien entstehen und das Bild wird unschärfer. TFT-Bildschirme sind auch empfindlicher als Röhrenmonitore. Insbesondere die Oberfläche ist druckempfindlich. Werden die Polarisations- und Filterfolien zusammengedrückt, kann dies zu dunklen Flecken auf dem Display führen. Sie haben häufig auch Pixelfehler, allerdings erkennen die Hersteller in der Regel erst ab einer zweistelligen Zahl an Pixelfehlern dieses als Reklamation an.

 

Plasmabildschirme

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So hell und brilliant wie in Projektion: HD-Displays

 

Plasmadisplays boten ein sehr scharfes, helles Bild, sie hatten aber einen hohen Stromverbrauch und verboten damit mobile Anwendungen. Im Gegensatz zu LCD-oder TFT-Displays war der Sichtwinkel nicht eingeschränkt, sie boten saubere leuchtende Farben. Die Helligkeit war hoch, sie lag bei modernen Geräten bei 550 cd pro Quadratmeter. Aus diesem Grunde fand man sie häufig auf Messen, Konferenzen oder im Ausstellungsbereich.

Leider war der Punktabstand zwischen den Pixeln recht groß, feine Auflösungen ließen sich damit schlecht verwirklichen. Auf gewisser Entfernung waren sie aber visuell ansprechend. Die Technik war aber nicht zukunftsweisend; alle Hersteller haben sich von dieser Displaytechnik verabschiedet.

 

Die Bildröhre

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Die unterschiedliche Intensität von Rot, Grün und Blau erzeugt, wenn wir weit genug entfernt sind, bei einer Bildröhre einen flächigen, farbigen Bildeindruck.

 

Während bei einer Bildröhre der Elektronenstrahl mindestens 50 Mal in der Sekunde über die Phosphorschicht wandert und das Bild immer wieder neu aufbaut (Flimmern bei Frequenzen unter 75 Hz), bleibt beim TFT das Bild statisch - nur einzelne Pixelzustände werden verändert, das Bild ist flimmerfrei. Eine Bildröhre kann durch die Nähe zu einem starken Magnetfeld (Lautsprecher) beschädigt werden. Im Gegensatz zu Bildröhren, die in gewissen Grenzwerten wegen der Beschleunigung des Elektronenstrahls, eine elektromagnetische Strahlung abgeben, sind TFTs frei von Strahlen. Zudem waren TFT-Bildschirme träger als Bildröhren, besonders für Bewegtbilder, also Video und Fernsehen, sind die aktuellen Werte noch nicht so ideal. Die Farbwiedergabe und der Kontrast sind noch deutlich besser als die von TFTs. Diese bieten oft nur 18 Bit Farbtiefe, das sind 262144 Farben, teure TFTs erreichen 24 Bit (16,7 Millionen Farben). Röhrenmonitore konnten übrigens bis zu 32 Bit Farbtiefe darstellen.

OLED-Displays haben heute die beste Qualität.

 

Gegenwart und Zukunft

Längst arbeiten die Hersteller an neuen Display-Technologien, wie etwa den Polymer-Displays- der Bildschirm zum Zusammenrollen (E-Paper) rückt damit in greifbare Nähe. Neue, helle Leuchtdioden erlauben, ähnlich wie die Plasma-Technik, selbstleuchtende Displays mit hoher Farbsättigung und großem Betrachtungswinkel. Die sogenannten OLED-Displays erobern sich langsam den professionellen Bereich, großflächige Displays, Studiomonitore und TV-Geräte sind bereits auf dem Markt.