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Flüssigkristall-Display-TV (LCD-TV), Farb-TVs, die LCD-Technologie verwenden, um Bilder zu produzieren
Apr 21, 2017

LCD-Fernseher


Ein generischer LCD-Fernseher mit Lautsprecher auf beiden Seiten des Bildschirms

Flüssigkristall-Display-Fernseher ( LCD-TV ) sind Fernsehgeräte , die Flüssigkristall-Displays verwenden , um Bilder zu erzeugen. LCD-Fernseher sind dünner und leichter als Kathodenstrahlröhre (CRTs) ähnlicher Displaygröße und sind in viel größeren Größen erhältlich. Wenn die Herstellungskosten fielen, machte diese Kombination von Features LCDs praktisch für Fernsehempfänger.

Im Jahr 2007 übertrafen LCD-Fernseher den Verkauf von CRT-basierten Fernsehern weltweit zum ersten Mal, und ihre Verkaufszahlen im Vergleich zu anderen Technologien beschleunigen sich. LCD-TVs verdrängen schnell die einzigen großen Konkurrenten auf dem Großbild-Markt, dem Plasma-Display und dem Rückprojektionsfernsehen . LCDs sind bei weitem die am meisten produzierte und verkaufte TV-Display-Typ.

LCDs haben auch eine Vielzahl von Nachteilen. Andere Technologien adressieren diese Schwächen, darunter organische Leuchtdioden (OLED), FED und SED , aber ab 2014 hat keiner von ihnen eine breite Produktion für TV-Displays eingegangen.


Inhalt

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Beschreibung [ bearbeiten ]

Grundlegende LCD-Konzepte [ bearbeiten ]

LCD-Fernseher zu Hause zusammen mit PlayStation 3 und einigen anderen Geräten

LCD-Fernseher erzeugen ein schwarzes und farbiges Bild durch selektives Filtern eines weißen Lichts. Das Licht wurde durch eine Reihe von Kaltkathoden-Leuchtstofflampen (CCFLs) auf der Rückseite des Bildschirms bereitgestellt. Heute verwenden die meisten LCD-TV-Displays stattdessen weiße oder farbige LEDs als Hintergrundbeleuchtung. Millionen von einzelnen LCD-Rollläden, in einem Gitter angeordnet, offen und nah, um eine dosierte Menge des weißen Lichtes durch zu ermöglichen. Jeder Verschluss ist mit einem farbigen Filter gepaart, um alle außer dem roten, grünen oder blauen (RGB) Teil des Lichts von der ursprünglichen weißen Quelle zu entfernen. Jedes Shutter-Filter-Paar bildet ein einzelnes Subpixel . Die Subpixel sind so klein, dass, wenn die Anzeige von einer kurzen Distanz aus betrachtet wird, die einzelnen Farben zusammenfließen, um einen einzelnen Farbfleck zu erzeugen, ein Pixel . Der Farbton wird durch Ändern der relativen Intensität des durch die Subpixel verlaufenden Lichts gesteuert.

Flüssigkristalle umfassen einen breiten Bereich von (typischerweise) stabförmigen Polymeren, die sich natürlich in dünne, geordnete Schichten bilden, im Gegensatz zu der zufälligen Ausrichtung einer normalen Flüssigkeit . Einige dieser, die nematischen Flüssigkristalle , zeigen auch einen Ausrichtungseffekt zwischen den Schichten. Die jeweilige Richtung der Ausrichtung eines nematischen Flüssigkristalls kann eingestellt werden, indem man sie mit einer Ausrichtungsschicht oder einem Leiter , der im wesentlichen ein Material mit mikroskopischen Rillen darin ist, auf den Trägersubstraten in Kontakt bringt. Wenn sie auf einen Regisseur gestellt wird, richtet sich die Kontaktschicht mit den Rillen aus, und die oben liegenden Schichten werden sich dann mit den darunter liegenden Schichten ausrichten, wobei das Schüttgut die Ausrichtung des Regisseurs übernimmt. Im Falle eines Twisted Nematic (TN) LCD wird dieser Effekt unter Verwendung von zwei rechtwinklig angeordneten Registern verwendet, die eng mit dem Flüssigkristall zwischen ihnen angeordnet sind. Dies zwingt die Schichten, sich in zwei Richtungen auszurichten, wodurch eine verdrehte Struktur erzeugt wird, wobei jede Schicht in einem etwas anderen Winkel zu denjenigen auf beiden Seiten ausgerichtet ist.

LCD-Rolladen bestehen aus einem Stapel von drei primären Elementen. Auf der Unterseite und der Oberseite des Verschlusses sind Polarisatorplatten rechtwinklig eingestellt. Normalerweise kann Licht nicht durch ein Paar Polarisatoren, die auf diese Weise angeordnet sind, reisen, und die Anzeige wäre schwarz. Die Polarisatoren tragen auch die Regisseure, um die verdrehte Struktur zu schaffen, die mit den Polarisatoren auf beiden Seiten ausgerichtet ist. Wenn das Licht aus dem hinteren Polarisator herausfließt, folgt es natürlich der Verdrehung des Flüssigkristalls, wobei die Vorderseite des Flüssigkristalls durch den richtigen Winkel gedreht worden ist, der es ermöglicht, durch den vorderen Polarisator zu laufen. LCDs sind in dieser Betriebsart normalerweise transparent.

Um einen Shutter auszuschalten, wird eine Spannung von vorne nach hinten angelegt. Die stabförmigen Moleküle richten sich mit dem elektrischen Feld anstelle der Regisseure aus und verzerren die verdrehte Struktur. Das Licht ändert nicht mehr die Polarisation, wenn es durch den Flüssigkristall fließt und kann nicht mehr durch den vorderen Polarisator laufen. Durch Steuern der an den Flüssigkristall angelegten Spannung kann die Menge der verbleibenden Verdrehung gewählt werden. Dadurch kann die Transparenz des Verschlusses gesteuert werden. Um die Schaltzeit zu verbessern, werden die Zellen unter Druck gesetzt, was die Kraft erhöht, um sich mit den Regisseuren neu auszurichten, wenn das Feld ausgeschaltet wird.

Es wurden mehrere andere Variationen und Modifikationen verwendet, um die Leistung in bestimmten Anwendungen zu verbessern. In-Plane Switching- Displays (IPS und S-IPS) bieten breitere Betrachtungswinkel und bessere Farbwiedergabe, sind aber schwieriger zu konstruieren und haben etwas langsamere Reaktionszeiten. Vertikale Ausrichtung (VA, S-PVA und MVA) bieten höhere Kontrastverhältnisse und gute Ansprechzeiten, leiden aber an der Farbverschiebung, wenn sie von der Seite betrachtet werden. Im Allgemeinen arbeiten alle diese Anzeigen in ähnlicher Weise, indem sie die Polarisation der Lichtquelle steuern.

Adressierung von Subpixeln [ bearbeiten ]

Eine Nahaufnahme (300 ×) Ansicht eines typischen LCD, zeigt deutlich die Sub-Pixel-Struktur. Die "Kerbe" am unteren linken Teil jedes Subpixels ist der Dünnfilmtransistor. Die zugehörigen Kondensatoren und Adressierlinien befinden sich rund um den Shutter, in den dunklen Bereichen.

Um einen einzelnen Verschluss auf dem Display zu adressieren, wird eine Reihe von Elektroden auf den Platten auf beiden Seiten des Flüssigkristalls abgeschieden. Eine Seite hat horizontale Streifen, die Reihen bilden, die andere hat vertikale Streifen, die Spalten bilden. Durch die Versorgung einer Zeile und einer Spalte wird ein Feld an der Stelle erzeugt, an der sie sich kreuzen. Da eine Metallelektrode undurchsichtig wäre, verwenden LCDs Elektroden, die aus einem transparenten Leiter hergestellt sind, typischerweise Indiumzinnoxid .

Da die Adressierung eines einzelnen Verschlusses die Stromversorgung einer ganzen Zeile und Spalte erfordert, fließt ein Teil des Feldes immer in die umliegenden Fensterläden aus. Flüssigkristalle sind sehr empfindlich, und selbst kleine Mengen an ausgelaufenem Feld führen zu einem gewissen Grad an Umschaltung. Diese teilweise Umschaltung der umliegenden Rollläden verwischt das resultierende Bild. Ein weiteres Problem bei frühen LCD-Systemen waren die Spannungen, die erforderlich waren, um die Rollläden auf eine bestimmte Drehung zu stellen, war sehr niedrig, aber diese Spannung war zu niedrig, um die Kristalle mit einer angemessenen Leistung neu auszurichten. Dies führte zu langsamen Reaktionszeiten und führte zu leicht sichtbaren " Ghosting " auf diesen Displays auf schnell bewegten Bildern, wie ein Mauszeiger auf einem Computerbildschirm. Sogar Scrolling-Text, der oft als unleserliche Unschärfe dargestellt wurde, und die Schaltgeschwindigkeit war viel zu langsam, um als nützliches Fernsehdisplay zu verwenden.

Um diese Probleme anzugreifen, verwenden moderne LCDs ein aktives Matrixdesign . Anstatt beide Elektroden zu versorgen, wird ein Satz, typischerweise die Vorderseite, an einem gemeinsamen Boden befestigt. Auf der Rückseite wird jeder Verschluss mit einem Dünnfilmtransistor gepaart, der in Reaktion auf weit voneinander getrennte Spannungsniveaus, z. B. 0 und +5 Volt, einschaltet. Eine neue Adressierlinie, die Gateleitung , wird als separater Schalter für die Transistoren hinzugefügt. Die Zeilen und Spalten werden wie zuvor adressiert, aber die Transistoren sorgen dafür, dass nur der einzige Shutter am Kreuzungspunkt adressiert wird; Jedes ausgetretene Feld ist zu klein, um die umgebenden Transistoren zu schalten. Beim Einschalten fließt eine konstante und relativ hohe Ladungsmenge von der Sourceleitung durch den Transistor und in einen zugeordneten Kondensator . Der Kondensator wird aufgeladen, bis er die korrekte Steuerspannung hält, und zwar langsam durch den Kristall auf die gemeinsame Masse leckt. Der Strom ist sehr schnell und nicht geeignet für die Feinsteuerung der resultierenden Speicherladung, so dass die Pulscodemodulation zur genauen Steuerung des Gesamtflusses verwendet wird. Dies ermöglicht nicht nur eine sehr genaue Kontrolle über die Rollläden, da der Kondensator schnell gefüllt oder abgelassen werden kann, aber auch die Reaktionszeit des Verschlusses wird deutlich verbessert.

Erstellen einer Anzeige [ bearbeiten ]

Eine typische Verschlussanordnung besteht aus einem Sandwich aus mehreren Schichten, die auf zwei dünnen Glasscheiben aufgebracht sind, die die Vorder- und Rückseite des Displays bilden. Bei kleineren Displaygrößen (unter 30 Zoll (760 mm)) können die Glasscheiben durch Kunststoff ersetzt werden.

Das hintere Blatt beginnt mit einem Polarisationsfilm, der Glasscheibe, den aktiven Matrixkomponenten und Adressierungselektroden und dann dem Regisseur. Das vordere Blatt ist ähnlich, aber es fehlen die aktiven Matrixkomponenten und ersetzen diese mit den gemusterten Farbfiltern. Mit einem mehrstufigen Bauprozess können beide Blätter auf dem gleichen Fließband hergestellt werden. Der Flüssigkristall wird zwischen den beiden Blättern in einer gemusterten Plastikfolie angeordnet, die die Flüssigkeit in einzelne Verschlüsse unterteilt und die Blätter in einem genauen Abstand zueinander hält.

Der kritische Schritt im Herstellungsprozess ist die Abscheidung der aktiven Matrixkomponenten. Diese haben eine relativ hohe Ausfallrate, die diese Pixel auf dem Bildschirm "immer auf" macht. Wenn es genug gebrochene Pixel gibt, muss der Bildschirm verworfen werden. Die Anzahl der verworfenen Panels wirkt sich stark auf den Preis der daraus resultierenden Fernsehgeräte aus, und der deutliche Rückgang der Preisgestaltung zwischen 2006 und 2008 war vor allem auf verbesserte Prozesse zurückzuführen.

Um ein komplettes Fernsehen zu produzieren, wird die Blendeneinheit mit Steuerelektronik und Hintergrundbeleuchtung kombiniert. Die Hintergrundbeleuchtung für kleine Sets kann von einer einzigen Lampe mit einem Diffusor oder einem gefrosteten Spiegel geliefert werden, um das Licht zu verbreiten, aber bei größeren Displays ist eine einzelne Lampe nicht hell genug und die Rückfläche wird stattdessen mit einer Anzahl von separaten Lampen abgedeckt. Das Erreichen einer gleichmäßigen Beleuchtung über die Vorderseite eines ganzen Displays bleibt eine Herausforderung, und helle und dunkle Flecken sind nicht ungewöhnlich.

Vergleich [ bearbeiten ]

Ein 19 " Sony LCD Fernseher

Verpackung [ bearbeiten ]

In einer CRT wird der Elektronenstrahl durch Erhitzen eines Metallfilaments erzeugt, der Elektronen von seiner Oberfläche "kocht". Die Elektronen werden dann beschleunigt und in einer Elektronenkanone fokussiert und auf die richtige Stelle auf dem Bildschirm mit Elektromagneten gerichtet . Die Mehrheit der Macht Budget einer CRT geht in die Heizung der Faden, weshalb die Rückseite eines CRT-basierte Fernsehen ist heiß. Da die Elektronen leicht durch Gasmoleküle abgelenkt werden, muss das gesamte Rohr im Vakuum gehalten werden. Die atmosphärische Kraft auf der Vorderseite des Tubus wächst mit der Fläche, die immer dickeres Glas erfordert. Dies begrenzt praktische CRTs auf Größen um 30 Zoll; (76 cm) zeigten bis zu 40 Zoll (102 cm) produziert, wog aber mehrere hundert Pfund, und Fernsehen größer als diese mussten sich an andere Technologien wie Rückprojektion wenden.

Der Mangel an Vakuum in einem LCD-Fernseher ist einer ihrer Vorteile; Es gibt eine kleine Menge an Vakuum in Sets mit CCFL-Hintergrundbeleuchtung, aber dies ist in Zylindern angeordnet, die natürlich stärker sind als große flache Platten. Das Entfernen der Notwendigkeit für schwere Glasgesichter erlaubt LCDs viel leichter als andere Technologien. Zum Beispiel, der Sharp LC-42D65, ein ziemlich typischer 42-Zoll (106 cm) LCD-Fernseher, wiegt 55 lbs (25 kg) einschließlich eines Standes, [1] während das späte Modell Sony KV-40XBR800, ein 40 "( 102 cm) 4: 3 CRT wiegt eine massive 304 kg (138 kg) ohne Stand, fast sechsmal das Gewicht. [2]

LCD-Panels, wie andere Flachbildschirme , sind auch viel dünner als CRTs. Da die CRT den Elektronenstrahl nur durch einen kritischen Winkel biegen kann, während noch der Fokus beibehalten wird, muss die Elektronenkanone etwas Abstand von der Vorderseite des Fernsehers entfernt sein. In frühen Sätzen aus den 1950er Jahren war der Winkel oft so klein wie 35 Grad außerhalb der Achse, aber Verbesserungen, vor allem computergestützte Konvergenz, erlaubte es, dramatisch verbessert und spät in ihrer Evolution gefaltet zu werden. Trotzdem sind auch die besten CRTs viel tiefer als ein LCD; Der KV-40XBR800 ist 26 Zoll (66 cm) tief, [2], während der LC-42D65U weniger als 10 cm dick ist [1] - sein Stand ist viel tiefer als der Bildschirm, um Stabilität zu bieten.

LCDs können theoretisch in jeder Größe gebaut werden, wobei die Produktionsausbeuten die primäre Einschränkung sind. Da die Erträge anstiegen, wuchsen die üblichen LCD-Bildschirmgrößen von 14 "(35 cm) bis 30" (70 cm) bis zu 107 cm, dann 52 "(132 cm) und 65" (165 cm) Sätze Jetzt weit verbreitet.Dies erlaubte LCDs, um direkt mit den meisten in-Home-Projektions-Fernseher zu konkurrieren, und im Vergleich zu diesen Technologien Direct-View-LCDs haben eine bessere Bildqualität.Experiale und begrenzte Lauf-Sets sind mit Größen über 100 Zoll (254 cm ).

Effizienz [ bearbeiten ]

LCDs sind relativ ineffizient in Bezug auf den Stromverbrauch pro Displaygröße, da die überwiegende Mehrheit des Lichts, das auf der Rückseite des Bildschirms erzeugt wird, blockiert wird, bevor es den Betrachter erreicht. Um zu beginnen, filtert der hintere Polarisator über die Hälfte des ursprünglichen unpolarisierten Lichts heraus. Überprüfen Sie das Bild oben, können Sie sehen, dass ein guter Teil des Bildschirmbereichs von der Zellstruktur um die Fensterläden abgedeckt wird, die einen anderen Teil entfernt. Danach entfernt der Farbfilter jedes Subpixels die Mehrheit dessen, was übrig bleibt, um nur die gewünschte Farbe zu verlassen. Um schließlich die Farbe und die Leuchtdichte eines Pixels als Ganzes zu steuern, geht etwas Licht verloren, wenn man den vorderen Polarisator im eingeschalteten Zustand durch den unvollkommenen Betrieb der Rolladen durchläuft.

Aus diesen Gründen muss das Hintergrundbeleuchtungssystem extrem leistungsstark sein. Trotz der Verwendung hocheffizienter CCFLs verwenden die meisten Sets mehrere hundert Watt Leistung, mehr als nötig, um ein ganzes Haus mit der gleichen Technologie zu beleuchten. Als Ergebnis, LCD-Fernseher mit CCFLs am Ende mit insgesamt Stromverbrauch ähnlich wie eine CRT der gleichen Größe. Mit den gleichen Beispielen verteilt der KV-40XBR800 245 W, [2], während der LC-42D65 235 W abgibt. [1] Plasma-Displays sind schlechter; Die besten sind auf par mit LCDs, aber typische Sets zeichnen viel mehr. [3]

Moderne LCD-Sets haben versucht, die Stromverbrauch durch einen Prozess bekannt als "dynamische Beleuchtung" (ursprünglich eingeführt aus anderen Gründen, siehe unten). Dieses System untersucht das Bild, um Bereiche zu finden, die dunkler sind, und reduziert die Hintergrundbeleuchtung in diesen Bereichen. CCFLs sind lange Zylinder, die die Länge des Bildschirms laufen, so dass diese Änderung nur verwendet werden kann, um die Helligkeit des Bildschirms als Ganzes oder zumindest breite horizontale Bänder davon zu steuern. Dies macht die Technik nur für bestimmte Arten von Bildern geeignet, wie die Credits am Ende eines Films. Im Jahr 2009 haben einige Hersteller [4] einige TVs mit HCFL (mehr Power effizient als CCFL) gemacht. Setzt mit verteilten LEDs hinter dem Bildschirm, mit jeder LED-Beleuchtung nur eine kleine Anzahl von Pixeln, in der Regel ein 16 x 16 Patch, ermöglichen eine bessere lokale Dimmen durch dynamische Anpassung der Helligkeit von viel kleineren Bereichen, die für eine viel breitere Reihe von geeignet ist Bilder.

Ein weiterer fortlaufender Forschungsbereich ist die Verwendung von Materialien, die optisch Licht leiten, um so viel wie möglich das Signal wiederzuverwenden. Eine mögliche Verbesserung besteht darin, Mikroprismen oder dichromische Spiegel zu verwenden, um das Licht in R, G und B aufzuteilen , anstatt die unerwünschten Farben in einem Filter zu absorbieren. Ein erfolgreiches System würde die Effizienz um dreimal verbessern. Ein anderes wäre, das Licht zu leiten, das normalerweise auf undurchsichtige Elemente zurück in den transparenten Teil der Fensterläden fallen würde.

Mehrere neuere Technologien, OLED , FED und SED , haben einen geringeren Stromverbrauch als einen ihrer Hauptvorteile. Alle diese Technologien erzeugen direkt Licht auf einer Sub-Pixel-Basis und verwenden nur so viel Leistung wie diese Lichtstärke erfordert. Sony hat 36 "FED-Einheiten gezeigt, die sehr helle Bilder mit nur 14 W, weniger als 1/10 so viel wie ein ähnlich großformatiges LCD-Display zeigen. OLEDs und SEDs sind ähnlich wie FEDs in Power-Bedingungen. Die geringeren Leistungsanforderungen machen diese Technologien besonders interessant Low-Power-Anwendungen wie Laptop-Computer und Handys . Diese Art von Geräten waren der Markt, der ursprünglich bootstrapped LCD-Technologie, aufgrund seiner geringen Gewicht und Dünnheit.

Bildqualität [ bearbeiten ]

Ein Laptop-Fernseher für Reisende

Frühe LCD-Sets wurden weitgehend für ihre schlechte Gesamtbildqualität verspottet, vor allem das Ghosting auf schnell bewegte Bilder, ein schlechtes Kontrastverhältnis und schlammige Farben. Trotz vieler Vorhersagen, dass andere Technologien immer LCDs schlagen würden, haben massive Investitionen in die LCD-Produktion, Fertigung und elektronische Bildverarbeitung viele dieser Bedenken angesprochen.

Ansprechzeit [ Bearbeiten ]

Für 60 Bilder pro Sekunde Video, das in Nordamerika üblich ist, wird jedes Pixel für 17 ms beleuchtet, bevor es neu gezeichnet werden muss (bei 50 Bildern pro Sekunde, es ist 20 ms in Europa). Frühe LCDs hatten Reaktionszeiten in der Größenordnung von Hunderten von Millisekunden, was sie zum Fernsehen unbrauchbar machte. Eine Kombination von Verbesserungen in der Materialtechnologie seit den 1970er Jahren hat dies deutlich verbessert, ebenso wie die aktiven Matrixtechniken. Im Jahr 2000 waren LCD-Panels mit Reaktionszeiten um 20 ms relativ häufig in Computerrollen. Das war noch nicht schnell genug für den Fernsehen.

Eine wesentliche Verbesserung, die von NEC vorangetrieben wurde, führte zu den ersten praktischen LCD-Fernsehern. NEC bemerkte, dass Flüssigkristalle einige Zeit in Anspruch nehmen, um in ihre neue Orientierung zu gehen, aber schnell zu stoppen. Wenn die Anfangsbewegung beschleunigt werden könnte, würde die Gesamtleistung erhöht werden. Die Lösung von NEC bestand darin, die Spannung während der "Spin-up-Periode" zu erhöhen, wenn der Kondensator anfänglich aufgeladen wird, und dann auf normale Pegel zurückfallen, um ihn auf die erforderliche Spannung zu füllen. Eine gängige Methode besteht darin, die Spannung zu verdoppeln, aber die Pulsbreite zu halbieren und die gleiche Gesamtleistung zu liefern. Benannt "Overdrive" von NEC, ist die Technik jetzt weit verbreitet auf fast allen LCDs verwendet.

Eine weitere wesentliche Verbesserung der Reaktionszeit wurde durch das Hinzufügen von Speicher, um den Inhalt der Anzeige zu halten - etwas, was ein Fernseher muss sowieso tun, aber war nicht ursprünglich erforderlich in der Computer-Monitor- Rolle, die bootstrapped die LCD-Industrie. Bei älteren Displays wurden die Aktivmatrix-Kondensatoren zuerst entwässert und dann bei jedem Auffrischen auf den neuen Wert aufgeladen. Aber in den meisten Fällen ändert sich die überwiegende Mehrheit des Bildschirms nicht von Rahmen zu Rahmen. Durch das Halten der Vor- und Nach-Werte im Computerspeicher , das Vergleichen und nur das Zurücksetzen der tatsächlich geänderten Subpixel, wurde der Zeitaufwand für die Aufladung und das Entladen der Kondensatoren verringert. Außerdem werden die Kondensatoren nicht vollständig abgelassen; Stattdessen wird ihr vorhandener Ladungspegel entweder erhöht oder verringert, um dem neuen Wert zu entsprechen, der typischerweise weniger Ladungsimpulse erfordert. Diese Veränderung, die auf die Treiberelektronik isoliert und kostengünstig umgesetzt wurde, verbesserte die Reaktionszeiten um etwa zweimal.

Zusammen mit den fortgesetzten Verbesserungen der Flüssigkristalle selbst und der Erhöhung der Auffrischungsraten von 60 Hz auf 120 und 240 Hz fielen die Reaktionszeiten von 20 ms im Jahr 2000 auf ca. 2 ms in den besten modernen Displays. Aber auch das ist nicht wirklich schnell genug, weil das Pixel immer noch schaltet, während der Rahmen angezeigt wird. Konventionelle CRTs sind gut unter 1 ms, und Plasma- und OLED-Displays rühmen sich in der Größenordnung von 0,001 ms.

Ein Weg, um die effektive Bildwiederholfrequenz weiter zu verbessern, ist die Verwendung von "Super-Sampling", und es wird immer häufiger bei High-End-Sets. Da die Verwischung der Bewegung während des Übergangs von einem Zustand zum anderen auftritt, kann dies durch Verdoppeln der Bildwiederholfrequenz des LCD-Panels verringert werden und Zwischenrahmen mit verschiedenen Bewegungskompensationsverfahren aufbauen. Dies glättet die Übergänge und bedeutet, dass die Hintergrundbeleuchtung nur dann eingeschaltet wird, wenn die Übergänge abgewickelt werden. Eine Reihe von High-End-Sets bieten 120 Hz (in Nordamerika) oder 100 Hz (in Europa) Bildwiederholraten mit dieser Technik. Eine andere Lösung ist, nur die Hintergrundbeleuchtung einzuschalten, sobald der Verschluss vollständig geschaltet ist. Um sicherzustellen, dass die Anzeige nicht flackert, feuern diese Systeme die Hintergrundbeleuchtung mehrmals pro Auffrischung auf, ähnlich wie die Filmprojektion, wo sich der Verschluss mehrmals pro Rahmen öffnet und schließt.

Kontrastverhältnis [ bearbeiten ]

Auch in einem vollständig ausgeschalteten Zustand lassen Flüssigkristalle etwas Licht durch die Klappen lecken. Dies begrenzt ihre Kontrastverhältnisse auf ca. 1600: 1 auf die besten modernen Sets, wenn sie mit der ANSI-Messung gemessen werden (ANSI IT7.215-1992). Die Hersteller zitieren oft das Kontrastverhältnis "Full On / Off", das bei einem gegebenen Satz etwa 25% größer ist. [5]

Dieser Mangel an Kontrast ist bei dunkleren Szenen am deutlichsten. Um eine Farbe in der Nähe von Schwarz darzustellen, müssen die LCD-Fensterläden fast voll undurchsichtig sein, wodurch die Anzahl der diskreten Farben, die sie anzeigen können, begrenzt wird. Dies führt zu "posterizing" -Effekte und Bands von diskreten Farben, die in Schatten sichtbar werden, weshalb viele Rezensionen von LCD-TVs das "Schattendetail" erwähnen. [6] Im Vergleich dazu bieten die High-End- LED-TVs regelmäßige Kontrastverhältnisse von 5.000.000: 1.

Da die Gesamtmenge des Lichts, das den Betrachter erreicht, eine Kombination aus Hintergrundbeleuchtung und Schalung ist, können moderne Sets "dynamische Hintergrundbeleuchtung" oder lokale Dimmung verwenden , um das Kontrastverhältnis und die Schattendetails zu verbessern. Wenn ein bestimmter Bereich des Bildschirms dunkel ist, muss ein herkömmlicher Satz seine Fensterläden in der Nähe von undurchsichtig einstellen, um das Licht zu reduzieren. Wenn jedoch die Hintergrundbeleuchtung in diesem Bereich um die Hälfte reduziert wird, kann die Schalung um die Hälfte reduziert werden, und die Anzahl der verfügbaren Schalungsstufen in den Unterpixeln verdoppelt sich. Dies ist der Hauptgrund, warum High-End-Sets eine dynamische Beleuchtung bieten (im Gegensatz zu Energieeinsparungen, wie bereits erwähnt), so dass das Kontrastverhältnis über den Bildschirm drastisch verbessert werden kann. Während die LCD-Rolladen in der Lage sind, ein Kontrastverhältnis von 1000: 1 zu erzeugen, wird durch die Hinzufügung von 30 Stufen der dynamischen Hintergrundbeleuchtung auf 30.000: 1 verbessert.

Allerdings ist der Bereich des Bildschirms, der dynamisch eingestellt werden kann, eine Funktion der Hintergrundbeleuchtungsquelle. CCFLs sind dünne Röhren, die viele Zeilen (oder Spalten) über den gesamten Bildschirm aufleuchten, und das Licht wird mit Diffusoren verteilt. Die CCFL muss mit genügend Kraft angetrieben werden, um den hellsten Bereich des Teils des Bildes vor ihm zu beleuchten. Wenn also das Bild auf der einen Seite hell und auf der anderen Seite dunkel ist, kann diese Technik nicht erfolgreich verwendet werden. Displays hinterleuchtet durch volle Arrays von LEDs haben einen Vorteil, denn jede LED leuchtet nur ein kleines Patch vom Bildschirm. Dadurch kann die dynamische Hintergrundbeleuchtung auf einer viel breiteren Vielfalt von Bildern verwendet werden. Edge-beleuchtete Displays genießen diesen Vorteil nicht. Diese Anzeigen haben LEDs nur an den Kanten und verwenden eine Lichtleiterplatte, die mit Tausenden von konvexen Stößen bedeckt ist, die das Licht von den seitlich ablaufenden LEDs durch die LCD-Matrix und die Filter reflektieren. LEDs an kantenbeleuchteten Displays können nur global, nicht einzeln gedimmt werden. Aus Kostengründen haben die meisten LCD-Fernseher eine beleuchtete Hintergrundbeleuchtung.

Der massive On-Paper-Boost dieser Methode ist der Grund, warum viele Sets jetzt das "dynamische Kontrastverhältnis" in ihren Spezifikationsblättern platzieren. Es gibt weit verbreitete Debatte in der audiovisuellen Welt, ob oder nicht dynamische Kontrastverhältnisse real sind oder einfach Marketing sprechen. [7] [8] Die Fachleute bemerken allgemein, dass selbst die besten LCDs nicht mit den Kontrastverhältnissen oder tiefen Schwarzen von Plasmaanzeigen übereinstimmen können, trotz der Bewertung auf Papier, da sie viel höhere Verhältnisse haben. Doch seit 2014 gibt es keine großen Hersteller von Plasma-Displays links. Kontrastführer sind jetzt Anzeigen auf OLEDs basiert.

Farbskala [ bearbeiten ]

Die Farbe auf einem LCD-Fernseher wird durch Filtern einer weißen Quelle und dann selektives Verschieben der drei Primärfarben relativ zueinander erzeugt. Die Genauigkeit und Qualität der resultierenden Farben hängt also von der Hintergrundbeleuchtungsquelle und ihrer Fähigkeit ab, weißes Licht zu erzeugen. Die CCFLs, die in frühen LCD-Fernsehern verwendet wurden, waren nicht besonders weiß und tendierten dazu, am stärksten in Greens zu sein. Moderne Hintergrundbeleuchtung hat dies verbessert, und setzt häufig Zitat ein Farbraum, der ungefähr 75% des NTSC 1953 Farbskala bedeckt. Mit weißen LEDs als Hintergrundbeleuchtung verbessert dies weiter.

Im September 2009 gab Nanoco , ein britisches Unternehmen, bekannt, dass es eine gemeinsame Entwicklungsvereinbarung mit einem großen japanischen Elektronikunternehmen unterzeichnet hat, in dem es Quantenpunkte (QD) für den Einsatz in LED-Hintergrundbeleuchtungen in LCD-Fernsehern entwerfen und entwickeln wird. [9] Quantenpunkte werden für Displays geschätzt, weil sie Licht in sehr spezifischen Gaußschen Verteilungen emittieren. [10] Dies kann zu einer Anzeige führen, die die Farben, die das menschliche Auge wahrnehmen kann, genauer macht. Um weißes Licht zu erzeugen, das am besten als LCD-Hintergrundbeleuchtung geeignet ist, werden Teile des Lichts einer blau emittierenden LED durch Quantenpunkte in kleine Bandbreite grünes und rotes Licht umgewandelt, so dass das kombinierte weiße Licht eine nahezu ideale Farbskala ermöglicht Farbfilter der LCD-Anzeige. Darüber hinaus wird die Effizienz verbessert, da Zwischenfarben (Wellenlängen) nicht mehr vorhanden sind und nicht durch die RGB-Farbfilter des LCD-Bildschirms herausgefiltert werden müssen. US-Unternehmen QD Vision arbeitete mit Sony , um LCD-Fernseher mit dieser Technik unter dem Marketing-Label Triluminos im Jahr 2013 zu starten.

Auf der Consumer Electronics Show 2015 zeigten Samsung Electronics , LG Electronics , die chinesische TCL Corporation und Sony eine QD-verbesserte LED-Hintergrundbeleuchtung von LCD-TVs. [11] [12]

Geschichte [ bearbeiten ]

Ein LCD-TV hängt an einer Wand im Taipei World Trade Center während der Computex Taipei Show im Jahr 2008.

Frühe Bemühungen [ bearbeiten ]

Passive Matrix- LCDs wurden erstmals in den 1980er Jahren für verschiedene tragbare Computerrollen bekannt. Zu der Zeit kämpften sie mit Plasma-Displays auf dem gleichen Marktplatz. Die LCDs hatten sehr langsame Auffrischungsraten, die den Bildschirm auch mit Scrolling-Text verschwommen, aber ihr geringes Gewicht und niedrige Kosten waren große Vorteile. Bildschirme mit reflektierenden LCDs benötigten keine interne Lichtquelle und machten sie besonders gut für Laptop-Computer geeignet.

Auffrischungsraten von frühen Geräten waren zu langsam, um für das Fernsehen nützlich zu sein. Tragbare Fernseher waren eine Zielanwendung für LCDs. LCDs verbraucht weit weniger Batterieleistung dann sogar die Miniaturrohre, die in tragbaren Fernsehgeräten der Ära verwendet werden. Der früheste kommerziell hergestellte LCD-TV war der Casio TV-10, der 1983 hergestellt wurde. [13] Die Beschlüsse beschränkten sich auf die Standarddefinition , obwohl eine Reihe von Technologien auf die Grenzen dieser Norm drängten. Super VHS bot verbesserte Farbsättigung, und DVDs hinzugefügt höhere Auflösungen als gut. Sogar mit diesen Fortschritten waren Bildschirmgrößen über 30 "selten, da diese Formate bei normalen Sitzabständen blockiert erscheinen würden, wenn sie auf größeren Bildschirmen betrachtet wurden. Projektionssysteme waren in der Regel auf Situationen beschränkt, in denen das Bild von einem größeren Publikum betrachtet werden musste.

Trotzdem fanden in dieser Zeit einige Experimente mit LCD-Fernsehern statt. Im Jahr 1988 stellte Sharp Corporation den ersten kommerziellen LCD-Fernseher, ein 14 "-Modell mit aktiver Matrix-Adressierung mit Dünnschichttransistoren (TFT) vor, die in erster Linie als Boutique-Elemente für anspruchsvolle Kunden angeboten wurden und nicht auf den allgemeinen Markt ausgerichtet waren Zur gleichen Zeit konnten Plasma-Displays leicht die Leistung anbieten, die für eine qualitativ hochwertige Anzeige erforderlich ist, aber unter einer geringen Helligkeit und einem sehr hohen Stromverbrauch litt. Allerdings führte eine Reihe von Fortschritten zu Plasma-Displays überragende LCDs in Leistungsverbesserungen, beginnend mit Fujitsu's verbessert Bautechniken im Jahr 1979, Hitachis verbesserte Leuchtstoffe im Jahr 1984 und AT & T 's Beseitigung der schwarzen Flächen zwischen den Subpixeln Mitte der 1980er Jahre. Ende der 1980er Jahre waren Plasma-Displays weit vor der LCDs.

High-Definition [ bearbeiten ]

Es war die langsame Standardisierung von High-Definition-Fernsehen , das zum ersten Mal einen Markt für neue TV-Technologien produzierte. Insbesondere war das breitere 16: 9- Seitenverhältnis des neuen Materials schwierig mit CRTs zu bauen; Idealerweise sollte eine CRT perfekt kreisförmig sein, um am besten ihr internes Vakuum zu enthalten, und da das Seitenverhältnis rechteckiger wird, wird es schwieriger, die Röhren zu machen. Zur gleichen Zeit, die viel höheren Auflösungen diese neuen Formate angeboten wurden bei kleineren Bildschirmgrößen verloren, so CRTs konfrontiert die beiden Probleme zu werden immer größer und mehr rechteckig zur gleichen Zeit. LCDs der Ära waren noch nicht in der Lage, mit schnell bewegten Bildern fertig zu werden, besonders bei höheren Auflösungen, und ab Mitte der 1990er Jahre war das Plasma-Display das einzige echte Angebot im hochauflösenden Raum.

Durch die haltige Einführung von HDTV in der Mitte der 1990er Jahre in den frühen 2000er Jahren waren Plasma-Displays die primäre High-Definition-Display-Technologie. Allerdings haben ihre hohen Kosten, sowohl die Fertigung als auch auf der Straße, dazu geführt, dass ältere Technologien wie CRTs trotz ihrer Nachteile einen Fußabdruck behaupteten. LCD, wurde jedoch weithin als nicht in der Lage, in den gleichen Raum zu skalieren, und es wurde allgemein angenommen, dass der Umzug nach High-Definition würde es aus dem Markt ganz drücken.

Diese Situation änderte sich rasch. Im Gegensatz zum frühen Optimismus sahen Plasma-Displays die massiven Skaleneffekte , die erwartet wurden, und blieben teuer. Unterdessen begannen LCD-Technologien wie Overdrive, ihre Fähigkeit zu adressieren, um an Fernsehgeschwindigkeiten zu arbeiten. Anfänglich in kleineren Größen produziert, passend in den Low-End-Raum, den Plasmen nicht füllen konnten, begannen LCDs, die Skaleneffekte zu erleben, die Plasmen nicht erreichen konnten. Bis 2004 waren 32 "Modelle weit verbreitet, 42" Sets wurden immer häufiger und es wurden viel größere Prototypen gezeigt.

Marktübernahme [ bearbeiten ]

Obwohl Plasmen weiterhin eine anspruchsvolle Bildqualitätskante über LCDs und sogar einen Preisvorteil für Sets bei der kritischen 42 "Größe und größer, LCD-Preise begann fallen schnell im Jahr 2006, während ihre Bildschirmgrößen wurden mit einer ähnlich schnellen Rate zu erhöhen 2006 haben mehrere Anbieter 42 "LCDs angeboten, allerdings mit einer Preisprämie, die sich auf die einzige Festung des Plasmas stürzt. Mehr kritisch, LCDs bieten höhere Auflösungen und echte 1080p Unterstützung, während Plasmen bei 720p stecken, die sich für den Preisunterschied ausmachten. [14]

Vorhersagen, dass die Preise für LCDs schnell durch das Jahr 2007 fallen würden, führte zu einer "Wartezeit" -Haltung auf dem Markt, und der Verkauf aller Großbildfernseher stagnierte, während die Kunden beobachteten, ob dies geschehen würde. [14] Plasmen und LCDs erreichten Preisparität im Jahr 2007, an welcher Stelle die LCD-Auflösung war ein Gewinnpunkt für viele Verkäufe. [14] Ende 2007 war es klar, dass die LCDs während der kritischen Weihnachtsverkaufssaison Plasmen auslagern würden. [15] [16] Dies war trotz der Tatsache, dass Plasmen weiterhin eine Bildqualität Vorteil zu halten, aber wie der Präsident von Chunghwa Bild Tubes nach dem Herunterfahren ihrer Plasma-Produktionslinie, "Weltweit, so viele Unternehmen, so viele Investitionen , So viele Leute haben in diesem Bereich gearbeitet, auf diesem Produkt. So können sie sich so schnell verbessern. " [14]

Als die Verkaufszahlen für die Weihnachtszeit 2007 endlich übertroffen wurden, waren die Beamten überrascht, dass die LCDs nicht nur das Plasma, sondern auch die verkürzten CRTs im selben Zeitraum überspielen konnten. [17] Diese Entwicklung fuhr konkurrierende Großbildsysteme vom Markt fast über Nacht. Plasma hatte im Jahr 2005 Rückprojektionssysteme überholt. [18] Das gleiche gilt für CRTs, die nur noch wenige Monate dauerten; Sony beendete den Verkauf von ihrem berühmten Trinitron in den meisten Märkten im Jahr 2007 und schaltete die endgültige Anlage im März 2008. [19] Die Februar 2009 Ankündigung, dass Pioneer Electronics beendet Produktion der Plasma-Bildschirme wurde weithin als der Kipppunkt in der Technologie-Geschichte auch. [20]

Die Dominanz von LCD im Fernsehmarkt beschleunigte sich rasch. [14] Es war die einzige Technologie, die sowohl auf und ab in der Größe, sowohl die High-End-Markt für große Bildschirme in der 40 bis 50 "-Klasse, sowie Kunden, die ihre bestehenden kleineren CRT-Sets in der ersetzen 14 bis 30 "Bereich. Das Gebäude über diese breiten Skalen schnell schob die Preise auf der ganzen Linie. [17]

Im Jahr 2008 stiegen die LCD-TV-Sendungen im Vergleich zum Vorjahr um 33 Prozent gegenüber 2007 auf 105 Millionen Einheiten. [21] Im Jahr 2009 erhöhten sich die LCD-TV-Sendungen auf 146 Millionen Einheiten (69% von insgesamt 211 Millionen TV-Sendungen). [22] Im Jahr 2010 erreichten LCD-TV-Sendungen 187,9 Millionen Einheiten (von einer geschätzten Summe von 247 Millionen TV-Sendungen). [23] [24]

Aktuelle Serien der sechsten Generation von großen Herstellern wie Sony , Sharp Corporation , LG Display , Panasonic und Samsung haben angekündigt, größere Modelle:

  • Im Oktober 2004 kündigte Sharp die erfolgreiche Fertigung eines 65 "-Panels an.

  • Im März 2005 kündigte Samsung ein 82 "LCD-Panel an. [25]

  • Im August 2006 gab LG Display Consumer Electronics einen 100 "LCD-Fernseher [26]

  • Im Januar 2007 zeigte Sharp ein 108 "LCD-Panel unter dem Markennamen AQUOS bei CES in Las Vegas. [27]

Aktuelle Forschung [ bearbeiten ]

Einige Hersteller experimentieren auch mit der Erweiterung der Farbwiedergabe von LCD-Fernsehern. Obwohl die aktuellen LCD-Panels in der Lage sind, alle sRGB- Farben mit einer geeigneten Kombination von Backlight-Spektrum und optischen Filtern zu liefern, wollen die Hersteller noch mehr Farben anzeigen. Einer der Ansätze besteht darin, eine vierte oder sogar fünfte und sechste Farbe in der optischen Farbfilteranordnung zu verwenden. Ein weiterer Ansatz besteht darin, zwei Sätze von schmalbandigen Hintergrundbeleuchtungen (zB LEDs ) mit leicht unterschiedlichen Farben in Kombination mit breitbandigen optischen Filtern in der Tafel und alternierenden Hintergrundbeleuchtungen jedes aufeinanderfolgenden Rahmens zu verwenden. Die Verwendung der erweiterten Farbskala erfordert natürlich ein entsprechend aufgenommenes Material und einige Änderungen am Verteilungskanal. Andernfalls wäre die einzige Verwendung der zusätzlichen Farben, um den Looker die Farbsättigung des TV-Bildes über das hinauszugehen, was vom Produzenten beabsichtigt war, aber den ansonsten unvermeidlichen Detailverlust ("Burnout") in gesättigten Bereichen zu vermeiden.

Konkurrierende Systeme [ bearbeiten ]

Trotz der derzeitigen Dominanz des Fernsehfeldes von LCD gibt es noch einige andere Technologien, die sich mit ihren Mängeln auseinandersetzen. Während LCDs ein Bild erzeugen, indem sie selektiv eine Hintergrundbeleuchtung OLED , FED und SED blockieren, erzeugen sie direkt Licht auf der Vorderseite des Displays. Im Vergleich zu LCDs bieten alle diese Technologien bessere Blickwinkel, viel höhere Helligkeit und Kontrastverhältnis (so viel wie 5.000.000: 1) und bessere Farbsättigung und Genauigkeit und weniger Energie. In der Theorie sind sie weniger komplex und weniger teuer zu bauen.

Die tatsächliche Herstellung dieser Schirme hat sich als schwieriger erwiesen als ursprünglich gedacht. Sony hat im März 2009 ihr FED-Projekt aufgegeben, [28] aber die Arbeit an ihren OLED-Sets fortsetzen. Canon setzt die Entwicklung ihrer SED-Technologie fort, gab aber bekannt, dass sie nicht versuchen werden, auf absehbare Zukunft Sets auf den Markt zu bringen. [29]

Samsung hat OLED-Sets bei 14.1, 31 und 40 Zoll Größen für einige Zeit, und auf der SID 2009 Messe in San Antonio angekündigt, dass die 14,1 und 31 Zoll-Sets sind "Produktion bereit". [30]

Umwelteffekte [ bearbeiten ]

Siehe auch: Elektronische Abfälle

Die Herstellung von LCD-Bildschirmen verwendet bei der Herstellung der Dünnfilmkomponenten Stickstofftrifluorid (NF 3 ) als Ätzflüssigkeit. NF 3 ist ein starkes Treibhausgas , und seine relativ lange Halbwertszeit kann es zu einem potenziell schädlichen Beitrag zur globalen Erwärmung machen . Ein Bericht in Geophysical Research Letters schlug vor, dass seine Wirkungen theoretisch viel größer waren als besser bekannte Quellen von Treibhausgasen wie Kohlendioxid . Da NF 3 damals nicht weit verbreitet war, wurde es nicht Teil der Kyoto-Protokolle und wurde als "das fehlende Treibhausgas" angesehen. [31]

Kritiker des Berichts weisen darauf hin, dass es davon ausgeht, dass alle NF 3 produziert würde in die Atmosphäre freigegeben werden. In Wirklichkeit wird die überwiegende Mehrheit von NF 3 während der Reinigungsprozesse abgebaut; Zwei frühere Studien fanden heraus, dass nur 2 bis 3% des Gases nach der Verwendung der Zerstörung entweichen. [32] Darüber hinaus konnte der Bericht die Effekte von NF 3 nicht mit dem, was er ersetzt hat, vergleichen, Perfluorkohlenstoff , ein weiteres starkes Treibhausgas, von dem überall von 30 bis 70% im typischen Gebrauch in die Atmosphäre entweichen. [32]