Ein farbiges Bild, welches auf einem Bildschirm dargestellt wird, setzt sich aus Millionen von kleinen Bildpunkten in verschiedenen Farben zusammen. Diese Bildpunkte werden Pixel genannt. Um die verschiedensten Farben zu ermöglichen, besteht jedes Pixel aus drei Subpixeln, einem roten, einem grünen und einem blauen. Diese strahlen in unterschiedlichen Helligkeiten und vermischen sich dadurch aus einer gewissen Entfernung betrachtet zu Licht einer bestimmten Farbe. Es existieren verschiedene Arten, um hochauflösende Anzeigen nach diesem Prinzip technisch zu bewerkstelligen. Im Folgenden sollen die derzeit gängigsten Methoden erklärt werden. Dazu gehören die Liquid-Crystal-Displays (LCD), die „quantumdotLEDs“ (QLED) und die „organic light emitting diodes“ (OLED).

 

Liquid Crystal Display

Ein LCD-Bildschirm nutzt die Polarisation des Lichtes. Die Theorie: Licht besteht aus Wellen, also aus Schwingungen, die sich räumlich ausbreiten. Lichtwellen können, im Gegensatz zu Wasser, nicht nur nach oben und unten schwingen, sondern auch zum Beispiel nach links und rechts. Die Richtung in die eine Lichtwelle schwingt, welche auch Polarisationsrichtung genannt wird, ist im Allgemeinen zufällig.

Leuchtet man mit einer Taschenlampe  auf einen sogenannten Polarisationsfilter, hat man dahinter nur noch Licht  mit einer Polarisationsrichtung, zum Beispiel nur nach oben und unten schwingendes Licht. Das restliche Licht wird nicht durch den Filter gelassen. Hält man nun einen zweiten Polarisationsfilter um 90° gedreht dahinter wird auch der Rest des Lichtes herausgefiltert. Von dem Taschenlampenlicht kann man also nichts mehr sehen.

Dies ist, grob gesagt, der Grundaufbau einer LC-Anzeige. Allerdings würde so kein Licht an der Vorderseite  des Bildschirmes ankommen. Der Trick ist, ein Bauteil zwischen den beiden gekreuzten Polarisatoren zu platzieren, welches die Schwingungsrichtung des Lichtes ändern kann. Somit würde Licht durch den zweiten Polarisator gelangen können und das Pixel leuchten. Genau dieses Bauteil ist ein „Liquid Crystal“, ein Flüssigkristall. Ein Flüssigkristall verformt sich, wenn man eine Spannung an ihn anlegt und kann durch die Strukturveränderung bewirken, dass die Polarisation des Lichtes rotiert. Man kann also mithilfe von Spannungsänderungen steuern,ob ein Pixel leuchtet oder nicht.

Zu beachten ist allerdings, dass das Display nicht selbstleuchtend ist. Man benötigt immer eine Hintergrundbeleuchtung, die dauerhaft angeschaltet ist. Nur die Lichtdurchlässigkeit der Anzeige wird variiert. Da die gekreuzten Polarisationsfilter dabei immer einen kleinen Rest an Licht durchlassen ist ein Pixel nie komplett schwarz, sondern immer ein wenig grau.

 

Quantum Dot Leuchtdiode (QLED)

Bei dieser Methode werden blau leuchtende LEDs genutzt, um Nanokristalle anzuregen. Blaues Licht ist dafür sehr geeignet, da es energiereicher als rotes oder grünes Licht ist. Diese Nanokristalle nennt man Quantum Dots oder deutsch Quantenpunkte. Sind diese Quantenpunkte angeregt, geben sie je nach ihrer Struktur Licht einer bestimmten Farbe ab. Mischt man verschiedene Kristalle kann man somit ein großes Farbspektrum abdecken. Blaue Leuchtdioden werden verwendet, da sie Licht mit hoher Energie liefern und damit in der Lage sind, Quantenpunkte mit allen möglichen Farben anzuregen. Quantenpunkte sind mit wenigen Nanometern deutlich kleiner als Leuchtdioden und erlauben somit eine Auflösung, die groß genug ist, um damit Bildschirme zu bauen. Bisher existieren jedoch noch keine marktreifen Produkte, die ausschließlich diese Technologie benutzen. Stattdessen werden Quantenpunkte verwendet, um sich die Farbfilter in LC-Displays zu sparen und kräftigere Farben zu ermöglichen.

 

Organische Leuchtdiode (OLED)

Der Grundbaustein einer Leuchtdiode, kurz LED für „light emitting diode“, ist ein Halbleiter. Halbleiter sind Stoffe, die aufgrund ihrer physikalischen Struktur in der Lage sind Energie, wie sie z. B. durch elektrischen Strom geliefert wird, in Licht umzuwandeln. In der Regel werden vor allem anorganische Halbleiter verwendet. Da es sich dabei um kristalline Festkörper handelt, ist es kaum möglich so kleine Strukturen zu ermöglichen, dass man aus ihnen die Pixel eines hochauflösenden Bildschirms bauen kann. Organische Halbleiter dagegen basieren auf einer anderen Funktionsweise. Für diese Materialien ist es nicht notwendig eine spröde Kristallstruktur aufzubauen. Man kann aus ihnen also sehr dünne, flexible Schichten von Leuchtdioden herstellen. Sie sind das gängige Mittel der Wahl, wenn man biegsame Bildschirme bauen möchte. Weil LEDs selbstleuchtend sind, kann man Displays ohne Hintergrundbeleuchtung bauen. Im Gegensatz zu LC-Displays ist dadurch ein schwarzes Pixel wirklich ausgeschalten und spart somit einerseits Strom und ist andererseits auch kräftig schwarz.

 

Im nächsten Beitrag werden wir Vor- und Nachteile der drei Methoden erläutern und auf die technologischen Grundlagen biegsamer Bildschirme eingehen.

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Das TEAM von LUK-DESIGN: Grafik & Design
Autor: Jan Kutschera
Redaktion: Edgar Kutschera