Displays

Dieser Text wird vermutlich auf einem Display, bzw. Bildschirm oder Monitor angezeigt. Ob am Desktop-Computer, bei Laptops, bei Smartphones oder bei vielen anderen Gelegenheiten: Displays sind aus dem Leben nicht mehr wegzudenken. Hier erklären wir, was Displays sind, wie sie sich entwickelten und welche Display-Technologien es gibt.

Was sind Displays?

Der Begriff Display wird im deutschen Sprachgebrauch synonym mit Bildschirm, Anzeige oder Screen genutzt und bezieht sich auf ein elektronisches Gerät oder einen Bestandteil elektronischer Geräte, der Informationen darstellt. Dadurch dient ein Display bei einer technischen Anlage als Schnittstelle zum Nutzer, der Informationen über den aktuellen Zustand abrufen möchte. Displays oder Anzeigen können sowohl in mechanischer als auch in elektromechanischer und elektronischer Form auftreten.

Mechanische und elektromechanische Displays

Eine klassische und weit verbreitete Form von Anzeige ist die Tachonadel in einem Fahrzeug. Auch bei der Anzeige einer analogen Waage handelt es sich um eine mechanische Anzeige. Während im Fahrzeug die Drehzahl des Motors proportional auf einer Skala abgebildet wird, sorgt in der Waage eine verformbare Feder für die Einstellung des Zeigers. Elektromechanische Anzeigen setzten hingegen auf elektrisch angesteuerte mechanische Displays. Ein alltägliches Beispiel sind die Tafeln an vielen Flughäfen oder Bahnhöfen. Dort kommen heute in vielen Fällen allerdings elektronische Anzeigen zum Einsatz. Deren Geschichte beginnt mit der Entdeckung der Kathodenstrahlen.

Die Geschichte der Displays

Die Geschichte elektronischer Anzeigen geht bis in späte 19. Jahrhundert auf die Entdeckung der Kathodenstrahlen durch Julius Plücker zurück. Die Entwicklung der Entdeckung zu einer marktreifen Lösung sollte allerdings noch bis ins 20. Jahrhundert andauern. Anfang der 20er Jahre kam die Technologie erstmals für die elektronischen Anzeigen von Oszilloskopen zum Einsatz. Im Jahr 1925 zeigte Kenjiro Takayang eine entsprechende Röhre erstmals in einem Fernsehbildschirm. Rund zehn Jahre später standen erste Geräte, die ein schwarzweißes Bild zeigten, für Käufer zur Verfügung. 1954 folgten Röhren, die zur Darstellung eines farbigen Bildes in der Lage waren. Plasma-Displays für monochrome Bilder folgten in der Mitte der 60er Jahre. Zehn Jahre später folgten LCDs in Kleingeräten. In den 2000er Jahren setzte sich die Technologie bei Fernsehbildschirmen und Monitoren durch. Im Jahr 2007 folgt der erste Fernseher auf Basis der OLED-Technologie. Die technischen Hintergründe dieser Displays klären wir nachfolgend.

Funktion und Arten von Displays

Die Darstellung auf Bildschirmen kann durch ganz unterschiedliche Technologien erfolgen. Bis vor einigen Jahren setzten Fernseher und Computer-Monitore auf Röhrenmonitore. Enthusiasten nutzten Plasma-Fernseher. Heute sind bei den meisten Anwendern LCDs im Einsatz und OLED-Bildschirme stellen die hochqualitativere Alternative dar. Doch wie funktionieren LCDs und OLED-Fernseher? Nachfolgend werfen wir einen Blick auf die Funktionsweise der Technologien.

Kathodenstrahlröhrenbildschirme

Kathodenstrahlröhrenbildschirme oder kurz CRT (Cathode Ray Tube) funktionieren durch die Verwendung einer Röhre in Kombination mit drei Kathoden. Diese erzeugen Elektronenstrahlen für die Primärfarben, die durch weitere elektronische Bauteile so beeinflusst werden, dass am richtigen Punkt und in der passenden Stärke auf die Glasscheibe des Fernsehers treffen. Darüber hinaus wird der Strahl magnetisch über die Scheibe bewegt und baut dadurch das Bild auf. Die Bildwiederholfrequenz entscheidet darüber, wie häufig dieser (unsichtbare) Aufbau des Bildes erfolgt. Die Zuordnung der Strahlen erfolgt dabei durch eine vorgeschaltete Maske. Diese verhindert eine fehlerhafte Darstellung von Bildinhalten. CRT Displays sind heute weitestgehend Flüssigkristall- und OLED-Bildschirmen gewichen.  Die sogenannten Feldemissionsbildschirme konnten sich hingegen nicht durchsetzen.

Feldemissionsbildschirme

Das Funktionsprinzip von Feldemissionsbildschirmen, auch FED (Field Emission Display) genannt, folgt jenem der CRT Displays. Elektronenstrahlen erzeugen die Bildinhalte. Statt jedoch einen wandernden Strahl zum Bildaufbau zu nutzen, besitzt jeder Punkt einen eigenen. Dadurch lassen sich Bildinhalte lebensechter und reaktionsschneller wiedergeben. Das veränderte Funktionsprinzip bringt im Vergleich mit Röhrenbildschirmen auch eine deutlich schlankere Bauform. Entwicklungen der Technologie in jüngerer Zeit führten im Übrigen nicht zu Ergebnissen. Das Format scheiterte an anderen Technologien und hohen finanziellen Investitionen. Ganz anders sieht es bei Flüssigkristallbildschirmen, sogenannten LCDs aus.

Flüssigkristallbildschirme

Diese sind heute bei Computern, Fernseher und Smartphones weit verbreitet. Die namensgebenden Kristalle liegen auf einer Schicht zwischen zwei transparenten Elektroden und zwei Polarisationsfiltern. Dahinter liegt eine Beleuchtung, die bei Fernsehern heute meist aus LEDs besteht. Die Wellen des Lichtes werden durch einen der Polarisationsfilter in eine bestimmte Ausrichtung gebracht. Eine andere Ausrichtung beim zweiten Filter sorgt dafür, dass das Licht diesen nicht durchdringen kann. Durch die gezielte Steuerung der Flüssigkristallmoleküle lassen sich unterschiedliche Bildbereiche dunkel oder lichtdurchlässig schalten. Der schnelle Wechsel bei dieser Schaltung sorgt für die Entstehung der bewegten Bilder. Nicht auf Kristalle, sondern auf ionisiertes Gas setzen Plasmabildschirme.

Plasmabildschirme

Die Funktionsweise eines Plasma-Displays ist ähnlich der einer Leuchtstoffröhre. Im Inneren des Fernsehers befinden sich durchsichtige Reaktionskammern die mit Edelgasen wie Neon gefüllt sind, diese Gase werden ionisiert. Bei diesem Vorgang werden die Atome des Gases elektrisch aufgeladen, wodurch Ionen entstehen. Durch deren erneute Beschleunigung und das Aufprallen auf neutrale Atome entsteht im Inneren der Kammer ein Plasma. Dessen weitere Reaktionen erzeugen (für das menschliche Auge) unsichtbares UV-Licht. Die Beschichtung der Wände der Reaktionskammern sorgt dafür, dass dieses Licht als farbiges Leuchten sichtbar wird. Drei Kammern, welche die Farben grün, rot und blau darstellen, bilden ein Pixel des Bildschirms. Die Dauer einer Zündung bestimmt darüber, wie hell die Pixel leuchten. Aus dem Zusammenspiel der unterschiedlichen Farben ergibt sich das komplette Farbspektrum. Und obwohl die beiden Technologien sich grundlegend unterscheiden, hat der OLED-Fernseher inzwischen den Platz als Enthusiasten-Produkt eingenommen, den einst die Plasma-Technologie innehatte.

Organische Leuchtdiode

Displays mit organischen Leuchtdioden oder kurz OLED bestehen aus selbstleuchtendem, organischem Material. Die Eigenschaften des Materials erlauben Bildschirme in unterschiedlichen Formen. Deswegen setzen derzeit faltbare Smartphones auf diese Bildschirmtechnologie. Im Inneren eines OLED-Bildschirms sitzen sechs unterschiedliche Schichten. Zwischen zwei Schichten aus Glas oder Plastik liegen Anode und Kathode. Zwischen den beiden Polen liegen zwei weitere Schichten. Eine ausstrahlende Schicht, in der das Licht entsteht und eine leitende Schicht. Das Anlegen von Spannung an diesen Aufbau sorgt für die Übertragung von Elektronen und die negative und positive Aufladung von ausstrahlender und leitender Schicht. Im Prozess der Rekombination werden Photonen abgegeben. Aus dem schnellen stattfinden dieses Vorgangs entstehen die Bilder auf dem Bildschirm.