Kristalle sind i.d.R. starre, schwer spaltbare Gebilde mit einer festen Struktur. Aber bereits 1888 entdeckte der Botaniker und Chemiker Friedrich Reinitzer, dass Cholesterinbezoat beim Erhitzen im polarisierten Licht ein prächtiges Farbenspiel bot.
Friedrich Reinitzer bei Wikipedia
Die Entdeckung des Botantikers schlummerte mehr oder minder bis in die späten 60er Jahre als Mauerblümchen. Ihm Rahmen der Grundlagenforschung über Flüssigkristalle in elektrischen Feldern entdeckten Wissenschaftler der Universität Ohio eine Anordnung der Flüssigkristalle als spannungsgesteuertes Lichtventils. Durch solche Lichtventile dringt mehr oder weniger Hintergrundlicht durch eine farbige Flüssigkeit.
Damit begann die steile Karriere der verdrillten nematischen Zelle (Twisted Nematic Field Effect, TN-Zelle oder auch Schadt-Helfrich-Zelle) in Taschenrechnern, Digitaluhren und den ersten Notebooks.
TFT-Display einer Digitalkamera
Ein LCD (Liquid Crystal Display) besteht aus kleinsten Segmenten (grob gesagt den Pixeln), die so manipuliert werden können, dass sie eine Information – Schrift oder ein Bild – darstellen können. LCDs sind so erfolgreich, weil sie im Grund genommen nur aus zwei Glasplatten mit etwas Flüssigkristal dazwischen aufgebaut sind. Sie nehmen einfach nur wenig Platz ein und verbrauchen weniger Energie als die wuchtigen Röhrenmonitore.
Flüssigkeitskristalle sind organische Substanzen, die aus langgestreckten Molekülen (C, H, O) bestehen. Bei Zimmertemperatur bilden sie feste Kristalle, beim Erhitzen werden sie zu einer milchig trüben Flüssigkeit. Temperatur und elektromagnetische Kräfte beeinflussen die Ausrichtung und das Verhalten der Moleküle.
Cholesterinbezoat (Benzoesäureester von Cholesterin) schmilzt bei 145,5° C, bleibt aber milchig trüb. Erst bei einer Temperatur von 178,5° C wird das Substrat klar. Zwischen 145° C und 178,5° C besitzt das Substrat die viskosen fließenden Eigenschaften von Flüssigkeiten und zusätzlich die optischen lichtbrechenden Eigenschaften von Kristallen.
An den vier Kanten im hinteren Teil des Displays befinden sich vier Leuchtstoffröhren, die normales Licht aussenden. Eine Polarisationsfolie polarisiert das Licht – sie lässt nur Licht durch, das in einer bestimmten Richtung schwingt.
Nun folgt eine Schicht mit Flüssigkeitskristallen und eine weitere Polarisationsfolie, die um 90° gedreht ist – das Display bleibt also erst einmal dunkel.
Zwischen diesen beiden Polarisationsfolien befinden sich die Flüssigkeitskristalle, die in einer Schraubenform angeordnet liegen. Das oberste und das unterste Molekül liegen genau um 90° gedreht.
Das Licht wandert an diesen Molekülen vorbeibei und dreht sich mit den Molekülen um 90° und kann dadurch die zweite Polarisationsfolie verlassen. Der Monitor wird hell.
Legt man mit Hilfe eines Transistors ein elekrisches Feld an die Flüssigkeitskristalle, richten sich die Kristalle parallel zum Licht aus. Das Licht wird nicht mehr in seiner Richtung gedreht und der Monitor bleibt an diesem Punkt dunkel. Die Abstufung des elektrischen Felds an den Flüssigkeitskristallen reguliert die Stellung der Flüssigkeitskristalle sehr exakt und somit den Anteil des passierenden Lichts.
Die verschiedenen Farben der LCD's werden durch unterschiedliche Spannungen an den Zellen hergestellt. Mit der Spannung wird der Flüssigkristall in eine entsprechend dicke Schicht ausgerichtet, welche eine bestimmte Wellenlänge absorbiert und damit eine bestimmte Farbe anzeigt.
Wer seinen Monitor für Spiele, Tabellenkalkulation und Internet nutzt, hat andere Ansprüche als Fotografen und Grafiker, die Farben am Monitor beurteilen müssen.
| TN-Panel | MVA-Panel | S-IPS | PVA/S-PVA-Panel |
| Spiele, Filme | Grafik, Foto, Labor, Medizin | Grafik, Foto, Labor, Medizin | Filmschnitt,Grafik, Foto, Labor, Medizin |
| schnell | langsam | schneller als MVA, langsamer als TN-Panel | etwa so schnell wie TN-Panel |
| Bildwinkel nicht stabil | stabiler Bildwinkel | stabiler Bildwinkel | stabiler Bildwinkel |
Für die Beurteilung der Farbe von Fotos und Grafiken, CAD/CAM, Desktop-Publishing und im Labor oder der Medizintechnik ist ein VA-Panel (MVA, PVA, S-PVA und S-IPS) mit einem großen stabilen Bildwinkel erforderlich. TN-Panel hingegen leiden unter einer schwachen Stabilität des Bildwinkels – da mutieren die Farben schnell, wenn man nicht frontal auf den Monitor schaut.
Die preiswerteren TN-Panel sind reaktionsschneller und für Film und Spiele besser geeigent als VA- oder IPS-Panel. Die grafik-tüchtigeren VA-Panel sind da eher behäbig. S-IPS-Panel sind dann das High End für den Filmschnitt.
Für farbkritische Anwendungen sind IPS- oder S-IPS Panels besonders geeignet. IPS steht für »In-Plane Switching«, wobei die LC-Moleküle alle in einer Ebene (in plane) ausgerichtet werden. S-IPS-Panel zeigen horizontal wie vertikal bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln so gut wie keine Gamma-Abweichungen.
Super- oder S-PVA gelten als High End-Monitore, auch wenn Super- oder S-IPS in vielen Bereichen stark aufholen. S-PVA-Monitore haben einen besonders großen Blickwinkel.
Herkömmliche LCD-Monitore leisten nur einen relativ niedrigen Kontrast und sind nicht so gleichmäßige ausgeleuchtet wie Plasma- und Röhrenmonitore.
LED-Backlight oder LED-Hintergrundbeleuchtung besteht aus vielen kleinen LEDs, die den Monitor besser beleuchten als Leuchtröhren. Die LEDs verbessern die Durch- bzw. Beleuchtung von LCD-Displays und haben neben einem geringeren Energieverbrauch eine längere Lebensdauer als CCFL-Röhren.
Die LEDs können entweder weißes Licht abgeben oder das LED-Hintergrundlicht wird aus drei LED aus Rot, Grün und Blau gemischt. Bei LEDs mit weißem Licht liegt der Weißpunkt des Monitor genauso fest wie beim Röhrenmonitor und kann nur über die Look-Up-Tabelle der Grafikkarte geändert werden. Die Änderung würde zu einem Dynamikverlust und geringerem Farbumfang führen.
Dreifarbige LEDs hingegen ermöglichen eine Hardware-Kalibierung des Monitors.
Es gibt keine absoluten Regeln, keine Vorschriften und keinen Standard für die Kalibrierung von Monitoren, sondern die typischen Werte basieren einfach auf den Empfehlungen erfahrener Benutzer.
Weißpunkt | Ein Weißpunkt von 6500 Kelvin entspricht etwa D65, dem Tageslicht.
Gamma | Die Empfehlung eines Gammas von 1.8 für den Mac entstammt der Zeit vor dem Color Management des ICC. Ein Gamma von 1.8 war für einen Workflow ohne Farbmanagement gedacht, damit die Monitordarstellung besser an die Tonwertreproduktion von Schwarzweißdruckern angelehnt war.
Ein Gamma von 2.2 erzeugt weichere Verläufe und weniger Farbabrisse und sieht überhaupt besser aus. Das stärkste Argument: Der überwiegende Anteil Monitore ist auf ein Gamma von 2,2 eingerichtet.
Bei LCDs ergibt sich der Weißpunkt durch die spektrale Transmission der Filter in den Subpixeln und den Weißpunkt der durch sie hindurch leuchtenden Hintergrundbeleuchtung und liegt bei etwa 6500 Kelvin. Eine Anpassung der Hintergrundbeleuchtung zur Kalibrierung auf einen anderen Weißpunkt ist beim LCD zwar theoretisch möglich, aber unwirtschaftlich.
Der Aufbau des Röhrenmonitors ist inzwischen nur noch eine Remineszenz – heute werden kaum noch Röhrenmonitore gefertigt. TFT-Monitore haben keine geometrischen Verzerrungen, sie flimmern nicht, sie brauchen weniger Strom und sind sehr hell.
Bei einem Monitor mit Bildröhre wird im hinteren Teil der Bildröhre ein Elektronenstrahl erzeugt. Die Elektronen fallen auf eine Schicht und regen sie zum Leuchten an. Ablenkspulen bewegen den Strahl exakt über diese Schicht.
Bei guten Monitoren wandert der Strahl mehr als 100 mal pro Sekunden über den gesamten Bildschirm.
Die Leuchtschicht wird auch als Lochmaske bezeichnet, denn im Prinzip ist der Röhrenmonitor nichts als ein großes Sieb.
Durch die Löcher wird Licht gelassen. Ist ein Loch verschlossen, bleibt der Bildschirm an dieser Stelle dunkel, wenn Licht hindurchgelassen wird, leuchtet der Punkt. Über den Lichtventilen liegen Farbfilter in den Farben Rot, Grün und Blau und jeder Bildpunkt (Pixel) besteht immer aus drei Lichtventilen. Die Farbe »Rosarot« entsteht aus einer additiven Mischung der drei Grundfarben.
Der Weißpunkt des Monitors ergibt sich durch die volle Aussteuerung der Primärvalenzen Rot, Grün und Blau.
In Röhrenmonitore bestimmen die Phosphore den Weißpunkt. Die Lichtausbeute der roten, grünen und blauen Phosphore eines Rährenmonitors ist bei konstantem Beschuss durch Elekronen unterschiedlich. Ein unterschiedlich starker Beschuss der einzelnen Phosphore soll hier kompensieren, aber dem stärkeren Beschuss sind Grenzen gesetzt.
Der Beschuss der blauen Phosphore ist schwächer im Vergleich zu den roten und grünen Phosphoren, während die roten Phosphore bis zur Belastungsgrenze beschossen werden. Das Ziel der CRT-Entwicklung war aber die Erhöhung der Gesamtleuchtdichte der Bildröhre bei voller Ansteuerung, so dass die Hersteller die Aussteuerung der blauen Phosphore immer weiter verstärkten. Das führte zu einem Weißpunkt mit einer Farbtemperatur von 9300 Kelvin und mehr.
Eine Kalibrierung auf einen anderen Weißpunkt vermindert die maximale Leuchtdichte und verkleinert den den Monitorfarbraum, da der Dynamikumfang nicht mehr voll ausgenutzt werden kann.
