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15.01.1982

An Display-Technologie scheiden sich die Geister:Der Bildschirm der Zukunft wird superflach

Die zunehmende Dialogorientierung beim Computereinsatz hat in den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen der Hersteller von Bildschirm-Terminals eine fieberhafte Suche nach der "Display-Technologie der Zukunft" ausgelöst. Neben der bewährten Kathodenstrahl-Röhre kristallisieren sich weitere Fertigungsmixturen für Sichtgeräte heraus, die beim Anwender Hoffnungen auf einen "Super-Bildschirm" aufkommen lassen. Noch kämpfen die Entwicklungsingenieure freilich mit Konzeptionen, Kosten und Kristallen. Die Richtung indes scheint klar Gesucht wird ein flimmerfreier, farbiger Flach-Bildschirm, der ausfallsicher und kostengünstig arbeitet.

Was verbirgt sich hinter so werbewirksamen Worten wie LED-, LCD-, Plasma- oder Elektroluminiszenz-Anzeige? Die Standard-Anzeige für die ersten Taschenrechnergenerationen war LED (Licht emittierende Diode). Es existieren bestimmte Galliumarsenid-Verbindungen, die man als Diode ausbilden kann. Wenn in Durchlaßrichtung Strom fließt, wird in der Diodenstrecke Licht erzeugt. Der Durchlaßstrom beträgt einige Milli-Ampere. Diese Leistung wird als Wärme abgegeben. Hieran scheitert der Einsatz der LED-Technologie bei größeren Formaten. Um die Auflösungsqualität zum Beispiel einer Kathodenstrahl-Röhre zu bekommen, müßte man eine sechsstellige Anzahl LED in Matrixform dicht nebeneinanderpacken - das ergäbe eine "Kochplatte", wie sich ein Siemens-Experte ausdrückt. Der hohe Preis eines solchen Displays stellt eine weiteren Nachteil dar. Sanyo soll allerdings einen solchen Bildschirm produzieren.

Woher kommen die gelben Zeichen

Vom Prinzip her ähnlich ist die "Elektrolumineszenz-Darstellung".

Bei der Herstellung dieses Festkörper-Displays verwendet man allerdings nicht wie bei den LED einkristalline Materialien, sondern Polykristalline, die pulverisiert auf den Träger gebracht oder aufgedampft werden. Elektrolumineszenz-Schirme haben in der Regel eine gelbe Zeichendarstellung, da sich eine mangandotierte Zinksulfid-Verbindung als wirkungsvoll erwiesen hat. Auch hier sind bereits Prototypen erhältlich. Entwicklungszentren dieser Technologie liegen in England, den USA und Japan.

Bei derzeit erhältlichen Serienprodukten ist die LED-Technik durch eine LCD-Darstellung verdrängt worden. Ein "Liquid Crystal Display" ist auf Flüssigkristallen aufgebaut. Man unterscheidet drei verschiedene Typen, nematische, smektische und cholesterinische .

Bildlich kann man sich die Kristalle zigarrenförmig vorstellen. Die Moleküle können durch ein elektrisches Feld beeinflußt werden. Sie legen sich spontan um ihre Längsachse in eine Richtung. Smektische Typen bilden dabei anders als nematische (fadenförmige) mehrere in einer bestimmten Anordnung zueinander liegende Schichten, während sich die auf thermische Einflüsse reagierenden cholesterinischen Kristalle spiralförmig anordnen.

Die Darstellung der Zeichen erfolgt unter Ausnutzung elektrooptischer Effekte. In Armbanduhren und Taschenrechner werden heutzutage in großem Umfang Doppelbrechungseffekte genutzt, bei denen sich der verschiedene Brechungsindex der Flüssigkeit (in Schichten parallel oder senkrecht zur Kantenrichtung des Displays) durch polarisierte Lichtquellen auswirkt.

In smektischen Flüssigkristallen, die nach Meinung eines Spezialisten der Fraunhofer Gesellschaft für Computer-Displays eingesetzt werden sollen, sind allerdings auch interessante Streueffekte beobachtet worden. Streueffekte treten dann auf, wenn in einer klaren Flüssigkeit zwischen zwei Glasplatten ein elektrisches Feld die Orientierung der Kristalle im Lichtwellenbereich stört. Einfallendes Licht wird in diesem (geschalteten) Zustand zurückgestreut.

Da LCD eine passive Anzeige ist, richtet sich die Helligkeit der Darstellung nach der Umgebungshelligkeit. Die Einförmigkeit der Anzeige soll durch eingelagerte Farbstoffmoleküle in smektischen Flüssigkeiten aufgehoben werden. Ein großer Vorteil eines Liquid-Crystal-Displays liegt in dem geringen Energieverbrauch. Die Ansteuerspannung einer LCD-Zelle beträgt nur zwei bis drei Volt, was diese Technik sehr verbilligt. Die Kathodenstrahl-Röhre benötigt dagegen "Hochspannung". Auch Probleme der Alterung von Flüssigkristallen haben die Wissenschaftler im Griff. Ebensowenig, wie man die Lebensdauer eines Transistors präzise angeben kann, ist es möglich, den durch Oxydation der Kristalle und nicht durch Benutzung eintretenden Ausfallzeitpunkt zu prognostizieren.

Das Flimmern einer LCD-Anzeige, hervorgerufen durch die Reaktionszeit der Kristalle, ist abgestellt. Obwohl die Produktion eines großen Bildschirmes technisch bereits möglich scheint, sind derzeit auf dem Markt nur Anzeigestreifen und Kleinbildschirme erhältlich. Die Begründung finden Experten darin, daß Schwarz-weiß-Geräte wie derzeit noch LCD gegenüber der in Großserie gefertigten Kathodenstrahlröhre preislich noch keine Chance haben.

Multiplexen mit Problemen

Der hohe Produktionspreis bei LCD-Anzeigen ist durch den Aufwand bei der Ansteuerung der Zellen bedingt. Bei einer direkten Ansteuerung müßte jeder Bildpunkt des Schirmes mit einer Leitung versehen werden. Um einem Leitungswirrwarr zu entgehen, werden die Bildpunkte matrixförmig angeordnet und mit durchgehenden Zeilen und Spalten versehen. Zur Anzeige aktiviert man die erste Zeile und liest die benötigte Information über alle Spalten ein. Die Zeilen des Schirmes werden auf diese Weise sequentiell angesprochen. Dieses "Multiplexen" bringt Probleme mit sich, da die Flüssigkristalle eine sehr flache Kennlinie haben, Im Gegensatz zu aktiven Elementen können sie nicht unabhängig voneinander heller oder dunkler gestaltet werden, so daß sich bei verkleinertem Zeilenabstand die Konturen verwischen. Einen Ausweg aus diesem - chemischen - Dilemma sehen die Tüftler in einer aktiv angesteuerten Matrix. An jede Kreuzungsstelle der Zeilen und Spalten wird ein aktives Element gesetzt, also ein Transistor und eventuell ein Haltekondensator. Man nutzt dabei die Erkenntnisse der Halbleitersilizium-Technologie, wobei die Größe der Siliziumplatte eine natürliche Beschränkung beim Aufbau einer derartigen aktiven Matrix bildet. Die Technik des Aufdampfens von Dünnfilm-Transistoren auf große Glasplatten steht derzeit noch am Anfang.

Experten rechnen damit, daß noch innerhalb dieses Jahrzehnts großformatige LCD-Anzeigen auf dem Markt sein werden.

Eine weitere Technik, die sich im Entwicklungsstadium befindet, verwendet das Prinzip der Gasentladung zur Darstellung von Zeichen: Plasma. Jeweils zwei Elektroden in einer Neon-/Argon-Umgebung stellen einen Bildpunkt des Displays dar. Der Fachmann unterscheidet zwischen Gleichspannungs-(DC-) und Wechselspannungs-(AC-)Displays. Die AC-Panels haben einen Speichereffekt der durch eine Haltespannung erzeugt wird. Dadurch wird die Lesbarkeit bei einer großen Anzahl von Bildpunkten verbessert.

Eine Million Bildpunkte

Um zu einer kontrastreichen grafischen Darstellung zu gelangen, ist eine sechsstellige Bildpunktzahl auf einem mittelgroßen Schirm nötig. Die Adressierung der einzelnen Punkte stellt nach Expertenmeinung durch integrierte Schaltung kein allzu großes Problem mehr dar. Noch nicht vollständig gelöst sind einige Produktionsfragen. Eine sehr hohe Punktdichte mit einer sehr gleichmäßigen Verteilung auf dem Träger und gleichmäßiger Ausbeute ist das Ziel der Hersteller.

Dennoch werden bereits jetzt in den USA und Japan Plasma-Displays in größeren Stückzahlen gefertigt. Ähnlich den LCD zeigen auch Plasma-Bildschirme keine Alterungserscheinungen. Einen Durchbruch dieser Technik erwartet die Fachwelt in den nächsten drei bis fünf Jahren.

Bis dahin wird wohl die gute alte Kathodenstrahlröhre der Dauerbrenner bleiben. Aber auch mit ihr haben die Techniker noch Großes vor So soll Sinclair in England mit der Entwicklung einer "flachen" Elektronenstrahlröhre beschäftigt sein Der Elektronenstrahl wird nicht mehr senkrecht zum Schirm geschossen sondern parallel und erst kurz vor dem Schirm umgebogen.

Welche Technologie den Wettstreit in diesem Jahrzehnt gewinnt läßt sich vorerst nur ahnen. Erst die flimmerfreie Farbdarstellung macht ein Display universell einsetzbar. LCD hat gute Chancen auf Gebieten; die lediglich alphanumerische Darstellung erfordern.

Gelingt die Produktion serienreifer Flach-Kathodenstrahlröhren, so steht dieses System in Konkurrenz zur herkömmlichen, verbesserten Röhre - und vielleicht auch zu einem Farb-Plasma-Display, denn die neueste Idee aus den Labors heißt: Aufdampfen von Phosphoren auf den Plasma-Träger...