Bei LCD-Fernsehern wie bei TFT-Monitoren werden unterschiedliche Paneltypen eingesetzt. Am meisten verbreitet, am schnellsten und günstigsten sind TN-Panels. In der Oberklasse für den Grafikbereich und für hochwertige LCD-Fernseher werden S-PVA- und S-IPS-Panels verbaut.
Ein wichtiger Qualitätsaspekt bei Panels ist ihre Reaktionszeit. Als Reaktionszeit oder Response-Time wird diejenige Zeitspanne bezeichnet, in der ein Pixel von weiß nach schwarz umgeschaltet werden kann. Hierbei gilt: je kürzer desto besser. Früher wurden die Reaktionszeiten von schwarz nach weiß und umgekehrt gemessen und als Umschaltzeit 0 / 100 angegeben. Bessere Zeiten erzielen Panels, wenn sie nur von 10 Prozent Grau auf 90 Prozent umschalten müssen (wird in 10 / 90 angegeben). Je nach Paneltyp kann die Grey-to-grey-Messung aber auch langsamer als die von schwarz zu weiß zu schwarz sein. Dies soll besonders VA-Panels betreffen, heißt es aus dem Lager der Befürworter von I-SPS-Panels, von NEC zum Beispiel.
TN-Panels: schnell und günstig
TN-Panels (auch TN + Film genannt) sind die günstigsten, schnellsten und damit auch die am meisten verbreiteten LCD-Panels. Benq und Viewsonic haben gerade erste neue Monitore auf TN-Basis angekündigt, die nur eine Reaktionszeit von einer Millisekunde haben sollen. Ende 2004 waren sie laut eigener Aussage auch die ersten Anbieter von 8-ms-Displays. Dann überschlugen sie sich mit neuen Rekorden, andere Hersteller mussten nachziehen.
Foto: LG Electronics
Dass Benq und Viewsonic jeweils fast gleichzeitig mit neuen Geschwindigkeitsrekorden aufwarten, hat einen Grund. Beide beziehen ihre Panels vornehmlich von der Benq-Tochter AU Optronics, nach LG Philips und Samsung drittgrößter Hersteller von LCD-Panels ab einer Bilddiagonale von zehn Zoll. Viewsonic gilt zwar als amerikanisches Unternehmen, der Gründer ist aber ein Chinese mit historisch gewachsenen engen Kontakten zu AU Optronics. Als Vater der TN-Panels und der Flüssigkeitskristall-Displays insgesamt gilt übrigens Wolfgang Helfrich, ein Deutscher. Doch reich geworden ist er damit nicht.
TN-Panels: geringe Leistungsaufnahme
TN steht für "Twisted Nematic", wörtlich übersetzt: verdrillt nematisch. Nematisch bezeichnet einen Zustand oder eine Phase, in der die stäbchenförmigen Moleküle eines LC- oder Flüssigkristall-Bildschirms alle in einer Richtung angeordnet sind. Dabei wird der Flüssigkristall zwischen gekreuzten Polarisatoren gebracht und seine Doppelbrechung durch elektrische Felder kontrolliert.
Tritt unpolarisiertes Licht durch den Polarisationsfilter, wird es nur in einer Polarisationsrichtung durchgelassen. Entscheidend für die Intensität des Lichtes ist die Orientierung der Polarisationsachsen oder ihrer Reibrichtung zueinander.
Liegt keine Spannung an, drehen sich die Flüssigkristalle horizontal. Das untere LC-Molekül ist dabei so wie die Polarisatoren gegenüber dem oberen LC-Molekül um 90 Grad versetzt angeordnet. Das einfallende polarisierte Licht wird um 90 Grad gedreht und durchläuft so den oberen Polarisator. Somit wird der Bildpunkt (Pixel) erleuchtet, und ein weißes Licht entsteht.
Wird dagegen Spannung angelegt, richten sich die LC-Moleküle vertikal aus. Das polarisierte Licht wird dabei nicht mitgedreht, der Polarisator somit blockiert. Das Bild beziehungsweise der Bildpunkt bleibt schwarz. Wird Spannung weggenommen, richten sich die LC-Moleküle aber wieder horizontal aus, und das Licht wird durchgelassen.
Da LC-Moleküle sich innerhalb einer Kopplungsschicht nie wirklich perfekt ausrichten und immer einen Fehlwinkel erzeugen, brechen sie eintreffendes Licht diffus und verringern somit den Kontrast und Blickwinkel.
Hier kommt ein so genannter Verzögerungsfilm, daher auch der Name TN + Film, ins Spiel, der die diffuse Brechung des Lichtes kompensiert und somit Kontrast wie Blickwinkel verbessert. Aber gegenüber MVA-, PVA-, IPS-Panels sowie den Super-Varianten S-PVA und S-IPS können Kontrast und Blickwinkel von TN-Panels nicht mithalten. TN-Panels haben aber von allen Panels prinzipiell den günstigsten Stromverbrauch.
MVA- und PVA-Panel - Profi-Klasse
Gamer bevorzugen Monitore mit superschnellen TN-Panels. Im Profi-Umfeld werden aber meist MVA-, PVA- und S-PVA sowie S-IPS-Panels eingesetzt.
Bei Profi-Anwendungen wie CAD/CAM, Desktop-Publishing, ERP und in der Medizintechnik kommt es weniger auf Geschwindigkeit als vielmehr auf Kontrast, Betrachtungswinkel, Farbtreue und Farbstabilität an. Hier sind oben genannte Paneltypen die erste Wahl. All diese Highend-Panels, wenn man sie so nennen will, unterstützen zum Beispiel die Darstellung von 16,7 Millionen Farben, während TN-Panels es nur auf 16,2 Millionen Farben bringen.
In diesem Teil soll zunächst auf MVA- und PVA-Panels eingegangen werden. S-PVA und ISP-Panels werden weiter unten getrennt behandelt. Sowohl bei der MVA- als auch bei der PVA-Technologie werden die Flüssigkristalle eines jeden Bildpunktes in zwei bis vier Teilbereiche eingeteilt und separat angesteuert. Das wiederum sorgt für einen vergleichsmäßig hohen Blickwinkel von 160 Grad und darüber.
Foto: LG Electronics
MVA steht für "Multi-Domain Vertical Alignment" und wurde 1996 zunächst noch unter der Abkürzung VA (Vertical Alignment, vertikale Ausrichtung) von Fujitsu entwickelt. Bei VA-Panels wird eine Zelle in zwei bis drei Domains (Ebenen, daher der Begriff Multi-Domain) eingeteilt und so die Kippvorrichtung der Flüssigkeitsmoleküle gesteuert. Um das zu erreichen, werden an der oberen und unteren Oberfläche des Substrats jeweils Vorsprünge gebildet, welche die LC-Moleküle in eine einheitliche Richtung kippen. Einer der Vorteile der Technologie ist ein hoher Blickwinkel von mindestens 160 Grad horizontal und vertikal, während dieser bei TN-Panels meist nicht über 150 horizontal und 140 Grad vertikal reicht.
Liegt keine Spannung an, richten sich die LC-Moküle vertikal aus, das Bild bleibt schwarz, entsprechend hoch ist der Kontrast typischerweise mit einem Verhältnis von 400:1 bis 700:1. Legt man Spannung an, drehen sich die Moleküle alle horizontal in eine Richtung. Das Licht wird durchgelassen und das Bild wird weiß.
PVA steht für "Patterned Vertical Alignment" und ist eine von Samsung in Anlehnung, aber nicht als 1:1-Kopie zu MVA entwickelte Technologie. In Anlehnung insofern, dass die Ansteuerung der Flüssigkristalle auf demselben Prinzip beruht wie bei MVA-Panels. Und auch das Grundschema sieht ähnlich aus.
Grundsätzlich werden MVA und PVA daher oft gleichgesetzt. Bei PVA werden die Flüssigkristalle eines jeden Bildpunktes nicht in zwei bis drei, sondern in vier Teilbereiche eingeteilt und separat angesteuert, was unter anderem den Vorteil eines leicht höheren Blickwinkels hat. Außerdem bieten PVA-Panels in der Regel höhere Kontrastraten von bis zu 1.000:1 oder gar mehr. Wie MVA- neigen aber auch PVA-Panels zu Schlierenbildungen oder "Auswaschungen", die Samsung mit S- oder Super-PVA behoben hat. Wie, das folgt im nächsten Teil des Marsches durch das Panel-Dickicht. Ein weiterer Nachteil von einfachen, besonders älteren MVA- oder PVA-Panels ist eine relativ lange Reaktionszeit, die aber bei der Variante S-PVA deutlich beschleunigt wurde.
S-PVA-Panels - die Königsklasse
Super- oder S-PVA gilt für viele Grafiker und Hersteller von Highend-Monitoren wie Eizo etwa immer noch als Königsklasse oder Rolls Royce unter den Panel-Technologien, auch wenn Super- oder S-IPS in vielen Bereichen auf der Überholspur ist.
S-PVA (Super-PVA) ist eine Weiterentwicklung der Samsung-eigenen proprietären PVA-Technologie. Bei dieser Technologie sind die Flüssigkristalle im Ruhezustand (schwarzes Bild) vertikal ausgerichtet. Erst wenn Spannung anliegt, werden sie aus der vertikalen Position abgelenkt und lassen das Licht der Hintergrundbeleuchtung durch, womit das Bild entsteht.
Statt wie bei der MVA-Technologie mit zwei oder drei Sub-Pixeln zu arbeiten, werden bei PVA die Flüssigkristalle eines jeden Bildpunktes in vier Teilbereiche (Sub-Pixel) eingeteilt und separat angesteuert. Bei der S-PVA-Technologie besteht die Architektur jeder Zelle nicht aus vier, sondern aus acht Teilbereichen. Das heißt, die LC-Moleküle lassen sich nicht nur in vier, sondern in acht Richtungen und Winkeln steuern.
Eine Verdoppelung der Sub-Pixel unter zwei verschiedenen Winkeln erhöht den Blickwinkel, der mit S-PVA-Technologie bei 178 oder gar 180 Grad horizontal und vertikal liegt. Bei einfachen PVA- oder MVA-Panels liegt die Obergrenze bei 170 Grad.
Durch die Verdoppelung der Sub-Pixel wird auch das bei MVA- und PVA-Panels auftretende "Auswaschen" der Farben verhindert. Denn die Farbtonwerte (Gamma) bleiben mehr erhalten und werden nicht so ins Helle verschoben. Wird ein PVA-Panel im Winkel von 60 Grad betrachtet, liegt der Wert für die Farbtonverschiebung (Gamma Distortion) bei etwa 0,32, bei S-PVA-Panels liegt der Wert für die Farbtonverschiebung hingegen nur bei 0,23, das heißt, die Farbsättigung ist nahezu unübertroffen.
Durch besondere Farbfilter mit niedriger Dispersion und ein sehr hohes Apertur-Verhältnis (Aufnahmevermögen der Stirnfläche bei der Lichteinkoppelung in einen Lichtwellenleiter) ermöglichen S-PVA-Panels Kontrastverhältnisse von bis zu über 1.000:1 und Helligkeitswerte von bis zu 600 cd/qm (Candela pro Quadratmeter) oder gar mehr.
Mit einer Reaktionszeit von 8 ms können S-PVA-Panels durchaus mit den meisten TN-Panels mithalten. Dies hat Samsung unter anderem bei einem 82-Zoll-Panel für LCD-Fernseher mit voller HD-Auflösung (1.920 x RGB x 1.080 Bildpunkte) unter Beweis gestellt.
S-IPS-Panels - schnell und kontraststark
IPS-Panels und vor allem S- oder Super-IPS-Panels sind in Sachen Reaktionszeit ähnlich schnell wie TN-Panels und bieten fast den gleichen, wenn nicht sogar höheren Kontrastwinkel als MVA- oder PVA- oder S-PVA-Panels. IPS steht für "In-Plane Switching", wobei die LC-Moleküle alle in einer Ebene (in plane) ausgerichtet werden. Horizontal wie vertikal ergeben sich bei S-IPS-Panels laut Angaben von NEC Display Solutions bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln so gut wie keine Gamma-Abweichungen.
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Das Prinzip von IPS-Panels funktioniert so: Legt man Spannung an die Elektroden an, sind die LC-Moleküle horizontal und parallel zur Polarisationsschicht ausgerichtet und lassen somit kein Licht hindurch. Das heißt, der Bildpunkt bleibt schwarz. Legt man keine Spannung an, werden die LC-Moleküle um bis zu 90 Grad gedreht, wodurch das Licht mehr oder weniger ungehindert den Polarisator passieren kann.
Da die Elektroden aber wie zwei Kämme aufgebaut sind, ist eine ziemlich starke Lichtquelle erforderlich, was auch den vergleichsweise hohen Stromverbrauch besonders von älteren IPS-Panels erklärt. (mje)