LCD-TV – Bildschirme im Großformat - research

Transcrição

Forschung aktuell
Ein Service der Bayer AG für die Unterrichtsgestaltung
zum Forschungsmagazin „research“ Ausgabe 19
LCD-TV – Bildschirme im Großformat
Forschung aktuell
Ein Service für den Unterricht
Titelbild
Flachbildschirme boomen:
LCD- und Plasmabildschirme
verdrängen die klassischen
Röhrengeräte zunehmend.
Und die Kunden wollen immer
größere Formate. Das erfordert neue Materialien und
Technologien.
„Forschung aktuell“ ist ein Service der Bayer AG
für den naturwissenschaftlichen Unterricht
und die Ausbildung. Dieses Material soll es
Lehrern und Dozenten erleichtern – zusätzlich
zu den Themen in den Schulbüchern –, auch
aktuelle Forschungsarbeiten aus Physik, Chemie,
Umwelt- und Biowissenschaften im Unterricht
aufzugreifen. Wir hoffen, dass wir damit dazu
beitragen, die Faszination und die Bedeutung
moderner Forschung für das tägliche Leben zu
vermitteln und so die Schüler für den naturwissenschaftlichen Unterricht zu motivieren.
Die Bayer AG ist ein forschungsorientierter,
international agierender Konzern mit einem
breiten Spektrum von Produkten und Leistungen – in den Bereichen Gesundheit, Ernährung und hochwertige Materialien.
In „Forschung aktuell“ werden die Themen
allgemein verständlich und fächerübergreifend
dargestellt. Die Materialien lassen sich in verschiedenen Unterrichtsfächern einsetzen. Alle
Arbeitsblätter und Folien sind didaktisch aufeinander abgestimmt. Die Entwicklung wurde
von Fachpädagogen begleitet. Das vorliegende
Material soll Lehrer bei der Vorbereitung und
bei der Gestaltung einer Unterrichtseinheit
unterstützen.
Anhand von konkreten, die Schüler motivierenden und leicht fassbaren Beispielen erklä-
ren die Arbeitsblätter und Folien einzelne
Gesichtspunkte neuer Entwicklungen aus der
Forschung, setzen sie in den Kontext der naturwissenschaftlichen Bildung und machen so
für die Schüler die praktische Umsetzung von
theoretischem Wissen in Forschungsergebnisse
anschaulich und nachvollziehbar.
Das Thema ist dem Bayer-Forschungsmagazin
„research“ entnommen. Texte, Grafiken und
Fakten wurden speziell für die Verwendung im
Unterricht unter pädagogischen Gesichtspunkten
überarbeitet.
Seit über 20 Jahren stellt das Unternehmen seine
Forschung im jährlich erscheinenden Magazin
„research“ einer breiten Öffentlichkeit vor: Es
richtet sich an naturwissenschaftlich orientierte
Schüler, Lehrer und Studenten, aber auch an
Wissenschaftler, Hochschullehrer und Kunden
des Unternehmens. Das rund 100-seitige
Magazin erscheint in einer Auflage von rund
300.000 Exemplaren auf Deutsch, Englisch und
Spanisch.
Weitere Exemplare können Sie bestellen bei:
Bayer AG
Konzernkommunikation
Gebäude W 11
Ute Bode
51368 Leverkusen
Inhalt
LCD-TV
Bildschirme im Großformat
Informationsblätter
Physik der Reflexion und Polarisation
Chemie der Kunststoffe
Verschiedene Fernseher – verschiedene Bildqualitäten
Wie ein LCD-Fernseher funktioniert
Folien
WWW-Hinweise
Hilfreiches aus dem Internet
1-2
3-4
5-6
7-8
9-9b
10
TV total: Fernseher mit Bildschirmen aus Flüssigkristallen
(LCD) liegen im Trend. 2006
wurden weltweit erstmals mehr
LCD- und Plasmafernseher
als Röhrengeräte verkauft. Und
immer öfter wollen die Konsumenten ein TV mit großer
Bildschirmdiagonale.
Abb. 1: Reflexionsgesetze
Der einfallende und der
ausfallende Strahl liegen
immer in einer Ebene. Beim flachen Spiegel ist der Einfalls
winkel (α) immer gleich dem
Reflexionswinkel (α‘).
1
ausgekleidet. Diese reflektiert die Strahlen und wirft das
Licht nach vorn. Wie bei jedem anderen flachen Spiegel
auch, folgt die Reflexion dabei zwei fundamentalen
Regeln – dem 1. und dem 2. Reflexionsgesetz.
Helle Bildschirme dank Reflexion
Hinter dem bunten Bild eines Flüssigkristallschirms
(englisch: Liquid Cristal Display, Abk.: LCD) stecken
gleich mehrere spannende physikalische Phänomene.
Das Licht saust von der Leuchtstoffröhre im Fernsehgerät nicht auf direktem Weg ins Auge des Betrachters. Auf seiner Reise durchwandert es verschiedene
Stationen, die seine Eigenschaften verändern. Eines
der wichtigsten Phänomene, die im LCD-Bildschirm
wirksam sind, ist die Reflexion. Bei der Reflexion werden Lichtstrahlen von Oberflächen zurückgespiegelt.
Das können Glasscheiben, blanke Metallflächen oder
auch glatte Wasserflächen sein. Im LCD-Bildschirm
wird Licht in Leuchtstoffröhren erzeugt und in alle
Richtungen ausgestrahlt. Wirksam sind aber nur jene
Lichtstrahlen, die zum Betrachter nach vorne durch
den LCD-Bildschirm wandern. Damit aber das nach
hinten abgestrahlte Licht nicht verloren geht, ist die
Gehäuserückwand mit einer spiegelnden Metallfläche
Ein- und ausfallender Strahl in einer Ebene
Das 1. Reflexionsgesetz besagt, dass der einfallende
Strahl und der ausfallende Strahl in einer Ebene liegen
(Abb. 1). Verdeutlichen lässt sich das, wenn man einen
Strahl flach über eine Scheibe laufen lässt, in deren
Mittelpunkt ein glatter Spiegel sitzt. Der ausfallende
Strahl wird ebenso flach über die Scheibe zurückwandern. Die Reflexion von Strahlen lässt sich also sehr
genau steuern.
Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel
Das 2. Reflexionsgesetz besagt, dass beim flachen Spiegel Einfalls- und Reflexionswinkel gleich sind (Abb. 1).
Durch einen entsprechenden Aufbau der verspiegelten
Spiegel
α = α‘
ausfallende
Einfallslot
r Strahl
α‘
α
l
trah
er S
lend
nfal
ei
Einfallswinkel = α
Reflexionswinkel = α‘
Science For A Better Life
Infoblatt_19_11_07.indd 1
20.11.2007 15:28:49 Uhr
LCD-Gehäuserückwand lässt sich das Licht der Leuchtstoffröhre also nach vorn reflektieren. Die Spiegelrückwand ist nicht einfach nur eben. Sie ist vielmehr so
gefaltet, dass die Röhren vor einer Art Reflexionskammer sitzen (Abb. 2), die die aus verschiedenen Winkeln
einfallenden Lichtstrahlen gemäß der Regel „Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel“ nach vorn reflektiert.
Damit möglichst das gesamte Licht, das ausgestrahlt
wird, auch beim Zuschauer ankommt.
Abb. 2: Reflexionskammer
Die aus verschiedenen Winkeln
einfallenden Lichtstrahlen
werden gemäß der Regel „Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel“ nach vorn reflektiert.
Rückwand
Polarisation des Lichts
Bis ein Bild auf der Mattscheibe entsteht, muss das
Leuchtstoffröhrenlicht allerdings noch gefiltert werden. Dafür nutzt man ein weiteres Phänomen – die
Polarisation des Lichts. Licht kann man sich vereinfacht als schwingende Welle vorstellen. Ähnlich wie
eine Welle, die man an einem Seil entlang laufen lässt,
indem man es auf und ab schwingt, setzt sich eine
Lichtwelle in einem ständigen Auf und Ab fort. Eine
solche Welle nennt man Transversalwelle. Je nachdem,
ob man das Springseil gerade oder schräg hält, läuft
die Welle senkrecht oder ein wenig geneigt das Seil
entlang. Entsprechend können sich Transversalwellen
mit unterschiedlichen Neigungswinkeln ausbreiten.
Bewegt man das Seil stets in der Senkrechten auf und
ab (Abb. 3), breitet sich auch die Welle exakt senkrecht
aus. Die Welle schwingt genau in einer Ebene. Sie ist
polarisiert.
Reflexionsgesetz im Automobilbau
Die exakte Steuerung der Reflexion von Lichtstrahlen ist beispielsweise für Industrielaser besonders
wichtig. Diese werden unter anderem zum Schneiden
von Metallen oder zum Schweißen von Karosserieblechen in der Automobilproduktion genutzt. Da die
Laser-Apparate meist sehr groß und unbeweglich
sind, wird der Laserstrahl mit beweglichen Spiegeln
gelenkt und präzise über die Bleche geführt. Durch
eine Feinsteuerung der Spiegel lassen sich sogar
Bögen schweißen und komplizierte Muster aus den
Blechen herausschneiden.
reflektierter Strahl
Röhre
2
Pol-Filter für die richtige Lichtwelle
Das von einer Leuchtstoffröhre ausgesandte Licht
schwingt in vielen verschiedenen Neigungswinkeln.
Es ist unpolarisiert. Im LCD-Fernseher aber lässt sich
nur in einer Ebene schwingendes, polarisiertes Licht
nutzen. Das Leuchtstoffröhrenlicht muss also zunächst
polarisiert werden, ehe es auf die Flüssigkristallschicht
trifft. Dazu befindet sich im LCD-Fernseher eine Polarisationsschicht – die DBEF-Folie (Dual-BrightnessEnhancement-Folie). Diese Folie enthält langgestreckte
Moleküle, die alle parallel zueinander ausgerichtet
sind. So wie ein Brief nur parallel zum Schlitz in den
Briefkasten passt, kann nur parallel polarisiertes Licht
zwischen den langgestreckten Molekülen hindurchwandern. Anders polarisiertes Licht wird von der Folie
zurückgeworfen. Das zurückgeworfene Licht wird
an der Fernseherrückwand erneut reflektiert. Dabei
ändert ein Teil der Lichtwellen seine Polarisation so,
dass sie jetzt parallel zur Polarisationsfolie ausgerichtet ist. Beim nächsten Anlauf kann die Lichtwelle die
Polarisationsfolie deshalb ungehindert durchdringen.
Licht lässt sich also durch sogenannte Polarisationsfilter wie etwa die Folie im LCD-Fernseher filtern.
Auch Fotografen setzen sogenannte „Pol-Filter“ ein.
Sie erhöhen damit bei Fotoaufnahmen den Anteil
des polarisierten blauen Himmelslichts. Die Farben
wirken dadurch kräftiger. Das störende unpolarisierte
Licht – gleißendes Himmelslicht sowie Spiegelungen
auf Wasseroberflächen oder auf Glasscheiben – lässt
sich damit herausfiltern. Dank Pol-Filter ist es sogar
möglich, durch spiegelnde Fensterscheiben hindurch
zu fotografieren.
Auf- und Abbewegung
Schwingendes Seil = Transversalwelle
Abb. 3: Transversalwelle
Eine Lichtwelle setzt sich im ständigen Auf und Ab fort,
wie eine Welle, die man an einem Seil entlanglaufen lässt,
indem man es auf und ab schwingt.
20.11.2007 15:28:51 Uhr
Lange Ketten gleicher Moleküle
Armaturenbretter, Legosteine oder Joghurtbecher haben
wenig miteinander gemein. Bis auf eines – sie bestehen
allesamt aus Kunststoff. Kunststoffe sind aus unserem
Alltag kaum noch wegzudenken. Tausende von Gegenständen sind daraus gefertigt – zum Beispiel Kinderspielzeug oder Computergehäuse. Bei der Mehrzahl von
Kunststoffen handelt es sich um sogenannte Polymere.
Die griechische Vorsilbe „Poly“ bedeutet „viel“. Die Silbe
„meros“ bedeutet „Teil“. Bei einem Polymer handelt es
sich also um eine Substanz, die aus vielen identischen
sich wiederholenden Einheiten, aufgebaut ist. Die einzelnen Moleküle aus denen ein Polymer aufgebaut ist,
nennt man Monomere. Der Kunststoff Polyethylen (PE)
etwa, aus dem beispielsweise Joghurtbecher hergestellt
werden, besteht aus unzähligen kleinen gleichen Ethylen-Monomeren (Abb. 4), die sich zu langen Ketten verbinden. Auch der Kunststoff Makrolon® ist ein Polymer,
genauer ein Polycarbonat – abgekürzt PC.
Verschiedene Kunststoffklassen
Polymere Werkstoffe werden in verschiedene Klassen
eingeteilt:
• Thermoplaste
• Duroplaste
• Elastomere und
• Thermoplastische Elastomere.
Man unterscheidet diese Werkstoffe nach ihrem Verhalten bei mechanischer Belastung – zum Beispiel
Verformung – bei unterschiedlichen Temperaturen.
Polycarbonat gehört zur Kunststoffklasse der Thermoplaste. Diese besitzen eine besondere Charakteristik:
3
Thermoplaste erweichen in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung des jeweiligen Polymers bei
Temperaturen ab etwa 80°C bis über 200°C und lassen
sich dann relativ leicht verformen. Nach Abkühlung auf
Raumtemperatur wird die neue Form beibehalten.
Makrolon® besitzt eine ungewöhnlich hohe Bruchfestigkeit und ist glasklar durchscheinend – in der Fachsprache „transparent“. Damit ist Makrolon® der ideale
H
H
C
C
H
n=∞
H
n
Abb. 4: Polyethylen
Der Kunststoff Polyethylen (PE) besteht aus
unzähligen dieser Moleküle – aneinandergereiht in
einer langen Kette aus immer gleichen Bausteinen.
Werkstoff für CDs. Aber nicht nur die kleinen Silberscheiben werden aus Makrolon® hergestellt – hinzu
kommen Gehäuse für die Elektro- und die Elektronik
CH 3
industrie, bruchsichere Kunststoffplatten
für Dächer,
Helmvisiere, Fahrzeugscheiben oder Autoscheinwerfer,
C
aber auch Fünf-Gallonen-Mehrweg-Wasserflaschen
und
H0
0H
medizinische Artikel. Durch verschiedene Zusatzstoffe
– sogenannte Additive – lassen sich die EigenschafCH 3
ten von Makrolon® weiter beeinflussen:
Neben den
Biosphenol A
Abb. 5: Vom Monomer
zum Makromolekül
Um aus Monomeren sehr große
Moleküle (Makromoleküle)
herzustellen, nutzt man drei
verschiedene Verfahren.
Polymerisation:
Bei der Polymerisation werden Monomere
unter Ausnutzung der Doppelbindungen
miteinander zu Makromolekülen verbunden.
Polyaddition:
Die bei der Polyaddition verwendeten Ausgangsprodukte haben bestimmte chemische Gruppen
(sogenannte funktionelle Gruppen), die miteinander
reagieren und somit Makromoleküle bilden.
Polykondensation:
Auch bei der Polykondensation werden bestimmte
funktionelle Gruppen ausgenutzt, allerdings werden hier
kleine Moleküle wie Wasser oder andere abgespalten,
wenn sich die Ausgangsprodukte miteinander verbinden.
20.11.2007 15:28:51 Uhr
Po
nahezu beliebigen Einfärbungen kann man die mechanische Festigkeit – etwa durch den Einsatz von Glas
fasern – erhöhen oder die Flammwidrigkeit verbessern.
Entwickelt wurde Makrolon® im Jahr 1953 von dem
Bayer-Chemiker Dr. Hermann Schnell und seinem Team
in Uerdingen. 1959 wurde es erstmals der Öffentlichkeit
vorgestellt: Als Essgeschirr, Gehäuse für Elektrogeräte,
Steg- und Massivplatten oder in Form verschiedener
Haushaltsartikel trat es seinen Siegeszug an.
Beständig gegen Wärme
Seit einigen Jahren wird Makrolon® auch als Diffusorplatte im LCD-Fernseher eingesetzt. Eine solche
Diffusorplatte streut das Licht der Leuchtstoffröhren, so
dass ein gleichmäßig helles Fernsehbild entsteht. Neben
Makrolon® werden weltweit als Diffusor-Material noch
zwei weitere Kunststoffgruppen eingesetzt: das Polystyrol (PS) – das sich aus Styrol-Monomeren zusammensetzt – und das Polymethylmethacrylat (PMMA),
das sich durch Polymerisation der langgestreckten
Methacrylsäuremethylester-Momomere bildet und
vor allem unter der Bezeichnung „Plexiglas“ bekannt
ist. Sowohl PMMA als auch PS sind sehr transparent,
doch sind sie nur bis zu einer Temperatur von etwa
80°C wärmebeständig. Danach wird der Kunststoff
zunehmend weich und verliert seine Form. Das kann
zum Problem werden, wenn die Leuchtstoffröhren im
LCD-Fernseher zu viel Wärme abgeben. Die Verformung
wird dann auf dem Fernseher als ein störendes Muster
aus unterschiedlich hellen Flächen sichtbar. Je größer
die Bildschirmdiagonale eines Fernsehers ist, desto
größer ist dieser störende Effekt, denn große Platten
oder Folien verformen sich unter Wärmeeinfluss deutlich stärker als kleine. Für große Fernseher mit einer
Diagonale von 40 Zoll und größer eignet sich nach
Ansicht von Experten Makrolon® deutlich besser, da
es bis etwa 130°C wärmebeständig ist.
4
Mit Abba fing alles an
1982 wurde die weltweit erste Musik-CD in Serie
gefertigt – aus Makrolon®. Seitdem hat sich die
CD zu einem der wichtigsten Makrolon®-Produkte
entwickelt. Seit 1982 wurden rund fünf Milliarden
CDs gedruckt – aneinandergereiht ergäben sie ein
Silberband von rund 5.400.000 Kilometer Länge. Das
entspricht dem 14-Fachen der mittleren Entfernung
von Erde und Mond. Übrigens war Abba die erste
Pop-Gruppe, die Musik auf CDs brannte – das Album
„Visitors“ aus dem Jahr 1982. Auch der CD-Nachfolger, die DVD, besteht aus Makrolon® wie auch
die ersten HD-DVDs und Blu-ray-Discs, die heute in
den Regalen der Musikläden stehen und eine bis zu
80-fache Kapazität der CD haben.
Makrolon® für große Flachbild-Fernseher
Problematisch ist auch, dass PMMA in feuchter Umgebung Wasser aufnimmt. Dadurch quillt der Kunststoff,
und die Größe der Platte verändert sich. Auch das führt
vor allem bei großen Teilen zu störenden Verformungen. Polystyrol und Makrolon® hingegen nehmen
keine Feuchtigkeit auf und quellen nicht – sie sind
„dimensionsstabil“. Das heißt, dass sich ihre Dimensionen – Länge, Breite und Dicke – nicht ändern. Wegen
der geringen Wärmebeständigkeit und der geringen
Dimensionsstabilität werden PMMA-Diffusorschichten
vor allem bei kleineren LCD-Fernseherformaten eingesetzt. Polystyrol eignet sich für mittelgroße Formate.
Für die ganz großen LCD-Fernsehschirme aber greift
man zunehmend zu Makrolon®. Das ist zwar teuerer
als PMMA und Polystyrol, dank der guten Wärme
beständigkeit und Dimensionsstabilität aber am
zuverlässigsten.
Vergleich polymerer Werkstoffe
Kunststoffklasse
Eigenschaften
Thermoplaste
- in der Wärme formbar
- mittlere Wärmebeständigkeit
- quellbar in Lösemitteln, teilweise löslich
Duroplaste
- Formgebung vor der Aushärtung
- sehr gute Wärmebeständigkeit
- nicht quellbar
Elastomere
- Gummielastizität
- mittlere bis hohe Wärmebeständigkeit
- je nach Polymer gering bis stark quellbar, aber nicht löslich
Thermoplastische Elastomere
- eingeschränkte Gummielastizität
- in der Wärme formbar
- mittlere bis gute Quellbeständigkeit
20.11.2007 15:28:51 Uhr
Flüssigkristallfernseher (LCD) erfreuen sich wachsender
Beliebtheit. Zum einen, weil die Preise für die flachen
Bildschirme in den vergangenen Jahren deutlich gesunken
sind, zum anderen, weil sich ihre Bildqualität verbessert hat. Derzeit konkurrieren die LCD-Bildschirme mit
den klassischen, großen und schweren Röhrengeräten
und den modernen Plasmabildschirmen. Diese drei
Bildschirmtypen erzeugen das Fernsehbild auf unterschiedliche Weise.
Röhrengeräte
Bei den Röhrengeräten entsteht das Fernsehbild in
einer großen gasgefüllten Bildröhre. In der Röhre wird
ein Strahl aus negativ geladenen Teilchen – Elektronen –
erzeugt. Dieser Strahl wandert blitzschnell durch die
Röhre und trifft auf die Rückseite der Mattscheibe. Die
Mattscheibe ist mit einer Substanz beschichtet, die zu
leuchten beginnt, wenn sie von Elektronen getroffen
wird. Dieses Leuchten erzeugt das helle Fernsehbild.
Der Elektronenstrahl wird in rasender Geschwindigkeit
in feinen Linien über die Rückseite der Mattscheibe
gelenkt. In Bruchteilen von Sekunden tastet er den
gesamten Bildschirm ab – so schnell, dass für das
menschliche Auge ein bewegtes Bild entsteht. Röhrengeräte gibt es bereits sehr lange, der erste Apparat
kam schon im Jahr 1928 in den Handel. Die Technik ist
also ausgereift und sehr robust. Weitere Vorteile der
Röhrengeräte sind der geringe Preis, die große Helligkeit, die satten Farben und das aus allen Winkeln gut
sichtbare Bild. Nachteilig sind das hohe Gewicht, die
große Fläche, die man zum Aufstellen benötigt, das
5
Flimmern des Bildes und der vergleichsweise kleine
Bildschirm.
Moderne Fernseher
Die LCD- und Plasmabildschirme hingegen sind aus
Tausenden kleiner Bildpunkte aufgebaut. Blickt man
aus nächster Nähe auf den Bildschirm, kann man diese
einzelnen Bildpunkte, sogenannte Pixel, tatsächlich
erkennen. Jeder dieser vielen Pixel wird einzeln über ein
Netzwerk aus mikroskopisch kleinen Schaltern – Transistoren – gesteuert. Die Pixel können rot, grün oder
blau leuchten und ergeben insgesamt das bunte Bild.
LCD- und Plasmabildschirm nutzen zwei verschiedene
technische Verfahren, um die Pixel zum Leuchten zu
bringen.
Plasmabildschirme
Beim Plasmabildschirm befindet sich hinter jedem
Pixel eine eigene kleine Plasmakammer – je eine für
die Farben Blau, Grün, Rot (Abb.6). In diesen Kammern
wird durch einen elektrischen Impuls ein Gemisch aus
geladenen Teilchen (Ionen), das Plasma, erzeugt. Das
Plasma gibt ultraviolette Strahlung ab, wie sie auch
in Leuchtstofflampen erzeugt wird. Trifft diese Strahlung auf die Beschichtung der Kammer, wird diese zum
Leuchten angeregt. Um Farbtöne wie Grün, Braun oder
Orange zu erzeugen, wird das Licht aller drei Kammerteile gemischt, bevor es das Pixel verlässt. Plasmafernseher erzeugen kräftige Farben und helle Bilder. Weil
die große Röhre wegfällt, sind Plasmafernseher sehr
viel dünner und können sogar an der Wand montiert
abgestrahltes Licht
transparente Datenleitung
Frontglas
Schutzschicht
Entladung
dielektrische Schicht
UV-Strahlung
Rückglas
Trennbarriere
Datenleitung
Abb. 6: Plasmakammer
Moderne Plasmabildschirme sind aus Tausenden kleiner Bildpunkte (Pixel) aufgebaut. Hinter jedem dieser Pixel
befindet sich eine eigene kleine Plasmakammer – jeweils eine für die Farben Blau, Grün und Rot.
20.11.2007 15:28:53 Uhr
werden. Da jedes Pixel eine eigene kleine dreiteilige
Plasmakammer besitzt, in der ein energiereiches Plasma
erzeugt wird, ist der Stromverbrauch dieser Geräte
allerdings sehr hoch. Darüber hinaus sind die Geräte
sehr schwer. Zudem sind die durch Plasma aktivierten
Pixel oftmals träge, weil sich die elektrische Anregung
des Plasmas zunächst wieder abbauen muss. Sie leuchten ein wenig nach. Schnelle Bewegungen auf dem
Bildschirm können dadurch verwischt erscheinen.
Flüssigkristall-Fernseher
Die Pixel des LCD-Fernsehers hingegen bestehen aus
Flüssigkristallen. Auch diese sind in rote, grüne und
blaue Bereiche unterteilt. Das Licht des LCD-Fernsehers
wird von den Leuchtstoffröhren auf der Geräterückseite
erzeugt, die ständig leuchten. Damit ein bewegtes buntes Bild entsteht, werden die Flüssigkristalle durch die
Transistoren so geschaltet, dass sie einmal das Licht
hindurchlassen oder blockieren. Entsprechend werden die Farben der Pixel gemischt (Funktionsweise s.
Infoblatt 4). LCD-Fernseher erzeugen helle Bilder und
verfügen über eine robuste Technik. Sie sind leicht und
lassen sich wie Plasmafernseher an der Wand montieren. Verglichen mit den klassischen Röhrengeräten sind
die Pixel des LCD-Geräts wie die des Plasmafernsehers
auch etwas träge, da die Kristalle eine längere Schaltzeit benötigen, um vom abdunkelnden Zustand in den
lichtdurchlässigen Zustand zu wechseln. Inzwischen
6
Computermonitore und Digitalkameras
Weitere Anwendungen für LCD-Bildschirme sind
Computer-Monitore oder die Monitore und Displays
von Digitalkameras, Handys und Taschenrechnern.
Anders als beim Fernseher wird das Licht bei diesen
Geräten aber nicht von hinten, sondern zumeist
von einer kleineren Lichtquelle von der Seite her
eingestrahlt. Dank immer besserer und präziserer
Herstellungstechniken ist die Größe der Transistoren
und der Pixel in den vergangenen Jahren deutlich
geschrumpft. Die erzeugten Bilder sind dadurch
immer feiner geworden – die „Auflösung“ der Monitore, so der Fachausdruck, hat sich verbessert.
konnten die Hersteller die Schaltzeit der Flüssigkris
talle allerdings verkürzen und so das „Verschmieren“
der Bilder bei schnellen Bewegungen reduzieren. Die
Bilder der frühen LCD-Monitore waren von der Seite
her nur schwer zu erkennen, weil die Pixel das Licht
nur direkt geradeaus abstrahlten. Inzwischen wurden
die Geräte aber so verbessert, dass das Bild auch dann
gut zu erkennen ist, wenn man schräg auf den Monitor
blickt. LCD-Geräte benötigen nur wenig Strom. Da das
Energiesparen derzeit an Bedeutung gewinnt, werden
sie inzwischen bevorzugt gekauft.
Millionen Einheiten
TV Produktion weltweit
Schwarz-Weiß-Röhrengeräte
Farb-Röhrengeräte
LCD- und Plasmageräte
TV insgesamt
Abb. 7: TV-Markt
Bald werden LCD- und Plasmabildschirme die klassischen Röhrengeräte völlig verdrängt haben. 2006 wurden
weltweit erstmals mehr LCD- und Plasmafernseher als Röhrengeräte verkauft. Und allein in Deutschland soll sich die Zahl
der verkauften Flachbildfernseher mit Bildschirmdiagonalen größer 37 Zoll von jährlich etwa zwei Millionen Geräten im
Jahr 2006 bis zum Jahr 2010 mehr als verdoppeln. Produziert werden die Flachbildschirme überwiegend in Taiwan und
Korea. Dort betreiben die führenden Hersteller die zurzeit größten LCD-Bildschirm-Produktionsstätten. Experten erwarten,
dass China kurz- bis mittelfristig zumindest Taiwan als LCD-Produktionsstandort überholen und teilweise ersetzen wird.
20.11.2007 15:28:55 Uhr
Um ein gleichmäßig helles und scharfes Bild auf die
Mattscheibe eines LCD-Monitors zu zaubern, benötigt
man viele Bauteile und Schichten. Der Bildschirm ist
wie ein Sandwich aufgebaut. Er lässt sich vereinfacht
in zwei größere Abschnitte unterteilen: Die sogenannte
Backlight-Unit (Hinterleuchtungs-Einheit), in der das
Licht erzeugt und verändert wird, und das LCD-Display. Dieses enthält rote, grüne und blaue Farbfilter
und die Flüssigkristalle, die durch feine Stromimpulse
abwechselnd aktiviert werden und das Licht passieren
lassen. So entsteht ein bewegtes farbiges Fernsehbild.
Lichtstreuung
Im hinteren Teil der Backlight-Unit befinden sich mehrere, wenige Millimeter dünne Leuchtstofflampen. Licht,
das nach hinten abstrahlt, wird vom Reflektor an der
Gehäuseinnenseite nach vorn geworfen. Dann passiert
es eine Reihe von Kunststofffolien, die die Lichtausbeute verbessern. Um zunächst das Licht gleichmäßig zu verteilen, wandert es durch eine Diffusorplatte
und eine dünnere Diffusorfolie. Diese bestehen aus
Makrolon®. Die Bezeichnung „Diffusor“ ist von dem
Wort „Diffusion“ abgeleitet und bedeutet „Verteilung“.
Dem Kunststoff sind zu diesem Zweck mikroskopisch
kleine Teilchen beigemengt. An diesen Teilchen wird das
Licht gestreut. Das physikalische Phänomen der Streuung kann man am besten mit einem Gartenschlauch
vergleichen. Hält man den Wasserstrahl auf einen
Gegenstand, spritzt es nach allen Seiten. Ganz ähnlich
wird das Licht nach allen Seiten gestreut, wenn es auf
die kleinen Partikel trifft. Der eigentlich klare Kunststoff erscheint dadurch milchig weiß. Nebel entsteht
übrigens genauso: Das Sonnenlicht wird an den feinen
Wassertröpfchen in der Luft gestreut.
Dank der Diffusionsfolie verteilt sich das Licht der
Leuchtstoffröhren gleichmäßig über den gesamten
Bildschirm. Andernfalls würden die Röhren als Streifen im Fernsehbild durchscheinen. Danach folgt eine
sogenannte Prismen-Folie. Ein Prisma ist eigentlich ein
geschliffener, kantiger Glasgegenstand, der in der Lage
ist, Lichtstrahlen von ihrem Weg abzulenken. Physiker
nennen dieses Ablenken „Brechung“. Die Prismenfolie
7
besteht aus Kunststoff. An ihrer Oberfläche werden aus
der Diffusorschicht schräg eintreffende Lichtstrahlen so
abgelenkt – „gebrochen“ –, dass sie gerade, nach vorn
Richtung Mattscheibe, weiterwandern. Weil damit mehr
Licht nach vorne wandert, wird das Fernsehbild heller.
Anschließend trifft das Licht auf die sogenannte Polarisationsfolie – die letzte Schicht der Backlight-Unit.
Diese Folie sorgt dafür, dass nur exakt polarisiertes Licht
(s. Infoblatt 1) in das LCD-Display gelangt. Aufgabe
des LCD-Displays ist es, Licht durch Pixel wandern zu
lassen oder ganz zu blockieren. Das LCD-Display ist
sozusagen ein Lichtfilter und besteht ebenfalls aus
mehreren Schichten. Zunächst trifft das Licht auf
einen ersten Polarisationsfilter. Dank der Polarisationsfolie ist der Großteil der Lichtstrahlen polarisiert
und kann so in das LCD-Display gelangen. Dann folgt
die Flüssigkristallschicht. Hier wird die polarisierte, in
einer Ebene schwingende Lichtwelle gedreht. Wenn
das Licht den Kristall durchwandert hat, schwingt die
Welle nicht mehr senkrecht auf und ab, sondern genau
quer dazu.
Nur die „richtigen“ Wellen kommen durch
Hinter der Kristallschicht liegt eine zweite Polarisationsschicht. Diese steht ebenfalls genau quer zur ersten.
Die „Schlitze“ der beiden Polarisationsschichten stehen senkrecht zueinander. Da sich das Licht im Kristall
ebenfalls quer gestellt hat, kann es die zweite Polarisationsschicht passieren. Das Pixel leuchtet hell. Um dem
Licht den Weg zu versperren, wendet man einen Trick
an: Setzt man den Kristall unter elektrische Spannung,
dreht sich das Licht ebenfalls. Wenn jetzt eine Lichtwelle den Kristall durchwandert, wird sie zwar nach
wie vor abgelenkt. Weil sich der Kristall selbst gedreht
hat, passt die Welle aber nicht mehr durch die zweite
Polarisationsschicht. Das Pixel bleibt dunkel. Auf diese
Weise lässt sich genau steuern, welche Pixel dunkel und
hell erscheinen. Auf der Mattscheibe entsteht das Bild.
Um Farben zu erzeugen, wird das Licht einfach durch
die entsprechenden Bereiche des Pixels gelenkt. Auch
hier lässt sich durch die Mischung von Rot, Grün und
Blau jede beliebige Farbe herstellen.
20.11.2007 15:28:55 Uhr
8
Das Licht hinter der Mattscheibe
Linear polarisiertes Licht
LCD-Display (Flüssigkristall)
Polarisationsfolie
Leuchtstofflampen
(CCFL – Cold Cathod Fluorescent Lamp)
Backlight-Unit (BLU)
Pigmente zur Lichtstreuung
Prismenfolie
Diffusorfolien und -platten aus Makrolon®
Zurückgeworfene, falsch polarisierte
Lichtquanten
20.11.2007 15:28:58 Uhr
9
Das Licht hinter der Mattscheibe
20.11.2007 15:29:00 Uhr
Linear polarisiertes Licht
9a
LCD-Display (Flüssigkristall)
Polarisationsfolie
Leuchtstofflampen
(CCFL – Cold Cathod Fluorescent Lamp)
Backlight-Unit (BLU)
Pigmente zur Lichtstreuung
Prismenfolie
Diffusorfolien und -platten aus Makrolon®
Zurückgeworfene, falsch polarisierte
Lichtquanten
20.11.2007 15:29:00 Uhr
9b
20.11.2007 15:29:01 Uhr
Hilfreiches aus dem Internet
Online-Tipps:
Auch im Internet finden
sich zahlreiche Seiten mit
Informationen zum Thema.
Hier sind einige Links
aufgelistet, die für eine
weiterführende, vertiefende
Recherche des Themas
geeignet sind.
Physik
http://leifi.physik.uni-muenchen.de
Sehr übersichtliche und nach Klassen strukturierte
Seiten. Unter „G8 Jahrgangsstufe 7“ finden sich teilweise animierte Darstellungen zum Reflexionsgesetz
sowie Übungsaufgaben und Versuchsanordnungen
zum Thema Lichtbrechung und Reflexion. Unter „G9
Jahrgangsstufe 12“ ist das Prinzip der Wellenoptik und
Polarisation erklärt. Die Seiten sind vor allem für Schüler gut geeignet. Und von den Autoren als Hilfen für
schwache und Anregungen für interessierte Schüler
gedacht.
www.lehrer-online.de
Die Internetseite ist eine Service- und Informationsplattform von „Schulen ans Netz e.V.“ und bietet gut
strukturierte und nach Fächern sortierte Unterrichtsmaterialien, Fachmedienrezensionen, Linksammlun
gen und mehr. Unter dem Button „Unterricht“ findet
sich bei Sekundarstufen das Fach Physik. Hier bei
„Unterrichtseinheiten“ auf „Optik“ klicken. Darunter
sind vier Vorschläge für Unterrichtseinheiten zum
Thema Reflexion und Lichtbrechung aufgelistet. Außerdem bietet das Portal für sämtliche Schulfächer
eine umfangreiche Linkliste.
www.2wid.net/kt2567-Wissenschaft-Naturwissenschaften-Physik-Schulphysik.htm
Diese Sammlung listet Links zu Veröffentlichungen
verschiedener Universitäten auf, die weiterführende Informationen – teilweise bis hin zu fertigen Auf
gabenblättern – zur Physik im Netz veröffentlichen.
Die Seite ist vor allem für Lehrer zur Vorbereitung von
Unterrichtseinheiten geeignet.
www.walter-fendt.de/ph14d
Die private Internetseite des Gymnasiallehrers Walter
Fendt (Stadtbergen bei Augsburg) bietet eine Reihe
von sogenannten Java-Applets (Computerprogramm
für animierte Darstellungen im Internet), sowohl zur
direkten Anschauung als auch zum Download. Unter
dem Schlagwort „Optik“ gibt’s eine Reihe von Darstel-
10
lungen zur Reflexion und Lichtbrechung. Hilft dabei,
spielerisch an das Thema heranzugehen, und ist eine
gute Möglichkeit, die Internet-Nutzung in den Unterricht zu integrieren.
Chemie
www.lehrer-online.de/unterricht.php
Die Intersetseite ist eine Service- und Informationsplattform von „Schulen ans Netz e.V.“ und bietet gut
strukturierte und nach Fächern sortierte Unterrichtsmaterialien, Fachmedienrezensionen, Linksammlungen und mehr. Unter dem Button „Unterricht“ findet
sich bei Sekundarstufen das Fach Chemie. Und hie
runter wiederum eine umfangreiche Linksammlung
und unter dem Schlagwort „Unterrichtseinheit“ eine
Software zur Präsentation virtueller 3D-Moleküle
der organischen Chemie per Beamer während des
Unterrichtsgesprächs.
http://de.wikibooks.org/wiki/Organische_Chemie:_
Inhaltsverzeichnis
Die Webseite zum Thema Organische Chemie bietet
das Inhaltsverzeichnis eines sogenannten wikibooks –
einer mehrsprachigen Bibliothek mit Lehrbüchern und
anderen Lern- und Lehrmaterialien, deren Inhalte frei
nutzbar sind. Die einzelnen Kapitel und Schlagworte
sind wie bei der Internet-Enzyklopädie Wikipedia verlinkt und führen zu weiteren Informationsebenen. Die
Seite hilft auch den Umgang mit den Applikationen
des Web 2.0 zu üben.
Wirtschaft
www.displaysearch.com/free/presos.html
Das englischsprachige Internetportal „displayresearch“
liefert Informationen rund um das Thema Displays vor
allem für Industrie, Wirtschaft und Handel. Dieser Link
führt zu einer Liste mit zahlreichen Präsentationen zum
Thema LCD-Screens zum kostenlosen Download. Gut
geeignet, um die ökonomischen Aspekte einer neuen
Technologie zu verdeutlichen und aktuelle Zahlen zu
Absatz und Produktion zu finden.
20.11.2007 15:29:02 Uhr
Herausgeber:
Bayer AG
Konzernkommunikation
51368 Leverkusen
Ansprechpartner: Ute Bode
Telefon 02 14/30-58 992
Telefax 02 14/30-71 985
E-Mail [email protected]
Konzeption und Redaktion:
wissen & konzepte – Kommunikation für
Forschung, Technik und Medizin, München
Pädagogische Beratung:
Sylva Poks, München
Titelmotiv und Infoblatt 1:
Louie Psihoyos/Gettyimages
Stand: Dezember 2007

LCD-TV – Bildschirme im Großformat - research

Transcrição

Documentos relacionados

Importeure, Bekleidungs- und Zubehör

19.900. - EAutoSeller

Infoblatt zum Fitnessführerscheinlehrgang

30 Jahre fachgerechte Beratung zur Zufriedenheit - Kabel

Angebote

Megapixel

Konicas digitale Palette - X

Anlieferung

HORN-Gruppe HORN-Vertrieb

Technische Daten Lumix DMC-FZ20 Kamera-Typ Digital