Bildhaften in LCDs verstehen: Ursachen, Tests und Lösungen

LCD (Flüssigkristallanzeige) ist die am weitesten verbreitete Display-Technologie. Sie wird für Automobil, Haushaltsgeräte, Telekommunikation, Heimgeräte, Industrie, Unterhaltungselektronik, Militär etc. eingesetzt. Aber LCD-Displays haben einige Nachteile, wie langsame Reaktionszeit, schmaler Betrachtungswinkel, geringerer Kontrast etc. Ein ärgerliches Phänomen, über das sich Benutzer oft beschweren, ist Bildhaften (Image Sticking).

Was ist Bildhaften?

Wenn ein statisches Bild lange Zeit auf einem Display verbleibt, bleibt der schwache Umriss dieses Bildes für einige Zeit auf dem Bildschirm bestehen, bevor es schließlich verschwindet. Normalerweise tritt es bei LCD- und Plasma-Bildschirmen auf, aber für unsere Diskussion konzentrieren wir uns auf TFT-LCD-Displays. Bildhaften wird auch als "Bildpersistenz", "Bildretention", "Ghosting" oder "Einbrennen" bezeichnet.

Wie sind LCDs konstruiert?

Um das Konzept des Bildhaftens besser zu verstehen, ist es notwendig zu verstehen, wie LCDs konstruiert sind und wie sie funktionieren.

Ein LCD-Bildschirm umfasst eine dünne Schicht Flüssigkristallmaterial, die zwischen zwei Elektroden auf Glassubstraten eingeschlossen ist, mit zwei Polarisatoren auf jeder Seite. Ein Polarisator ist ein optischer Filter, der Lichtwellen einer bestimmten Polarisation durchlässt, während er Lichtwellen anderer Polarisationen blockiert. Die Elektroden müssen transparent sein, daher ist das beliebteste Material ITO (Indium-Zinn-Oxid). Da ein LCD kein Licht selbst emittieren kann, wird normalerweise ein Backlight hinter einem LCD-Bildschirm platziert, um in dunkler Umgebung sichtbar zu sein. Die für ein Backlight verwendeten Lichtquellen können LED (Light Emitting Diode) oder CCFL (Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen) sein. LED-Backlight ist am beliebtesten. Natürlich kann für eine Farbanzeige eine Schicht RGB-Farbfilter in eine LCD-Zelle integriert werden. Ein Touchpanel kann auch vor einem LCD-Display hinzugefügt werden.

Wie LCDs funktionieren

Die erste in Massenproduktion gefertigte LCD-Panel-Technologie heißt TN (Twisted Nematic). Das Prinzip hinter LCDs ist, dass, wenn kein elektrisches Feld auf die Flüssigkristallmoleküle angewendet wird, sich die Moleküle um 90 Grad in der LCD-Zelle verdrehen. Wenn das Licht entweder von Umgebungslicht oder vom Backlight durch den ersten Polarisator geht, wird das Licht polarisiert und mit der Flüssigkristallmolekulschicht verdreht. Wenn es den zweiten Polarisator erreicht, wird es blockiert. Der Betrachter sieht das Display als schwarz.

Wenn ein elektrisches Feld auf die Flüssigkristallmoleküle angewendet wird, entdrehen sie sich. Wenn das polarisierte Licht die Schicht der Flüssigkristallmoleküle erreicht, geht das Licht gerade durch, ohne verdreht zu werden. Wenn es den zweiten Polarisator erreicht, wird es auch durchgelassen, was bedeutet, dass der Betrachter das Display als hell sieht. Da LCD-Technologie elektrische Felder statt elektrischen Stroms (Elektronendurchgang) verwendet, hat sie einen geringen Stromverbrauch.

Was verursacht Bildhaften?

Die Ursache für LCD-Bildhaften liegt in einer Anreicherung ionischer Verunreinigungen im Flüssigkristallmaterial. Wenn eine geringe Gleichspannung auftritt, bewegen sich die geladenen Verunreinigungen zu den Elektroden und bauen ein umgekehrtes Spannungsfeld auf. Wenn die Stromversorgung entfernt wird, tritt die umgekehrte Spannung in Kraft, um die LCD-Moleküle anders zu verdrehen als der Rest des LCD, was als Bildhaften erscheint. Je länger die Zeit, desto mehr Verunreinigungen wandern, desto größer wird die umgekehrte Spannung, und desto schlimmer erscheint das Bildhaften.

Wie man Bildhaften-Qualität testet

Mit dem oben gezeigten schwarz/weiß Schachbrettbild:

1. Statisches Bild für 2 Stunden anzeigen, dann auf 50 % Grau für 1 Minute wechseln. Mit 8 % Neutraldichtefilter prüfen, ob es OK ist.
2. Statisches Bild für 8 Stunden anzeigen, 30 Minuten ausschalten, dann auf 50 % Grau mit 8 % Neutraldichtefilter wechseln.

Wie man Bildhaften vermeidet

• Versuchen Sie nicht, ein "statisches" Bild auf dem TFT-LCD-Display länger als 2 Stunden zu verwenden.

• Verwenden Sie einen Bildschirmschoner, wenn der LCD-Bildschirm länger als 15 Minuten nicht benutzt wird, oder schalten Sie das Display aus, wenn es länger als eine Stunde nicht verwendet wird.

• Wenn ein statisches Bild angezeigt werden muss, versuchen Sie, Blockmuster statt deutlicher Randlinien zu verwenden. Versuchen Sie, mittlere Grautöne zu verwenden und Farben, die symmetrisch zum mittleren Grauwert an der Grenze zwischen zwei verschiedenen Farben sind. Verschieben Sie die Randlinien gelegentlich allmählich.

• Für LCD-Hersteller: Versuchen Sie, Flüssigkristallmaterialien, die der Luft ausgesetzt sind, durch Verwendung von Stickstoffgas oder getrockneter Luft zu schützen, um Feuchtigkeitsaufnahme zu vermeiden, die eine enorme Menge an Verunreinigungen im Flüssigkristallmaterial erzeugen kann, da Wasser ein hervorragendes Lösungsmittel ist. Die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit in der Fertigung ist ebenfalls sehr wichtig, ebenso wie die Auswahl der richtigen Flüssigkristallmaterialien und ihrer Hersteller. Verschiedene Flüssigkristallmaterialien haben unterschiedliche Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeiten. Verschiedene Flüssigkristallmaterialfabriken haben unterschiedliche Fähigkeiten in Bezug auf die Kontrolle von Verunreinigungen. Trotz der Tatsache, dass hohe Reinheit hohe Kosten bedeuten kann, kann die Verwendung von höherer Reinheit Flüssigkristallmaterialien und das Design der Schaltung, um Gleichstrom in LCD-Display-Treibern zu eliminieren, ein Bildhaften-Problem vermeiden.

Wie man ein Bildhaften-Problem behebt

Im Gegensatz zum "Einbrennen"-Problem, das bei CRTs häufig ist, ist ein Bildhaften-Problem nicht permanent. Es wird sich nach einiger Zeit schließlich erholen. Ein Weg, ein behaltenes Bild schneller zu löschen, ist, einen Bildschirm in einem alles-schwarzen Muster für 4-6 Stunden einzuschalten. Wenn Sie es noch schneller machen wollen, kann das Display in eine Umgebung mit einer Temperatur von etwa 35 bis 50 °C für 1-2 Stunden gebracht werden. Da diese erhöhte Temperatur im Betriebstemperaturbereich liegt, wird sie die LCD-Panels nicht beschädigen.

Dieser Artikel wurde verfasst von Bill Cheung, Engineering Lead und Marketing Manager, Orient Display (Bellevue, WA). Für weitere Informationen besuchen Sie hier.