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Bildschirmtechnik

Weibliche Designerin, die an mehreren Monitoren arbeitet
Andrey Popov / stock.adobe.com

Autor:
Josef Webel

Wenn von der Bildschirmtechnik gesprochen wird, dann ist heute fast ausschließlich der flache Bildschirm gemeint, der ein Ergebnis des Zusammentreffens und des Zusammen-wirkens von Mikroelektronik und Flüssigkristalltechnik darstellt. Die keineswegs geradlinige Entwicklung der LCD-Technologie vollzog sich zwischen 1960 und 2000, zunächst in den USA, dann auch in Europa und in Asien. Hauptprobleme stellten die Synthetisierung geeigneter Flüssigkristallmischungen, die Optimierung der Flüssigkristallzellen sowie die zuverlässige Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte dar. Gegen Ende des 20. Jahrhunderts war der flache Bildschirm technologisch weitgehend ausgereift und konnte dank der kostengünstigen großtechnischen Fertigungsverfahren die bis dahin dominierende Kathodenstrahlröhre in kurzer Zeit ablösen. Die nachfolgende Chronologie gibt die wichtigsten Schritte wieder, basierend auf der unten zitierten Literatur.

Chronik:

1888    Entdeckung der flüssigkristallinen Eigenschaften von Cholesterylbenzoat durch den österreichischen Botaniker Friedrich Reinitzer an der Deutschen Universität in Prag

1889    Der deutsche Physiker Otto Lehmann beschreibt an der Universität Karlsruhe die physikalischen Eigenschaften dieser Kristalle und definiert sie als neuen Aggregatzustand in seiner Veröffentlichung „Über fließende Kristalle“

1918    Erste Beobachtung elektrooptischer Effekte an Flüssigkristallen (p-Azoxyanizol) durch den schwedischen Physiker Yngve Björnstahl

1935    Erneute Beobachtung elektrooptischer Effekte an Flüssigkristallen durch den russischen Physiker Wiktor Zvetkoff unabhängig von Yngve Björnstahl

1936    Erstes Patent durch Barnett und Nyman Levin bei Marconi in Großbritannien für Lichtventile mit nematischen Flüssigkristallen und Perspektive für das Fernsehen

1960    Richard Williams weist bei RCA in den USA nach, dass eine transparente und lichtdurchlässige Flüssigkristallsubstanz bei Anlegen eines elektrischen Stromes opak wird und Licht streut

1962    Paul Weimer entwickelt bei RCA in den USA den ersten TFT

1962    Richard Williams „entdeckt“ bei RCA in USA die elektrooptischen Effekte der Flüssigkristalle, nennt diesen Effekt DSM und beantragt Patentierung eines darauf aufbauenden elektrooptischen Displays

1966    Erstes LCD unter Anwendung von DSM durch George Heilmeier, Louis Zanoni und Lucian Barton bei RCA in den USA. Wegen der strategischen Bedeutung wird diese Entwicklung erst 1968 veröffentlicht.

1966    Joel Goldmacher, Joseph Castellano und Lucian Barton entwickeln bei RCA in den USA die ersten bei Raumtemperatur stabilen Mischungen von nematischen Flüssigkristallen. Veröffentlichung der Ergebnisse erst nach 1968

1967    T. Peter Brody und Derrick Page experimentieren bei Westinghouse in den USA mit Te-Schichten für TFT

1968    T. Peter Brody und Derrick Page entwickeln bei Westinghouse in den USA eine AM-Anzeige mit ferroelektrischen Schaltelementen

1968    Bernard Lechner, Frank Marlowe, Edward Nuts und Juri Tults bauen bei RCA in den USA den ersten LCD mit TV-Frequenzraten unter Verwendung von außen am Bildschirm angebrachten MOS-Transistoren

1968    RCA stellt in New York der Öffentlichkeit erstes LCD auf Basis DSM mit Außen-ansteuerung der Bildpunkte mittels diskreter Transistoren vor. Die Präsentation löst einen weltweiten Impuls zur weiteren Entwicklung von LCDs aus

1969    Hans Kelker und Bruno Scheurle synthetisieren bei den Farbwerken Höchst den ersten bei Raumtemperatur stabilen nematischen Flüssigkristall (MBBA)

1971    T. Peter Brody entwickelt bei Westinghouse in den USA ein AMLCD für die US Air Force

1971    Wolfgang Helfrich und Martin Schadt entwickeln bei Hoffmann-La Roche in der Schweiz die TN-Technologie für LCDs

1972    George Gray, John Nash und Kenneth Harrison synthetisieren an der Universität Hull in GB Flüssigkristallmischungen auf Basis Cyanobiphenyl. Diese Flüssigkristalle zeichnen sich durch bessere Stabilität und bessere elektrooptische Eigenschaften gegenüber den bis dahin verwendeten Schiff‘schen Basen aus; erst diese neuen Flüssigkristalle ermöglichen eine wirtschaftliche Herstellung von LCDs

1972    Wolfgang Helfrich und Martin Schadt und entwickeln bei Hoffmann-La Roche in der Schweiz den ersten funktionsfähigen TN-LCD

1973    T. Peter Brody et al. bauen bei Westinghouse in den USA den ersten AMLCD unter Verwendung von TFT aus CdSe

1977    Hitachi in Japan präsentiert den ersten Fernsehempfänger mit TN-LCD. Der monochrome Fernsehempfänger hat eine Diagonale von 6“ und besteht aus 82 x 109 Pixeln

1977    Rudolf Eidenschink, Ludwig Pohl, Joachim Krause und Dietrich Erdmann entwickeln bei Merck in Darmstadt Flüssigkristallmischungen aus Cyanophenyl-Cyclohexanen mit verbesserten Eigenschaften für LCDs

1978    Matsushita in Japan baut einen der ersten monochromen AM LCD-Fernsehempfänger. Das DSM-Display mit 240 x 240 Pixeln ist auf einem Si-Wafer aufgebaut und wird von MOS-Treibern angesteuert

1978    Gerald Garies entwickelt bei Fairchild in den USA als einer der Ersten einen photolithograpischen Prozess auf 14“-Platten, um gleichzeitig eine große Anzahl von LCD auf einem einzelnen Substrat herzustellen

1978    Ernst Lüder stellt an der Universität Stuttgart Prototypen von CdSe-TFT her unter Verwendung von Photolithograpie und Ätztechnik anstelle Schattenmasken und Aufdampfen im Vakuum, Veröffentlichung 1979

1979    Walter Spear und Peter LeComber weisen an der Universität Dundee/Schottland nach, dass TFT aus hydrogenisiertem amorphen Silizium (a-Si: H) herstellbar sind und damit AM LCDs realisiert werden können

1982    Seiko Epson in Japan entwickelt den ersten tragbaren LCD-Computer mit 4 Zeilen x 40 Zeichen/Zeile und einer passiven Anzeige

1983    Suwa Seikosha in Japan präsentiert den Prototyp des ersten farbigen 2“-AMLCD. Das Display ist AM-gesteuert und weist 240 x 240 Pixel auf

1983    Sanyo in Japan präsentiert den ersten farbigen 3“-AMLCD- Fernsehempfänger mit TFT aus a-Si:H

1983    Kyocera in Japan produziert den ersten tragbaren LCD-Computer mit 8 Zeilen x 40 Zeichen/Zeile und einer passiven Anzeige

1984    Terry Scheffer und Jürgen Nehring entwickeln bei BBC in der Schweiz die STN-Technologie für LCDs mit höherem Kontrast und der Möglichkeit mehr Zeilen als mit TN per Multiplex anzusteuern. STN ebnet den Weg zu hochauflösenden LCDs bei tragbaren Computern

1984    Samsung in Korea beginnt seine LCD-Entwicklung

1984    Seiko in Japan präsentiert das ersten kommerzielle mehrfarbige LCD-Modul, angesteuert mit einer passiven Matrix aus 720 x 64 Pixeln

1985    BBC in der Schweiz präsentiert den Prototyp eines STN-LCD mit einer Diagonale von 10.7“ und 540 x 270 Pixel

1986    Matsushita in Japan produziert einen 3“-TFT-LCD-Farbfernsehempfänger unter Verwendung von a-Si:H.

1986    Sharp in Japan startet Großproduktion von STN-LCDs für Notebooks

1987    Hitachi in Japan stellt ersten farbigen 5“-AMLCD-Fernsehempfänger vor, gesteuert mit a-Si:H-TFT

1987    GE in den USA baut erstes 8“-AMLCD mit mehr als 260.000 Pixeln und mehr als eine Million a-Si:H-TFT

1988    Sharp in Japan baut den ersten pixelfehlerfreien 14“-AM LCD mit 642 x 480 Pixeln sowie 1.2 Millionen TFT

1988    IBM in den USA und Toshiba in Japan entwickeln gemeinsam den bis dahin größten farbigen Computermonitor mit 14.3“ Diagonale, 770 x 550 Pixeln sowie 1.5 Millionen a-Si:H-TFT

1989    NEC in Japan baut das LCD-„Ultralite“-Notebook. Es hat einen 14“-Bildschirm und ist dünner und leichter als bisherige tragbare Computer

1989    Toshiba, Sharp und Mitsubishi in Japan stellen erste tragbare Computer mit farbigen STN-LCDs her

1992    Günter Baur et. al. entwickeln am Institut für Angewandte Festkörperphysik in Freiburg die IPS-Technologie für LCDs zur Vergrößerung des Betrachtungswinkels. IPS ist fernsehtauglich

1992    IBM in den USA präsentiert das ThinkPad 700C, das erste Notebook mit einem farbigen TFT-AMLCD-Bildschirm

1993    Xerox in den USA entwickelt das erste monochrome TFT-AMLCD mit 6.3 Millionen Pixeln und das erste farbige TFT-LCD mit mehr als 1.6 Millionen Pixeln. Beide LCDs haben eine Diagonale von 13“

1994    Joachim Glück entwickelt an der Universität Stuttgart einen Herstellungsprozess, mit dem sich TFT mit vier statt bisher 6-9 Strukturierungsschritten realisieren lassen. Dieser „Vier-Masken-Prozess“ ermöglicht es, die Herstellkosten von LCDs wesentlich zu senken

1995    Hitachi in Japan baut das erste 13.3“-Farb-TFT-AMLCD mit der IPS-Technologie

1995    Sharp in Japan baut den ersten Prototyp eines 28“- Farb-TFT-AMLCD durch übergangslose Verbindung zweier 21“-Paneele

1996    Samsung in Korea entwickelt den ersten 22“- Farb-TFT-AMLCD, hergestellt aus einem einzigen Substrat

1996    Sharp in Japan kündigt Herstellung des ersten 29“-Farb-TFT-AMLCD aus einem einzigen Substrat sowie eines 40“-Farb-TFT-AMLCD durch übergangslose Verbindung von zwei 29“-Paneelen an

1997    Samsung in Korea baut den ersten 30“-Farb-TFT-AMLCD für Fernsehempfang

1998    VA-Technologie für LCD zur Verringerung von Verzerrungen und Farbunterscheiden wird eingeführt. Diese Technologie basiert auf einer Idee von Kurt Schieckel und Manfred Fahrenschon bei AEG in Ulm aus dem Jahr 1971, die seinerzeit technologisch nicht realisierbar war. VA ist fernsehtauglich

1998    IBM in den USA baut den ersten hochauflösenden Farb-TFT-AMLCD. Der 13.6“-Bildschirm hat eine Auflösung von 200 Pixel/Inch, 5.2 Millionen Pixel im Format 2560 x 2048 sowie 15.7 Millionen TFT.

Glossar:

AM          Active-Matrix

AMLCD   Active-Matrix Liquid Crystal Display

DSM       Dynamic Scattering Matter

IPS          In-Plane-Switching

LCD         Liquid Crystal Display (Flüssigkristallbildschirm)

MBBA     N-(p-Methyloxybenzyliden)-p-n-butylanilin 

MOS        Metal Oxide Semiconductor

STN         Super-Twisted Nematic

TFT          Thin Film Transistor (Dünnschichttranstor)

TN            Twisted Nematic

VA            Vertical Aligned

Literatur:

Castellano, Joseph A. 22006 [12005]: Liquid Gold. The Story of Liquid Crystal Displays and   the Creation of an Industry, Singapore/Hackensack (NJ)/London: World Scientific Publishing, 274-285.

Merck KGaA (Hg.) 2004: The history of the future. 100 years of liquid crystals at Merck, Darmstadt, 76-79.

Murtha, Thomas P./Lenway, Stefanie Ann/Hart, Jeffrey A. 2001: Managing New Industry Creation. Global Knowledge Formation And Entrepreneurship In High Technology, Stanford/CA: Stanford University Press, 200-206.

Webel, Josef 2013: Geschichte der Bildschirmtechnik 1970-2000. Synergien, Netzwerke und Innovationssysteme in Baden-Württemberg, Berlin: Logos Verlag.