LCD-Pixel


Damit ein bestimmtes Bild auf einem Farb-Display dargestellt werden kann, muss es möglich sein, die Farbe eines jeden einzelnen der Millionen Farb-Pixel zu steuern. Eine Technik, die heute noch in den allermeisten Farb-Displays zum Einsatz kommt, ist die Steuerung der Helligkeit eines Sub-Pixels mit Hilfe von Polarisationsfiltern und Flüssigkristallen.

Ein Display, das mit Hilfe von Flüssigkristallen gesteuert wird, nennt man "Liquid-Crystal-Display" (LCD).

Ein einzelnes Pixel in einem LCD ist wie folgt aufgebaut:

Das Licht der LED geht durch einen Polarisationsfilter und wird polarisiert. In Klasse 12 können Sie im Fach Physik lernen, was polarisiertes Licht ist (Polarisation und Polarisation von Licht).

Wenn Licht polarisiert ist, kann es einen zweiten Polarisationsfilter, der um 90° zu der Polarisationsebene gedreht wurde, nicht mehr passieren. In einem Pixel gibt es also zwei Polarisationsfilter, die um 90° zueinander gedreht sind. Schaltet man die LED ein, bleibt das Pixel dunkel, da der zweite Polarisationsfilter kein Licht passieren lässt.

Zwischen die beiden Polarisationsfilter werden Flüssigkristalle eingebaut, an die eine elektrische Spannung angelegt werden kann. Je höher die elektrische Spannung ist, desto mehr können die Flüssigkristalle gedreht werden. Die Aufgabe der Flüssigkristalle ist es, die Polarisationsebene des Lichts zu drehen, so dass das polarisierte Licht den zweiten Polarisationsfilter passieren kann. Dabei gilt:

  • wenn die Flüssigkristalle parallel zur Polarisationsebene des ersten Filters ausgerichtet sind, bleibt das Subpixel dunkel,
  • wenn die Flüssigkristalle beginnend mit 0° allmählich auf 90° zur Polarisationsebene des ersten Filters ausgerichtet werden, leuchtet das Subpixel in voller Helligkeit,
  • wenn die Flüssigkristalle beginnend mit 0° allmählich auf einen Winkel zwischen 0° und 90° zur Polarisationsebene des ersten Filters ausgerichtet werden, kann die Helligkeit des Subpixels zwischen dunkel und hell beliebig eingestellt werden. Der subjektive Farbeindruck eines Pixels für das Gehirn kann damit jede beliebige Farbe annehmen.

In der folgenden App können Sie (stark vereinfacht) den Aufbau und die Funktionsweise eines Pixels in einem LCD erkunden.

In einem neuen Fenster starten: LED-Pixel


RGB-Code

Die Farbe eines Pixels wird aus der Kombination von drei Subpixeln festgelegt. Die Helligkeit der drei Subpixel bestimmt die resultierende Farbe des Pixels, so dass die Farbe des Pixels mit Hilfe von drei Helligkeitsangaben festgelegt werden kann.

Die Helligkeit eines Subpixels wird mit 255 Helligkeitsstufen festgelegt. In der folgenden App können Sie erkunden, wie Farben durch die Angabe von den drei Helligkeitsstufen der Subpixel eines RGB-Pixels festgelegt werden.

In einem neuen Fenster starten: Codierung eines RGB-Pixels

Mit der Angabe der Helligkeitsstufe aller drei Subpixel, kann die für einen Beobachter subjektiv wahrgenommene Farbe eines Pixels festgelegt werden. Man notiert die Helligkeitsstufen als einen RGB-Code. "R" steht für "rot", "G" steht für "Grün" und "B" steht für "blau":

rgb(Helligkeit des roten Subpixels, Helligkeit des grünen Subpixels, Helligkeit des blauen Subpixels).

Manchen Farben hat man einen Farbnamen zugeordnet: Color Names.


Übung 1: Pixel-Technologie in modernsten Displays

Finden Sie mit Hilfe des Internets heraus, welche Pixel-Technologien für modernste Displays im Moment entwickelt werden. Dokumentieren Sie ihre Erkenntnisse in einem Dokument ihrer Wahl.