LCD vs. Sonnenbrille: Die Bildschirmtechnologie erklärt

LCD vs. Sonnenbrille: Die Bildschirmtechnologie erklärt

Luca Fontana
Zurich, le 15.08.2018
Ein Tag am Fluss und ich sehe Schwarz: Wieso bleibt der Handyscreen beim Betrachten mit polarisierter Sonnenbrille dunkel? Ich will es herausfinden.

Es ist ein heisser Tag. Meine Freundin und ich haben ein lauschiges Plätzchen an der Limmat gefunden. Ich setze meine neue Sonnenbrille auf – Oakley Titanium – und möchte gleich ein paar Beweisfotos dieser grünen Oase machen. Instagram, du verstehst.

«Läck, Bobby», sage ich.

«Schön, gäll», sagt meine Freundin.

«Ich sehe nichts», antworte ich.

Nichts zu sehen auf dem Display. Brille: Oakley Titanium
Nichts zu sehen auf dem Display. Brille: Oakley Titanium

Genervt schlurfe ich zurück in den Schatten. Dort nehme ich meine Brille ab, um mir ein genaueres Bild der Gesamtsituation zu verschaffen.

Auf einmal ist alles wieder da.

Alles wieder da
Alles wieder da

Dann fällt’s mir wie Schuppen von den Augen: Der Polarisationsfilter meiner Sonnenbrille. Er lässt bereits polarisiertes Licht nicht durch. Ich fühle mich erleuchtet, und beginne, meiner Freundin die Sachlage zu erklären.

Es ist alles Schuld der LCDs

Der «Trick» mit der Polarisations-Brille funktioniert nur bei Smartphones, Tablets, Fernseher oder sonstigen Monitoren, die auf LCD-Technologie basieren. Das liegt an deren Funktionsweise.

Die zwei Hauptmerkmale von LCD-Monitoren sind Hintergrundbeleuchtung und Flüssigkristalle. Die Kristalle erzeugen das Bild, und das Licht, das sie zum strahlen bringt, liefern LEDs. Sie strahlen von hinten auf zwei Glasplatten, auf denen die Polarisationsfilter, die Elektroden und der Farbfilter angebracht sind. Zwischen den Glasplatten befindet sich das Herzstück: Die stäbchenförmigen Flüssigkristalle.

So sieht es in jedem einzelnen Pixel eines Bildschirmes mit LCD-Technologie aus
So sieht es in jedem einzelnen Pixel eines Bildschirmes mit LCD-Technologie aus
Zeichnung: Luca Fontana

Die beiden Polarisationsfilter im LCD-Panel sorgen dafür, dass das Panel zwischen hell und dunkel – also zwischen weiss und schwarz – abwechseln kann. So, dass dein LCD-Fernseher nicht nur die gleissende Wüste des Wastelands aus «Mad Max: Fury Road», sondern auch die romantische Nachtszenerie aus «La La Land» darstellen kann.

Bei dunklen Szenen kommen viel weniger Lichtwellen durch die Polarisationsfilter, als bei hellen Szenen

Schwingende Moleküle: Jetzt wird’s abstrakt

Das LED-Licht besteht, einfach ausgedrückt, aus Wellen, die senkrecht und waagerecht schwingen. Stell dir diese Wellen wie Gitarrensaiten vor, die zu schwingen beginnen, wenn du sie zupfst. Die erste Polarisationsfolie absorbiert nun die waagerecht schwingenden Wellen und lässt die senkrecht schwingenden durch. Dieses Licht wird «polarisiertes Licht» genannt, oder genauer: senkrecht polarisiertes Licht.

Nichtpolarisiertes Licht geht durch den Filter durch, das alle Lichtwellen, die waagerecht schwingen, rausfiltert
Nichtpolarisiertes Licht geht durch den Filter durch, das alle Lichtwellen, die waagerecht schwingen, rausfiltert
Zeichnung: Luca Fontana

Anschliessend trifft das polarisierte Licht auf die Flüssigkristalle. Die Kristalle bestehen aus stabförmigen Molekülen, die sich wie Streichhölzer in einer Schachtel anordnen. Sie verhalten sich einerseits wie eine Flüssigkeit, andererseits besitzen sie eine Ordnung, die jenen von Kristallen gleicht – daher Flüssigkristalle.

Matchentscheidend ist, wie der erste und der zweite Polarisationsfilter zueinander angeordnet sind. Die Filter kannst du dir wie ein stabförmiges Gitter vorstellen. Es lässt nur jene Lichtwellen durch, die dieselbe Anordnung haben, wie das Gitter selbst. Der erste und der zweite Filter sind zueinander um 90-Grad verdreht. Würde das senkrecht polarisierte Licht unverändert auf den zweiten, waagerecht angeordneten Polarisationsfilter treffen, käme kein Licht durch, und das Bild würde einfach schwarz bleiben.

Die beiden Polarisationsfilter sind zueinander um 90-Grad verdreht. Dazwischen befinden sich die Flüssigkristalle
Die beiden Polarisationsfilter sind zueinander um 90-Grad verdreht. Dazwischen befinden sich die Flüssigkristalle
Zeichnung: Luca Fontana

Hier kommen die Flüssigkristalle ins Spiel.

Die aus dem ersten Filter kommenden Lichtwellen haben dieselbe senkrechte Anordnung der Streichhölzer. Durch elektrische Spannung, die von den Elektroden erzeugt wird, kann die Ausrichtung der Streichhölzer gedreht werden. Was noch viel praktischer ist: Die Lichtwellen drehen sich gleich mit. Bis sie auf den zweiten, waagerecht angeordneten Polarisationsfilter treffen, haben sie ihre Ausrichtung von senkrecht auf waagerecht geändert, und das Licht kommt durch.

Elektroden ändern durch Spannung die Ausrichtung der Kristallmoleküle – und die Lichtwellen gleich mit
Elektroden ändern durch Spannung die Ausrichtung der Kristallmoleküle – und die Lichtwellen gleich mit
Zeichnung: Luca Fontana

Also: Soll das Bild hell strahlen, ändern die Elektroden die Ausrichtung der Kristallmoleküle – und damit jene der Lichtwellen – von senkrecht auf waagerecht. So passiert das Licht den zweiten Polarisationsfilter. Soll das Bild hingegen dunkel bleiben, tun die Elektroden nichts, und die waagerecht ausgerichteten Lichtwellen passieren den zweiten Filter nicht.

Natürlich gibt’s nicht nur weiss und schwarz. Je nachdem, wie hell das Bild strahlen soll, können die Stäbchenmoleküle der Flüssigkristalle – die Streichhölzer – auch nur teilweise gedreht werden. So können Helligkeitsunterschiede und Graustufen erzeugt werden.

Und jetzt zur Sonnenbrille

Aber warum ist mein Smartphone-Screen schwarz geblieben, als ich mit meiner polarisierten Sonnenbrille draufgeblickt habe?

Aus der obigen Erklärung kannst du ableiten, dass Licht, das vom Smartphone zu meiner Sonnenbrille gelangt, bereits polarisiert ist. Auf dem Sonnenbrillenglas befindet sich ebenfalls eine Polarisationsfolie, die nur bestimmte Lichtwellen durchlässt. Je nachdem, wie ich auf mein Handy blicke – oder in welcher Ausrichtung ich es vor mir hin halte – werden die Lichtwellen geblockt, und ich sehe bloss einen schwarzen Screen.

Dieser Effekt passiert bei auf OLED-Technologie basierenden Screens übrigens nicht. OLEDs funktionieren ohne Hintergrundbeleuchtung, und benötigen daher keine Polarisationsfilter, die nur polarisiertes Licht durchlassen.

Egal wie ich das Smartphone mit AMOLED-Display halte...
Egal wie ich das Smartphone mit AMOLED-Display halte...
... das Bild bleibt gut zu sehen
... das Bild bleibt gut zu sehen

So, und jetzt hoffe ich, dass du dieselbe Erleuchtung erlebt hast, wie ich.

Update, 16.8.2018, 17.00 Uhr:

Noch eine Erleuchtung: AMOLED-Screens benötigen theoretisch keine Polarisationsfilter, aber die Praxis sieht's anders. Tatsächlich gibt es AMOLED-Handys, die einen solchen Filter verbaut haben. Der Grund sind störende Reflektionen, die von Licht verursacht werden, das von Aussen durch das Display dringt und von einem tiefliegenden, reflektierenden Film zurückgeworfen wird. Das überschüssige Licht wirkt sich dann negativ auf den Kontrastumfang aus.

Ein einzelner Polarisationsfilter hilft aus: Das von Aussen kommende Licht wird durch den Filter polarisiert. Die Richtung, in welcher die Lichtwellen anschliessend schwingen, spiegelt sich automatisch, sobald der Film das Licht reflektiert. Das umgekehrt polarisierte Licht, das sich nun auf den Rückweg befindet, kann den Polarisationsfilter nicht mehr passieren.

Nebeneffekt: Das von den organischen Dioden erzeugte Licht ist ebenfalls polarisiert und du kannst mit einer polarisierten Sonnenbrille nichts mehr sehen :).

Danke an die User Spl4tt und Joshua4045 für den Hinweis!

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Luca Fontana
Luca Fontana
Editor, Zurich
Vivre des aventures et faire du sport dans la nature et me pousser jusqu’à ce que les battements du cœur deviennent mon rythme – voilà ma zone de confort. Je profite aussi des moments de calme avec un bon livre sur des intrigues dangereuses et des assassins de roi. Parfois, je m’exalte de musiques de film durant plusieurs minutes. Cela est certainement dû à ma passion pour le cinéma. Ce que j’ai toujours voulu dire: «Je s’appelle Groot.»

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