Naturstoffe – Neue Materialien ER W EIT ER UN G· VE RT IEF UN G· AN W EN DU NG 256 Flüssigkristalle werden vielfach bei Anzeigenelementen von Autoradios, Uhren und Messinstrumenten sowie bei Monitoren verwendet. Dabei nutzt man die Eigenschaft der Flüssigkristall-Moleküle, sich in einem elektrischen Feld auszurichten. Eine LCD ist wie ein Sandwich aufgebaut (B3). Beide begrenzenden Glasplatten sind außen mit einer Polarisationsfolie beklebt und innen mit einer dünnen Orientierungsschicht aus sehr feinen Rillen versehen. Zwischen den Glasplatten befindet sich eine dünne Flüssigkristall-Schicht. Ihre Dicke beträgt etwa 4 bis 8 nm. Die stäbchenförmigen Moleküle der kris tallinen Flüssigkeit richten sich gemäß der Rillen in den beiden Orientierungsschichten aus. Bei TN-Zellen (twisted nematic1), die z.B. bei Taschenrechnern verwendet werden, sind die Orientierungsschichten in den Glasplatten um 90° gegeneinander verdreht. Dadurch ordnen sich die Moleküle in einem Stapel jeweils schraubenartig zu einer Helix an. Im spannungslosen Zustand wird einfallendes Licht zunächst polarisiert und dann entlang der Helix um 90° gedreht. So kann es den zweiten Polarisator ungehindert passieren. Der Beobachter sieht eine helle Fläche. Wenn man eine Spannung anlegt, richten sich die Flüssigkristall-Moleküle parallel zum elektrischen Feld aus und bilden keine Helix mehr. Das polarisierte Licht wird innerhalb der Flüssigkristall-Schicht nicht mehr gedreht und der Beobachter sieht eine dunkle Fläche (Auslöschung). Die Flüssigkristall-Moleküle wirken in LCDs also wie spannungsgesteuerte Lichtventile. Für Notebooks werden überwiegend STN-Zellen (supertwisted nematic) verwendet, bei denen die Polarisatoren um 180° bis 270° verdreht sind. STN-Displays zeichnen sich durch höheren Kontrast und einen größeren Betrachtungswinkel aus. Je nach angelegter Spannung wird die helicale Verdrehung der FlüssigkristallMoleküle aufgehoben, sodass es zu verschiedenen Grauabstufungen kommen kann. Das macht man sich für große Flächen wie z.B. smart windows zunutze. Durch Anlegen einer Spannung lässt sich so eine nicht transparente Trennwand erzeugen, bzw. das Licht, das durch Fenster gelangt, abschirmen. Von der Segment-Anzeige zum Aktivmatrix-Display In einfachen Anzeigeelementen, z.B. bei Weckern und Taschenrechnern, werden die Zahlen über 7-SegmentAnzeigen dargestellt. Jedes einzelne Segment wird über einen gesonderten Kontakt am Anzeigenrand elektronisch angesteuert (B2). Bei Flüssigkristall-Bildschirmen ist die derzeitige minimale Standardauflösung 1368 x 768 für FD-ready Fernseher, d.h. es verlaufen auf einer Fläche horizontal 768 und vertikal 1368 Leiter wie in einer Matrix. Jeder Schnittpunkt bildet dabei ein Pixel2. Bei den Aktivmatrix-Displays wird jedes Pixel mittels einer aktiven elektronischen Schalteinheit unabhängig von den anderen Elementen angesteuert. Dazu wird ein Dünnfilmtransistor (thin film transistor, TFT) verwendet, der sich z.B. am Rand eines jeden Pixels befindet. Monitore mit TFT-Technologie zeichnen sich durch schnelle Reaktionszeiten, ein gutes Kontrastverhältnis und klare Farbdarstellung aus. Stapel und Schrauben aus Molekülen – Flüssigkristalle für Displays und Monitore B1 LCD-Bildschirm B2 7-Segment-Anzeige zur Darstellung von Zahlen. A: Geben Sie jeweils an, welche Kontakte zur Darstellung der einzelnen Zahlen angesteuert werden müssen. 2 Pixel steht für Bildpunkt oder Bildzelle in einer digitalen Rastergrafik, Kunstwort aus picture und element. 1 In der nematischen Phase sind alle Flüssigkristall-Moleküle entlang der Vorzugsrichtung orientiert (vgl. Chemie 2000+ Online). 3377_01_01_2012_Kap4_212_273 23.09.14 06:31 Seite 256 Nu r z u Pr fzw ec ke n Ei g nt um d s C .C . B uc hn er V er la gs