Licht schwingt normalerweise in alle Richtungen. Ein Polarisationsfilter lässt nur einen Teil davon durch, nämlich das Licht, das in einer bestimmten Richtung schwingt. Ohne diese Filter würde ein LCD gar kein Bild zeigen. Auch OLED-Displays nutzen einen Polfilter, um Spiegelungen zu reduzieren und Schwarz wirklich schwarz aussehen zu lassen.
Wie Polfilter im LCD arbeiten
Ein LCD hat zwei Polarisationsfilter, die quer zueinander stehen. Dazwischen liegen die Flüssigkristalle. Ohne Spannung drehen sie die Schwingungsrichtung des Lichts, sodass es den zweiten Filter passieren kann. Liegt Spannung an, richten sich die Kristalle anders aus, und der zweite Filter blockiert das Licht. So entsteht für jedes Pixel ein hell oder dunkel geschalteter Punkt. Die Hintergrundbeleuchtung liefert das Licht dafür.
Polfilter bei OLED
OLED-Pixel leuchten selbst und brauchen keinen Polfilter, um ein Bild zu erzeugen. Trotzdem liegt über dem Panel ein sogenannter Zirkularpolarisator. Er verhindert, dass Umgebungslicht an den metallischen Schichten im Display reflektiert wird. Ohne ihn würde das Display im Hellen grau und spiegelnd wirken. Der Filter kostet allerdings einen Teil der Helligkeit, weshalb Hersteller an Lösungen ohne klassischen Polfilter arbeiten.
Warum das Display mit Sonnenbrille dunkel wird
Polarisierte Sonnenbrillen enthalten ebenfalls einen Polfilter. Steht dieser quer zu dem des Displays, wird das Bild sehr dunkel oder schwarz. Drehst du das Handy um 90 Grad, wird es wieder hell. Das ist kein Defekt, sondern Physik. Manche Hersteller richten die Filter so aus, dass das Display im Hochformat mit Sonnenbrille gut lesbar ist.
Schäden am Polfilter
Hitze
Starke Hitze, etwa im Auto in der Sonne, kann den Filter verfärben oder Blasen bilden.
Flecken
Dunkle oder milchige Flecken, die nicht wie Pixelfehler aussehen.
Feuchtigkeit
Wasser zwischen den Schichten verursacht Schlieren.
Druck
Druckstellen hinterlassen dauerhaft helle oder dunkle Bereiche.
Ein beschädigter Polfilter lässt sich bei Smartphones nicht einzeln tauschen. Er ist fest im Display-Aufbau verklebt. Die Lösung ist ein Displaytausch. Bei manchen Laptop- und Monitor-Displays ist ein Filtertausch technisch möglich, aber aufwendig.
Was polarisiertes Licht ist
Licht lässt sich als Welle beschreiben, die in eine bestimmte Richtung schwingt. Normales Licht, etwa von der Sonne oder einer Glühbirne, schwingt in alle Richtungen gleichzeitig. Man nennt es unpolarisiert. Ein Polarisationsfilter lässt nur den Teil des Lichts durch, der in einer bestimmten Richtung schwingt. Das Licht dahinter ist polarisiert.
Man kann sich das wie einen Gartenzaun mit senkrechten Latten vorstellen. Ein Seil, das man auf und ab schwingt, kommt durch die Lücken hindurch. Schwingt man es seitlich, wird es von den Latten blockiert. Ein Polfilter wirkt auf Licht ähnlich, nur dass seine Struktur aus langen, ausgerichteten Molekülen besteht.
Legt man zwei Polfilter übereinander und dreht einen davon um 90 Grad, wird es dahinter dunkel. Der erste Filter lässt nur Licht einer Richtung durch, der zweite blockiert genau diese Richtung. Dieses einfache Prinzip ist die Grundlage jedes LCD-Bildschirms.
Polfilter gibt es nicht nur in Displays. Sie stecken auch in 3D-Brillen fürs Kino, in Kameraobjektiven und in vielen Sonnenbrillen. Überall dort sorgen sie dafür, dass nur Licht einer bestimmten Schwingungsrichtung ins Auge gelangt.
Die Rolle im LCD Schritt für Schritt
- Hintergrundlicht. LEDs erzeugen unpolarisiertes weißes Licht.
- Erster Polfilter. Nur Licht einer Schwingungsrichtung kommt hindurch.
- Flüssigkristalle. Sie drehen die Schwingungsrichtung je nach angelegter Spannung mehr oder weniger.
- Farbfilter. Jeder Bildpunkt hat rote, grüne und blaue Unterpixel.
- Zweiter Polfilter. Je nach Drehung lässt er mehr oder weniger Licht durch.
Die Flüssigkristalle wirken also wie ein steuerbarer Drehschalter für die Lichtrichtung. Ohne den zweiten Polfilter wäre davon nichts zu sehen, denn das Auge kann die Schwingungsrichtung von Licht nicht wahrnehmen. Erst der Filter macht aus der Drehung einen Helligkeitsunterschied.
Dieses Prinzip erklärt auch, warum LCDs kein perfektes Schwarz darstellen können. Die Polfilter sperren das Licht nie ganz. Ein kleiner Teil kommt immer durch, und schwarze Flächen wirken in dunkler Umgebung leicht grau.
Zirkularpolarisator bei OLED
OLED-Displays brauchen für die Bilderzeugung eigentlich keinen Polfilter, weil jeder Bildpunkt selbst leuchtet. Trotzdem besitzen die meisten OLED-Smartphones einen. Der Grund sind Spiegelungen. Die Schichten im OLED-Display enthalten Metall, das einfallendes Umgebungslicht reflektiert. Ohne Gegenmaßnahme würde das Display draußen milchig aussehen und Schwarz wäre nicht mehr schwarz.
Die Lösung ist ein Zirkularpolarisator. Er besteht aus einem Polfilter und einer zusätzlichen Schicht, die die Schwingungsrichtung des Lichts in eine Drehbewegung umwandelt. Einfallendes Licht wird so verändert, dass es nach der Reflexion im Display vom Filter blockiert wird. Das reflektierte Umgebungslicht verschwindet, das eigene Licht der Pixel kommt aber durch.
Der Preis dafür ist Helligkeit. Ein Teil des Lichts, das die Pixel erzeugen, wird ebenfalls vom Filter geschluckt. Hersteller arbeiten deshalb an Displays, die ohne klassischen Polarisator auskommen. Einige aktuelle Geräte setzen bereits solche Lösungen ein, die Farbfilter direkt auf das Panel bringen.
Displays mit polarisierter Sonnenbrille
Viele Sonnenbrillen sind polarisiert. Sie blockieren waagerecht schwingendes Licht, weil Spiegelungen auf Wasser oder Straßen vor allem in dieser Richtung schwingen. Schaust du mit einer solchen Brille auf ein Display, dessen Licht ebenfalls polarisiert ist, kann das Bild je nach Winkel dunkler werden oder ganz verschwinden.
Hersteller richten die Polfilter deshalb so aus, dass das Display im Hochformat mit den meisten Sonnenbrillen gut lesbar ist. Drehst du das Gerät ins Querformat, kann es dunkel werden. Einige Geräte nutzen zusätzliche Schichten, um das Licht weniger stark polarisiert abzugeben. Bei Navigationsgeräten im Auto ist das zum Beispiel wichtig.
Tipp
Wird dein Display mit Sonnenbrille dunkel, ist das kein Defekt. Neige den Kopf oder drehe das Gerät, dann siehst du, wie sich die Helligkeit ändert.
Wie Polfilter beschädigt werden
Der Polfilter ist eine dünne Kunststofffolie, die auf das Display laminiert ist. Er liegt unter dem Deckglas und ist deshalb normalerweise gut geschützt. Hitze und Feuchtigkeit können ihm aber zusetzen. Bei zu viel Wärme, etwa wenn ein Gerät im Sommer im Auto liegt, kann sich der Filter verfärben oder Blasen werfen.
Auch bei Reparaturen ist Vorsicht geboten. Wird ein Deckglas mit zu viel Hitze oder mit scharfen Werkzeugen getrennt, kann der Polfilter darunter zerkratzt oder abgelöst werden. Da er fest mit dem Display verbunden ist, lässt er sich bei modernen Smartphones in der Regel nicht einzeln tauschen. Dann muss die gesamte Displayeinheit ersetzt werden.
| Symptom | Mögliche Ursache |
|---|---|
| Bräunliche oder violette Verfärbung | Hitzeschaden am Polfilter |
| Blasen oder Flecken unter dem Glas | Ablösung der Folie |
| Kratzer, die nicht im Glas sind | Beschädigter Polfilter unter dem Glas |
| Bild nur noch sehr schwach sichtbar | Polfilter abgelöst oder fehlt |
Polfilter in der Fotografie
Auch Fotografen nutzen Polfilter. Vor das Objektiv geschraubt, reduzieren sie Spiegelungen auf Wasser und Glas und lassen den Himmel kräftiger blau erscheinen. Für Smartphones gibt es Aufsteckfilter, die nach demselben Prinzip arbeiten.
Interessant ist dabei: Wer mit einem Polfilter vor der Kamera ein LCD fotografiert, sieht beim Drehen des Filters, wie das Bild hell und dunkel wird. So lässt sich sehr anschaulich zeigen, dass das Licht eines Displays polarisiert ist.
Polfilter und Blickwinkel
Bei älteren LCD-Displays veränderte sich das Bild stark, wenn man schräg darauf schaute. Farben kippten, Kontraste sanken, und manchmal erschien das Bild sogar invertiert. Ein Grund dafür ist, dass Polfilter und Flüssigkristalle nur bei senkrechtem Blick optimal zusammenarbeiten.
Moderne Displaytechniken wie IPS ordnen die Flüssigkristalle anders an und nutzen zusätzliche Ausgleichsfolien. Dadurch bleibt das Bild auch aus seitlichen Winkeln stabil. Bei OLED-Displays ist der Blickwinkel ohnehin sehr groß, weil jeder Bildpunkt selbst leuchtet. Hier kann es bei sehr flachen Winkeln aber zu leichten Farbverschiebungen kommen.
Für Sichtschutzfolien wird ein ähnlicher Effekt bewusst genutzt. Sie enthalten feine Lamellen, die Licht nur in einem engen Winkel durchlassen. Von der Seite sieht dann niemand mehr, was auf dem Display steht. Allerdings wird das Bild auch für dich selbst etwas dunkler.
Polfilter bei der Displayreparatur
In der Displayfertigung wird der Polfilter maschinell und unter Reinraumbedingungen aufgebracht. In der Reparatur ist das nicht nachzubilden. Deshalb wird bei einem Schaden am Polfilter fast immer die komplette Displayeinheit getauscht.
Anders sieht es bei der Glastrennung aus. Ist nur das Deckglas gesprungen und das Display darunter intakt, kann in spezialisierten Werkstätten das Glas getrennt und neu verklebt werden. Dabei ist der Polfilter die empfindlichste Schicht. Wird er beschädigt, ist die Ersparnis dahin. Ob sich eine Glastrennung lohnt, hängt daher stark vom Gerät und vom Zustand des Displays ab.
Zusammengefasst ist der Polarisationsfilter eine unscheinbare Folie mit großer Wirkung. Ohne ihn gäbe es kein LCD-Bild, und OLED-Displays wären bei Sonnenlicht kaum ablesbar. Gleichzeitig ist er eine empfindliche Schicht, die bei Hitze und unsachgemäßen Reparaturen schnell Schaden nimmt.
Wenn dein Display Verfärbungen, Flecken oder Blasen zeigt, die nicht im Glas liegen, lohnt sich eine Prüfung. Oft lässt sich damit klären, ob nur das Glas oder die ganze Displayeinheit getauscht werden muss.
Häufige Fragen
Ist ein dunkles Display mit Sonnenbrille ein Defekt?
Nein, das liegt an den Polfiltern in Brille und Display.
Kann der Polfilter allein getauscht werden?
Bei Smartphones nicht sinnvoll. Getauscht wird das ganze Display.
Haben alle Displays einen Polfilter?
LCDs immer, die meisten OLEDs auch.
Warum sieht mein Display nach der Sonne fleckig aus?
Hitze kann den Polfilter oder die Flüssigkristalle schädigen. Lass es prüfen, wenn es nach dem Abkühlen bleibt.