Technik: Diese Technik steckt hinter unseren Bildschirmen! – Teil 1

Heiko Bauer 26. August 2016 0 Kommentar(e)

Der Bildschirm ist das entscheidende Ausgabemedium fĂŒr all die tollen Dinge, die unsere Smartphones mittlerweile können. Wir erklĂ€ren, welche Technik sich dahinter verbirgt.

Pixelmeister - Das Phablet Sony Xperia Z5 Premium ist das erste Smartphone mit 4K-Ultra-HD-Display. Es hat mit 3840 x 2160 Pixeln die vierfache Auflösung eines Full-HD-Bildschirms und eine Pixeldichte von 806 ppi.

Pixelmeister – Das Phablet Sony Xperia Z5 Premium ist das erste Smartphone mit
4K-Ultra-HD-Display. Es hat mit 3840 x 2160 Pixeln die vierfache Auflösung eines Full-HD-Bildschirms und eine Pixeldichte von 806 ppi.

Die Anforderungen an Handy-Displays werden immer höher. Ein gestochen scharfes Bild mit gutem Kontrast und großem Blickwinkelbereich gehört in Mittelklasse- und High-End-Smartphones mittlerweile zum Standard. Da die Bildschirme auch deren grĂ¶ĂŸte Stromverbraucher sind, sollen sie gleichzeitig energiesparend sein, damit das GerĂ€t nicht stĂ€ndig an die Steckdose muss.

Die Kontrahenten

Zwei grundlegende Technologien werden heute unterschieden: LCD und OLED. LCD-Displays benötigen eine Hintergrundbeleuchtung, haben aber eine hohe Lebensdauer. OLED-Modelle leuchten von selbst, ihre LichtstĂ€rke lĂ€sst allerdings mit der Zeit nach. Lange konnten OLED-Displays technisch bedingt auch gar nicht die Helligkeit ihrer hintergrundbeleuchteten FlĂŒssigkristallpendants erreichen, was sich beim Einsatz im Freien, besonders im Sonnenlicht, negativ auswirkte. Neueste Techniken haben diesen Nachteil jedoch nicht mehr. Neben satten Farben und hohen Kontrastwerten haben OLED-Displays vor allem auch einen geringeren Energieverbrauch als solche mit LCD.

Ein Meilenstein steht mit dem »Wunderwerkstoff« Graphen bevor. Damit sind Bildschirme möglich, die nicht nur gebogen, sondern eng aufgerollt oder gar gefaltet werden können. Die Technologie ist noch in der Entwicklung, wird aber im Laufe der nÀchsten Jahre die Herstellung hochflexibler GerÀte ermöglichen.

Pixelwahn

Besonders wirksam wird bei Smartphones oft die Bildauflösung beworben. Das wichtigere Kriterium fĂŒr die BildqualitĂ€t ist allerdings die Pixeldichte. 300 Pixel pro Zoll (Pixel per Inch – ppi) reichen meist aus, um die Anzeige als komplett stufenfrei zu empfinden. High-End-Smartphones besitzen heute bis zu ĂŒber 800 ppi. Große Vorteile beim normalen Gebrauch bieten diese Pixeldichten nicht mehr, doch es gibt einen Bereich, der davon profitiert: die Virtual Reality (VR). Da bei der stereoskopischen Darstellung jedes Auge ein eigenes Bild zu sehen bekommt, halbiert sich die Auflösung. Außerdem wird das Bild noch durch Linsen vergrĂ¶ĂŸert.

LCD noch vorne

Trotz vieler Vorteile steht der Durchbruch der OLED-Technik bei den Smartphone-Displays bisher aus. Noch ist Samsung nicht nur Hauptproduzent, sondern auch Hauptverwender. Berichten zufolge möchte jedoch Apple seine iPhones ab 2017 mit OLED-Bildschirmen ausstatten, was dem Markt einen enormen Auftrieb verschaffen könnte.

Durchleuchter - An der vergrĂ¶ĂŸerten Darstellung eines LCD-Displays ist zu erkennen, dass die Hintergrundbeleuchtung auch durch die dunklen Bereiche scheint, was den Kontrast vermindert.

Durchleuchter – An der vergrĂ¶ĂŸerten Darstellung eines LCD-Displays ist zu erkennen, dass die Hintergrundbeleuchtung auch durch die dunklen Bereiche scheint, was den Kontrast vermindert.

1. Weit verbreitet: LCD

Aktuell haben die meisten Flachbildschirme eine FlĂŒssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display – LCD). Hierbei wird die LichtdurchlĂ€ssigkeit einzelner Bildpunkte durch elektrische Spannung gesteuert. DafĂŒr wird zunĂ€chst das Licht einer dauerhaften Hintergrundbeleuchtung »polarisiert«, das heißt, spezielle Filterscheiben lassen nur einen Teil der Lichtwellen mit einer bestimmten Schwingungsrichtung nach außen durch.

Magische Kristalle

In einer Zwischenschicht befindet sich nun fĂŒr jedes Pixel eine Kammer mit FlĂŒssigkristallen, die dieses Licht in ihrer Ruheposition zurĂŒckhalten. Sie erscheinen schwarz. Durch Anlegen einer Spannung verĂ€ndern sie ihre Position und werden mehr oder weniger transparent.

FĂŒr die Darstellung farbiger Inhalte liegt ĂŒber der FlĂŒssigkristallschicht noch ein Farbfilter. Um verschiedene Farben erzeugen zu können, besteht jedes Pixel aus drei Unterpixeln in den Grundfarben Rot, GrĂŒn und Blau.

Da bei dieser Technik stets die gesamte DisplayflĂ€che von hinten beleuchtet wird, die FlĂŒssigkristallkammern aber nie vollstĂ€ndig lichtundurchlĂ€ssig sind, erscheinen SchwarzflĂ€chen leicht grau. Deshalb ist der Kontrast schlechter als bei OLED- bzw. AMOLED-Bildschirmen. Außerdem benötigt die Dauerbeleuchtung mehr Strom. FĂŒr die Ansteuerung besitzt jedes Pixel einen eigenen elektronischen Schalter in Form eines sogenannten DĂŒnnfilmtransistors (Thin Film Transistor – TFT).

Typenkunde

Bis zu den heutigen Displays hat die FlĂŒssigkristalltechnik etliche Entwicklungsschritte durchlaufen. Aktuell werden zwei Varianten verbaut.

Twisted Nematic (TN)

Diese Panels sind durch ihre einfache Bauweise gĂŒnstig zu produzieren. Ihr grĂ¶ĂŸtes Manko ist die hohe BlickwinkelabhĂ€ngigkeit. Schon bei leicht seitlichem Blick verringert sich der Kontrast deutlich und die Farben verblassen. TN-Displays finden heute hauptsĂ€chlich noch Anwendung in preiswerten GerĂ€ten.

In-Plane Switching (IPS)26

Bei dieser Technik wird durch eine spezielle Anordnung der einzelnen Schichten und Bauteile die BlickwinkelabhĂ€ngigkeit enorm reduziert. Die Panels sind außerdem dĂŒnner als TN-Displays und bieten neben besserer Farbdarstellung auch einen höheren Kontrast. DafĂŒr sind sie aber teurer in der Herstellung.

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