Display-Technologie – Was sich hinter dem Glas verbirgt

Eine Einführung in die verschiedenen Display-Technologien, die auf der diesjährigen CES zu sehen waren

LAS VEGAS —Die diesjährige Ausgabe der CES war ganz anders als vor einem Vierteljahrhundert. Damals lösten sich die Fernseher gerade von den niedrig auflösenden Kathodenstrahlröhren (CRTs) ab, während das hochauflösende Fernsehen noch in den Kinderschuhen steckte. Ein hochauflösendes 50-Zoll-Display im Jahr 1998 enthielt gerade einmal 1280 x 768 Pixel (Wide XGA) und kostete so viel wie ein Auto. Rückprojektionsfernseher wurden gerade auf Festkörper-Lichtmodulatoren umgestellt. Und Fernseher mit Flüssigkristallanzeige (LCD) waren noch nicht einmal erhältlich – die größten Flachbildfernseher verwendeten allesamt teure Plasmabildschirme (PDPs).

Heute sind all diese Technologien (und einige ihrer Hersteller) nur noch eine ferne, verblassende Erinnerung. Wir haben 4K-Fernseher seit über einem Jahrzehnt, während 8K-Geräte vor fünf Jahren auf den Markt kamen. Heutzutage dominiert die LCD-Technologie, und die durchschnittliche Bildschirmdiagonale bei Fernsehgeräten liegt bei etwa 55 Zoll, Tendenz steigend. Displays mit organischen Leuchtdioden (OLED) haben Plasma in puncto Bildqualität ersetzt, verbrauchen aber viel weniger Strom.

Doch es gibt noch andere Konkurrenten: Mini- und Micro-LEDs, Quantenpunkte und QD-OLEDs halten Einzug in Fernseher und Computermonitore. Was sind die Unterschiede zwischen ihnen? Werden sie derzeit verfügbare Displays ersetzen oder obsolet machen? Weiter lesen…

Flüssigkristallanzeigen und Verbesserungen Es dauerte nicht lange, bis große LCD-Panels nach ihrer Einführung vor 20 Jahren zur bevorzugten Lösung für große Fernseher wurden. Diese Originalmodelle haben sich von schweren, sperrigen Designs mit Hintergrundbeleuchtung aus Leuchtstofflampen zur Modulation von Tausenden winziger lichtabschirmender Pixel zu schlanken Gehäusen mit Hintergrundbeleuchtung aus Leuchtdioden (LED) weiterentwickelt. Im Laufe der Zeit ist die Anzahl der Pixel weiter gestiegen, da die Einzelhandelspreise aufgrund der gesteigerten Produktionseffizienz sinken.

Das Debüt von High-Dynamic-Range-Videos (HDR) erforderte weitere Designänderungen. Angesichts der großen Ineffizienz von LCD-Bildtafeln (nur 5 % der Beleuchtungsstärke der Hintergrundbeleuchtung gelangen tatsächlich auf die Vorderseite des Bildschirms) waren andere Lösungen erforderlich, um die Helligkeit zu erhöhen. Ein Ansatz bestand darin, eine dünne Schicht aus Quantenpunkten hinzuzufügen, winzigen Metallpartikeln, die blaues Licht von LEDs absorbieren und es als rotes und grünes Licht höherer Intensität wieder abgeben (daher der Quantenenergieumwandlungseffekt).

Fernseher mit einem „Q“ in ihren Modellnamen (wie die QLED-Fernseher von Samsung) verwenden Quantenpunkte (QDs), um Bilder mit hohem Dynamikbereich zu erzeugen. Diese Displays leiden immer noch unter der mangelnden Lichtdurchlässigkeit von LCDs, sind aber mittlerweile in der Lage, Leuchtdichten im Bereich von 1.200 bis 1.500 Candela pro Quadratmeter (cd/m2) zu erzeugen. TCL stellt auch LCD-Fernseher mit Quantenpunkt-Verstärkungsschichten her. Mit Quantenpunkten ausgestattete LCD-Fernseher sind preislich teurer als herkömmliche LCD-Modelle.

Es gibt eine andere Möglichkeit, HDR-Bilder zu erzielen, indem man mehr „Mini“-LEDs in einen kleineren Bereich packt und ihre Lichtstärken entsprechend den Luminanzniveaus in Videoinhalten ändert, ein Vorgang, der als Local Area Dimming bekannt ist. Sony und Hisense (ULEDs) verwenden diesen Ansatz anstelle von QDs. Die Herausforderung besteht darin, das Eindringen von LED-Licht in benachbarte Pixel zu minimieren und so einen Halo-Effekt um helle Texte und Objekte herum zu erzeugen.

Um dieses Problem zu beheben, sind einige zusätzliche strukturelle Änderungen an jedem Pixel sowie spezielle Lichtmodulationstechniken erforderlich. Aber es zeichnet sich noch ein weiteres Problem ab: Fernseher, die große Mini-LED-Matrizen für die lokale Dimmung verwenden, verbrauchen viel Strom, und bevorstehende EU-Vorschriften zur Energieeinsparung könnten verhindern, dass diese Modelle jemals auf den Markt kommen.

Organische Leuchtdioden-Displays OLEDs befinden sich seit Jahrzehnten in der Entwicklung, doch es schien, als könnten sie nie über die Ziellinie hinauskommen. Ihre Herstellung war schwierig, sie waren anfällig für Feuchtigkeit und eine unterschiedliche Alterung der Farben. Und man durfte sie nicht zu stark belasten, da sie sonst schnell durchbrennen würden.

OLEDs emittieren Licht unterschiedlicher Farben, wenn an einer Verbindung organischer Verbindungen eine niedrige Spannung angelegt wird. Diese Farben sind gesättigt und hell, und OLED-Displays zeichnen sich durch hohen Kontrast, tiefes Schwarz und große Betrachtungswinkel aus. Im Gegensatz zu LCD-Panels sind OLEDs sehr dünn und können sich verbiegen und verziehen. Diese letztgenannten Eigenschaften haben es ermöglicht, faltbare Smartphones und Tablets anzubieten, ganz zu schweigen von digitalen Schildern, die um Masten, Gebäude, Autos und andere Objekte gewickelt werden können.

Heutzutage sind zwei Arten von OLED-Displays weit verbreitet. Bei Fernsehgeräten dominieren weiße OLED-Panels mit Farbfiltern (WOLEDs) den Markt. (Die weiße Farbe in RGBW-Displays wird durch eine Verbindung aus blauen und gelben organischen Chemikalien erzeugt.) LG Display ist die Quelle aller WOLED-Panels, die in OLED-Fernsehern verwendet werden, unabhängig davon, welche Marke Sie auf der Blende sehen. Die zugrunde liegende Technologie nutzt einen RGBW-Pixelstreifen, um eine hohe Leuchtdichte zu erzeugen (bis zu 1000 cd/m2 bei einem 10 % Vollweißfenster). WOLED-Fernseher sind in Größen von 42 Zoll bis 97 Zoll erhältlich.

Der zweite Typ von OLED-Displays, der in kleineren Produkten wie Smartphones verwendet wird, verfügt über diskrete rote, grüne und blaue Emitter (RGB-Streifen). Mehrere Unternehmen stellen RGB-OLEDs her, darunter Japan OLED, Samsung Display und die chinesischen Hersteller AUO und BOE. Während RGB-OLEDs ähnliche Spitzenleuchtdichten wie WOLEDs erreichen können, ist das derzeit größte verfügbare RGB-OLED-Display ein 32-Zoll-Desktop-Monitor.

Die Herausforderung sowohl für RGBW- als auch für RGB-OLEDs ist die Zeit bis zur halben Helligkeit der blauen organischen Materialien. (Ein ähnliches Problem betraf blaue Leuchtstoffe in Farbfernsehbildröhren und Plasmabildschirmen.) Um dieses Problem zu lösen, wurden einige clevere Lösungen entwickelt, beispielsweise die Verwendung mehrerer blauer Emitter, die jeweils mit reduzierter Helligkeit betrieben werden. Eine Möglichkeit, mehr Leuchtkraft aus einem OLED-Display herauszuholen, besteht darin, auf jedem Pixel Mikrolinsen-Arrays einzusetzen, die das Licht bündeln und mehr davon auf den Bildschirm lenken. Diese Technik wird derzeit von LG in seiner neuesten Serie von Evo-OLED-Fernsehern implementiert.

QD-OLED-Hybride Eine neue, clevere Hybrid-Display-Technologie kombiniert einen Stapel blauer OLED-Emitter mit roten und grünen Quantenpunkten. Dieser QD-OLED-Hybrid wurde von Samsung Display letztes Jahr auf der CES in den Bildschirmgrößen 55 Zoll und 65 Zoll vorgestellt und wurde auf der diesjährigen Messe durch einen 77-Zoll-Fernseher ergänzt (Samsung und Sony verkaufen beide QD-OLED-Modelle). QD-OLED-Fernseher erzielen höhere Preise als herkömmliche LCD-Fernseher und liegen preislich auf dem Niveau von mit Quantenpunkten ausgestatteten Geräten und WOLED-Fernsehern.

Der große Vorteil des QD-OLED ist die Einfachheit der Bildebenen – insgesamt vier – im Anzeigefeld. Als emittierendes Display bietet es ebenfalls eine hervorragende Kontrastleistung, tiefe Schwarzwerte, hohe Farbsättigung und einen großen Betrachtungswinkel. Der blaue OLED-Emitter besteht eigentlich aus einem Stapel kleinerer blauer OLEDs, die jeweils mit reduzierter Leistung betrieben werden, um ihre Nutzungsdauer zu verlängern. Der Rest der PS stammt von den Quantenpunkten, wobei Samsung Display für die 2023er-Modelle eine maximale Leuchtdichte von 2.000 cd/m2 angibt. Stellen Sie sich das QD-OLED als ein WOLED- oder RGB-OLED mit Turbolader vor!

MicroLED-Displays Display-Hersteller entwickeln derzeit Prototypen für Fernseher, die ausschließlich aus winzigen roten, grünen und blauen LED-Strahlern bestehen. Diese „Mikro“-LED-Displays können auch in einer Vielzahl von Displayprodukten eingesetzt werden, von Smartwatches und Telefonen bis hin zu Tablets, Computermonitoren und in Transportanwendungen. Um dies zu erreichen, sind hohe Produktionsausbeuten von microLED-Chips zu angemessenen Kosten erforderlich, was sich bisher als schwierige Aufgabe erwiesen hat.

Die Vorteile von microLED-Displays liegen in der Einfachheit und Bildqualität. Anstelle der mehreren lichtabsorbierenden Schichten aus Polarisatoren, Hintergrundbeleuchtungen und Farbfiltern in einem LCD-Display gibt es lediglich eine Reihe von LED-Emittern und Transistoren, um sie ein- und auszuschalten. Da es sich bei microLEDs um emittierende Displays handelt, gibt es bei Betrachtung aus weiten Winkeln keine Probleme mit Schwarzwerten und Kontrastabflachung. Und mit 1500 cd/m2 sind sie ausreichend hell, obwohl sie problemlos Spitzenwerte über 2000 cd/m2 erreichen können.

Obwohl mehrere Unternehmen an microLED-Displays forschen und entwickeln, bietet derzeit nur Samsung Modelle für Verbraucher an. Auf der CES stellten sie ein 76-Zoll-Ultra-HD-Modell vor, das frühere 89-Zoll-, 101-Zoll- und 110-Zoll-Angebote ergänzt. Das Hauptverkaufsargument des 76-Zoll-Micro-LED-CX besteht darin, dass er vom Endbenutzer installiert werden kann. Angesichts des hohen Preises des zuvor eingeführten 89-Zoll-Modells (ca. 80.000 US-Dollar) wird es sich jedoch vorerst um einen High-End-Ultra-Premium-Fernseher handeln.

Dennoch gehen viele Display-Analysten davon aus, dass microLED-Displays bis zum Ende dieses Jahrzehnts wahrscheinlich alle anderen Display-Technologien ersetzen werden – wenn die Herstellungskosten gesenkt und hohe Erträge erzielt werden können. Und die Chancen stehen gut, dass es passieren wird. Denken Sie daran, dass die ersten Plasmafernseher fünfstellige Preise hatten, 2010 aber deutlich unter 1.000 US-Dollar kosteten. Und die ersten 4K-Monitore (keine Fernseher), die 2012 in Nordamerika verkauft wurden, hatten einen Preis von über 20.000 US-Dollar! Heutzutage können Sie im Sonderangebot einen „intelligenten“ 65-Zoll-Ultra-HD-Fernseher für nur 400 US-Dollar kaufen.

VorausschauenAngesichts der Beliebtheit von WOLED-Fernsehern werden Sie im Jahr 2023 mehr Unternehmen wie Toshiba und Sharp sehen, die diese anbieten. LCD-Fernseher werden weiterhin das günstigste TV-Angebot sein, während mit QD ausgestattete Modelle langsam im Preis sinken, um mit OLEDs Schritt zu halten.

Was microLED-Fernseher betrifft – na ja, wenn Sie achtzigtausend Euro herumliegen haben …

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Pete Putman, CTS, KT2B, ist der Präsident von ROAM Consulting.

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