Evolution des Displays: von der Röhre zum Überall-Monitor

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Displays sind aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. (Quelle: „pexels„, Lizenz: CC0 1.0)

Displays sind Fenster in die digitale Welt: ohne Monitor könntest du das hier nicht lesen. Wie hat und wird sich die Display-Technologie entwickeln?

Zeitreise zum ersten fabrikgefertigten Display

Tatsächlich beginnt die Geschichte des Displays mit einem blinkenden Lämpchen: frühere Großrechner nutzten als optische Ausgabe ein Lämpchen. Wurden Rechenoperationen und Speicherzugriffe vollzogen, brannte das Lämpchen, war die Rechenoperation beendet, brannte es nicht mehr. Wir überspringen Lochkarten und Lochstreifenpapier und kommen zur CRT-Technik: man nutzte Kathodenstrahlröhren zu Beginn nicht als Display, sondern als Speicher, merkte jedoch, dass dieselbe Technik zum Visualisieren eingesetzt werden kann. Hier fanden Radartechnologien ihren Anfang, die mit Vektoren dargestellt haben.

Ein Display Terminal im Jahr 1969.

Ein Display Terminal im Jahr 1969. (Quelle: „IBM 2250, eine Vektor-Display-Terminal mit Lichtgriffel-Unterstützung aus dem Jahr 1969“ von Greg Lloyd, Lizenz: CC BY 2.0)

In den 50er Jahren wurden Fernschreiber, also elektrische Schreibmaschinen, als Computer-Displays eingesetzt, was bis Mitte der 70er Jahre die kostengünstigste Methode blieb. In den frühen 60er Jahren allerdings stieß man darauf, Kathodenstrahlröhren (CRT) als eine Art virtuelles Papier einzusetzen, man sprach zunächst vom „Glas-Teleprinter“, später bereits vom Video-Display. Bis Mitte der 70er Jahre wurden dieses Video-Displays per Kabel an Rechner angeschlossen, um Code zur Textdarstellung zu empfangen. Grafische Elemente waren bis in die 80er Jahre nicht darstellbar; überhaupt war Farbwiedergabe noch eine äußerste Seltenheit.

Da all diese Wunder-Technologien schon aufgrund ihrer immensen Kosten keinerlei Nutzen für Privatmenschen hatten, suchten drei schlaue Köpfe zur selben Zeit nach Alternativen: Donald E. Lancaster, Lee Felsenstein und Steve Wozniak. Mit der Idee im Hinterkopf, ein Terminal-Gerät zu bauen, das einen CCTV-Bildschirm als Display nutzt, bauten Wozniak und Felsenstein eben diese Video-Terminals in den berühmten Apple I und Sol-20. Damit war diese Erfindung im Jahre 1976 das erste fabrikgefertigte Display.

Qual der Wahl: aktuelle Display-Technologien

Smartphones, Tablets, Rechner und Fernseher: wir starren täglich auf zahlreiche Displays. Welche Bildschirmtechnik verwendet wird, ist maßgebend für Eigenschaften wie Tageslichttauglichkeit, Reaktionszeiten oder gute Blickwinkel. Die folgenden Typen werden gleichermaßen in Computern, Fernsehern oder Smartphones eingesetzt:

LCD und die Weiterentwicklung TFT

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Die am häufigsten genutzten Bildschirmtechniken sind das „Passiv Matrix Liquid Crystal Display“ (PMLCD) sowie die Weiterentwicklung „Thin Film Transistor“, kurz: TFT. Flüssigkristalle beeinflussen ab einem bestimmten Maß elektrischer Spannung die Polarisationsrichtung des Lichts. Im Hintergrund arbeitet eine Lichtquelle; heutzutage typischerweise Leuchtdioden, die dir als LED-Backlight bekannt sein könnten. Aus Kostengründen setzt man bei LCD-Fernsehern oder PC-Flachbildschirmen jedoch auch Leichtstoffröhren als Lichtquellen ein.

Um von PMLCD nun zu TFT zu kommen, hatte man das Ziel vor Augen, sowohl kleinere als auch größere Pixelzahlen realisieren zu können. Kleinere waren für Smartphones und PDAs interessant, größere für TFT-Fernseher oder Laptops. PC-Flachbildschirme werden seit Ende 2007 mit dieser Technologie bestückt. Man spricht auch von Aktiv-Matrix-Displays, kurz AMLCD: jeder Bildpunkt besitzt neben einem aktiven Verstärker auch einen Stromversorgungsanschluss.

Das hat den Vorteil, dass der Blickwinkel großzügiger ausfällt als bei PMLCDs. Die teilweise matten Frontscheiben, die kaum Reflexionen verursachen, sind TFT-Displays zu verdanken, die mit LEDs bestückt sind. Nachteilig entstehen jedoch verhältnismäßig schwache Farben und Kontraste. Um dies auszugleichen, bestücken viele Hersteller ihre Geräte mit spiegelnden Oberflächen („Glare-Type“). Farben wirken kräftiger, wenngleich sich am Kontrast nichts geändert hat. Für helle Umgebungen ist relevant, dass TFT-Displays aufgrund der LED- bzw. Leuchtstoff-Hintergrundbeleuchtung hellere Bilder liefern als ihre Plasma-Kollegen.

TFT von billig bis high-end

Das Prinzip des TFT Display benutzt Volo für die neue Generation.

Das Prinzip des TFT Display benutzt Volo für die neue Generation ihrer Autos. (Quelle: „New Volvo V40 2012 – Active TFT Display at instrument cluster“ von Volvotips)

Die Nachteile der TFT-Technologie sind also geringe Betrachtungswinkel, Kontraste sowie Farbräume. Man hat TFT-Displays jedoch für verschiedene Zwecke weiterentwickelt: Zahlreiche TFT-Panels wurden mit sogenannten TN-Panels nachgerüstet. TN kürzt „Twisted Nematic“ ab. Damit sind günstige Computer-Displays sowie zahlreiche Notebooks bestückt. Um den Blickwinkel zu erhöhen, trägt man einen Film auf die Paneloberfläche auf. Dennoch bleiben die Blickwinkel eher gering (bei etwa 130° / 110° H/V), wenngleich in Datenblättern Blickwinkeln von 160-170° / 160° H/V genannt werden. Diese Herstellerangaben beziehen sich leider auf Bereiche, in denen bereits gut 20 % des idealen Kontrastverhältnisses verloren gegangen ist. Heißt zusammengefasst: stört der geringere Blickwinkel gegenüber IPS oder PVA nicht, kommen Anwender günstig davon – auch, was den Energieverbrauch betrifft, der deutlich geringer ausfällt.

IPS-Technologie möchte die Blickwinkel-Schwierigkeiten ausgleichen und kommt H/V auf 170° (Kontrastverhältnis: 10:1). Dies erreicht man durch zum Substrat parallel-horizontal liegende Flüssigkristall-Moleküle. Dies verringert jedoch den Lichtdurchlass, sodass eine stärkere Hintergrundbeleuchtung und damit auch eine höhere Energieaufnahme notwendig werden. IPS-Displays liegen preislich in der überschaubaren Mittelklasse, wobei die Farbwerte von Modell zu Modell variieren können.

S-IPS ist die Weiterentwicklung von IPS, wobei das „S“ für „Super“ steht. Farben, Kontrast, Reaktionszeit und Blickwinkel (bis 178°) fallen deutlich umfangreicher aus. Das liegt daran, dass die einzelnen Bildpunkte nun nicht mehr parallel zueinander liegen, sondern schräg und in entgegengesetzte Richtung zeigend. Gamer profitieren besonders von S-IPS-Displays, da flotte Übergänge wunderbar flüssig wiedergegeben werden. Auch Fotografen arbeiten aufgrund des erweiterten Farbraums gerne mit S-IPS. Außerdem existieren noch einige TFT-Exoten, zum Beispiel:

  • E-IPS: die eher selten eingesetzte Technologie E-IPS bietet größere Blickwinkel und optimiert die Schaltzeiten auf nur 5 ms.
  • P-IPS: diese Displays bieten einen erweiterten Farbraum, sind jedoch sehr hochpreisig und nur für Profis gemacht.

OLED mit organischen Leuchtdioden

„Organic Light Emitting Display“ – oder kurz: OLED – verzichtet auf den typischen Zwei-Schichten-Aufbau mit TFT plus Hintergrundbeleuchtung. OLEDs besitzen nur eine Schicht, die aus organischen Substanzen, etwa Polymere, besteht. Wird eine Spannung angelegt, leuchtet diese Schicht auf – und das ist der Grund, weshalb eine Hintergrundbeleuchtung überflüssig ist: die Fläche selbst leuchtet bereits. Das spart nicht nur Energie, sondern erhöht Betrachtungswinkel sowie Kontrast. Auch bezüglich der Reaktionszeit haben OLEDs die Nase vorn: sie sind mit unter 0,001 ms 1.000-fach zügiger als die schnellsten LEDs. Die Displays lassen sich sogar auf biegsamem Untergrund aufbringen, da Polarisationsfolien sowie Farbfilter überflüssig sind.

AMOLED und Super-AMOLED sind die logischen Nachfolger des OLED. Sie benötigen deutlich weniger Energie: Bei OLEDs werden die Bildelemente mittels Passiv-Matrix angesteuert;für jedes Bild muss die Ladung erneut angelegt werden, was Energie frisst. Bei (Super-)AMOLED wird dem Bildelement ein Speicherkondensator parallelgeschaltet, der während der Bildperiode die Ladung erhält. Der wegfallende Spannungswechsel erreicht ein höheres Aussteuern des Flüssigkristalls, was den Kontrast optimiert und Abhängigkeiten zwischen Kontrast und Blickwinkel aufweicht. Jedoch sind große AMOLEDs durch den recht hohen Verkabelungsaufwand extrem teuer. Smartphones mit AMOLED gibt es jedoch preiswerter; sie beeindrucken mit sehr guten Sichteigenschaften auch in direktem Sonnenlicht.

Wird aufs AMOLED eine berührungssensitive Schicht aufgetragen, entsteht Super-AMOLED. Das reduziert Reflexionen noch drastischer, bringt eine höhere Brillanz der Farben und schafft deutlich flachere Bauformen.

Natürlich, natürlicher, Plasma

So richtig im Gespräch ist Plasma-Technologie heute nicht mehr, sie erlebte jedoch vor einigen Jahren einen Hype. Da LCDs durch Technologien wie LED-Backlight oder Local Dimming stromsparender, flüssiger und kontraststärker wurden, bestand der Bedarf einfach nicht mehr. Plasma hatte beeindruckende Alleinstellungsmerkmale: ein enorm tiefes Schwarz sowie flüssigere Bewegungen. Mit den LED-Weiterentwicklungen wurde das jedoch überflüssig. Dennoch bleibt die Tatsache bestehen, dass Plasma-Displays Farben deutlich natürlicher wiedergeben. Die Darstellung ist sogar aus seitlichen Blickwinkeln brillant, wenn LED-Displays längst trübe Bilder erscheinen lassen.

Nachteilig am Plasma ist jedoch, dass Schattenbilder da entstehen können, wo Standbilder nach längerer Zeit wechseln. Oftmals werden spiegelnde Frontscheiben eingesetzt, was in hellen Räumen nerven kann. Plasmas sehen sich zudem dem Vorurteil gegenüber, Stromfresser zu sein, das jedoch konnten diverse Testberichte wiederlegen.

Ausblick: die Zukunft des Displays

Displays müssen angesichts aktueller Entwicklungen immer besser werden. Werfen wir einen Blick auf die nahe, teils schon bestehende Gegenwart und Zukunft:

  • Curved Displays: gekrümmte oder gebogene Displays sind bereits seit einigen Jahren auf großen Messen zu sehen und kommen nun langsam in einen Preisbereich, in dem auch Otto-Normalverbraucher sein TV-Erlebnis optimieren kann. Abgesehen davon, dass das Design sehr ansprechend ist, erzeugt das gebogene Display ein optimiertes Tiefenerlebnis. Verschwimmungen am Bildschirmrand werden vermieden und auch Lichtreflexionen werden vermindert. Das kann insbesondere im Mobile-Bereich interessant sein.
  • Biegsame Displays: wie oben bereits beschrieben, verdanken wir der OLED-Technologie, dass Displays flexibler und dünner werden. Hier setzen biegsame Displays an – spannende Möglichkeiten eröffnen sich. Nicht umsonst hat Samsung im vergangenen Jahr mehr als 3 Milliarden Euro in biegsame Displays investiert.
  • 3D-Displays ohne Brille: schon länger existieren Bildschirme, die in 3D darstellen, ohne dass Anwender mit Brillen hineinstarren müssen. Sowohl bei Smartphones als auch bei Fernsehern funktioniert dies – mal mehr, mal weniger gut, denn Doppelerscheinungen sowie Unschärfen können das Betrachten erschweren. Hier arbeitet man noch an wirklich anwendbaren Lösungen.

Der Hersteller LG zeigt in dem folgenden Video, wie er sich die Zukunft des Displays vorstellt. Es wird darum gehen, das Display überall mit hinzunehmen, es klein werden zu lassen, ihm Teile entnehmen zu können oder mit Hologramm-Technologie zu projizieren. Faszinierende Ausblicke:

Als Brillenträgerin würde mich ein Display interessieren, das meine Sehschwäche ausgleicht. Idealerweise ist es biegsam und mobil, sodass ich es auch draußen überall verwenden kann. Das MIT arbeitet seit geraumer Zeit an Sehschwäche-ausgleichenden Displays:

Was würdest du dir vom Display der Zukunft wünschen?

Wie müssten Darstellung und Flexibilität ausfallen, um deine Wünsche vom perfekten Display zu erfüllen?

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