Fernseher, Laptops, PC-Monitore: Bei Displays gibt es viele Ansätze, die oft ähnlicher klingen als sie es sind. Wir verschaffen einen Überblick.
Wer heute ein beliebiges Gerät mit Bildschirm kauft, wird zumeist mit allerhand Display-Typen konfrontiert, egal ob Fernseher, Smartphone oder gar eine Handheld-Konsole. Zwar sind bestimmte Varianten in bestimmten Geräteklassen vorherrschend, gerade bei PC-Monitoren und TVs findet aber seit Monaten ein Umschwung statt. Dieser Artikel fasst zusammen, welche Display-Typen es gibt und welche Vor- sowie Nachteile sie aufweisen.
Allen Varianten ist zumindest gemein, dass sie auf die eine oder andere Art leuchten und farbige Pixel zeigen. Die technischen Ansätze, um das zu erreichen, sind jedoch vielfältig - einige bauen aufeinander auf, andere kombinieren vorhandene Ideen und manche gehen vergleichsweise neue Wege, um ein digitales Bild anzuzeigen.
Das klassische LCD (Liquid Crystal Display), also der Flüssigkristallbildschirm, steckt heutzutage in den allermeisten Geräten in den unterschiedlichsten Varianten. Die Technik wird primär bei Notebooks und PC-Monitoren eingesetzt, aber auch in Fernsehern und bei Smartphones.
Hintergrundbeleuchtung trifft Flüssigkristalle und Farbfilter
Ungeachtet diverser Panel-Typen ist das LCD-Funktionsprinzip identisch: Eine Hintergrundbeleuchtung strahlt durch mehrere Schichten hindurch, darunter eine Backplane aus Dünnschichttransistoren (Thin Film Transistor, TFT) zur Steuerung der beweglichen lichtdurchlässigen Flüssigkristalle für die einzelnen Subpixel und schlussendlich ein Filter für die RGB-Farben.
Lange Zeit vorherrschend waren die TN (Twisted Nematic) genannten Zellen, welche den LCDs respektive TFTs in den 90ern zum Durchbruch verhalfen. Aufgrund vergleichsweise niedriger Produktionskosten und einer hohen Schaltgeschwindigkeit dominierten TN-Panels über Jahre hinweg, sie wurden insbesondere in Notebooks und PC-Displays eingesetzt. Gerade im Gaming-Segment waren TN-basierte Monitore stark verbreitet, da hier schon recht früh hohe Refresh-Raten von über 200 Hz erreicht wurden.
Typische Nachteile der TN-Technik sind verfälschte Farben aufgrund der recht starken Blickwinkelabhängigkeit und auch die Farbraumabdeckung ist anderen Panel-Typen unterlegen. Zwar hat die TN-Zelle immer wieder Verbesserungen erfahren, heutzutage sind aber modernere Panel-Typen vorherrschend. TN-LCDs finden sich oft nur noch in günstigen oder gar billigen Geräten, beispielsweise in manchen Laptops.
IPS mit derzeit weitester Verbreitung
Ein Großteil der über nahezu alle Geräteklassen hinweg verbauten Panels basiert auf dem IPS (In Plane Switching) getauften Prinzip. Weil die Flüssigkristalle in paralleler (horizontaler) statt senkrechter (vertikaler) Ausrichtung zur Front schalten, ist die störende Blickwinkelabhängigkeit viel weniger stark ausgeprägt als bei der TN-Technik.
Bei der Reaktionszeit der Pixel und der erreichbaren Refresh-Rate ist IPS üblicherweise unterlegen, mittlerweile gibt es aber 1080p-Modelle mit bis zu 360 Hz und exzellenter Schaltzeit. Daher basieren die meisten (Gaming-)Displays für Notebooks oder PCs auf dieser Panel-Technik. Zudem steckt sie in gut der Hälfte aller halbwegs aktuellen Smartphones und in einem Großteil der momentan erhältlichen Fernseher.
Als dritter Panel-Typ hat sich VA (Vertical Alignment) etabliert, bei denen die Flüssigkristalle ohne das Anlegen von Spannung - der Name impliziert es - vertikal ausgerichtet sind. Dies führt zu exzellenten Schwarzwerten und dem mit Abstand besten Kontrastverhältnis aller LCDs, wenngleich die Blickwinkelabhängigkeit verglichen mit IPS ein bisschen abfällt. In der Praxis ist dies am ehesten bei großen Fernsehern im Wohnzimmer zu sehen, nicht aber bei Laptops oder PC-Monitoren.
Insbesondere wegen der vergleichsweise hohen Pixelreaktionszeit galten VA-Panels als weniger gut geeignet für Gaming-Displays. Aktuelle Samsung-Monitore wie der Odyssey G7 C27G7 mit 240 Hz schlagen sich hier aber exzellent und reagieren schneller als die meisten IPS-Bildschirme auf dem Markt. Für viele andere VA-Modelle gilt jedoch weiterhin, dass sie mehr Schlieren bei schnellen Bewegtbildern zeigen.
QLED-Monitore nutzen meist VA-Technik
VA-Panels werden primär von Samsung hergestellt und kommen auch bei den als QLED vermarkteten Varianten zum Einsatz, die vor allem bei TVs und PC-Monitoren eingesetzt werden. Das Q steht für Quantum Dots, was eine dünne Schicht aus Nanopartikeln beschreibt.
Diese werden vom blauen Licht der Hintergrundbeleuchtung angestrahlt und wandeln dieses in grünes sowie rotes um, was die Helligkeit und die Farbtreue verbessert. Andere Hersteller mit Quantenpunkt-Technik sind LG für die IPS-basierten QNED-Fernseher oder Sony für die älteren Triluminos-Modelle.
Mini-LEDs werden 2021 zum Standard
Apropos Hintergrundbeleuchtung: Die ersten LCDs verwendeten noch CCFLs (Kaltkathodenröhren), seit vielen Jahren aber wird ein LED-Backlight verwendet. Typisch sind dabei Edge-LEDs an den Rändern des Monitors, von wo aus mithilfe von Lichtleitern die gewünschte Helligkeit in unterschiedlichen Bildbereichen erzielt wird. Weil selbst bei schwarzem Bild noch Lichthöfe (Backlight-Bleeding) zu erkennen sind, wird die Edge-LED-Technik bis heute eher bei Laptops und PC-Monitoren für SDR-Inhalte eingesetzt.
Bei modernen HDR-Bildschirmen und HDR-Fernsehern hingegen erfolgt die Hintergrundbeleuchtung mittels Direct-LEDs, die nicht seitlich, sondern in vielfacher Ausführung direkt hinter dem Panel sitzen. Das verbessert die Homogenität der Ausleuchtung aufgrund der Menge an Zonen drastisch, die Hersteller sprechen daher von Full Array Local Dimming (FALD). Aktuelle TVs haben über ein Dutzend solcher Bereiche, was für feinste Helligskeitsabstufungen aber längst noch immer nicht genug ist.
Aus diesem Grund sind nahezu alle großen Hersteller bei ihren 2021er-Fernsehern auf sogenannte Mini-LEDs für die Hintergrundbeleuchtung umgestiegen. Laut Samsung sind es 792 Zonen beim QN95A-Modell, LG gibt für die eigenen QNED-Geräte an, dass 30.000 kleine Dioden für über 2.500 Dimming-Zonen verwendet werden. Bei PC-Monitoren wie Asus' ROG Swift PG32UQX wiederum sind 1.152 Leuchtzonen vorhanden, bei Samsungs bisher nur angekündigtem Odyssey G9 sollen es 2.048 sein.
Während jegliche LCDs auf Hintergrundbeleuchtung mit (Mini-)LEDs vertrauen, gibt es mit OLEDs noch eine stark abweichende Technik. Grundsätzlich handelt es sich hierbei auch um einen TFT, da ebenfalls eine Dünnschichttransistor-Backplane zur Ansteuerung verwendet wird (teils IGZO statt a-Si). OLED steht für Organic Light Emitting Diode, da diese aus selbstleuchtenden organischen Materialien bestehen.
Typische Einsatzgebiete sind LG-Fernseher und aktuelle Smartphones, wobei es Unterschiede beim Aufbau gibt. Grundsätzlich haben OLEDs den Vorteil, durch abschaltbare Pixel exzellente Schwarzwerte und hohe Kontraste sowie eine extrem geringe Reaktionszeit zu erzielen - dafür altern die organischen Dioden und ergo ist ihre maximale Helligkeit in der Praxis beschränkt.
Um einen vorübergehenden Abdruck (Image Retention) oder gar ein dauerhaftes Einbrennen (Burn-in) zu verhindern, werden statische Inhalte um einige wenige Bildpunkte verschoben und im schlimmsten Fall ein Pixel Refresher gestartet.
WRGB für OLED-Fernseher
Viele Smartphone-OLEDs verwenden bis heute eine Pentile-Matrix mit RGBG-Aufbau, was in weniger Subpixeln und ausgefransten Inhalten resultiert. Hintergrund ist die höhere Helligkeit grüner Dioden und die kürzere Haltbarkeit von blauen, was immer noch ein Problem darstellt. Teils setzen Smartphone-OLEDs aber auch auf eine RGB-Matrix mit vollwertigen Subpixeln, gleiches gilt für die seltenen OLED-Bildschirme bei Laptops.
Eine Sonderstellung nehmen die Fernseher von LG ein, da die Südkoreaner mit WRGB eine spezielle OLED-Technik nutzen: Statt drei Dioden für RGB zu verwenden, werden sie zusammen geschaltet - rot plus grün plus blau ergibt weiß. Die Farben erzeugt LG durch einen Filter, die W-OLED sorgt für eine höhere maximale Helligkeit. Die Südkoreaner sind der momentan einzige Anbieter von OLED-Panels für Consumer-TVs.
Als Nachfolger von LCDs und OLEDs gelten derzeit Micro-LEDs, erste Fernseher damit hat Samsung im Angebot. Modelle wie The Wall mit 110 Zoll sind allerdings extrem teuer, denn die Fertigung von Micro-LEDs ist bisher sehr aufwendig. Die grundlegende Idee ähnelt den OLEDs, nur dass Micro-LEDs nicht aus organischen Molekülen bestehen, sondern aus winzigen Dioden mit Indiumgalliumnitrid als Werkstoff.
Micro-LEDs sind bisher äußerst kostspielig
Die einzelnen Micro-LEDs weisen einen Abstand von weniger als einem Millimeter zueinander auf, immer drei davon bilden die typischen RGB-Subpixel. Wie OLEDs strahlen sie von alleine, eine Hintergrundbeleuchtung ist nicht erforderlich. Echtes Schwarz wird auch hier durch das Abschalten der entsprechenden Pixel erreicht, allerdings liegt die maximale Helligkeit deutlich über dem, was OLEDs erreichen.
Weil die Kosten für die Produktion von Micro-LED-Fernsehern immens sind, hat Samsung sich eine Alternative ausgedacht: Die sogenannten QD-OLEDs nutzen blaue OLEDs als Hintergrundbeleuchtung, wie bei den QLED-Modellen dient eine dünne Schicht aus Nanopartikeln als Farbfilter. Dank OLEDs statt Mini-LEDs sollen feinkörnigere Dimming-Zonen für besseres Schwarz und ein höheres Kontrastverhältnis entstehen, sie sollen also das Beste aus der Quantum-Dot- und der OLED-Welt kombinieren. Bisherige Prototypen scheinen aber nicht überzeugend zu sein, denn Samsung soll angeblich Millionen an WRGB-OLED-Panels von LG kaufen wollen.
Abseits von Micro-LEDs und Quantum-Dot-Filtern arbeiten mehrere Hersteller auch an Displays mit echten Quantenpunkt-Leuchtdioden. Diese nutzen Elektrolumineszenz, damit die Nanokristalle von sich aus Licht emittieren, was für die RBG-Subpixel verwendet werden kann. So hat BOE im Frühjahr 2021 ein AMQLED-Panel mit 55 Zoll präsentiert (siehe Video), das bei der BT2020-Farbraumabdeckung und dem Kontrastverhältnis besser abschneiden soll als LGs OLED oder Samsungs QLED.
Welche Technologie künftig das Rennen macht, entscheidet höchstwahrscheinlich wie so oft die Wirtschaftlichkeit. Da BOE bei AMQLEDs ähnlich wie bei OLEDs auf einen Druckprozess setzt, dürfte dieser Ansatz zumindest günstiger sein, wenn er denn eine massentaugliche Produktion ermöglicht.
Display-Technologie: LCD, OLED, QLED, Mini-LEDs, Micro-LEDs erklärt - Golem.de - Golem.de
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