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Display-Technologien im Überblick

Das Display ist die entscheidende Schnittstelle des Smartphones zum Benutzer. Umso wichtiger ist die Qualität. Lesen Sie, worin sich die Technologien unterscheiden.

Display-Technologien im Überblick

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Display-Technologien im Überblick

Glaubt man den Werbeabteilungen der Hersteller, liefert praktisch jedes Smartphone brillante, gestochen scharfe Bilder, die dem Nutzer den Atem stocken lassen. Doch wenn der mit seinem Mobiltelefon an einem schönen Sommertag auf der Parkbank E-Mails abrufen will, legt sich auf manche Schwarz auf Weiß verschickte Botschaft ein derart dunkelgrauer Schleier, dass die Entzifferung Adleraugen erfordert oder gar nichts mehr zu erkennen ist. Über Wohl oder Wehe entscheidet hier die Technologie des genutzten Displays. In diesem Artikel erklären wir, was TFT- und OLED-Anzeigen grundsätzlich unterscheidet. Außerdem haben wir anhand einiger besonders bildgewaltiger Smartphone-Modelle gemessen, was diese Differenzen im Alltag bedeuten.

TFT-Displays

TFT-Display

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TFT-Display: Im Schnitt.

TFT steht für Thin Film Transistor. Jeder einzelne Bildpunkt wird bei dieser Technologie über drei Transistoren für die drei Grundfarben Rot, Blau und Grün gesteuert, aus denen sich jede andere Farbe zusammensetzen lässt. TFT-Displays gehören zu den Flüssigkistallanzeigen, die als LCD (Liquid Crystal Display) schon früh in Taschenrechnern und Digitaluhren Karriere machten. LCDs nutzen aus, dass Licht sich auch wie eine schwingende Welle verhält. Es besitzt eine Schwingungsrichtung analog zu Meereswellen, die vom Strand gesehen vertikal auf und ab schwingen. Im Licht finden sich in der Regel alle möglichen Schwingungsrichtungen, doch mit speziellen Filtern kann man eine sogenannte Polarisationsebene aussieben. Über die bereits erwähnten Flüssigkristalle lässt sich die Polarisationsebene drehen, wobei die Drehung von der am Flüssigkristall anliegenden Spannung abhängt. In einem Display sind nun etwa zwei Polarisationsfilterfolien mit gleicher Ausrichtung durch eine dünne Flüssigkristallschicht getrennt. Der geeignet polarisierte Teil des Lichtes auf der einen Seite dieser Anordnung lässt sich auf der anderen sehen. Über eine Spannung kann man die Flüssigkristalle verdrehen. Das lenkt die Polarisationsebene des durchgelassenen Lichtes so ab, dass es den zweiten Filter schwer bis gar nicht mehr passieren kann. Umso höher die Spannung ist, umso stärker wird die Ebene gedreht und umso weniger Licht wird durchgelassen. Mit entsprechenden Spannungen lässt sich die Drehung zwischen 0 und 90° und damit zwischen sehr hell und sehr dunkel einstellen.

TFT-Display

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TFT-Display: Varianten der Beleuchtung

In der Praxis besteht ein Display aus einer regelmäßigen Anordnung von kleinsten Zellen, in denen das Licht unabhängig voneinander in der Polarisationsebene gedreht werden kann. Dabei besteht jeder Bildpunkt aus drei Zellen mit vorgesetztem rotem, grünen oder blauen Farbfilter. Gesteuert werden die Spannungen über Dünnfilmtransistoren, die auf den Gläsern aufgebracht sind, zwischen denen sich die Flüssigkristallschicht befindet und die auch Polarisations- und Farbfilter tragen. Dünnfilmtechnik ist auch deshalb wichtig, weil die Elektroden, an denen die Steuerspannung liegt, natürlich durchsichtig sein müssen, damit überhaupt Licht durchs Display kommt.

Transmissiv und reflektiv

TFT-Displays gibt es in drei generellen Bauarten. Den größten Marktanteil haben ausschließlich von hinten beleuchtete, sogenannte transmissive Anzeigen. In Notebooks und Computer-Monitoren kommen sie fast zu 100 Prozent zum Einsatz. Im Freien hat die Technik den entscheidenden Nachteil, dass sie das Umgebungslicht nicht nutzen kann. Ist es draußen sehr hell, ziehen sich die Pupillen so stark zusammen, dass sie vom vergleichsweise schwachen Display nicht mehr genug Licht durchlassen, das angezeigte Bild erscheint sehr dunkel.

Eine Technik, die den Nachteil transmissiver Displays behebt, legt statt der Beleuchtung einen Spiegel hinter das Display, die in dunklen Räumen unverzichtbare Displaybeleuchtung erfolgt über einen Lichtkeil von vorne. Das so entstandene reflektive Display wird im hellen Sonnenlicht selbst immer heller, für den Außeneinsatz ist das optimal. Doch das Licht durchläuft alle Farb- und Polarisationsfilter zweimal, was der absoluten Qualität abträglich ist. In heutigen Smartphones kommen sie nicht zum Einsatz, vielleicht weil sie im Handyshop der transmissiven Konkurrenz unterlegen sind.

Räumliches Sehen

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Räumliches Sehen: Wahrnehmung eines Objektes

Um einen Kompromiss zwischen bester Qualität in Innenräumen und guter Ablesbarkeit im grellen Sonnenlicht zu finden, gibt es auch Displays, die von hinten beleuchtet sind, aber dennoch Teile des Sonnenlichts zur Bildaufhellung durch Reflexion an der Rückseite nutzen. Diese transflektiven Anzeigen erreichen allerdings in jeder Einzeldisziplin nur fast die Qualitäten ihrer auf besondere Einsatzbereiche spezialisierten Kollegen.

OLED

OLED-Displays bestehen aus einer regelmäßigen Anordnung kleinster Leuchtdioden in den Grundfarben Rot, Blau und Grün, aus denen wieder jedes Pixel in beliebigen Farben zusammengesetzt werden kann. Bei Leuchtdioden wird die Tatsache genutzt, dass Elektronen beim Übergang aus dem Leitungsband in das energetisch günstigere Valenzband (das äußerste Band der Elektronenhülle) eines Atoms überschüssige Energie in Form von Licht abgeben. Das geschieht hier, wenn die freien Elektronen beim Übergang an der Halbleiterschicht von der Anode eingefangen werden.

Räumliches Sehen

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Räumliches Sehen: Displaydarstellung von getrennten Bildern für beide Augen

Die je nach gewünschter Farbe unterschiedliche Zusammensetzung der Halbleiterschichten der einzelnen Subpixel setzt bei OLED-Displays auf organische Substanzen, denen allgemein gegenüber anorganischen Stoffen reduzierte Langzeitstabilität nachgesagt wird. Dafür brauchen OLED-Displays nur Energie, wenn sie tatsächlich Licht ausstrahlen. Sie besitzen zudem keine Licht schluckenden Polarisationsfilter, beides trägt zu ihrem Ruf bei, den Akku zu schonen. Sattere Farben ermöglichen sie technologiebedingt ebenfalls.

3-D-TFT-Displays

Ganz neu bei Smartphones sind 3-D-Displays. Sie nutzen die Tatsache, dass das Gehirn aus den Unterschieden der Bilder, die von beiden Augen gesehen werden, die räumliche Anordnung von Objekten im Sichtbereich bestimmt. Beim 3-D-Display sorgt ein, genau die Hälfte der Displayfläche, verdeckendes Streifenmuster (Parallaxenbarriere) dafür, dass jedes Auge eine andere streifenförmige Hälfte des Displays sieht. So kann, wenn Displayausrichtung und Kopfabstand stimmen, jedem Auge ein leicht unterschiedliches Bild angezeigt werden. Über die Differenzen im Detail entsteht dabei der räumliche Eindruck.

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