Was die Zukunft der Displaytechnologien bereithält

Rafael Thiel 6

In Anbetracht der verschiedenen Technologien hat natürlich jeder Bildschirmtyp sein individuelles Forschungs- und Zukunftspotential. Welches sich am Ende durchsetzen wird, ist zum aktuellen Zeitpunkt nicht absehbar. Ohnehin sind die nachfolgend aufgeführten Forschungsprojekte zwar vielversprechend, deren effektiver Nutzen für die Wirtschaft jedoch mitunter noch nicht ausgelotet.

Kaskadierte LCDs

Diese Technologie hat sich NVIDIA einfallen lassen und dazu unlängst eine ausführliche Arbeit veröffentlicht, die diverse Experimente in diesem Bereich dokumentiert. Dabei werden mehrere Display-Panels übereinander gestapelt -- auf Fachchinesisch „kaskadiert“. Mithilfe von Software, basierend auf ausgefeilten mathematischen Algorithmen, ist es dem Unternehmen somit gelungen, jedes Pixel in vier Segmente aufzuteilen und die resultierende Auflösung somit zu vervierfachen.

NVIDIA-kaskadiert-Display

Damit plant man bei NVIDIA zuvorderst günstige 4K-Bildschirme für den Gebrauch in VR-Brillen herzustellen, indem zwei gewöhnliche Full HD-LCDs (1.080 x 1.920 Pixel) zu einem 4K-Display kombiniert werden. Das Unternehmen baute bereits mittels 3D-Drucker eine entsprechende VR-Vorrichtung für seine kaskadierten Display-Prototypen. Da Smartphone-Hersteller jedoch zunehmend dünnere Geräte bauen, ist es fraglich, ob diese Technologie jemals in der Mobilfunkbranche Einzug halten wird. Allerdings dürften zumindest 4K-Monitore und -Fernseher des Einsteigersegments infolgedessen spürbar im Preis sinken – ein durchaus netter Nebeneffekt.

Quantum Dots

Hierbei handelt es sich lediglich um eine geringfügige Verbesserung der LCD-Technologie, die zudem in Teilen schon bei Endgeräten Verwendung findet. Dazu werden Quantum Dots, nanoskopische Halbleiterstrukturen, zur Lichterzeugung herangezogen. Die Größe der Quantenpunkte, die wiederum durch die Anzahl der Elektronen beeinflusst werden kann, ist ausschlaggebend für die emittierende Farbe des Lichts. Dadurch kann der Farbfilter bei LCDs eingespart werden. Die Technologie machte vor allem auf der CES 2015 in Las Vegas von sich reden, da mit Samsung und LG zwei Großkonzerne medienaufmerksam entsprechende Fernsehmodelle vorgestellt haben.

Die Vorteile von Quantum Dots sind neben Platzeinsparungen im Display-Panel ein helleres, lebendigeres und farbintensiveres Bild sowie eine höhere Energieeffizienz. Allerdings kann es derzeit noch zu erheblichen „Light Bleeding“ kommen, wie der Amazon Kindle HDX mit seinem Blaustich zu zeigen wusste. Denn die Technologie an sich ist nicht neu; schon Sony brachte einige TV-Geräte damit auf den Markt und vermarktete das Ganze als „Triluminous“-Bildschirm. Auch bei einigen Smartphones rühmten sich die Japaner ob der verwendeten „Triluminous“-Technologie -- diese kam jedoch in abgewandelter, für mobile Endgeräte aufbereiteter Form zum Einsatz. In Zukunft sollen sich Display mithilfe der Quantenpunkt-Technologie noch stärker in Sachen Qualität und Effizienz verbessern lassen.

Transreflektive Displays

Das Wort „transreflektiv“ verrät schon die Funktionsweise dieser Displaytechnologie. Denn zwischen „reflektiv“, wo einstrahlendes Licht vollständig zurückgeworfen wird, und „transmissiv“, wo einstrahlendes Licht vollständig passieren darf, gibt es eben noch die goldene Mitte: „transreflektiv“. Solche halbdurchlässigen Bildschirme zeichnen sich dadurch aus, dass sie für die Nutzung nicht zwingend eine Hintergrundbeleuchtung benötigen. Bei einer vorhandenen Lichtquelle wird das einfallende Licht hinter dem Display-Panel von einer reflektierenden Schicht zurückgeworfen, wodurch die Anzeige auf natürlichem Wege lesbar wird. Das erweist sich vor allem bei Outdoor-Geräten von Vorteil. Bei Bedarf können solche Bildschirme auch zusätzlich mit einer Hintergrundbeleuchtung ausgestattet sein, damit etwa auch nach Sonnenuntergang noch sicher nach Hause navigiert werden kann.

Das Konzept gibt es schon seit geraumer Zeit, findet jedoch lediglich vereinzelt Verwendung. Denn der Haken an der Sache: transreflektive Displays können hinsichtlich der Farbwiedergabe nicht mit LCDs mithalten und müssen sich in puncto Energieeffizienz gegenüber E-Ink-Bildschirmen geschlagen geben – bei letzterem sind mehrfarbige Varianten übrigens bereits patentiert und dürften in naher Zukunft aufschlagen. Allerdings ist die Technologie aufgrund der potentiellen Energieeinsparung zumindest bei Wearables denkbarn. So setzt etwa Sony bei der Smartwatch 3 auf eine transreflektive Anzeige.

Nanopixel

Eine Auflösung mit über 80.000 Pixel pro Zoll -- unnötig? Vielleicht. Aber: Es ist realisierbar. Forschern der Oxford University und der University of Exeter ist es gelungen, mithilfe von Phasenwechselmaterial Pixeldichten in solchen Sphären zu erzielen. Dem liegt zugrunde, dass die von den Wissenschaftlern gebauten Pixel nur noch 300 x 300 Nanometer messen - daher auch die Bezeichnung Nanopixel.

Zum Vergleich: Bei einem iPhone mit Retina-Display liegt die Größe eines einzelnen Pixels etwa bei 78 Mikrometern und die Pixeldichte demzufolge nur bei 326 ppi. Durch die Nanopixel haben die britischen Forscher rein rechnerisch eine Auflösung von kaum fassbaren 84.666 ppi erreicht. Das verwendete Material erlaubt es dabei, mittels anliegender Spannung die Durchlässigkeit zu verändern. Durch die untere Elektrodenschicht kann zudem die resultierende Farbe beeinflusst werden.

Eine weitere Besonderheit der Nanopixel ist, dass sie, ähnlich E-Ink-Displays, nur bei einer Phasenveränderung Impulse von Außen benötigen. Das Bild bleibt selbst ohne Energiezufuhr erhalten -- eine (Hintergrund-) Beleuchtung natürlich vorausgesetzt. Ein entsprechendes Patent ist bereits angemeldet; wann die Technologie marktreif wird, können die Forscher noch nicht sagen. Kurioserweise forschte man ursprünglich an neuen Möglichkeiten der Datenspeicherung, wo Phasenwechselmaterial ebenfalls äußerst vielversprechend ist, und stieß nur zufällig auf das Potential für Displays. Bei Smartphones dürften derartige Auflösungen zwar vermutlich nicht unbedingt notwendig sein, wohl aber -- wer hätte es gedacht -- bei VR-Brillen.

Mirasol

Abschließend ein Display-Typ, der einige Vorteile anderer Technologien vereint: „Interferometric modulator display“, kurz IMOD. Laut Wikipedia lautet die deutsche Bezeichnung dafür „Bildschirm mit interferometrisch arbeitendem Modulator“ -- ein Unwort, weswegen die Technik eher als Mirasol vermarktet wird und darunter bekannt sein dürfte. Das Prinzip solcher IMODs kollidiert dabei bereits mit der Quantenphysik, weswegen wir die Erklärung an dieser Stelle auf das Nötigste herunterbrechen.

Wie bei jedem Display beginnt alles mit Licht: Das Licht der Hintergrundbeleuchtung wird dabei durch zwei Gitterstrukturen geleitet. Beim Passieren einer solchen feinen Gitterstruktur kommt es bei Licht, das quantentechnisch auch als Teilchen gesehen werden kann, zu optischer Interferenz. Diese kann bei einer vorbestimmten Wellenlänge entweder konstruktiv (sichtbar) oder destruktiv (nicht sichtbar) stattfinden. Das Ganze ist dabei abhängig von dem Abstand der beiden Gitter, die elektrostatisch gesteuert werden kann. Somit resultiert die Farbe des Pixels aus den konstruktiv interferierenden Subpixeln.

Display-Qualcomm-Mirasol

Die Technologie wurde von Qualcomm entwickelt. Die US-amerikanische Chipschmiede hat mit der Toq Smartwatch zudem bereits ein erstes kommerzielles Modell auf den Markt gebracht, das jedoch eher als frei zugänglicher Prototyp verstanden werden sollte. Denn es gibt einen Haken: Die Helligkeit eines Pixels lässt sich aktuell noch nicht steuern, weswegen es einer Vielzahl von Subpixeln mit unterschiedlicher Durchlässigkeit bedarf. Das treibt einerseits die Produktionskosten in die Höhe und sorgt für eine vergleichsweise kontrastarme Farbwiedergabe.

Auf der Haben-Seite steht hingegen ein besonders energieeffizientes Display. Denn wie E-Paper behält auch Mirasol seine Anzeige ohne aktiven Stromfluss bei. Zudem kann die Anzeige ohne Hintergrundbeleuchtung betrachtet werden, da in die Pixel einfallendes Licht der gewünschten Farbe entsprechend wieder zurückgeworfen wird. Die sogenannte SMI-Technologie verspricht ferner eine verbesserte Farbwiedergabe mittels Spiegel-Mechanismus.

Fazit: Mehr Pixel, weniger Energie

Um die Eingangsfrage zu beantworten: Nein, ein Ende des Pixelwahns ist wohl nicht in Sicht. Dazu haben die Zahlen zu große Relevanz im Marketing. Zudem lässt sich gerade bei der Anzahl der Pixel noch am ehesten schrauben, während Aspekte wie eine höhere Energieeffizienz komplizierter sind. Natürlich lassen sich statische Anzeigen etablieren, die nur bei Veränderungen des Bildes am Akku ziehen -- eine Hintergrundbeleuchtung braucht es in den meisten Fällen dennoch. Die Farben werden selbstredend immer besser, doch mittlerweile sind wir an einem Punkt angelangt, an dem der subjektive Fortschritt nur noch schleppend voran geht. Das Hauptaugenmerk der Branche liegt aktuell ohnehin auf Virtual Reality, wofür höhere Auflösungen unabdingbar sind, sowie Wearables, die vor allem ausdauernd und gut ablesbar sein müssen. Dahingehend dürfte sich in den kommenden Monaten und Jahren noch einiges tun.

Quellen: NVIDIA, Trusted Reviews, CMB Systeme (2), Qualcomm, Elektronik Praxis via Android Central

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