Display-Technologien: AMOLED, Retina, LCD, TFT – das steckt dahinter

Als ob die Anzahl der verfügbaren Technologien nicht schon genug wäre, schmeißen die Marketingabteilungen der Komponenten- und Handyhersteller mit immer neuen Bezeichnungen wie "Super Retina XDR" und "Dynamic AMOLED 2x" um sich, was nur zu weiterer Verwirrung führt. Deshalb werden wir versuchen, die beliebtesten Bezeichnungen, die auf technischen Datenblättern auftauchen, ebenfalls zu behandeln.

LCD-Bildschirme

LCD bedeutet Liquid Crystal Display (Flüssigkristallanzeige) und der Name bezieht sich auf die Anordnung von Flüssigkristallen, die von einer Hintergrundbeleuchtung beleuchtet werden. Ihre Allgegenwärtigkeit und relativ niedrigen Kosten machen sie zu einer beliebten Wahl für Smartphones und vielen anderen Geräten.

Moderne LCDs basieren auf einer TFT-Schicht (Thin Film Transistor) mit einer aktiven Matrix, die Kosten und Komplexität im Vergleich zu alten, passiven Displays mit geringerer Auflösung spart, wie sie z. B. in Taschenrechnern, älteren Uhren und sogar dem ursprünglichen Game Boy zu finden sind.

Bei einem TFT benötigt jedes Pixel keinen eigenen Anschluss, um die nötige Spannung zum Ein- und Ausschalten zu erhalten, da winzige Transistoren den Strom in jeder Pixelreihe und -spalte steuern.

LCDs haben den Vorteil, dass sie bei direkter Sonneneinstrahlung recht gut funktionieren, da das gesamte Display von hinten beleuchtet wird, haben aber den Nachteil, dass die Farben möglicherweise weniger genau dargestellt werden als bei Displays, die keine Hintergrundbeleuchtung benötigen.

LCD oder LED? Was ist das Richtige?

Die Frage nach der Hintergrundbeleuchtung wurde regelmäßig gestellt, nachdem "LED"-Fernseher auf den Markt kamen, wobei die kurze Antwort einfach LCD lautet. Bei der Technologie, die in einem LED-Display (Leuchtdiode) verwendet wird, handelt es sich nach wie vor um Flüssigkristalle, mit dem Unterschied, dass LEDs die Hintergrundbeleuchtung erzeugen.

LEDs haben den Vorteil, dass sie sehr wenig Strom verbrauchen - was erklärt, warum die Marketingabteilungen diesen Begriff bei Fernsehern besonders hervorheben, bei Smartphones mit ihren kleineren Displays aber nicht so sehr. Andererseits ist es für LCD/LED-Displays aufgrund der Hintergrundbeleuchtung schwierig, ein Kontrastniveau zu bieten, das mit OLED-Displays konkurrieren kann, da die Beleuchtungssteuerung nicht von jedem einzelnen Pixel, sondern von Regionen auf den Displays vorgenommen wird.

IPS / PLS-Panels

Die IPS-Technologie (In-Plane Switching) löst das Problem der ersten Generation von TFT-LCD-Displays, die mit der TN-Technik (Twisted Nematic) arbeiten: Es kommt zu Farbverfälschungen, wenn man das Display von der Seite betrachtet – ein Effekt, der bei billigeren Smartphones und Tablets immer noch auftritt.

Bei IPS-Panels sind die Flüssigkristalle auf das Display ausgerichtet, was zu überragenden Betrachtungswinkeln führt – bei Fernsehern werden sie normalerweise mit 178 Grad angegeben. Ein weiteres Merkmal von IPS-Displays im Vergleich zu anderen LCD-Technologien ist die bessere Farbwiedergabe, was den Einsatz solcher Panels in Monitoren erklärt, die für die Bildbearbeitung gedacht sind.

IPS-Displays werden in der Regel mit LG in Verbindung gebracht – obwohl sie von Hitachi erfunden wurden. Deshalb hat Samsung Displays eine fast identische Technologie namens PLS (Plane to Line Switching) entwickelt. Samsung behauptet, dass seine Technologie eine höhere Helligkeit und bessere Blickwinkel bietet, aber im Grunde bieten beide Technologien die gleichen Eigenschaften.

Mini-LED: Das neue Kind in der Stadt

Die Mini-LEDs, die 2021 als das nächste große Ding vorgestellt wurden, waren zuerst bei Fernsehern zu sehen, erreichten aber schon bald mit dem iPad Pro 12,9'' (2021) von Apple mobile Geräte. Trotz des Marketing-Hypes handelt es sich bei Mini-LED-Bildschirmen im Grunde um LCD-Panels mit mehr LEDs auf der Hintergrundbeleuchtung.

Das Ergebnis ist eine bessere Kontrolle über die Kontrastwerte in den verschiedenen Bereichen des Bildschirms, da mehr Bereiche der Hintergrundbeleuchtung auf dem Bildschirm vorhanden sind. Ein weiterer Vorteil, den Apple für das neue iPad hervorhebt, ist die höhere Spitzenhelligkeit – bis zu 1.600 Nits im HDR-Modus gegenüber 600 Nits bei der vorherigen Generation.

Trotz der Verbesserung des Kontrasts (und möglicherweise der Helligkeit) im Vergleich zu herkömmlichen LCD/LED-Displays unterteilen die Mini-LEDs den Bildschirm immer noch in Helligkeitszonen – über 2.500 beim iPad und bei einigen "QNED"-Fernsehern von LG - im Vergleich zu Dutzenden oder Hunderten von Zonen bei FALD-Displays (Full Array Local Dimming) der vorherigen Generation, bei denen die LEDs hinter dem LCD-Panel und nicht an den Rändern angebracht sind.

Für eine noch bessere Kontraststeuerung, die an jedem Punkt des Bildschirms einzeln vorgenommen wird, muss man jedoch zu Panels mit MicroLED-Technologien greifen, die im Jahr 2021 noch zu teuer sind, oder eben zum herkömmlichen OLED.

OLED-Bildschirme

OLED steht für Organic Light Emitting Diode. Ein OLED-Display besteht aus dünnen Folien aus elektrolumineszierendem Material, das, wie der Name schon sagt, Licht aussendet, wenn es von Strom durchflossen wird. Im Gegensatz zu LCD-Displays, die von hinten beleuchtet werden, sind OLED-Displays immer ausgeschaltet, sofern die einzelnen Pixel nicht mit Strom versorgt werden.

Das bedeutet, dass OLED-Displays viel reinere Schwarztöne haben und weniger Energie verbrauchen, wenn Schwarz oder dunklere Farben auf dem Bildschirm angezeigt werden. Allerdings verbrauchen hellere Motive auf OLED-Bildschirmen deutlich mehr Strom als ein LCD-Bildschirm mit demselben Motiv. OLED-Bildschirme sind außerdem in der Herstellung teurer als LCDs.

Da die schwarzen Pixel in einem OLED-Bildschirm "ausgeschaltet" sind, sind die Kontrastverhältnisse im Vergleich zu LCD-Bildschirmen ebenfalls höher. OLED-Bildschirme können auch eine sehr schnelle Bildwiederholrate haben, sind aber im direkten Sonnenlicht nicht so gut sichtbar wie LCD-Bildschirme mit Hintergrundbeleuchtung. Das Einbrennen des Bildschirms und die Degradierung der Dioden (weil sie organisch sind) sind weitere Faktoren, die zu berücksichtigen sind.

Positiv ist, dass OLED-Bildschirme dünner als LCDs gemacht werden können (weil sie keine Hintergrundbeleuchtung benötigen) und dass sie flexibel sind.

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AMOLED

AMOLED (Active Matrix OLED) verwendet eine TFT-Schicht wie bei LCDs, um einzelne Pixel anzusteuern, im Gegensatz zu PMOLEDs (Passive Matrix OLED), die das Display auf Zeilen- und Zeilenebene steuern. Das Ergebnis ist ähnlich wie bei LCDs und ermöglicht dichtere und größere Displays. Als Faustregel kann man sagen, dass alle OLED-Bildschirme, die heute auf dem Markt sind, Varianten der AMOLED-Technologie sind.

Die Displays der Zukunft: microLED

Es wird gemunkelt, dass Smartphones und Smartwatches bald mit der microLED-Technologie ausgestattet werden, die sich grundlegend von LCD/LED-Displays unterscheidet, da sie ähnliche Bildeigenschaften wie OLEDs aufweisen.

Ein microLED-Display hat eine Leuchtdiode für jedes Subpixel des Bildschirms – in der Regel eine Reihe von roten, grünen und blauen Dioden für jeden Punkt. Wahrscheinlich wird dabei ein anorganisches Material wie Galliumnitrid (GaN) verwendet.

Durch die Verwendung einer selbstleuchtenden Technologie benötigen microLED-Displays keine Hintergrundbeleuchtung, da jedes Pixel einzeln "ausgeschaltet" wird. Das Ergebnis ist beeindruckend: Deine Augen sehen den gleichen Kontrast wie bei OLED-Displays, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Bild erhalten bleibt oder einbrennt wie bei organischen Dioden.

Ein weiterer Vorteil der microLED-Technologie ist die Möglichkeit, Bilder mit höherer Helligkeit darzustellen und gleichzeitig von einem geringeren Stromverbrauch zu profitieren, indem die Stärken von OLED- und LCD-Panels kombiniert werden.

Auf der anderen Seite stellt die Verwendung mehrerer Dioden für jedes Pixel eine Herausforderung für die Miniaturisierung der Komponenten dar. Eine Full HD-Auflösung hat zum Beispiel etwas mehr als zwei Millionen Pixel (1.920 x 1.080 Punkte), wofür 6 Millionen mikroskopisch kleine LEDs mit einer herkömmlichen RGB-Struktur (rot, grün und blau) benötigt werden.

Das ist einer der Gründe dafür, dass die Verbreitung dieser Technologie bis heute eher begrenzt ist. Ihr werdet sie vor allem auf großen Bildschirmen von 75 bis 150 Zoll sehen, die eine 4K-Auflösung ermöglichen (3.840 x 2.160 px), das sind fast 8,3 Millionen Pixel oder 24,8 Millionen RGB-Subpixel. Das ist eine riesige Anzahl von Pixeln, die man sich ansehen kann!

POLED, Dynamic AMOLED, Fluid AMOLED, Super Retina, und mehr...

Obwohl es etwa ein halbes Dutzend Display-Anbieter gibt und nur eine begrenzte Anzahl von Technologien zur Verfügung steht, versuchen die Marketingabteilungen der Handyhersteller, sich gegenseitig zu übertrumpfen, indem sie immer kreativere Begriffe erfinden, um die Kunden zu verführen - wofür sie (gut) bezahlt werden - und das führt zu einer Menge zusätzlicher Namen auf den Datenblättern:

• POLED: In Umkehrung der Situation bei der IPS-Technologie werden OLEDs für Smartphones normalerweise mit Samsung Displays in Verbindung gebracht, die die Technologie mit ihrer Verwendung in der Galaxy S-Familie populär gemacht haben - obwohl OLEDs schon viel früher mit dem Benq-Siemens S88 debütierten. Ähnlich wie Samsung mit seinen PLS-Panels hat auch LG Displays ein eigenes Akronym geschaffen, um sich abzuheben: POLED.
  Obwohl die Abkürzung für "Plastic OLED" steht, entspricht die zugrunde liegende Technologie Samsungs "AMOLED" (und seinen Varianten), wobei in beiden Fällen Kunststoffsubstratschichten anstelle von Glas verwendet werden.
• Super AMOLED: Der Name, den Samsung seinen Displays gegeben hat, die früher nur in High-End-Modellen zu finden waren, jetzt aber auch in billigeren Geräten eingesetzt werden. Super AMOLED verbessert die AMOLED-Basistechnologie, indem es die berührungsempfindliche Schicht in das Display selbst integriert, anstatt sie als zusätzliche Schicht aufzutragen.
• Dynamisches und flüssiges AMOLED: Diese Begriffe werden von Samsung bzw. OnePlus verwendet und bezeichnen im Wesentlichen die gleiche Variante von AMOLEDs. Sie werden für Displays verwendet, die nicht nur eine hohe Bildwiederholrate haben, sondern auch zwischen verschiedenen Raten wechseln können.
• Super Retina: Apples Marketing-Bezeichnung für OLED-Displays, die in den iPhones verwendet werden. Kann auch mit dem Zusatz "XDR" gesehen werden, der Bildschirme beschreibt, die HDR-Inhalte (High Dynamic Range) anzeigen können.
• Liquid Retina: Rückwirkend geprägter Begriff, der LCD-Geräte mit "Retina"-Auflösung beschreibt - also solche, bei denen das menschliche Auge die einzelnen Pixel bei normalem Betrachtungsabstand nicht sehen kann. Auf dem Papier ist das jedes Apple-Handy seit dem iPhone 4.
• Liquid Retina XDR: Apples Name für die Mini-LED-Technologie, der sowohl das "Liquid" für das LCD-Panel als auch das "XDR" für die HDR-Fähigkeiten wiederverwertet.
• ProMotion: Ein weiterer Marketingbegriff von Apple, diesmal zur Beschreibung von Bildschirmen mit hohen Bildwiederholraten, die dynamisch angepasst werden können. Ähnlich wie die zuvor erwähnten Dynamic & Fluid-Präfixe, können sie im Fall von Apple aber auch auf LCD-Bildschirme angewendet werden.

Wichtige Display-Eigenschaften

Abgesehen vom Marketing gibt es noch weitere Spezifikationen, die beim Kauf eines neuen Geräts wirklich wichtig sind:

Auflösung: HD, Full HD(+), 4K, QHD, usw...

Die Auflösung beschreibt die Anzahl der einzelnen Pixel (oder Punkte), die auf dem Bildschirm angezeigt werden, und wird bei Handys normalerweise durch die Anzahl der horizontalen Pixel angegeben - bei Fernsehern und Monitoren durch die vertikale. Mehr Pixel auf demselben Display ermöglichen detailliertere Bilder und klareren Text.

Um den Vergleich zwischen verschiedenen Modellen zu erleichtern, übernehmen die Marken in der Regel das gleiche Bezeichnungsschema, das sich auf dem Fernsehmarkt mit Begriffen wie HD, FullHD und UltraHD durchgesetzt hat. Aber da es bei Handys eine große Bandbreite an unterschiedlichen Bildschirmgrößen gibt, reicht es nicht aus, das zu wissen, um zu wissen, wie viele Pixel auf dem Bildschirm angezeigt werden.

Die Auflösung an sich ist jedoch kein gutes Maß für die Bildschärfe. Dafür müssen wir die Displaygröße berücksichtigen, die sich aus der Pixeldichte pro Fläche ergibt, die mit DPI/PPI (dots/points per inch) gemessen wird.

Bildwiederholfrequenz: Was bedeuten 60Hz, 90Hz und 120Hz?

Die Begriffe "120 Hz", "90 Hz" und andere mit einer ähnlichen Maßeinheit in Hertz stehen für die Bildwiederholfrequenz des Panels, egal ob LCD oder OLED, die 2019 und 2020 von High-End- und sogar einigen Mittelklasse-Smartphones verwendet wird. Je höher der Wert, desto mehr Bilder pro Sekunde werden auf dem Bildschirm angezeigt.

Das Ergebnis sind flüssigere Animationen auf dem Handy, sowohl bei der normalen Nutzung als auch bei Spielen, im Vergleich zu Bildschirmen mit einer Bildwiederholfrequenz von 60 Hz, die nach wie vor der Standard auf dem Markt für Displays ist.

Ursprünglich als "Gimmick" bezeichnet, gewann die Funktion mit der Einführung des Razer Phone im Jahr 2017 immer mehr an Bedeutung, auch wenn sich die Akkulaufzeit entsprechend verringert hat. Um das Beste aus dieser Funktion herauszuholen, begannen die Hersteller, Bildschirme mit variablen Bildwiederholraten einzuführen, die je nach angezeigtem Inhalt angepasst werden können - bei den meisten Filmen sind das 24 fps, bei Videoaufnahmen zu Hause 30 oder 60 fps und so weiter.

Die gleiche Maßeinheit wird auch für die Abtastrate verwendet. Obwohl der Wert ähnlich ist, steht er für die Anzahl der Berührungen pro Sekunde, die der Bildschirm registrieren kann. Je höher die Abtastrate, desto schneller registriert das Smartphone solche Berührungen, was zu einer schnelleren Reaktionszeit führt.

Nits und Helligkeitsstufen

Nits, oder Candela pro Quadratmeter im internationalen System (cd/m²), ist eine Maßeinheit für die Leuchtdichte, d. h. die Intensität des ausgestrahlten Lichts. Bei Smartphone-Bildschirmen und Monitoren im Allgemeinen gibt dieser Wert an, wie hell das Display ist - je höher der Wert, desto intensiver ist das vom Bildschirm abgestrahlte Licht.

In Produktbeschreibungen wird die Helligkeit meist in verschiedenen Szenarien dargestellt:

• Spitzenwert: Die maximal mögliche Helligkeit auf einem kleinen Ausschnitt des Bildschirms, der weiße Inhalte zeigt.
• Typ (für typisch): Die maximale Helligkeit für den gesamten Bildschirm.
• HBM: Oder High Brightness Mode, in der Regel ein spezieller Modus, der auf höhere Helligkeitswerte zugeschnitten ist, manchmal auf Kosten anderer Funktionen wie variable Helligkeit oder Stromsparen.

LTPO, IGZO und andere Technologien

Als ob all die oben genannten Begriffe nicht schon genug wären, gibt es noch ein paar weitere Akronyme, auf die Ihr vielleicht stoßt, wenn Ihr Euch ein Datenblatt anseht:

• TFT (Thin Film Transistor): Wie bereits erwähnt, handelt es sich dabei um eine Technologie, bei der eine Aktivmatrixschicht verwendet wird, um die Helligkeit und Farbe der Pixel individuell zu steuern, wobei jedes Pixel seinen eigenen Transistor und Kondensator hat. Sie wird sowohl in LCD- als auch in OLED-Bildschirmen verwendet.
• LTPS (Low-Temperature PolySilicon): Eine Variante des TFT, die im Vergleich zu herkömmlichen TFT-Bildschirmen eine höhere Auflösung und einen geringeren Stromverbrauch bietet und auf der a-Si-Technologie (amorphes Silizium) basiert.
• IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide): ein Halbleitermaterial, das in TFT-Filmen verwendet wird und ebenfalls höhere Auflösungen und einen geringeren Stromverbrauch ermöglicht. Es kommt in verschiedenen Arten von LCD-Bildschirmen (TN, IPS, VA) und OLED-Displays zum Einsatz.
• LTPO (Low-Temperature Polycrystalline Oxide): Eine von Apple entwickelte Technologie, die sowohl in OLED- als auch in LCD-Bildschirmen eingesetzt werden kann, da sie LTPS- und IGZO-Techniken kombiniert. Das Ergebnis? Geringerer Stromverbrauch. Sie wurde bereits in der Apple Watch 4 und dem Galaxy S21 Ultra eingesetzt.

LTPO ermöglicht es dem Display, seine Bildwiederholrate dynamisch an den angezeigten Inhalt anzupassen. Beim Scrollen von Seiten kann der schnellste Modus für eine flüssige Darstellung aktiviert werden, während das Telefon bei der Anzeige eines statischen Bildes eine niedrigere Bildwiederholrate verwenden kann, um Akku zu sparen.

Im Jahr 2022 begannen die Flaggschiff-Handys mit der Version 2.0 der LTPO-Technologie, deren Hauptvorteil darin besteht, dass die Bildwiederholfrequenz auf 1 Hz gesenkt werden kann, anstatt auf 10 Hz wie bei den LTPO-Panels der ersten Generation. In Handys wie dem OnePlus 10 Pro, dem iPhone 14 Pro und dem Galaxy S23 Ultra verspricht LTPO 2.0 noch mehr Energieeinsparungen.

Fazit: OLED ist auf dem Vormarsch, aber es gibt noch viel zu tun

Während die vorherige Version dieses Artikels noch den Kampf zwischen LCDs und OLEDs auf dem Telefonmarkt hervorhob, ist der Trend klar, seit Apple beim iPhone X auf OLEDs setzt. LCDs/LEDs werden in die Einsteigergeräte verbannt. Die einzigen Ausreißer sind bisher Bildschirme zwischen 10 und 19 Zoll, für die es bis vor kurzem keine Großproduktion für OLEDs gab.

Das ist wahrscheinlich der Grund, warum iPads immer noch LCD-Panels verwenden - wenn auch mit Mini-LED-Hintergrundbeleuchtung -, eines der wenigen High-End-Geräte, die immer noch auf diese Technologie setzen. Aber auch bei den Tablets gibt es Anzeichen für eine OLED-Übernahme, da Konkurrenten wie das Galaxy S8 Ultra, das NextPit letztes Jahr getestet hat, mit OLED-Panels ausgestattet sind.

Flexible Displays und all die Gerüchte um Micro-LEDs zeigen, dass es noch viel zu erforschen gibt, wenn es um elektronische Bildschirme geht, und wir werden wahrscheinlich noch viel über neue Technologien lernen (und schreiben) müssen.

Dieser Text wurde im April 2023 aktualisiert, aber zuvor veröffentlichte Kommentare wurden beibehalten.