Bei Anwendungen wie Desktop-Rechnern dominieren TFT-Displays den Markt, wenn auch erst seit wenigen Jahren. Dabei sind Flüssigkristalle bereits seit über 100 Jahren bekannt, wenngleich das Patent zur ersten nematischen Drehzelle erst 1970 angemeldet wurde. Dass LC-Displays erst in den vergangenen Jahren zum Massenprodukt geworden sind, hat nicht unerheblich mit den ausgefeilteren Fabrikationsmethoden zu tun.
Während bei Desktop-PCs die technische Notwendigkeit für TFT-Displays nicht zwangsweise gegeben war, wären viele Produkte wie Digitalkameras oder Mobiltelefone ohne die aktuelle Display-Technologie in ihrer heutigen Form und Funktion nicht denkbar. Besonders im mobilen Bereich etabliert sich die vergleichsweise junge OLED-Technologie neben den traditionellen Flüssigkristall-Anzeigen zusehends.
Inzwischen gehört aber auch bei OLEDs das Streben nach großen Diagonalen zu einem der primären Ziele der Hersteller. Bislang sind in der Regel aber nur Studien beziehungsweise Prototypen zu sehen.
Ebenfalls im mobilen Bereich sind die Einsatzgebiete für elektronisches Papier zu finden. Die Bandbreite der gezeigten Lösungen reicht von portablen Lesegeräten bis hin zu „schlichten“ Armbanduhren.
Organische Displays
Um besonders kleine Displays herzustellen, verwenden einige Hersteller nicht mehr die herkömmliche Liquid-Crystal-Technik, sondern setzen auf organische Materialien. Die sogenannten Organic Light Emitting Displays, kurz OLED, ermöglichen hohe Auflösungen auf kleinstem Raum. Dabei handelt es sich um Polymerketten, die beim Anlegen von Strom Licht aussenden. So lassen sich Displays mit VGA-Auflösung realisieren, die kaum größer sind als eine Kreditkarte – das ermöglicht zum Beispiel detailreiche Anzeigen für Digitalkameras und mobile Abspielgeräte.
Der Einsatz von OLEDs bietet sich überall dort an, wo mehrfarbige Anzeigen im kleinen Format gefragt sind. Mögliche und in einigen Bereichen schon bewährte Einsatzgebiete von OLEDs sind Mobiltelefone, PDAs sowie Kraftfahrzeuge. Display-Brillen lassen sich mit OLEDs gleichfalls realisieren. Die jüngst vorgestellten Modelle erlauben erstmals eine deutliche Anzeige von Details, sogar Texte lassen sich erkennen.
Die Firmen hinter der OLED-Technologie – allen voran Philips und Epson – sehen den Einsatz von OLED aber nicht nur bei mobilen Geräten. Sie glauben, dass auch bei Anwendungen, in denen bisher hauptsächlich LC-Technik verwendet wird, die organischen Displays Einzug halten.
Philips demonstrierte dies an einem 13-Zoll-Prototypen mit Polymer-LED-Technik, der eine Auflösung von 576 x 326 Bildpunkten bot. Das Teilstück war aus einem 30-Zoll-Display mit 1365 x 768 (WXGA) Pixeln herausgenommen worden.
OLED-Vorteile
Für OLED statt LCD sprechen gleich mehrere Gründe: Organische Displays lassen sich einfach produzieren – prinzipiell kann ein entsprechend ausgerüsteter Tintendrucker auf einer Folie die erforderlichen Elemente aufbringen. Um die problemlose Herstellung zu demonstrieren, entwickelte Philips Research einen Tintendruckprozess mit vier Druckköpfen, die jeweils 256 Piezo-Druckdüsen enthalten. Jedes Subpixel (R, G oder B) wird aus mehreren Schichten aufgebaut. Das System kann Displays mit einer Diagonalen bis zu 24 Zoll herstellen. Epson stellt sogar bereits die Technologie zur Verfügung, um Displays mit bis zu 40-Zoll-Diagonale zu fertigen.
Der Prototyp mit dem selbst leuchtenden organischen Material könnte nach Ansicht des Konzerns noch im Jahr 2007 zum kommerziellen Start bereit sein. Epson hat seine Erfahrung in der Drucktechnik dazu genutzt, eine der Hauptschwierigkeiten der OLED-Fertigung anzugehen: das Aufbringen einer organischen Schicht auf das TFT-Substrat.
Gegenüber dem klassischen LC-Display bieten OLEDs einige technische Vorteile: einen großen Betrachtungswinkel sowie eine sehr kurze Reaktionszeit. Schwarz-Werte und Kontrast sind gleichfalls gut. Zudem benötigen sie keine Hintergrundbeleuchtung, was die Fertigung von extrem dünnen Displays erlaubt.
Transparente OLED-Pixel
Im Jahr 2006 haben deutsche Forscher erstmals transparente OLED-Pixel realisiert. Den Wissenschaftlern an der TU Braunschweig zufolge gelang dies weltweit zum ersten Mal. Sie verwendeten ein transparentes TFT-Display (Thin-Film Transistors) mit einer 100 Nanometer dünnen Zink-Zinn-Oxidschicht, die mehr als 90 Prozent des sichtbaren Lichts durchlässt. Üblicherweise bestehen die Transistoren meist aus Silizium, das für Flüssigkristallbildschirme (LCDs) verwendet wird, aber im sichtbaren Spektrum das meiste Licht verschluckt.
In dem transparenten Display sitzen die Transistoren und OLED-Pixel nebeneinander. OLED-Pixel lassen sich ohne Interferenz auf den TFT-Treiber-Schaltungen aufbringen. Weil die TFT-Schichten so dünn sind, kann man sie mit konventioneller Technik auch großflächig aufbringen. Und weil dies auch bei Temperaturen unter 200 Grad Celsius funktioniert, kann man preiswerte und flexible Plastiksubstrate verwenden.
In den von den Braunschweiger Forschern gebauten Geräten erreichten die OLED-Bildpunkte eine Helligkeit von null bis zu 700 cd/qm. Thomas Riedl, Leiter des Forschungsbereichs organische und anorganische Laser am Institut für Hochfrequenztechnik, geht davon aus, das erste Prototypen transparenter OLED-Bildschirme in zwei Jahren erhältlich sein könnten. Mögliche Einsatzgebiete wären das Einblenden zusätzlicher Informationen im Gesichtsfeld eines Chirurgen oder in der Windschutzscheibe von Autos.
OLED-Displays erobern Autos
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat im Frühjahr 2006 ein Forschungsprojekt zu den Einsatzmöglichkeiten von OLED-Displays in Automobilen gestartet. Die flexiblen organischen Leuchtdioden sollen für mehr Komfort und Sicherheit sorgen.
OLED-Displays nutzen die Energie besonders effizient aus, und sie sind im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen sehr dünn – und somit vielseitig einsetzbar. Andreas Storm, Parlamentarischer Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), gab das Startzeichen für das Projekt. Wie Storm mitteilte, unterstützt das BMBF den Forschungsverbund CARO in den nächsten drei Jahren mit 5,5 Millionen Euro. "Organische Leuchtdioden haben ein enormes Marktpotenzial", sagte Storm. "Dieser Forschungsverbund wird uns helfen, dieses Potenzial auch auszuschöpfen."
Ziel des Verbunds sind OLED-Displays für den Einsatz in Automobilen. Projektpartner sind außer Optrex das Dresdener Unternehmen Novaled, die Dortmunder Firma Elmos, drei Fraunhofer-Institute, die Technische Universität Braunschweig sowie die Universität des Saarlandes. Displays auf der Grundlage von organischen Leuchtdioden besitzen einen großen Blickwinkelbereich, sollen bewegte Bilder besonders gut darstellen und brauchen nur eine geringe Betriebsspannung. Außerdem ist die Betriebsfunktionalität bei niedrigen Temperaturen gewährleistet.
Die OLED-Displays könnten sich beispielsweise als Plastikfolien in die Windschutzscheibe für die Einblendung von halbtransparenten Info-Anzeigen einbauen lassen. Dies würde für eine höhere Sicherheit im Straßenverkehr sorgen. Mittels Projektionstechnik an die Windschutzscheibe bieten beispielsweise BMW oder Chevrolet in seiner Corvette bereits Head-Up-Displays an. Diese Technik ist allerdings beschränkt in den Darstellungsmöglichkeiten und anfällig gegen Sonneneinstrahlung.
Aber auch die OLED-Technologie hat bereits ihren ersten Einsatz im Auto gefunden: Aston Martin setzt OLED-Displays im DB9 für das Infotainment-Steuerungsmodul und in der Instrumententafel ein.
OLED-Produkte mit Desktop-Diagonalen
Samsung hat bereits Anfang 2005 ein OLED-Display mit einer Diagonalen von 21 Zoll präsentiert. Laut Samsung ist dieses Display nicht aus einzelnen Displays zusammengesetzt, wie bei anderen OLEDs mit größeren Diagonalen üblich. Das OLED-Display von Samsung soll sich durch eine Helligkeit von 400 cd/m² auszeichnen. Samsung gibt das Kontrastverhältnis mit 5000:1 an. Mit diesen Kennzahlen eignet es sich laut Hersteller für High-Definition-Videos.
Das Display arbeitet mit WUXGA-Auflösung (1920 x 1200 Bildpunkten). Samsung verwendet für den Produktionsprozess amorphes Silizium (a-Si), ein Material, das teilweise auch bei der LCD-Herstellung Verwendung findet. Der Hersteller hofft, dass dadurch eventuell bestehende Produktionslinien für die OLED-Displays eingesetzt werden können. Die Massenproduktion der organischen Displays, zumal in der von Samsung jetzt gezeigten Größe, gilt als problematisch.
LG zeigte auf der CeBIT 2005 ein 20,1-Zoll-Display, das auf LPTS-Technik (Low Temperature Poly Silicon) basiert. Das Display arbeitet mit Wide-XGA-Auflösung (1280 x 800 Bildpunkte). Laut Hersteller erreicht das organische Display eine Helligkeit von 500 cd/qm, das Kontrastverhältnis soll bei 1000:1 liegen.
Das laut eigenem Bekunden größte Display auf Basis von LPTS-Technik zeigt Toshiba Matsushita Display Technology im April 2007 auf der FPD Expo in Tokio. Das Display besitzt eine Diagonale von 20,8 Zoll und arbeitet mit einer Auflösung von 1280 x 768 Bildpunkten.
3D-Technologie
Dreidimensionale Darstellung von Objekten – das verbinden viele mit rot-grün-farbversetzter Darstellung, einer entsprechenden Brille sowie den dazugehörigen Kopfschmerzen. Das mag bei bisher eingesetzten Techniken der Fall sein, inzwischen haben die Display-Hersteller jedoch Methoden entwickelt, die eine räumliche Darstellung ohne zusätzliche Hilfsmittel erlauben. Die Firmen bedienen sich hierbei unterschiedlicher Techniken.
Um die Augen mit verschiedenen Bildinformationen für links und rechts zu bedienen, setzen die Hersteller einen Linsenfilter vor das Display. Dieser trennt die gemeinsam ausgestrahlten Bildinformationen. An 3D-Lösungen arbeiten beispielsweise Philips, Kodak, Sharp und Toshiba.
Bei der Kodak-Lösung erfolgt die Betrachtung durch eine Öffnung, die als eine Art Guckloch fungiert. Kodak verwendet hierfür keine speziellen, auf die 3D-Darstellung abgestimmten Programme, sondern generiert das Bild aus einer herkömmlichen 2D-Vorlage.
Von Philips stammt eine auf der Linsentechnologie basierende Studie eines 3D-Displays. Der Hersteller verwendet eine spezielle Realtime-Software, um 2D-Bilder in dreidimensionale Darstellung umzurechnen. Dies geschieht beispielsweise, während die Applikation auf das Gerät überspielt wird – ohne zusätzliche Programme. Nach Angaben von Philips können als Displays herkömmliche LCDs oder OLEDs zum Einsatz kommen. Die dreidimensionale Darstellung ist nicht auf einen Betrachter beschränkt, sondern kann von mehreren Personen gleichzeitig wahrgenommen werden. Eine spezielle Lenticular-Technik verhindert Moiré-ähnliche Streifen am Rand der Darstellung. Philips demonstrierte die Lösung an einem 8-Zoll-Display, für größere Diagonalen sei die Technik zurzeit noch nicht vorgesehen. Als mögliche Anwendung nennt der Hersteller die dreidimensionale Darstellung von Landkarten in Navigationssystemen.
Von 2D-Ansichten zur 3D-Darstellung
Toshibas bereits 2005 vorgestellte Technologie verwendet ein Verfahren, bei dem die ausgesendeten Bildinformationen des Flachbildschirms ähnlich denen des tatsächlichen Objektes sind. Die eingesetzte Software bedient sich im Fall der Prototypen mehrerer 2D-Ansichten des abzubildenden Objektes und generiert daraus die räumliche Darstellung. Mikrolinsen im Display sorgen dafür, dass die ausgesendeten Bildinformationen für den Betrachter räumlich erscheinen.
Marktreife Produkte möchte man innerhalb der nächsten Jahre erreichen. Potenzielle Anwendungen sieht Toshiba im Spielesektor, bei eBooks oder in der Darstellung von Designstudien. Die neue Technologie zeigte Toshiba auf der 1st Display 2005 International FPD Expo, die in Tokio stattfand.
Auf der CES 2006 folgte eine Demonstration eines LC-Displays, das entsprechend 3D-Bilder darstellen kann. Dieses Display soll bei Gaming, E-Learning und Architektursimulationen zum Einsatz kommen. Zum damaligen Zeitpunkt kündigte der Konzern bereits einen 24 Zoll und einen 15,4 Zoll großen 3D-Monitor an.
Ebenfalls neu ist ein LC-Bildschirm, der 3D-Bilder auch ohne Spezialglas darstellen kann. Er soll bei Gaming, E-Learning, und Architektursimulationen zum Einsatz kommen. Angekündigt hat der Konzern bereits einen 24 Zoll und einen 15,4 Zoll großen 3D-Monitor. Nun soll auch ein 7,2 Zoll kleiner 3D-Screen für mobile Anwendungen in Serie gehen.
3D-Monitor in Schichtbauweise
Mit einem anderen Verfahren arbeitet der Monitor "Depthcube z1024" der amerikanischen Entwickler von Lightspace. Das Bild ist gestochen scharf, man braucht keine Spezialbrille, und vor allem: Es können auch mehrere Personen vor dem Monitor sitzen – alle erkennen das dreidimensionale Bild ohne Abstriche.
Das Geheimnis des neuen Monitors: Mehrere Bilder werden auf hintereinander gestaffelte Glasplatten projiziert. Als Grundmaterial dienen den Entwicklern 20 normale TFT-Panels, die jetzt aber nur als einzelne Mattscheiben fungieren. 19 dieser Scheiben sind lichtdurchlässig, nur eine wirkt jeweils als Mattscheibe. Das 3D-Bild wird nun scheibchenweise aufgebaut, immer auf einem anderen TFT-Panel. 20 dieser Panels hintereinander ergeben eine räumliche Tiefe von rund zehn Zentimetern. Der Monitor dient jetzt quasi als Guckkasten.
Das Bild liefert ein recht leistungsstarker Beamer auf DLP-Basis mit einer Leistung von rund 800 Watt. Deshalb ist das Gerät auch nicht gerade leise. Mit einem Arbeitsgeräusch von rund 57 dB dürfte der Monitor beim konzentrierter Büroarbeit richtig nerven. Doch die Leistung muss so groß sein, weil TFT-Panels nur wenig Licht durchlassen. Für die Farbe ist einzig und allein der Beamer zuständig. Damit keine Übergänge zwischen den einzelnen Scheiben sichtbar werden, sorgt ein spezieller Algorithmus für eine Kantenglättung im 3D-Bereich.
Der Monitor bietet eine sichtbare Bildschirmdiagonale von 19,5 Zoll (knapp 50 Zentimetern) bei einer maximalen Bildtiefe von vier Zoll (rund zehn Zentimetern). Die maximale Auflösung beträgt 1.024 x 768 Pixel auf jedem der 20 Displays mit jeweils 32.768 Farben für eine realistische Darstellung. Die Bildwiederholrate beträgt dabei 50 Hz (100 Hz interlaced).
Elektronisches Papier
Obwohl dem eBook in seiner ursprünglichen Form kein großer Erfolg vergönnt war, ist das Thema elektronisches Papier aktueller denn je. Sony präsentiert inzwischen seine Variante eines Lesegeräts: mit hoher Auflösung und scharfen schwarzen Linien auf schneeweißem Hintergrund. Mittlerweile sind die Hersteller in der Lage, tatsächlich weißen Hintergrund ohne entsprechende Hintergrundbeleuchtung darzustellen.
Sie verwenden hierfür elektrophoretische Displays (Electrophoretic Image Display, kurz EPID). Die elektronische Tinte besteht aus Millionen von Kügelchen, die in etwa den Durchmesser eines menschlichen Haares aufweisen und in einer flüssigen Schicht gelagert sind.
Dabei kommen unterschiedlich geladene schwarze und weiße Mikrokapseln zum Einsatz. Je nach angelegter Spannung richten sich die Kapseln entsprechend aus und erlauben so eine grafische Darstellung. EPID behalten ihre Struktur auch nach Abschalten der Spannung. Bei nicht bewegten Bildern kann ein Gerät besonders stromsparend operieren.
Produkte aus elektronischem Papier
Im März 2007 hat Epson ein Anwendungsgebiet für seine Technologie des elektronischen Papiers vorgestellt. Die Entwicklung eines elektronischen Leitsystems soll es erlauben, an einem bestimmten Ort automatisch passende Informationen zur Verfügung zu stellen. Als erster Einsatz sei ein Museumsführer in Vorbereitung, elektronische Stadtführer könnten folgen.
Bei der Museumsführer-Lösung sind zu jedem Gemälde neben einer grafischen Abbildung mehrere Seiten Informationen verfügbar. Diese werden drahtlos auf das E-Papier-Display übertragen, das der Besucher mit sich führen kann. Die Informationen lassen sich ebenso ausdrucken. Das verwendete Display ist 0,5 Millimeter dünn und arbeitet mit einer Auflösung von 1024 x 768 Bildpunkten. Die Diagonale des Displays beträgt 7,1 Zoll.
In 2006 hat Sony auf der CES den Reader im Taschenbuchformat angekündigt. Das Gerät arbeitet mit der Display-Technologie von E-Ink und soll unterwegs das bequeme Lesen von Dokumenten ermöglichen. Das Display arbeitet mit einer Auflösung von 800 x 600 Bildpunkten, die sichtbare Bildfläche beträgt 90 x 122 mm. Die Anzeige erfolgt in vier Graustufen. Der Reader verfügt über einen internen Speicher, als Speichererweiterungen können SD-Karten oder Memory Sticks zum Einsatz kommen. Mit einer Akkuladung sollen rund 7500 „Page turns“ möglich sein, das ist ausreichend, um mehr als ein Buch ohne Nachladen lesen zu können.
Seiko hat 2007 eine Damenarmbanduhr auf Basis eines e-Paper-Displays vorgestellt. Als Vorteile gegenüber anderen Anzeigen nennt der Hersteller den sehr hohen Kontrast, die sehr geringe Bautiefe sowie die geringe Leistungsaufnahme.
Ähnliche Gründe hat Citizen bereits 2005 bei der Vorstellung einer Uhr auf Basis eines Electronic-Paper-Displays genannt. Auch hier wollte man sich nicht auf ein genaues Datum der Markteinstellung festlegen.
Flexible Displays
Einen Schritt weiter geht Philips. Auf Basis von organischen Polymeren will der Hersteller Lesegeräte mit flexiblen Displays realisieren. Noch für das Jahr 2007 haben Telecom Italia und Philips Polymer Vision im Februar 2007 ein entsprechendes Gerät angekündigt. Das sogenannte Cellular Book bietet ein ausrollbares Display mit einer Diagonalen von fünf Zoll. Die Anzeige erfolgt in 16 Graustufen.
Das Cellular Book basiert auf der Technik des Readius, den Philips Polymer Vision im Jahr 2005 auf der Internationalen Funkausstellung in Berlin gezeigt hat. Dessen Display bietet eine Diagonale von 5 Zoll, arbeitet mit QVGA-Auflösung (320 x 240) und vier Graustufen. Das Kontrastverhältnis soll laut Hersteller bei 10:1 liegen.
Im Januar 2007 hat Polymer Vision angekündigt, eine Fertigung für flexible Displays in Großbritannien zu errichten.
Farbig und flexibel
Fujitsu hat das laut eigenem Bekunden weltweit erste farbfähige biegsame elektronische Papier auf Basis eines Filmsubstrats entwickelt. Als Anwendungsgebiete für das elektronische Papier nennt Fujitsu beispielsweise den Einsatz als Werbemittel, Preisschild sowie als externes Display für mobile Endgeräte. Das dünne Anzeigemedium eigne sich auf Grund seiner geringen Leistungsaufnahme und der Flexibilität für entsprechende Einsatzgebiete.
Wie bei anderen ePaper-Lösungen bleibt das Bild auch dann erhalten, wenn keine Spannung mehr anliegt. Zur Änderung des Bildinhalts ist laut Fujitsu nur eine minimale Energie erforderlich. Das neue elektronische Papier besteht aus drei Display-Schichten in Rot, Grün und Blau. Farbfilter oder Polarisierungsschichten werden nicht verwendet. Laut Fujitsu ändert sich die Darstellung beim Biegen des Displays nicht. Auch Druck auf das Display soll die Darstellung nicht beeinflussen.
Privacy Filter
Bei Notebook-, Desktop- und TV-Displays wird gerne ein möglichst großer Betrachtungswinkel als verkaufsförderndes Argument angeführt. Tatsächlich kann aber bei Desktop- oder Notebook-Displays gerade das Gegenteil gewünscht sein. Bei Letzteren etwa, wenn der Sitznachbar im Flugzeug nicht unbedingt problemlos den Bildschirminhalt erkennen soll. Oder in Bereichen, in denen durch Besucherverkehr theoretisch die Displays besonderes gut einsehbar sind.
3M offeriert hierfür einen sogenannten Privacy Filter. Dieser soll den einsehbaren Bereich auf 60 Grad einschränken. Für Notebooks sind die Filter in Größen von 13 bis 15 Zoll erhältlich, für Deskop-Geräte bietet 3M Filter in den Diagonalen 15, 17 und 18,1 Zoll an.
Ausblick
Neue sowie verbesserte Display-Technologien erlauben neue Anwendungen. Die Bandbreite reicht vom daumennagelgroßen Ausschnitt im Handy-Deckel bis zum Großbildschirm fürs Heimkino. Ob, und wenn ja, welche Technologie sich in welchem Segment durchsetzt, hängt wie so häufig von mehreren Faktoren ab: wie schnell die Hersteller die Produktion der jeweiligen Displays in den Griff bekommen und den Markt beliefern können – und zu welchem Preis dies möglich ist. Bedarf ist zweifelsohne vorhanden.
Wie so oft wird nicht alles technisch Machbare in marktfähige Produkte umgesetzt. Kein Wunder also, dass aus so manchem Prototypen der zurückliegenden Jahre kein wirkliches Produkt für den Endkunden geworden ist. Im einen oder anderen Fall findet sich aber eine Weiterentwicklung der Technologie in markttauglichen Produkten wieder. Spannend bleibt die Entwicklung allemal. (mje)
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