Bildschirmtechnologien machen einen Sprung nach vorne

Bildschirme finden sich überall in unserem Leben, von Telefonen über Tablets bis zu Fernsehgeräten. Wir verbringen immer mehr Zeit damit, durch die sozialen Medien zu scrollen und von einem Kanal in den nächsten zu wechseln. Insbesondere Kinder sind derart stark betroffen, dass die Weltgesundheitsorganisation WHO spezielle Leitfäden herausgegeben hat, die empfehlen, dass Kinder sich mehr körperlich bewegen sollten, anstatt stundenlang vor dem Bildschirm zu sitzen.

Die zunehmende Bedeutung von Bildschirmen in unserem Leben ist eine Erklärung für die kontinuierlichen Bemühungen der Hersteller, neue Bildschirmtechnologien zu entwickeln und auf den Markt zu bringen. LCD-Technologien erleben einen Rückgang, stattdessen wird der Markt für TV-Bildschirme von Technologien wie OLED, QLED und Mini-LED (Leuchtdioden) dominiert. Der Hauptunterschied zwischen LCD und organischer LED-Technologie besteht darin, dass OLEDs keine zusätzliche Schicht mit Hintergrundbeleuchtung zur Beleuchtung der Pixel des Bildschirms benötigen. OLED-Pixel leuchten, wenn sie mit Strom versorgt werden. Das bedeutet, dass OLED-Bildschirme etwa 30 Prozent dünner und leichter als LCD-Bildschirme sind. 

OLEDs sind allerdings teurer in der Herstellung und tun sich oft schwer, optimale Helligkeit zu gewährleisten, während sogenanntes „Einbrennen“ bzw. „Burn-in“ (eine Art nachwirkender Schatten, der nach intensiver Nutzung auf dem Bildschirm verbleibt) ein Problem bei älteren Modellen bleibt. Sweta Dash, Gründerin von Dash-Insights, einem Marktforschungsunternehmen für Displays, erklärt: „Trotz der Entwicklungen im Bereich der OLED-Technologie, stellen Helligkeit, Lebensdauer und Herstellungskosten nach wie vor eine Herausforderung für die Branche dar.“

Eine Lösung für diese Probleme, die durchaus auch eines der technologischen Highlights im Jahr 2024 sein könnte, sind blau phosphoreszierende OLEDs (PHOLEDs). Dash zufolge sind phosphoreszierende Materialen deutlich effizienter bei der Umwandlung von Licht. Aktuell werden sie für rote und grüne Emitter in OLED-Displays verwendet, während fluoreszierende Materialien bei blauen Emittern üblich sind. Die Display-Branche hat auf effizientere blau phosphoreszierende Materialien gewartet und wenigstens ein Unternehmen behauptet, einen Durchbruch diesbezüglich erzielt zu haben und im Laufe des Jahres neue rote, grüne und blaue PHOLED-Produkte auf den Markt zu bringen.

Ein weiterer Versuch, um die Leistung von OLEDs zu verbessern, ist die Verwendung von Deuterium, auch bekannt als schwerer Wasserstoff, um Panels widerstandsfähiger gegenüber Hitze und Strom zu machen. Dasselbe Unternehmen behauptet, dass seine neuesten OLED-Displays, die bei der diesjährigen CES vorgestellt wurden, 60 Prozent hellere Bilder und 30 Prozent weitere Blickwinkel erreichen können als herkömmliche OLEDs. Dash geht davon aus, dass die OLED-Technologie kurz davor ist, die Probleme bezüglich Helligkeit und Lebensdauer durch Fortschritte im Materialbereich und bei den Herstellungsverfahren zu lösen. „Wenn neue technologische Entwicklungen in Kombination mit Kapazitätserweiterungen die Kosten reduzieren können, kann dies für ein hohes Nachfragewachstum in den nächsten Jahren sorgen.“

Mini-LEDs sind eine günstigere Alternative zu OLEDs, die bei LCD-Geräten zum Einsatz kommen. Hierbei werden winzige LEDs verwendet, um kleinere, flexiblere Dimming-Zonen zu schaffen. Die Technologie ist außerdem weniger anfällig für Burn-in. Vor kurzem wurde ein riesiger Mini-LED-TV-Bildschirm mit 10.000 Nits vorgestellt. Nit ist eine Maßeinheit für die Helligkeit von sichtbarem Licht (Leuchtdichte) innerhalb eines bestimmten Bereichs und wird in der Regel für die Messung der Bildschirmhelligkeit verwendet.

Die meiste Konkurrenz erhält OLED von der QLED-Technologie. Q steht für Quantum Dot (Quantenpunkt), eine Technologie, die von einem Anbieter entwickelt wurde, aber inzwischen von einigen TV-Marken genutzt wird. Das Technologieberatungsunternehmen OMDIA hat Zahlen veröffentlicht, denen zufolge QLED-Bildschirme ein Wachstumstreiber im Premium-TV-Segment sind. Es wird hier von einem Wachstum von 50 Prozent im Jahr 2023 auf 70 Prozent im Jahr 2026 ausgegangen.

Quantum Dots, auch als Nanokristalle bekannt, sind die winzigen Halbleiterpartikel, die die Leuchtkraft von Farben und die Bildsteuerung verbessern. Das Problem ist, dass die Quantum Dots, die in den aktuellen QLED-Fernsehgeräten verwendet werden, eine Hintergrundbeleuchtung benötigen, genauso wie eine LCD-Schicht bei Standard-LCD-Fernsehgeräten. Das setzt der Wirksamkeit der Halbleiterpartikel Grenzen.

Selbst leuchtende QLEDs könnten die Lösung sein. Anstelle einer Hintergrundbeleuchtung verwenden sie photolumineszierende Quantum Dots, die in der Lage sind, einzelne Pixel zu beleuchten oder auszuschalten. Theoretisch hätten Bildschirme, die selbst leuchtende QDs verwenden, dadurch sämtliche Vorteile von OLEDs, aber mit größerer Leuchtkraft und geringeren Herstellungskosten.

Die IEC veröffentlicht die meisten wichtigen Normen zu Bildschirmen. Das technische Komitee IEC/TC 110 (DKE/K 742) erarbeitet Normen für elektronische Displays, egal ob LED, OLED, holographisch usw. Die Normenreihe IEC 61747 legt Anforderungen an LCDs fest, die Normenreihe IEC 62341 macht dasselbe für OLED-Bildschirme.

Energieeffizienz-Höchstwerte gefährden technische Innovationen bei elektronischen Displays

Mit der Änderung der Ökodesign-Verordnung aus 2023 kamen auf die Hersteller elektronischer Displays mit einer 8K-Auflösung bzw. Micro-LEDs große Herausforderungen zu. Hintergrund: Laut Gesetzgeber sei der Energieverbrauch dieser Geräte zu hoch. Hersteller haben jedoch eine Lösung gefunden, wie sie betroffene Geräte in den Handel bringen können – und bewegen sich damit in einer Grauzone.

Seit ihrer Einführung vor zehn Jahren sieht man faltbare Bildschirme bei vielen Herstellern, die biegbare, gebogene oder aufrollbare Produkte auf den Markt gebracht oder angekündigt haben, darunter für Telefone, Laptops und sogar Fernsehgeräte. Nachdem immer mehr Anbieter ihre eigenen Versionen auf den Markt bringen, sind auch die Preise der Geräte deutlich gefallen. Gerüchten zufolge arbeitet eines der größten Technologieunternehmen der Welt daran, sein erstes faltbares Gerät auf den Markt zu bringen, allerdings voraussichtlich nicht vor 2025.

Alle biegbaren Displays werden unter Verwendung von Substraten aus flexiblem Plastik hergestellt, die sich tausende Male biegen lassen, ohne zu brechen. Bei einigen Produkten wird behauptet, sie könnten bis zu 200.000 Mal gefaltet werden, ohne kaputtzugehen. Nicht alle flexiblen Displays lassen sich falten. Zu den Geräten mit einem Display, das sich aufrollt und innerhalb des Geräts verschwindet, gehört das aufrollbare Telefon OPPP X und ein aufrollbares Fernsehgerät, das OLED R.

Schätzungen zufolge wird der Markt für faltbare Telefone bei einem jährlichen Wachstum von 17,13 Prozent bis 2028 einen Wert von mehr als 54 Mrd. USD erreichen. Auch wenn das nur 1 Prozent des gesamten Smartphone-Markts darstellt, einem Bericht zufolge ist es einer der letzten echten Innovationsbereiche, der den Herstellern von Handapparaten bleibt. Die IEC veröffentlicht die Normenreihe IEC 62715, die sich mit den meisten Normungsthemen in Bezug auf flexible und faltbare Bildschirme auseinandersetzt.

Ein wichtiger Treiber ist die Konvergenz von Smartphones und tragbaren Geräten. Da faltbare Telefone kompakter und flexibler werden, lassen sie sich in tragbare Accessoires wie Smartwatches oder smarte Armbänder verwandeln. Diese Integration eröffnet neue Möglichkeiten für die Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität, wodurch sie für Verbraucher*innen interessant wird, die multifunktionale und vielseitige Geräte haben wollen.

Außerdem schließt diese Innovation die Lücke zwischen vormals separaten Telefon- und Tablet-Kategorien (oder einem Laptop und einem leichter tragbaren Tablet) durch das kompakte Design eines faltbaren Telefons, d.h. Nutzer*innen haben ein flexibles Tablet, das in ihre Tasche passt. Zubehör wie eine separate Tastatur und ein Touchpad geben Nutzer*innen, die ihr Gerät nicht die ganze Zeit im Vollbildmodus verwenden möchten, das Gefühl, als würden sie einen Laptop benutzen.

Weitere Innovationen werden dehnbare, tragbare und selbst in die Haut transplantierbare Displays sein. Letztere sind Gegenstand aktueller Forschungsprojekte, die untersuchen, wie leuchtende Polymere für flexible Optoelektronik verwendet werden können.

In einem Forschungsbericht, der in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, erklärt Zhitao Zhang: „Stellen Sie sich ein Display vor, das auf das Zweifache seiner ursprünglichen Länge gedehnt werden kann, ohne zu reißen. In naher Zukunft könnte unser Mobiltelefon sehr dünn und eng an unserem Arm befestigt sein, wie unsere Haut, und diese neue Art von Display würde mit Hautsensoren verbunden sein, sodass wir in Echtzeit Gesundheitsparameter überwachen und mit anderen kommunizieren können.“

Die IEC hat ein Komitee eingerichtet (IEC/TC 124), um Normen im Bereich tragbare elektronische Geräte und Technologien zu erarbeiten. Das Komitee arbeitet mit IEC/TC 110 in einem Gemeinschaftsgremium zusammen, um sicherzustellen, dass alle Bereiche abgedeckt sind. Zusammen veröffentlichen sie beispielsweise die Norm IEC 63203‑406‑1, die Prüfverfahren zur Messung der Oberflächentemperatur von am Handgelenk getragenen elektronischen Geräten bei Kontakt mit der Haut festlegt.

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Während es nach wie vor Schwierigkeiten bei OLED-TV-Bildschirmen gibt, zeigt sich ein deutlicher Anstieg bei der Nutzung von OLEDs für andere Anwendungen, wie Augmented/Virtual Reality (AR/VR) und Displays in Fahrzeugen. Dem Beratungsunternehmen John Peddie Research zufolge wird davon ausgegangen, dass diese neuen Anwendungsfelder den Umsatz von OLED-Bildschirmen im Jahr 2024 um 8 Prozent steigern werden.

Getrieben durch Fortschritte bei AR/VR-Headsets, neue 3D-Foto-Funktionen in den neuesten Smartphones und die Verbreitung von Game Engines, sind 3D-Imaging-Plattformen (bzw. Spatial Computing) im Kommen. Parallel dazu ist davon auszugehen, dass generative KI-Werkzeuge die Produktion von 3D-Inhalten beschleunigen werden.

Spatial Computing ist eine neue 3D-zentrierte Form des Computings, die KI, Computer Vision und erweiterte Realität nutzt, um virtuelle Erlebnisse in die physische Welt zu integrieren. Dabei erfolgt eine Loslösung vom Bildschirm und sämtliche Oberflächen werden zu Schnittstellen zwischen Mensch und Computer.

Shawn Frayne, CEO eines in Brooklyn ansässigen Unternehmens, das seit zehn Jahren holographische Technologien entwickelt, sagt: „Zwei wesentliche Entwicklungen verbinden sich: 3D Spatial Platforms und generative KI.“ Das Unternehmen hat ein holographisches Display mit 8K-Auflösung angekündigt, das das weltweit größte Display und ein neuartiger Weg sein soll, um Hologramme über das Internet zu teilen. Im Laufe des Jahres soll das laut eigener Aussage „weltweit erste tragbare holographische Display“ auf den Markt gebracht werden. Der neue Bildschirm soll Nutzer*innen die Möglichkeit bieten, 3D-Bilder zu erleben, ohne dafür spezielle Brillen oder Headsets tragen zu müssen.

Das Produkt wird dafür entwickelt, was das Unternehmen als „eine neue Ära der räumlichen Fotografie“ bezeichnet und enthält eine KI-getriebene Software, die 2D-Standbildern Tiefe verleiht, indem zur Ansicht auf dem Display „dutzende von Perspektiven desselben Fotos abgebildet werden“. Wie die meisten autostereoskopischen Bildschirme, verlangt die Technologie von den Betrachtenden, aus verschiedenen Winkeln auf das Display zu blicken, um den 3D-Effekt wahrzunehmen. Andere holographische Displays beinhalten Gesichtserkennung (Face Tracking) und Blickerfassung (Eye Tracking), um das Bild optimal für den Betrachtenden zu präsentieren, wobei dies weniger gut funktioniert, wenn es mehr als einen Betrachtenden gibt.

Auch die neuesten VR-/AR-Brillen bieten diese Funktion und das Headset, das die größte Begeisterung in dieser Kategorie auslöst, ist das Vision Pro, das dieses Jahr herauskommen soll. Nutzer*innen können 3D-Videos und 3D-Standbilder erstellen, indem sie die Dual-Kameras des neuesten Smartphones des Unternehmens verwenden. Der Inhalt erscheint als normale 2D-Bilder auf dem Telefon oder anderen Geräten, aber wird als stereoskopisches Video/Standbild auf dem Headset wiedergegeben.

Laut Technologie- und Gaming-Expertin Cathy Hackl erleben wir, wie die „Zukunft post Smartphone langsam Gestalt annimmt“. Ihr zufolge ist es eine Zukunft, in der ein Spatial Computer in Form eines Wearables das Smartphone in allen Bereichen, von der Navigation über den persönlichen Assistenten bis auf die Art und Weise wie wir auf Informationen und Erlebnisse zugreifen, ablöst.

Andere Technologieunternehmen bringen ebenfalls intelligente Brillen und Mixed-Reality-Headsets auf den Markt. Sie sehen darin einen „Plattformwechsel“, wobei KI die primäre Form sein wird, wie Menschen mit Geräten interagieren. Die Vorstellung ist, dass wir bald intelligente Brillen nutzen werden, um die Welt zu betrachten, und KI-Software mit uns interagieren wird, damit wir das, was wir und unsere Geräte sehen, verstehen.

IEC und ISO haben ein gemeinsames Subkomitee eingerichtet, um den Weg für diese KI-inspirierten Technologien zu ebnen: SC 42 erarbeitet Normen zu künstlicher Intelligenz. Ein weiteres Subkomitee, JTC 1, legt Anforderungen an AR und VR fest.

Genau wie bei allen anderen neuen Technologien sorgen internationale Normen dafür, dass Systeme sicher und effizient zusammenarbeiten.

Redaktioneller Hinweis:

Der englischsprachige Originalartikel erschien erstmals auf etech.iec.ch in der Ausgabe 01/2024.
Zu finden unter: https://etech.iec.ch/issue/2024-01/screen-tech-takes-a-leap-forward

Die im Text aufgeführten Normen und Standards können Sie beim VDE VERLAG erwerben.

Bei Home & Building geht es um die Integration und Nutzung von Informations- und Telekommunikationstechnologien in der heimischen Umgebung, die eine neue Erfahrungswelt ermöglichen und bekannte Aktivitäten bei Unterhaltung, Komfort, Energiemanagement, Sicherheit und Gesundheit kosteneffizienter oder bequemer machen. Weitere Inhalte zu diesem Fachgebiet finden Sie im