Der große Display-Check LCD, TFT, IPS und AMOLED: Bildschirm-Technologien im Vergleich

vom 10.10.2017, 16:12
HTC One X

Möchte man sich ein neues Smartphone zulegen, ist es nicht zuletzt das Display, das über den Kauf entscheidet. Geht es nach den Herstellern, so liefert nahezu jedes Modell brillante Farben und ein gestochen scharfes Bild. Im großen Display-Check geht es um LCDs mit all ihren Unterarten wie IPS aber auch um die Familie der OLED-Displays. inside-handy.de erklärt die wesentlichen Unterschiede zwischen den einzelnen Display-Arten.

Liquid Crystal Display – LCD

LCD steht für Liquid Crystal Display und beschreibt – vereinfacht ausgedrückt – in einer Flüssigkeit schwimmende Kristalle. Hinter den Flüssigkristallen befindet sich eine Beleuchtung. Wird eine Spannung angelegt, ändert sich die Ausrichtung der Kristalle und es wird mehr oder weniger Licht durchgelassen. Es genügt also ein bereits relativ schwaches elektrisches Feld, um die LCD-Zelle zu steuern.

Unabhängig vom dargestellten Bild werden LC-Displays demnach über die gesamte Fläche konstant beleuchtet. Sie besitzen ein flimmerfreies, verzerrungsfreies, bei Idealauflösung scharfes Bild sowie ein geringes Gewicht und eine geringe Bautiefe.

Wie funktioniert ein LCD?

Häufig finden LC-Displays als Super-LCD in Smartphones Verwendung. Vor allem HTC ist bekannt für die Nutzung dieser Technologie. So verwendet auch das HTC 10 ein solches Display. Der Hauptunterschied zu herkömmlichen LC-Displays besteht darin, dass keine Luftschicht zwischen dem Glas und dem tatsächlichen Display besteht, was den Effekt von Spiegelungen minimiert.

TFT-Displays: LCD mit drei Transistor-Schichten

Kommen bei LC-Displays pro Pixel drei Dünnschichttransistoren (englisch Thin Film Transistor, kurz TFT) für die Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB) zum Einsatz, spricht man oft von Matrix-LCDs oder umgangssprachlich auch TFT-Displays. Die Transistoren erzeugen ein Feld, an dem sich die Flüssigkristalle ausrichten und über einen Farbfilter eine bestimmte Farbe wiedergeben.

Produktionsbedingt kann es vereinzelt zu Pixelfehlern kommen, da jedes Pixel eine eigene kleine Einheit bildet. Das kann sich dadurch äußern, dass ein Bildpunkt dauerhaft leuchtet oder schwarz ist. Auch einzelne Subpixel (Teilbildpunkte) können von einem Fehler betroffen sein. Sowohl Hersteller von LCD-Bildschirmen als auch Händler sind oft der Meinung, dass Pixelfehler bis zu einem gewissen Punkt tolerierbar seien. Erkennt der Nutzer solch einen fehlerhaften Bildpunkt, stört dieser aber oft ungemein.

Pixelfehler

Ein weiterer Nachteil von LC-Displays sind die Schwarzwerte: Da die Hintergrundbeleuchtung ständig eingeschaltet ist, gelangt Licht auch bei ausgeschalteten Pixeln nach außen – auch wenn es nicht besonders viel ist – und reduziert damit den Schwarzwert. Das Schwarz scheint dann leicht gräulich.

IPS-Display: Hohe Blickwinkelstabilität dank ebener LCD-Technologie

Auch das IPS-Display (In-Plane Switching) ist eine Unterart des LC-Displays. Bei der IPS-Technik (englisch für "in der Ebene schaltend") befinden sich die Elektroden nebeneinander in einer Ebene parallel zur Display-Oberfläche. Bei angelegter Spannung drehen sich die Moleküle in der Bildschirmebene.

IPS-Displays weisen eine hohe Farbgenauigkeit auf. Die Farbdarstellung ist kräftig und zugleich realitätsnah. Ein weiterer Vorteil von IPS-Bildschirmen ist die geringe Blickwinkelabhängigkeit. So bleiben Kontrast und Farben des Bildes bei nahezu allen Blickwinkeln gleich.

Dafür ist allerdings der Stromverbrauch der meisten IPS-Displays etwas höher als bei anderen Bildschirmarten, was von der intensiveren Hintergrundbeleuchtung herrührt. Werden dafür aber LEDs eingesetzt, wird wiederum Strom gespart. Ein weiterer Nachteil ist die vergleichsweise hohe Reaktionszeit der IPS-Panels: Während andere Bildschirme auf bis zu zwei Millisekunden kommen, fangen die Reaktionszeiten der IPS-Displays erst bei fünf Millisekunden an. Allerdings sind die Auswirkungen in der Praxis eher gering.

Retina-Display

Das Retina-Display ist nichts weiter als ein IPS-Display. Apple bezeichnet es aber als Retina-Display, da dieses mit 326 ppi (640 x 1.136 Pixel beim iPhone SE) mehr Bildpunkte darstellt als das Auge bei normalem Betrachtungsabstand von etwa 25 bis 30 Zentimetern gerade noch erkennen kann. Es ist demnach keine andere Technik, sondern lediglich eine höhere Pixeldichte. Apple gibt die Helligkeit des iPhone-SE-Displays mit 500 Candela pro Quadratmeter an.

Nova-Display

Etwas heller als das Display des iPhone SE ist der Nova-Bildschirm von LG, der eine Weiterentwicklung des IPS-LC-Displays darstellt. LG gibt die Helligkeit mit 700 Candela pro Quadratmeter an. Eine Besonderheit des Nova-Displays ist, dass es bei der Darstellung von Schwarz keinen Strom verbraucht.

White Magic

Eine Besonderheit des Sony Xperia P stellt sein 4-Zoll-Display dar, welches anders als herkömmliche LC-Displays mit zusätzlichen weißen Subpixeln ausgestattet ist. Diese von Sony "White Magic" genannte LCD-Technik ermöglicht ein helleres Bild, das auch im Freien gut zu betrachten ist, bei gleichzeitiger Stromeinsparung.

Display-Vergleich TFT, LCD, Retina, Nova

(Von links nach rechts: HTC HD7 mit TFT-Display, iPhone 4 mit IPS-Retina-Display, HTC Sensation mit Super-LC-Display, LG Optimus L7 mit TFT-Nova-Display)

Organic Light Emitting Diode – OLED

Ein OLED-Display ("Organic Light Emitting Diode") besteht aus organischen Leuchtdioden. Im Gegensatz zu einem LC-Display benötigt ein OLED-Bildschirm keine Hintergrundbeleuchtung. Vorteil: Der Schwarz-Wert ist höher und der Stromverbrauch niedriger.

Hinzu kommt, dass OLED-Displays extrem dünn sind, bei längerer Nutzung kühler bleiben und einen höheren Kontrast aufweisen als Flüssigkristall-Bildschirme. Die Reaktionszeit von OLED-Bildschirmen liegt bei einigen Geräten unter 0,001 Millisekunden (eine Mikrosekunde) und ist damit um circa das 1.000-fache schneller als das aktuell schnellste LCD mit einer Millisekunde. Ein Bildpunkt besteht aus drei RGB-Pixeln (Rot, Grün, Blau). Je nach gewünschter Farbe leuchten die drei Subpixel in unterschiedlicher Intensität, um diese zu erzeugen. Der Nachteil dabei: Es gibt kein reines Weiß. Dieses wird durch die Farbkombination von den RGB-Pixeln hergestellt, weshalb OLED-Displays in der Regel auch dunkler sind als LCDs.

Darüber hinaus altern OLEDs schneller als LCDs, da die Darstellung der Farben Rot und Blau sich schneller verschlechtert als die der Farbe Grün. So kann es nach einem längeren Zeitraum dazu kommen, dass das Farbgleichgewicht nicht mehr ganz ausbalanciert ist und das Display alles grünlicher darstellt. Zudem sinkt mit der Zeit die Helligkeit der OLEDs. Außerdem ist die Herstellung von OLED-Displays teurer als die von LCDs.

Super-Retina-Display

Mit dem neuen iPhone X hat Apple erstmals ein OLED-Display für sein Flaggschiff verwendet. Apple nennt das neue Display allerdings Super-Retina-Display. Es stellt eine verbesserte Version des Retina-Displays der vorherigen iPhone-Versionen dar und bietet beim iPhone X eine Auflösung von 1.125 x 2.436 Pixeln bei einer Pixeldichte von 458 ppi. Apple will mit dem neuen Super-Retina-Display zudem viele Schwachstellen der OLED-Technologie ausgemerzt haben. Ob das gelungen ist, muss der Test des iPhone X zeigen. 

AMOLED

Bei OLED-Bildschirmen in Smartphones erfolgt die Steuerung des Bildschirms oftmals über eine Aktivmatrix, bei der jedes Pixel einzeln über einen eigenen Transistor angesteuert wird. Samsung vertreibt die Aktivmatrix-OLED-Technik unter der Bezeichnung AMOLED beziehungsweise der Weiterentwicklung Super-AMOLED.

Super-AMOLED

Samsungs Super-AMOLED-Technologie nutzt die "PenTile"-Matrix und das Muster Rot-Grün / Blau-Grün (RG-BG). Das bedeutet, dass mehr grüne als blaue und rote Subpixel zum Einsatz kommen. Der gesamte Anteil der Subpixel im Display ist also im Vergleich zu einem typischen RGB-Layout geringer, was aber bei einem normalen Betrachtungsabstand von etwa 25 bis 30 Zentimetern nicht auffällt. Dafür lassen die Subpixel aber mehr Licht hinein, da sie größer sind. Das hat zur Folge, dass das Bild schärfer ist und die Farben kräftiger zur Geltung kommen.

Zudem ist bei Super-AMOLEDs die berührungssensitive Schicht direkt auf dem AMOLED-Display untergebracht. Der Hauptvorteil dieser "On Cell"-Technologie: Die Lichtdurchlässigkeit erhöht sich im Vergleich zur AMOLED-Technologie von 80 auf 97 Prozent – bei einer gleichzeitigen Reduktion der Reflektionen von 20 auf 4 Prozent. Somit kann man auch bei direkter Sonneneinstrahlung Bilder und Texte auf dem Display gut erkennen.

Super-AMOLED

Das Weglassen der Luftschicht ermöglicht 0,6 Millimeter flache Displays und durch die verbesserte Lichtdurchlässigkeit verringert sich der Energieverbrauch. Das hat zur Folge, dass eine flachere Bauform möglich ist und den Einsatz von Akkus mit höherer Kapazität erlaubt.

Die Bezeichnung "HD" im Super-AMOLED-HD-Display steht lediglich für die Auflösung von 720 x 1.280 Pixeln. Derartige Displays findet man beispielsweise in Samsungs Galaxy S3 oder dem Galaxy Nexus.

Eine Weiterentwicklung der Super-AMOLED-Technologie heißt Super-AMOLED Plus. Die größte Änderung gegenüber der Super-AMOLED-Technologie ist die Verwendung der "Real-Stripe"-Matrix, welche die bisher verwendete "PenTile"-Matrix ablöst. Bei Real-Stripe besteht jedes Pixel aus zwölf Subpixeln, welche für die Farbinformation zuständig sind (RGB). Die bisherige PenTile-Technologie verfügt nur über acht Subpixel (RG-BG), sodass für Farbdarstellungen Subpixel des benachbarten Bildpunktes hinzugenommen werden müssen. Mit Super-AMOLED Plus erhöht sich somit die Zahl der effektiven Pixel um 30 Prozent gegenüber den bisherigen AMOLED-Displays, wodurch das Display schärfer wirkt.

Weitere Verbesserungen sind bessere Schwarzwerte, höherer Kontrastumfang, ein geringerer Stromverbrauch und eine verringerte Tiefe des Displays. Aktuell wird die Super-AMOLED-Plus-Technologie auch vom Entwickler Samsung jedoch nicht verwendet. Auch aktuelle Flaggschiffe wie das Samsung Galaxy S7 verwenden wieder die normale Super-AMOLED-Technik.

Super-AMOLED Plus RealStripe

ClearBlack-Display

Microsoft setzt Displays mit "ClearBlack"-Technologie bei vielen Lumia-Smartphones ein, wie beispielsweise dem Nokia Lumia 930 oder dem Microsoft Lumia 640. Dabei kommt ein Polarisationsfilter zum Einsatz, der das einfallende Licht blockiert und damit für eine bessere Display-Ablesbarkeit unter Sonneneinstrahlung sorgt. Zunächst wurde diese Technik nur zusammen mit AMOLED-Displays eingesetzt, mittlerweile verwendet Microsoft die Filter-Technologie jedoch auch mit IPS-Displays.

Fazit

Wie man sieht, haben alle Display-Arten Stärken und Schwächen. Es bleibt also letztendlich eine Frage des Geschmacks, ob man intensivere oder lieber weichere Farben mag, hohe Kontraste bevorzugt oder doch lieber auf Energieeffizienz und Lebensdauer setzt.

Ausblick

Was aber hält die Zukunft bereit und welche neue Display-Art könnte es auch ins Smartphone schaffen? Sicherlich wird die Entwicklung von OLED-Displays weiter voranschreiten. Erste biegsame Displays wurden bereits auf diversen Messen gezeigt. In den kommenden Monaten dürfte es ein solcher biegsamer Bildschirm auch in ein Endgerät schaffen.

Auch gab es bereits erste Prototypen von elastischen Displays. Ob und wann sich so etwas in Smartphones wiederfindet, bleibt aber zunächst offen. Aber auch das ist nicht ausgeschlossen. Darüber hinaus wurden auch schon erste durchsichtige Displays gezeigt und bereits in Notebooks verbaut. Ob es aber sinnvoll wäre, so ein Display in einem Smartphone einzusetzen, sei mal dahingestellt. 

Zudem wurden bereits eine Hand voll Smartphones mit 3D-Display zu Tage gefördert. Ob sich in dieser Richtung noch etwas tut – eher fragwürdig, aber ebenfalls nicht auszuschließen.

Spannend bleibt, wie sich die Pixel-Zahlen entwickeln werden. Klar ist, dass das menschliche Auge ab einer gewissen Auflösung bei gleichbleibendem Abstand irgendwann keinen Unterschied mehr feststellt. Anwendungen wie VR-Brillen, in der das Smartphone die Rolle des Bildschirms einnimmt, sorgen allerdings dafür, dass immer neue Auflösungsrekorde aufgestellt werden. So ist eine Quad-HD-Auflösung bei einer Displaygröße um die 5 Zoll keine Seltenheit mehr.

Samsung Galaxy S Plus, Galaxy Nexus, Lumia 900 und ein iPhone 4 im Display-Vergleich

(Von rechts nach links: Samsung Galaxy S Plus, Galaxy Nexus, Nokia Lumia 900 und ein Apple iPhone 4 im Display-Vergleich)

Bildquelle kleines Bild: Queen's University | Autor: Redaktion inside-handy.de
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Themen dieser News: Technik, Mobilfunk-News, Mobilfunktechnik

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