zur Navigation springen

Auf HD folgt Ultra-HD : Smartphone für Adleraugen

vom
Aus der Redaktion der Zeitung für die Landeshauptstadt

Neue Handydisplays erobern die Welt. Sie sind so gestochen scharf, dass die menschliche Sehkraft nicht mehr mitkommt. Doch die Hersteller treibt ohnehin etwas anderes.

Brillanter, schärfer, kontrastreicher: Im Rennen um das hochauflösendste Smartphone-Display überbieten sich die Hersteller mit immer neuen technischen Rekorden. Die aktuell in Berlin stattfindende Internationale Funkausstellung (IFA) nutzte etwa der koreanische Elektronikriese Samsung fast schon traditionell, um ein neues Smartphone vorzustellen – diesmal unter anderem das Business-Smartphone Galaxy Note 5.

Lange hatte die Fachwelt gerätselt, ob dieses Telefon bereits eine 4K-Auflösung bieten würde. Es wurden dann zwar doch nur 2560 mal 1440 Pixel, genau wie beim Flaggschiff Galaxy S6 – aber das übertrifft das ansonsten übliche Niveau immer noch deutlich. Die Abkürzung 4K steht für 4000. Gemeint ist die ungefähre Anzahl der horizontalen Bildpunkte. Noch gibt es zwei unterschiedliche 4K-Standards: Der „Quad Full HD“-Standard hat ein Bildformat von 3840 mal 2160 Bildpunkten, während die nächste 4K-Stufe, „Ultra HD“, eine Auflösung von 4096 mal 2160 Pixel bietet. Zum Vergleich: Ein handelsüblicher „Full HD“-Fernseher bietet eine Auflösung von 1080 Pixel in der Höhe und 1920 Pixel in der Breite. Die aktuell diskutierten Handydisplays würden damit eine vierfach höhere Auflösung bieten.

Damit haben die Hersteller längst Dimensionen erreicht, die für das menschliche Auge nicht mehr wahrnehmbar sind. Apple hatte bereits im Jahr 2010 bei Einführung des Retina-Displays beim iPhone 4 mit der Grenze der für das Auge physisch unterscheidbaren Schärfe argumentiert: Mehr könne man als Mensch gar nicht wahrnehmen, erklärte der US-Hersteller seinerzeit. Die Display-Auflösung des iPhone 4 lag dabei bei gerade mal 960 mal 640 Pixel. Dennoch ist die technische Entwicklung seither enorm vorangeschritten. Längst haben die Hersteller um ein Vielfaches schärfere Bildschirme entwickelt – und noch einmal hochauflösendere Displays angekündigt.

Der südkoreanische Hersteller LG Electronics möchte dem Vernehmen nach sein künftiges Flaggschiff-Smartphone, das LG G4, mit einer Auflösung von satten 2880 mal 1620 Pixel ausstatten – das entspricht einer 3K-Auflösung und würde damit das aktuelle Niveau von Platzhirsch Samsung in den Schatten stellen. Der japanische Elektronikriese Sharp hat im Frühjahr auf der Messe China Information Technology Expo den Prototyp eines extrem hochauflösenden LCDDisplays mit 3840 mal 2160 Bildpunkten vorgestellt, also auf 4K-Niveau. Bereits im kommenden Jahr soll die Serienfertigung beginnen.

Welche Geräte damit ausgestattet werden, ist aber noch unklar – Sharp selbst stellt keine Smartphones her, ist aber Zulieferer vor allem von chinesischen Smartphone-Herstellern wie Lenovo, Huawei, ZTE, Meizu, Oppo und Xiaomi. Samsung wiederum arbeitet angeblich sogar schon an einem 11K-Display – ein Prototyp des superscharfen Screens soll dem Vernehmen nach pünktlich zu den im südkoreanischen Pyeongchang stattfindenden Olympischen Winterspielen 2018 vorgestellt werden. Bis er dann aber wirklich in Smartphones verbaut wird, dürfte es allerdings noch eine Weile länger dauern.

Doch wozu der ganze Aufwand, wozu die enormen Kosten für Forschung und Entwicklung, wenn man den Unterschied am Ende mit dem menschlichen Auge gar nicht sehen kann?

Man könnte argumentieren, dass ein Handy mit einer derart hohen Auflösung eine extreme Verschwendung an Ressourcen ist – schließlich müssen Akku und Prozessoren so Leistungen aufbringen, die man bei normaler Nutzung eigentlich gar nicht braucht und sich somit sparen könnte. Doch die Hersteller denken längst weiter: Sie haben das Smartphone der Zukunft im Blick. Denn Experten zufolge lassen sich mit extrem hohen Auflösungen Farben derartig detailliert darstellen, dass ein natürlicher 3D-Effekt auftritt. Verstärkt wird er durch winzige Rillen innerhalb der Pixel, wodurch sich aus unterschiedlichen Blickwinkeln jeweils andere Bilder ergeben. Der 3D-Effekt entsteht dann dadurch, dass die beiden Augen eines Menschen jeweils ein leicht verschobenes Bild wahrnehmen. Das Gehirn setzt diese Eindrücke zu einem dreidimensionalen Bild zusammen. „3D-Displays brauchen eine sehr hohe Auflösung, um scharfe Bilder darzustellen. Das liegt daran, dass je nach Blickwinkel jeweils nur ein Teil der Pixel sichtbar ist“, erklärt Markus Fratz, Ingenieur beim Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik in Freiburg. Je hochauflösender das Smartphone-Display, desto mehr kann es also mit dieser besonderen optischen Illusion punkten. Das wiederum öffnet neuen Anwendungsformen rund um das Thema Virtual Reality die Tür – und zeigt damit, was mit dem Smartphone der Zukunft alles möglich sein kann. Technisch sind neue Super-Displays zumindest bis zu einer Auflösung von 4K längst möglich – dass sie noch nicht auf den Markt gekommen sind, liegt an einem viel profaneren Faktor: der Akkulaufzeit. Denn je mehr Bildpunkte ein Smartphone-Display bietet, desto mehr Energie verbraucht es auch. Nicht zuletzt aus diesem Grund hat auch Samsung beim Galaxy Note 5 auf einen noch schärferen Bildschirm verzichtet.

Und so arbeiten Entwickler in aller Welt mit Hochdruck an günstigen Energiequellen und leistungsfähigeren Akkus, um die neuen, ultrascharfen Smartphone-Displays auch mit ausreichend Strom versorgen zu können. Zugleich wird auch an neuen Display-Technologien geforscht. Bislang konkurrieren bei den Handydisplays im Wesentlichen zwei Technologien: LCDs und Amoleds. Die hinterleuchteten LCDs gelten dabei als besonders hell, die selbst leuchtenden Amoleds als besonders kontrastreich und blickwinkelstabil.

Doch schon bald könnte ein neuer Typ hinzukommen: Das Graphen-Display. Britische Forscher von der University of Cambridge haben jüngst den ersten Display-Prototypen aus diesem Material vorgestellt. Graphen gehört zu den stabilsten aber auch leichtesten Materialien, die die Wissenschaft kennt. In der Dicke misst Graphen nur wenige Kohlenstoffatome, im Idealfall genügt auch schon eine Schicht. Mit Blick auf Handydisplays bietet das Material zwei große Vorteile: Es ist extrem dünn und damit faltbar – und die Display-Panele aus diesem Material kommen mit einem Bruchteil der Energie der heute gebräuchlichen Technologien aus.

Im Rennen um das schärfste Smartphone-Display mischen auch deutsche Forscher mit. Würzburger Physiker etwa haben jüngst im Fachjournal „Nature Photonics“ eine nur 250 Nanometer messende Lichtantenne vorgestellt. Diese soll zukünftig in Smartphone-Displays zum Einsatz kommen, um 3D-Techniken zu unterstützen. „Eine Lichtantenne funktioniert im Wesentlichen wie ihre großen Geschwister im Mobilfunk“, erklärt Bert Hecht, Professor für Technische Physik an der Universität Würzburg. Durch das Anlegen einer Wechselspannung im Metall werden Elektronen zum Schwingen angeregt. Das wiederum führt dazu, dass die Antennen elektromagnetische Wellen abstrahlen – in einer durch die Gestalt der Antenne genau definierten Form und Wellenlänge.

Die Gesetze der Antennentechnik im Nanobereich auf Licht zu übertragen, ist technisch anspruchsvoll. Die Würzburger Physiker mussten sich darum etwas einfallen lassen. Erfolgreich waren sie am Ende mit einer ausgeklügelten Nanostruktur: Ihre Lichtantenne hat zwei Arme, die jeweils mit einem Kontaktdraht versehen sind und deren Enden sich fast berühren. Der winzige Raum zwischen den Armen ist mit einem Nanopartikel aus Gold präpariert, das den einen Arm berührt und zum anderen Arm einen Spalt von ungefähr einem Nanometer lässt. Der Spalt ist so schmal, dass Elektronen ihn aufgrund des quantenmechanischen Tunneleffekts beim Anlegen einer Spannung überwinden können. Dadurch werden Schwingungen mit optischen Frequenzen erzeugt.

Die Antenne sendet elektromagnetische Wellen aus. Dabei wird die Farbe des Lichts durch die Länge der Antennenarme festgelegt. „Damit haben wir die bislang kompakteste elektrisch betriebene Lichtquelle der Welt gebaut, deren Eigenschaften sich zudem noch durch eine Anpassung der Antennengeometrie steuern lassen“, sagt Hecht.

Bis zur Anwendungsreife wird aber noch etwas Zeit vergehen. Zum einen müssen die Physiker weiter an der Effizienz feilen: Beim Betrieb der Licht-Antenne geht noch zu viel Strom in Form von Wärme verloren. Zum anderen muss die Betriebsstabilität erhöht werden, denn bislang funktioniert die goldene Nanostruktur nur für einige Stunden.




zur Startseite

Gefällt Ihnen dieser Beitrag? Dann teilen Sie ihn bitte in den sozialen Medien - und folgen uns auch auf Twitter und Facebook:

Kommentare

Leserkommentare anzeigen