Moderne Displaytechnologien • 10.10.2017

Entscheidung für eine Display-Lösung: eine Frage der Anwendung

LCD oder LED? UHD oder 4K? Beim Kauf eines neuen Displays stoßen Einzelhändler auf eine Vielzahl an Abkürzungen, hinter denen sich komplexe Technologien verbergen

LCD oder LED? UHD oder 4K? Beim Kauf eines neuen Displays stoßen Einzelhändler auf eine Vielzahl an Abkürzungen, hinter denen sich komplexe Technologien verbergen. Dabei ist es gar nicht so schwer, sich in diesem vermeintlichen Technik-Dschungel zurecht zu finden. Herr Meinhardt und Herr Zengin erklären, worauf bei der Anschaffung eines Displays geachtet werden muss und worin sich die einzelnen Technologien unterscheiden.

Generell reichen Digital Signage-Applikationen von einfachen, kleinen Displays für Schilder, Büros und Displays mittlerer Größe, für die Anwendung in Märkten und Tankstellen bis zu großen Displays für die Werbeansprache in Kaufhäusern, Kiosken und Bushaltestellen. Der Einsatz derartiger Displays im Innen- und Außenbereich bedarf, um den Zweck der Wahrnehmung zu erfüllen, einiger grundlegender Vorüberlegungen, sowie einer Analyse der Umgebungsbedingungen.

Displays sind in einer Vielzahl an Formaten, Formen und Diagonalen erhältlich...
Displays sind in einer Vielzahl an Formaten, Formen und Diagonalen erhältlich.
Quelle: Data Modul AG

Die aussichtsreichsten Displaytechnologien: AMLCD, AMOLED und LED

Zum besseren Verständnis der Eigenschaften der unterschiedlichen Displaytechnologien werden deren Grundprinzipien zur Lichterzeugung und -modulation im Folgenden kurz vorgestellt:

  • Der Begriff „TFT“ wird als gebräuchliche Abkürzung für Aktiv Matrix LCDs verwendet. Bei Active Matrix Liquid Crystal TFTs wird der Flüssigkristall zur Modulation des Backlight-Lichtes eingesetzt. Die Steuerung der Graustufen geschieht praktisch leistungslos durch die Pixelspannung. Der Stromverbrauch von TFTs wird im Wesentlichen durch die Effizienz des Backlights inklusive der dort verbauten LEDs bestimmt. Der Leistungsverbrauch ist meist vom Bildinhalt unabhängig, so dass dunkle Inhalte in etwa ebenso viel Strom verbrauchen wie ein Weißbild; sofern es sich um ein Edge B/L handelt. TFT Panels mit flächiger LED-Beleuchtung verfügen über eine Local Dimming-Funktion, die zu hohen Kontrastwerten und einer zum OLED vergleichbaren Leistungsaufnahme führt.
  • Leuchtdioden (LED) erzeugen das emittierte Licht direkt aus der Umwandlung von elektrischem Strom in sichtbares Licht. LED (light-emitting diode) bestehen aus einzelnen, diskreten, punktförmigen oder länglichen, anorganisch einkristallinen Leuchtdioden. Module ab 65 Zoll werden hierbei immer interessanter, denn bei dieser Diagonale wird FullHD-Auflösung bei Modulen mit einem Pixelpitch von 1 Millimeter erreicht.
  • OLED (organic light-emitting diode): Die organische Leuchtdiode ist ein leuchtendes Bauelement aus organischen, halbleitenden Materialien. Im Unterschied zu LED, den anorganischen Leuchtdioden, sind bei OLED die elektrische Strom- und Leuchtdichte geringer und keine einkristallinen Materialien erforderlich. Die Effizienz der Lichterzeugung bestimmt die Leistungsaufnahme. Diese ist stark vom aktuellen Bildinhalt abhängig: Dunkle Hintergründe mit wenig hellem Vordergrund haben einen signifikant geringeren Stromverbrauch als helle Bildinhalte.
Photo
Quelle: Data Modul AG

Die Farberzeugung wird üblicherweise mit roten, grünen und blauen Subpixeln in additiver Farbmischung umgesetzt. Bei LCDs und weißen OLEDs (WOLED) wird die Farbe aus weißem Licht mittels Farbfilter erzeugt; RGB-OLEDs und RGB-LEDs erzeugen rot, grün und blau direkt.

Eine dauerhafte Betriebsart 24/7 ist sowohl mit LCD- und als auch LED-Displays möglich, nicht jedoch mit OLED-Displays. In professionellen LCD- und OLED-Displays ist Full HD-Auflösung (1920x1080 Pixel) Standard und 4K stetig steigend gefragt. In LEDs sind kleine Pixel-Pitches von kleiner als einem Millimeter möglich, jedoch entspricht die Bildqualität nicht annähernd der eines herkömmlichen TFTs. Die darstellbaren Inhalte finden beim LED ihre Begrenzung je nach Pixel-Pitch und Betrachtungsabstand; es liegt im Ermessen des Anwenders zu beurteilen, ob dynamische Inhalte in ausreichender Qualität angezeigt werden oder nicht (Beispiel Bandenwerbung im Fußballstadion). LCDs und OLEDs haben mit den gängigen Auflösungen praktisch keine Grenzen, einfache Schriftzüge sind ebenso darstellbar wie Videos. Ein LED-Panel mit hoher Auflösung ist deutlich teurer.

Da die Anwendungsbereiche und dementsprechend die Anforderungen an die Leuchtdichte differieren, muss die Hintergrundbeleuchtung (Backlight) jeweils angepasst werden. Im Outdoor-Segment konkurriert die Leuchtdichte des Displays mit dem Tageslicht und wenn das Display direktem Sonnenlicht ausgesetzt ist, ergeben sich erhöhte Anforderungen an die Materialien (Liquid Crystal, Polariser, Diffuser).

LED-Displays
Selbst LED-Displays mit Pixelpitches von einem Millimeter erfordern einen größeren Betrachtungsabstand
Quelle: Data Modul AG

Auch wenn LCDs die Weltmärkte dominieren, kann gerade beim Umgang mit widrigen Umgebungsbedingungen die LED-Technologie die Nase vorn haben: Outdoor-taugliche LEDs weisen eine Leuchtdichte von 5.000 cd/m² und mehr auf und können problemlos mit Temperaturen in Bereichen von -30°C bis +50°C umgehen. LCDs und besonders OLEDs unterliegen hingegen beim Einsatz von großformatigen Panels in der Regel Begrenzungen: Mehrere hundert Candela pro Quadratmeter sind derzeit der Standard bei LCDs; für Outdoor-Anwendungen existieren auch Panels mit Helligkeiten von 2.000 cd/m² (Candela pro Quadratmeter, Einheit für Leuchtdichte) und mehr. Dies zieht jedoch eine höhere Leistungsaufnahme sowie Temperaturentwicklung des Displaypanels und damit auch innerhalb des Geräts nach sich (Heiz-/Kühlkonzepte).

LEDs können Helligkeiten von mehreren tausend Candela pro Quadratmeter vorweisen, was vor allem bei Installationen in direktem Sonnenlicht einen wesentlichen Vorteil darstellt. OLEDs sind für den Einsatz in hellen Umgebungen und mit großen Temperaturschwankungen aufgrund der signifikant geringeren Lebensdauer nicht geeignet.

Tabelle: Vergleich der derzeit aussichtsreichsten Displaytechnologien für Digital Signage

AMLCD

AMOLED

LED

  • Kostengünstige und ausgereifte Fertigung
  • Höhere Luminanz und Gamut erreichbar
  • Betrachtungswinkel und Reaktionszeit kritisch für Premiumanwendungen
  • Betrachtungswinkel und Antwortzeit
  • Slim für den Premiumeinsatz
  • Niedrigere Luminanz & Farbskala als LCD
  • Lebensdauer
  • Temperaturbeständig
  • Sehr hohe Leuchtdichte
  • Niedrigere Auflösung
  • Darstellung von Bewegtbildern
  • Preis

 

Auflösung für Displays im Einzelhandel

Bei allen großformatigen Flachdisplays ist die Full HD-Auflösung (FHD, 1.920x1.080 Pixel) aktuell Standard. Der Unterschied zwischen FHD und UHD („4K“, vierfache FHD-Auflösung) wird bei kleinen Betrachtungsabständen „sichtbar“. Ein 55 Zoll-16:9-Display weist eine Höhe von knapp 70 Zentimetern auf. Für FHD-Auflösung kann dann bis auf zwei Meter (dreifache Displayhöhe) an das Display herangegangen werden, ohne dass einzelne Pixel vom menschlichen Sehsinn aufgelöst werden können. Für UHD halbiert sich diese Entfernung auf einen Meter (das 1,5-fache der Höhe), was der doppelten (vertikalen) Auflösung zu verdanken ist. Der maximale Betrachtungsabstand eines 55 Zoll-Displays sollte – je nach Content – 5 Meter nicht übersteigen. Aber auch bei Displays kleiner bis mittlerer Größe (15 bis 28 Zoll) versuchen Hersteller mittlerweile, getrieben vom Konkurrenzdruck im mobilen, Tablet- und Notebook-Markt, mit einer besseren Auflösung zu punkten, auch wenn dies bei kleineren Displays im Gegensatz zu großflächigen Panels keine signifikanten Vorteile bietet.

Autor Philipp Meinhardt Head of Marketing Communication bei der Data Modul AG...
Philipp Meinhardt Head of Marketing Communication bei der Data Modul AG
Quelle: Data Modul AG

Für den UHD-Einsatz sprechen die realistischeren Bilder und die brillante Farbwiedergabe (je nach Technologie) und die dadurch gesteigerte Attraktivität des Contents. Der erhöhte Energiebedarf insgesamt und die durch Dauereinsatz generierte, schwindende Transparenz und Lichtausbeute sind allerdings valide Gegenargumente. Zudem besteht, gerade im bedarfsspezifischen Digital Signage-Markt, ein erhöhter Aufwand für die Hardwareanpassung, da leistungsstarke Grafikkarten und hoch performante Prozessoren erforderlich sind. Zudem müssen Bildinhalte in UHD-Auflösung meist mangels Auswahl aufgenommen und aufbereitet werden, was jedoch nur ein temporäres Problem darstellt. Das entsprechend größere Datentransferaufkommen gilt es zu berücksichtigen, da die Systeme meist über das Mobilnetz oder Internet angesprochen werden.

Obwohl die UHD-Auflösung für Digital Signage-Anwendungen (oft auch E-Signage genannt) nicht wirklich benötigt wird, fördern markttreibende Faktoren zwangsläufig die Durchsetzung dieser Auflösung. Die Auflösung der Large Size-Displays wird heute primär durch den Consumermarkt (TV, Mobile, Tablet) vorangetrieben. Der Grund liegt in der umgesetzten Menge in diesem Markt. Diese macht es einfacher, benötigte Investitionen zu rechtfertigen. Eine Maske mit UHD zu entwickeln kann, je nach Generation (also Mutterglasgröße der Fabrik), bis zu 10 Millionen USD betragen. Dies beeinflusst speziell große Digital Signage-Displays, da für die Produktion auf die Gläser der TV-Geräte zurückgegriffen wird. Daraus ergibt sich ein Verdrängungsprozess von Full HD zu Gunsten von UHD, der wohl 2019 mehr oder weniger abgeschlossen sein wird.

Bei Modulen ab 65 Zoll werden LED-Module immer interessanter, denn bei dieser Diagonale wird Full HD-Auflösung bei Modulen mit einem Pixelpitch von 1 mm erreicht.

Typischer Aufbau eines Industrie-Displays. Hier mit integriertem Touchsensor...
Typischer Aufbau eines Industrie-Displays. Hier mit integriertem Touchsensor.
Quelle: Data Modul AG

Trendig, aber meist nur individuell passend

OLED bringt neue, innovative Anwendungsmöglichkeiten, die Technologie der herkömmlichen Anzeigen wird noch um außergewöhnliche Formen ergänzt: Curved Displays (konkav, konvex), Spiegel-OLEDs, transparente OLEDs. Diese Anwendungen sind sicherlich auch auf Grund der Kosten nicht geeignet für die Massenproduktion, aber definitiv interessant für aufmerksamkeitsstarke Spezialanwendungen.

Die Nachfrage nach Stretched beziehungsweise Bar Type TFT/LC-Displays ist derzeit so groß wie nie. Viele Hersteller erweitern ihr Portfolio um großformatige Displays in diesem Format (von 29 bis 86 Zoll ist alles verfügbar). Bis vor kurzem wurden hierfür Standard-Displays geschnitten: So wurde bspw. aus einem 29 Zoll-Display ein Drittel ausgeschnitten, neu versiegelt und unter dem Namen Stretched Display verkauft, der abgeschnittene Rest wurde entsorgt.

Heute produzieren fast alle gängigen Hersteller den Großteil der einzelnen Produktfamilien mit Standardmasken, was die Arbeitsschritte reduziert, den Ausschuss minimiert (Waver/Mutterglas wird besser verwertet), die Zuverlässigkeit und Qualität erhöht und in der Folge auch die Kosten reduziert hat. Schneiden und Versiegeln entfällt. Neben Stretched Displays sind noch weitere, komplett unkonventionelle Formen denkbar (rund, dreieckig etc.) und ab 10.000 Stück pro Jahr auch realisierbar.

Empfehlung und Ausblick

Moderne Displaytechnologien ermöglichen den hochqualitativen und wirksamen Einsatz von Werbemaßnahmen. Die Beachtung der wichtigsten Anwendungsparameter und eine Beschaffung qualitativ hochwertiger Displays ermöglichen einen hohen Return on Investment (ROI) in Verbindung mit ansprechendem Content. Die OLED-Technologie steht speziell im Industriebereich seit Jahren in den Startlöchern, hat aber technologiebedingt weiterhin noch Nachteile gegenüber der TFT-Technologie (Einbrenneffekt, Lebensdauer). OLEDs liegen bei Anwendungen mit farbgetreuer Darstellung vorne. Als eine echte Alternative entwickelt sich hier die Quantum Dot-Technologie für den TFT-Bereich, die eine vergleichbarer Farbwiedergabe wie das OLED bietet. Auch bleiben OLED-Entwicklungen im Consumer Markt und deren Auswirkungen auf den Industriemarkt abzuwarten. Mit zunehmend geringeren Pixelpitches der LED Displays werden auch Anwendungen unter 65 Zoll interessant.

Letztendlich können diese Merkmale und Kenngrößen allerdings nur als Orientierungshilfe dienen. Der Anwender muss von Fall zu Fall selbst entscheiden, welche Variante für den jeweiligen Einsatzbereich am besten geeignet ist. Neben Displaytechnologie und -auflösung gilt es dabei, weitere wichtige Faktoren wie Einsatzzweck, Betriebszeiten, Lebensdauer und Umgebungstemperaturen zu beachten, weshalb für industrielle Anwendungen Hersteller und Visual Solution-Spezialisten miteinbezogen werden sollten.

Autor: Philipp Meinhardt, Head of Marketing Communication bei der Data Modul AG

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