Was sind High Resolution LCDs?

Der Marktanteil von LC-Displays in Deutschland hat Ende letzten Jahres ca. 45% erreicht. Nahezu jeder zweite Bildschirmarbeitsplatz oder Home-User arbeitet bereits mit dieser Technologie. So hatte schon beinahe jeder PC-User bereits Kontakt mit dieser optisch sehr schicken Variante eines Bildschirms.
Dadurch mussten wir uns auch mit einem neuem Vokabular vertraut machen. Setzten wir uns bisher mit Fachbegriffen wie dot pitch, Bandbreite, Loch- oder Streifenmaske, Horizontal- und Bildwiederholfrequenz auseinander, werden wir nun mit Begriffen wie TN-, MVA- und IPS-Technologie, maximale Auflösung, analoger oder digitaler Eingang, etc. konfrontiert. Nicht nur das Vokabular hat sich verändert, auch die Maßeinheiten sind teilweise andere.
Bei CRT-Monitoren war das wichtigste Kriterium die "empfohlene Auflösung" oder anders ausgedrückt, die maximale Auflösung (z.B. 1024 x 768), die noch eine Bildwiederholfrequenz von 85 Hz zulässt. Für LCDs ist hingegen die tatsächlich maximale Auflösung als Spezifikation von größter Bedeutung, angegeben in MegaPixel.
Ab einer MegaPixel-Zahl von 2 und mehr sprechen wir von High Resolution Displays.
Diesem Display Typ möchten wir uns heute widmen.

Warum High Resolution LC Displays?

Ein CRT-Monitor ist bei der Wahl der Auflösung durch die unterschiedliche Technologie flexibler als ein Standard-LCD. Beim CRT wird das Bild wie bei einem Projektor auf eine Bildfläche projiziert. Die Phosphorfläche auf der Bildröhre wirkt wie eine Leinwand, auf der jede Größe des Bildes abgebildet werden kann. Lediglich die Größe der Maske und die technischen Daten des Modells schränken die Auswahl der Auflösungen nach oben hin ein.
Herkömmliche High End CRTs mit 21 Zoll Bildschirmgröße haben Masken mit 2048 x 1536 Bildpunkten. Dies entspricht 3,2 MegaPixel. Um jedoch eine wirklich gute Bildqualität zu erreichen, sollte man allerdings bei der dargestellten Auflösung 70% der physikalisch vorhandenen Bildpunkte nicht überschreiten. Das bedeutet, bei einem 21"-CRT ist die empfohlene Auflösung nur 1840 x 1440, was wiederum nur circa 2,3 MegaPixel entspricht.

Ein herkömmliches LCD hat entsprechend seiner Panel-Eigenschaften eine bestimmte Auflösung, bei der das Bild brillant und scharf abgebildet wird. So kann ein typisches 15"-LCD nur bei einer Auflösung von 0,8 MegaPixel (1024 x 768) das Bild optimal anzeigen. Diese Auflösung entspricht exakt der Anzahl der physikalisch vorhandenen Pixel.
Man kann bei LC-Displays auch kleinere oder größere Auflösungen darstellen. Die Bilder werden dann zumeist wahlweise im Größenverhältnis 1:1 (also kleiner als die Bildschirmfläche) oder interpoliert (also gestreckt und hochgerechnet) auf der gesamten Bildschirmfläche angezeigt. Durch die Interpolation wirkt das Bild jedoch unscharf und weniger kontrastreich als bei der 1:1-Darstellung. Die 1:1-Darstellung bietet zwar ein gestochen scharfes Bild, jedoch verkleinert sich die Arbeitsfläche dadurch deutlich.

Für alle Bereiche, die eine gesteigerte Detailgenauigkeit benötigen, wie beispielsweise GIS, DTP, CAD, CAM und gewisse Bereiche im medizinischen Einsatz, ist es wichtig, sowohl ein gestochen scharfes Bild zu erhalten, als auch eine große Arbeitsfläche beizubehalten. Somit ist es ausschlaggebend, wie viele Pixel auf der Bildschirmfläche dargestellt werden können.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurden die so genannten High Resolution Displays entwickelt. So kann künftig auf eine Interpolation völlig verzichtet werden. Man vereint die Vorteile der High End CRTs mit denen der LC-Displays. Die Nachteile werden durch diese hoch entwickelte Technologie ausgeschaltet. Mit der Erhöhung der Pixelanzahl auf dem Panel wird eine perfekte, gestochen scharfe Bilddarstellung bei allen Auflösungen erreicht. Die Arbeitsfläche kann voll genutzt werden. So bietet z.B. ein 22,2 Zoll High Resolution Display 9,1 MegaPixel (3840 x 2400).


Technisch Merkmale der High Resolution Displays

1. Das LC Panel:

Für jeden Bildpunkt werden 3 Transistoren (je 1 Transistor für die Grundfarben Rot, Grün und Blau) in einem speziellen Verfahren auf das Glassubstrat gedampft. Dieser Herstellungsprozeß ist extrem aufwendig (Reinraumbedingung) und damit kostenintensiv.
Jeder Transistor muss mit einer Versorgungs- und einer Steuerspannung versorgt werden. Dazu benötigt man 2 auf das Glassubstrat aufgedampfte Leiterbahnen pro Spalte (Versorgungsspannung) und 1 Leiterbahn je Zeile (Steuerspannung).
Die Leiterbahnen und Transistoren (TFTs) sind allerdings lichtundurchlässig, so dass ein Teil der sichtbaren Fläche zur Bilderzeugung verloren geht.

Ein Beispiel:

15" LCD mit 0,8 MegaPixel (1024 x 768)
2048 (2 x 1024) Leiterbahnen zur Spannungsversorgung (vertikal verlaufend)
768 Leiterbahnen zur Ansteuerung, (horizontal verlaufend)
2.359.296 TFTs

22,2" high resolution LCD mit 9,2 MegaPixel (3840 x 2400)
7680 (2 x 3840) Leiterbahnen zur Spannungsversorgung (vertikal verlaufend)
2400 Leiterbahnen zur Ansteuerung, (horizontal verlaufend)
27.648.000 TFTs

In der Praxis bedeutet dies: Je höher die Anzahl der Pixel, desto weniger Fläche steht prozentual zur Durchleuchtung zu Verfügung.
Standard LCDs (15" bis 19") erreichen eine prozentuale Flächenausleuchtung von etwa 65 bis 72%.
Ein High Resolution LCD (9,2 MegaPixel bei 22,2") erreicht eine prozentuale Flächenausleuchtung von ca. 50%.

Folglich muss bei High Resolution Displays wesentlich mehr "Licht" durch das Backlight generiert werden, um eine minimale Leuchtstärke von ca. 250 cd/qm zu erreichen.

So benötigt ein High Resolution LCD (9,2 MegaPixel bei 22,2") 12 Backlights um eine minimal benötigte Helligkeit von 235 cd/qm zu erreichen. Das führt zu einer Leistungsaufnahme bis zu 150W.
Standard LCDs (1,3 MegaPixel bei 19") benötigen bei einer Helligkeit von 250 cd/qm 4-6 Backlights, bei einer Leistungsaufnahme von circa 70W.
Ein High-End-CRT benötigt da schon mehr Energie. Schon für eine Helligkeit von nur 95 cd/qm benötigen diese Modelle bis zu 140 W, für 200 cd/qm im OPQ-Modus werden es schon 170W.

Fazit: Ein High Resolution LCD bringt gegenüber einem High-End-CRT nicht nur ein Mehr an Bildqualität und Detailgenauigkeit der Darstellung. Durch den geringeren Energieverbrauch ist er auch noch sparsamer in den laufenden Kosten und ökologisch besser verträglich.

2. Die Elektronik

Je mehr Pixel zum Bildaufbau angesteuert werden müssen, desto mehr Daten müssen parallel, also zur gleichen Zeit, verarbeitet werden. Folglich muss bei den High Resolution LCDs eine deutlich größere Datenmenge für den Bildaufbau zeitgleich verarbeitet werden. Der schnelle Bildaufbau kann durch eine spezielle Grafikkarte, eine so genannte Dual Head Karte, gewährleistet werden. Diese Karte arbeitet mit 2 DVI Ausgängen mit je 2 Transmittern (Dual Link). So wird die für den schnellen Bildaufbau benötigte sehr hohe Bandbreite von 324 MHz ermöglicht. Der Bildwechsel kann 12 mal pro Sekunde erfolgen.

Ein 19" LCD mit 1,3 MegaPixel beispielsweise, ist mit einer Bandbreite von 135 MHz in der Lage die Datenmenge für 60 Bildwechsel pro Sekunde zu verarbeiten. Dies ist jedoch bei den oben genannten Einsatzgebieten nicht gefordert, da es sich meist um statische Bilder handelt, die hierbei Verwendung finden. Nur bei bewegten Bildern wie beispielsweise Videospiele wäre die höhere Bildwiederholrate ein Vorteil.