Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/displays-und-kameras-fuer-die-pixelzaehler-1410-109203.html    Veröffentlicht: 02.10.2014 12:00    Kurz-URL: https://glm.io/109203

Displays und Kameras

Für die Pixelzähler

Das Display ist eines der wichtigsten Bauteile eines Smartphones oder Tablets. Unterschiedliche Typen bieten Vor- und Nachteile: Manche Nutzer schwören auf eine extreme Pixeldichte, andere favorisieren hohe Kontraste und satte Farben. Ein Überblick.

4K, Pixeldichte, OLED - egal ob bei Smartphones, Tablets oder Fernsehern: In diesem Jahr findet eine Umwälzung bei Displays statt, wie es sie in den Jahren zuvor nicht gegeben hat. Seit 2012 haben sich die Verkaufszahlen von Tablets verdreifacht, bei Smartphones sind die abgesetzten Stückzahlen um rund 50 Prozent gestiegen. Immer mehr Menschen nutzen die Möglichkeiten der kleinen Alltagsbegleiter, insbesondere für Videos und Fotos.

Smartphone-Kameras waren bis etwa 2011 noch auf Videos mit 1.280 x 720 Pixeln (0,9 Megapixeln) bei 30 Bildern pro Sekunde beschränkt - die Frontkamera lieferte häufig nur unscharfe 640 x 480 Pixel (0,3 Megapixel). Erst 2012 war beispielsweise Samsungs Galaxy S2 in der Lage, kurze Clips mit 1.920 x 1.080 Bildpunkten (2 Megapixeln) aufzunehmen.

Von Full HD zu Ultra HD

Diese Auflösung, auch Full HD oder schlicht 1080p genannt, gibt es mittlerweile bei vielen Smartphone-Frontkameras, bei Fernsehern ist sie seit Jahren Standard. Die rückwärtige Kamera wiederum ist bei Smartphones wie dem Galaxy S5 oder dem LG G3 bei Ultra High Definition, genauer 4K UHD, angekommen. Videos mit dieser Auflösung bestehen aus 3.840 x 2.160 Bildpunkten (8 Megapixeln), also der vierfachen Pixelanzahl von Full HD, und eignen sich damit ideal für UHD-Fernseher.

Damit die Filme auf dem Smartphone nicht zu groß werden, setzen die Hersteller auf den neuen Kompressionsstandard H.265 (HEVC). Oft dürfen die 4K-Smartphone-Videos dennoch maximal fünf Minuten lang sein und zeigen nur 30 Bilder pro Sekunde, ansonsten droht eine Überhitzung des Smartphones.



Zu viele Pixel verderben das Bild

Die reine Anzahl der Bildpunkte sagt nur bedingt etwas über die Qualität von Fotos und Videos aus: Zwängen sich zu viele Pixel auf einen zu kleinen Bildsensor, kommt es oft zu Rauschen. Die Bildqualität aktueller Smartphone-Kameras entspricht zudem aufgrund vergleichsweise schlechter Sensoren und Linsen nicht der von professionellen Kameras, insbesondere bei wenig Licht.

Strategy Analytics zufolge werden in diesem Jahr 160 Millionen Smartphones mit Ultra-HD-Videofunktion verkauft, für 2015 erwarten die Analysten einen "rapiden Anstieg". Alle großen Chip-Hersteller wie Allwinner, Mediatek, Qualcomm, Rockchip und Samsung haben daher Chips im Angebot oder zumindest angekündigt, die Filme mit 3.840 x 2.160 Pixeln aufnehmen können.

Die Sensoren selbst sind heutzutage zu noch mehr fähig: Bilder schießen einige Kameras wie die des Lumia 930 bereits mit 19 Megapixeln und liefern bessere Qualität als Mittelklasse-Kompaktkameras. Die meisten Geräte bieten - je nach Preisklasse - allerdings 8 bis 16 Megapixel, was völlig ausreicht.

Die meisten Nutzer schauen sich ihre Bilder direkt auf dem Smartphone oder Tablet an, auch die Aufnahme selbst geschieht nicht mithilfe eines Suchers, sondern per Blick auf das Display.

Die Pixeldichte steigt und steigt

Der Bildschirm ist die Schnittstelle zwischen Smartphone oder Tablet und Besitzer, bei vielen Geräten sind Tasten wie der Homebutton mittlerweile ins Display integriert. Diese sogenannten Soft Keys verringern effektiv die Bildschirmauflösung, da sie 96 Pixel in der Höhe belegen. Bei einem Google Nexus 5 verringert die Taste die Auflösung um 1.080 x 96 oder 1.920 x 96 Pixel, je nachdem, ob das Tablet im Hoch- oder Querformat gehalten wird.

Für ein 5-Zoll-Gerät hat das Nexus 5 ein vergleichsweise hochauflösendes Display, wodurch Schriften deutlich schärfer sind und Bilder oder Videos mehr Details zeigen. Noch vor wenigen Jahren waren grobe 800 x 480 Pixel bei 4-Zoll-Geräten Standard, erst 2010 trat Apple mit dem iPhone 4 und dessen vom Marketing Retina-Display genannten Bildschirm den Trend zu hochauflösenden Displays los.

Mit 960 x 640 anstelle von 480 x 320 Pixeln wie beim iPhone 3GS verdoppelte Apple die Anzahl der Pixel pro Zoll: 326 statt 163 ppi (pixel per inch) sollten einer der Netzhaut, der Retina, ähnliche Auflösung zeigen. Heute, gut vier Jahre nach dem iPhone 4, bietet Apples iPhone 6 weiterhin 326 ppi (1.334 x 750 Pixel auf 4,7 Zoll), während andere Hersteller bereits bei 534 ppi angekommen sind.

Einzig das iPhone 6 Plus erreicht 401 ppi (1.920 x 1.080 Pixel auf 5,5 Zoll) - intern rechnet das Gerät jedoch mit 2.208 x 1.242 Pixeln.



Der ppi-Vergleich

Wie sich unterschiedlich hohe Pixeldichten auf das Schriftbild auswirken, illustrieren unsere Fotos des Home-Schriftzugs auf der Golem.de-Webseite auf verschiedenen Smartphones: Das erste Bild zeigt eine Auflösung von 960 x 540 Pixeln (0,5 Megapixel) auf 4,3 Zoll - also 256 ppi. Die einzelnen Buchstaben bestehen aus gerade einmal 12 Pixeln in der Höhe, entsprechend grob ist die Darstellung.

Besser, aber immer noch vergleichsweise niedrig aufgelöst ist das Display unseres zweiten Beispiels: Die Pixeldichte ähnelt der eines iPhone 5S und liegt bei 306 ppi, die 1.280 x 720 Bildpunkte verteilen sich auf 4,8 Zoll. Ein gut sichtbarer Unterschied tritt allerdings erst bei einer deutlich höheren Pixeldichte auf, wie auf unserem dritten Foto: Zwar ist das Display mit 5 Zoll etwas größer, dafür drängen sich auf diesem Bildschirm 1.920 x 1.080 Pixel (2 Megapixel), also 441 pro Zoll.

Die Schrift ist viel feiner als bei den beiden vorherigen Beispielen, rein rechnerisch entsprechen 1.920 x 1.080 Pixel einer Verdopplung der Bildpunkte pro Achse verglichen mit 960 x 540 Pixeln. Daher setzen sich Buchstaben in der Höhe aus einzelnen 24 Bildpunkten zusammen. Es geht aber noch besser: Die derzeit hochauflösendsten Smartphone-Displays bieten 2.560 x 1.440 Pixel.

Selbst auf große 5,5 Zoll verteilt, resultiert dies in 534 ppi, was die sehr fein gezeichnete Schrift erklärt. Samsung hat für 2015 bereits Displays mit 3.840 x 2.160 Pixeln angekündigt. Verteilt auf 5,5 Zoll würde dies 801 ppi entsprechen.

Ein Nachteil solch einer hohen Pixelanzahl ist die Leistungsaufnahme: Jeder Bildpunkt muss von der Grafikeinheit berechnet werden, benötigt selbst Energie und muss oft aufwendig beleuchtet werden.



Flüssigkristalle mit LED-Beleuchtung

Die derzeit vorherrschende Technik bei Bildschirmen, auch Panels genannt, nennt sich LCD (Liquid Crystal Display), also Flüssigkristallanzeige. Wie der Name bereits impliziert, basiert ein solches Panel auf Flüssigkristallen. Jeder Bildpunkt besteht aus drei einzelnen Subpixeln - einem roten, einem blauen und einem grünen (RGB). Aus diesen Grundfarben setzt sich später die Farbe des Pixels zusammen, indem die Flüssigkristalle durch elektrische Spannung so gedreht werden, dass sie Licht durchlassen, was einen vorgelagerten Farbfilter anstrahlt.

Die Flüssigkristalle selbst leuchten allerdings nicht, sie benötigen daher eine Hintergrundbeleuchtung, um ein Bild darzustellen, die bei praktisch allen Smartphones und Tablets aus Leuchtdioden (LEDs) besteht. Diese Bauweise hat diverse Nachteile: Je höher die Pixeldichte, desto stärker muss die Hintergrundbeleuchtung ausfallen, um das Raster zu durchdringen. Das erhöht die Leistungsaufnahme und Wärmeentwicklung des Displays.

Eine Hintergrundbeleuchtung macht zudem das Panel dicker, da sie Platz benötigt. Daher und aus Kostengründen verbauen einige Hersteller nur seitliche Lichtquellen, was allerdings zu einer unregelmäßigen Helligkeitsverteilung (Screen Bleeding) führen kann.

Die teurere Lösung ist eine Hintergrundbeleuchtung, die hinter den Flüssigkristallen sitzt und aus einzelnen LEDs besteht. Solche Leuchtdioden haben jedoch weiterhin den Nachteil, dass sie keine tiefschwarzen Bilder ermöglichen: Selbst wenn die LEDs hinter den betreffenden Flüssigkristallen gedimmt sind, strahlt noch ein wenig Licht hindurch und das Bild ist nicht komplett schwarz.



Organische Leuchtdioden

Seit gut vier Jahren gehen daher einige Hersteller einen anderen Weg und verbauen sogenannte OLEDs (Organic Light Emitting Diode). Vor allem Samsung nutzt entsprechende Panels in Smartphones sowie Tablets, aber auch in hochpreisigen Fernsehern. Firmen wie LG fertigen selbst OLED-Displays, Nokia wiederum kauft diese bei Samsung ein.

Anders als Flüssigkristalle sind OLEDs nicht auf eine Hintergrundbeleuchtung angewiesen, da sie selbst Licht ausstrahlen. Das macht die Displays dünner und sparsamer. Jede organische Diode besteht aus einer Anode und einer Kathode, dazwischen sitzt eine lichtemittierende Schicht. Solange kein Strom zwischen Anode und Kathode fließt, ist die OLED aus und leuchtet nicht - was in einem optimalen Schwarzwert resultiert.

Interessant sind in diesem Zusammenhang die Lumia-Smartphones von Nokia, heute Teil von Microsoft: Viele von ihnen nutzen OLED-Panels und auf allen ist Windows Phone installiert. Von Beginn an ist die Betriebssystem-Voreinstellung der Hintergrundfarbe "Dunkel", was weiße Schrift auf schwarzem Untergrund bedeutet. Die einzige Ausnahme ist die Lese- und Schreibansicht von E-Mails. Diese Design-Entscheidung verhilft den Lumia-Geräten zu einer guten Akkulaufzeit.

Ein entscheidender Nachteil bei OLEDs ist ihre Lebensdauer: Blaue Leuchtdioden sind bisher besonders anfällig für Feuchtigkeit und Sauerstoff, rote und grüne OLEDs weniger stark. Letztere halten am längsten und leuchten zudem am hellsten, was Samsung dazu bewogen hat, eine andere Subpixel-Anordnung als mit Flüssigkristallen zu entwickeln.



Die Pentile-Problematik

Bei einer RGB-Matrix besteht jedes Pixel aus einer roten, einer blauen und einer grünen Leuchtdiode. Bei einer RGBG-Pentile-Matrix teilen sich zwei Pixel je zwei grüne, ein rotes und ein blaues Subpixel. Eine solche Anordnung löst also bei nominell gleicher Anzahl an Bildpunkten geringer auf als eine RGB-Matrix, da nur zwei Drittel der Subpixel vorhanden sind.

Ein schönes Beispiel ist das zweite Bild unseres Pixeldichte-Vergleichs: Das abfotografierte Samsung Ativ S nutzt ein OLED-Panel mit RGBG-Pentile-Matrix, alle anderen Displays basieren auf einer Flüssigkristallanzeige. Die Pentile-Matrix zeigt ausgefranste Buchstaben, bei gleicher Pixeldichte ist das Bild somit unschärfer. Ungeachtet dessen verbaut Samsung nur teilweise eine Pentile-Matrix, im Galaxy Tab S 10.5 ist ein RGB-Panel verbaut.

Es liegt ohnehin im Auge des Betrachters, ob und bei welcher Pixeldichte eine Pentile-Matrix negativ auffällt. Die Grenze liegt meist bei mindestens 1.280 x 720 Bildpunkten. Höhere Auflösungen quetschen so viele Subpixel nebeneinander, dass die, verglichen mit einer RGB-Matrix, geringere Anzahl oft nicht mehr auffällt.

Da grüne Leuchtdioden aufgrund ihrer Helligkeit häufiger vorhanden sind und blaue Leuchtdioden durch ihre geringere Lebensdauer teils in größerer Form verbaut werden, neigen OLED-Panels zu einem leichten Grünstich. Dieser muss per Software korrigiert werden, nach einigen Monaten bis Jahren stellen sich aber dennoch Farbfehler ein.



Farbstich und Ausblick

Mit korrekter Kalibrierung sind OLED-Panels Flüssigkristallanzeigen jedoch nicht nur beim Schwarzwert, sondern auch bei Kontrast und Sättigung überlegen. Ist Letztere zu hoch eingestellt, wirkt das Bild allerdings übertrieben bunt - das gefällt nicht jedem. Wer jedoch längere Zeit ein OLED-Panel genutzt hat, dem kommen die Farben und der Schwarzwert einer Flüssigkristallanzeige blass vor.

Wir gehen davon aus, dass sich OLED-Panels im Laufe der kommenden Jahre durchsetzen werden. Allerdings sind die technischen Probleme so anspruchsvoll, dass selbst Unternehmen wie Sony oder Panasonic die OLED-Produktion zwischenzeitlich aufgegeben hatten.

Samsung und LG hingegen bieten bereits teure Fernseher mit 3.840 x 2.160 Pixeln auf Basis von organischen Leuchtdioden an, beide übrigens mit einer RGB-Matrix.  (ms)


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