Mobilkommunikation Displays
Maxidisplays und Miniprojektoren
Zu kleine Bilder und zu langsame Verbindungen noch haben sich Internet und Multimedia auf dem Handy nicht durchgesetzt. Mit GPRS und den UMTS-Netzen steigen die Datenraten jedoch deutlich an, was die Geräte videotauglich macht. Doch welche Displays braucht man, um Multimedia-Informationen optimal darzustellen?
"Ich bin Claudia, Ihr Avatar!" Handy-Nutzer von morgen sollten nicht überrascht sein, wenn die hübschen Gesichter auf ihrem Display aus dem Computer stammen oder wenn die Bilder direkt in ihr Auge projiziert werden (rechts)
Weltweit arbeiten Entwickler in Elektronikunternehmen ebenso wie Grundlagenforscher an ultradünnen Kunststoffmonitoren auf Basis organischer Leuchtdioden (OLED), die einst die heutigen Flüssigkristall-Bildschirme (LCD) ersetzen könnten. Das Bauprinzip ist einfach: Zwischen zwei Elektroden von denen mindestens eine lichtdurchlässig ist befindet sich eine Schicht organischer Kleinmoleküle oder Polymere. Licht entsteht in dieser Anordnung durch Elektrolumineszenz: Eine elektrische Spannung von wenigen Volt wird an die Elektroden angelegt, die Moleküle nehmen die elektrische Energie auf und geben sie als sichtbares Licht wieder ab, wobei die Farbe vom Material abhängt. Anode und Kathode bestehen aus einer Schar paralleler Leiterbahnen, die um 90 ° gegeneinander verdreht sind und deren Kreuzungspunkte die Bildpixel definieren. Luftdicht in zwei Glasschichten eingeschlossen ist das Ganze nur wenige Millimeter dick. Gerade für mobile Anwendungen prophezeien die Experten den OLED-Bildschirmen eine große Zukunft. Bieten sie doch bei geringerem Energiebedarf höhere Leuchtdichten als die hinterleuchteten LCD-Monitore und einen deutlich besseren Kontrast als die nicht-hinterleuchteten LCD allerdings verbrauchen sie auch mehr Strom als diese. Ein Vorteil der OLED ist auch der weite Betrachtungswinkel von 170 °. Nach der Einführungsphase kann der Preis vermutlich mit dem von herkömmlichen LCD mithalten. Wie bei diesen wird die Auflösung auch bei OLED allein von der Maschendichte des Leitungsgitters bestimmt: "Wir entwickeln gerade ein Display mit mehr als 120 Zeilen," erklärt Dr. Gerhard Kuhn, Produktingenieur bei Osram Opto Semiconductors, "die Pixelgröße liegt bei etwa 0,1 mm², kann aber auch noch weiter verringert werden."
Erste monochrome Kleindisplays im Handy (Motorola) oder Autoradio (Pioneer) sind bereits auf dem Markt. Auch Osram baut derzeit eine Fertigungslinie für OLED. Bis allerdings die Plastik-Leuchtwunder die LCD-Monitore völlig verdrängen werden, sind noch einige Probleme zu lösen. Zwar ist die Farbpalette im Prinzip vollständig, für blau (und damit auch für weiß) gibt es aber bislang nur Substanzen, die nach wenigen Wochen ihre Leuchtkraft verlieren. Die Wissenschaftler arbeiten daher mit Hochdruck an einer Verbesserung der Lebensdauer. "Sie ist vom verwendeten Material abhängig", erläutert Kuhn, "im Labor erzielen wir derzeit das beste Ergebnis mit unserer "Elegance Yellow", einem Polymer, das grünlich-gelb strahlt und bei Raumtemperatur mehr als 20 000 Stunden durchhält."
Handys der Zukunft werden verstärkt Displays aus organischen Leuchtdioden besitzen. Ihr Vorteil: Sie strahlen sehr hell und kontrastreich und sparen darüber hinaus Energie
Eine Vision der Osram-Ingenieure ist, das Trägerglas durch flexible Substrate zu ersetzen. Solche mikrometerdünnen Displays könnten im Kugelschreiber oder im Laptopscharnier aufgewickelt liegen und bei Bedarf ausgerollt werden. Zeitungsleser würden die per Mobilfunk übermittelte, federleichte und hochaktuelle elektronische Ausgabe ihres Lieblingsblatts zu schätzen wissen. Der Knackpunkt dabei: Für eine lange Lebensdauer müssen die OLED absolut luft- und feuchtigkeitsdicht verkapselt sein, was mit flexiblen Folien schwierig zu realisieren ist.
Auch in der Projektionstechnik ist das Miniaturformat gefragt. Zum Aufstecken auf das mit einer entsprechenden Schnittstelle auszurüstende Mobiltelefon hat Siemens einen streichholzschachtelgroßen Tageslichtprojektor entwickelt, der sich zur Präsentation in Besprechungen oder zum Internet-Surfen mit dem Handy eignet. Vorgestellt wurde dieses Projektionshandy vor kurzem auf der Computermesse CeBIT 2002 in Hannover. Im Aufsteckmodul beleuchtet ein LED-Array über einen Strahlteiler ein Mikrodisplay. Dieses moduliert mit der Bildinformation das Licht, das dann durch die Projektionslinsen austritt. Beleuchtet man das monochrome Display schnell hintereinander mit den drei LED-Farben rot, blau und grün, dann lassen sich auch Vollfarbbilder erzeugen. "Der Mini-Beamer kann auf jede Fläche projizieren ein Blatt Papier, aber auch der Rücksitz im Flieger ist denkbar," sagt Marco Werner vom Siemens-Bereich Information and Communication Mobile. Gegenwärtig liegt der erzeugte Lichtstrom bei 1,1 lm, genug um eine postkartengroße Fläche auszuleuchten. "Im Prototyp steckt aber noch enormes Verbesserungspotential," schwärmt Werner. Mit optimiertem Design und lichtstärkeren Leuchtdioden sollte die Lichtausbeute in den nächsten zwei Jahren um mindestens das Zehnfache zu verbessern sein.
Der Mini-Beamer kann ein kleines Display auf Postkartengröße vergrößern: Dazu wird ein Mikrodisplay, das die Signale des Handys über eine Schnittstelle empfängt, mit roten, blauen und grünen LED im schnellen Wechsel beleuchtet und das entstehende Bild über Projektionslinsen abgestrahlt
Natürlich wird auch an den Laser als Lichtquelle gedacht. Damit könnte man sich die Fokussierungsoptik sparen und auch auf gewölbte Oberflächen projizieren. Bisher gibt es aber dafür geeignete Miniatur-Laserdioden nur in rot, die auf dem Markt erhältlichen blauen und grünen Festkörperlaser haben noch zu niedrige Wirkungsgrade. In ferner Zukunft kann sich Werner auch 3D-Laserprojektoren vorstellen, die völlig ohne feste Projektionsschirme auskommen. Das Bild entstünde dann an einer Grenzfläche in der Luft, etwa an einer durch Ultraschall erzeugten Luftdichteänderung.
Räumliche Bilder für mobile Nutzer wird es schon bald geben. Auf der CeBIT 2002 stellte Siemens ein OLED-Handy samt Shutter-Brille vor, auf dem man interaktive Spiele mit mehreren Teilnehmern in 3D spielen kann. Das rechte und linke Brillenglas werden infrarotgesteuert wechselweise von "schwarz" auf "durchsichtig" geschaltet, was den Bildern auf dem Handy Tiefeneindruck verleiht. Vorteil gegenüber den bekannten Rot-Grün-3D-Bildern ist, dass man auch ohne Brille ein normales zweidimensionales Bild erkennt. "Diese Technik bietet bei größeren Bildern einen so perfekten 3D-Eindruck, dass der Betrachter seekrank werden kann," warnt Siemens-Forscher Thomas Riegel. Außer für mobile Spiele eignen sich die 3D-Displays für Anwendungen in Medizin oder Architektur.
Aber auch konventionelle Displays können mit Software-Tricks besser genutzt werden. Etwa durch ausgeklügelte Bildübertragungsalgorithmen, wie sie Dr. Uwe Rauschenbach von Siemens entwickelt, um trotz beschränkter Datenraten und kleinem Display große Bilder anzeigen zu können. Die Grundidee erklärt der dafür mit dem Mannesmann-Mobilfunk-Preis ausgezeichnete Informatiker so: "Bei einer Landkarte oder einer technischen Zeichnung interessiert oft nur ein Teil des Bildes, etwa der aktuelle Standort oder ein Bauteil. Diesen Fokus stellen wir groß und in allen Details dar, der Rest wird zunächst nur mit grober Struktur abgebildet." Je nach Anwendung kann das Bild in Rechtecke oder in beliebig geformte Regionen unterteilt werden, die Bildautor oder Betrachter definieren. Will der Nutzer den Fokus verschieben, so werden nur die Differenzen übertragen, bereits dargestellte Bildpunkte dagegen nicht nochmals transferiert. Um die Ladezeiten niedrig zu halten, bedient sich dieser so genannte Fisheye-View moderner mathematischer Wavelet-Kompression. Dabei wird das Bild durch Koeffizienten beschrieben, die durch einen Satz von Filterfunktionen erzeugt werden. "Für optimale Ergebnisse muss die Software auf Server und Endgerät laufen," erklärt Rauschenbach, "dann spart man etwa 75 % der Bildschirmfläche und braucht nur ungefähr ein Viertel der Übertragungsbandbreite." Nicht allein für Handys, auch für die industrielle Automatisierung ist diese bedarfsgesteuerte Bildübertragung interessant. Etwa in Kombination mit dem Tablett-PC MOBIC (MOBile Industrial Communicator) von Siemens, der drahtlos an ein lokales Firmennetz angeschlossen wird und es dem Serviceingenieur quasi erlaubt, die Leitwarte an jeden Ort der Fabrikhalle mitzunehmen.
Die variable Definition von "Regions of Interest" ist erst mit Hilfe neuer Daten-Standards möglich. JPEG 2000, verabschiedet im Jahr 2001, bietet nicht nur bessere, wavelet-basierte Bilddatenkompression als sein fast zehn Jahre alter Vorgänger JPEG, sondern vor allem auch mehr Flexibilität. So kann man Farbe und Graustufen voneinander trennen sowie wichtig für mobile Anwendungen aus ein und derselben komprimierten Datei verschiedene Bildgrößen extrahieren, etwa in Größe des Handy-Displays oder des Computermonitors. Kurz vor der Einführung steht der Metadatenstandard MPEG-7, der die Suche in Videos, Audiodateien und Bildersammlungen erleichtern soll. Er definiert ein Format, um Beschreibungen von Multimediainhalten zu speichern und zu übertragen, also etwa die Aufnahmedauer, die Namen der Schauspieler, oder aber Bildelemente wie "Blume", "Fahrrad", "Kind". Auch Farbverteilungen, Texturen oder Melodien kann man speichern und so nach Bildern oder Szenen mit Sonnenuntergängen suchen oder durch Summen einer Melodie eine bestimmte Musikdatei identifizieren.
Dörte Otten