Micro Lens Array, MLA, Brightness Booster, OLED Ultimate: alle Begriffe hast Du vielleicht bereits gehört. Falls nicht, wirst Du sie 2023 in jedem Fall hören, wenn Du Dich nach einem neuen TV oder Monitor umschaust.
Bei den OLEDs wurde das Micro Lens Array (MLA) als Technologie vorgestellt, welche die Helligkeit deutlich anhebt. Was es mit MLA auf sich hat, was die Vor- und Nachteile sind und was die ersten Messergebnisse zur tatsächlichen Helligkeitsverbesserung sagen, findest Du in diesem Artikel.
Was ist Micro Lens Array (MLA)?
Ein Micro Lens Array (MLA), im Deutschen auch als Mikrolinsen bezeichnet, ist eine Anordnung von kleinen Linsen, die auf einem Chip oder einem anderen Substrat angebracht sind. Sie werden häufig in der Optik von elektronischen Geräten und in der Bildverarbeitung verwendet.
Ein Micro Lens Array kann dazu verwendet werden, Licht von einer Quelle zu sammeln und es auf einen Empfänger zu fokussieren, zum Beispiel auf einen Bildsensor in einer Kamera. Micro Lens Arrays werden häufig in Smartphones, Kameras und anderen elektronischen Geräten verwendet, die Bilder aufnehmen, verarbeiten oder wiedergeben.
Bis jetzt. 2023 wurde die MLA-Technologie auch in größeren Displays und Paneln bei Consumer Electronic eingesetzt, wie zum Beispiel OLED TVs. Durch eine MLA-Schicht zwischen den OLEDs, die das Licht erzeugen und der abschließenden Paneloberfläche, wird das Licht der OLEDs gebündelt und nach außen gegeben.
Dabei muss man beachten, dass die Mikrolinsen in einem bestimmten Größenverhältnis zu der Lichterzeugenden Quelle stehen müssen. Sehr viele Mikrolinsen auf ein OLED-Subpixel würden dabei für eine Verbesserung der Lichtausbeute sorgen, wie ein Paper aus 2008 besagt:
It was found that a regular microlens array cannot efficiently improve the efficiency of the OLED with a small emitting region. The greater the emitting region of the OLED is, the more the efficiency improvement of the OLED a regular microlens array can gain. (Quelle, 2008)
Welche Vorteile und Nachteile bringt ein Micro Lens Array bei Displays mit sich?
Micro Lens Arrays werden bei Fernsehern dort eingesetzt, wo es bei der Erzeugung des Lichts zu Streuung oder Reflexionen kommen kann. Strahlt beispielsweise ein Subpixel eines OLED-TVs, wird ein Großteil des Lichtes nach außen gegeben, so dass es durch das menschliche Auge wahrgenommen werden kann. Ein kleiner Teil verbleibt allerdings im Gerät, da es über einen schlechten Winkel oder Reflexionen innerhalb des Displays nie nach außen dringt. Das abgegebene Licht ist für den Zuschauer damit verloren.
Mit einem Micro Lens Array wird dieses Streulicht innerhalb des Panels nach außen geführt. Die vielen Mikrolinsen sorgen über ihre plan-konvexe Form dafür, dass das Licht gebündelt und nach außen gegeben wird. Dadurch steigt die wahrgenommene bzw. auch die messbare Lichtausbeute von einem OLED-Display: das Display wird heller. Oder der Panelhersteller kann bei gleichbleibender Helligkeit die Energieeffizienz verbessert, indem die OLEDs für das gleiche Helligkeitsergebnisse nicht mehr so hell strahlen müssen.
Außerdem sollen die Mikrolinsen die Blickwinkelstabilität verbessern. Bei einem OLED-TV, der bei Helligkeit und Schwarz schon sehr Blickwinkelstabil ist, wird die Farbwiedergabe beim Blick von der Seite weiter verbessert. Farben sehen, wenn man nicht ganz mittig sitzt, nicht mehr verändert aus. Damit würde ein WOLED mit weißem Subpixel (WOLED) aus dem Hause LG Display die Probleme der Blickwinkelabhängigkeit reduzieren. Und der perfekten Blickwinkelstabilität der QD-OLEDs von Samsung nahekommen.
Nachteile bringt ein Micro Lens Array, bei entsprechend kleiner Größe der Linsen nicht mit. Wenn das Linsenraster allerdings zu grob wird, dann kann durch die Streuung des Lichts beim Bild eine gewisse Unschärfe entstehen. Bei den 2023 angekündigten Mikrolinsen pro Subpixel (siehe weiter unten) wird das aber aller Voraussicht nach kein Problem werden. Aber warten wir hier erste Tests ab.
Ein Paper aus 2014 hat untersucht, ob es zu Moiré-Effekten kommen kann, wenn ein Micro Lens Array eingesetzt wird. Der Moiré-Effekt tritt auf, wenn sich zwei Gitter oder Muster überlagern und das Ergebnis ein verzerrtes oder welliges Muster ist.
Man kennt es vielleicht, wenn man einen Kamera oder einen Scanner nutzt: dies kann in Fotos auftreten, wenn das Foto ein Gitter oder ein feinmaschiges Muster enthält, das von der Kameraauflösung nicht vollständig erfasst werden kann.
Ob der Moiré-Effekt bei einem Display mit MLA sichtbar wird, werden wir nach den ersten Tests im Jahr 2023 sehen. Wir gehen aktuell aber davon aus, dass aufgrund der angekündigten hohen Anzahl an Micro Lenses je Subpixel ein solches Problem nicht auftreten wird.
Wie groß ist der Helligkeitszuwachs durch Micro Lens Array?
Laut Berichten von der University of Michigan kann ein MLA die Lichtausbeute, die vom Panel wiedergegeben wird, um den Faktor 3 erhöhen. Das zumindest schreibt OLED-info 2018. In der Realität sind es dann doch weniger. bzw. die OLED-Hersteller setzen ein anderes Verfahren ein.
In einer Mitteilung vom Mai 2022 sind die Werte nun realistisch doch geringer geworden, sprechen aber immer noch von etwa 20% Lichtausbeute bei gleicher Grundhelligkeit des Panels. Das ist bereits eine wahnsinnig gute Effizienzverbesserung, die allein durch eine Schicht mit konvexen Linsen, herausgekitzelt werden kann. Umgekehrt kann natürlich bei gleichbleibender Helligkeit (am Panel selber gemessen), die Lebensdauer erhöht werden, indem man die Leistungsaufnahme der OLEDs reduziert.
Das spielt den TV-Herstellern insofern in die Karten, als das die Energieeffizienz-Richtlinien innerhalb der EU seit 2021 schärfer geworden sind und Stück für Stück noch strenger werden. Mit MLA können die TV-Hersteller diese Richtlinien bei gleicher Helligkeitsausbeute für den Zuschauer besser einhalten.
Für Smartphone Displays ist das Thema Energieeffizienz natürlich auch interessant: wenn mein Handy bei gleicher wahrgenommener Helligkeit etwa 15% weniger Leistung verbraucht, hält der Akku auch entsprechend länger.
LG Display, der Panel-Zulieferer von LG Electronics, gibt in ihrer Pressemitteilung zur CES 2023 an, dass sie beim OLED Panel mit META Technologie (zum Begriff META weiter unten mehr) eine Spitzenhelligkeit von 2100 cd/m² erreichen können. Diese Helligkeit wird allerdings bei einer Farbtemperatur von 10.000K erreicht, also mit deutlichem Blauanteil bei Weiß. Wie die Helligkeit beim Weißpunkt D65 mit 6500K aussieht, werden die ersten echten Geräte zeigen müssen. Dieses neue MLA-Display wird beispielsweise beim LG OLED G3 eingesetzt. Außerdem gehen wird davon aus, dass LG Electronics bei dem OLED Panel etwas konservativer konfiguriert und nicht diese enorme Spitzenhelligkeit zulässt. Wir sind hier auf die ersten echten Tests gespannt.
Panasonic hat auf der CES 2023 bei der Vorstellung ihres Flaggschiff-OLEDs MZW2004 mit MLA Technologie von LG Display eine Helligkeitsmessung durchgeführt. Bei einem Bild mit Realcontent (weiße Akzente mit Spitzenhelligkeit und viel Schwarz) konnte das Panel ca. 1500 cd/m² wiedergeben. Für ein OLED-Panel ist das eine sehr gute Spitzenhelligkeit. Hingegen hat das Vorjahres-Panel „nur“ ca. 1200 cd/m² geschafft (was immer noch für 2022 und die eingesetzte OLED-Technik sehr gut war). Daraus ergibt sich für diese Szenerie ein Helligkeitszuwachs von etwa 25%.
Insgesamt eine gute Verbesserung, wenn man davon ausgeht, dass es sich lediglich um eine zusätzliche transparente Schicht mit Mikrolinsen handelt.
Wie viele Mikrolinsen hat ein TV einer bestimmten Größe und Auflösung?
Die ersten Zahlen, die Anfang 2023 publik geworden sind, findest Du in der folgenden Tabelle. Einige Zahlen mussten nachträglich korrigiert werden, da es unterschiedliche Aussagen gab. Gesichtert ist die Aussage zu 65 und 77 Zoll bei einer 4K Auflösung.
| Panel-Auflösung | 4K | 4K | 4K | 8K |
| Panel-Diagonale | 55 | 65 | 77 | 77 |
| Anzahl Micro Lenses pro Pixel | 1957 | 3256 | 5117 | 862 |
| Gesamtanzahl Micro Lenses im Panel | 16,2 Mrd. | 27 Mrd. | 42,4 Mrd. | 28,6 Mrd. |
Quellen: lgdisplay.com, avsforum.com, avsforum.com
Wir machen ein kleines Rechenbeispiel:
gehen wir bei einem 55 Zoll TV von folgenden Dimensionen aus: 122 cm x 68 cm. Dann ergibt sich eine Fläche des Displays von etwa 8300 cm². Wenn man jetzt die 16,2 Milliarden Mikrolinsen auf die Fläche von 1 cm² rechnet, kommt man auf insgesamt 1,95 Mio. pro Quadratzentimeter. Eine unglaubliche Anzahl auf 1 x 1 cm. Bei 65 und 77 Zoll ist das Verhältnis noch sehr viel größer.
Wieso laut der oben genannten Tabelle die Mikrolinsen bei der 8K Variante insgesamt deutlich weniger sind, bleibt leider eine offene Frage. Grundsätzlich sollte hier ein Mehr an Mikrolinsen wie beim 4K Panel ebenfalls einen sehr guten Effekt haben.
Welche TVs sind 2023 mit Micro Lens Array ausgestattet?
Auf der CES 2023 wurden folgende TV-Modelle aufgezeigt, die die Micro Lens Array Technologie integriert haben:
- LG G3 (bis 77 Zoll)
- Panasonic MZW2004 (bis 65 Zoll)
Die Hersteller machen es leider nicht einfach und statten nicht alles ihre Displaydiagonalen durchgängig mit MLA aus. Der LG OLED TV G3 ist bei 55, 65 und 77 Zoll mit MLA ausgestattet. Panasonic hat den OLED TV MZW2004 allerdings nur bei 55 und 65 Zoll mit MLA integriert. Warum sie die 77 Zoll Version aussparen (vielleicht um einen weiteren Kostenaufwuchs zu vermeiden), bleibt leider offen.
Das ist natürlich keine abschließende Liste. Sony hat beispielsweise auf der CES 2023 im Januar noch kein neues TV-Lineup vorgestellt. Wir gehen aber davon aus, dass es auch bei Sony neue OLED-TV-Modelle gibt und es nicht alleine bei der Sony AK-Serie aus 2022 bleibt.
Wie nennen die Hersteller MLA noch? LG Display: META Technologie, Panasonic: Master OLED Ultimate
LG Display, der Panelhersteller aus der LG Gruppe, nennt die Verbesserung durch Micro Lens Array sowie durch deren Brightness Booster Algorithmus als META Technologie, wie OLED-info bereits Anfang des Jahres berichtet. Die Mikrolinsen sorgen dafür, dass physisch mehr Licht vom Panel abgegeben wird. Der Algorithmus analysiert die Bildbereiche und kann die Helligkeit via Artificial Intelligence (AI) anheben. Bei LG Display ist die META Technologie also eine Kombination aus Micro Lins Array und einem Brightness Booster Algorithmus.
Panasonic nennt seine TVs mit dem durch Mikrolinsen verbesserten Panel Master OLED Ultimate. Dazu gehört das im Januar 2023 vorgestellte Modell MZW2004 mit 55 und 65 Zoll Diagonale. Der 77 Zoll große MZW2004 hat kein MLA und wird daher Master OLED Pro (Cinema Size) bezeichnet. Grundsätzlich hätte der Zulieferer LG Display auch die 77 Zoll Version mit MLA im Portfolio. Wieso Panasonic hier nicht auch die Cinema Size damit ausstattet, bleibt offen.
Ist die Micro Lens Array Technologie nur auf OLED-Panels beschränkt?
Nein, die Micro Lens Arrays können über geeignete Verfahren auch die Hintergrundbeleuchtung eines LCD-TVs optimieren. In einem Paper von Bing Shen aus informationdisplay.org von 2022 wird ein Weg beschrieben, um mittels eines Micro Lens Array-based gain enhancing films (MLA-GEF) die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung bei einem Edge-LED-TV um bis zu 30% zu steigern.
Werden wir bald die MLAs auch in LCDs als Marketing-Begriff wiederfinden?
Vielleicht. Wenn die Energieeffizienz immer wichtiger wird und damit bei gleicher Lichtausbeute weniger Strom verbraucht wird, dann ist das nicht nur für einen OLED-Display, sondern auch für ein herkömmliches LCD interessant.
Fazit
Micro Lens Array ist eine spannende Technologie, die Einzug in Consumer Elektronik Geräte gefunden hat. Durch eine dünne Schicht mit Mikrolinsen schafft es LG Display ein deutliches Plus an Bildschirmhelligkeit aus einem bestehenden OLED-Panel zu kitzeln. Und das ohne einen Mehrverbrauch an Energie.
Wir sind auf die ersten echten Tests mit käuflichen Exemplaren gespannt. Erst dann wird sich zeigen, ob das Micro Lens Array nur die Vorteile wie Helligkeit und Blickwinkelverbesserung ausspielt, oder ob auch Nachteile mit MLA einhergehen. Insgesamt bleibt es eine spannende und zukunftsweisende Technologie, die ab 2023 sicherlich nicht mehr aus der TV-Display-Welt wegzudenken ist.
