TECHNIK-INFO: LED Backlight-Technologie bei LCD-TVs

26.01.2009 (Update)  (cr)

Einführung

Mittlerweile hat sich der LCD-Fernseher flächendeckend durchgesetzt. Im Vergleich zu den großen Stückzahlen, in denen LCD-TVs verkauft werden, ist der Anteil an Plasma-Displays recht gering. Für wahre Filmliebhaber jedoch ist der Plasmaschirm aufgrund seines besseren Schwarzwertes immer noch die verlockendere Alternative. Doch dank LED Backlight soll auch dieser Plasma-Bonus bald der Vergangenheit angehören. Was die LED Backlight-Technik bei LCDs bewirken soll, steht in diesem kleinen Special.

CCFL-Displays

LC-Displays bieten sehr scharfe Bilder – aber kein perfektes Schwarz und keine höchstmöglich reinen Farben. Auch wenn CCFL-Displays inzwischen einen beachtlichen Standard erreicht haben, sieht man gerade in sehr dunklen Filmsequenzen deutlich, dass zwar ein recht dunkles Grau, aber kein echtes, sattes Schwarz geboten wird. Auch die Farbneutralität und die Farbbrillanz sind zwar sehr gut, aber noch nicht optimal. Ebenso verhält es sich mit der Kontrastdynamik, auch hier finden sich noch Schwächen, die sich in einer nicht ganz zureichenden Durchzeichnung dunkler Bildbereiche zeigen. 

Der Grund für diese visuellen Einschränkungen liegt an der von Leuchtstoffröhren (Kaltkathodenstrahlern, kurz CCFL) erzeugten weißlichen Hintergrundbeleuchtung. Hierbei wird das erzeugte Licht mittels eine Kunststoffs mit lichtleitender Funktion gleichmäßig auf dem Display verteilt. Anschließend werden verschiedene Farb- und Polarisationsfilter passiert und letztendlich die Flüssigkristallzelle – die Folge ist dann der entsprechend beleuchtete Bildpunkt (Pixel) auf dem Display. Schwächen dieser Technik zeigen sich beispielsweise bei der Farbwiedergabe. Für ein reines Weiß muss sich das Licht in gleichen Teilen aus Rot, Grün und Blau zusammen setzen – mit CCFL kaum in Perfektion möglich. Sichtbares Manko war daher die nicht ganz natürliche Darstellung von Grüntönen (z.B. sehr gut bei Fußballübertragungen am Rasen sichtbar). Ein weiterer Nachteil der CCFL-Technik: Die Leuchtstoffröhren können auf Grund ihres technischen Aufbaus nur gemeinsam gedimmt werden. Das bedeutet, dass je nach einkommendem Signal das Bild hell oder dunkel geschaltet werden kann. Mit dem Herunterfahren der Beleuchtungsstärke können die LCD-TVs dann in dunklen Szenen zwar ein tieferes Schwarz erzeugen. Doch sobald wieder ein helleres Bildelement hinzukommt, müssen wieder alle Leuchtstoffröhren hochgefahren werden – und aus dem Schwarz wird eher wieder ein Grau. Des Weiteren leidet beim gemeinsamen Dimmen der Hintergrundbeleuchtung die Darstellung feiner Kontrastunterschiede in dunklen Bildbereichen - gut sichtbar ist, dass das Bild dann "absumpft" und Strukturen verloren gehen. 

LED-Backlight

Die Industrie hat sich daher etwas einfallen lassen: Anstatt der nur im Gesamten dimmbaren CCFL-Hintergrundbeleuchtung wurden unabhängig voneinander ansteuerbare Leuchtdioden (LEDs) verwendet, die sich auch in anderen Industriezweigen (z.B. Lichteinheiten in der Automobilindustrie mehr und mehr durchsetzen. Durch die gezielte Ansteuerung einzelner LEDs kann man erreichen, dass die gewünschten Bildinhalte komplett schwarz erscheinen, während andere Bereiche weiterhin eine hohe Leuchtkraft aufweisen – die Folge: Durch LED-Backlight werden neue Höhenflüge bezüglich des maximalen Kontrastverhältnisses erreicht. Dadurch, dass die LEDs in den schwarzen Bildbereichen auch tatsächlich aus sind, erscheint das Schwarz sichtbar tiefer und satter. Das Problem mit der nicht ganz reinen Farbwiedergabe bei der CCFL-Hintergrundbeleuchtung besteht bei RGB LED-Backlight auch nicht mehr, da roten, grünen und blauen Leuchtdioden deutlich besser für eine präzise Farbwiedergabe geeignet sind. An stellen, an denen z.B. reines Rot gefragt ist, werden die blauen und grünen LEDs komplett gedimmt, um so eine reinere Farbdarstellung zu erreichen. Um weißes Hintergrundlicht bereit zu stellen, agieren eine blaue, eine rote und eine grüne LED zusammen. Das Weiß erstrahlt natürlich, dadurch wird der Farbraum effektiv erweitert, Farben wirken intensiver und realistischer. In der tatsächlichen Praxis wirkt sich die LED Backlight Technologie noch nicht bei allen von uns in Augenschein genommenen Flachbild-LCD-TVs so wie gewünscht aus, was auch daran liegt, dass es beileibe nicht nur RGB Backlight-LCDs gibt, sondern auch LCDs mit Pseudo White LED-Backlight. Mehr dazu im nächsten Abschnitt.  

RGB-Backlight und Pseudo White-Backlight

Bei LED-Backlight gibt es technologische Unterschiede. Während Sony z.B. bei verschiedenen Modellen (X4500er-Serie) auf die R-G-B LED Backlight-Technologie mit roten, grünen und blauen LEDs vertraut, setzen andere auf sogenannte "Pseudo-White" LEDs, die keine satteren Farben bescheren - dieser Benefit ist nur bei RGB-Backlight vorhanden. Die preiswerter herzustellenden LED Backlight-Flachbildschirme mit Pseudo White-LEDs sind nur in der Lage, ebenso wie CCFL-Geräte den normalen Farbraum darzustellen. Die Reinheit und die Dynamik der Farben ist bei Pseudo White LED-Backlight nicht besser als bei CCFL-Displays.

EDGE LED Backlight

Damit aber nicht genug - "richtiges" LED Backlight mit gitterförmig angeordneten LEDs ist aufgrund der Vielzahl der benötigen LEDs bezüglich der Herstellung sehr teuer. Gerade beim - wie wir eben gelernt haben - besseren RGB Backlight sind die Kosten immens. Die Abweichungen einer einzelnen Fertigungscharge bei LEDs sind zu groß, als dass man bedenkenlos alle LEDs aus einem Fertigungsablauf verwenden könnte. Damit die geforderte farbliche Neutralität erreicht wird, müssen die LEDs kostenaufwändig vorselektiert werden. Und: Schon für Notebook-Displays in kleinen Diagonalen ab 11 Zoll benötigt man viele LEDs, so kann man sich dann vorstellen, wie groß die Kosten z.B. bei einem 52 Zoll-LCD-TV sind. Ausweg aus der Kostenfalle ist EDGE LED Backlight. Bei dieser Technik vertrauen die beiden Initiatoren  Luminus Devices Inc. und Global Lighting Technologies (GLT) auf lediglich 10 seitlich angebrachte LEDs (daher EDGE LED) bei einem 52 Zoll-Display (130 cm Diagonale). Ohne EDGE LED braucht man einige hundert LEDs. Vorteil der EDGE LED-Technik: Die Farbtemperatur des Weißbildes lässt aufgrund der geringen Anzahl gleicher LEDs einfach abstimmen. Spezielle Microlinsen mischen das farbige Licht eigens entwickelter, besonders heller RGB-LEDs zur korrekten Farbtemperatur und regeln die gleichmäßige Verteilung hinter der Schirmfläche.

Bilanz

LED Backlight bietet viel Potential - es bedarf aber noch der präzisen Feinabstimmung. Die teuerste Technologie - RGB Backlight mit gitterförmig angeordneten LEDs - macht bei akkurater Abstimmung auch das beste Bild und nutzt die möglichen Benefits sehr gut aus. 

Text: Carsten Rampacher
Update 26. Januar 2009

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