LED-TV - Hintergrundwissen

"LED-TV ist irreführend. LED-TV ist keine neue Bildschirmtechnologie." Unter diesem Motto startete Panasonic im Oktober 2009 eine kontroverse Aufklärungskampagne. Wie der Hersteller zum Auftakt der Aktion in einer Pressemitteilung bekannt gab, hat der Rat der Werbewirtschaft Großbritanniens (ASA) einem Hersteller von TV-Geräten kürzlich verboten, seine LCD-Fernseher mit LED-Hintergrundbeleuchtung als "LED-TV" zu bewerben. Denn der Begriff sei irreführend und dürfe deshalb in der Werbung nicht mehr ohne Zusatz verwendet werden. Zwar scheint dies mittlerweile überholt zu sein, denn, wie CE&TRADE digitalMarkt (12/2009) berichtet, verwendet Samsung GB den Begriff "LED TV" weiterhin (z.B. in Verbindung mit einem Film zu LED-TV, Titelslogan: "The next Generation of Television"). Dennoch ist dies Anlass genug, sich mit den Feststellungen von Panasonic etwas genauer auseinander zu setzen.

Hans Wienands, Business Director CE, Samsung Electronics GmbH in Deutschland, widerspricht dem Vorwurf der Irreführung der Konsumenten: "Die LED TV-Kategorie ist bei Händlern und Verbrauchern auf hohe Akzeptanz gestoßen. Die vielen unabhängigen und exzellenten Produkttests von Experten belegen die hohe Qualität dieser Kategorie. Wir haben unser Verkaufsversprechen voll und ganz gehalten, sodass weder Händler noch Verbraucher getäuscht oder enttäuscht wurden. Aus diesem Grund hat sich der Begriff «LED-TV» bei uns auch durchgesetzt. Die aktuelle Kampagne des Mitbewerbers ist von einer vermeintlichen Aufklärung weit entfernt. Im Gegenteil, sie führt nun zu einer Irritation und Verunsicherung beim Handel und bei den Verbrauchern, die völlig überflüssig ist, da die Möglichkeit der Differenzierung als eigenständige TV-Kategorie nur Vorteile bietet." (Quelle: CE&TRADE digitalMarkt, 12/2009, www.ce-trade.de)

In der Tat ist es so, dass derzeit eine ganze Reihe TV-Hersteller ihre LCD-Fernseher mit LED-Hintergrundbeleuchtung ausstatten, um auf diese Weise typische Nachteile der LCD-Technologie zu kompensieren. Zu diesen Nachteilen gehören ein mäßiger Kontrast- und Schwarzwert sowie ein eingeschränkter Betrachtungswinkel. Dieses Vorhaben gelingt jedoch nur bedingt, denn die derzeit auf dem Markt erhältlichen Varianten Edge-LED und Direct-LED haben ihrerseits Vor- und Nachteile: Sogenannte Edge-LEDs, LCD-Fernseher mit LED-Hintergrundbeleuchtung am Rahmen des Fernseh- bzw. Displaygehäuses, zeigen neben einer auffallend ungleichmäßigen Bildschirmausleuchtung nach wie vor einen Kontrastverlust bei seitlicher Betrachtung und eine nicht optimale Schwarzdarstellung.

Allerdings ist mit dieser LED-Variante eine sehr flache Bauweise der Panels möglich. Direct-LEDs, - das sind LCD-Panels mit einer ganzflächig hinter dem Bildschirm angeordneten LED-Hintergrundbeleuchtung, die mit einer Local-Dimming-Technologie ausgestattet sind -,  erreichen im Vergleich zum klassischen LCD-Fernseher eine homogenere Bildausleuchtung und verbesserte Kontrast- und Schwarzwerte. Sie sind jedoch enorm kostenintensiv und erreichen nicht die flache Bauweise von Edge-LEDs.

Wie funktioniert die Hintergrundbeleuchtung bei herkömmlicher LCD-Technologie? Die weiße Ausleuchtung eines LCD-Fernsehers wurde bisher von Leuchtstoffröhren ("Neonröhren") erzeugt. Das Licht dieser auch Kaltkathodenstrahlröhren (CCFL) genannten Röhren trifft auf eine Schicht mit lichtleitendem Kunststoff, wodurch es sich gleichmäßig auf dem Display verteilt. Danach durchläuft es diverse Farb- und Polarisationsfilter sowie die Flüssigkristall-Zelle, um schließlich einen Bildpunkt (LCD-Pixel) auf dem Fernseher zu beleuchten. Eine naturgetreue Farbdarstellung setzt ein Hintergrundlicht voraus, das ein möglichst gleichmäßiges Weiß zu erzeugen vermag. Weiß setzt sich im Idealfall aus gleichmäßigen Anteilen der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zusammen. Leuchtstoffröhren (CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp) sind dazu nur sehr unvollkommen in der Lage, was man daran erkennen kann, dass LCD-Fernseher sehr oft Probleme beim Darstellen von Grüntönen haben oder sogar einen leichten Grünstich aufweisen.

Hinzu kommt ein weiteres Problem der CCFL-Technik: Bauartbedingt kann man Leuchtstoffröhren nur gemeinsam dimmen. Das bedeutet, dass je nach einkommendem Signal das Bild hell oder dunkel geschaltet werden kann. Damit kann man zwar bei dunklen Szenen die Beleuchtungsstärke herunterfahren und so ein ein tieferes Schwarz erzeugen. Sobald allerdings wieder hellere Bildelemente erscheinen, müssen alle CCFLs wieder hochgeregelt werden. Aus dem Schwarz wird dann wieder Grau - und: Details in dunklen Bildbereichen gehen verloren.

Die LCD-Technologie wurde vor über vierzig Jahren für Büroanwendungen entwickelt und zunächst in Taschenrechnern und Uhren verwendet. LCD-Fernseher arbeiten mit einer Hintergrundbeleuchtung sowie einem LC-Display (Liquid Crystal Display). Ein Bildpunkt besteht aus jeweils drei Kammern. Diese sind mit Flüssigkeitskristallen gefüllt. Vor und hinter den Kammern befindet sich ein Polarisationsfilter. Als Lichtquelle dienen dem herkömmlichen LCD-TV viele, im hinteren Bereich eingebaute Kaltkathodenstrahl-Röhren (CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp). Je nach Ausrichtung der Flüssigkeitskristalle in den einzelnen Kammern kann das Licht der Lampen den Polarisationsfilter passieren oder auch nicht. Anschließend bewegt sich das Licht durch einen für jede Kammer festgelegten Farbfilter.

Die Hintergrundbeleuchtung von herkömmlichen LCD-Fernsehern besteht aus mehreren Kaltkathodenstrahl-Leuchten, kurz CCFL-Lampen, die sich jeweils nur komplett an- oder ausschalten lassen. Dadurch, dass das Licht erst verschiedene Schichten durchläuft, bevor es das menschliche Auge erreicht, spricht man von einem indirekten Bildaufbau. Die CCFL-Hintergrundbeleuchtung lässt den LCD-TV prinzipbedingt vor allem in hellen Räumen gut aussehen.

onventionelle LCD-Fernseher können in kleinen Bildschirmgrößen kostengünstig produziert werden. Die Hintergrundbeleuchtung ist recht leuchtstark, weswegen LCD-TVs vor allem in hellen Räumen gut aussehen. Die Hintergrundbeleuchtung ist jedoch nicht pixelgenau steuerbar. Dadurch sind die Bilder häufig kontrastarm und Schwarztöne wirken teilweise gräulich. Die Detailauflösung in dunklen Bildbereichen ist häufig nicht orginalgetreu. Technologiebedingt haben herkömmliche LCD-Fernseher eine langsame Reaktionszeit und einen eingeschränkten Betrachtungswinkel. Da LCD-Fernseher jedes Bild kontinuierlich anzeigen, verschwindet ein Bild erst, wenn das nächste abgebildet wird. Wenn das Objekt jedoch in der alten Position bleibt, das Auge der Bewegung aber weiter folgt, entstehen deutlich sichtbare Nachzieheffekte. Die Folge – Aktionszenen im Spielfilm, schnelle Bewegungen im Sport oder Videospiel wirken unscharf und verschmiert.

Wir danken Panasonic Deutschland für die Zurverfügungstellung der Bilder und Textinformationen.

Im Gegensatz zu LCD-TVs benötigen Plasma-TVs keine Hintergrundbeleuchtung, um ein Bild zu erzeugen. Jeder der über 2 Millionen Bildpunkte (Pixel) eines Full-HD-Plasma-Fernsehers produziert das notwendige Licht selbst und sorgt so für eine vollkommen homogene Bildausleuchtung. Die technologisch bedingten Vorteile sind eine natürliche Farbwiedergabe, eine exzellente Bewegungsdarstellung und hervorragende Kontrastdarstellung - und das aus einem extrem weiten Betrachtungswinkel.

Die verschiedenen Varianten der LCD-Fernseher mit LED-Hintergrundbeleuchtung erreichen zwar zum Teil eine bessere Bildqualität als klassische LCD-TVs. Im Vergleich zu modernen Plasma-Fernsehern lösen sie jedoch weder das Problem des begrenzten Betrachtungswinkels, noch die Schwächen bei Kontrast- und Schwarzdarstellung. Dieses Urteil bestätigen auch zahlreiche Fachpublikationen. "Für mich stellt das erneut unter Beweis: Plasma liefert die besseren und natürlicheren Bilder", resümiert Armando Romagnolo und stellt in Aussicht: "Auch der erste 50 Zoll Full-HD-3D-Fernseher, den wir 2010 auf den deutschen Markt bringen werden, basiert auf einem Plasma-Panel. Denn auch in Zukunft setzen wir bei großen Bildschirmdiagonalen auf die Plasma-Technologie, die gerade hier immense Vorteile in der Bildqualität bietet." 

Die Plasma-Technologie arbeitet grundlegend anders als LCD. Bei einem Plasma-TV besteht jeder Pixel aus drei Kammern. Jede Kammer ist an den Innenrändern mit Phosphor für eine der drei Grundfarben, rot, grün und blau, versehen und mit einem Gemisch aus den Edelgasen Xenon und Neon gefüllt. In jeder Kammer befinden sich zwei Elektroden, die für die Zündung und Entladung des Gasgemisches verantwortlich sind. Wird das Gas gezündet, entsteht UV-Licht und dieses regt den Phosphor innerhalb weniger Nanosekunden zum Leuchten an. Plasma wurde – im Unterschied zur LCD-Technologie – speziell für die Darstellung von hochauflösendem Fernsehen in großen Dimensionen konzipiert – und zwar für die olympischen Spiele 1998 in Nagano. Dadurch ist diese Technologie genau auf die Anforderungen für ein erstklassiges Heimkino-Erlebnis mit einer hervorragenden Bewegungsdarstellung zugeschnitten.

Im Gegensatz zu einem LCD-TV braucht ein Plasma-Fernseher keine separate Hintergrundbeleuchtung. Bei einem Plasma (Full HD) erzeugt jeder der über 2 Millionen Pixel das Licht selbst und regelt auch die notwendige Menge. Das Plasma-Bild basiert also auf Leuchtzellen, die vom menschlichen Auge direkt dort wahrgenommen werden, wo das Licht entsteht (direkter Bildaufbau).

Die Plasma-Technologie wurde speziell für Heimkino entwickelt. Das Display ist gleichmäßig ausgeleuchtet und individuell ansteuer- und regulierbar. Da die Bildpunkte selbst leuchten, bestechen Plasmas mit einem sehr großen Betrachtungswinkel. So kann die ganze Familie aus jeder Perspektive ein ausgezeichnetes Bild genießen – ohne Einschränkungen von Kontrast, Schwarz- und Farbwerten. Durch die sehr kurze, technologisch bedingte Reaktionszeit überzeugt der Plasma auch mit einer hervorragenden Bewegungsdarstellung.

Unter dem neuen Gewand der „LED-Fernseher“ verbirgt sich eine alte Technologie. Auch die sogenannten LED-TVs arbeiten mit dem eben beschriebenen LCD-Display. Sie verwenden mit LED (Light Emitting Diode) lediglich eine andere Hintergrundbeleuchtung. Je nachdem, wo diese LED-Hintergrundbeleuchtung positioniert ist, unterscheidet man zwischen LED-Rahmen-Hintergrundbeleuchtung (auch EDGE-LED genannt) und direkter LED-Hintergrundbeleuchtung (auch Direct LED-TVs oder Full LED-TVs genannt).

Bei einem LCD-Fernseher mit LED-Rahmen-Hintergrund-beleuchtung befinden sich die LED-Lampen am Rand des Fernsehers. Ihr Licht wird durch ein Leitersystem über den Bildschirm verteilt. Die LCD basierte Dosierung der Helligkeit und die Farbfilterung funktionieren dagegen genauso wie bei einem herkömmlichen LCD-Fernseher.

Der Vorteil eines LCD-Fernsehers mit einer LED-Rahmen-Hintergrundbeleuchtung liegt darin, dass die Geräte flacher gebaut werden können als bei Verwendung von konventionellen Kaltkathoden-Röhren. Ein Problem ist hierbei allerdings die Ausleuchtung. Zur Bildschirmmitte hin nimmt diese ab, sodass die Ausleuchtung ungleichmäßig ist. Die Produktionskosten für LCD-Fernseher mit LED-Rahmen-Hintergrundbeleuchtung sind zudem in der Regel teurer als herkömmliche LCD-TVs.

Auch die LCD-TVs mit direkter LED-Hintergrundbeleuchtung arbeiten mit einem herkömmlichen LCD-Display. Die Leuchtdioden (LEDs) befinden sich hier ganzflächig hinter dem Display.

LCD-Fernseher mit direkter LED-Hintergrundbeleuchtung haben die LEDs in Clustern (Bereichen) direkt hinter dem Bildschirm. Bei der sogenannten Local-Dimming-Technologie kann zwar die Helligkeit der einzelnen Cluster geregelt, nicht aber können einzelne Pixel individuell angesteuert werden. Bei aktuell erhältlichen LCD-Fernsehern mit direkter LED-Hintergrundbeleuchtung werden je nach Modell ca. 3.000 LED-Lampen verwendet.

LCD-Fernseher mit direkter LED-Hintergrundbeleuchtung haben eine gleichmäßigere Ausleuchtung, sind aber von der Bautiefe aufgrund der Anordnung der LED-Leuchten hinter dem Bildschirm nicht so flach wie LCD-Fernseher mit LED-Rahmen-Hintergrundbeleuchtung. Durch Verwendung der kostenintensiven Local-Dimming-Technologie können höhere Kontraste erreicht werden. Es können aber nicht die einzelnen Pixel, sondern nur die Cluster (Bereiche) angesteuert werden.

Aktives RGB-LED von Sharp

... nennt Sharp seine Technologie, die direkte LED- Hintergrundbeleuchtung mit farbigen LEDs (RGB-LEDs; RGB = Rot, Grün und Blau) auszuführen. Dabei sind die LED-Module nicht weiß, sondern als kleine rote, grüne und blaue LEDs in kleinsten Clustern vollflächig hinter dem Bildschirm angeordnet. Wie bei der weißen direkten LED-Hintergrundbeleuchtung ermöglicht diese Anordnung eine Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung von nahezu 100 %.

Analog zu den einzelnen LCD-Bildpunkten (Flüssigkristalle) in der LCD-Schicht des Displays erhalten auch einzelne RGB-LED­Cluster (LED-Bereiche) exakte Bildsignale, die sowohl die Helligkeit als auch die Farbe der Hintergrundbeleuchtung entsprechend den jeweiligen Bildinhalten ansteuern. Das ermöglicht "lokales Dimmen" mit sehr guter Ausleuchtung und extrem hohen Kontrastwerten. Aufgrund des hohen technischen Aufwandes in der Fertigung ist diese Form der farbigen und in Clustern gesteuerten Hintergrundbeleuchtung jedoch vergleichsweise kostenintensiv.

Zu dieser Frage zitieren wir hier einfach die Audiovision 12/2009, Seite 34: "[Ob farbige LEDs besser sind] kann man pauschal nicht sagen. Leuchtdioden in den Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB-LEDs) haben den Vorteil, ein weites Farbspektrum darstellen zu können; das wird jedoch bei normalen Videosignalen nicht gebraucht. Weiße LEDs bestehen aus einer blauen Leuchtdiode mit zusätzlichen Phosphor-Komponenten. Dafür wird meist Gelb verwendet, das mit Blau zusammen Weiß ergibt. Damit fehlen aber Rot-Anteile, weshalb weiterentwickelte weiße LEDs mehrere Phosphor-Bestandteile verwenden. Damit kann man die erforderlichen TV-Farben sauber erzeugen. Die RGB-Variante hat allerdings noch den Vorteil, dass man die Farbtemperatur über das Backlight regeln kann, also nicht für weniger Blau-Anteile die blauen Flüssigkristall-Zellen herunterregeln muss. Eine Regelung der Farbbeleuchtung je nach Bildinhalt wäre ebenfalls denkbar, wird aber noch nicht angewendet."

Das hat mit den Produktionskosten zu tun. Eine Hintergrundbeleuchtung mit weißen LEDs kostet im Vergleich zu konventionellen Kaltkathodenröhren etwa das 1,5 bis 2-fache. Farbige LEDs kommen auf etwa das 3-fache. Hinzu kommt, dass die Ansteurung aufwändiger ist und die RGB-Dioden sortiert werden müssen, um Farbverfälschungen zu vermeiden. (Quelle: Audiovision 12/2009, Seite 34)

Von einigen Herstellern wird die direkte LED-Hintergrundbereichtung statt "Direct-LED" als "Full-HD" bezeichnet. Beides bezeichnet die vollflächige Hintergrundbeleuchtung im Gegensatz zur Edge-LED-Technik, bei der die LEDs am Rand (Edge) des Hintergrundrahmens montiert sind.

Als "Dimming" wird die Anpassung der Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung an die jeweiligen Bildinhalte bezeichnet. Generell hat man hier mit LEDs viel weitreichendere Möglichkeiten als mit den konventionellen Kalkathodenröhren (CCFL). Letztere fangen nämlich unterhalb einer gewissen Helligkeitsgrenze (bei etwa 10 bis 20% der Maximalleistung) zu flackern an. LEDs können theoretisch bis auf Null reduziert werden. Beim "Global Dimming" wird der gesamte Hintergrund vollflächig heller oder dunkler geregelt. Dies war bisher CCFLs die einzige Möglichkeit und auch bei der Edge LED-Hintergrundbeleuchtung gibt es derzeit praktisch keine andere Möglichkeit - wenn es auch neuerdings Ansätze gibt, auch hier zonenweise zu dimmen. Optimal geeignet für bereichsweises Dimmen sind LCDs mit direkter LED-Hintergrundbeleuchtung. Hier werden vollflächig bis 3.000 einzelne LEDs eingebaut und die kann man theoritisch bis auf das einzelne LED herunter ansteuern. In der Praxis werden aber Bereiche (Cluster) definiert, die dann als solche in der Helligkeit herauf- oder heruntergeregelt werden. Dieses Cluster-Dimming nennt man auch "Local Dimming".

Klingt ziemlich komplex, deshalb auch hierzu nochmal die Audiovision 12/2009, Seite 35: "LEDs können kontinuierlich oder pulsierend betrieben werden. Durch eine Dunkelphase ist es beim Pulsieren möglich, die Standzeit eines Bildes zu verkürzen und so die Schärfedarstellung zu verbessern. Blinking Backlight bezeichnet das komplette Ein- und Ausschalten der gesamten Beleuchtung, während Scanning das Pulsieren einzelner Bereiche im Wechsel meint, meistens der Ansteuerung der LC -Zellen folgend. Das Pulsieren verringert die Bewegungsunschärfe, ist aber erst ab 100 Hertz sinnvoll, da man sonst Flackern wahrnimmt. Zudem wird die Lichtmenge verringert, da die LEDs nicht mehr ständig im optimalen Bereich arbeiten können."

Mit ca. 100.000 Stunden ist die Lebensdauer von LEDs etwa doppelt so lang wie die von CCFLs. Von größere Bedeutung ist jedoch die Kontinuität in der Leuchtkraft im Laufe der Betriebszeit. Herkömmlichen Röhren zeigen mit zunehmender Betriebsdauer oft einen Abfall der Helligkeit und einen zunehmenden Grünstich. Im Vergleich dazu weisen LEDs - zumindest laut Industrieangaben - über einen längeren Zeitraum eine gleichbleibende Leuchtqualität auf. (Quelle: Audiovision 12/2009, Seite 35)

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Übrigens: Hier finden Sie eine Auswahl der wichtigsten LED-Fernseher.

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