LED-Fernseher

LED-Fernseher sind Fernsehgeräte, bei denen auf irgendeine Weise Leuchtdioden (LEDs) zur Erzeugung des Bildes eingesetzt werden. Meist handelt es sich um LC-Displays, deren Hintergrundbeleuchtung aus Leuchtdioden besteht (siehe LED-Hintergrundbeleuchtung). Dafür werden sowohl weiße, wie auch zu weiß mischbare farbige Leuchtdioden verwendet, die hinter den Flüssigkristallelementen angeordnet sind. Als LED-Fernseher werden aber auch Geräte bezeichnet, deren Anzeigeelemente ausschließlich aus Leuchtdioden aufgebaut sind.

Begriffsklärung

Vergleichs-Schema LCD/LED

Bis etwa 2008 wurden im Wesentlichen nur drei unterschiedliche Techniken für den Gebrauch zuhause angeboten, nämlich Flüssigkristallbildschirme, Plasmabildschirme und Projektionsanzeigen. Weil Flüssigkristallanzeigen nur das Licht modulieren, d.h. wie Lichtventile arbeiten und selbst kein Licht abgeben, wird für Fernsehgeräte eine flächige Beleuchtung hinter der Flüssigkristallanzeige angebracht, um die Bildinformation im Durchlicht (Transmission) darzustellen. Im nebenstehenden vereinfachten Schema sind derartige Flüssigkristallbildschirme als Anzeigetypen A und B bezeichnet, wobei die Flüssigkristallanzeige 1 das Licht entsprechend dem darzustellenden Bild moduliert ^[1].

Neu werden nun im Handel LED-Fernseher (engl. LED TV) und LED-Monitore angepriesen (Schema: Anzeigetyp B). Dabei handelt es sich heute (2011) noch in praktisch allen Fällen um die bisherigen Flüssigkristallanzeigen zur Bilderzeugung. Neu ist nur die Hintergrundbeleuchtung dieser LCD-Fernseher mittels Leuchtdioden (engl. LEDs; Schema: Teil 3, wobei ein nicht eingezeichneter Lichtverteiler für eine flächige Ausleuchtung sorgt).

Vergleich der Hintergrundbeleuchtungstechniken

Bisher wurden bei LCD-Fernsehern Kaltkathodenröhren (Leuchtröhren) als Hintergrundbeleuchtung verwendet (Schema: Teil 2 in Kombination mit einem nicht eingezeichneten flächigen Lichtverteiler). Die neue Verwendung von LEDs (Schema: Teil 3) wird in der Produktwerbung hervorgehoben, weil folgende allgemeinen Vorteile gegenüber der bisherigen Technik bestehen ^[2]:

• kompaktere Bauweise mit geringerer Tiefe des Gerätes
• keine Abnahme der Lichtintensität und Veränderung des Farbspektrums im Laufe der Nutzung
• höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer
• geringerer Stromverbrauch bei tieferen elektrischen Spannungen.

Einsatz von RGB-Kombinationen

Zusätzlich Vorteile ergeben sich bei speziellen Ausführungen der Leuchtdioden: Bei dieser Ausführung werden mehrere zusammengefügte Rot-Grün-Blau-Leuchtdiodenkombinationen hinter der Anzeigefläche verteilt angebracht. Diese Art von Beleuchtung, abgestimmt auf die Farbfilter der Flüssigkristallanzeige, ergibt ein besseres Farbspektrum des Fernsehers. Jedoch ist dies eine teurere Ausführung als bei Verwendung von Leuchtdioden entlang der Bildschirmperipherie.

Dynamische Leuchtdiodenansteuerung abhängig vom Bildinhalt

Bisherige Flüssigkristallbildschirme hatten einen beschränkten Kontrast, weil die Darstellung eines schwarzen Bildpunktes (Pixel) wegen der immer noch etwas durchscheinenden Hintergrundbeleuchtung nicht vollständig dunkel war. Durch selektive Ansteuerung der verteilten Leuchtdioden je nach Bildinhalt können dunkle Teile durch die reduzierte lokale Beleuchtung dunkler gemacht und deshalb der Kontrast gesteigert werden. Die Anzahl der verteilt angebrachten Leuchtdioden (Schema B: Teil 3) ist viel kleiner als die Anzahl Pixel der Flüssigkristallanzeige. Deshalb lässt sich die erwähnte Kontraststeigerung nicht individuell für jeden Bildpunkt, sondern nur für eine größere Gruppe benachbarter Bildpunkte erzielen.

Echte LED-Anzeigen mit monolithischen Leuchtdioden

Anorganische, monolithisch hergestellte, einkristalline Leuchtdioden werden schon seit Anfang der 1970er Jahre als Anzeigeelemente verwendet ^[3]. Beispiele waren die PULSAR-Armbanduhren mit rot leuchtender Digitalanzeige und die ersten Taschenrechner. Viele Einzelheiten und Hinweise finden sich auf der entsprechenden Wikipedia-Seite Leuchtdiode. Einen Durchbruch brachte die Entwicklung von blauen LEDs, weil damit Kombinationen von LEDs zur Erzeugung von weißem Licht möglich wurden ^[4]. Schon früh wurde in den USA versucht, mit dicht aneinander gereihten LEDs einen monochromen Fernsehbildschirm zu realisieren. Außer der Herstellung eines funktionierenden Prototypen ^[5] gelang es nie, den kommerziellen Durchbruch für Heimanwendungen zu erreichen. Hindernisse waren der zu große Pixelabstand zwischen den diskreten Dioden (im Minimum ca. 3 mm Abstand), die Flickerproblematik und insbesondere die Herstellungskosten. Später wurden Großbildschirme im Freien (z. B. in Fußballstadien, Videowand) mit einer Vielzahl von individuellen Leuchtdioden realisiert.

Anzeigen mit organischen Leuchtdioden (OLEDs und AMOLEDs)

Schon seit den 1950er Jahren wird Elektrolumineszenz in Schichten organischen Materials erforscht ^[6]. Inzwischen sind organische Halbleitermaterialen als OLED entwickelt worden, welche in Dünnschichttechnik als Anzeigeelemente geeignet sind ^[7]. Im Schema ist diese Technik vereinfacht als Anzeigetyp C dargestellt. Die OLEDs 4 sind auf einem Substrat (oder zwischen zwei Substraten) in Dünnschichttechnik derart dicht aufgebracht, dass sie als einzelne Pixel zur Bilderzeugung dienen. Vorteile gegenüber Flüssigkristallanzeigen sind:

• OLEDs strahlen selbst Licht ab, brauchen somit keine Hintergrundbeleuchtung und bieten hohen Kontrast.
• Insbesondere bei dunklen Bildern geringere Stromaufnahme.
• OLEDs können in verschiedenen Farben Licht abgeben, während bei LCDs dafür zusätzliche Farbfilter notwendig sind.
• Geringere Winkelabhängigkeit beim Betrachten unter verschiedenen Winkeln.
• Kürzere elektrooptische Ansprechzeiten.

Als wichtigster Nachteil gilt bisher die beschränkte Lebensdauer ^[8][9]. Weitere Nachteile sind die UV-Empfindlichkeit und die noch hohen Herstellungskosten.

AMOLED steht für Active-Matrix Organic Light Emitting Diode. Es handelt sich um OLEDs, welche zusätzlich mindestens einen Dünnfilmtransistor pro Pixel haben, um als sogenannte Aktive Matrix angesteuert zu werden. Damit lassen sich hochauflösende Anzeigen realisieren. Mit solchen Anzeigen werden bereits kleine bis mittelgroße portable Geräte wie Digitalkameras, Smartphones (z.B. Samsung Galaxy S) wie auch erste Laptops ausgerüstet. Zwar wurde schon 2008 ein erster Prototyp-Fernseher mit größerem Bildschirm (40-Zoll-Diagonale) vorgestellt ^[10]. OLED-Bildschirme sind jedoch bei großformatigen Fernsehern im Handel noch eine Seltenheit im Vergleich mit Flüssigkristallbildschirmen ^[11].

Es bestehen gegenwärtig (2011) Produktionsengpässe bei den großen OLED-Herstellern (Sony, Samsung, Anwell Technologies, LG und Chi Mei). Samsung hat angekündigt, eine zusätzliche Fabrik 2011 in Betrieb zu nehmen ^[12].

Einzelnachweise

1. ↑ Patent US4096550: Illuminating Arrangement for a Field-Effect Liquid-Crystal Display as well as Fabrication and Application of the Illuminating Arrangement. Veröffentlicht am 20. Juni 1978, Erfinder: Boller W., Donati M., Fingerle J., Wild P..
2. ↑ http://www.ledtele.co.uk/ledvslcd.html LED vs LCD TV Comparison
3. ↑ Nick Holonyak, Jr. and S. F. Bevacqua: Coherent (visible) light emission from Ga(As1-xPx) junctions. In: Applied Physics Letters. 1, 1962, S. 82.
4. ↑ Shuji Nakamura, Gerhard Fasol, Stephen J. Pearton, The Blue Laser Diode : The Complete Story, Springer; 2nd edition, October 2, 2000, (ISBN 3-540-66505-6)
5. ↑ Mitchell's modular LED x-y (horizontally and vertically digitally scanned array system) was cited in the 29th International Science and Engineering Exposition „book of abstracts“, page 97, published by the „Science Service“, Washington D.C. May of 1978.
6. ↑ A. Bernanose, M. Comte, P. Vouaux, J. Chim. Phys. 1953, 50, 64.
7. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Organic_light-emitting_diode
8. ↑ http://www.hdtvinfo.eu/news/hdtv-articles/oled-tv-estimated-lifespan-shorter-then-expected.html
9. ↑ http://www.cdtltd.co.uk/technology/status
10. ↑ http://www.hdtvinfo.eu/news/hdtv-articles/40-inch-oled-panel-from-samsung.html „40-inch OLED panel from Samsung“
11. ↑ http://www.tvoled.co.uk
12. ↑ http://online.wsj.com/article/SB10001424052748703713504575475553352680096.html