Wie LCDs mit winzigen Dioden OLEDs ausstechen könnten

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LCDs mit Mini-LED-Hintergrundbeleuchtung werden künftig sowohl in große TVs als auch in Monitore und Notebooks einziehen; sie sollen zudem in Smartphones ebenso wie in Autos für kontraststarke Anzeigen sorgen. Indem man die kleinen, gleichmäßig im Displayrücken verteilten Dioden gezielt dimmt, also ihre Helligkeit an dunklen Bildinhalten reduziert und an hellen erhöht, lässt sich der sichtbare Kontrast enorm steigern.

Dasselbe Prinzip nutzen LCDs mit dem sogenannten Full Array Local Dimming (FALD) bereits seit einigen Jahren. Sie optimieren den Kontrast mit einigen Zehn bis einigen Hundert dimmbaren Zonen. Man findet FALD-Backlights in besseren TVs ebenso wie in hochwertigen Monitoren.

Durch die Mini-LEDs soll sich die Anzahl der Zonen nun signifikant erhöhen – statt einigen Hundert werden zigtausend Dioden genutzt, die in tausend und mehr dimmbaren Zonen gruppiert sind. Die ersten TVs mit Mini-LEDs werden zwar weniger als 2000 Zonen besitzen, die Anzahl könnte aber bereits nächstes Jahr auf 5000 einzeln dimmbare Segmente steigen, glaubt Danny Tack, der bei Philips für die Bildqualität von TVs zuständig ist.

Lichtsegmente im Display
Displaytechnik	Anzahl der Zonen
LCD mit Edge-Light	meist 1, selten bis zu 16
LCD mit Full Array Local Dimming (FALD-)Backlight	einige zehn bis einige hundert
LCD mit Mini-LED-Backlight	tausend bis einige zehntausend
Dual Cell LCD	rund zwei Millionen, je nach Displayauflösung
Micro-LED	mehrere Millionen, je nach Displayauflösung
OLED	mehrere Millionen, je nach Displayauflösung

Am feinsten gelingt die Kontrasterhöhung bislang den organischen Displays – jedes einzelne OLED-Pixel lässt sich gezielt dimmen beziehungsweise ausschalten. Dasselbe gilt für Displays mit Mikro-LEDs, die für jeden Bildpunkt eine winzige Diode nutzen. Die Mikro-LED-Displays sind allerdings noch Zukunftsmusik, ihre Produktion ist vor allem für große Schirmflächen aktuell viel zu teuer.

Neuer Schub für LCD-Technik

Der Umstieg auf Mini-LEDs fürs Backlight ist auch deshalb so interessant, weil die etablierte, preiswerte LCD-Technik mit ihm einen neuerlichen Auftrieb erhält. Viele hatten LCD-TVs im High-End-Bereich bereits abgeschrieben, in guten Smartphones sitzen fast nur noch OLED-Panels, und die beiden koreanischen Platzhirsche Samsung und LG wollten sich 2019 sogar komplett von der LCD-Technik verabschieden: Erste Produktionsstätten wurden verkauft oder geschlossen. Diese Pläne haben sie auf Eis gelegt, die meisten Fabriken laufen vorerst weiter.

Nutzt man im LCD-Backlight Mini-LEDs, kann man eine signifikante Bildverbesserung mit ausgereiften Herstellungsverfahren erzielen. Die Produktion großer OLED-Panels wirft hingegen weiterhin Probleme auf, weshalb die Stückzahlen begrenzt und die Kosten hoch sind. Chinesische Displayspezialisten wie BOE und CSOT haben bis heute keine OLED-Massenproduktion hinbekommen.

Laut den Marktforschern von DSCC kostete ein herkömmliches 65-zölliges LCD-Panel mit farbverstärkenden Quantenpunkten im Jahr 2020 rund 290 US-Dollar. Nutzt man für dieses LCD ein Backlight aus Mini-LEDs, verdoppeln sich die Gesamtkosten auf rund 580 Dollar. Ein gleich großes OLED-Panel kostete 2020 dagegen stolze 820 Dollar. Indem unterschiedliche Panelgrößen aus einem Substrat geschnitten werden und die Ausbeute an guten Panels steigt, sollen OLED-Panels in den kommenden Jahren zwar unter 600 Dollar fallen. Die höhere Ausbeute (den Yield) müssen LG & Co. aber erst mal erreichen. Danny Tack von Philips wies im Gespräch mit c’t zudem darauf hin, dass auch die Kosten für Mini-LEDs deutlich sinken werden, sobald diese in großen Mengen produziert werden.

Konkurrenz für OLEDs

Mit Mini-LEDs bestückte LCD-Fernseher könnten OLEDs bereits in diesem Jahr einige Konkurrenz machen. Fast alle TV-Hersteller ordnen ihre neuen Mini-LED-TVs bei Preisen und Bildqualität zwischen herkömmlichen LCD-TVs mit FALD und OLED-TVs ein. Bei Samsung bilden sie mangels eigener OLED-TVs auch preislich die Speerspitze, wenn man mal von den viel zu teuren und kaum lieferbaren Mikro-LED-TVs absieht. Dafür scheinen die Dioden bei Samsung besonders winzig zu sein. Ob Samsung das nutzt, um die Anzahl der dimmbaren Zonen zu erhöhen, ist noch nicht bekannt – über die Zonenanzahl schweigen sich die Hersteller gern aus.

Beim Kontrast reichen Mini-LED-TVs nicht ganz an die OLEDs heran. Sie überbieten die organischen Displays aber bei der Spitzenhelligkeit, die eine wichtige Größe für die kontraststarke HDR-Wiedergabe in heller Umgebung ist. Je höher der Anteil sehr heller Bereiche im Bild ist, umso stärker reduzieren OLEDs ihre Gesamtleuchtdichte. Displays mit Mini-LEDs haben das nicht nötig, sie können unabhängig vom Inhalt maximale Schirmhelligkeit bieten. Außerdem leiden sie nicht unter dem berüchtigten Burn-In, sind dafür aber blickwinkelabhängiger als OLEDs. Da die maximale Leuchtdichte für Mobilgeräte entscheidend ist, könnten die Mini-LED-LCDs auch im Notebook den dort gerade erst wiedererstarkten OLEDs Konkurrenz machen.

Qualitätsunterschiede

Wie Danny Tack gegenüber c’t erklärte, wird das LCD-Backlight von den großen TV-Herstellern selbst konfektioniert: Sie kaufen die Mini-LEDs in Streifen ein, dimensionieren die Ansteuerplatine und integrieren das gezielte Dimming in ihre Bildoptimierungs-Prozessoren. Bei Geräten von der Stange, die vom Hersteller nur gebrandet werden, übernimmt die Ansteuerung der Mini-LEDs dagegen ein Controller auf dem LED-Board oder die Treiberstufe auf dem Panel. Demnach dürfte es je nach Gerät unterschiedliche Qualitäten der Helligkeitsanpassung geben. Außerdem ist die Anzahl der dimmbaren Zonen vorerst nur bei sehr teuren Geräten sehr groß.

Hinzu kommt, dass die Kontraste je nach eingesetzter Paneltechnik unterschiedlich ausfallen könnten. So erzielen VA-Panels ohne lokale Helligkeitsanpassung üblicherweise bessere Schwarzwerte als IPS-Panels: Sobald innerhalb einer dimmbaren Zone ein kleiner heller Fleck (z. B. ein Stern, eine Reflexion) in einem ansonsten dunklen Bildbereich auftaucht, hellt sich diese Zone bei einem IPS-Display deshalb stärker auf als bei einem VA-Display. Dadurch würden sich gegebenenfalls störende Halo- oder Blooming-Effekte an kontraststarken Objektkanten einstellen.

Solche Blooming-Effekte findet man bei den OLEDs nicht, da hier auf Pixelebene gedimmt wird. Deshalb wird die Bildqualität der Mini-LED-LCDs – egal ob VA oder IPS-Panel – nicht an die Bildqualität der OLEDs heranreichen. Die Frage ist nur, wie viel Nutzer für dieses Quäntchen an zusätzlicher Qualität zu bezahlen bereit sind. Sollten die Mini-LED-LCDs in absehbarer Zeit deutlich günstiger werden als OLEDs, könnte es auch angesichts der geringeren Spitzenleuchtdichte und des Burn-In-Risikos für den aktuellen Qualitätsprimus eng werden.

c't magazin 6/2021

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(uk)