Energieeffizienzproblem: EU bremst OLEDs, 8K- und Mikro-LED-Display aus

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Vor einem Jahr hat die Europäische Union die Grenzwerte für das Energieeffizienzlabel neu festgelegt, nun folgt der nächste Schritt: Im Rahmen der Ökodesign-Richtlinie werden die Grenzen für den maximalen Energieverbrauch von digitalen Geräten neu definiert.

Hintergrund ist die Direktive 2009/125/EC: Mit ihr wurde die EU-Kommission bevollmächtigt, ökologische Anforderungen an bestimmte Produktgruppen festzulegen. Ziel war die umweltgerechte Gestaltung diverser digitaler Geräte, darunter Server und Datenspeicher, Elektromotoren, Lichtquellen, elektronische Anzeigen, aber auch Geschirrspüler, Waschmaschinen und so weiter. Die jeweiligen Eigenheiten der Produktgruppen wurden in eigenen Unterverordnungen spezifiziert. Für die Anforderungen an elektronische Anzeigen, also Displays, ist dies die EU-Verordnung 2019/2021. In ihr wurden 2012 grundlegende Ökodesign-Vorgaben festgeschrieben, die mehrfach ergänzt und überarbeitet wurden. Die aktuell gültige Fassung der EU-Verordnung 2019/2021 stammt aus Mai 2021.

Keine Ausnahmen mehr

Der Knackpunkt der aktuellen Verordnung liegt in den Ausnahmen beziehungsweise in den demnächst nicht mehr geltenden Ausnahmen. Bisher sind Mikro-LED-Displays ebenso wie 8K-Displays von den Vorgaben der Richtlinie befreit. Für OLED-Displays hatte die Kommission zudem einen Korrekturfaktor in die Berechnungen der maximal erlaubten Leistungsaufnahme eingearbeitet; sie darf dadurch etwas höher sein. Ab März 2023 entfällt sowohl dieser Korrekturfaktor als auch die Ausnahmen für Displays mit 8K-Auflösung (7680 x 4320 Pixeln) und für Mikro-LED-Displays, in denen pro Bildpunkt eine winzige LED leuchtet.

Die maximal erlaubte Leistungsaufnahme berechnet sich anhand des Energieeffizienz-Index

wobei Pmeasured die gemessene Leistungsaufnahme und A die Displayfläche ist und corr besagter Korrekturfaktor für OLED-Displays.

Seit März 2021 muss der so berechnete EEI für HD-Displays unter dem Wert von 0,9 bleiben und für 4K-TVs unter 1,1. Displays mit noch mehr Pixeln und solche mit Micro-LEDs als Bildpunkt sind von den Vorschriften bisher ausgenommen. Das soll sich mit Stufe 2 ab März 2023 ändern, dann sollen alle Displays unter dem EEI-Grenzwert von 0,9 bleiben.

EEI-Höchstwerte für den Ein-Zustand
	EEImax für elektronische Displays mit einer Auflösung bis zu HD	EEImax für elektronische Displays mit einer Auflösung über HD bis zu UHD-4K	EEImax für elektronische Displays mit einer Auflösung über UHD-4K und für Mikro-LED-Displays
1. März 2021	0,9	1,1	entfällt
1. März 2023	0,75	0,9	0,9

Weil die Einführung neuer Techniken durch solche EU-Regelungen nicht behindert werden soll, und da gerade große OLEDs in den Anfängen leistungshungriger waren als vergleichbare LCDs, trug die EU-Kommission dem mit dem Korrekturfaktor und den genannten Ausnahmen Rechnung. Der Ansporn, auch neue Technik fortlaufend zu verbessern, sollte indes bleiben, weshalb anfangs gemachte Zugeständnisse üblicherweise im Laufe der Jahre entfallen – so auch besagter Korrekturfaktor.

Wie Display-Hersteller gegenüber c’t beteuerten und wie sich auch in unserem jüngsten TV-Test gezeigt hat, werden viele OLED-TVs die ab März 2023 geltenden Vorgaben meistern. Die Hersteller können den Energiehunger ihrer OLEDs und auch von LCDs also entweder passend bremsen oder die Grenzwerte durch kleine Tricks einhalten. Dazu gehört beispielsweise die "bewegungsgesteuerte Beleuchtung" von Samsung, bei Philips der Bildmodus "optimiert für Energiesparen" und bei LG die "Autom. Helligkeitsregelung" – alle drei reduzieren die Schirmhelligkeit im Vergleich zum Standbild, sobald Videos angezeigt werden.

In die Betrachtung der Energieeffizienz fließt sowohl die Leistungsaufnahme des TVs ein als auch seine Leuchtdichte im Auslieferungszustand; letztere muss mindestens 65 Prozent der maximalen Schirmleuchtdichte (oder 220 cd/m²) betragen. Hierdurch will die Kommission vermeiden, dass die Geräte ausgerechnet während einer Energiemessung deutlich dunkler bleiben, als sie später im Betrieb leuchten.

Dennoch wird der eine oder andere Hersteller versuchen, den Energieeffizienz-Index durch eine reduzierte Schirmhelligkeit im Auslieferungszustand des Displays zu beschönigen. Dadurch sinkt die Leistungsaufnahme eines Geräts nicht wirklich. Sie ist lediglich im Werkspreset gedrosselt und viele Nutzer werden die Helligkeit und damit auch den Energiebedarf des Displays später mit einem anderen Bildpreset anpassen. Der Energiebedarf eines Displays hängt im Wesentlichen von der Leuchtstärke des LCD-Backlights oder der Leuchtstärke der organischen Schicht ab.

8K und Mikro-LEDs

Problematisch bleibt auch die neue Einbeziehung von 8K- und Mikro-LED-Displays. 8K-Displays (mehrheitlich derzeit 8K-TVs) besitzen viermal so viele Pixel und damit die vierfache Pixeldichte gegenüber einem gleich großen 4K-Display. Der Teil der Pixelfläche, durch den im LCD Licht vom Backlight an die Displayoberfläche dringt beziehungsweise der selbstleuchtende Anteil eines OLED-Pixels ist sehr viel kleiner als beim 4K-Display. Das liegt an den lichtschluckenden Zuleitungen zu den Pixeltransistoren: Es müssen im 8K-Display viermal so viele Transistoren pro verfügbarer Fläche angesteuert werden, die intransparenten Zuleitungen und Transistoren verdecken also deutlich mehr Pixelfläche.

Um die gleiche Leuchtdichte vorn am Display zu erzeugen, muss das Backlight beziehungsweise die organische Schicht deshalb viel heller leuchten. Darum benötigen 8K-Displays wesentlich mehr Energie, ein 65-zölliges 8K-TV beispielsweise über 200 Watt statt etwa 110 Watt für ein gleichgroßes 4K-TV. Dieser höhere Energiebedarf lässt sich derzeit auch nicht mit hocheffizienten Backlight-LEDs und besten organischen Leuchtstoffen ausgleichen. Würde die EU-Richtlinie in unveränderter Form in Kraft treten, würde das zunächst das Aus für 8K-TVs bedeuten. So würde beispielsweise das in c't getestete 8K-TV 75QNED999PB von LG, ein LCD-TV mit dimmbaren Mini-LEDs im Backlight, hoffnungslos über dem Grenzwert der EU liegen. Das 75-zöllige Smart-TV benötigte 213 Watt bei Zuspielung von SDR-Videos, erlaubt wären gemäß den ab März 2023 geltenden Vorgaben maximal 156 Watt.

Ähnlich liegt der Fall bei den Mikro-LED-TVs: Sie benötigen bei mindestens 8 Millionen leuchtenden LEDs deutlich mehr Energie als vergleichbare 4K-TVs. Allerdings gibt es die Mikro-LED-TVs aktuell nicht in wohnzimmertauglichen Größen. Samsung hat jüngst auf der IFA ein 76-zölliges Mikro-LED-TV mit knapp 1,95 Metern Diagonale vorgestellt, erhältlich ist das Gerät aber noch nicht und in Deutschland wird es laut Samsung vorerst auch nicht angeboten. Sofern es bei den EU-Vorgaben bleibt, dürfte es auch in den nächsten Jahren nicht dazu kommen.

EU-Richtlinie behindert neue Techniken

Wie der Verband der Elektro- und Digitalindustrie (ZVEI) berichtet, werden in der gesamten EU in diesem Jahr weniger als 200.000 8K-TVs und nicht einmal 200 Mikro-LED-TVs verkauft. Das sind gerade mal 2 Prozent respektive 0,001 Prozent aller in der EU verkauften Fernseher. Die Anzahl der betroffenen Fernsehgeräte ist demnach überschaubar. Allerdings sind die Stückzahlen bei brandneuen Techniken üblicherweise gering. Und EU-Richtlinien sollen gemäß den Statuten der Europäischen Union den technischen Fortschritt nicht behindern.

Industriedisplays, CAD und Profi-Monitore ausgenommen

Die Ökodesign-Anforderungen der EU gelten nicht für Displays für professionelle Videobearbeitung, CAD, Grafik oder für den Rundfunkbereich und auch nicht für industrielle Displays für den Einsatz unter rauen Betriebsbedingungen zum Messen, Testen oder zur Prozessüberwachung und -steuerung.

Hersteller, Verbände und Organisationen, die gegen die sehr strengen Vorgaben vorgehen, berufen sich deshalb darauf, dass die EU-Vorgaben die Entwicklung neuer Techniken ausbremsen. So gab es im Jahr 2012 noch keine Referenzwerte für 8K-Displays und erst recht keine für Mikro-LED-TVs, an denen sich die Entwickler der Ökodesign-Richtlinie im Rahmen der Direktive 2009/125/EC orientieren konnten. Erst 2018 wurden die ersten 8K-Displays und Mikro-LED-TVs vorgestellt. Zudem fehlten größere Schirme, in den Anhängen zur Richtlinie finden sich nur Leistungsaufnahmen für Geräte mit Diagonalen bis 65 Zoll – dabei ist 75 Zoll heute eine nicht ungewöhnliche Größe mehr.

Das Hochkontrastformat HDR war noch kein Thema, als die Grenzwerte für die Ökodesign-Richtlinie festgelegt wurden. Und auch hohe Frameraten, wie sie aktuelle Gaming-Displays bieten, konnten seinerzeit noch nicht berücksichtigt werden, stellt Heinz Lemke vom Test-Institut des VDE in seinen Kommentaren zur EU-Verordnung 2019/2021 fest. Wenn aber die Leistungswerte so vieler Geräte, die jetzt unter die neuen Grenzwerte fallen, seinerzeit unbekannt waren, müssen die erlaubten Effizienzwerte neu überdacht werden, fordert Lemke. Im Gespräch mit c’t wies Lemke darauf hin, dass die neuen Regeln bis zum 25.12.2022 überprüft werden müssten, um etwaige Änderungen vor Inkrafttreten der Richtlinie umzusetzen. Die Zeit wird also knapp. Deshalb seien auch große Unternehmen, der ZVEI und andere Verbände in Brüssel vorstellig geworden.

Verbände und Elektrounternehmen wehren sich

So fordert DigitalEurope, die Vereinigung nationaler Elektronikverbände und großer europäischer Elektrounternehmen, die EU-Kommission in einem Schreiben auf, die verschärften Vorgaben im zweiten Schritt der Ökodesign-Richtlinie für 8K- und Mikro-LED-Displays zu stoppen. Andernfalls habe die Richtlinie einen kompletten Bann dieser neuen Techniken zur Folge.

DigitalEurope hatte die Entwicklung der Leistungsaufnahme von 1281 Displays aus 2021 untersucht und festgestellt, dass knapp 71 Prozent der Geräte die strengeren EEI-Vorgaben der Kommission nicht erreichen würden. Da diese Geräte bereits auf dem Markt sind, müssen sie das auch nicht, die Vorgaben gelten nur für Modelle, die nach März 2023 eingeführt werden. Der Verband wollte mit seiner Untersuchung nur verdeutlichen, dass die EU-Anforderungen zu streng sind.

Demnach reißen sämtliche der im vergangenen Jahr erhältlichen 8K-Displays die Grenzwerte. Sie müssten 40 bis 50 Prozent weniger Energie benötigen, um der Ökodesign-Richtline gerecht zu werden. Eine derartig hohe Prozentzahl sei jedoch keinesfalls innerhalb eines Jahres zu schaffen, sondern brauche viel länger, schreibt DigitalEurope in einem Brief an die EU-Kommission. Für 4K-Displays mit Diagonalen über 50 Zoll (1,27 m) blieben einige der getesteten Modelle innerhalb der dann erlaubten EEI-Grenze von 0,9, noch weniger waren es demnach bei kleineren Diagonalen –unter den von DigitalEurope geprüften 43-Zöllern beispielsweise nur eins von 129 Modellen.

Energieeffizienz hat sich kaum verbessert

Nach Einschätzung der Vereinigung ist die Fähigkeit der Display-Industrie, die Energieeffizienz weiter zu verbessern, zum jetzigen Zeitpunkt begrenzt. Die Europäische Kommission habe die ehrgeizigen Ökodesign-Grenzwerte und Energieklassen mit der Annahme begründet, dass sich die Energieeffizienz von Bildschirmen im Durchschnitt um 7,5 Prozent pro Jahr verbessert. Bereits im Oktober 2018 habe DigitalEurope jedoch darauf hingewiesen, dass diese Annahme keinesfalls der Realität entspricht. Dies habe eine Untersuchung von TV-Geräten aus den Jahren 2011 bis 2017 gezeigt.

Zwar machte die Energieeffizienz der Displays durch den Ersatz von Kaltkathodenstrahlern durch LEDs im LCD-Backlight um das Jahr 2012 einen riesigen Sprung. Zwischen 2015 und 2017 sei der Energiebedarf aber gestiegen statt gesunken. Grund war die bessere TV-Ausstattung, die höhere Auflösung und Techniken wie HDR auch in Mittelklassemodellen. Ab 2017 konnte die Energieeffizienz wieder etwas verbessert werden, allerdings nicht um die angenommenen 7,5 Prozent pro Jahr, sondern lediglich um 0,9 Prozent. Über die letzte Dekade betrachtet inklusive LED-CCFL-Ersatz konnte die Leistungsaufnahme der Displays um jährlich 4,3 Prozent verringert werden. Da aktuell kein revolutionärer Sprung in der Displaytechnik zu erwarten sei, geht DigitalEurope von einer künftigen Energieeffizienzsteigerung von unter einem Prozent aus.

Wie der ZVEI in einem Schreiben zur Ökodesign-Richtlinie erläutert, bringen 8K und Mikro-LEDs sowohl qualitative als auch ökologische Vorteile. So verbessern sich Kontrast und Detailtiefe der Darstellung, die LED-Displays brauchen keine lichtschluckenden Farbfilter, es gibt dank der anorganischen Mikro-LEDs keine Einbrenneffekte und damit eine höhere Lebensdauer. Außerdem sorge die modulare Bauweise für eine bessere Reparierbarkeit.

Allerdings ergab eine Studie von Dr. Norman Bardsley, die dieser auf der Electronics Display Konferenz im Juni präsentierte, dass die Effizienz von LED-Displays sprunghaft abnimmt, wenn die LED-Chips kleiner werden. Während großflächige LEDs mit größeren Pixelabständen um den Faktor 2 bis 4 effizienter sind als LCDs, verschwindet dieser Vorteil bei einem Pixelabstand unter 2 mm. LED-Displays mit einem Pixelabstand von weniger als 1 mm hätten demnach eine schlechtere Energieeffizienz als LCDs. Eine erhebliche Senkung des Stromverbrauchs sei laut Bardsley zwar möglich, das erfordere aber mehr Forschung und Entwicklung in diesem Bereich.

Der ZVEI bemängelt, dass die EU-Kommission offenbar bereits bei der Verabschiedung Zweifel hatte, ob die Grenzwerte angemessen sind. Deshalb habe man in der EU-Verordnung 2019/2021 selbst angemerkt, dass die Kommission sie "vor dem Hintergrund des technischen Fortschritts" überprüfen werde und "die Ergebnisse der Prüfung sowie gegebenenfalls den Entwurf eines Überarbeitungsvorschlags spätestens am 25. Dezember 2022" vorlegen werde. Dabei werde insbesondere "die Notwendigkeit einer Anpassung der rechtlichen Anforderungen infolge der Verfügbarkeit neuer Techniken wie HDR" etc. überprüft. Laut ZVEI vertrauten die Hersteller darauf, dass die Kommission diese Versprechen einhält. Bisher sei jedoch keine Bereitschaft der Kommission dazu zu erkennen.

Innovationsbremse Energieeffizienz-Klassen

Auch die Neufestlegung der Energieeffizienzklassen bemängelt der Interessenverband. Eine Erhebung habe gezeigt, dass die meisten TVs 2021 in der Energieeffizienzklasse G landen, nur 18 Prozent in F und eine verschwindende Minderheit in E.

Daran hat sich auch in diesem Jahr wenig geändert. Schuld sind die sehr strengen Vorgaben der EU-Behörde. Die wollte nicht, dass die Geräte nach den neu festgelegten Grenzwerten zu schnell wieder in der A-Klasse landen – und dementsprechend erneut eine Ausdifferenzierung in A+, A++ oder A+++ fällig würde.

Allerdings bietet die aktuelle Klassifizierung potenziellen Käufern von Monitoren und TVs keine echte Orientierung: Wenn ohnehin fast alle Geräte in der schlechtesten Klasse G landen, kann man sich den Blick auf die EEI auch sparen. Dies hatte c’t bereits bei Einführung der neuen EEI-Klassen bemängelt. Unsere Berechnung zu den neuen EEI-Kennzahlen ergab, dass 4K-TVs, die 2020 noch in den Energieeffizienzklassen A, B und C lagen, mit den neuen Kennzahlen sämtlich in Klasse G abrutschen. Eine Differenzierung ist damit nicht möglich.

Hinzu kommt: In der Energieverbrauchskennzeichnung wurden weder neue Techniken wie 8K oder Mikro-LEDs berücksichtigt noch Bonuspunkte für die OLED-Technik vergeben. Sie gleicht damit bereits jetzt den Anforderungen, die mit der zweiten Stufe der Ökodesign-Richtlinie im März 2023 anstehen. (uk)