Local Dimming – Verbesserung der LCD-Displays

Die Hintergrundbeleuchtung oder Hintergrundbeleuchtung von LCD-Displays beeinflusst eine Reihe von Parametern in der endgültigen Anwendung. Es gibt zwei Arten von Hintergrundbeleuchtungen auf dem Markt: kantenbeleuchtete und direktbeleuchtete. Ihre Leistung kann durch den Einsatz einer dynamischen Helligkeitsanpassung in den einzelnen Bildschirmzonen, d. h. der Local-Dimming-Technologie (und in einigen Fällen Full-Array-Optionen), weiter beeinflusst werden. In diesem Artikel erfahren Sie die Unterschiede, Vor- und Nachteile, die die heutigen Hintergrundbeleuchtungstechnologien bieten.

Was ist eine Hintergrundbeleuchtung?

Bei der Klassifizierung von LCD-Displays können wir drei Typen unterscheiden, je nachdem, wie der auf dem Bildschirm präsentierte Inhalt beleuchtet wird:

• Lösungen wie reflektierende – Displays, bei denen Inhalte durch Umgebungslicht beleuchtet werden und der Effekt z. B. durch einen Spiegel erzielt wird, der sie reflektiert; Sie kommen unter anderem zum Einsatz. In Taschenrechnern;
• Lösungen wie Transmissive – Displays, bei denen der Inhalt durch Licht beleuchtet wird, das von einer Hintergrundbeleuchtung ausgestrahlt wird;
• Lösungen wie transflektive – Displays, die beide Technologien kombinieren; Sie verwenden zum Beispiel sowohl Spiegel als auch Hintergrundbeleuchtung.

Aus der Perspektive des Themas, das in diesem Artikel angesprochen wird, interessieren wir uns für Lösungen des Typs transmissiv i transflektiv, da bei ihnen Hintergrundbeleuchtungen verwendet werden. Dabei handelt es sich um eine zusätzliche “Schicht” des LCD-Displays, deren Aufgabe es ist, Licht abzugeben. Es ist notwendig, dass das Bild auf dem Bildschirm erscheint. Ursprünglich waren die Lichtquellen in der Hintergrundbeleuchtung CCFL-Technologien, die jedoch durch effizientere LEDs ersetzt wurden.

Arten von Hintergrundbeleuchtungen in LCD-TFT-Displays

LCD-TFT-Displays verwenden eine Vielzahl von Flüssigkristallmatrix-Hintergrundbeleuchtungstechnologien, um eine angemessene Bildhelligkeit und einen angemessenen Kontrast zu gewährleisten. Am beliebtesten sind die Edge-Lit-Backlighting (ELED), bei der LEDs am Rand des Bildschirms platziert werden, die Direct-Lit-Backlighting (DLED) mit LEDs, die gleichmäßig hinter der Matrix verteilt sind, und Full-Array Local Dimming (FALD), eine Weiterentwicklung von DLED mit individueller Helligkeitsregelung einzelner LEDs. Jede dieser Technologien hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, die ihren Einsatz in bestimmten Displaymodellen bestimmen.

Was ist eine edge-lit Backlight (ELED)?

Bei Edge-Light-Lösungen (ELED) sind die LEDs in einer Linie nahe dem Rand des LCD-Displays angeordnet. Bei industriellen Anwendungen wird die Hintergrundbeleuchtung in der Regel an der Unterkante platziert, manchmal wird sie mit einem zusätzlichen LED-Streifen, wie z. B. an der Oberkante, verstärkt. Eine seltene Lösung besteht darin, alle vier Kanten zu füllen.

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Was ist eine direktbeleuchtete Hintergrundbeleuchtung (DLED)?

Bei direktbeleuchteten Lösungen (DLED) sind die LEDs gleichmäßig auf einer Ebene hinter dem LCD-Panel verteilt. Es ist erwähnenswert, dass bereits eine LED, die direkt hinter dem Panel und nicht am Rand platziert ist, die Lösung als Typ betrachtet. Natürlich verwenden Hersteller mehr als eine LED bei der Hintergrundbeleuchtung, da die Anzahl der LEDs die Lesbarkeit der dargestellten Informationen erheblich beeinflusst.

Kantenbeleuchtet vs. direkt beleuchtet

Hier muss man ehrlich sagen: “Es kommt darauf an”. – Zunächst einmal auf die Art der Anwendung, für die das LCD ausgewählt wird. Vergleichen lassen sich die beiden Technologien hinsichtlich der Unterschiede, die zum Beispiel auf die Anzahl der verwendeten LEDs im Backlight-Design zurückzuführen sind. Dazu gehören:

• Energieverbrauch – je weniger LEDs, desto geringer der Energieverbrauch, hier sind kantenbeleuchtete Lösungen im Vorteil;
• Produktionskosten – je mehr LEDs, desto höher die Produktionskosten, was wiederum den Edge-Light-Lösungen einen Vorteil verschafft;
• Bildqualität – je mehr LEDs, desto besser die Gleichmäßigkeit der Hintergrundbeleuchtung, was sich in einer besseren Bildqualität niederschlägt, einschließlich höherer Helligkeit und Kontrast, gleichzeitig wird das Phänomen der Blendung um helle Elemente vor einem dunklen Hintergrund eliminiert; Hier sind Lösungen mit direkter Beleuchtung wegweisend.

Bei einigen Anwendungen kann die “Kompaktheit” des LCD-Displays und damit seine Abmessungen, einschließlich der Dicke, ein entscheidender Faktor sein. Hier kann es daher notwendig sein, eine kantenbeleuchtete Variante zu verwenden, die – konstruktionsbedingt – dünner ist.

Wir haben die wichtigsten Unterschiede tabellarisch aufgeführt:

Was ist ein Lichtleiter?

Im Zusammenhang mit der Hintergrundbeleuchtung sind auch Lichtleiter zu erwähnen, die es – je nach Anordnung der LEDs – ermöglichen, ein zufriedenstellendes Maß an Gleichmäßigkeit der Hintergrundbeleuchtung zu erreichen, indem sie das von den einzelnen LEDs kommende Licht streuen. Dabei wird ein speziell entwickelter Lichtleiter (LGP – Light Guide Plate) verwendet, bei dem es sich um eine Schicht aus halbtransparentem Kunststoffdiffusor (normalerweise aus PMMA) handelt, der das Licht durch eine Reihe von ungleichmäßig verteilten Laschen streut. Die Idee ist, eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Helligkeit über die gesamte Oberfläche des Bildschirms zu erreichen.

Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte oder Gleichmäßigkeit/Linearität der Hintergrundbeleuchtung

Die Gleichmäßigkeit/Linearität der Hintergrundbeleuchtung (Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte) ist einer der Parameter in den technischen Spezifikationen eines LCD-Displays. Sie wird gemessen, indem die Helligkeit mehrerer zufällig ausgewählter Punkte auf dem Bildschirm bestimmt wird. Basierend auf der Differenz zwischen den hellsten und dunkelsten Flecken wird die Gleichmäßigkeit der Hintergrundbeleuchtung, ausgedrückt in Prozent, berechnet. Je näher an 100 %, desto größer ist die Gleichmäßigkeit der Hintergrundbeleuchtung, d. h. die Helligkeitsunterschiede auf dem Bildschirm sind geringer.

Wie funktioniert Local Dimming?

Lokales Dimmen ist eine zonale (definiert als Rechtecke, Spalten oder Reihen) Technologie zur Anpassung der Hintergrundbeleuchtung des Bildschirms, bei der die Lichtmenge in einem bestimmten Teil des Displays dynamisch gesteuert wird. Dunklere Teile des Bildes werden weniger beleuchtet und hellere Teile werden entsprechend aufgehellt, was nicht nur den Kontrast verbessert, sondern auch eine echte Schwarztiefe erzeugt.

Es gibt jedoch Situationen, in denen Local Dimming das Bild verzerren kann. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn es sich um kleine Objekte auf einem einheitlichen Hintergrund handelt. Ein gutes Beispiel sind Sterne am Nachthimmel – sie können auf einem LCD mit lokaler Abdunkelung weniger sichtbar sein, da die Zone die Information erhält, dass der größte Teil des Bildes dunkel ist, und die Hintergrundbeleuchtung reduziert wird, die für die Beleuchtung der Sterne erforderlich ist.

Local Dimming kann sowohl bei kantenbeleuchteten als auch bei direktbeleuchteten Lösungen auf verschiedene Weise eingesetzt werden. Beachten Sie, dass die Verwendung der lokalen Dimmtechnologie unter anderem die Notwendigkeit erfordert, die Steuerung anzupassen, die das Ein- und Ausschalten einzelner LEDs verwaltet (PWM – Pulsweitenmodulation – Leistungspulsweitenmodulation für ausgewählte LEDs).

Was ist Full-Array Local Dimming (FALD)?

Full-Array-Local-Dimming ist eine Weiterentwicklung der Möglichkeiten der direkt beleuchteten Hintergrundbeleuchtung, bei der die Helligkeit jeder LED, die diese Art von Hintergrundbeleuchtung bildet, individuell gesteuert wird. Es ermöglicht – dank des erzielten Kontrasts sowie der hervorragenden Wiedergabe von Schwarz- und Grautönen – eine noch bessere Bildqualität. Allerdings ist es eine teure Lösung in der Produktion und Umsetzung. Der Einsatz wird in Anwendungen empfohlen, die höchste Präzision und höchsten Dynamikbereich bei der Bilddarstellung erfordern. Wie kann man den Unterschied im Vergleich von Full-Array-LED und direktem LED-Local-Dimmen ausgleichen? Full-Array bietet die Möglichkeit, einzelne LEDs zu steuern, während die direkte Beleuchtung auf die gesamte Bildschirmoberfläche angewendet wird, ohne Zoneneinteilung. Wenn die Präzision des resultierenden Bildes auf dem Bildschirm in Ihrem Projekt von größter Bedeutung ist, fällt die Wahl zwischen direkter LED und Full-Array auf letzteres. Wenn Sie hingegen Ihr Projekt in Bezug auf die Kosten optimieren möchten, aber dennoch die Möglichkeit haben möchten, die gesamte Bildschirmfläche vollständig auszuleuchten (z. B. in einer stark beleuchteten Umgebung), können Sie sich für eine direkt beleuchtete Hintergrundbeleuchtung entscheiden.

Hintergrundbeleuchtung vs. Lebensdauer von LCD-Displays

Die Lebensdauer eines LCD-Displays ist, vereinfacht ausgedrückt, die Zeit, die benötigt wird, um Inhalte ohne Fehler auf einem LCD-Bildschirm darzustellen. Die Hersteller geben für jedes LCD-Modell einen Parameter an, der als LED-Lebensdauer bezeichnet wird, d. h. als die durchschnittliche Dauer des störungsfreien Betriebs der LEDs. Sie wird als die Anzahl der Stunden ausgedrückt, nach denen sich die LEDs allmählich verschlechtern (in diesem Fall wird die Leuchtdichte der LEDs auf 50 % über dem ursprünglichen Wert festgelegt). Mit dynamischer Hintergrundbeleuchtung (und es muss keine Full-Array-Variante sein) reduzieren wir den LED-Verbrauch. Erfahren Sie mehr über die Lebensdauer von LCD-Displays.

Full-Array-Local-Dimming im Vergleich zu OLED

Über die Auswahl der optimalen Art der Hintergrundbeleuchtung muss bei OLED-Displays nicht nachgedacht werden. Kann OLED eine Alternative zu Full-Array sein? Der Hauptunterschied zwischen diesen Technologien besteht darin, dass bei OLED-Displays jedes Pixel Licht emittiert, während bei LCD-Displays mit Full-Array-Local-Dimming-Technologie die Hintergrundbeleuchtungszonen gesteuert werden. Das bedeutet, dass OLED-Lösungen einen höheren Kontrast, tiefere Farben und Schwarztöne sowie einen geringeren Stromverbrauch erzielen können. Trotzdem werden LCD-Lösungen in Bezug auf die Produktionskosten immer attraktiver sein. Wie lautet also das Urteil des Vergleichs zwischen lokalem Full-Array-Dimming und OLED? Wenn die Bildqualität das einzige Kriterium ist, empfehlen wir in diesem Fall OLED. Wenn das Budget des Projekts jedoch begrenzt ist, lohnt es sich, eine richtig ausgewählte Edge-Hintergrundbeleuchtung oder die teurere und energieintensivere Full-Array-Option in Betracht zu ziehen.

Endgültige Wahl: Edge-lit vs. direct-lit oder vielleicht eine Full-Array-Variante?

Welche Hintergrundbeleuchtungstechnologie ist die beste Lösung für Ihr Projekt? Direkte LED vs. Edge-LED vs. Full-Array-Hintergrundbeleuchtung – welche Art von lokalem LED-Dimmen ist die beliebteste? Bei der Wahl der richtigen Hintergrundbeleuchtungstechnik sollten Sie sich vom gewünschten Effekt, also den wichtigsten Parametern des Endgeräts, leiten lassen. Daher gibt es keine allgemeingültige Antwort für den Vergleich von Full-Array-Local-Dimming und Edge-Lit-Local-Dimming, da die Hintergrundbeleuchtung, die durch diese beiden Lösungen erreicht wird, möglicherweise nicht perfekt zum geplanten Endgerät passt – je nachdem, wie der Benutzer des Geräts es verwenden wird.

Zusammengefasst wirkt sich die Art der Hintergrundbeleuchtung unter anderem aus:

• optische Parameter wie Helligkeit, Kontrast und Farbraum, die die Qualität der erhaltenen Bilder (und die Lesbarkeit der präsentierten Inhalte) veranschaulichen,
• Energieverbrauch/Energieeffizienz,
• Lebensdauer des LCD-Displays,
• Preis des LCD-Displays.

Wenn der Entwickler diese Abhängigkeiten kennt, ist er in der Lage, eine Lösung auszuwählen, die am besten für den beabsichtigten Verwendungszweck der Anwendung geeignet ist. Wenn Sie sich also fragen, was Sie wählen sollen: Edge-LED-Local-Dimming vs. Full-Array-Dimmen – kontaktieren Sie uns am besten, um die Zielanwendung zu besprechen, in der das entworfene Gerät platziert werden soll.

Als Beispiel für das Dilemma zwischen Full Array Dimming und Local Edge Dimming sind Digital Signage-Systeme einige der anspruchsvollsten Anwendungen für LCD-Displays. Sie sollen den Nutzern nicht nur einen kontinuierlichen Zugang zu Informationen ermöglichen, sondern auch den besten Empfang von Inhalten auch unter extremen Bedingungen, wie z. B. an stark belichteten Orten. In solchen Anwendungen wird es möglich sein, das wahre Potenzial zu erkennen, das in fortschrittlichen LCD-Displays liegt, z. B. mit implementierter Full-Array-Local-Dimming-Technologie – trotz ungünstiger Bedingungen sollte es immer noch kein Problem sein, den auf dem Bildschirm belichteten Inhalt zu lesen.

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