LED-Fernsehgeräte sind Fernsehgeräte, bei denen Leuchtdioden (kurz LED von ) entweder zur Hintergrundbeleuchtung oder zur Erzeugung des Bildes selbst eingesetzt werden. mini|Moderner 40-Zoll-LED-Fernseher im ausgeschalteten Zustand (2019)

Die folgende Begriffsklärung gilt auch für die meisten Computermonitore, welche zur Bilddarstellung sehr ähnliche Technik verwenden. Meist handelt es sich um einen Flüssigkristallbildschirm (kurz LCD von englisch liquid crystal display), dessen Hintergrundbeleuchtung aus Leuchtdioden besteht (siehe LED-Hintergrundbeleuchtung). Dafür werden sowohl weiße, wie auch zu weiß mischbare farbige Leuchtdioden verwendet, die neben oder hinter der Flüssigkristallanzeige angeordnet sind. Der Begriff „LED-Fernseher“ ist bei dieser Art von Anzeigetechnik irreführend, jedoch üblich. Korrekt müssten solche Geräte als „LED-hintergrundbeleuchtete LCD-Fernseher“ beziehungsweise „LED-LCD“ bezeichnet werden.

Begriffsklärung mini|Vergleichsschema LCD/LED

Bis etwa 2008 wurden im Wesentlichen nur vier unterschiedliche Techniken für den Gebrauch zuhause angeboten, nämlich Kathodenstrahlröhrenbildschirme (kurz CRT von englisch cathode ray tube), Flüssigkristallbildschirme (kurz LCD von englisch liquid crystal display), Plasmabildschirme (kurz PDP von englisch plasma display panel) und Projektionsanzeigen (kurz DLP von englisch digital light processing). 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.

Seit etwa 2009 werden im Handel LED-Fernseher () und LED-Monitore angepriesen (Schema Anzeigetyp B). Dabei handelte es sich bis 2022 noch in praktisch fast allen Fällen um die bisherigen Flüssigkristallanzeigen zur Bilderzeugung. Neu ist nur die Hintergrundbeleuchtung dieser LCD-Fernseher mittels Leuchtdioden (englisch LEDs; Schema: Teil 3, wobei ein nicht eingezeichneter Lichtverteiler für eine flächige Ausleuchtung sorgt).

Herstellung der Leuchtdioden Monolithische LEDs werden auf einkristallinen Halbleiterscheiben (Wafers) hergestellt. Diese durch Kristallzüchtung hergestellten runden Scheiben haben heute einen Durchmesser von bis zu 30 cm. Wenn alle übrigen Probleme gelöst wären, könnte man damit keine größeren monolithischen LED-Bildschirme herstellen. In der Praxis werden daraus einzelne LEDs durch Zertrennen der Scheibe und individuelle elektrische Kontaktierung gewonnen.

Flüssigkristallbildschirme: Vergleich der Hintergrundbeleuchtungstechniken

Bis etwa 2008 wurden bei LCD-Fernsehern praktisch ausschließlich Kaltkathodenröhren (Leuchtröhren) als Hintergrundbeleuchtung verwendet (Schema: Teil 2 in Kombination mit einem nicht eingezeichneten flächigen Lichtverteiler).

Vorteile von LED gegenüber Leuchtröhren als Hintergrundbeleuchtung Die Verwendung von LEDs (Schema: Teil 3) anstelle von Leuchtröhren wird in der Produktwerbung hervorgehoben, weil folgende Vorteile gegenüber der früheren Technik bestehen: In: ledtele.co.uk.

Kompaktere Bauweise mit geringerer Tiefe des Gerätes. Geringerer Stromverbrauch, bei niedrigeren elektrischen Spannungen. Kürzere Schaltzeiten (siehe dynamische Leuchtdiodenansteuerung). Geringere Abnahme der Lichtintensität und Veränderung des Farbspektrums im Laufe der Nutzung. Höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer.

Flüssigkristallbildschirme mit Edge LED mini|Geöffnetes Gehäuse eines IPod Touch mit Edge LED (2012)

Bei der seitlichen Anordnung (englisch: edge LED oder edge lit, von edge: Kante) sind einige wenige weißleuchtende LEDs an den Seiten des Monitors angebracht und beleuchten von dort aus über eine Streulichtverteilscheibe (als Hintergrundbeleuchtung) die gesamte Flüssigkristallanzeige. In vielen Fällen sind die LEDs bei Fernseher nur im oberen und/oder unteren Seitenrand verbaut.

Eine selektive Ansteuerung dieser Leuchtdioden um die Kontraste im Detail zu verbessern ist möglich und nennt sich edge lit dimming. Dabei entstehen allerdings optische Nebeneffekte in Form von vertikalen Blooming-Streifen (ein Lichtschein-Streifen um helle Objekte mit dunklem Hintergrund).

Vorteile allgemein Aus Kostengründen ist dies heute (2020) die am häufigsten verwendete Technik. Vorteil ist eine geringe und kompakte Gehäusetiefe.

Nachteile allgemein mini|Edge-LED Demonstration, ohne LCD-Panel für Vorführzwecke (2010)

Durch die Lichtdurchlässigkeit des LC-Panels, lassen sich mit dieser Technik keine sehr hohen Kontraste und keine tiefe Schwarzwerte erzielen. Schwarze Bildinhalte wirken eher leicht Grau als tief Schwarz. Als Nachteil treten Probleme bei der gleichmäßigen Ausleuchtung größerer Flächen auf, weil LC-Panel leicht lichtdurchlässig sind, so dass die Hintergrundbeleuchtung leicht durchscheint, dies ist unter Umständen besonders an den Bildschirmseiten erkennbar, wo die LEDs angebracht sind. Bei Edge lit dimming können deutlich erkennbare optische Blooming-Nebeneffekte entstehen.

Flüssigkristallbildschirme mit Full Array LED mini|Full Array LED Demonstration, ohne LCD-Panel für Vorführzwecke (2010)

Bei der flächigen Anordnung (englisch: full array oder direct LED oder direct lit) erleuchten auf der gesamten Bildfläche weiße Leuchtdioden das Bild von hinten. Hierdurch entsteht eine gleichmäßigere und besser verteilte Hintergrundbeleuchtung.

Local Dimming Bisherige Flüssigkristallbildschirme haben einen beschränkten Kontrast, weil die Darstellung eines schwarzen Bildpunktes (Pixel) wegen der immer noch etwas durchscheinenden Hintergrundbeleuchtung nicht vollständig dunkel war (Schwarze Bildinhalte sind leicht gräulich). Durch selektive Ansteuerung der im Hintergrund verteilten Leuchtdioden (Local Dimming) können je nach Bildinhalt dunkle Teile durch die reduzierte lokale Beleuchtung () dunkler gemacht und deshalb der Kontrast im Detail gesteigert werden. Die Anzahl der verteilt angebrachten Leuchtdioden (Schema B: Teil 3) und somit dimming zones ist allerdings viel kleiner als die Anzahl Pixel der Flüssigkristallanzeige. Deshalb lässt sich die erwähnte Kontraststeigerung nicht individuell für jeden einzelnen Bildpunkt, sondern nur für eine größere Gruppe benachbarter Bildpunkte erzielen, womit unerwünschte Effekte wie Ghosting und Blooming auftreten wie beispielsweise ein Lichtschein um helle Objekte mit dunklem Hintergrund. Je nach Displaygröße und Modell sind im Jahr 2020 zwischen 16 und 600 Dimming-Zonen üblich. Je niedriger die Anzahl der Local Dimming Zones ist, und umso schlechter der Algorithmus für das Local Dimming ist, umso mehr zeigen sich im Bild unerwünschte Nebeneffekte wie Ghosting und Blooming, die prinzipiell durch das Local Dimming verursacht werden.

Local Dimming ist auch notwendig, um insbesondere bei großflächigen Bildschirmen die für die Hintergrundbeleuchtung erforderliche elektrische Energie zu verringern. Derart kann der höhere Stromverbrauch im Vergleich mit OLED-Bildschirmen bei dunklen Bildinhalten verringert werden.

Flüssigkristallbildschirme mit Full Array RGB LED mini|LED-Streifen in einem 40-Zoll-TV. Ohne weiße Reflektorfolie und den Streufolien zwischen LCD-Panel und LED-Streifen. (2016)

Zusätzliche Vorteile ergeben sich bei speziellen Ausführungen der Leuchtdioden: Hier werden mehrere zusammengefügte Rot-Grün-Blau-Leuchtdiodenkombinationen hinter der Anzeigefläche verteilt angebracht (additive Farbmischung, RGB ). Diese Art von Beleuchtung, abgestimmt auf die Farbfilter der Flüssigkristallanzeige, ergibt sich ein besseres Farbspektrum angezeigten Bilder, ist jedoch baulich aufwändiger und damit deutlich teurer als die Verwendung von nur weißen Leuchtdioden oder Leuchtdioden entlang der Bildschirmperipherie (). Full Array mit RGB LED sind am Markt kaum erhältlich.

Flüssigkristallbildschirme mit Full Array Mini LED Hier werden genau wie bei Full Array, bzw. direct LED die einzelnen Leuchtdioden (dimming zones) angesteuert um bessere Kontraste und tiefere Schwarzwerte zu erzielen. Der wesentliche Unterschied liegt allerdings daran, dass eine sehr viel höhere Anzahl an Leuchtdioden und Local Dimming Zones verwendet wird, und somit die Leuchtdioden entsprechend klein sein müssen (Mini). Hierdurch können die Bildschirme höhere und noch schärfere In-Bild-Kontraste erreichen mit deutlich weniger Ghosting und Blooming Nebeneffekten, die durch das Local Dimming entstehen, und somit High Dynamic Range- (kurz: HDR Video)-Medien qualitativ hochwertiger und detailreicher abbilden.

Definition von Mini LED Einige Hersteller definieren MiniLED, wenn die eingesetzten Leuchtdioden zwischen 0,05 und 0,2 mm klein sind. Unter 0,05 oder 0,01 mm werden die LEDs von den Herstellern als MicroLED definiert. Andere Hersteller definieren Mini LED wenn mindestens 1000 Mini LED eingesetzt werden, diese aber wiederum gruppiert weniger als 1000 dimming zones ausmachen können, d. h. dass nicht jede Mini LED eine Verstärkerschaltung hat. Und einige Hersteller erklären Fernseher ab mindestens 1000 dimming zones zu Mini LED-Fernseher. So erklärt TCL seine zukünftige 8er Serie als Mini LED-Fernseher anhand der 250.000 Mini LEDs und den 1000 dimming zones, wiederum seinen 2020 bereits am Markt erhältliche Mini LED X10 Serie auch als Mini LED-Fernseher mit 15.360 Mini LEDs und 768 dimming zones.

Entwicklung und Marktsituation von Mini LED Einige Hersteller wie Lextar entwickeln seit Anfang 2020 ein Chip-On-Glass-Module (COG) mit aktiver Matrix, welche die Mini LEDs quasi direkt in ein Glassubstrat integrieren können, womit trotz Full Array und Local-Dimming sehr geringe Gehäusetiefen wie bei Edge-lit ermöglicht werden könnten. Seit Juni 2020 ist der Mini LED PC Monitor ASUS ProArt PA32UCX-PK auf dem deutschen Markt erhältlich der 1.152 dimming zones hat. Am 6. Oktober 2020 hat Dell angekündigt, mit dem UltraSharp 32 HDR PremierColor Monitor (UP3221Q) den ersten 4K-UHD-Mini-LED-PC-Monitor, der über 2000 dimming zones hat, ab 9. November 2020 auf den deutschen Markt zu bringen.

Flüssigkristallbildschirme mit LED und Quantenpunkten (QLED)

mini|QLED Fernseher (2018)

Mit Hilfe von Nanohalbleiterkristallen (Quantenpunkte, engl. ), als Schicht auf einer Glasplatte oder Folie aufgebracht und durch blaue, kurzwellige LEDs (z. B. aus GaN) von hinten bestrahlt, kann das Farbspektrum der Hintergrundbeleuchtung von LCDs auf eine bisher unerreichte Art optimiert werden (Fachausdruck erweiterter Farbraum). Diese Form von Fluoreszenztechnik wird in verschiedenen Laboratorien weiterentwickelt. Die US-Firma 3M als bedeutender Lieferant von Hintergrundbeleuchtungskomponenten für LCDs arbeitet mit Nanosys, Inc. an entsprechend beschichteten Folien. Schon seit mehreren Jahren ist auch die britische Firma Nanoco Group PLC in der Weiterentwicklung von Quantenpunkten tätig und hat mit asiatischen Herstellern von Flüssigkristallanzeigen und OLEDs Zusammenarbeitsverträge abgeschlossen. Auch die US-Firma QD Vision arbeitet mit asiatischen Firmen zusammen, welche die Hintergrundbeleuchtung von LC-Anzeigen optimieren und seit 2016 zu Samsung gehört. Gleiches gilt für die Schweizer Firma Avantama, welche erst später Quantenpunkte entwickelt und hergestellt hat, welche jedoch kein giftiges Cadmium enthalten und auf Nanokristallen mit Perowskit-Struktur beruhen.Cadmium-free quantum dot display. In: Avantama.com, abgerufen am 17. August 2019.