Bild 2: Local Dimming
sorgt für maximale Kontrastverhältnisse

Lokale Ausleuchtung von hochauflösenden Displays

Seit jeher werben viele Hersteller von Displays mit immer höheren Auflösungen ihrer Panels. Dabei ist die Auflösung nur eines von vielen Merkmalen eines qualitativ hochwertigen Displays. Seit einigen Jahren können Displays mit einer so hohen Auflösung produziert werden, sodass dieses Kriterium inzwischen eher zweitrangig geworden ist. Eine hohe Pixeldichte hat im Hinblick auf die Helligkeit oder das Kontrastverhältnis von Displays auch Nachteile. DMB Technics erklärt, welche Vorteile eine lokale Ausleuchtung hat und wie diese Lösung für Märkte mit relativ geringem Abnahmevolumen realisierbar wird – beispielsweise für HMIs in der Industrie.

HMI – Display

Bild 1: Die Grafik zeigt schematisch die Verhältnisse der notwendigen Fläche – im Vergleich zur nutzbaren Fläche

Betrachtet man die Struktur eines TFT-Displays unter dem Mikroskop, wird ersichtlich, warum das so ist. Eine hohe Pixeldichte (Bild 1, Beispiele Fall_1 und Fall_2) verringert die nutzbare Fläche pro Pixel. Da bei einem TFT-Display die einzelnen Pixel durch integrierte Transistoren geschaltet werden müssen, lässt sich nicht die gesamte Fläche des Glases nutzen. Das Apertur-Verhältnis wird mit steigender Auflösung immer schlechter. Außerdem belegen die Transistoren und die notwendigen Zuleitungen einen großen, meist gleichbleibenden Teil der verfügbaren Fläche. Dadurch liegt die Transmission des Displayglases selbst unter Idealbedingungen (alle Pixel aktiv) nur noch bei ungefähr 10 Prozent bei kleinen und bei ca. 8 Prozent bei hohen Auflösungen. Das bedeutet, dass von einer Hintergrundbeleuchtung mit einer Helligkeit von ursprünglich 1 000 cd/m² nur noch 100 cd/m² an der Oberfläche des Displays messbar sind.

Local Dimming

Um diesem Problem entgegenzuwirken, werden immer hellere Hintergrundbeleuchtungen eingesetzt. Neue LED-Technologien und die damit verbundenen verbesserten Wirkungsgrade machen das möglich. Doch dieses Vorgehen hat auch einen Nachteil. Physikalisch bedingt kann ein ausgeschaltetes Pixel nie 100 Prozent des Lichts blockieren, das von der Hintergrundbeleuchtung kommt. Sehr gut sichtbar ist das bei einem LCD-TV in einem dunklen Raum. Die schwarzen Bereiche wirken graublau. Der Helligkeitsunterschied von einem ausgeschalteten zu einem eingeschalteten Pixelbereich ergibt das maximale Kontrastverhältnis des LCD-Panels. Ist dieses Verhältnis besonders hoch, entsteht ein intensives Bild mit kräftigen Farben. Doch wie lässt sich nun das Kontrastverhältnis bei der immer höheren Pixeldichte weiter steigern? Die Lösung lautet Local Dimming.
Beim Local Dimming wird das Licht für die Hintergrundbeleuchtung nicht wie meistens üblich von der Seite her eingekoppelt und homogen über die ganze Fläche verbreitet. Stattdessen wird eine vollflächige Beleuchtung mittels einzelner LEDs durchgeführt. Diese Bauart wird oft als Direct type bezeichnet und ist die gebräuchlichste Beleuchtung (Bild 2).