TV-Teardown: Ich FALDe einen Fernseher auseinander

Es ist Teardown-Themenwoche. Ich nehme etwas auseinander und erkläre dir, was in reiner Textform schwierig zu erklären ist. Und weniger spannend. Wann hast du schonmal die Gelegenheit, teure Elektronik von Innen zu sehen und etwas darüber zu lernen?

In meinem Fall ist das elektronische Ding ein Fernseher.

Wie funktioniert ein Fernseher? Kurz gesagt: Da ist ein schwarzer Kasten mit Glasfront – das Panel. Darin befinden sich Millionen kleiner Zellen – Pixel –, die vom TV-Prozessor mit Informationen, was sie darstellen sollen, versorgt werden. Zum Strahlen gebracht werden die Pixel von LEDs – der Hintergrundbeleuchtung. Das Ganze ergibt dann das Bild.

Warum bei diesem Zusammenspiel zwischen Pixel, Prozessor und Hintergrundbeleuchtung ausgerechnet die Hintergrundbeleuchtung viel wichtiger ist, als dir vermutlich bewusst ist – zumindest bei LCD-Fernsehern –, will ich in diesem Teardown-Artikel erklären.

Los geht’s.

Netzteil, Mainboard und… Grafikkarte?

Ich bin aufgeregt. Fernseher sind extrem faszinierend, aber komplex. Selber einen aufgeschraubt habe ich noch nie. Darum weiss ich nicht, wo genau sich die LEDs der Hintergrundbeleuchtung befinden. Werde ich rausfinden müssen. Mein Plan: Ich entferne die Abdeckung auf der Rückseite des TVs. Dann schaue ich weiter. Irgendwie werde ich mich schon zu den Hintergrundlicht-LEDs durcharbeiten.

Was ich da aufschraube, ist ein Sony XG9005, ein Full-Array-Local-Dimming-Fernseher – das ist die Hintergrundlicht-Technologie, die fürs beste Bild sorgt. Aber dazu komme ich noch. Zuerst mache ich die Abdeckung Schraube für Schraube ab.

Zum Vorschein kommen zwei grosse und zwei kleine Platinen. Die orange Platine ist das Netzteil, über das der Fernseher mit Strom versorgt wird.

Die grosse, grüne Platine ist das Mainboard. Das Gehirn, sozusagen. Hier befinden sich zwei TV-Prozessoren. Die sorgen dafür, dass unter anderem unschönes Bildrauschen unterdrückt wird, Kanten geglättet und Farben verstärkt werden. Zudem skalieren sie HD-Inhalte hoch, indem für UHD-Auflösung fehlende Pixel dazugerechnet werden.

Ebenfalls wichtig sind die Prozessoren fürs Betriebssystem – dem Smart TV –, das flüssig laufen und prompt auf Befehle reagieren soll.

Vom Mainboard aus führen Flachbandkabel zu den besagten zwei kleinen Platinen. Kollege Kevin, seines Zeichens Computing-Experte extraordinaire, hilft mir dabei, rauszufinden, was deren Funktion ist.

Die untere Platine funktioniert ähnlich wie eine Grafikkarte: Sie nimmt prozessierte Bildinformationen vom Mainboard entgegen, verarbeitet sie und leitet anschliessend die neuen Informationen an die Pixel im LCD-Panel weiter. Die breiten, schwarzen Flachbandkabel sorgen dafür, dass die grossen Datenpakete schnell vom Mainboard via «Grafikkarte» zum LCD-Panel gelangen.

Die obere Platine ist ebenfalls via Flachbandkabel mit dem Mainboard verbunden – die Flachbandkabel dort sind schmaler. Schmaler heisst weniger Datenbandbreite. Kein Wunder: Es sind keine aufwändigen Bildinformationen, die hier durchfliessen, sondern nur Informationen für die Hintergrundlicht-LEDs, die das TV-Bild zum Leuchten bringen. Anders gesagt: Hier wird bestimmt, wann welches LED der Hintergrundbeleuchtung zu leuchten hat.

Jene LEDs, an die ich in diesem Teardown ranzukommen versuche.

Mein Problem: Die Abdeckung ist weg. Die ganzen Platinen habe ich mittlerweile ebenfalls abgeschraubt. Aber ich finde keine weiteren Schrauben oder Zugänge, mit denen ich die Rückwand entfernen könnte.

Shit.

Aber aufgeben ist nicht. Ich muss es von der anderen Seite des Panels versuchen.

Das Glas muss weg

Zuerst versuche ich, den Alu-Rahmen zu entfernen. So könnte ich das Glas vom Panel nehmen. Kann ja nicht so schwer sein?

Doch.

Das Ding muss verklebt sein. Oder anderswie mit dem LCD-Panel verhakt.

Ich versuche es weiter. Schlussendlich gelingt es mir doch noch, wenigstens die obere Seite des Alu-Rahmens zu entfernen. Das reicht, um das Glas rauszureissen. Dazu ist mehr Gewalt nötig als mir Recht ist. Aber die Zeit wird knapp. Der Dreh muss heute passieren. Und es ist schon später Nachmittag.

Es gibt kein Zurück: Ich zieh’s durch.

Fortschritt: Das Glas ist weg. Jetzt müssen die Diffusor-Folien dran glauben. Das sind Folien, die das Hintergrundlicht verstärken und gleichmässig über die ganze TV-Fläche verteilen.

Die LEDs müssten ganz nah sein...

Na, endlich! Da sind sie, die Hintergrund-LEDs.

Über den LEDs befindet sich eine weisse Schutzfolie. Weg damit!

Voilà: LED-Streifen. Auf den ersten Blick sehen sie aus, als stammen sie direkt aus dem Laden. Etwa so wie Hue Lightstrips von Philips.

Dann entdecke ich die Flachbandkabel. Sie kommen von der anderen Seite des Panels – von der oberen kleinen, grünen Platine. Zur Erinnerung: Sie verarbeitet die vom Mainboard stammenden Informationen, die bestimmen, wann welches LED zu leuchten hat.

Insgesamt zähle ich 90 «LED-Kuppeln». Pro Kuppel hat es drei LEDs. Insgesamt besitzt der Sony-Fernseher also 270 LED-Lämpchen.

Und die erfüllen einen wichtigen Job.

LCD-Fernseher und das «echte» Schwarz

Ein LCD besteht aus Pixeln, die wie Felder auf einem Schachbrett angeordnet sind – dem Pixelraster. Die Menge der Pixel, die sich innerhalb des Rasters befinden, bestimmt die Auflösung. Bei Ultra-HD-Fernseher sind das etwas mehr als acht Millionen Pixel. Meist im 16:9-Format. Sprich: 3840×2160 Pixel insgesamt.

Der Kontrast bezeichnet den maximalen Unterschied zwischen dem hellsten und dunkelsten Bildpunkt auf dem Bildschirm. Darum lässt sich salopp sagen: Je heller ein Pixel strahlen kann, desto besser. Denn so ergibt sich eine möglichst grosse Spanne zwischen hell und dunkel.

Wie hell ein Pixel strahlen kann, hängt von der Hintergrundbeleuchtung ab. Paradoxerweise aber auch, wie dunkel das tiefstmögliche Schwarz ist. Technologiebedingt können LCD-Fernseher nämlich kein Schwarz darstellen.

Kein «echtes» Schwarz, jedenfalls.

Stell dir Folgendes vor: Helle Scheinwerfer auf dunklem Hintergrund. Ideal wäre, wenn nur punktgenau jene LCD-Pixel strahlen würden, die die Scheinwerfer darstellen; die restlichen Pixel wären ausgeknipst. Wie eine Lampe. Alles, was du um die Scheinwerfer herum sehen würdest, wäre Schwarz.

Gäbe es für jedes der acht Millionen Pixel eine eigene LED, wäre das mit dem punktgenauen Ein- und Ausknipsen kein Problem. Aber auf acht Millionen Pixel kommen maximal ein paar hundert LEDs. Im Falle von Sonys XG9005, den wir aufgeschraubt haben, 270 Lämpchen. Das führt zu Gruppierungen: Ein LED strahlt für mehrere Pixel gleichzeitig.

Im Scheinwerfer-Szenario heisst das: Es gibt Pixel, die eigentlich Schwarz darstellen müssten, aber vom dahinterliegenden LED trotzdem angestrahlt werden. Damit diese Pixel trotzdem Schwarz darstellen, schotten Leuchtkristalle und Polarisationsfilter das Pixel vor dem Licht des LEDs ab.

Voilà: Schwarz.

Die Theorie klingt gut. Der Haken: In der Praxis gelingt das nicht zu hundert Prozent. Physikalisch bedingt. Ein winzig kleines bisschen Licht dringt immer durch das LCD-Pixel durch. Was du im Endeffekt siehst, ist nicht Schwarz, sondern ein sehr dunkles Grau.

Das ist es, was ich meine, wenn ich von LCD-Schwarz rede, das kein «echtes» Schwarz ist.

Das ist nicht ideal für den Kontrast. Darum versuchen LCD-TV-Hersteller, maximale Helligkeit und das tiefste Schwarz auf zwei Arten zu verbessern:

1. Mit Hintergrundlicht-Architektur
2. Mit Dimm-Technologie

Schauen wir uns das genauer an.

1. Hintergrundlicht-Architektur: Wie LEDs verbaut werden

Die Hintergrundlicht-Architektur beeinflusst die maximale Helligkeit und bestimmt, wie punktgenau besagte Helligkeit pro Pixel gesteuert werden kann. In der Regel kommen bei LCD-Fernseher drei Architekturen in Frage.

1. Direct LED: wenige LEDs, grob hinter dem LCD angeordnet
2. Edge LED: seitlich angeordnet
3. Full Array LED: sehr viele LEDs, über die gesamte LCD-Fläche angeordnet

Günstige LCD-Fernseher sind mit einer Direct-LED-Beleuchtung ausgestattet, im digitec-Shop «Basic LED» genannt. Die Produktion solcher TVs ist günstiger, weil bloss einige LED-Streifen mit wenigen LEDs, die grob hinter dem Panel angeordnet sind, verbaut werden. Das reicht aus, um alle Pixel mit genügend Licht zu versorgen. Aber besonders hell strahlen solche LCD-Fernseher nicht.

Etwas teurer ist die Produktion von Edge-LED-TVs. Dort sitzen die LEDs im Rahmen – darum das «Edge». Gleichzeitig nimmt die Anzahl LEDs zu, was für hellere Displays sorgt.

Die beste Hintergrundbeleuchtung bietet Full Array LED – englisch für «gesamte Bandbreite». Genau wie bei Direct LED befinden sich die Leuchtdioden direkt hinter dem LCD. Der Unterschied ist, dass da nicht bloss ein paar wenige LEDs sind. Eher so zwischen hundert und fünfhundert, je nach Hersteller und Modell.

Tatsächlich wurden mir an der diesjährigen IFA in Berlin Full-Array-Panels mit bis zu tausend Leuchtdioden gezeigt.

Zusammenfassend: Je vollflächiger die LED-Abdeckung, desto besser die maximale Helligkeit und die Möglichkeit, die Helligkeit pro Pixel zu bestimmen – und die damit verbundenen Kontrastwerte. Full Array bietet die grösste LED-Abdeckung. Edge LEDs, obwohl bloss seitlich liegend, haben die zweitgrösste Abdeckung. Das Schlusslicht bildet Direct LED.

2. Dimm-Technologien: Wie «fast echtes» Schwarz entsteht

Die Dimm-Technologie wirkt sich auf die maximale Dunkelheit aus. Zur Erinnerung: LCD-Pixel, die Schwarz darstellen sollen, blocken das Hintergrundlicht ab. Allerdings nie zu hundert Prozent, darum entsteht eher Dunkelgrau. Ziel wäre aber Schwarz. Drei unterschiedlich gute Dimm-Technologien helfen nach.

1. Dimming
2. Local Dimming
3. Full Array Local Dimming

Dimming bedeutet, dass LEDs bei dunklen Bildern die Hintergrundbeleuchtung runterdimmen. So, dass LCD-Pixel das Licht besser blocken können. Dunkelgrau ist dadurch näher an Schwarz, aber die Bildbereiche, die eigentlich hell strahlen sollen, leiden darunter. Das exemplarische Scheinwerferlicht auf dunklem Hintergrund. Darum findest du Dimming nur bei günstigen LCD-Fernsehern.

Viel besser macht’s Local Dimming. Die Technologie gibt’s hauptsächlich in Fernsehern mit Edge LED. Im Wesentlichen strahlen LEDs in der Nähe von hellen Bildbereichen, während sie sich in dunklen Bildbereichen dimmen oder ganz ausschalten – «lokales Dimmen». Aber bei Edge LEDs strahlen die Leuchtdioden seitlich ins Bild. Das kann auf dunklem Hintergrund zu sichtbaren Lichtsäulen führen.

Am besten ist die Kombination aus Full Array – der Hintergrundlicht-Architektur – und Local Dimming. Das nennt sich Full Array Local Dimming (FALD). LEDs werden so präzise angesteuert und lokal gedimmt oder gar ausgeschaltet: Während die Scheinwerfer-Pixel im Scheinwerfer-Beispiel hell strahlen, bleiben die Bereiche drumherum dunkel.

Dabei gilt: Je mehr LEDs in der Full-Array-Architektur vorhanden sind, desto mehr Dimmzonen sind theoretisch möglich. Je mehr Dimm-Zonen tatsächlich vorhanden sind, desto präziser das punktgenaue Anstrahlen der einzelnen Pixel. Je nach Full-Array-Fernseher sind das einige dutzend Dimmzonen.

Oder Hunderte.

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