Hintergrundbeleuchtung für Industrie-LCDs

Leuchtdioden kommen in immer mehr mittel- und großformatigen Displays als Backlight zum Einsatz. Hier übernimmt die Unterhaltungselektronik eine Vorreiterrolle, doch taugt diese Art der Hinterleuchtung auch für industrielle Anwendungen? Vor allem bei Industriedisplays besteht die Herausforderung...

Leuchtdioden kommen in immer mehr mittel- und großformatigen Displays als Backlight zum Einsatz. Hier übernimmt die Unterhaltungselektronik eine Vorreiterrolle, doch taugt diese Art der Hinterleuchtung auch für industrielle Anwendungen? Vor allem bei Industriedisplays besteht die Herausforderung darin, die Vorteile von LED-Hintergrundbeleuchtungen mit den für industrielle Anwendungen geforderten Standards bezüglich Temperaturbeständigkeit und Robustheit zu verbinden.

Die Wunschliste von Designingenieuren bezüglich Hintergrundbeleuchtungen für industrielle Displays ist lang: Hohe Helligkeit bei guter Uniformität, weitreichende Dimmbarkeit, geringes Gewicht, niedriger Stromverbrauch, lange Lebensdauer über einen weiten Temperaturbereich und hohe mechanische Belastbarkeit sind nur einige Aspekte. Hinzu kommen langfristige Verfügbarkeit und geringe Kosten. Keine der Backlight-Techniken, die derzeit am Markt sind, decken alle Aspekte gleichermaßen gut ab. Als Leuchtmittel zur Hinterleuchtung von Industriedisplays haben sich seit langem Kalt-Kathoden-Fluoreszenz-Röhren (CCFL) bewährt und das aus gutem Grund: Sie liefern große Helligkeit und vor allem bei großformatigen Displays eine hohe Lichtausbeute. Weiterhin spricht für die CCFLs die Lebensdauer von rund 50 000 Stunden vor allem bei hohen Betriebstemperaturen sowie die hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der etablierten Technik.

Einige Nachteile der CCFLs sind dennoch nicht von der Hand zu weisen, angefangen bei der hohen Betriebsspannung von bis zu über 1 kV. Die benötigten Spannungsinverter und Schutzbeschaltungen machen CCFL-Hinterleuchtungen zu vergleichsweise komplexen Systemen. Zudem stoßen die fluoreszierenden Röhren schnell an ihre Grenzen, insbesondere bei tiefen Temperaturen, beim Dimmen, was überdies die Lebensdauer verkürzt, sowie bei starken Vibrationen und anderen mechanischen Belastungen. Hinzu kommt die quecksilberhaltige Gasfüllung der Röhren. Für CCFLs gibt es zwar eine Ausnahmeregelung vom RoHS-Reglement, doch nur solange keine adäquate Alternative zur Verfügung steht.

LEDs im Großformat

Prinzipiell stellen LEDs als Leuchtmittel zur Hinterleuchtung von mittleren und großen Displays eine Alternative dar. Zunächst einmal wiegen sie die angeführten Nachteile der Röhren auf. So ist bei Industriedisplays wichtig, dass LEDs verglichen mit CCFLs mechanisch wesentlich robuster sind. Darüber hinaus beinhalten sie kein Quecksilber und begnügen sich mit einer DC-Versorgung mit niedriger Spannung. Dadurch entfällt der für CCFLLampen notwendige Hochspannungskonverter. Die Konsequenz: Neben einer reduzierten Systemkomplexität lassen sich LED-hinterleuchtete LCDs überall dort gut einsetzen, wo Hochspannung unerwünscht ist, beispielsweise in explosionsgefährdeten Bereichen. Zudem haben LEDs als Hintergrundbeleuchtung vor allem bei niedrigen Umgebungstemperaturen ihre Stärken, dazu gehört auch ihr schnelles Ansprechverhalten. CCFLs erbringen die volle Lichtleistung erst, wenn sie ihre normale Betriebstemperatur erreicht haben. Das kann schon bei Raumtemperatur einige Minuten dauern. LEDs hingegen erreichen ihre volle Leuchtkraft nahezu sofort, sobald die Betriebsspannung anliegt, wobei sich die Helligkeit stufenlos über den gesamten Bereich von 0 V bis zur maximalen Betriebsspannung regeln lässt, ohne die Lebenddauer des Backlights zu beeinträchtigen. Kalte Umgebungen können ihnen dabei nichts anhaben – im Gegenteil: Umgebungstemperaturen deutlich unterhalb der Standardtemperatur von +25 °C verlängern die Lebensdauer von LEDs auf weit über 50 000 Stunden.