Hersteller und Kunden setzen bei TFTs zunehmend auf LED-Backlight Die Röhre hat ausgedient

NEC erleichtert seinen Kunden den Umstieg von CCFL auf LED zusätzlich durch eine »LED-Zwillingsversion«: Zu den gut etablierten CCFL-Displays, wie dem 10,4-Zoll-VGA oder dem 12,1-Zoll-SVGA, die seit über 15 Jahren auf dem Markt sind, gibt es sukzessive zusätzlich eine Alternative mit LED-Backlight. Bild: Renesas Electronics

In neuen Anwendungen haben TFTs mit LED-Hinterleuchtung klar die Nase vorne. Die Kaltkathodenröhre (CCFL) kommt nur noch bei bestehenden Designs und sehr temperaturkritischen Applikationen zum Zug. »Mittelfristig wird die LED die CCFL vollständig ablösen«, ist sich Frank Jammers, Senior Engineer (NEC) LCD Marketing & Business Operations bei Renesas Electronis Europe, sicher.

Sieht man von wenigen Ausnahmen einmal ab, zum Beispiel Spezial-Displays für medizinischen Anwendungen, dann statten Hersteller wie NEC, Sharp, Hitachi, AUO und CMO ihre  neuen industrietauglichen Displays inzwischen nur noch mit LED-Backlights aus. Das bestätigt auch Frank Jammers: »Wir designen inzwischen alle Neuentwicklungen mit LED-Backlight. Das schließt auch überarbeitete Versionen von im Markt etablierten Displays ein. Lediglich bei einigen wenigen und hochspeziellen Medizindisplays planen wir noch mit der CCFL-Hinterleuchtung.« Bei kleinformatigen Displays für portable Applikationen, aber auch im Automobilbereich, sind LED-hinterleuchtete LCDs laut Mario Klein, Manager Business Segment Industrie Komponenten, Sharp Microelectronics Europe, inzwischen Stand der Technik. »Doch auch bei größeren Diagonalen werden LED-Backlights immer stärker nachgefragt. Bestes Beispiel sind LCD-Fernseher. Inzwischen ist rund jedes dritte Gerät mit LED-Hintergrundbeleuchtungen ausgestattet«, so Klein.

»Unsere Kunden verlangen bei neuen Entwicklungen zu 90 Prozent nach einer LED-Hinterleuchtung«, erklärt Frank Rossmeisl, National Sales Manager LCD, Zettler electronics. »Nur bei hohen Umgebungstemperaturen sind die Entwickler noch vorsichtig«. Auch  Udo Brandenburger, Line Manager Touch und TFT-Displays bei  Gleichmann Electronics attestiert dem LED-Backlight großes Potenzial. Noch liefert Gleichmann etwa 70 Prozent der Displays mit CCFL-Hinterleuchtung aus und nur 30 Prozent mit LED-Backlight, aber Brandenburger geht davon aus, dass sich dieses Verhältnis in den nächsten ein, zwei Jahren deutlich zu Gunsten der TFT-Displays mit LED-Backlight ändern wird. »Gezielt fragen die Kunden eigentlich nur noch für medizinische Applikationen und Anwendungen mit Umgebungstemperaturen von +50 ºC nach CCFL, denn bei hohen Temperaturen bietet die CCFL-Technologie nach wie vor meist eine größere Lebensdauer«, so der Line Manager. Umgekehrt bieten die LED-hinterleuchteten Panels bei Raumtemperatur die weit bessere Lebensdauer, ein Aspekt, den die Kunden laut Rudolf Sosnowsky, Leiter Marketing bei Hy-Line Computer Components, besonders zu schätzen wissen, denn mit einer lang spezifizierten Lebensdauer bei Raumtemperatur lasse sich auch bei Umgebungstemperaturen im industriellen Umfeld noch eine entsprechend lange Lebensdauer spezifizieren, so Sosnowsy.

Ein weiterer Vorzug der LED-Hinterleuchtung ist ihre einfache Ansteuerung. Außerdem sind LEDs dimmbar bis nahe 0, haben eine hohe Schaltgeschwindigkeit, verbrauchen weniger Strom, und die niedrige Betriebsspannung ermöglicht ein kompaktes Design. Hinzu kommen eine gleichmäßigere Ausleuchtung der Display-Fläche und der bessere Kontrast und die Langlebigkeit der LEDs. Dennoch hat auch die Kaltkathodenröhre einige Pluspunkte vorzuweisen, wie Sosnowsky erläutert: »CCFL ist eine seit Jahren bewährte Technologie. Sie verfügt über eine gute Lichtausbeute, ein brauchbares Spektrum im sichtbaren Bereich und eine ordentliche Energiebilanz und ist auch bei hohen Temperaturen problemlos einsetzbar.« Der Betrieb bei tiefen Temperaturen unter Null Grad ist allerdings problematisch. Weitere Nachteile sind unter anderem die Abstrahlung von Störfeldern und die mangelnde Umweltverträglichkeit aufgrund des Schwermetallgehaltes.

Herausforderung »Wärmemanagement«

Im industriellen Bereich ist der Einsatz eines LED-Backlights nur durch die Lebensdauer im oberen Temperaturbereich begrenzt. Wobei die Lichtausbeute der LEDs immer besser wird, so dass man mit einem niedrigeren LED-Strom die Junction-Temperatur des Halbleiterelements senken und somit eine höhere Lebensdauer erzielen kann. So sind bei 50°C Umgebungstemperatur auch schon 50.000 Stunden Lebensdauer erreichbar. »Nachdem heute kaum noch neue Displays unter 15 Zoll mit CCFL-Röhren ausgestattet werden, ist es weniger eine Frage, welche Technologie den Vorzug bekommt, sondern: Wie setzte ich die Displays mit LED-Backlight am besten ein?«, gibt Frank Rossmeisl zu bedenken. Hier kommt es seiner Meinung nach vor allem darauf an, dass man den LED-Strom so gering wie möglich hält und eine gute Wärmeabfuhr am LED-Stripe bzw. Display gewährleistet ist. Ein Display mit einer sehr hohen Helligkeit >500 cd/qm erweist sich in diesem Punkt als vorteilhaft. »Weil die 500 cd/qm oft gar nicht benötigt werden, lässt sich der LED-Strom entscheidend verringern, und das führt zu einer deutlich längeren Lebensdauer«, so Rossmeisl. 

Dennoch: Bei extrem hohen Umgebungstemperaturen über einen längeren Zeitraum sind noch immer Displays mit CCFL-Hinterleuchtung die erste Wahl..Damit haben sich aber die Vorteile der CCFL-Hinterleuchtung auch schon erschöpft, wie Rossmeisl erläutert: »Nur wenige Anwendungen verlangen nach einem größeren Farbraum und einer gleich bleibenden Farbgebung über einen weiten Temperaturbereich, so dass der weitere Vorteil der CCFL im industriellen Sektor nicht ins Gewicht fällt. Das heutige Farbspektrum der LEDs reicht für die allermeisten Anwendungen vollkommen aus. Die bereits bekannten Vorteile der LED in Bezug auf die Lichtausbeute bei negativen Temperaturen, die stufenlose Dimmbarkeit und das bessere EMV-Verhaltens lassen die CCFL-Röhren immer weiter in den Hintergrund rücken.«

Knappheit auch bei Backlight LEDs?

Auf die enorme Nachfrage nach LEDs, nicht nur für die Hintergrundbeleuchtung von LCDs, sondern auch für zahlreiche Beleuchtungsapplikationen, haben bereits viele Hersteller frühzeitig mit Kapazitätserweiterungen reagiert, wie Klein am Beispiel von Sharp erklärt: »Wir  haben bereits im Januar 2010 am Standort in Mihara mit der Herstellung von blauen LED-Chips begonnen und planen im Laufe des Jahres eine LED-Produktionslinie in Fukuyama. Zusammen erreichen beide Fabriken eine Kapazität von 5 Milliarden LEDs pro Jahr.« Wirkliche Lieferengpässe bei Displays, verursacht durch das LED-Backlight, erwarten die befragten Unternehmen demnach nicht. Die Verfügbarkeit für Standard-Displays sei derzeit mit 8 bis 12 Wochen im Rahmen, bestätigen die Display-Experten, bei Sonderprodukten, z.B. mit extremen Lebensdauerdaten, könne es allerdings zu Engpässen kommen, erklärt Sosnowsky. »Gleichzeitig beobachten wir einen Preisanstieg bei CCFL«, so Sosnowsky. Die Stückzahlen der CCFLs werden weiter sinken, was einen weiteren Preisanstieg zur Folge haben könnte. Somit wäre auch das Kostenargument, das momentan noch für die CCFL spricht, mittelfristig ausgehebelt. Parallel dazu werden die Marktanteile der LED weiter wachsen, prognostiziert Jammers: »Und das nicht nur, weil sie die Marktanteile der Röhren übernehmen, sondern auch deshalb, weil der Anteil der Applikationen mit LCDs insgesamt steigt.«

Müssen die Kunden um die Langzeitverfügbarkeit ihrer CCFL-Displays fürchten?

»Unsere Firmenphilosophie der Langzeitverfügbarkeit und langen Phaseout-Zyklen geben wir natürlich nicht auf. Wir zwingen weder Kunden, auf LED umzusteigen, noch verweigern wir jemandem diese Möglichkeit«, stellt Jammers klar. Denn schließlich sei die LED-Backlight-Strategie vom Markt getrieben und nicht andersherum. Solange die Kunden CCFL verlangen, werde auch geliefert. NEC erleichtert seinen Kunden den Umstieg von CCFL auf LED zusätzlich durch eine »LED-Zwillingsversion«: Zu den gut etablierten CCFL-Displays, wie dem 10,4-Zoll-VGA oder dem 12,1 SVGA, die seit über 15 Jahren auf dem Markt sind, gibt es sukzessive zusätzlich eine Alternative mit LED-Backlight. »Die CCFL-Varianten laufen solange parallel weiter, bis wir Sie turnusmäßig und ganz regulär abkündigen. Wenn wir allerdings vorher feststellen, dass kein Bedarf mehr besteht, kündigen wir so früh wie möglich ab«, so Jammers. Schließlich mache es keinen Sinn »alte« CCFL-Produkte beizubehalten, wenn sich nicht mehr nachgefragt werden.