LED-Display-Technologien
Vollfarbige LED-Module mit <1 mm Pixelabstand
Neue Mini-LED-Displays punkten mit einem LED-Pitch unter 1 mm, und dank des modularen Aufbaus ist diese Technologie nahezu unendlich dimensionierbar – von beispielsweise der Größe einer Handfläche bis hin zu einer Videowall in 4K-Auflösung bei 163 Zoll oder noch größer.
LEDs haben seit geraumer Zeit die CCFL-Leuchtstoffröhre (Cold Cathode Fluorescent Lamp) zur Hinterleuchtung (Backlighting) der TFT-LC-Displays verdrängt. Ohne derartige Beleuchtung wäre auf diesen Displays aufgrund des transmissiven Charakters der TFT-Matrix nichts zu erkennen. Hinzu kommen durch den Einsatz der LEDs ein reduzierter Platzbedarf aufgrund einer geringeren Bauhöhe, die erweiterte Lichtquellenqualität und die vielfach bessere Energieeffizienz.
Als Standardaufbau bei TFT-Displays strahlen LEDs seitlich (Edge Light) in ein Lichtwellenleitersystem, welches das Licht über die komplette Oberfläche des TFT-Schichtaufbaus auskoppelt und dadurch die Displayfläche hinterleuchtet.
Auch bei TFTs gibt es aktuelle Weiterentwicklungen, indem Licht direkt von einer großflächigen LED-Matrix als Backlight eingestrahlt wird (Bild 1). Auf diesem Weg kann eine viel größere Menge Licht direkt durch das Display emittiert werden. Zusätzlich ist es möglich, die LED-Matrix lokal anzusteuern, um dadurch die Helligkeit sowie den Kontrast und damit schlussendlich die Bildqualität noch einmal deutlich zu erhöhen. Dieses Backlight-Matrix-LED-TFT-Display ist jedoch kein LED-Display im eigentlichen Sinne
Ein nächster Quantensprung, der das ursprüngliche Hinterleuchtungskonzept des TFT-Displays hinter sich lässt, ist das echte LED-Display, auch »Direct LED« genannt. Bei diesem Display erfolgt die Darstellung von Pixeln nicht mehr über eine hinterleuchtete Flüssigkristallanzeige, sondern durch die Ansteuerung einzelner LEDs in jedem RGB-Pixel (Bild 2).
Die Firma Yenrich Technology aus Taiwan, Teil der Ennostar-Gruppe, stellt solche LED-Displays her – nicht nur im Großformat für Fußballstadien oder Konzertarenas, sondern auch skalierbare Größen für In- und Outdoor-Anzeigen.
Vorteile von LED-Displays
Es gibt mehrere Vorteile von LED-Displays gegenüber anderen Arten von Displays wie TFT-LCD oder OLED-Displays:
➔ Helligkeit und Kontrast: LED-Displays bieten eine hervorragende Sichtbarkeit sowie Farbgenauigkeit – sogar in taghellen Umgebungen.
➔ Langlebigkeit: LEDs haben eine längere Lebensdauer als andere Arten von ➔ Leuchtmitteln. Sie sind auch robuster und können in verschiedenen Umgebungen eingesetzt werden, ohne dass sie beschädigt werden.
➔ Skalierbarkeit: LED-Displays können in unterschiedlichen Größen und Formen hergestellt, beziehungsweise skaliert werden, um den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden.
➔ Energieeffizienz: LED-Displays brauchen im Vergleich zu anderen Arten von Displays deutlich weniger Strom. Dies liegt daran, dass LEDs selbst Licht erzeugen, anstatt eine Hinterleuchtung zu benötigen, um ein Bild darzustellen.
➔ Reparierbarkeit: Durch den modularen Aufbau der Displays können defekte Segmente ausgetauscht und gegebenenfalls sogar einzelne LEDs in einem Modul durch den Hersteller ersetzt werden.
➔ Umweltfreundlichkeit: LED-Displays sind umweltfreundlicher als andere Arten von Displays, da sie keine Quecksilberdampflampen für die Hinterleuchtung oder andere schädliche Materialien wie etwa Bor enthalten.
Um jedoch eine zufriedenstellende Displayauflösung zu generieren, bedarf es einer sehr hohen Produktionskompetenz und Know-how bei der Herstellung und Implementation. Um beispielsweise eine Auflösung von 180 x 160 – entspricht 28.800 Pixeln – darzustellen, werden insgesamt 86.400 LEDs benötigt – pro Farbpixel je eine rote, eine grüne und eine blaue LED. Bei steigenden Auflösungen erhöht sich die Anzahl der LEDs rasant.
Chip on Board versus Package on Board
Abhängig von dem Einsatzgebiet, den äußeren Einflüssen und den Kosten sind unterschiedliche Strukturmöglichkeiten eines Direct-LED-Displays gegeben.
Unter »Chip on Board« (COB) versteht man die Montage der einzelnen LEDs direkt auf einer Leiterplatte (Bild 3). Die roten, grünen und blauen LEDs werden, vereinfacht dargestellt, über ein Stempelverfahren einzeln aufgebracht. Die sehr kleinen, empfindlichen LEDs werden anschließend mit einer transparenten Schicht versiegelt und geschützt. Vorteile dieses Verfahrens sind die kostengünstige Herstellung und der flache Aufbau von Displays. Zu den Nachteilen gehört, dass eine Reparatur durch den Ersatz von beschädigten LEDs nur bedingt möglich ist.
Chip on Board versus Package on Board, Bilder 3-5
Bei der Variante »Package on Board« (POB) werden RBG-LEDs in einem gemeinsamen Gehäuse anstelle von einzelnen LEDs verwendet (Bild 4). Diese bereits in einem Gehäuse gekapselten drei einzelnen Farb-LEDs werden maschinell über ein »Pick-and-Place«-Verfahren auf die Leiterplatte gebracht. Aus Herstellungssicht eine zeitaufwendigere Herstellungsvariante, jedoch ist das Endprodukt später stabiler und kann, falls nötig, punktuell repariert werden. Um die Produktfestigkeit von POB-LED-Displays zu verbessern, kann zusätzlich zwischen den LED-Gehäusen ein Epoxidharz gegossen und ähnlich wie bei den COBs eine Versiegelung aufgebracht werden. Diese spezielle Abschirmung wird »Glue on Board« (GOB) genannt (Bild 5). Sie reduziert die Reflexion und ist aufgrund des höheren Schutzes für Anwendungen im Außenbereich besonders geeignet.
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