Energiesparpotenziale in der LCD-Technologie, Teil 3 Warum LED-Hintergrundbeleuchtungen gegenüber herkömmlichen CCFL-Backlights effektiver sind

Hauptstromverbraucher von transmissiven TFT-LCDs ist die Hintergrundbeleuchtung. Im dritten Teil unserer Serie zeigen wir Ihnen Möglichkeiten, warum gerade in Außenanwendungen LEDs als Backlight besser geeignet sind. Und warum es sinnvoll sein kann, weshalb die Hintergrundhelligkeit abhängig von den Bildinhalten sein sollte.

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Herkömmliche CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp-)Backlights, auch bekannt als Kaltkathodenlampen, benötigen bei kleinen Diagonalen rund drei Viertel der Gesamtleistungsaufnahme eines LCD-Moduls. Bei großen Bildschirmdiagonalen liegt der Anteil bei bis zu 90%. Als energieeffizientes Leuchtmittel setzen sich LEDs immer stärker als Hintergrundbeleuchtung durch.

Rein technisch haben LEDs das Potenzial, den Stromverbrauch des Backlights gegenüber den CCFL-Varianten auf die Hälfte zu senken. Sie tragen aber durch ihr schnelles Ansprechverhalten und ihre weitreichende Dimmbarkeit zur Energieeinsparung bei, als Basis für eine intelligente Backlightsteuerung. Diese kommt allen Applikationen, egal ob im Bereich Industrie, e-Signage, TV oder Consumer, zugute.

Die Steuerung der Displayhelligkeit in Abhängigkeit vom Umgebungslicht ist inzwischen bei vielen TV Geräten zu finden. Vor allem bei den so genannten e-Signagelösungen bei Semi-Outdoor und Outdoorgeräten trägt die Funktion wesentlich zur Energieeffizienz bei. An sonnigen Tagen benötigen e-Signage-Displays im Außenbereich eine Helligkeit von rund 2000 cd/m², doch schon bei Bewölkung reduziert sich die benötigte Displayhelligkeit auf die Hälfte und nachts wird weniger als 400 cd/m² benötigt.

Dimmbarkeit der LED-Backlights gewinnt an Bedeutung

LED-Backlights lassen sich einfach über einen großen Helligkeitsbereich in Korrelation zum Umgebungslicht nachsteuern. Entsprechend reduziert sich die Leistungsaufnahme nachts im Vergleich zur Volllast an sonnigen Tagen auf rund ein Fünftel.

Auch bei Herstellern von Verkaufsautomaten und anderen industriellen Applikationen für den Halbaußen- und Außenbereich gewinnt das Thema Dimmbarkeit immer mehr Bedeutung. Der Trend bei gewerblich und industriell genutzten TFT-LCDs geht zu immer größeren maximalen Displayhelligkeiten von bis zu 1000 cd/m², die allerdings nur bei extremen Lichtsituationen benötigt werden. Für den Normalbetrieb wird das Display entsprechend abgedimmt.

Hintergrundhelligkeit korreliert mit Bildinhalten

Im TV-Bereich kommen zudem Konzepte zum Tragen, bei denen die Intensität der Hintergrundbeleuchtung in direkter Korrelation zum Bildinhalt gesteuert werden. Insbesondere bei direkt hinterleuchteten Displays lässt sich in dunklen Bildbereichen das Backlight segmentweise reduzieren, was nicht nur zu einer Erhöhung des dynamischen Kontrasts führt sondern auch Energie spart.

Dieses Prinzip kann auch auf größere Anteile des Bildes ausgedehnt werden, indem spezielle Videocontroller halbdunkle Bildanteile heller rechnen und die überschüssige Bildhelligkeit über das Abdimmen des Backlights kompensieren. Durch dieses Verfahren entsteht ein exakt ausgeleuchtetes Bild bei reduzierter Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung. Dank solcher „Local-Dimming-Strategien“ stehen moderne TFT- LCDs aktiv leuchtenden OLED-Displays bei der Energieeffizienz in nichts nach.

Lesen Sie in der nächsten Ausgabe, wie neue LCD-Technologien mit „Memory Effekt“-Flüssigkristalldisplays für Low-Power-Applikationen erschließen.

*Hajo Koglin ist Projekt-Manager LCD-TV-Komponenten, Sven Johannsen ist Manager Business Development und Gunter Wagschal ist Projekt-Manager Industriekomponenten bei Sharp in Hamburg.

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