Whitepaper Vorteile von medizinisch genutzten LCD-Monitoren mit LED-Hintergrundbeleuchtung INHALT 1. EINLEITUNG... 2 2.LEDS... 2 2-1. WAS BEDEUTET LED?... 2 2-2. PRINZIP DER LICHTEMISSION BEI LEDS... 3 3.LED-HINTERGRUNDBELEUCHTUNG... 4 3-1. WAS BEDEUTET LED-HINTERGRUNDBELEUCHTUNG?... 4 3-2.WEIßE LEDS... 5 4. EIGENSCHAFTEN VON MONITOREN MIT LED-HINTERGRUNDBELEUCHTUNG... 6 4-1. LANGE LEBENSDAUER... 6 4-2. NIEDRIGER ENERGIEVERBRAUCH... 7 4-3. GERINGERE UMWELTBELASTUNG... 8 5. ZUSAMMENFASSUNG... 8 Oktober 2012 EIZO Europe GmbH www.eizo.de Whitepaper (QNNZ-12X008A) 1/8
1. Einleitung Auf einem LCD-Monitor werden Bilder angezeigt, indem das Licht einer Lichtquelle mittels Flüssigkristallen gesteuert wird. Die Lichtquelle heißt Hintergrundbeleuchtung und zu Beginn enthielten LCD-Monitore Kaltkathodenleuchtstofflampen (CCFL). In letzter Zeit haben sich Leuchtdioden (LED) durchgesetzt und werden jetzt als Hintergrundbeleuchtung bei LCD-Monitoren verwendet. In diesem Whitepaper erfahren Sie mehr über die wichtigsten Vorteile von medizinisch genutzten Monitoren mit LED-Hintergrundbeleuchtung. 2.LEDs 2-1. Was bedeutet LED? LEDs werden Beleuchtung der vierten Generation genannt. Sie folgten auf Kerzen, Glühlampen und Leuchtstofflampen. LED steht für Licht emittierende Diode. Mit anderen Worten: LEDs sind Halbleiterkomponenten, die Licht ausstrahlen, wenn sie elektrischer Strom durchfließt. Der nächste Abschnitt enthält eine grundlegende Erläuterung dazu, wie LEDs Licht abstrahlen. Abbildung 1. LEDs (Licht emittierende Dioden) Whitepaper (QNNZ-12X008A) 2/8
2-2. Das Prinzip der Lichtemission bei LEDs Der Lichtsender einer LED besteht aus zwei verbundenen Halbleitern, einem p-dotierten und einem n-dotierten Halbleiter. P-dotierte Halbleiter besitzen einen Überfluss an positiv geladenen Löchern, während n-dotierte Halbleiter einen Überfluss an negativ geladenen Elektronen aufweisen. Wird ein LED-Chip unter Spannung gesetzt, ziehen die Löcher und Elektronen einander genauso an wie die entgegengesetzten Pole eines Magneten. Da sie sich anziehen, stoßen die Löcher und Elektronen zusammen und gehen eine Verbindung ein. Dabei verringert sich die Energie der Löcher und Elektronen. Die übrige Energie wird in Lichtenergie umgewandelt, und Licht wird abgestrahlt. Dies ist das Prinzip der Lichtemission bei LEDs. Auf diese Weise strahlen LEDs Licht ab, und dank ihrer hervorragenden Eigenschaften werden sie nicht nur zur Raumbeleuchtung, sondern auch als Hintergrundbeleuchtung für LCD-Monitore eingesetzt. Flussrichtung des elektrischen Stroms Elektronenfluss P-dotierter Halbleiter N-dotierter Halbleiter Abbildung 2. Prinzip der Lichtemission bei Whitepaper (QNNZ-12X008A) 3/8
3.LED-Hintergrundbeleuchtung 3-1. Was bedeutet LED-Hintergrundbeleuchtung? Die Farbe von LED-Licht, ob Rot, Grün, Blau, etc., hängt nicht von Farbfiltern oder ähnlichen Verfahren ab, sondern wird von den Komponenten bestimmt, aus denen der Halbleiter besteht. In diesem Text konzentrieren wir uns auf weiße LEDs. Der praktische Anwendungsbereich weißer LEDs hat den Einsatz von LEDs bei Fernsehgeräten, Monitoren und anderen Anzeigegeräten beschleunigt. Bei LCD-Fernsehern und -Monitoren strahlt das LCD selbst kein Licht ab, daher wird eine Lichtquelle benötigt. Abbildung 3 zeigt die Struktur und die vielen Schichten eines LCD-Monitors. Die Lichtquelle befindet sich hinter diesen Schichten und wird daher Hintergrundbeleuchtung genannt. Bis vor Kurzem wurden vor allem CCFLs als Lichtquellen eingesetzt, aber LEDs werden immer häufiger verwendet, und die Lichtquellen heißen dann LED-Hintergrundbeleuchtung. Lichtquelle Zwischenstück Abbildung 3. Struktur eines LCD-Monitors Whitepaper (QNNZ-12X008A) 4/8
3-2.Weiße LEDs Es existieren keine LED-Chips, die direkt weißes Licht abstrahlen. Um also weißes Licht mittels LEDs zu erzeugen, werden zwei oder mehr Lichtfarben gemischt. Dies ist das Prinzip der additiven Farbmischung. Meist wird eine blaue LED und gelber Leuchtstoff verwendet. Wie in der Abbildung zu erkennen, werden das blaue Licht der LED und das gelbe Licht des Leuchtstoffs gemischt, um weißes Licht zu erhalten. Gelb (Rot+Grün) Blau Additive Farbmischung Blaue LED + gelber Leuchtstoff Abbildung 4. Additive Farbmischung und weiße LED Whitepaper (QNNZ-12X008A) 5/8
4. Eigenschaften von Monitoren mit LED-Hintergrundbeleuchtung LEDs besitzen viele hervorragende Eigenschaften. Die Verwendung von LEDs als Hintergrundbeleuchtung für LCD-Monitore bietet drei Vorteile: lange Lebensdauer, niedriger Energieverbrauch und geringe Umweltbelastung. 4-1. Lange Lebensdauer Der Hauptgrund für die begrenzte Lebensdauer von CCFL ist der Abbau des Edelgases und des Quecksilbers in der Glasröhre. Dies ist bei LEDs nicht der Fall. Abbildung 5 zeigt ein Beispiel zu den Unterschieden bei der Helligkeit von Monitoren mit CCFLgegenüber LED-Hintergrundbeleuchtung während einer Betriebsdauer von 40.000 Stunden. Es ist ein klarer Unterschied zwischen CCFL und LED zu erkennen. Bei Monitoren mit integrierter Helligkeitsstabilisierung können zeitbedingte Veränderungen der Helligkeit, die mit der Verschlechterung der Hintergrundbeleuchtung einhergehen, für einen gewissen Zeitraum abgefedert werden. Dieser Zeitraum ist bei LEDs länger. Beim Beispiel der Hintergrundbeleuchtung in Abbildung 5 ist der Monitor durchgehend mit maximal 80 % Helligkeit von Stunde 0 an in Betrieb. Der CCFL-Monitor kann nach ca. 9.000 Stunden keine 80 % Helligkeit mehr aufrechterhalten. Die LEDs können dies jedoch 24.000 Stunden. Die Lebensdauer des Monitors steht in direktem Bezug zur Lebensspanne der Hintergrundbeleuchtung. Mit anderen Worten: Monitore mit LED-Hintergrundbeleuchtung besitzen eine längere Lebensdauer als solche mit CCFL-Hintergrundbeleuchtung. Daher bieten Monitore mit LED eine zuverlässige Nutzung über einen längeren Zeitraum. 100.0% 95.0% 90.0% CCFL LED 85.0% j i% ハ 80.0% サ マ 75.0% x P 70.0% 65.0% 60.0% 55.0% 50.0% 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Time elapsed (h) Abbildung 5. Beispiel zu Unterschieden bei der Helligkeit Whitepaper (QNNZ-12X008A) 6/8
4-2. Niedriger Energieverbrauch Die Hintergrundbeleuchtung und ihr Ansteuerungsschaltkreis sind für einen Großteil des gesamten Energieverbrauchs eines Monitors verantwortlich. Obwohl dies auch von Modell und Helligkeitseinstellungen abhängt, ist es nicht ungewöhnlich, dass Hintergrundbeleuchtung und Ansteuerung 80 % und mehr des gesamten Stromverbrauchs ausmachen. LEDs erreichen eine höhere Lichtausbeute als CCFLs. Bei gleicher Helligkeit ist also der Stromverbrauch bei Monitoren mit LED-Hintergrundbeleuchtung geringer. Abbildung 6 zeigt den Energieverbrauch von monochromen Monitoren mit fünf, drei und zwei Megapixeln sowie von Farbmonitoren mit vier, drei und zwei Megapixeln. Bei allen Modellen wurden die empfohlenen Helligkeitseinstellungen verwendet. Der Durchlässigkeitsgrad ist bei Farbmonitoren geringer als bei monochromen Modellen, daher ist der Energieverbrauch bei gleicher Helligkeit höher. Ein Vergleich zwischen CCFL- und LED-Hintergrundbeleuchtung für jeden einzelnen Monitor ergibt einen um etwa 20 % niedrigeren Energieverbrauch bei LEDs. Ein Großteil der verbrauchten Energie wird in Wärme umgewandelt und an die Umgebung abgegeben. Werden viele Monitore aufgestellt, besonders auf engem Raum, steigt die Raumtemperatur merklich an. Ein geringerer Energieverbrauch des Monitors wirkt sich nicht nur direkt auf die Stromkosten durch den Monitor selbst aus, sondern auch auf die Klimatisierungskosten, da die Erwärmung der Räume im Krankenhaus begrenzt wird. Daher kann festgestellt werden, dass Monitore mit LED-Hintergrundbeleuchtung zur Verringerung von Stromkosten in Krankenhäusern beitragen. Dieser Effekt eines geringeren Energieverbrauchs ist bei einem einzigen Monitor nicht sehr groß, steigt jedoch mit der Anzahl der Monitore in einem Krankenhaus. 120 100 109 CCFL LED 84 80 60 64 47 68.2 54.3 62.6 48.3 40 39.1 32.4 35.4 25.7 20 0 5MP Mono 3MP Mono 2MP Mono 4MP Color 3MP Color 2MP Color Abbildung 6. Vergleich des Energieverbrauchs (W) bei CCFL- und LED-Modellen Whitepaper (QNNZ-12X008A) 7/8
4-3. Geringere Umweltbelastung CCFLs enthalten eine kleine Menge Quecksilber. Wenn Monitore mit CCFL-Hintergrundbeleuchtung entsorgt werden, müssen die Richtlinien des jeweiligen Landes beachtet werden. Jedes Land hat die Richtlinien, die es für angemessen hält. LEDs enthalten kein Quecksilber und sind daher umweltfreundliche Geräte. Der direkte Vorteil für den Nutzer liegt darin, dass bei der Entsorgung von Monitoren mit LED-Hintergrundbeleuchtung kein Quecksilber anfällt. 5. Zusammenfassung LEDs sind bereits in der Beleuchtung weit verbreitet und haben sich in den letzten Jahren immer mehr als Hintergrundbeleuchtung für LCD-Monitore durchgesetzt. Meist werden weiße LEDs als Hintergrundbeleuchtung eingesetzt. LCD-Monitore mit LED-Hintergrundbeleuchtung bieten im Vergleich zu CCFL folgende Vorteile: Lange Lebensdauer Niedriger Energieverbrauch Geringere Umweltbelastung Wir bieten eine komplette Modellreihe an medizinischen Monitoren mit LED-Hintergrundbeleuchtung und Auflösungen von zwei Megapixeln bis zu acht Megapixeln. Sie alle bieten eine längere Lebensdauer, einen niedrigeren Energieverbrauch und geringere Umweltbelastung. Die Firmen- und Produktnamen in diesem Whitepaper sind Markenzeichen oder eingetragene Markenzeichen ihrer jeweiligen Eigentümer. Copyright 2012 Eizo Nanao Corporation. Alle Rechte vorbehalten. Whitepaper (QNNZ-12X008A) 8/8