Display Technologien in der Medizintechnik – LCD TFT oder OLED?

Displays

Auf dem Display Markt sind zurzeit zwei Displaytypen stark vertreten. Darunter gehört die LED- und die LCD-Technik. LED Displays gibt es wiederum in zwei Ausprägungen.

LED-Displays

LED Displays gibt es mit sogenannten anorganischen einkristallinen LEDs und mit organischen LEDs. Große Werbetafeln werden mit anorganischen einkristallinen LEDs hergestellt, da aufgrund des hohen Abstands zur Werbetafel die Größe eines einzelnen Pixels nicht für das menschliche Auge erkennbar ist. Die für die Medizintechnik interessantere Technik sind die sogenannten organischen LED-Displays (OLED).  Bei OLED-Displays handelt es sich um selbstleuchtende Displays. Sie sind in mehreren Schichten aufgebaut (siehe Abbildung 1). Die äußeren Schichten bilden die Anode und die Kathode. Die Anode muss lichtdurchlässig sein, weshalb Indium-Zinn-Oxid (ITO) eingesetzt wird. Die Kathode besteht aus Metallen wie Magnesium oder Aluminium, da sie bereits bei geringer Energiezufuhr Elektronen abgeben muss. Nach der Anode folgt die Lochinjektionsschicht und -transportschicht. Sie transportieren die Löcher zur Emissionsschicht (Luminophor), wo sie mit Elektronen rekombinieren. Durch die Rekombination kommt es zur Abgabe von Photonen. Nach der Emissionsschicht folgt eine Lochsperrschicht, Elektronentransportschicht, Elektroneninjektionsschicht und schließlich die Kathode [Elektronik 2018].

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OLED Schichtenaufbau

Abb. 1: OLED Schichtenaufbau

Die Vorteile der OLED-Technik gegenüber LCDs sind:

  • Fertigung beliebiger Formen
  • Sehr dünn und flexibel
  • Kürzere Schaltzeiten
  • Besserer Kontrast
  • Besserer Schwarzton
  • Sehr stabiler Blickwinkel
  • Reduzierung des Energieverbrauchs bei dunklen Bildern

Allerdings gibt es auch gravierende Nachteile. Die Lebensdauer ist gegenüber LCDs eher gering. Die Lebensdauer bezieht sich hier auf die Zeit, bis die Leuchtdichte auf die Hälfte abgesunken ist. Durch die Erhöhung der Leuchtstärke schreitet der Alterungsprozess noch schneller voran. Außerdem sind die Emitterfarbstoffe gegen Oxidation und Feuchtigkeit sehr empfindlich und müssen deshalb besonders präzise gefertigt werden [Elektronik 2018].

Liquid Cristal Displays (LCD)

Liquid Cristal Displays (LCD) benötigen immer eine Hintergrundbeleuchtung. Die Zellen bestehen aus zwei Polarisationsfiltern und einer Flüssigkristall-Schicht (siehe Abbildung XX). Licht breitet sich in Form einer Transversalwelle aus. Diese Art der Wellenausbreitung ist polarisierbar, was bedeutet, dass bestimmte Schwingungsebenen herausgefiltert werden können. Resultierend erhält man linear polarisiertes Licht. Für diese Aufgabe ist der erste Polarisationsfilter verantwortlich. Ein zweiter Polarisationsfilter steht im 90° Winkel zum ersten. Dadurch wird der Lichtaustritt versperrt. Die zwischen den Filtern angebrachte Flüssigkristallschicht besitzt die Eigenschaft die Schwingungsebene von Licht zu drehen. Durch das Anlegen einer Spannung entsteht ein elektrisches Feld, welches die Flüssigkristalle ausrichtet und wodurch eine Drehung des polarisierten Lichts entsteht. Wird das Licht um 90° gedreht, kann es den zweiten Polarisationsfilter passieren und die Zelle leuchtet. Durch das Anlegen variierender Spannungen können Winkel zwischen 0° und 90° erzielt werden, wodurch Grautöne entstehen.  Die aktuelle Ansteuerungstechnik von LCD-Zellen nennt sich Thin Film Transistor (TFT) [Elektronik 2018]. In diesem Artikel soll auf die TFT-Technologie nicht weiter eingegangen werden. Weiterführende Links finden Sie unten.

Abbildung 2: Funktionsweise eines LCDs

Die Vorteile von LCDs gegenüber OLED-Displays sind:

  • Niedriger Preis
  • Hohe Lebensdauer
  • Ausgereifte Technik
  • Höhere Verfügbarkeit und mehr Hersteller

Die Darstellung von Kontrasten und Schwarztöne ist etwas schlechter und auch die Blickwinkelstabilität ist etwa um 20° bis 30° kleiner.

Für medizinische Anwendungen wie z. B. Patientenmonitore ist die Schaltzeit von modernen LCD TFT Displays ausreichend. Auch der günstige Preis und die hohe Lebenserwartung von ca. 50.000 h spricht für diese Display-Technologie. OLED-Displays können Schwarztöne und Kontraste besser wiedergeben und haben einen sehr stabilen Blickwinkel. Trotzdem überwiegen derzeit die Vorteile der LCD TFT Displays.

Quellen

[Elektronik 2018] Elektroniktutor: Organische Leuchtdiode – OLED, https://elektroniktutor.de/bauteilkunde/oled.html (Zugriff: 22.05.2018)

Weiterführende Links

OLED:

LCD:

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Daniel Saffer

Daniel Saffer studiert Elektro- und Informationstechnik (Master) an der Hochschule Coburg. Zurzeit arbeitet er als Masterand im Ingenieurbüro Madzar und Bosch. Aktuelle Aufgabengebiete umfassen die hardwarenahe Entwicklung in C und die Entwicklung einer skalierbaren GUI-Plattform für medizinische Geräte.

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