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Optical Bonding – braucht man das?

Um ein Display einwandfrei abzulesen, wird Optical Bonding angewandt. Im Außenbereich sorgt die drastisch reduzierte Reflexion dafür, dass Inhalte auch bei direktem Sonnenlicht erkennbar bleiben
© Hy-Line Computer Components

Reicht der Kontrast eines Displays zum Ablesen nicht aus, wird Optical Bonding angewandt. Die Methode spielt ihre Stärken besonders bei Außenanwendungen mit direktem Sonnenlicht aus, aber es gibt noch weitere Vorteile.

Möchte man ein Display in einem realen Umfeld einsetzen, muss man seine Oberfläche schützen. Dazu wird auf der aktiven Fläche eine Frontscheibe aus Glas oder Kunststoff montiert. Sie schützt den empfindlichen Polfilter vor Staub, Kratzern oder Vandalismus. Die einfachste Methode ist, umlaufend auf dem Rahmen des Displays ein doppelseitiges Klebeband anzubringen. Durch dieses »Tape Bonding« oder auch als »Air Gap Bonding« bezeichnete Verfahren wird zwar das Display geschützt, aber es entstehen auch Störeffekte, die sich nachteilig auf die Performanz des gesamten Displaysystems auswirken.

Relevante Anbieter

Aufbau eines Displaysystems mit Optical Bonding
Bild 1. Aufbau eines Displaysystems mit Optical Bonding
© Hy-Line Computer Components

Alternativ wird der Raum zwischen Display und Frontscheibe mit einem transparenten Material gefüllt, das die Luft komplett ersetzt, (Bild 1). Der optische Brechungsindex des Bonding-Materials passt zu dem der Frontscheibe und des Displays. Damit werden unerwünschte Reflexionen minimiert, die an der Trennschicht zweier Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes entstehen. Den Vorgang und das Resultat bezeichnet man als »Optical Bonding«.

Auswahl des passenden Optical-Bonding-Verfahrens

Für das »Optical Bonding« gibt es verschiedene Verfahren und Materialien. Die Entscheidung, welches verwendet wird, muss im Einzelfall festgelegt werden. Eine Übersicht zeigt ein Whitepaper von Hy-Line [1]. Die Auswahl hängt auch vom Display ab: Displays mit Blechrahmen oder mit großer Diagonale werden besser mit einem flüssigen Material gebondet und bei kleinen rahmenlosen Displays kann auch ein hochtransparenter Klebefilm in großen Stückzahlen vollautomatisch laminiert werden. Die Applizierung und ggf. Aushärtung des Materials kann im Fertigungsprozess durch Einflüsse wie Temperatur, UV-Licht, Über- oder Unterdruck gefördert werden. Ob es im Feld zu Ausfällen durch Delaminierung (Ablösung der Verklebung) oder zu Fehlerbildern wie Blasen im Sichtbereich kommt, hängt unter anderem vom Betriebstemperaturbereich und der mechanischen Belastung ab, denen das Display im Einsatz ausgesetzt ist. Diese Faktoren müssen bei der Auswahl des Bonding-Verfahrens beachtet werden, um Fehlerbilder zu vermeiden.

Für den Bonding-Prozess müssen alle Partikel von der Displayoberfläche entfernt sein, daher ist ein Reinraum eine notwendige Voraussetzung für diese Arbeit. Sollten Fehlstellen wie Partikel oder Blasen auftreten, muss die Baugruppe nachgearbeitet werden. Der Aufwand ist also nicht unbeträchtlich und die Entscheidung für ein »Optical Bonding« sollte sorgfältig abgewogen werden. Manche Projektmanager lehnen das Verfahren ab, sei es, dass sie negative Erfahrungen mit mangelhafter Verarbeitung gemacht haben, oder sie den zusätzlichen Aufwand – Logistik, Kosten, Reparatur – vermeiden möchten. Das Ergebnis ohne Bonding lässt dann oft zu wünschen übrig: Schlecht ablesbare Displays finden sich überall und sind für den Baggerfahrer, die Assistentin im Biologielabor oder die Bäckereifachverkäuferin an der Kasse ein Ärgernis.

Anbieter von Optical Bonding betrachten oft nur den technischen Aspekt, nämlich die Verringerung der Reflexion, und stellen die Vorteile ihre Materialien und ihrer Prozesse heraus. Die anderen für den Systemintegrator und den Endanwender relevanten Fakten gehen dabei unter.

Ablesbarkeit bei Umgebungslicht

Die optischen Parameter von Displays werden unter Idealbedingungen im Labor ermittelt. Dabei ist die Umgebung dunkel, es gibt kein Umgebungslicht, das die Messwerte beeinflussen könnte. Betrachtet man die gemessene Helligkeit des Displays (vom Display ausgehendes Licht), ergibt sich eine Abhängigkeit, die durch die blaue Linie in Bild 2 dargestellt wird.

Prinzip von Displayhelligkeit, Umgebungslicht und Kontrast: Das Eigenlicht des Displays (blau) muss größer als das reflektierte Umgebungslicht (grau schraffiert) sein
Bild 2. Prinzip von Displayhelligkeit, Umgebungslicht und Kontrast: Das Eigenlicht des Displays (blau) muss größer als das reflektierte Umgebungslicht (grau schraffiert) sein.
© Hy-Line Computer Components

In der Realität trifft allerdings Licht von außen auf das Display und wird reflektiert. Das verschiebt den dunkelsten messbaren oder vom Betrachter wahrnehmbaren Farbton in Richtung »hell«. Der Dynamikbereich der Darstellung und damit der Kontrast werden im unteren Bereich auf die gelbe Linie limitiert; Helligkeitswerte, die sich innerhalb der schraffierten Fläche befinden, versinken im Umgebungslicht. Mit steigender Umgebungshelligkeit wandert die gelbe Linie weiter nach oben, bis der Kontrast so gering ist, dass das Display nicht mehr abgelesen werden kann. In der Literatur finden sich dafür Werte von minimal 5:1 in der Nacht, 3:1 am Tag und 2:1 bei einfallendem Sonnenlicht. Die Tageszeitabhängigkeit der Werte geht auf physiologische Effekte (Adaption der Augen) zurück. Die Werte scheinen gering, sind aber in der Praxis nicht leicht zu erreichen. Die Ablesbarkeit im Sonnenlicht abnimmt. Der Kontrast ist so gering, dass die Spiegelung den dargestellten Inhalt (weißer Pfeil mit Text) überstrahlt.

Vorteile für den Systemintegrator

Die Aufgabe des Systemintegrators besteht darin, die Erwartung des Kunden nach einem einwandfrei ablesbaren Display mit guter Benutzerführung zu erfüllen. Optical Bonding ist nicht nur eine weitere optische Option, wie etwa eine Anti-Glare-Beschichtung an der Displayoberfläche. Mit Hilfe des Optical Bonding kann er die Kennlinie aus Bild 2 so verschieben, dass der Kontrast hoch genug bleibt. Gleichzeitig ergeben sich weitere Vorteile:

Verbesserung der Darstellungsqualität - Das Display bleibt auch in schwierigen Beleuchtungssituationen hervorragend ablesbar, das Gerät erhält einen wertigeren Eindruck und gewinnt durch gesteigerte Benutzerfreundlichkeit.
Designanspruch - Da der Kontrast des Displayfeldes im ausgeschalteten Zustand dem der inaktiven Fläche nahe kommt (Black-Panel-Effekt), wirkt die Oberfläche homogen und edel.
Vandalismus und Splitterschutz - Durch das Optical Bonding wirkt die gesamte Front wie ein Verbundglas; es kann ein dünneres und damit leichteres Deckglas eingesetzt werden. Damit wird nicht nur die Parallaxe bei schrägem Ablesen reduziert, sondern das Display kann auch in rauen oder Vandalismus-gefährdeten Umgebungen durch höhere Widerstandsfähigkeit gegen Schock (IK-Wert) bestehen. Mit einem Kunststoffdeckglas werden die Anforderungen nach Splitterschutz, wie sie z.B. in der Lebensmittelindustrie und der Medizin bestehen, erfüllt. Optical Bonding kann bei der Verbindung gekrümmter Frontgläser mit ebenen Displays Höhenunterschiede ausgleichen.
Thermische Kopplung - Durch das Bonding wird Wärme vom Display an die Frontscheibe abgeführt. Umgekehrt können Schädigungen des Polfilters durch UV-Strahlung und übermäßige Erwärmung des Displays durch Filter für UV und IR minimiert werden. Mit einem ITO-Heater wird der Temperaturbereich des Displays nach unten erweitert.
Füllung des leeren Zwischenraums - Nicht nur als »Void filling« bei ATEX-Anwendungen bekannt, sondern auch, um Betauung zu verhindern, füllt das Material den Zwischenraum. Das Eindringen von Luft mit den damit verbundenen Nachteilen wie Ablagerungen von Staub aus der Luft und Kalk aus der Feuchtigkeit wird vermieden.
Verbesserte optische Leistung - Der gesteigerte Kontrast eines gebondeten Displays durch verringerte Reflexionen erlaubt der TFT-Technologie, mit anderen wie OLED gleichzuziehen, ohne eigene Vorteile aufzugeben. In Verbindung mit Local Dimming wird der Schwarzwert weiter abgesenkt, sodass auch ein erweiterter Farbraum bei allen Umgebungslichtbedingungen besser zur Geltung kommt. Dies steigert die Qualität des Geräts in technischen (bessere Ablesbarkeit) und Designaspekten (Black-Panel-Effekt) mit tiefschwarzem Hintergrund.


  1. Optical Bonding – braucht man das?
  2. Display im Vergleich

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