Sonnenlichtlesbarkeit
Spezielle Anforderungen an Embedded HMI

Mit zunehmender Verbreitung von Touch Displays im Outdoor Bereich, wie beispielsweise Kioskanwendung, Ticketautomaten, Handhelds oder Infoterminals wird eine gute bis sehr gute Sonnenlichtlesbarkeit immer wichtiger.

Die Herausforderungen die jedoch bei Anwendungen im Freien unter Sonnenlicht zu lösen sind um eine qualitativ hochwertige Touch Display Integration zu entwickeln, sind vielfältig.

Gute Lesbarkeit trotz Sonneneinstrahlung

Neben dem Hauptkriterium einer sehr guten Lesbarkeit bei starkem Sonnenlicht muss die Anwendung wasserdicht sein und probate Vorkehrungen gegen eine Überhitzung ausweisen. Geeigneten Maßnahmen die dazu führen, dass im Gerät keine Überhitzung entsteht, werden bei vielen Open Frame Touch Display Integrationen zu wenig Beachtung geschenkt. Das Ergebnis ist eine mangelhafte Betriebsfähigkeit und im Extremfall der Totalausfall der Anwendung.

Bei Anwendungen die unter Sonnenlicht zum Einsatz kommen konzipiert Interelectronix Open Frame Touch Display Integrationen die effiziente Kühlsysteme beinhalten um eine Überhitzung des Gerätes zu vermeiden. Auch hier gilt, dass sich die Integration an den tatsächlichen Umweltbedingungen orientieren muss. Denn ein Parkscheinautomat der in Nordeuropa zum Einsatz kommt benötigt ein anderes Kühlsystem als das gleiche Gerät, das in Südeuropa oder Australien aufgestellt wird.

Welche Faktoren beeinflussen die Sonnenlesbarkeit?

Die Sonnenlichtlesbarkeit eines Touch Displays hängt von dem Unterschied der Helligkeit der Umgebung und der Leuchtkraft des TFT-Displays ab.

Da ein TFT Display selbst kein Licht abstrahlt benötigt es eine externe Lichtquelle (Backlight). Die Leuchtkraft und Helligkeit eines TFT-Displays ist jedoch erheblich schwächer als das Sonnenlicht, was die Lesbarkeit bei starkem Sonnenlicht nahezu unmöglich macht.

Die beste Lösung zur Verbesserung der Sonnenlichtlesbarkeit wäre ein Display, das das einfallende Licht aufnimmt und wieder reflektiert, wodurch die Leuchtkraft und Lichtstärke erheblich gesteigert wären. Obwohl im Grundsatz möglich sind solche Displays noch wenig verbreitet und auch sehr teuer.

Der alternative Ansatz zur erheblichen Verbesserung der Sonnenlichtlesbarkeit ist die Leuchtkraft und Kontrast des Touch Displays mittels einer speziellen Touch Display Integration zu verbessern, die unterschiedliche Techniken vereint:

  • Optical Bonding
  • Anti-Reflektionsfilter
  • Zirkular-Polarisationsfilter

Durch eine optimale Abstimmung aller Techniken kann ein Touch Display konstruiert werden, das einen Helligkeitswert von bis zu 1500 nit erreicht.

Zur Reduzierung der Wärmeentwicklung in den Geräten setzen wir die folgenden Techniken ein:

  • Infrarot Filter
  • UV Filter
  • Kühlsystem

Optical Bonding

Das Optical Bonding ist eine Klebetechnik bei der der Luftspalt zwischen dem Touchscreen und dem Display mit einem hochtransparenten Flüssigkleber ausgegossen wird. Durch das vollständige Vergießen der Zwischenräume werden die innere Lichtbrechung reduziert und gleichzeitig der Kontrast erhöht. Wichtig ist hier die Verwendung des richtigen Flüssigklebers und Fertigungstechnologie um die gewünschten Vorteile zu erzielen und eine dauerhaft hohe Produktqualität zu erzielen.

Das von Interelectronix verwendete, überaus hochwertige Klebstoffmaterial garantiert, dass sich über die Lebensdauer der Anwendung die Klebeverbindung nicht löst, sich nicht verfärbt oder kristallisiert noch Blasen bildet.

Durch Optical Bonding wird die Reflektion des Sonnenlichts auf der Glasoberfläche reduziert und gleichzeitig der Kontrast verbessert. Die mit Optical Bonding verbundenen Vorteile sind:

  • Verbesserung der Sonnenlichtlesbarkeit um bis zu 400%
  • Verbesserung des Kontrastes von 2:1 bis zu to 68:1
  • Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Einwirkung um bis 300%
  • Erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen extreme Temperaturen von Außen
  • Begünstigt den Wärmetransport aus dem Innenbereich
  • Ermöglicht ein wesentlich dünneres Touch Display Design
  • Verhindert Kondensation

Anti-Reflektionsfilter auf dem Touch Display

Die Lesbarkeit eines TFT-Displays unter Sonnenlicht korreliert stark mit der Reflektion der Oberfläche des Displays. Eine Displayoberfläche die reflektiert macht die Lesbarkeit bei Sonnenlicht um so schlechter, je stärker das Sonnenlicht ist.

Eine Anti-Reflektionsbeschichtung der Display Oberfläche führt zu einer erheblichen Verbesserung der Lesbarkeit bei Sonnenlicht.

Zirkular-Polarisationsfilter

Ein Polarisationsfilter ist ein Polarisator für Licht, der auf Dichroismus beruht, also komplementär polarisiertes Licht absorbiert, statt es wie polarisierende Strahlteiler zu reflektieren. Einfach ausgedrückt wird durch diesen Filter das Licht „gerade gerichtet“ (auf einer Seite wird die linearpolarisierte Komponente absorbiert und die zirkularpolarisierte transmittiert und umgekehrt).

  • Solche Zirkular-Polarisationsfilter sind die Premium-Lösung für perfekte Sonnenlichtlesbarkeit.

Infrarot-Filter

Ein Infrarotfilter führt nicht zur Verbesserung der Sonnenlichtlesbarkeit sondern schützt das Touch Display vor Überhitzung. Ultraviolette Strahlung sind unsichtbare Strahlen die einen Teil der Sonnenenergie transportieren.

Zum einen kann durch UV-Strahlung das TFT-Display beschädigt werden, zum anderen verursacht sie eine hohe Wärmeentwicklung innerhalb geschlossener Geräte. Es gilt also das Gerät vor der UV-Strahlung ausreichend zu schützen.

Ein Infrarot-Filter der vor Infrarot-Strahlung schützt ist somit auch gleichzeitig ein Wärmeschutzfilter. Dies ist erforderlich da bei starker Sonneneinstrahlung beispielsweise bei Parkautomaten oder Kiosksysteme Temperaturen von 90° C bis 100° C entstehen können, die das System an seine technischen Grenzen bringt.

Der Infrarot-Filter wird als Folie auf das Deckglas des Touchscreens laminiert und reflektiert die eintreffende Infrarot-Strahlung weitestgehend.

Kühlsystem als Schutz vor Überhitzung

Der Schutz vor Hitzebildung in der Anwendung ist eine wichtige Anforderung an die Integration von Touch Display Systemen, die extrem starken Sonnenlicht ausgesetzt sind. Eine zu hohe Temperatur im Geräteinneren führt dazu, dass sich die Kristalle des LCD Displays verflüssigen was zu schwarzen Punkten oder Flächen führt.

Touch Display Systeme die sehr starker Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind benötigen neben einem Infrarot-Filter ein funktionales Kühlsystem, da das auftreffende sichtbare Sonnenlicht zu einer Überhitzung führt.

Je nach Anwendung und Einsatzbereich kann ein Rippenkühlsystem integriert werden oder bei Wahrscheinlichkeit einer sehr starken Wärmeentwicklung auch ein Gebläse.