Sonnenlichttaugliche Displays für Außengeräte: Worauf Sie achten sollten

Bei Außengeräten ist die Lesbarkeitsanforderung vorhersehbar unzureichend: Das Display erscheint auf dem Datenblatt hell genug, die Vorderseite reflektiert jedoch mehr Licht, als das Display abgibt, und der Kunde sieht einen Spiegel. Die Spezifikation, die dies verhindert, ist nicht ein Helligkeitswert, sondern eine Kontrastanforderung unter gemessenen Umgebungsbedingungen, zusammen mit der Oberflächenbehandlung und dem Verklebungsverfahren, die diesen Kontrast ermöglichen.

Was „sonnenlichtlesbar“ bedeuten muss

Das bedeutet, dass der Bildschirm auch bei Sonneneinstrahlung noch einen brauchbaren Kontrast aufweist.

Die Lesbarkeit ist das Verhältnis zwischen dem vom Display zum Betrachter abgegebenen Licht und dem von der Vorderseite reflektierten Licht. Eine Spezifikation, die nur die Leuchtdichte angibt, beschreibt den Zähler, ignoriert aber den Nenner. Daher verhalten sich zwei Displays mit gleichem Helligkeitswert im Freien völlig unterschiedlich. Die Anforderung sollte daher als Mindestkontrast unter definierten Umgebungsbedingungen und bei einem definierten Betrachtungswinkel formuliert werden, wobei die Vorderseite und das Verklebungsverfahren angegeben werden.

Diese Formulierung macht die Anforderung auch überprüfbar: Beide Parteien können dasselbe in derselben Geometrie an derselben Probe messen.

Die Lesbarkeitsgleichung, Glied für Glied

Vier Begriffe bestimmen, was der Benutzer sieht.

Die emittierte Leuchtdichte an der Oberfläche des Panels, die Transmission des Schichtsystems (Deckglas, Klebstoff, Polarisatoren), das Reflexionsvermögen der Vorderseite (einschließlich spiegelnder und diffuser Anteile) und die Umgebungsbeleuchtungsstärke in der Bildschirmebene beeinflussen den Kontrast. Eine Erhöhung der Leuchtdichte führt zu einem linearen Effekt, jedoch auf Kosten von Leistung und Wärmeentwicklung; eine Reduzierung des Reflexionsvermögens oder eine Erhöhung der Transmission erzielen in der Regel einen besseren nutzbaren Kontrast pro Aufwandseinheit.

Optisches Bonden verbessert die Transmission durch Beseitigung interner Luftgrenzflächen, während Oberflächenbehandlungen die Reflexion verbessern. Beides sind Entscheidungen auf Schichtebene und nicht auf Paneelebene. Daher sollte die Anforderung dem Lieferanten als Lesbarkeitsziel und nicht als Komponentenliste übermittelt werden.

Wie viel Helligkeit ist ausreichend?

Leiten Sie es aus den Umgebungsbedingungen ab, anstatt es nachzuschlagen.

Messen Sie die Beleuchtungsstärke in der Bildschirmebene zur ungünstigsten Tageszeit, schätzen Sie die reflektierte Leuchtdichte anhand des Reflexionsgrades der Vorderseite und stellen Sie sicher, dass die emittierte Leuchtdichte hoch genug ist, um das für die Anwendung erforderliche Kontrastverhältnis zu gewährleisten. Ist der Reflexionsgrad der Oberfläche unbekannt, messen Sie ein Muster: Ein Kolorimeter oder ein Bildkolorimeter, das das von einem weißen Feld unter denselben Beleuchtungsbedingungen reflektierte Licht misst, liefert den Wert direkt. Definitionen für die Farb- und Erscheinungsbildmessung werden von der CIE veröffentlicht , und Messgeräte und -verfahren werden von Herstellern wie X-Rite dokumentiert.

Bei den meisten Außeninstallationen liegt das Ergebnis in einem engeren Bereich als erwartet, da die Beschichtung und die Verklebung einen Großteil der Arbeit übernehmen. Der ermittelte Wert ist auch derjenige, der in der Kaufspezifikation anzugeben ist, da er die Bedingung enthält.

Oberflächenbehandlungen: AG, AR, AF und ihre jeweilige Funktion

Drei Behandlungen, drei verschiedene Jobs.

Die Entspiegelungsbehandlung erzeugt eine kontrollierte Oberflächenstruktur, die Reflexionen über einen weiten Winkel verteilt und so die maximale Helligkeit, die das Auge erreicht, reduziert. Sie erhöht die Trübung, wodurch das Bild leicht weicher wird. Die Antireflexbeschichtung reduziert die gesamte reflektierte Energie an jeder Grenzfläche, verbessert die Lichtdurchlässigkeit und verringert den diffusen Hintergrund. Sie ist jedoch teurer und empfindlicher gegenüber Berührung. Die Anti-Fingerprint-Beschichtung reduziert das Verschmieren an Berührungsstellen und nutzt sich von den drei Beschichtungen am schnellsten ab.

Die Kombination von Antireflexbeschichtung (AR) und Antireflexbeschichtung ist im Außenbereich üblich und wird auf die Außenseite des Deckglases aufgebracht. Die Spezifikation sollte die gemessene Trübung und das Reflexionsvermögen anstelle der Bezeichnung der Beschichtung angeben, da die Angaben zur Antireflexbeschichtung zweier Hersteller erheblich voneinander abweichen können. Die Trübungsmessung erfolgt nach einem festgelegten Verfahren, das beispielsweise in ASTM D1003 beschrieben ist.

Optisches Bonden und die dadurch beseitigten Reflexionen

Ein Luftspalt bildet eine zweite und dritte reflektierende Oberfläche.

Zwischen Display und Deckglas entstehen durch die unverbundene Schicht zwei Glas-Luft-Grenzflächen. Jede reflektiert einen Teil des Umgebungslichts zurück zum Betrachter und erzeugt einen diffusen Schleier über dem Bild. Genau dieser Fehler führt dazu, dass ein unverbundenes Display bei Sonneneinstrahlung blass wirkt. Durch die Verklebung mit einem optischen Klebstoff werden diese Grenzflächen beseitigt, die Lichtdurchlässigkeit verbessert und die Kondenswasserbildung an der inneren Oberfläche verhindert.

Die Abwägungen im Prozess betreffen Ausbeute und Reparierbarkeit: Eine verklebte Front wird als Einheit ausgetauscht. Optionen für Klebstoffe und deren optische Eigenschaften werden von Anbietern wie DELO und Henkel dokumentiert.

Kontrastziele durch Anwendung

Für unterschiedliche Anwendungen im Außenbereich sind unterschiedliche Mischungsverhältnisse erforderlich.

Ein Kiosk, der in 500 mm Entfernung gelesen wird, benötigt ausreichend Kontrast für kleine Schrift bei direkter Sonneneinstrahlung; eine Anzeigetafel, die in 5 m Entfernung gelesen wird, benötigt größere Elemente und toleriert weniger Kontrast; die Bedienoberfläche einer Ladestation für Elektrofahrzeuge liegt dazwischen und wird oft durch eine nasse oder staubige Oberfläche betrachtet; Instrumente an einem Mast werden in 1 bis 2 m Entfernung mit einem engen Sichtfeld abgelesen. Die folgende Tabelle dient als Ausgangspunkt für die Anforderungen und muss anhand der gemessenen Umgebungsbedingungen vor Ort bestätigt werden.

Die thermischen Kosten der Helligkeit in einem abgedichteten Gehäuse

Jedes zusätzliche Nitrit erzeugt in derselben Box Wärme.

Die Hintergrundbeleuchtung wird fast vollständig in Wärme umgewandelt. In einem geschlossenen Außengehäuse erhöht diese Wärme die Sperrschichttemperatur der LEDs, verringert deren Effizienz und verkürzt ihre Lebensdauer. Sonneneinstrahlung verstärkt diesen Effekt. Helligkeit und Lebensdauer stehen daher in direktem Widerspruch zueinander. Eine korrekte Spezifikation berücksichtigt beide Aspekte als eine einzige Entscheidung: den erforderlichen Kontrast, die dafür notwendige optische Konstruktion und die daraus resultierende Innentemperatur.

Bei abgedichteten Gehäusen ist die Verbesserung des optischen Aufbaus in der Regel kostengünstiger als die Erhöhung der Helligkeit, da sie gleichzeitig die Lesbarkeit verbessert und die Wärmeentwicklung reduziert.

Messung und Nachweis der Lesbarkeit

Sechs Schritte, die beide Parteien wiederholen können.

1. Notieren Sie Uhrzeit, Datum und Sonnenstand relativ zum Bildschirm.

2. Messen Sie die Beleuchtungsstärke in der Ebene des Bildschirms an der Installationsposition.

3. Messen Sie die Leuchtdichte im Weißfeld und im Dunkelfeld von der vorgesehenen Betrachtungsposition aus.

4. Messen Sie an drei Punkten über den Bildschirm hinweg, einschließlich des am stärksten reflektierenden Bereichs.

5. Notieren Sie die Temperatur der Vorderseite und, falls verfügbar, die Innentemperatur.

6. Fotografieren Sie den Bildschirm von der Betrachtungsposition aus mit fester Belichtung und archivieren Sie das Foto zusammen mit den Messwerten.

Bei Streitigkeiten wird der Sachverhalt durch dasselbe Verfahren, das an zwei Kandidatenstapeln durchgeführt wird, geklärt. Detektor- und Instrumentenoptionen für die optische Seite werden von Photonik-Anbietern wie Hamamatsu dokumentiert , und unabhängige Testgeräte werden von Laboren wie Intertek eingesetzt.

LCD oder OLED bei Sonnenlicht?

Bei Outdoor-Geräten ist ein LCD-Display mit guter Frontblende in der Regel die sicherere Wahl.

Ein selbstleuchtendes Display muss das reflektierte Umgebungslicht mit seiner eigenen Lichtleistung ausgleichen, was bei direkter Sonneneinstrahlung und jeder praxisnahen Helligkeit aussichtslos ist. Ein transmissives LCD mit einer geklebten, entspiegelten Front reflektiert weniger intern und kann ohne größere Einbußen heller eingestellt werden. Reflektierende oder transflektive Technologien nutzen das Umgebungslicht, anstatt dagegen anzukämpfen, und sind daher die bessere Wahl bei begrenzter Energie und einfachen Inhalten.

Die Entscheidung richtet sich daher eher nach dem Inhalt und dem Leistungsbudget als nach dem Ruf der Displayfamilie.

Was in die Spezifikation aufgenommen werden sollte

Neun Punkte machen die Anforderung überprüfbar.

CDTech fertigt in seinem gesamten Angebot an Industriedisplays Varianten mit hoher Helligkeit und einem breiten Temperaturbereich und bietet für die Frontbaugruppe Optionen zur Entspiegelung, Antireflexion und Verklebung an; das dahinterstehende Qualitätssicherungssystem ist auf der Seite „Qualitätszertifizierungen“ zusammengefasst.

Wo die Lesbarkeit im Freien trotz Spezifikation immer noch unzureichend ist

Vier Ursachen, die ein gutes Datenblatt überstehen.

Ein glänzendes Schutzfenster, das erst spät im Gehäusedesign hinzugefügt wird; eine Blende oder Vertiefung, die Licht auf den Bildschirm zurückreflektiert; eine Dichtung, die ungleichmäßig komprimiert wird und die Schichtstruktur verformt; und ein Reinigungsverfahren, das die Antireflexionsbeschichtung so lange abnutzt, bis sie poliert ist. Jede dieser Entscheidungen betrifft die Integration und nicht das Panel selbst, und jede lässt sich in einem Prototyp kostengünstiger erkennen als in einem Feldversuch.

Ein sinnvoller letzter Kontrollversuch besteht darin, das zusammengebaute Gerät im Freien zur ungünstigsten Stunde aus der Position des Bedieners zu fotografieren, bevor die Gehäusekonstruktion freigegeben wird.