Surfen auch im Sonnenlicht

Dass Displays bei Tageslicht nur noch schwer lesbar sind, beeinträchtigt nicht nur Besitzer von Notebooks, Flachbildschirmen, Tablet-PCs und Smartphones, sondern auch Autofahrer, wenn beispielsweise Navigationsgeräte oder Displays in der Mittelkonsole bei starker Sonneneinstrahlung an Kontrast verlieren.

Betroffen von solchen störenden Reflexionen sind praktisch alle Flachdisplays – auch Aktiv-Matrix-Flüssigkristalldisplays, die derzeit den Markt der Flachbildschirme dominieren. Nach Angaben des Deutschen Flachdisplay-Forums (DFF) erzielt die Flachdisplay-Branche mit Aktiv-Matrix-Flüssigkristalldisplays rund 90 Prozent ihres Umsatzes. „Aktiv-Matrix-Flüssigkristalldisplays erreichen eine exzellente Farbdarstellung, wenn sie transmissiv betrieben werden. Diese Betriebsweise wird daher gegenwärtig mit Abstand am häufigsten realisiert“, erklärt Dr. Karlheinz Blankenbach, Vorsitzender des DFF und Professor an der Hochschule Pforzheim.

Flüssigkristallanzeigen bestehen heutzutage im Wesentlichen aus zwei separaten Teilen: aus dem LCD-Modul selbst, das alle zur Erzeugung des Bildschirminhalts erforderlichen Komponenten enthält, und aus einer zweiten Baueinheit, die vor dem LCD-Modul montiert ist. Bei der zweiten Baueinheit kann es sich zum Beispiel um ein Touchpanel handeln, wie sie etwa in Smartphones verbaut sind. Die Baueinheit kann aber auch einfach nur – wie etwa bei Ultrabooks – ein Frontglas sein, das die empfindliche Oberfläche des LCD-Moduls vor äußeren Einwirkungen schützt oder als Designelement dient.

Zwischen der vorgesetzten Baueinheit und dem LCD-Modul befindet sich konstruktionsbedingt ein kleiner Zwischenraum. Dieser Luftspalt ist hinsichtlich der Lichtausbreitung kritisch, denn Luft hat einen deutlich kleineren Brechungsindex als die angrenzenden Materialien. Folglich stößt Licht, das aus der Umgebung auf das Display einfällt, bei seinem Weg auf drei Grenzflächen, an denen es zu Reflexionen kommt: auf die Frontseite des vorgesetzten Bauteils, auf dessen Rückseite und auf die Vorderseite des LCD-Moduls.

An jeder dieser drei Ebenen werden rund drei bis vier Prozent des von außen einfallenden Lichts reflektiert. Wie groß das Reflexionsvermögen dieser Ebenen im konkreten Einzelfall ist, hängt vom Einfallswinkel des Lichts und von den genauen Werten der Brechungsindizes ab. Die drei Einzelreflexionen summieren sich auf etwa zwölf Prozent. Außerdem entstehen noch Mehrfachreflexionen. „Berücksichtigt man auch diese, kommt man durchaus auf 20 Prozent“, warnt Jürgen Eichner, Gründer und CEO der VIA optronics GmbH. „Und ist das Gerät mit einem Touchscreen ausgestattet, kann die Störreflexion durch die Metallisierungsschicht sogar auf über 30 Prozent ansteigen.“ Es gibt mehrere Möglichkeiten, um ein Display tageslichttauglich zu machen. Das beginnt bereits bei der Auswahl der Komponenten. „Wir setzen nur Frontgläser ein, die mit einer Antireflexionsschicht ausgerüstet sind“, betont VIA optronics-Chef Eichner.

Im Kampf gegen unerwünschte Reflexionen stellt das optische Bonden einen entscheidenden Schritt dar. Das Verfahren, mit dem Flachbildschirme in der Rüstungs- und Flugzeugindustrie seit den 1980er-Jahren hergestellt werden, eliminiert etwa zwei Drittel der Gesamtreflexionen. Außerdem schützt es den sichtbaren Bereich im Innern der Anzeigeeinheit vor Staub und Feuchtigkeit, erhöht die mechanische Stabilität des Bildschirms und ermöglicht deshalb auch die Konstruktion flacherer Displays. Die Firma VIA optronics, die eine 15-jährige Erfahrung auf dem Gebiet des optischen Bondens besitzt, hat einen eigenen, patentierten Prozess entwickelt und setzt dafür ein gemeinsam mit WACKER entwickeltes Silicon ein. Das gießfähige Gel wird flüssig appliziert und härtet allmählich zu einer weichen Schicht aus. Erst wenn das Silicon so weit abgebunden ist, dass es nicht mehr fließt, aber immer noch klebrig ist, werden die beiden Display-Teile zusammengefügt.

„Beim Zusammenfügen ist das Silicon schon teilweise vernetzt, aber keineswegs vollständig ausgehärtet“, erläutert der Silicongel- Experte Philipp Müller. Dieser trocken-klebrige Zustand ist wichtig: Wäre das Silicon beim Fügen noch flüssig, könnte es in die Beleuchtungseinheit oder gar in die LCD-Zelle gelangen. Gleichzeitig muss es die notwendige Haftung zu den Bauteil-Oberf lächen aufbauen können. „Die Kunst besteht darin, genau den richtigen Zeitpunkt zum Fügen zu treffen“, betont Müller. Beim Bonden wird zunächst die benötigte trocken-klebrige Siliconschicht auf der Rückseite des Frontglases oder des Touchpanels aufgebracht; je nach Displaygröße und angestrebter mechanischer Robustheit liegt die Schichtdicke zwischen 0,1 und zwei Millimetern, bei vandalismusgefährdeten Anzeigen auch deutlich darüber. Im zweiten Schritt werden die Bauteile zusammengefügt – passgenau und ohne merklichen Druck. Um Verunreinigungen der Bondschicht zu vermeiden, führt der Displayveredler diese Prozessschritte im Reinraum aus. Anschließend härtet die Siliconschicht vollständig aus. Hierbei erreicht die Klebung ihre Endfestigkeit.

In der Praxis erfordert das Trockenverfahren umfangreiches Know-how – und ein geeignetes Bondingmaterial. „Unser Prozess gelingt nur mit einem maßgeschneiderten Silicongel, das WACKER exklusiv für uns herstellt“, sagt Jürgen Eichner von VIA optronics. Sein Unternehmen hat viele transparente Materialien unterschiedlicher Stoffklassen getestet – neben Siliconen auch organische Klebstoffe, die sich aber unter anderem wegen ihrer Vergilbungs- und Schrumpfneigung als ungeeignet erwiesen hätten. „Die Suche nach dem richtigen Werkstoff führte uns letztlich zu WACKER . Deren Silicongele kamen allen unseren Anforderungen am nächsten“, berichtet Eichner. „Auf ihrer Basis haben wir dann unser Bondingmaterial formuliert.“