Gerade in der Automobilbranche müssen Displays anderen Ansprüchen genügen als Bildschirme von Mediengeräten.
Foto: Via Optronics GmbH

Werkstoffe

Optical Bonding auf Silikonbasis für Automotivebereich

Displays im Automotivebereich sind extremen Einsatzbedingungen ausgesetzt. Für eine längere Lebensdauer setzt Via Optronics auf eine neue Lösung.

Seit Jahren wächst die Zahl der Displayanwendungen mit Touchfunktion für die Automobilbranche stetig: Wurden laut Statista 2014 weltweit noch 37 Mio. Stück ausgeliefert, waren es 2016 bereits 44,5 Mio. Bis 2021 wird sogar ein Anstieg auf 65,5 Mio. erwartet. Doch Displays im Automobilinnenraum müssen für extreme Bedingungen ausgelegt sein: Starke Sonneneinstrahlung verursacht ungewollte Reflexionen – oft ein Sicherheitsrisiko während der Fahrt – und lässt außerdem die Temperaturen im Fahrerraum drastisch ansteigen.

Vorwiegend in kälteren Regionen muss die Ausstattung auch dauerhaft mehr als -20 °C standhalten. Um diesen Umwelteinflüssen nachhaltig gerecht zu werden, wird bei vielen Displayanwendungen unter anderem auf Optical Bonding Technologien zurückgegriffen. Dabei kommen allerdings oft Acrylate zum Einsatz, welche die gewünschten Temperaturanforderungen nicht erfüllen sowie Instabilität bei Langzeitanwendungen nach sich ziehen. Deswegen setzt die Via Optronics GmbH auf Silikonmaterialien mit konstanter thermischer und optischer Stabilität selbst bei -50 und 120 °C. Durch ein spezielles Optical-Bonding-Verfahren in Kombination mit einem speziell entwickelten Material lassen sich die Aushärtung und somit die optischen und thermischen Eigenschaften präzise kontrollieren, wodurch Nebeneffekte wie optische und mechanische Schäden am LCD und in der Folge Ausschuss im Prozess und im Feld vermieden werden können.

„Displays mit Touchfunktion für Automobil-Anwendungen durchlaufen derzeit zahlreiche Trends – sie werden größer, haben gekrümmte Oberflächen und sollen beispielsweise in verschiedene Flächen wie Windschutzscheiben und Spiegel integriert werden. So verschieden jedoch die Tendenzen wirken mögen, so klar ist die zentrale Botschaft: Displays spielen eine immer größere Rolle für die Gestaltung des Innenraums“, argumentiert Maggie Guo, Global Automotive Sales Director bei der Via Optronics GmbH. Hierbei werden nicht nur Trends aus dem Consumer Bereich adaptiert, sondern auch Vorbereitungen hinsichtlich autonomem Fahren getroffen, welche das Display zu einem zentralen Element im Fahrzeuginnenraum machen. Doch gerade in der Automobilbranche müssen Displays wesentlich höhere Anforderungen erfüllen als im Consumer Bereich: Vor allem die Lesbarkeit bei unterschiedlichen Lichtbedingungen ist ein nicht zu vernachlässigender Aspekt. Um dies zu erreichen greifen Display-Hersteller oft auf Optical Bonding zurück.

Haltbares Material bei widrigen Umweltbedingungen

„Displaybaugruppen bestehen aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes, die in der Regel durch Luft voneinander getrennt sind. Dies hat zur Folge, dass ein Teil des Lichtstrahls an jeder Grenzfläche im Displaybaugruppen-Aufbau reflektiert wird. Von Deckglas zu Luft sind das etwa 4 Prozent“, erklärt Dr. Klaus Radermacher, Global Director of Technology & Quality bei Via Optronics. „Bei mehreren Grenzflächen entspricht so die Helligkeit des reflektierten Lichts im schlechtesten Fall der Eigenhelligkeit des Bildschirms. Das führt dazu, dass die Displayinhalte und Anzeigen nicht mehr klar erkennbar sind.“

Besonders in sehr hellen Umgebungen, wie im Freien oder bei starker Sonnenlichteinstrahlung im Auto, kommt dieser Umstand zum Tragen. Ein Weg zur Vermeidung ist, die Zwischenräume zwischen den einzelnen Display-Baugruppen mit Material zu füllen – was dem sogenannten Optical Bonding entspricht. Hierbei werden unter anderem Acrylate verwendet. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie bei hohen Temperaturen weich werden, bei niedrigen hingegen hart und spröde, was unter anderem mechanische Spannung erzeugt, die auf die sensiblen Bestandteile des Bildschirms, wie etwa das Display, negativ auswirkt. Um diesen nachteiligen Eigenschaften von Acrylaten entgegenzuwirken, setzt die Via Optronics GmbH auf Silikone. Sie gelten als beinahe unzerstörbar und verändern sich auch bei wechselnden Umweltbedingungen nicht.

„Silikone weisen selbst bei Temperaturschwankungen zwischen -50 und 120 Grad Celsius konstante Materialeigenschaften auf“, bemerkt Radermacher. Darüber hinaus neigen sie im Vergleich zu Acrylaten nicht zur Vergilbung, sollten sie UV-Strahlung ausgesetzt sein, und sind zudem toxisch völlig unbedenklich. Beim Verfahren der Via Optronics GmbH und dem eingesetzten Material kommen keinerlei Lösungsmittel zum Einsatz, weshalb sowohl während des Prozesses als auch danach – somit weder in der Anwendung noch im Feld – keine Gase oder Dämpfe austreten.

Da Silikone insgesamt weicher sind als Acrylate, werden mechanische Kräfte, die zum Beispiel bei der Bedienung über Touch-Oberflächen auftreten können, wesentlich gleichmäßiger übertragen, wodurch optische Darstellungsfehler vermieden werden. Insbesondere bei oberflächensensitiven Displays wie IPS-Displays (In-Plane-Switching) ist das ein entscheidender Vorteil.

Selbstentwickelter Bondingprozess von Via Optronics mit Zwei-Komponenten-Silikon

Beim Optical Bonding-Prozess der Via Optronics wird das Silikon-Material flüssig appliziert. Im Gegensatz zu Acrylaten wird das Silikon allerdings nicht UV-gehärtet, vielmehr wendet der Bonding-Experte bei der Aushärtung einen selbstentwickelten Prozess an: den patentierten Max VU-Prozess. Hierbei kommt ein Zwei-Komponenten Silikonmaterial zum Einsatz. Nach dem Mischen der beiden Komponenten härten sie automatisch und ohne weitere Einflüsse aus. Über die Temperatur kann der Aushärteprozess präzise kontrolliert und beschleunigt werden: „Das hat den Vorteil, dass wir die Klebkraft genau steuern können“, führt Radermacher aus. Ferner lässt sich über das Mischungsverhältnis die Weichheit des Materials kundenspezifisch anpassen.

Diesen Vorgang hat Via Optronics noch weiterentwickelt: Beim sogenannten Max VU II, einem „Trocken-Bonding-Prozess“, werden zunächst die Silikon-Komponenten gemischt, auf eine der zu bondenden Baugruppen – zum Beispiel dem Display – appliziert und vorgehärtet, so dass das flüssige Material sich leicht verfestigt und in eine gelartige Phase übergeht. Danach wird eine zweite Baugruppe, beispielsweise das Tochpanel, aufgelegt und angefügt. Durch die gelartige Konsistenz der Silikonmasse kann diese weder an den Seiten austreten noch verlaufen, was eine Verarbeitung von teuren Displaykomponenten ohne Beschädigung ermöglicht. Auf diese Weise ist es möglich, optische Beeinträchtigungen des Displays wie beispielsweise Mura-Effekte oder andere mechanische Fertigungsfehler zu vermeiden, was neben anderen positiven Effekten auch zu weniger Ausschuss in der Produktion führt.

Mehr Investitionen in Entwicklung und Design

Insgesamt erhöht das Optical Bonding nicht nur die Lesbarkeit von Displays, sondern bringt auch andere Vorteile mit sich: Durch das Füllen der Hohlräume zwischen verschiedenen Displaybaugruppen können zwischen den einzelnen Baugruppenelementen keine Fremdkörper wie Flüssigkeit oder Partikel mehr eindringen, sodass der Bildschirm länger brillant bleibt und die Lebensdauer erhöht wird. Zudem wird das Endprodukt widerstandsfähiger gegen mechanische Einflüsse, da Optical Bonding beispielsweise vor Druck oder Stößen, schützt, da einwirkende Kräfte gedämpft werden. „Ein nicht-gebondetes Display beispielsweise hält maximal einer Fallhöhe von etwa 40 cm stand, ein gebondetes Exemplar hingegen mehr als 1 m“, erläutert Radermacher.

Für Kunden in den Bereichen Automobil, Industrie und Consumer Electronic bietet Via Optronics kundenspezifische Monitorlösungen mit Touchfunktionalität auf Wunsch auch mit Gehäuse in eigenem Design an. „Wir begleiten den Kunden Von der Idee bis zur individuellen Display-Lösung“, merkt der Qualitätsexperte an. Gemeinsam mit ihrem strategischen Investor und Partner Integrated Micro-Electronics (IMI), welcher neben anderen Produkten für den Automobilbereich auch zertifizierte Kameralösungen herstellt, arbeitet das Unternehmen an intelligenten Kombinationen aus Kamera und Display, beispielsweise für Spiegelersatz- oder Automobil Surround View-Systeme. Darüber hinaus entwickelt Via Optronics neue Produkte für den derzeit im Wandel begriffenen Automobil-Markt: „Die Nachfrage nach speziellen Monitor- und Systemlösungen unterliegt starken Veränderungen hinsichtlich der User-Anforderungen und unterscheidet sich auch international deutlich. Durch unsere langjährige Erfahrung im Automobil-, Industrie und Consumer Electronics-Bereich und unsere internationale Präsenz sind wir jedoch zuversichtlich, auch in Zukunft jeden Technologiewandel bestens zu meistern“, so Guo abschließend.

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