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Bessere Optik

Polycarbonatfolien mit konstruierten Oberflächeneigenschaften für Displays in Automobilanwendungen
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In einem qualitativen Vergleich mit einer herkömmlichen Folie mit mattem Finish zeigte eine monolithische Polycarbonatfolie mit konstruierten Mikrolinsen-Oberflächenstrukturen weniger Blendung, eine bessere Sichtbarkeit unter Umgebungslicht und mehr Deckkraft zum Verbergen von hinter der Folie liegenden Elementen.

Der Autor: Dr. Adel Bastawros, Specialty Film & Sheet Technology, Sabic’s Innovative Plastics, Mount Vernon/Indiana, USA

Die Anforderungen an eine optimale Helligkeit, bessere Sichtbarkeit und einen geringeren Energieverbrauch in Beleuchtungen von Instrumententafeln und Displays für Automobilanwendungen haben sich ständig erhöht. Bedruckte transparente oder matte Kunststofffolien werden verwendet, um die erforderliche lokale Lichtdiffusion zu gewährleisten und strukturelle Details hinter den Displays zu verbergen, während das notwendige Licht durchgelassen wird. Solche Folien sind mitunter ohne zusätzliche Beleuchtung und Oberflächenbehandlungen zum Erreichen von angemessener Helligkeit und Kontrast in ihrer Funktionalität eingeschränkt.
Jüngste Entwicklungen von modernen Displayfolien für LCD-TV und -Monitore ermöglichen die Erweiterung von bestimmten Lichtmanagementmöglichkeiten von solchen Folien für Displays und Instrumententafeln für Automobilanwendungen. In diesem Beitrag wird die Verwendung von Polycarbonatfolien mit konstruierten Oberflächeneigenschaften für verbesserten Kontrast und Helligkeit vorgestellt. Die optische Funktionalität wird durch Schaffung von optischen Elementen wie Mikrolinsenanordnungen, lentikulären oder prismatischen Matrizen auf der Folienoberfläche erzielt. Solche Folien sind insbesondere für Anwendungen mit LED-Beleuchtung attraktiv.
Es wurden zwei Arten von Folien evaluiert: eine Folie mit Mikrolinsenanordnungen und eine Folie mit einer zufälligen matten Textur als Referenz. Die Folien wurden im Siebdruckverfahren mit in Instrumententafeln üblicherweise verwendeten Mustern bedruckt und auf ein Backlight-Modul für Testzwecke gelegt, um die entsprechenden Helligkeits- und Kontrastwerte qualitativ und quantitativ mittels Lichtintensitätsmessungen zu bewerten.
Im Vergleich zu herkömmlichen Folien mit mattem Finish wiesen mit einer Mikrolinsenoberfläche hergestellte Folien weniger Blendung und eine höhere Deckkraft auf und boten einen dreimal besseren Kontrast unter Umgebungslicht und indirekten Lichtbedingungen. Das bedeutet, dass bei gleichem Energieverbrauch die Helligkeit und der Kontrast des Moduls verbessert wurden oder dass der Energieverbrauch bei gleicher Helligkeit gesenkt wurde.
Ein typisches Automobildisplay besteht aus einer bedruckten Kunststofffolie von 100 bis 800 µm Dicke, die mit den Instrumenten des Armaturenbretts oder den Anzeigen zusammen montiert oder darauf angebracht wird. Es wird normalerweise eine einzige Folie verwendet. Das von den Automobildesignern bevorzugte Material für Automobildisplays ist Polycarbonatfolie. Bei Tageslicht können die meisten Displays ohne Beleuchtung verwendet werden. Trotzdem kann die Wirkung des Umgebungslichts auf das Display die Sichtbarkeit und den Sichtkomfort des Displays beeinträchtigen. Die Blendeigenschaften und das Reflexionsvermögen der Folienoberfläche sind hier ausschlaggebend.
Wo Beleuchtung erforderlich ist, wird eine zusätzliche Lichtquelle verwendet, wie Glühlampen, eine Kaltkathodenlampe oder LEDs. In einem solchen Fall ist oft eine Lichtleitung erforderlich. Dabei handelt es sich normalerweise um eine geformte Komponente aus transparentem Kunststoff, die das Licht von der Quelle aufnimmt und dieses in Richtung der Displaybereiche umlenkt, die beleuchtet werden müssen. Lichtleitungen können aufwendig ausgelegt sein, um die Lichtquelle in verschiedene Komponenten zu zerlegen und diese zu unterschiedlichen Bereichen des Displays zu lenken.
Bei Displays mit bedruckten Folien bestimmt das Druckdesign die Bereiche, die das Licht blockieren (solider Druck) und die Bereiche, die für das Licht durchlässig sind (transparenter oder lichtdurchlässiger Druck). Hier wirken sich die optischen Eigenschaften der verwendeten Folien auf die allgemeine Leistung des Displays aus. Eine klare, transparente Folie kann ein Maximum an Licht übertragen, dennoch kann die Struktur eines Instruments durch solche klaren Folien unästhetisch wirken. Um strukturelle Komponenten hinter der Folie zu verbergen, sollte die Folie die Fähigkeit haben, bestimmte Bereiche zu verbergen. Die Verwendung einer Folie mit einem matten Finish (zufällige Textur) anstelle einer transparenten Folie reicht in der Regel, um die erwünschte Deckung zu erzielen. Das verursacht jedoch Diffusion (oder Streuung in verschiedene Richtungen) des durch die Folie übertragenen Lichts und zu Verlust von Helligkeit, die vom Betrachter wahrgenommen wird. Die Deckkraft beeinflusst die Gleichförmigkeit des Lichts in einem beleuchteten Bereich, d. h. sie sorgt an verschiedenen Stellen für eine gleiche Lichtdichte. Diffusionsfolien (mit matten, zufälligen Texturen) bieten üblicherweise diese Gleichförmigkeit, jedoch auf Kosten der Helligkeit. Der ideale Folienkandidat ist demnach eine Folie, die die Lichtübertragung in die gewünschten Richtungen (d. h. in Richtung des Betrachters) bietet, während sie genügend Deckkraft aufweist (Diffusion).
Es gilt hervorzuheben, dass die Fortschritte bei den LCD-Displays zu einem besseren Verständnis über die Lichtübertragung der verschiedenen Arten von Folien und Folienstapeln sowie über die Faktoren führten, die die Helligkeit, Gleichförmigkeit, den Blickwinkel und den Energieverbrauch beeinflussen. In LCD-Displays wird das Licht von der Lichtquelle oder vom Backlight-Modul durch eine Reihe von optischen Folien gelenkt, die das Licht vor der Übertragung auf das LCD-Panel (das bildgebende Element) aufbereiten, um dem Betrachter ein helles und gleichförmiges Bild zu liefern, das aus verschiedenen Richtungen betrachtet werden kann.
Ziel ist es, das Wissen aus dem LCD-Bereich auf Displays für Automobilanwendungen zu übertragen, die auf bedruckten grafischen Folien basieren. Die Untergruppe von Automobildisplays, bei denen die LCD-Technologie eingesetzt wird (z. B. Navigationssysteme und Audio-/Videokonsolen) kann bereits von solchen Fortschritten profitieren.
Monolithische Lexan-Polycarbonatfolien mit konstruierten Mikrolinsen-Oberflächenstrukturen wurden in einem simulierten Automobildisplay evaluiert. In einem qualitativen Vergleich mit einer herkömmlichen Folie mit mattem Finish zeigte die Mikrolinsenfolie weniger Blendung, eine bessere Sichtbarkeit unter Umgebungslicht und mehr Deckkraft zum Verbergen von hinter der Folie liegenden Elementen.
Im quantitativen Vergleich zeigten Mikrolinsenfolien einen dreimal höheren Kontrast in einem nicht beleuchteten Display als Folien mit mattem Finish. In beleuchteten Displaykonfigurationen zeigte die Mikrolinsenfolie dreimal bessere Fähigkeiten zur Lichtübertragung in Bereichen, die nicht direkt durch die Lichtquelle beleuchtet wurden. Die durch die Mikrolinsenfolie wiedergewonnene Lichtenergie verbessert demnach die Helligkeit oder die Energieeinsparung. Das zeigt, dass die in LCD-Anwendungen mit fortschrittlichen Displayfolien erzielten Zunahmen auch im Bereich der Automobildisplays vorteilhaft genutzt werden können.
Sabic, Tel.: 06142 601-105,
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