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(Bild: Data Modul)

Eckdaten

Eine der größten Aufgaben bei der Entwicklung von Display-Systemen besteht darin, die gleichbleibende Qualität der Darstellung und die Funktionserhaltung des Monitors auf möglichst lange Zeit auch im Dauerbetrieb zu gewährleisten. Für den auftraggebenden Industriekunden spielt das Preis-Leistungs-Verhältnis auch eine wichtige Rolle. Um sämtlichen Anforderungen gerecht zu werden, sind Entwicklungs-Know-how und eine umfassende Komponentenauswahl notwendig.

Dient ein Displaysystem zur Informationsvermittlung, wie an Flughäfen, Bahnhöfen und in Warteräumen, müssen Displaylösungen auch aus größerer Entfernung und aus unterschiedlichen Blickwinkeln gut ablesbar sein. Je nach dargestelltem Inhalt finden sich in den Applikationen Panels im Landscape- und Portrait-Format – teils auch verbunden zu Videowalls. Der optimale Betrachtungsabstand, also die Distanz, aus der der Betrachter typischerweise auf das Display blickt, bemisst sich daran, bis zu welcher Ableseentfernung das Display nicht „pixelig“ erscheint. So wirkt zum Beispiel ein 38-Zoll-Display mit einer Auflösung von 1920 × 502 Pixel, auch bei einem Betrachtungsabstand von unter einem Meter noch scharf, ohne dass einzelne Pixel vom menschlichen Sehsinn aufgelöst werden können.

Anzeigesysteme wie an Flughäfen werden grundsätzlich aus einem großen Winkelbereich betrachtet:  von unten, vertikal nach oben. LCDs zum Beispiel weisen – abhängig von der Betrachtungsrichtung – eine Verschlechterung der Bildqualität auf. Auch daraufhin müssen Displaymodelle vor der Entwicklung intensiv getestet werden.

Displays in Outdoor-Anwendungen benötigen spezifische Materialien (Liquid Crystal, Polariser, Diffuser), da die Leuchtdichte des Displays, das Tageslicht und die jeweilige, zeitlich begrenzte Lichtsituation (bei direkter Sonneneinstrahlung) unter Umständen miteinander konkurrieren. Höhere Einstiegskosten für qualitativ hochwertige, industrietaugliche Panels, die diesen Anforderungen entsprechen, sind eine langfristig sinnvollere Entscheidung. Denn Folgekosten durch Reparaturen, Austausch oder Ausfälle günstigerer Panels können am Ende kostenintensiver und schwer zu kalkulieren sein.

Statischer Inhalt brennt sich ein

Besonderer Beachtung bedarf der darzustellende Content: Quasi-statische Bildinhalte, zum Beispiel Laufschriften oder Icons und Logos können „einbrennen“ (Image Sticking bei LCD), was signifikante, negative Auswirkungen auf die nutzbare Einsatz- beziehungsweise Lebensdauer hat.

Dieser Einbrenneffekt zeigt sich oftmals direkt bei der Anzeige überwiegend statischer Inhalte auf ungeeigneten Displays. Im Extremfall bleibt der gezeigte Content auch nach Ausschalten des Gerätes noch teilweise oder komplett im Hintergrund „eingebrannt“ sichtbar und beeinträchtigt die Ablesbarkeit beziehungsweise Darstellung unmittelbar negativ. Um diese Fehlerbilder im Dauereinsatz zu vermeiden, sollten nur langzeitgetestete Industriepanels in derartigen Systemen eingesetzt werden.

Data Modul führt hierzu im Vorfeld verschiedene Tests zur Überprüfung von Alterungserscheinung und Lebensdauer eines Displays im hauseigenen Labor und der Klimakammer durch. Jedes Display wird einer Evaluierung mit Messung relevanter Parameter und einem Stresstest unterzogen. In der Klimakammer werden die Displays je nach Projekt, Applikation und Anforderung tiefen und/oder hohen Temperaturen sowie Temperaturzyklen ausgesetzt. So lässt sich simulieren, wie sich ein Panel im Dauer- und Langzeiteinsatz verhält. Aus eventuellen auftretenden Alterungseffekten können Aussagen zu Hotspots, Zuverlässigkeit, Qualität und der generellen Paneltauglichkeit gemacht werden. Die Tests erstrecken sich über einen Zeitraum von einigen Tagen/Wochen bis hin zu mehreren Jahren, je nach Notwendigkeit oder späterem Einsatzbereich des Displays.

Ein Beispiel verdeutlicht die Relevanz dieses Procederes: Nach dem Test eines Consumer-Panels über zirka drei Monate im Klimaschrank mit einer Temperatur von 40 °C, dokumentieren Messungen deutliche Schwankungen der Leuchtdichte (Bild 6) an verschiedenen Stellen des TFTs. Es zeigt deutlich, dass dieses Panel ungeeignet für den Außeneinsatz ist, denn die brillante (gleichmäßige) Darstellung des Contents ist nicht gegeben.

Temperaturen von 40 °C und mehr werden innerhalb eines geschlossenen Gehäuses regelmäßig erreicht. Diese Temperaturen und hohe Leuchtdichten verringern jedoch die Nutzungsdauer von Displays signifikant und stellen so ein wichtiges Kriterium für die Amortisation dar. Ein Displayaustausch erzeugt neben dem reinen Panelpreis auch hohe Logistik- und Montagekosten. Unter diesen Kostenaspekt fallen ebenso der Stromverbrauch und ein effizientes und geräte-schonendes Klimamanagementsystem.

Thema der nächsten Seite ist das Klimamanagement

Regionale, klimatische Gegebenheiten spielen bei der Entwicklung eine entscheidende Rolle bei der Definition adäquater Systemkomponenten (Heizung, Wärmetauscher und Lüfter) zur Temperaturregulierung im Gerät. Im Außenbereich müssen Panels, je nach Einsatzort, mit teils extremen Temperaturen in Bereichen von -30 bis +50 °C umgehen können. Großformatige LCD-Panels mit mehr als 1000 Candela pro Quadratmeter – in Großprojekten nicht unüblich – ziehen allerdings immer eine höhere Leistungsaufnahme und damit eine Temperatursteigerung innerhalb des Geräts nach sich (TFT, IPC, Netzteil und so weiter), die Temperatur innerhalb des Geräts liegt höher als die Umgebungstemperatur (zum Beispiel auch verstärkt durch direkte Sonneneinstrahlung). Je höher jedoch die Temperatur im Gerät, umso mehr werden die Hauptkomponenten gestresst.

Um dem vorzubeugen, bedarf es eines ausgeklügelten, verlässlichen Temperaturmanagementsystems, das idealerweise ein möglichst konstantes „Klima“ innerhalb des Geräts gewährleistet, um die verbauten Komponenten so wenig wie möglich zu belasten.

Systemcontroller können über einen internen Temperatursensor alle temperaturabhängigen Vorgänge regeln:

Ein- / Ausschalten der Heizung

Ein- / Ausschalten der Ventilatoren (Gehäuse)

Ein- / Ausschalten der Anzeigeeinheit

Übertemperatur-Sicherheitsschalter

Zusätzlich sollte das System über einen Einschaltstrombegrenzer, einen Überspannungsschutz und eine Einschaltverzögerung verfügen. Letztere ist von Vorteil, wenn mehrere Displays parallel eingeschaltet werden. Die Stromversorgung sollte integriert und die Baugruppe im jeweils notwendigen Temperaturbereich betrieben werden können. Bei Unter- oder Überschreitung der angegeben Werte, trennt ein Bi-Metall-Sicherheitsschalter die Elektronik vom Netz. Durch eine Mikroprozessorsteuerung können alle Temperaturgrenzwerte per Software eingestellt und über RS232-Schnittstellen Anpassungen und Software-Updates durchgeführt werden. Ein Wärmetauscher mit interner und externer Zwangskühlung durch temperaturgesteuerte Ventilatoren und eine Heizung sollten integriert werden, um elektronische Bauteile vor extremen Temperaturschwankungen zu schützen. Ebenfalls notwendig sind Lufteinlässe und -auslässe am Monitor sowie Druckausgleichsstecker, um Kondensation im Inneren zu vermeiden. Auch eine simple Blende gegen direkte Sonneneinstrahlung wirkt effektiv.

Tests und Simulationen

Data Modul vergleicht zum Beispiel die interne Temperaturentwicklung und führt hierzu Temperaturmessungen in verschiedenen Konfigurationen durch: unter anderem durch Bilden interner Luftkanäle und durch komplettes Schließen der Kanäle. Außerdem werden Wärmesimulationen ausgeführt, um zu sehen, wo sich interne Hotspots befinden beziehungsweise um zu prüfen, ob Luft wie gewünscht bei Umgebungstemperaturen von 25 °C und einer Displayhelligkeit von 100 % fließt.

Anforderungen an Elektronikkomponenten

Data Modul verwendet für Systeme/Großprojekte unter anderem eigenentwickelte Mini-ITX-Baseboards mit Intel-Quad-Core-CPU-Modul und Industrial-PCs aus dem eigenen Portfolio mit direkter Display-Ansteuerung.

Auch diese Elektronikkomponenten werden Langzeit in der Klimakammer auf Hotspots, Alterung und  Lebensdauer getestet. Integriert werden zudem Umgebungslichtsensoren und Sensoren zur Überwachung der Tastenfunktionen an einer Fernbedienung (Infrarot/…). Über eine Monitoring-Software wird die Übermittlung von Fehlfunktionen an den Host-Computer sichergestellt. Eine industrielle Stromversorgung (19 bis 24 VDC) bringt hohe Effizienz und garantiert lange Lebensdauer.

Farblich anpassbares Gehäuse bietet IP-Schutz

Das Gehäuse muss im Außenbereich IP65 geschützt und somit wasser- und staubdicht sein. Das Frontglas kann zum Beispiel laminiert und mit einem zusätzlichen Sicherheitsglas versehen werden. Zur besseren Ablesbarkeit sollte das Glas allerdings entspiegelt sein. Mittels Optical Bonding, der dauerhaften Verbindung von Frontglas und TFT, kann bei Bedarf zusätzlich ein möglicher Luftspalt vermieden und unerwünschte Reflexionen vollständig unterbunden werden. Der Monitor selbst kann in verschiedenen RAL-Farben, auch CI entsprechend, gestaltet werden. Er benötigt gegebenenfalls zusätzliche Aussparungen für IR/ALC-Sensoren oder auch für eingebaute Kameras.

Für eine optimale Servicefreundlichkeit sollte das Gehäuse auf einer Seite mit einem Interlocking-System zugänglich sein. In der Regel ist es von Vorteil, Wartungsverträge und Supportvereinbarungen mit dem Systementwickler abzuschließen, um auch nach der Installation des Systems möglichst effizient und kostenreduziert agieren zu können.

Kevin Schmidt

Schmidt_Kevin
Produkt Marketing Manager System and Signage Solutions, Data Modul

(ah)

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