Zu den gängigen Outdoor-Geräten im täglichen Leben gehören: Ladestationen, Industrieanlagen, Digital Signage, Verkaufsautomaten, Paketschließfächer, Bildschirme an Bushaltestellen, Displays in Fahrzeugen usw. LCD-Displaymodule, die in Outdoor-Anwendungen eingesetzt werden, stellen aufgrund ihrer Betriebsumgebung andere Anforderungen als Displays für Endverbraucher – beispielsweise hohe Helligkeit, UV-Beständigkeit, Wasserdichtigkeit, Anti-Mis-Touch-Funktionalität, Blendschutzeigenschaften und hohe Zuverlässigkeit. Dabei wird die „UV-Beständigkeit“ oft kaum verstanden. In diesem Artikel geht es darum, gängige Lösungen zum Schutz von LCD-Anzeigemodulen für den Außenbereich vor UV-Strahlung vorzustellen.

Bevor wir Lösungen für die UV-Beständigkeit diskutieren, geben wir zunächst eine kurze Einführung in UV-Licht.

Licht wird anhand seines Wellenlängenbereichs in verschiedene Typen eingeteilt. Zum Beispiel: Sichtbares Licht reicht von 370 bis 380 nm; ultraviolettes (UV) Licht reicht von 100 bis 400 nm; Licht mit Wellenlängen unter 100 nm wird als Röntgenstrahlung bezeichnet; und Licht über 780 nm wird als Infrarotstrahlung bezeichnet.

Innerhalb des UV-Spektrums wird UV-Licht basierend auf der Wellenlänge weiter in drei Kategorien unterteilt:

● Langwelliges Ultraviolett (UV-A): 315–400 nm  

● Mittelwelliges Ultraviolett (UV-B): 280–315 nm  

● Kurzwelliges Ultraviolett (UV-C): 100–280 nm  

Bei diesen drei Arten von UV-Strahlung steigt das Energieniveau in der folgenden Reihenfolge an: UV-C < UV-B < UV-A. Bezogen auf ihre relative Häufigkeit im natürlichen Sonnenlicht ergibt sich jedoch folgende Rangfolge: UV-A (über 95 %) > UV-B (weniger als 5 %) > UV-C (in der natürlichen Umwelt fast nicht vorhanden, da es von der Ozonschicht absorbiert wird). Unter UV-Beständigkeit versteht man bei LCD-Displaymodulen daher im Allgemeinen den Schutz vor langwelliger UV-A-Strahlung.

1. UV-beständiger optischer OCA-Klebstoff, auch bekannt als „UV-CUT OCA“, ist im Wesentlichen eine Standardkomponente in LCD-Anzeigemodulen und derzeit die am weitesten verbreitete Lösung zum Schutz vor UV-Strahlung. Es ist ausdrücklich zu beachten, dass UV-beständiges OCA typischerweise ein nicht UV-härtendes OCA ist, das auch als selbsthärtendes OCA bezeichnet wird. Neben seiner weit verbreiteten Verwendung in LCD-Anzeigemodulen für den Außenbereich wird UV-beständiges OCA auch häufig in EPD-Modulen (elektronisches Papierdisplay) mit Frontbeleuchtung, Anzeigemodulen, die UV-Blockierungsfunktionen erfordern, und Anzeigemodulen mit gebogenen oder unregelmäßigen (nicht standardmäßigen) Formen eingesetzt.

① Mechanismus der UV-beständigen OCA:  

Gewöhnlicher optischer OCA-Klebstoff (ohne UV-Blockierungsfunktion) besteht hauptsächlich aus Basisharzen, Vernetzungsmitteln, Initiatoren, Haftvermittlern und funktionellen Additiven. Im Gegensatz dazu enthält UV-CUT OCA zusätzlich zu diesen Komponenten ein spezielles „UV-beständiges Additiv“. Dieser Zusatzstoff ist der Schlüsselbestandteil, der es dem OCA ermöglicht, UV-Strahlung zu widerstehen. Es absorbiert energiereiches ultraviolettes Licht und wandelt es in harmlose Wärmeenergie um. Dadurch wird verhindert, dass UV-Licht das LCD-Anzeigemodul beschädigt.

② UV-blockierende Fähigkeit von UV-beständigem OCA:  

In Produktspezifikationen für UV-beständiges OCA geben Hersteller typischerweise Daten für den UV-Wellenlängenbereich von 340 nm bis 380 nm an, wobei die Durchlässigkeit von UV-Licht unter 340 nm nahezu 0 % beträgt. Wenn für bestimmte Wellenlängenbereiche besondere Anforderungen an die UV-Blockierung bestehen, kann die Durchlässigkeit natürlich entsprechend über verschiedene Bänder hinweg getestet werden.

Im Allgemeinen wird die UV-Blockierungsleistung von UV-beständigem OCA auf zwei Arten ausgedrückt:

●UV-Durchlässigkeit (340–380 nm) < 1 %: Je niedriger die Durchlässigkeit, desto geringer ist der Anteil des UV-Lichts, der durch den Stapel aus OCA und Deckglas (CG) dringt, was auf eine stärkere UV-Blockierungsleistung hinweist.

●UV-Absorptions-/Blockierungsrate (340–380 nm) > 97–99 %: Je höher die Blockierungsrate, desto wirksamer verhindert die OCA das Eindringen von UV-Licht.

2. UV-beständige Tinte:  

Die Verwendung von UV-beständiger Tinte in LCD-Anzeigemodulen für den Außenbereich ist nicht zwingend erforderlich. Um unnötigen Kostenaufwand zu vermeiden, sollte die Auswahl flexibel und anhand spezifischer Produktanforderungen erfolgen. Im Vergleich zu Verbraucherprodukten sind Outdoor-Produkte in der Regel härteren Umgebungen ausgesetzt – beispielsweise längerer Einwirkung von Sonnenlicht und Regen oder dem Betrieb in leicht korrosiven Umgebungen. Daher muss die Tinte für das Deckglas (CG) strenge Zuverlässigkeitstests erfüllen, einschließlich der Beständigkeit gegen Salznebel, künstlichen Schweiß und chemische Reagenzien.

① Bedingungen für die Auswahl UV-beständiger Tinte:

● Der Kunde hat spezifische Anforderungen an die UV-Beständigkeitsprüfung der einzelnen CG-Abdeckung.

● Der Kunde verlangt ein einheitliches „Full-Black“-Erscheinungsbild für das LCD-Anzeigemodul.

● Die Tinte auf dem Deckglas weist nach der UV-Bestrahlung eine Vergilbung oder merkliche Farbabweichungen und Unebenheiten auf, insbesondere bei weißen Deckplatten.

② Mechanismus der UV-beständigen Tinte:  

Herkömmliche Tinte besteht hauptsächlich aus Pigmenten, Bindemitteln (Harzsystemen) und funktionellen Additiven (wie Härtern, Verdünnungsmitteln, Entschäumern und Verlaufsmitteln).

●Pigmente: Diese sorgen für die Farbe der Tinte und bestimmen in erster Linie das Aussehen der Deckplatte – zum Beispiel Ruß für schwarze Deckblätter und Titandioxid (TiO₂) für weiße Deckblätter. Pigmente verfügen über hochstabile kristalline Strukturen, die UV-Licht effektiv reflektieren oder absorbieren, wodurch sie resistent gegen Zersetzung und somit sehr lichtecht sind.

●Bindemittel: Diese bilden das „Skelett“ der Tinte und dienen als Träger für die Pigmente. Nach dem Aushärten bildet das Bindemittel eine schützende Filmschicht, die die Pigmente einkapselt und abschirmt. Zu den häufig verwendeten Bindemitteln gehören Harze auf Epoxid- und Polyesterbasis.

●Funktionelle Additive: Hierbei handelt es sich um Leistungsmodifikatoren, die in kleinen Mengen verwendet werden, aber eine entscheidende Rolle spielen – beispielsweise Härter (zur Förderung der Vernetzung), Verdünnungsmittel (zur Anpassung der Viskosität), Entschäumer (zur Beseitigung von Blasen) und Verlaufsmittel (zur Gewährleistung einer glatten Oberfläche).

Bei UV-beständigen Tinten wird zusätzlich zu den oben genannten Komponenten ein „Lichtstabilisator“ zugesetzt. Dieser Lichtstabilisator ist der wichtigste Funktionsbestandteil von UV-beständiger Tinte. Es absorbiert bevorzugt und stark energiereiche UV-Strahlung und wandelt sie in unschädliche Wärmeenergie um, die dann als Wärme abgegeben wird. Dadurch werden Bindemittel und Pigmente vor direkter UV-Zersetzung geschützt.

3. UV-beständiger Polarisator:  

Polarisatoren können UV-beständig konstruiert werden und werden daher in UV-beständige und nicht UV-beständige Typen eingeteilt.  

Der UV-beständige Polarisator enthält einen „UV-Absorber“ in seiner TAC-Schicht (Triacetylcellulose), während der nicht UV-beständige Typ keinen solchen Zusatz enthält. Daher ist es bei der Auswahl des Polarisators wichtig, mit dem Hersteller des Polarisators zu klären, ob das Produkt UV-blockierend ist.

Darüber hinaus werden in der Schichtstruktur eines Polarisators vier gängige Materialien zum Schutz der Kernschicht aus PVA (Polyvinylalkohol) verwendet: TAC, PMMA, COP und PET. Unter diesen Materialien weist COP die schlechtesten UV-Absorptionseigenschaften auf, gefolgt von PET. PMMA und TAC bieten einen relativ besseren UV-Schutz. Derzeit ist PMMA kostengünstiger und weist eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme auf, sodass es sich vor allem für großformatige TV-Anwendungen eignet. Für kleine bis mittelgroße Anzeigemodule mit höheren Zuverlässigkeitsanforderungen bleibt TAC jedoch die dominierende Wahl.

4. UV-beständige Glasabdeckung:  

UV-beständige Glasabdeckungen werden häufig in Anwendungen wie Auto-Schiebedächern, Windschutzscheiben und Seitenfenstern verwendet. Ihr Einsatz in Outdoor-Displays und Displays der Unterhaltungselektronik bleibt jedoch relativ begrenzt. Derzeit beginnen einige Produkte, Technologien und Materialien aus dem Automobilsektor für den Einsatz in Outdoor- und Consumer-Display-Anwendungen zu übernehmen.

UV-beständiges Glas wird typischerweise durch Zugabe spezieller Zusatzstoffe – wie Ceroxid, Titanoxid und Eisenoxid – zum Grundglasmaterial hergestellt. Diese Metalloxide besitzen ein starkes Absorptionsvermögen für ultraviolettes Licht. Sie können jedoch die Durchlässigkeit für sichtbares Licht und den Farbton des Glases beeinträchtigen.

Im Allgemeinen ist die Durchlässigkeit für sichtbares Licht von UV-beständigem Glas etwa halb so hoch wie die von Standardglasabdeckungen. Die UV-Durchlässigkeit variiert je nach Glasdicke: Je dicker das Glas, desto geringer die UV-Durchlässigkeit, was zu einer besseren UV-Blockierungsleistung führt. Umgekehrt bietet dünneres Glas einen schwächeren UV-Schutz.

Wenn Sie möchten, dass das LCD-Volllaminat-Anzeigemodul ein einheitliches schwarzes („one-piece black“) Erscheinungsbild erzielt und gleichzeitig UV-Beständigkeit bietet, ist eine UV-beständige Glasabdeckung eine gute Wahl. Ein zusätzlicher Hinweis: UV-beständige Glasabdeckungen erfordern in der Regel eine individuelle Anpassung in Absprache mit dem Glasrohstofflieferanten, was in der Regel zu höheren Kosten führt.