Interview Rudolf Sosnowsky, Hy-Line „Wir unterstützen bei komplexen und anspruchsvollen Display-Anforderungen“

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Elektronische Displays sind heute in fast allen Anwendungen zu finden. Sollen Displays integriert werden, sind Entwickler auf Unterstützung angewiesen. Hy-Line versteht sich nicht nur als ein Distributor, sondern als Lösungsanbieter. Was das genau bedeutet, warum TFT-Displays in der Industrie beliebt sind und was es mit E-Paper und energiesparenden Displays auf sich hat, erzählt Rudolf Sosnowsky im Gespräch.

Sollen in eine Anwendung Displays integriert werden, kommen nicht nur TFT-Displays zum Einsatz. Auch neue und vor allem energiesparende Techniken sollten berücksichtigt werden. Ebenfalls nicht außer Acht gelassen werden sollte die rechtliche Konformität durch Zertifizierung und Zulassung. Ein Gespräch mit Rudolf Sosnowsky, CTO bei Hy-Line.

Herr Sosnowsky, Hy-Line hat sich organisatorisch neu aufgestellt. Was hat sich geändert und wie profitieren Ihre Kunden davon?

Hy-Line steht seit 35 Jahren für spezialisierte Technologie-Kompetenz. Seit dem 1. September tragen wir das auch im Firmennamen. Unsere drei deutschen operativen Vertriebsgesellschaften sind nun zu einer starken Einheit, der Hy-Line Technology GmbH verschmolzen. Durch den Zusammenschluss können unsere Kunden über ihren vertrauten Ansprechpartner auf ein erweitertes, breites Portfolio technologischer Lösungen zugreifen. Unser Vertriebsteam wird dabei tatkräftig durch einen größeren Kompetenzpool aus Technologie-Experten und FAEs unterstützt.

Welche Strategie verfolgt Hy-Line in Bezug auf die Zusammenarbeit mit Kunden und welche Themen bedienen Sie?

Wir verstehen uns nicht nur als Value-Added-Distributor, sondern vielmehr als Lösungsanbieter. Unsere Kunden können bei uns eine Vielzahl an Design-In-Services und Leistungen bei der Systementwicklung in Anspruch nehmen. Ob Screening und Evaluation von neuen Technologien oder Absicherung der rechtlichen Konformität durch Zertifizierung und Zulassung. Dadurch helfen wir Unternehmen mutige Ideen zu verwirklichen und dem Fortschritt eine positive Richtung zu geben.

In der Praxis bedeutet das: Wir beraten unsere Kunden vollumfänglich und erarbeiten bestmögliche Lösungen für ihre zum Teil sehr komplexen und anspruchsvollen Anforderungen. Durch unser Komponenten-Portfolio renommierter und spezialisierten Hersteller und unserer eigenen Entwicklungskompetenz sind wir für unsere Kunden ein kompetenter und zuverlässige Partner von der Idee bis zur Serienreife und darüber hinaus. Wir haben schon jetzt sehr viele positive Resonanz in Kundengesprächen dazu erfahren.

Worin sehen Sie Ihre Aufgabe als System-Integrator?

Wir sehen uns als Partner, um funktionsfähige Systeme zu entwickeln und anzubieten. Beispiel: Aktuelle HMIs sind deutlich umfangreicher als in der Vergangenheit, und der an sie gestellte Anspruch ist gestiegen. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass die Erwartungshaltung von Mobiltelefonen und ihrer Funktionalität geprägt wird. Heute wird nicht einfach das Display von hinten an der Frontplatte befestigt.

Die meisten Bedienterminals sind mit einem Touchscreen in PCAP-Technologie ausgestattet, der viele Möglichkeiten bietet, aber Herausforderungen bei der mechanischen und elektrischen Integration stellt. Beginnen wir bei der mechanischen Integration: Der Sensor wird nach vorne mit einem Deckglas verklebt, auf dem der Bediener die Funktionen auslöst. Das Deckglas muss sowohl optische (Entspiegelung, Haptik der Oberfläche) als auch mechanische (Schutz gegenüber Reinigungsmitteln und Vandalismus) erfüllen. Das Deckglas kann in die Oberfläche bündig eingelassen werden, muss aber auch abgedichtet werden. Die elektrische Integration erfordert die Eliminierung störender Einflüsse durch mit Masse verbundenen Gehäuseteilen und elektromagnetischen Feldern aus dem Gerät, selbst vom Display ausgehende.

Die Integration beginnt bereits bei der Auswahl des für die Applikation am besten geeigneten Displays, beispielsweise Ablesewinkel, Helligkeit, Interface zum Embedded Board. Ein Schwerpunkt ist das so genannte Fine Tuning des Touch-Controllers, bei dem sehr viele Parameter für den Betrieb eingestellt werden. Die offensichtlichen, für den Bediener erfahrbaren sind zum Beispiel die Anzahl der Finger, die gleichzeitig erkannt werden, die Bedienung mit Handschuhen und die exakte Auslösung nur bei Berührung.

Hinzu kommen interne Einstellungen wie Unterdrückung von elektrischen Störsignalen, die Behandlung von stehendem und fließendem Wasser auf der Oberfläche und verschiedene Arbeitspunkte. Als Systemintegrator stehen wir dem Produktmanager und Entwickler zur Seite, um die richtigen Komponenten auszuwählen und ein System zu entwickeln, das fehlerfrei funktioniert und optimal bedienbar ist.

Das TFT-Display ist und bleibt für die Industrie das bewährte Display-System. Auf welche Kriterien sollten Entwickler und Konstrukteure Ihrer Meinung nach achten?

TFT-Displays sind sowohl von den etablierten Herstellern als auch von sogenannten „Module Makern“ erhältlich, die nur die Panels einkaufen und daraus ein TFT-Modul bauen. Dadurch können relativ einfach Semi-Custom-Module gebaut werden, die zwar ein Standard-Panel einsetzen, aber mechanisch und optisch an die Applikation angepasst werden. Eine spezifische Helligkeit oder Lebensdauer des Backlights zu erzielen, ist damit kein Problem. TFT bieten eine große Vielfalt an Auflösungen, Diagonalen, Schnittstellen und optischen Ausführungen (wie zum Beispiel AG-Polfilter). Sie sind Ausgangspunkt für vielseitige HMI durch die Veredelung mit einem PCAP-Touchscreen und einem Deckglas. Es gibt viele Spezialversionen für Sonderanwendungen in der Medizintechnik (zum Beispiel Farbraum, Uniformität, Linearität) oder im Outdoor-Bereich, auch mit erweitertem Temperaturbereich.

Die TFT-Technik hat einen hohen Reifegrad erreicht. Erst in jüngster Zeit wird sie in bestimmten Applikationen wie Mobil- und TV-Geräten durch andere Technologien wie OLED ergänzt. Die größten Fertigungsanlagen stellen Displays aus Muttergläsern mit einer Kantenlänge von ungefähr 3 m x 3 m her, aus denen die Einzeldisplays geschnitten werden. Dabei handelt es sich um einen Halbleiterprozess, der auf dieser großen Fläche möglichst fehlerfreie Panels erzeugen sollen, denn Reparaturen sind anders als bei Halbleitern nur beschränkt möglich. Nahezu alle Displays werden in Blickwinkel-erweiterten Technologien wie IPS, MVA oder FFS hergestellt. Dadurch können sie rundum mit höchstem Kontrast und minimaler Farbverschiebung betrachtet werden.

Für Entwickler und Konstrukteure bleibt das Datenblatt des Displays die Richtschnur für den Einsatz: Die beste Abbildungsleistung kann das Display nur erzielen, wenn die Parameter zum Betrieb eingehalten werden. Auf elektrischer Seite sind das die Versorgungsspannung und das Timing, auf mechanisch-optischer Seite der Temperaturbereich und die Einbausituation.

Eine wichtige Rolle kommt dabei dem Systemintegrator zu, der das Display-Subsystem nach Lastenheft definiert und die Parameter für den Betrieb festlegt. Da das Display in ein Gehäuse eingebaut wird, liegt ein Schwerpunkt auf der optimalen Auslegung der blendfreien Ablesbarkeit auch in hellem Sonnenlicht oder anderen Lichtquellen. Nur das Zusammenspiel mit der Displayoberfläche, den Eigenschaften des Touchscreens und der Verklebung – konventionell mit Klebeband oder mit Optical Bonding – führt zu einer optimalen „User Experience“: Einfache, logische und sichere Bedienung.

Energiesparende Displays sind vor allem für mobile Geräte interessant. Worauf sollte man achten und welche Techniken gibt es?

Die relevanten Technologien unterteilen sich in reflektive Displays, die das Umgebungslicht nutzen und in Dunkelheit mit einem Frontlight beleuchtet werden können, transflektive Displays, die das Umgebungslicht ausnutzen und mit einem Backlight bei Dunkelheit ablesbar bleiben, transmissive Displays und selbst emittierende Displays.

Für mobile Geräte ist besonders die geringe Leistungsaufnahme wichtig, da sie für eine längere Batterielebensdauer und eine kompaktere Bauform derselben wegen der geringeren Kapazität sorgt.

Für reflektive Displays ist die TN-Technologie prädestiniert, da sie einen sehr geringen Energiebedarf hat. Sie ist allerdings nur für einen geringen Komplexitätsgrad geeignet, weil mit steigendem Anzeigeumfang die Multiplexrate und damit der Kontrast abnimmt. Der technische Begriff des Kontrasts wird umgangssprachlich als Ablesbarkeit bezeichnet. Eine noch geringere Leistungsaufnahme im statischen Betrieb weisen E-Paper-Displays auf. Sie benötigen nur beim Wechsel des Anzeige-Inhalts Energie und sind auch in heller Umgebung hervorragend ablesbar. Allerdings eignen sie sich auf der in Sekunden gemessenen Update-Zeit nicht für bewegte oder sich häufig ändernde Inhalte.

Transmissive Displays modulieren das vom Backlight angebotene Licht. Typischer Vertreter sind TFT-Displays. Die Wellenlängen von Backlight und Farbfilter sind genau aufeinander abgestimmt, um beste Farbwiedergabe zu erzielen. Ohne Backlight sind sie nicht ablesbar. Im Betrieb mit Auflicht, etwa Sonne oder einer hellen Umgebung, müssen außer einer höheren Helligkeit spezielle Entspiegelungsmaßnehmen ergriffen werden, um einen ausreichenden Kontrast und damit Ablesbarkeit zu erreichen.

Transflektive Displays versuchen, das Umgebungslicht optimal zu nutzen, indem sie einen Teil des einfallenden Lichts reflektieren. Dadurch muss die Hintergrundbeleuchtung das einfallende Licht nicht übertreffen, damit das Display ablesbar bleibt. Leider gibt es auch Nachteile: Da der Lichtweg zwischen Hintergrundbeleuchtung und Umgebungslicht unterschiedlich ist, wird zwar Energie gespart, aber auf Kosten des Farbraums: Die Farben verblassen im reflektiven Betrieb. Außerdem muss die Hintergrundbeleuchtung im Vergleich zu reflektiven Displays früher eingeschaltet werden, da die Reflektivität nicht so hoch ist.

Selbst emittierende Displays benötigen kein Fremdlicht von hinten oder vorne. Das Material emittiert das Licht selbst. Vertreter sind Plasma-Displays, die es heute nicht mehr gebaut werden, und OLEDs. Bei OLEDs wird zwischen Active Matrix (TV, Mobilgeräte) und Passive Matrix (Messgeräte, Unterhaltungselektronik, kleine Laborgeräte) unterschieden. Allen gemein ist das Problem der Alterung, weil jede emittierende Lichtquelle im Betrieb an Intensität verliert. Obwohl OLEDs intrinsisch einen sehr hohen Kontrast aufweisen, reicht er im Outdoor-Betrieb nicht aus, um gegen die helle Sonne anzukommen.

E-Paper-Displays haben den Ruf eines Nischenprodukts. Welche Vorteile bieten diese Displays und wo lohnt sich ihr Einsatz?

E-Paper-Displays eignen sich dort, wo der Inhalt nur selten gewechselt werden muss, zum Beispiel bei Preisschildern oder bei Raumbediengeräten. Da sie im statischen Betrieb keine Leistung aufnehmen (das Controller-IC kann von der Stromversorgung getrennt werden, können mobile Geräte sehr lange mit einer einzigen Batterieladung auskommen. Mittlerweile verfügbare Controller-ICs machen die Programmierung einfach. Ein Nachteil ist die mit steigendem Anzeigeumfang oder mehreren Farben zunehmende Zeit, die für das komplette Update des Inhalts benötigt wird, die Wiedergabe von Videoinhalten ist nicht sinnvoll.

Wie sehen Sie die Zukunft des TFT? Was können wir von der Technologie erwarten und wie gut kann sie sich gegenüber anderen Display-Technologien durchsetzen?

Die TFT-Technik wird noch lange auf dem Markt bestehen. Active-Matrix-OLED werden bereits in Konsumgütern wie Mobiltelefonen und TV-Geräten eingesetzt, konnten sich aber bislang noch nicht für industrielle Applikationen qualifizieren. Die Veredelung der TFT-Technik durch besondere Backlights mit Quantum Dots erschließt neue Anwendungsfelder, wo es auf hohe Farbtreue und einen weiten Farbraum ankommt, etwa in der Medizintechnik oder der Druckvorstufe. Bis selbst emittierende Displays auf Quantenbasis verfügbar sind, wird noch einige Zeit vergehen.

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