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  • appli­ca­tion (sam­ple “out­door display”)

  • EDCG-​location

  • auto­mated inspection

  • bugs inside a display

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  • mold and cor­ro­sion in out­door use

  • biotop inside a display

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  • bad seal of cut­ted TFT

  • large dis­play areas

  • bub­bles in opti­cal bond

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  • dust and dirt leads to failures

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  • con­tin­u­ous oper­a­tion with touch

  • resized dis­plays with spe­cial risk

  • appli­ca­tion (sam­ple “desk”)

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Die Prob­lem­felder mod­erner Displays

Die Problemfelder moderner Displays

Dis­plays haben längst Einzug in die Fab­rikhallen erhal­ten. Meist kaufen Unternehmen fer­tige Kom­plet­tlö­sun­gen – mit schlecht abges­timmter Zusam­menset­zung der Kom­po­nen­ten. Häu­fige Folge ist eine Über­hitzung oder Taubil­dung in den Displays.

Eine Analyse ther­mis­cher Defekte an Displays

Angesichts schrumpfender Mar­gen im Dis­play­bere­ich ver­legen sich weltweit immer mehr Her­steller auf Vor­wärtsin­te­gra­tion hin zu Gesamtlö­sun­gen. Hier­für wer­den meist Dis­play, Embedded-​PC oder Con­troller und Stromver­sorgung in ein möglichst kom­pak­tes Chas­sis ver­packt. Geht es um die Verbesserun­gen der Sys­teme, ist die Erhöhung der Display-​Helligkeit ein wichtiges Ziel. Das lässt sich am ein­fach­sten durch die Erhöhung der Leis­tungsauf­nahme erzie­len. Dass damit auch die Abwärme anwächst, wird dabei häu­fig ignori­ert. Denn bei der Kom­po­nen­ten­zusam­menset­zung endet lei­der die The­o­rie. Viel zu oft wird die Frage nach der abges­timmten Tem­per­atur außer Acht gelassen. Dabei ist es alles andere als egal, welche Tem­per­a­turen die Kom­po­nen­ten entwick­eln, wie sich diese auf die anderen Teile auswirkt und was durch unter­schiedlich warme Teile im Dis­play geschieht.

Geringe Lich­taus­beute

Die Gründe dafür begin­nen bere­its bei der wichtig­sten Ein­heit des Display-​Systems – der Anzeige selbst. Die Lich­taus­beute eines typ­is­chen Dis­plays liegt nur bei einem Bruchteil der aufgenomme­nen elek­trischen Leis­tung. Von den 100 % Leis­tung der Lichtquelle gehen sukzes­sive mehr als 90 % der Lichtleis­tung ver­loren. Gle­ichzeitig ist die Lichtquelle aber immer die größte Hitze­quelle. Hinzu kommt, dass die Hitzeen­twick­lung schneller steigt als die Lich­taus­beute. Mit 10 Watt Leis­tung kann man beispiel­sweise 200 cd/​m² erzeu­gen, 20 Watt dage­gen reichen aber nicht für dop­pelte Hel­ligkeit. Dafür wird aber deut­lich mehr Leis­tung in Hitze umgesetzt.

Wammes FB Thermische Optimierung 2015 Bild 01
Der Ver­lust der Lichtleis­tung von sukzes­sive mehr als 90 % ist auf Polarisatoren,TFT-Struktur und
Farb­fil­ter zurückzuführen

Nicht nur das Dis­play ist eine Heizung, son­dern alle elek­trischen Kom­po­nen­ten, maßge­blich das Net­zteil als auch der Prozes­sor des (Embedded-)Systems. Die wach­sende Pack­ungs­dichte auf allen Ebe­nen tut ein Übriges: wenn in einem 19-​Zoll-​Rack immer mehr Embedded-​PCs übere­inan­der gestapelt wer­den und jede Ebene ihrer­seits immer mehr Prozessor-​Cores enthält, dann ist das einer Tem­per­aturre­duzierung nicht eben förderlich.

Je nach Stan­dort kommt die Umge­bungswärme hinzu – durch Heizun­gen im Innen­raum und im Freien durch die Sonne. Diese Fak­toren ein­fach zu ignori­eren, führt zwangsläu­fig zu einer Über­hitzung des Sys­tems und damit zum Aus­fall – nicht nur des Displays.

Ursachen­forschung

Bei defek­ten Dis­plays ist die Suche nach der Ursache lei­der oft genug noch etwas kom­plizierter. Die Erken­nt­nis „Über­hitzung“ allein hilft nicht viel, wenn man das Dis­play wieder repari­eren möchte oder das Sys­tem für zukün­ftige Anwen­dun­gen verbessern möchte. Denn es kön­nen unter­schiedliche Kom­po­nen­ten eines Gesamt­sys­tems sein, die bei zu großer Hitze als Erste durch­schmoren. Fol­gende Kom­po­nen­ten soll­ten im Ern­st­fall über­prüft werden:

  • Über­hitzte und durchge­bran­nte Dis­playtreiber, die mit der Pla­tine ver­schmolzen sind
  • Ther­misch über­lastete Widerstände
  • Ther­misch geschädigte optis­che Filme und Polarisatoren
Wammes FB Thermische Optimierung 2015 Bild 03
Ther­misch über­lastete Wider­stände sind durch die
ver­schmorten Rän­der deut­lich erkennbar
Wammes FB Thermische Optimierung 2015 Bild 04
Ther­misch geschädigte optis­che Filme und Polar­isatoren
ein Effekt, der auch bei resis­tiven Touch-​Displays häu­fig
zu beobachten ist

st die Schwach­stelle lokalisiert, kann man sich in mehreren Schrit­ten auf die Suche nach Lösun­gen machen:

1. Wo liegt die max­i­male ther­mis­che Belas­tung der Kom­po­nen­ten? Hier hilft in der Regel ein Blick ins Daten­blatt.
2. Lassen sich die ver­wen­de­ten Kom­po­nen­ten durch höher­w­er­tige Alter­na­tiven mit größerer Hitzere­sistenz erset­zen? Die höheren Anschaf­fungskosten lassen sich durch sink­ende Gesamt­be­trieb­skosten oft kom­pen­sieren. Durch die län­gere Lebens­dauer des Sys­tems ergibt sich zudem eine ins­ge­samt bessere Betrieb­swirtschaftlichkeit.
3. Ist ein Erset­zen der Kom­po­nen­ten nicht erfol­gver­sprechend, sollte das Augen­merk der Gesamtkonzep­tion zugewen­det wer­den. Wenn die Display-​Aufgabenstellung nur mit einem anderen Design erre­icht wird, ist das let­zten Endes das, was zählt. Die Auf­gaben­stel­lung ist kom­plex – aber nicht unmöglich, wenn man auf die richti­gen Kom­po­nen­ten und Tech­niken baut.

Prob­lem­feld Kondenswasser

Die Faus­tregel heißt aber keineswegs, dass heiße Dis­plays schlecht und kalte Dis­plays gut sind. Vielmehr gilt es, Tem­per­a­turex­treme zu ver­mei­den. Denn: Nicht nur zu heiße oder zu kalte Kom­po­nen­ten beein­trächti­gen die Funk­tion des Dis­plays oder zer­stören es gar. Auch die Tem­per­atu­run­ter­schiede zwis­chen Hotspots und Coldspots kön­nen Fol­gen haben. Denn wenn das Temperatur-​Delta eine gewisse Größe erre­icht, führt es zur Bil­dung von Kon­denswasser inner­halb der Anzeigeein­heit – und damit zu Wasser– und Leitungss­chä­den oder Kurz­schlüssen. Wohlge­merkt meint Coldspot hier nicht abso­lut, son­dern nur rel­a­tiv kalt im Ver­gle­ich zur Umge­bung: Schon ein halbes Grad Cel­sius Tem­per­atu­run­ter­schied kann genü­gen, um Taubil­dung an der kühlsten Stelle anzure­gen. Das Ein­brin­gen von Trock­en­mit­teln in das Gehäuse der Anzeigeein­heit ist als Gegen­mit­tel auch kein All­heilmit­tel, denn das Mate­r­ial sam­melt Wasser – das es bei ungün­sti­gen ther­mis­chen Voraus­set­zun­gen wieder abgeben kann.

Feuchtigkeit kann viele Schä­den anrichten, die man nicht – wie etwa eine durchgeschmorte Stelle – auf den ersten Blick erkennt. Im Gegen­satz zu über­hitzten Anzeigenein­heiten fällt der Schaden nicht sofort auf. Zudem gilt: Wenn Dis­plays auf­grund von Taubil­dung aus­fallen, gestal­tet sich die Fehler­suche oft­mals noch schwieriger als bei „direk­ter“ Überhitzung.

Wegen der elek­trischen Leit­fähigkeit von wäss­ri­gen Lösun­gen sind Kurz­schlüsse natür­lich ein häu­figes Prob­lem. Doch Wasser ist durch die darin gelösten Sub­stanzen auch chemisch aktiv. Es kann somit alka­lisch oder sauer wer­den und Kor­ro­sion an elek­tro­n­is­chen Bauteilen verur­sachen – nicht unbe­d­ingt an offen­sichtlichen Stellen. Da Wasser immer danach strebt, sich zu verteilen, kön­nen die Schä­den auch an schwer ein­se­hbaren Stellen entstehen.

Voraus­set­zung für die Taubil­dung bei Tem­per­atu­run­ter­schieden ist die man­gel­nde Dichtheit der Dis­playge­häuse. Wären diese nach außen vol­lkom­men luft­dicht abgeschlossen, mit trock­ener Luft im Inneren, kön­nte keine Luft­feuchtigkeit ein­drin­gen und fol­glich auch nichts kon­den­sieren. So aber ver­hält es sich mit vie­len Dis­plays wie mit unsachgemäß ver­schlosse­nen Lebens­mit­teln: irgend­wann fängt es an zu schim­meln. Und tat­säch­lich sind Schä­den durch Schim­melpilze und Sporen aus der Umge­bungsluft eine immer wieder anzutr­e­f­fende Ursache für Display-​Ausfälle.

Eine neu­trale Sys­te­m­analyse unvermeidlich

Fällt ein Dis­play aus, kann es der Anwen­der eines Dis­playsys­tems – sei es in der Indus­trieau­toma­tion, im Digital-​Signage-​Bereich oder im Fahrzeug­bau – meist nur an den Sys­tem­inte­gra­tor zurück­ge­hen lassen, der es ihm geliefert hat. Dieser wird in der Regel aus Gewährleis­tungs­grün­den einen Ersatz stellen. Doch kann man beim Ersatzsys­tem früher oder später mit densel­ben Prob­le­men rechnen.

Der Sys­tem­inte­gra­tor befindet sich let­ztlich kaum in einer anderen Sit­u­a­tion, wenn er einen Schadens­bericht an den Her­steller eines defek­ten Bauteils weit­ergibt. Warum sollte dieser ein­räu­men, dass mit seiner Kom­plet­tlö­sung etwas nicht stimmt? Mit anderen Worten: Weder vom Sys­tem­inte­gra­tor noch vom Her­steller kann man eine unvor­ein­genommene Analyse aller Aspekte eines fehler­haften Sys­tems erwarten.

Um die sys­temis­chen Ursachen von ther­misch bed­ingten Display-​Ausfällen zu unter­suchen, hat sich die Wammes-​Firmengruppe dem Thema Display-​Coaching und Fehler­analyse gewid­met. Im näch­sten Schritt gilt es auch sys­temis­che Lösun­gen zu erar­beiten, für die für jede Kom­po­nente das Best-​in-​class-​Produkt vorgeschla­gen wer­den kann: also weniger Kom­plet­tlö­sun­gen als indi­vidu­ell angepasste Kom­po­nen­ten, denn schließlich geht es um prak­tis­che Optimierung!

Am Ende eines solchen Prozesses, der sich unter dem Motto „coach­ing – solv­ing – prod­ucts“ fassen lässt, kann dann dur­chaus ein Konzept für ein maßgeschnei­dertes, pro­jek­t­be­zo­genes Pro­dukt, das auch massen­tauglich sein kann, ste­hen. Das Entschei­dende ist jedoch der Erken­nt­nis­gewinn. Er macht es den Dis­playan­wen­dern möglich, die Ange­bote kri­tisch zu hin­ter­fra­gen, die sie von den Her­stellern und Sys­tem­inte­gra­toren ange­boten bekom­men. Das jüngst als eigen­ständi­ger Verein aus dem VDMA aus­ge­grün­dete Deutsche Flachdisplay-​Forum (DFF) hat sich zum Ziel gesetzt, solche objek­tiven Analy­sen möglichst breit zugänglich zu machen, weil von dem verbesserten Infor­ma­tion­sniveau let­ztlich alle Branchen­teil­nehmer profitieren.

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