Anti-Glare- oder antireflexbeschichtetes Glas für Industriedisplays

Die wichtigsten industriellen Oberflächenbehandlungen für Display-Abdeckglas lassen sich in 2 Kategorien einteilen: blendmindernde Ätzung (AG) und Antireflexbeschichtung (AR). Beide mindern die Blendung bis zu einem gewissen Grad, indem sie die sichtbaren Auswirkungen von Fremdlicht auf die Lesbarkeit des Displays verringern, nutzen dafür aber grundlegend unterschiedliche optische Verfahren. AG streut reflektiertes Licht, indem die Glasoberfläche chemisch aufgeraut wird. AR löscht es durch destruktive Interferenz wirksam aus, die durch eine mehrlagige Beschichtung aus selektiv transparenten Materialien entsteht. Ob sich blendminderndes oder antireflexbeschichtetes Abdeckglas besser für Ihre industrielle Displayanwendung eignet, hängt von der Einsatzumgebung, der erforderlichen Bildqualität und Ihrem Budget ab.

Auf einen Blick – Anti-Glare- und antireflexbeschichtetes Glas im Vergleich

Hier finden Sie einen einfachen Vergleich zwischen blendminderndem und antireflexbeschichtetem Glas. Beide Oberflächen reduzieren störende Blendung, doch AG verändert dafür den Lichtweg, während AR die Reflexion unterdrückt. Berücksichtigen Sie die folgenden Faktoren, wenn Sie die Unterschiede zwischen blendmindernden und antireflexbeschichteten Oberflächen beurteilen.

So funktioniert Anti-Glare-Glas – Oberflächenätzung und Lichtstreuung

Die Untersuchung beginnt damit, dass Licht auf die AG-geätzte Oberfläche trifft. Durch chemisches Ätzen entsteht eine Oberflächenrauheit von 6-50 Mikrometern, die verschiedene Anbieter als „aggressiv“ oder „mild“ bezeichnen. Diese diffuse Reflexion wirft das einfallende Licht über einen breiten Winkelbereich zurück – dadurch sinkt die Intensität, und das Licht lenkt weniger ab. Ingenieure sprechen hierbei von Streuung: einer breitbandigen Umverteilung reflektierter Lichtenergie über verschiedene Winkel, die andernfalls fleckige Blendungen erzeugt.

Der Trübungsgrad blendmindernder Oberflächen wird nach ASTM D1003 bewertet. Ein Trübungsgrad von etwa 10 % bewirkt eine sehr leichte Blendminderung bei geringstmöglicher Beeinträchtigung der Schärfe. Ein angestrebter Trübungsgrad von 15 % vermeidet störende Blendung und schont die Augen, während sich bei 25-40 % selbst starke Blendungen durch Umgebungslicht beherrschen lassen, allerdings auf Kosten eines stumpferen, matten Erscheinungsbilds der Oberfläche. Blendmindernde Beschichtungen streuen reflektiertes Licht gezielt, statt es zu eliminieren.

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So funktioniert antireflexbeschichtetes Glas – mehrlagige Dünnschichtbeschichtung

Bei antireflexbeschichtetem Glas werden in speziellen Vakuumkammern mehrlagige Dünnschichten aufgebaut. Die Schichten bestehen aus Deltas von Magnesiumfluorid (MgF), Siliziumdioxid (SiO) oder Titandioxid (TiO). Die Dicke jeder Schicht wird per Laser auf ein bestimmtes schmales Band des sichtbaren Lichts (400-700 nm) abgestimmt. Wenn die Lichtwellen an den einzelnen Schichten reflektiert werden, interferieren sie destruktiv miteinander und verhindern so die Entstehung von reflektiertem Licht. Durch diesen mehrlagigen Aufbau erzielen Antireflexbeschichtungen die beste optische Entspiegelungswirkung.

Laut dem Wikipedia-Artikel über Antireflexbeschichtungen erreichen breitbandige Schichtaufbauten, die auf das gesamte normale sichtbare Spektrum (etwa 400-700 nm) abgestimmt sind, üblicherweise einen maximalen AR-Wert von weniger als 0,5 %. Schmalbandige Schichtaufbauten, die auf einzelne Wellenlängen abgestimmt sind (etwa 555 nm – das gelbliche Grün, das dem menschlichen Auge am hellsten erscheint), können den Reflexionsgrad auf unter 0,1 % senken und damit die Empfindlichkeitsschwelle unserer Augen unterschreiten.

Eine unbeschichtete Glasoberfläche reflektiert etwa 4 % des einfallenden Lichts. Bei 2 Oberflächen bedeutet das, dass fast 8 % des einfallenden Lichts in unsere Augen zurückreflektiert werden. Dreilagige Antireflexbeschichtungen reduzieren diesen Wert auf nahezu 0 % und ermöglichen so eine extrem hohe Transmission. Bei einem Industriedisplay kann dies unmittelbar zu einer originalgetreueren Darstellung von Kontrast, Farben und Bildtiefe führen.

Optische Klarheit und Bildqualität

Wenn es allein um die Wiedergabetreue geht, ist antireflexbeschichtetes Glas überlegen. Da die Oberfläche klar, glänzend, nicht fettig und nicht matt bleibt, sehen die Bildinhalte durch das Glas genauso aus, wie das Panel sie darstellt. Medizinische Displays, Prüfstationen mit maschineller Bildverarbeitung und alle Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Farbwiedergabe benötigen eine Antireflexbeschichtung.

Die Reflexion auf unbeschichtetem Glas wäre so spiegelartig, dass sich das Bild nicht analysieren ließe.

Anti-Glare-Glas erfordert einen vertretbaren Kompromiss. Heutige AG-Ätzungen mit einem Trübungsgrad von 15-25 % ermöglichen in der Regel eine gute Ablesbarkeit üblicher industrieller HMI-Panels. Bei einer Auflösung von weniger als 200 PPI (typisch für industrielle Touchscreens mit 7 15 Zoll) sind die Auswirkungen der AG-Trübung auf die Schärfe kaum sichtbar.

Auch bei mäßigen Trübungsgraden können Bediener Statuszahlen weiterhin hinreichend gut ablesen, Menüs durchgehen und farbcodierte Alarme interpretieren.

Beständigkeit, Reinigungsfähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse

In der Praxis ist Anti-Glare-Glas beständiger. Da die Oberflächenstruktur in das Glas selbst eingeprägt ist, blättert sie auch im Laufe der Zeit nicht ab, löst sich nicht und nutzt sich bei wiederholtem Reinigen nicht ab. Beschäftigte, die Bildschirme in Produktionsumgebungen mit industriellen Reinigungs- oder Desinfektionsmitteln reinigen, bevorzugen daher AG.

Schmierflecken sind tatsächlich weniger sichtbar, da sie auf der matten Oberfläche kaum auffallen, was auch den Reinigungsaufwand reduziert.

Die Antireflexbeschichtung liegt dagegen auf der Glasoberfläche und ist daher anfälliger für Kratzer. Die meisten hochwertigen Schichtaufbauten besitzen eine kratzbeständige Hartbeschichtung als oberste Schicht, doch stark abrasive Reinigungschemikalien und -geräte können die Beschichtung dennoch beschädigen. Wird das Glas in einem Reinraum oder einer anderen kontrollierten Umgebung ständig gehandhabt, kann die Antireflexwirkung sehr lange erhalten bleiben.

So können beispielsweise bei vielen radiologischen Überwachungsgeräten die Antireflexbeschichtungen über die gesamte Nutzungsdauer erhalten bleiben.

Sowohl AG- als auch AR-Oberflächenbeschichtungen können auf heutigem, sprödem thermisch vorgespanntem Glas eingesetzt werden, ohne dessen Schlagfestigkeit zu verändern.

Kosten, Lieferzeit und Mindestbestellmengen

Kosten der Oberflächenbehandlung: AG-Ätzung im Vergleich zur Antireflexbeschichtung. Bei den Stückkosten bietet das chemische Ätzen der Panels einen deutlichen Vorteil gegenüber der Antireflexbeschichtung.

Da chemisches Ätzen chargenweise erfolgt, können mehrere Panels in einer Charge bearbeitet werden, was die Stückkosten niedrig hält. Eine Antireflexbeschichtung erfordert dagegen eine Vakuumabscheidung – ein Verfahren, das teure Kammeranlagen benötigt und die Lieferzeit verlängert.

Bei Projekten mit begrenztem Budget dient AG üblicherweise als praktikable Basislösung. Die Mehrkosten einer Antireflexbeschichtung sind gerechtfertigt, wenn die Spezifikationen strenge Anforderungen an die Bildqualität stellen (etwa wenn Benutzer feine Schrift oder wertvolle Farben durch das Abdeckglas medizinischer Displays oder auf Beschilderungen hinter einem verglasten Display betrachten). Die Projektingenieure sollten die Mehrkosten der Antireflexbeschichtung gegen die dadurch erzielte Verbesserung der optischen Eigenschaften abwägen.

Welche Variante sollten Sie für Ihr Industriedisplay wählen?

AG/AR-Kombinationsglas eignet sich für Projekte, bei denen eine AG-Ätzung und eine Antireflexbeschichtung auf derselben Glasscheibe aufgebracht werden. Gemeinsam verbinden AG und AR die Blendminderung durch Lichtstreuung an der geätzten Oberfläche mit der Reflexionsunterdrückung durch die Dünnschichtbeschichtung. HMI-Panels im Außenbereich, die bei direkter Sonneneinstrahlung betrieben werden, sind eine typische Anwendung dieser Kombination.

Für HMI-Panels im Außenbereich unter direkter Sonneneinstrahlung lesen Sie unseren Leitfaden zu Beschichtungsaufbauten für bei Sonnenlicht ablesbares Displayglas.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist besser: blendminderndes oder antireflexbeschichtetes Glas?

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Keine der beiden Varianten ist grundsätzlich die beste Wahl. AG eignet sich besser für helle Umgebungen mit häufigen Berührungen, in denen Anforderungen hinsichtlich Fingerabdrücken relevant sind. Für kontrollierte Umgebungen, in denen die Bildqualität im Vordergrund steht, eignen sich Antireflexbeschichtungen am besten.

Kann ich AG und AR miteinander kombinieren?

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Ja. Bei diesem hybriden Ansatz wird die Antireflexbeschichtung direkt auf einem AG-geätzten Substrat abgeschieden. Die Kombination aus Blendminderung durch Lichtstreuung und Reflexionsunterdrückung durch Dünnschichten ist eine sehr gute Lösung für Anwendungen mit OCT-Toleranz gegenüber Fingerabdrücken und modernsten optischen Anforderungen – beispielsweise medizinische Displays im Außenbereich oder bei Sonnenlicht ablesbare HMI-Panels im Verkehrswesen.

Warum wirkt Anti-Glare-Glas manchmal trüb?

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Trübungsgrade über 35 % erzeugen eine sichtbare Oberflächenstruktur, die manche Benutzer mit einem trüben Erscheinungsbild verbinden. Ein Trübungsgrad von 15-25 % vermeidet dieses Problem und sorgt dennoch für eine Blendminderung.

Welche Nachteile hat ein Bildschirm mit blendmindernder Oberfläche?

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Eine AG-Ätzung lässt das dargestellte Bild matter erscheinen und verringert die wahrgenommene Schärfe geringfügig. Bei hochauflösenden Bildschirmen mit über 300 PPI kann die Mikrostruktur der AG-Oberfläche einen Glitzereffekt oder ein Moiré-Muster im Display verursachen, wodurch feine Details verdeckt werden können. Auch die Farben wirken gegenüber einem glänzenden, antireflexbeschichteten Panel etwas gedämpfter. Bei den meisten Arbeitsstationen für die medizinische Bildgebung oder Monitoren zur Farbkorrektur spricht dies ohnehin für die Spezifikation einer Antireflexbeschichtung.

Eignet sich antireflexbeschichtetes Glas für den Außenbereich?

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Eine Antireflexbeschichtung senkt den Reflexionsgrad selbst bei hellem Sonnenlicht auf unter 0,5 % pro Oberfläche. Bei Außenterminals oder Beschilderungsanwendungen, die häufig von Passanten mit den Fingern berührt werden, kommt jedoch üblicherweise eine Kombination aus Antireflex- und Hartbeschichtung zum Einsatz, oder es wird wegen der Toleranz gegenüber Fingerabdrücken AG gewählt.

Beeinflusst die Oberflächenbehandlung die Leistung der Touchsensoren?

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Nein. Weder die AG-Ätzung noch die Antireflexbeschichtung beeinflusst die PCAP-Toucherkennung. Beide Behandlungen erhalten die dielektrischen Eigenschaften, die PCAP-Sensoren benötigen, um Fingerberührungen auf dem Abdeckglas zu erkennen. Die kapazitive Empfindlichkeit, die Multitouch-Genauigkeit und die Handballenerkennung bleiben unverändert. Unser Entwicklungsteam stellt die Touchfunktion bei allen Oberflächenbehandlungen sicher, bevor es diese für die Produktion freigibt.

Literatur und Quellen

1. ASTM — „D1003 Standardprüfverfahren zur Bestimmung der Trübung und Lichttransmission transparenter Kunststoffe“ — astm.org
2. Wikipedia — „Antireflexbeschichtung“ — en.wikipedia.org
3. Wikipedia — „Dünnschichtinterferenz“ — en.wikipedia.org
4. Corning — „Lösungen mit Anti-Glare- und antireflexbeschichtetem Glas“ — corning.com
5. Corning — „So funktioniert es: Entspiegelung“ — corning.com