Langlebige Touchdisplays
Optical Bonding als Problemlöser
HMI-Systeme sind fester Bestandteil der modernen Arbeitswelt. Um sie zu optimieren, spielt Optical Bonding eine wichtige Rolle. Das Klebeverfahren erhöht die Funktionalität von HMI-Systemen um ein Vielfaches. Worauf kommt es bei diesem Verfahren an? Welche Vorteile hat die Methode?
Der Bordcomputer in Mähdreschern, die Steuerung großer Industrieanlagen oder elektromedizinische Geräte wie Computertomografen – HMI- Systeme kommen in den unterschiedlichsten Branchen zum Einsatz. Die Mensch-Maschine-Schnittstellen sind aus dem Arbeitsalltag einfach nicht mehr wegzudenken. Und der Trend geht dahin, diese Systeme in immer mehr Bereichen einzusetzen – heutzutage vor allem mit intuitiv zu bedienenden Touchdisplays ähnlich einem Tablet.
Doch die Systeme müssen je nach Einsatzort herausfordernden äußeren Bedingungen standhalten. Dies können beispielsweise Umwelteinflüsse oder Hygieneanforderungen sein. Hier kommt Optical Bonding ins Spiel: Diese Methode findet Anwendung bei der Touch-/Display-Integration, also dem Einbau einer HMI-Benutzerschnittstelle in Gerätegehäuse. Optical Bonding umfasst unterschiedliche Klebetechniken, um Displays luftdicht mit Touch-Sensoren und Covergläsern zu einer Einheit zu verbinden. Das Ziel: eine erhebliche Verbesserung der Gerätefunktionalität.
Viele Branchen – hohe Anforderungen
Kalte Temperaturen nachts, warme Temperaturen tagsüber – sowohl HMI-Systeme, die innen, beispielsweise in Industriehallen, genutzt werden, als auch außen, müssen Temperaturschwankungen standhalten. Diese können in Form von Kondensationsfeuchtigkeit die Funktionalität und Langlebigkeit der Geräte erheblich beeinflussen, wenn sich ein Luftspalt zwischen Display und Frontglas mit Touchsensor befindet. Die Feuchtigkeit beeinträchtigt nicht nur die Bildschirmanzeige, sie wirkt sich auch negativ auf die Lebensdauer der sensiblen Elektronik in Displays aus. Ist der Luftspalt allerdings mit Optical-Bonding-Material gefüllt, also einem Klebstoff, wird die Innentemperatur der Applikation konstant gehalten, und es entsteht keine Kondensationsfeuchtigkeit im Gerät. Gleichzeitig verhindert das Bonding-Material auch das Eindringen von Staub- und Schmutzpartikeln. Ein besonderer Schutz vor Staub und Schmutz ist besonders wichtig, wenn das HMI-System außen zum Einsatz kommen soll, zum Beispiel in landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen.
Eine weitere Herausforderung für HMI-Systeme im Außenbereich ist Sonneneinstrahlung. Ist das Gerät täglich der Sonne ausgesetzt, kann es überhitzen und im schlimmsten Fall funktionsunfähig werden. Auch für dieses Problem bietet Optical Bonding eine Lösung: Durch die Verwendung eines UV-qualifizierten Bonding-Materials findet eine Wärmeableitung statt. Die Wärme der LED-Hinterleuchtung und der Displayoberfläche wird durch das Bonding-Material an das Deckglas abgegeben. Die LEDs überhitzen also nicht, wodurch ihre Lebensdauer erhöht wird.
Gute Ablesbarkeit
Auch in Sachen guter Ablesbarkeit verspricht das Optical Bonding Vorteile. Denn in speziellen Umgebungen, wie beispielsweise in der Medizintechnik, wirken kritische Lichtverhältnisse auf die Displays ein. Während bei einem Luftspalt Licht gebrochen und so reflektiert wird, erhöht ein mit Bonding-Material befülltes Touchdisplay den Kontrast. Das Bonding-Material weist nämlich einen ähnlichen Brechungsindex auf wie Glas, hat also ähnliche optische Materialeigenschaften. Damit sorgt es für eine blendfreie Optik. Dank geringer Kontrastverluste können HMI mit weniger Leistung energieeffizient laufen.
Optical Bonding macht Displayanwendungen und Touchpanels auch viel robuster. Das Bonding-Verfahren dient als mechanische Verstärkung des Geräts. Das Deckglas ist mittels Optical Bonding fest mit dem Display verbunden. Bei Glasbruch dient es als Splitterschutz; das Gerät ist widerstandsfähiger gegen Vibrationen, Schock und Krafteinwirkungen. Gerade bei mobilen Geräten im Fahrzeugbau und bei Anwendungen in der Medizin ist dies ein Vorteil.
Das richtige Verfahren für unterschiedliche Anforderungen
Beim Optical Bonding gibt es unterschiedliche Klebetechniken für verschiedene Anforderungen. Die Bonding-Methode richtet sich nach der Auswahl der Komponenten, der Systemintegration und den Applikationsanforderungen. Kundenwünsche sind hierbei ausschlaggebend. Displayformate, Bauformen, bestimmte Stückzahlen und Budgetvorgaben – das alles ist bei der Wahl der Bonding-Methode zu berücksichtigen. Bopla bietet seinen Kunden unter anderem Touch-/Displayintegration von HMI-Systemen und beschäftigt sich deshalb einhergehend auch mit Optical Bonding.
Beim Optical Bonding unterscheidet Bopla zwei Verfahren – das Dry Bonding, also das trockene Bonding, und das Wet Bonding, das flüssige Verkleben.
Dry Bonding
Das Trockenbonding wird auch als Laminieren bezeichnet. Dabei wird das Bonding-Material auf die Größe der sichtbaren Displayoberfläche zugeschnitten und der Luftspalt zwischen Frontglas und Touchsensor-Rückseite damit homogen gefüllt. Hierbei muss der Touchsensor flexibel oder semiflexibel sein. Eine hochtransparente Klebeschicht wird unter hohen optischen Anforderungen hinter das Coverglas laminiert. Zum Beispiel darf sich kein Staub zwischen den Einheiten befinden, und es darf auch nicht zur Bläschenbildung kommen. Das ist die Herausforderung bei diesem Verfahren. Man kann sich das Ganze am Ende ungefähr wie ein hochtransparentes doppelseitiges Klebeband vorstellen. Mithilfe von Druck und Wärme werden Sensor und Coverglas zusammengefügt. Dieses Verfahren ist vergleichsweise kostengünstig und zeiteffizient. Wünscht der Kunde große Gerätestückzahlen in kurzer Zeit, ist Dry Bonding die bevorzugte Methode. Allerdings sind hierbei die Möglichkeiten zur Bedruckung des Coverglases begrenzt.
Wet Bonding
Das Wet Bonding hingegen eignet sich bei Hard-to-Hard-Verbindungen, also wenn ein starrer Sensor mit dem Deckglas verklebt werden soll. Dabei verteilt sich ein flüssiger Klebstoff auf dem Touchsensor. UV-Licht härtet den Klebstoff anschießend aus. Das geschieht auch wieder unter hohen optischen Anforderungen. Dieses Verfahren ist am gängigsten, weil es flexibel einsetzbar ist. Da man hierbei UV-Licht zur Aushärtung einsetzt, ist es besonders materialschonend. Bei dieser Methode füllt der Flüssigkleber den Luftspalt zwischen Displayoberfläche und Sensorrückseite. Wünscht der Kunde ein rahmenloses oder ein Zero-Bezel-Display ist das Wet-Bonding-Verfahren nur bedingt geeignet.
Die Umgebung erhöht die Anforderungen an das System sowie an das Gehäuse, in welches das HMI-System integriert wird. Ob resistive oder kapazitive Touchscreens, Displays oder Tastaturen – je nach Kunde und Branche können sich die Anforderungen an die mechanische und elektronische Integration von HMI-Systemen erheblich unterscheiden. Während Industrieanwendungen zum Beispiel besonders robust sein müssen, ist in der Medizintechnik auch Hygiene von großer Bedeutung.
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