Touch-/Displayintegrace se zaměřením na optické lepení

Nalepení dotykové/edisplejové jednotky: Celá jednotka je vložena do pouzdra a zde upevněna lepicí vrstvou. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Tento systém HMI se například používá v chemickém průmyslu: kapacitní dotyková obrazovka v kombinaci s kapacitním tlačítkem. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Vysoušení při Wet Bonding s UV světlem: Tekutá lepení komponent slibuje zvlášť vysokou optickou kvalitu a mechanickou stabilitu. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Optické lepení u BOPLA: Skleněná přední strana je spojena s dotykovým displejem nebo displejem pomocí metody Optical Bonding. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Nejprve dávají strojům jejich tvář a tím zjednodušují procesy: HMI systémy jsou pevnou součástí moderního pracovního prostředí. Aby je bylo možné optimalizovat, hraje důležitou roli Optical Bonding. Lepicí metoda zvyšuje funkčnost HMI systémů mnohonásobně. Čím více odvětví spoléhá na HMI systémy, tím více nabývá na významu Optical Bonding. Na co je třeba při této metodě dbát? Jaké výhody má tato metoda?

Palubní počítače v kombajnech, řízení velkých průmyslových zařízení nebo elektromedicínské přístroje jako počítačové tomografy – HMI systémy se používají v nejrůznějších odvětvích. Rozhraní člověk-stroj již není z pracovního dne odstranitelná součást. A trend směřuje k tomu, že tyto systémy jsou používány ve stále více oblastech – dnes především s intuitivními dotykovými displeji podobnými tabletům.

Nicméně systémy musí odolávat náročným vnějším podmínkám v závislosti na místě použití. Může jít například o vlivy prostředí nebo hygienické požadavky. Zde přichází na řadu Optical Bonding: Tato metoda se používá při integraci dotykových/displejových panelů, tedy při instalaci uživatelského rozhraní HMI do krytů zařízení. Optical Bonding zahrnuje různé lepicí techniky, které hermeticky spojují displeje s dotykovými senzory a krycími skly do jednoho celku. Cílem je výrazné zlepšení funkčnosti zařízení.

Všechna odvětví – vysoké nároky

Chladné teploty v noci, teplé během dne – jak systémy HMI používané uvnitř, například v průmyslových halách, tak i venku musí odolávat teplotním výkyvům. Ty mohou výrazně ovlivnit funkčnost a životnost zařízení například kondenzací vlhkosti, pokud je mezi displejem a předním sklem dotykového senzoru mezera. Vlhkost nejenže narušuje zobrazování na obrazovce, ale také negativně ovlivňuje životnost citlivé elektroniky v displejích. Pokud je mezera vyplněna Optical-Bonding materiálem, tedy lepidlem, udržuje se vnitřní teplota aplikace konstantní a v zařízení nevzniká kondenzace.

Zároveň bondingový materiál zabraňuje pronikání prachu a nečistot. Zvláštní ochrana před prachem a špínou je zvláště důležitá, pokud má být systém HMI používán venku, například v zemědělských strojích. Další výzvou pro venkovní HMI systémy je sluneční záření. Pokud je zařízení denně vystaveno slunci, může se přehřát a v nejhorším případě přestat fungovat. I na tento problém nabízí Optical Bonding řešení: použitím UV-odolného bondingového materiálu dochází k odvádění tepla. Teplo z LED podsvícení a povrchu displeje je odváděno přes bondingový materiál na krycí sklo. LED diody se tak nepřehřívají, což prodlužuje jejich životnost.

Také z hlediska dobré čitelnosti přináší Optical Bonding výhody. V speciálních prostředích, například v medicíně, působí kritické světelné podmínky na displeje. Zatímco mezi vzduchovou mezerou dochází k lámání a odrazu světla, vyplněný dotykový displej bondingovým materiálem zvyšuje kontrast. Tento materiál má totiž podobný index lomu jako sklo, a tím má podobné optické vlastnosti. Zajišťuje tak bezoslňovou optiku. Díky nízkým ztrátám kontrastu mohou HMI systémy s menší spotřebou energie efektivněji fungovat.

Optical Bonding také činí displeje a dotykové panely mnohem odolnějšími. Proces bondingové technologie slouží jako mechanické zesílení zařízení. Krycí sklo je pevně spojeno s displejem pomocí Optical Bonding. Při rozbití skla slouží jako ochrana proti střepům; zařízení je odolnější vůči vibracím, otřesům a nárazům. To je zvlášť výhodné u mobilních zařízení ve strojírenství a medicíně.

Správná metoda pro různé požadavky

U Optical Bonding existuje několik lepicích technik pro různé požadavky. Metoda bonding závisí na výběru komponent, systémové integraci a požadavcích na aplikaci. Přání zákazníků jsou při výběru rozhodující, říká Thorsten Penassa ze společnosti BOPLA Gehäuse Systeme GmbH. „Požadované formáty displejů, konstrukční tvary, určité početní kusy a rozpočtové požadavky – to vše je třeba vzít v úvahu při volbě bondingové metody,“ vysvětluje Penassa. Vedoucí systémové integrace ve společnosti BOPLA musí vědět, protože firma nabízí svým zákazníkům mimo jiné integraci dotykových/displejových systémů a zabývá se také Optical Bonding.

U Optical Bonding rozlišuje BOPLA dvě metody – suché bonding, tedy suché lepení, a mokré bonding, tedy tekuté lepení. „Suché bonding se také nazývá laminace. Při něm je bondingový materiál nařezán na velikost viditelné plochy displeje a mezera mezi předním sklem a zadní stranou dotykového senzoru je tímto materiálem homogenně vyplněna. Dotykový senzor musí být flexibilní nebo poloflexibilní. Vysoce průhledná lepicí vrstva je laminována pod vysokými optickými nároky za účelem zakrytí krycího skla. Například nesmí být mezi jednotkami žádný prach a nesmí dojít k tvorbě bublin.“ To je výzva tohoto postupu, vysvětluje Penassa. Pomocí tlaku a tepla jsou senzor a krycí sklo spojeny dohromady. Tento postup je relativně levný a časově efektivní. Pokud zákazník požaduje velké množství zařízení v krátkém čase, je preferovanou metodou Dry Bonding. Ovšem možnosti potisku krycího skla jsou v tomto případě omezené.

Naopak Wet Bonding je vhodný při spojování tvrdých materiálů – například při lepení pevného senzoru na krycí sklo. Tekutý lepidlo se nanáší na dotykový senzor a po vytvrzení UV světlem. Tento proces se také provádí za vysokých optických nároků. Je nejrozšířenější, protože je flexibilní. Použitím UV světla k vytvrzení je tento proces šetrný k materiálům. Při této metodě vyplňuje tekuté lepidlo mezeru mezi displejem a senzorem. Pokud zákazník požaduje bezrámový nebo Zero-Bezel displej, je metoda Wet Bonding pouze omezeně vhodná.

Prostředí zvyšuje požadavky na systém i na kryt, do kterého je HMI systém integrován. Ať už se jedná o resistivní nebo kapacitní dotykové displeje, displeje nebo klávesnice – podle zákazníka a odvětví se mohou požadavky na mechanickou a elektronickou integraci HMI systémů výrazně lišit. Zatímco průmyslové aplikace musí být například obzvlášť odolné, v medicíně je velký důraz kladen na hygienu.

Od okrajové záležitosti k významnému sektoru

Optical Bonding dal impuls k zásadní změně: Když Thorsten Penassa před téměř dvanácti lety začal ve společnosti BOPLA, nabízel již také integraci displejů, ale spíše okrajově, vzpomíná. Skutečný rozvoj tématu „integrace displejů“ nastal, když před asi deseti lety začala společnost nabízet integraci pomocí Wet Bonding. Dnes nabízí BOPLA různé varianty integrace dotykových/displejových systémů podle přání zákazníků: řešení s průběžnou přední fólií (rezistivní dotykové displeje) nebo s celoplošním krycím sklem (kapacitní dotykové displeje), u nichž nesmí zůstat žádné šmouhy – například v medicíně nebo potravinářství, ale také kombinace dotykového displeje s konvenční fóliovou klávesnicí je možná.

BOPLA má vlastní vyvinutou technologii lepení speciálně určenou pro integraci displejů a dotykových panelů. Displej nebo celý HMI systém je připevněn zespodu další vrstvou a lepicí hmotou. Tím není celé zatížení displeje a elektroniky pouze na krycím skle. „Tím zvyšujeme stabilitu zařízení. A je to tak efektivní, že to doporučujeme našim zákazníkům při integraci displejů,“ říká Penassa. Pomocí tohoto postupu je HMI jednotka beznapěťově upevněna zezadu a odolává i větším teplotním výkyvům.