Integrazione touch/displays con focus sull'adesione ottica

Incollaggio dell'unità touch/display: l'intera unità viene inserita nel contenitore e fissata lì tramite uno strato adesivo. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Questo sistema HMI viene utilizzato, ad esempio, nell'industria dei processi: touchscreen capacitativo in combinazione con un pulsante capacitativo. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Asciugatura durante il Wet Bonding con luce UV: l'incollaggio liquido delle componenti promette una qualità ottica particolarmente elevata e una stabilità meccanica. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Optical Bonding presso BOPLA: La lastra di vetro viene unita al touchscreen o al display tramite il processo di Optical Bonding. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Le danno alle macchine il loro volto e semplificano i processi: i sistemi HMI sono parte integrante del mondo del lavoro moderno. Per ottimizzarli, Optical Bonding svolge un ruolo importante. La tecnica di incollaggio aumenta di molto la funzionalità dei sistemi HMI. Poiché sempre più settori si affidano ai sistemi HMI, l'Optical Bonding acquista una rilevanza crescente. Su cosa si basa questa tecnica? Quali sono i vantaggi del metodo?

Il computer di bordo nei mietitrebbiatrici, il controllo di grandi impianti industriali o dispositivi elettromedicali come i tomografi computerizzati – i sistemi HMI vengono impiegati in settori molto diversi. Le interfacce uomo-macchina sono ormai indispensabili nella vita lavorativa quotidiana. E la tendenza è quella di utilizzarli sempre più in vari ambiti – oggi soprattutto con touch screen intuitivi, simili a tablet.

Tuttavia, i sistemi devono resistere a condizioni esterne impegnative a seconda del luogo di utilizzo. Queste possono essere, ad esempio, influenze ambientali o requisiti di igiene. Qui entra in gioco l'Optical Bonding: questa tecnica viene applicata nell'integrazione touch/display, cioè nell'installazione di un'interfaccia utente HMI all’interno di custodie di dispositivi. L’Optical Bonding comprende diverse tecniche di incollaggio, per collegare in modo ermetico display, sensori touch e vetri di copertura in un’unica unità. L’obiettivo: un miglioramento sostanziale della funzionalità del dispositivo.

Molti settori – alte esigenze

Temperature fredde di notte, calde di giorno – sia i sistemi HMI utilizzati all’interno, ad esempio in capannoni industriali, sia quelli all’esterno devono resistere alle variazioni di temperatura. Queste possono influenzare significativamente la funzionalità e la durata dei dispositivi sotto forma di umidità da condensa, se tra il display e il vetro frontale con sensore touch si crea uno spazio d’aria. L’umidità non compromette solo la visualizzazione dello schermo, ma influisce negativamente anche sulla durata dell’elettronica sensibile nei display. Tuttavia, se lo spazio d’aria è riempito con materiale di incollaggio Optical Bonding, cioè con un adesivo, la temperatura interna dell’applicazione viene mantenuta costante e non si forma umidità da condensa nel dispositivo.

Allo stesso tempo, il materiale di bonding impedisce anche l’ingresso di polvere e particelle di sporco. Una protezione speciale contro polvere e sporco è particolarmente importante quando il sistema HMI deve essere utilizzato all’esterno, ad esempio in veicoli agricoli. Un’altra sfida per i sistemi HMI in ambienti esterni è l’esposizione alla luce solare. Se il dispositivo è esposto quotidianamente al sole, può surriscaldarsi e, nel peggiore dei casi, diventare inutilizzabile. Anche per questo problema l’Optical Bonding offre una soluzione: grazie all’uso di materiale di bonding qualificato UV, si favorisce la dispersione del calore. Il calore della retroilluminazione LED e della superficie del display viene trasferito dal materiale di bonding al vetro di copertura. In questo modo, i LED non si surriscaldano, prolungando la loro durata.

Anche in termini di buona leggibilità, l’Optical Bonding offre vantaggi. In ambienti particolari, come nel settore medicale, le condizioni di luce critiche influenzano i display. Mentre con uno spazio d’aria la luce si rifrange e si riflette, un display con bonding riempito di materiale di incollaggio aumenta il contrasto. Il materiale di bonding ha infatti un indice di rifrazione simile al vetro, quindi caratteristiche ottiche analoghe. Ciò garantisce un’ottica senza abbagliamento. Grazie a perdite di contrasto ridotte, gli HMI possono funzionare in modo più efficiente dal punto di vista energetico.

L’Optical Bonding rende anche le applicazioni display e i pannelli touch molto più robusti. La tecnica di bonding funge da rinforzo meccanico del dispositivo. Il vetro di copertura è saldamente collegato al display tramite Optical Bonding. In caso di rottura del vetro, funge da protezione contro le schegge; il dispositivo è più resistente a vibrazioni, urti e forze esterne. Questo è particolarmente vantaggioso per dispositivi mobili nel settore automobilistico e nelle applicazioni mediche.

La tecnica giusta per diverse esigenze

Per l’Optical Bonding esistono diverse tecniche di incollaggio, adatte a differenti requisiti. La metodologia di bonding dipende dalla scelta dei componenti, dall’integrazione nel sistema e dai requisiti dell’applicazione. Le preferenze del cliente sono decisive, come spiega Thorsten Penassa di BOPLA Gehäuse Systeme GmbH. «Formati di display desiderati, tipi di costruzione, quantità specifiche e budget – tutto questo deve essere considerato nella scelta della tecnica di bonding», afferma Penassa. Il responsabile dell’integrazione di sistema di BOPLA deve conoscerlo bene, poiché l’azienda offre ai clienti, tra le altre cose, integrazione touch/display di sistemi HMI e si occupa anche di Optical Bonding.

Nel campo dell’Optical Bonding, BOPLA distingue tra due tecniche – il Dry Bonding, cioè l’incollaggio a secco, e il Wet Bonding, cioè l’incollaggio liquido. «Il Dry Bonding viene anche chiamato laminazione. In questo caso, il materiale di bonding viene ritagliato delle dimensioni della superficie visibile del display e lo spazio d’aria tra vetro frontale e retro sensore viene riempito in modo omogeneo. In questa tecnica, il sensore touch deve essere flessibile o semi-flessibile. Si lamina uno strato adesivo altamente trasparente sotto alte esigenze ottiche dietro il vetro di copertura. Ad esempio, non deve esserci polvere tra le unità, né formazione di bolle. Questa è la sfida di questa tecnica. Si può immaginare come un nastro adesivo trasparente a doppia faccia molto trasparente», spiega Penassa. Con pressione e calore, sensore e vetro di copertura vengono uniti. Questa tecnica è relativamente economica e efficiente in termini di tempo. Se il cliente desidera grandi quantità di dispositivi in breve tempo, il Dry Bonding è la metodologia preferita. Tuttavia, le possibilità di stampa sul vetro di copertura sono limitate.

Il Wet Bonding, invece, è adatto per connessioni dure-dure, cioè quando si vuole incollare un sensore rigido con il vetro di copertura. In questo caso, un adesivo liquido viene distribuito sul sensore touch. La colla si indurisce successivamente sotto luce UV. Anche questa fase avviene sotto elevati requisiti ottici, secondo Penassa. Questa tecnica è la più diffusa perché è flessibile da usare. Poiché si utilizza la luce UV per l’indurimento, è particolarmente rispettosa dei materiali. In questa metodologia, l’adesivo liquido riempie lo spazio d’aria tra superficie del display e retro sensore. Se il cliente desidera un display senza cornice o con Zero-Bezel, questa tecnica di bonding è solo parzialmente adatta.

L’ambiente aumenta le esigenze sia del sistema che della custodia in cui viene integrato l’HMI. Che si tratti di touchscreen resistivi o capacitivi, display o tastiere – a seconda del cliente e del settore, le richieste di integrazione meccanica ed elettronica dei sistemi HMI possono variare notevolmente. Mentre le applicazioni industriali devono essere particolarmente robuste, nel settore medicale anche l’igiene riveste un ruolo importante.

Da fenomeno marginale a settore importante

l’Optical Bonding ha dato il via a un cambiamento fondamentale: quando Thorsten Penassa ha iniziato circa dodici anni fa in BOPLA, il specialista in tecnologie di custodie offriva già integrazione di display, ma in modo secondario, ricorda lui stesso. La vera svolta nel settore «integrazione display» è avvenuta circa dieci anni fa, quando l’azienda ha iniziato a offrire l’integrazione tramite Wet Bonding. Oggi, l’azienda propone soluzioni di integrazione touch/display in molte varianti, in base alle richieste dei clienti: soluzioni con pellicola frontale continua (touch resistivi) o con vetro di copertura continuo (touch capacitivi), dove non devono rimanere bordi sporchi – ad esempio nel settore medicale o alimentare, ma anche la combinazione di touch screen con tastiere a pellicola convenzionali è possibile.

BOPLA dispone di una tecnologia di incollaggio sviluppata appositamente per l’integrazione touch/display. In questa tecnica, il display o l’intera unità HMI viene fissata posteriormente con un ulteriore strato e una massa di incollaggio. In questo modo, tutto il peso del display e dell’elettronica non è più solo sul vetro di copertura. «In questo modo rendiamo il dispositivo ancora più stabile. Ed è così efficace che lo consigliamo sempre ai nostri clienti per l’integrazione di display», afferma Penassa. Grazie a questa tecnica, l’unità HMI è fissata senza tensioni da dietro e resiste anche a grandi variazioni di temperatura.