Aanraak-/displayintegratie met focus op optische bonding

Plakken van de touch-/beeldschermeenheid: De volledige eenheid wordt in de behuizing geplaatst en daar vastgezet met een kleeflaag. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Dit HMI-systeem wordt bijvoorbeeld gebruikt in de procesindustrie: capacitief touchscreen in combinatie met een capacitieve knop. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Uitharden bij Wet Bonding met UV-licht: Het vloeibaar lijmen van de componenten belooft een bijzonder hoge optische kwaliteit en mechanische stabiliteit. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Optical Bonding bij BOPLA: De glazen voorzijde wordt samen met het touchscreen of display verbonden met behulp van de Optical Bonding-methode. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Ze verlenen machines eerst hun gezicht en vereenvoudigen daarmee processen: HMI-systemen zijn vaste onderdelen van de moderne werkomgeving. Om ze te optimaliseren, speelt Optical Bonding een belangrijke rol. De lijmtechniek verhoogt de functionaliteit van HMI-systemen exponentieel. Aangezien steeds meer sectoren op HMI-systemen vertrouwen, krijgt Optical Bonding een toenemende relevantie. Waarop moet men letten bij deze methode? Welke voordelen biedt de methode?

De boordcomputer in maaidorsers, de besturing van grote industriële installaties of medische elektronische apparaten zoals CT-scans – HMI-systemen worden in diverse sectoren toegepast. De mens-machine-interface is niet meer weg te denken uit het dagelijks werk. En de trend gaat daarin door, deze systemen in steeds meer gebieden te gebruiken – tegenwoordig vooral met intuïtief te bedienen touchdisplays vergelijkbaar met een tablet.

Maar de systemen moeten afhankelijk van de locatie bestand zijn tegen uitdagende externe omstandigheden. Dit kunnen bijvoorbeeld milieueffecten of hygiëne-eisen zijn. Hier komt Optical Bonding in beeld: Deze methode wordt toegepast bij de integratie van touch/displays, dus het inbouwen van een HMI-gebruikersinterface in apparaatbehuizingen. Optical Bonding omvat verschillende lijmtechnieken om displays luchtdicht te verbinden met touch-sensoren en coverglazen tot één geheel. Het doel: een aanzienlijke verbetering van de functionaliteit van het apparaat.

Veel sectoren – hoge eisen

Koude temperaturen ’s nachts, warme temperaturen overdag – zowel HMI-systemen die binnen worden gebruikt, bijvoorbeeld in industriële hallen, als buiten, moeten temperatuurschommelingen kunnen weerstaan. Deze kunnen in de vorm van condensatievocht de functionaliteit en levensduur van de apparaten aanzienlijk beïnvloeden, vooral als er een luchtspalt tussen display en frontglas met touchsensor zit. Vocht beïnvloedt niet alleen de beeldweergave, maar heeft ook een negatieve invloed op de levensduur van de gevoelige elektronica in de displays. Als de luchtspalt echter gevuld is met Optical-Bonding-materiaal, dus een lijm, wordt de interne temperatuur van de applicatie constant gehouden en ontstaat er geen condensatievocht in het apparaat.

Gelijktijdig voorkomt het bonding-materiaal ook dat stof- en vuildeeltjes binnendringen. Een extra bescherming tegen stof en vuil is vooral belangrijk wanneer het HMI-systeem buiten wordt ingezet, bijvoorbeeld in landbouwvoertuigen. Een andere uitdaging voor HMI-systemen in de buitenlucht is zonlicht. Als het apparaat dagelijks aan de zon wordt blootgesteld, kan het oververhit raken en in het ergste geval niet meer functioneren. Ook voor dit probleem biedt Optical Bonding een oplossing: door gebruik te maken van UV-gekwalificeerd bonding-materiaal wordt warmte afgeleid. De warmte van de LED-achtergrondverlichting en het displayoppervlak wordt via het bonding-materiaal afgegeven aan het coverglas. De LEDs oververhitten dus niet, waardoor hun levensduur wordt verlengd.

Ook op het gebied van goede afleesbaarheid biedt Optical Bonding voordelen. Want in speciale omgevingen zoals de medische techniek kunnen kritische lichtomstandigheden op de displays inwerken. Terwijl bij een luchtspalt het licht wordt gebroken en gereflecteerd, verhoogt een met bonding-materiaal gevuld touchdisplay het contrast. Het bonding-materiaal heeft namelijk een vergelijkbare brekingsindex als glas, dus vergelijkbare optische eigenschappen. Hierdoor ontstaat een schitteringsvrije optiek. Dankzij geringe contrastverliezen kunnen HMI’s met minder vermogen energiezuinig werken.

Optical Bonding maakt displaytoepassingen en touchpanelen ook veel robuuster. De bonding-methode dient als mechanische versterking van het apparaat. Het coverglas wordt via Optical Bonding stevig verbonden met het display. Bij glasbreuk fungeert het als splinterbescherming; het apparaat is beter bestand tegen vibraties, schokken en krachtinvloeden. Vooral bij mobiele apparaten in de voertuigbouw en bij medische toepassingen is dit een voordeel.

De juiste methode voor verschillende eisen

Bij Optical Bonding bestaan meerdere lijmtechnieken voor uiteenlopende eisen. De bonding-methode hangt af van de keuze van componenten, systeemintegratie en de toepassingsvereisten. Klantwensen zijn hierbij doorslaggevend, vertelt Thorsten Penassa van BOPLA Gehäuse Systeme GmbH. “Gewenste displayformaten, bouwvormen, bepaalde aantallen en budgettaire voorschriften – dat alles moet worden meegenomen bij de keuze van de bonding-methode,” aldus Penassa. De hoofdverantwoordelijke voor systeemintegratie bij BOPLA moet dit weten, want het bedrijf biedt onder andere touch-/displayintegratie van HMI-systemen en houdt zich daarbij ook bezig met Optical Bonding.

Bij Optical Bonding onderscheidt BOPLA twee technieken – namelijk dry bonding, het droge lijmen, en wet bonding, het vloeibaar verlijmen. “Het dry bonding wordt ook lamineren genoemd. Daarbij wordt het bonding-materiaal op maat gesneden van de zichtbare displayoppervlakte en wordt de luchtspalt tussen frontglas en touchsensor achter dat materiaal gevuld. Hierbij moet de touchsensor flexibel of semi-flexibel zijn. Een hoogtransparante lijmlaag wordt onder hoge optische eisen achter het coverglas gelamineerd. Bijvoorbeeld mag zich geen stof tussen de eenheden bevinden en mag er geen belvorming ontstaan. ‘Dat is de uitdaging bij deze methode. Je kunt het eindresultaat ongeveer vergelijken met een hoogtransparant dubbelzijdig plakband,’ legt Penassa uit. Met behulp van druk en warmte worden sensor en coverglas samengevoegd. Deze methode is relatief kosteneffectief en tijdsbesparend. Als de klant grote aantallen apparaten in korte tijd wil, is dry bonding de voorkeursmethode. Echter, hierbij zijn de mogelijkheden voor bedrukking van het coverglas beperkt.

Het wet bonding is geschikt voor hard-to-hard verbindingen, dus wanneer een starre sensor met het coverglas moet worden verlijmd. Daarbij wordt een vloeibare lijm op de touchsensor aangebracht. UV-licht uithardt de lijm vervolgens. Volgens Penassa gebeurt dit ook weer onder hoge optische eisen. Deze methode is het meest gangbaar omdat het flexibel inzetbaar is. Omdat UV-licht wordt gebruikt voor het uitharden, is het bijzonder materiaalbesparend. Bij deze methode vult de vloeibare lijm de luchtspalt tussen displayoppervlak en sensorrug. Als de klant een randloos of zero-bezel display wil, is de wet bonding-methode slechts beperkt geschikt.

De omgeving verhoogt de eisen aan het systeem en aan de behuizing waarin het HMI-systeem wordt geïntegreerd. Of het nu gaat om resistieve of capacitieve touchscreens, displays of toetsenborden – afhankelijk van de klant en sector kunnen de eisen aan de mechanische en elektronische integratie van HMI-systemen sterk verschillen. Terwijl industriële toepassingen bijvoorbeeld bijzonder robuust moeten zijn, is hygiëne in de medische techniek ook van groot belang.

Van randverschijnsel tot belangrijke sector

Optical Bonding heeft de startsein gegeven voor een fundamentele verandering: Toen Thorsten Penassa bijna twaalf jaar geleden bij BOPLA begon, bood de behuizingstechniek-specialist al wel displayintegratie aan, maar meer als bijkomstigheid, herinnert hij zich. Het echte momentum voor het onderwerp ‘displayintegratie’ kwam bij BOPLA toen het bedrijf ongeveer tien jaar geleden begon met het aanbieden van integratie via wet bonding. Tegenwoordig biedt het bedrijf diverse oplossingen voor touch-/displayintegratie, afgestemd op klantwensen: oplossingen met doorlopende voorfolie (resistieve touchscreens) of doorlopend coverglas (capacitieve touchscreens), waarbij geen vuilranden mogen achterblijven – bijvoorbeeld in de medische techniek of voedingsindustrie, maar ook de combinatie van een touchscreen met een conventionele folietastatuur is mogelijk.

BOPLA beschikt over een speciaal ontwikkelde giettechnologie voor touch-/displayintegratie. Daarbij wordt het display of de volledige HMI-eenheid van achteren met een extra laag en een gietmassa gefixeerd. Hierdoor hangt het volledige gewicht van het display en de elektronica niet alleen aan het coverglas. “Zo maken we het apparaat nog stabieler. En dat is zo effectief dat we dat altijd adviseren bij displayintegratie,” aldus Penassa. Door deze methode wordt de HMI-eenheid spanningsvrij van achteren gefixeerd en kan hij ook grotere temperatuurschommelingen weerstaan.