Integracja dotykowa / wyświetlacza z naciskiem na optyczne łączenie

Przyklejenie jednostki dotykowej/wyswietlacza: Cała jednostka jest wkładana do obudowy i tam mocowana za pomocą warstwy kleju. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Ten system HMI jest na przykład używany w przemyśle procesowym: pojemnościowy ekran dotykowy w połączeniu z pojemnościowym przyciskiem. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Suszenie podczas Wet Bonding z użyciem światła UV: płynne klejenie komponentów zapewnia szczególnie wysoką jakość optyczną i stabilność mechaniczną. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Optical Bonding w BOPLA: Przednia szyba jest łączona z ekranem dotykowym lub wyświetlaczem za pomocą metody Optical Bonding. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Nadają maszynom ich twarz i upraszczają procesy: systemy HMI są nieodłącznym elementem nowoczesnego świata pracy. Aby je zoptymalizować, odgrywa ważną rolę Optical Bonding. Metoda ta zwiększa funkcjonalność systemów HMI wielokrotnie. W miarę jak coraz więcej branż korzysta z systemów HMI, rośnie znaczenie Optical Bonding. Na co zwraca się uwagę przy tej metodzie? Jakie są jej zalety?

Komputer pokładowy w kombajnach, sterowanie dużymi zakładami przemysłowymi czy urządzenia elektromedyczne, takie jak tomografy komputerowe – systemy HMI są wykorzystywane w najróżniejszych branżach. Interfejsy człowiek-maszyna są nieodłączną częścią codziennej pracy. A trend zmierza ku temu, aby te systemy były coraz częściej wykorzystywane – obecnie głównie z intuicyjnymi ekranami dotykowymi przypominającymi tablety.

Jednak systemy muszą wytrzymywać trudne warunki zewnętrzne w zależności od miejsca zastosowania. Mogą to być na przykład czynniki środowiskowe lub wymagania higieniczne. Tu z pomocą przychodzi Optical Bonding: ta metoda znajduje zastosowanie przy integracji ekranów dotykowych i wyświetlaczy, czyli montażu interfejsu użytkownika HMI w obudowach urządzeń. Optical Bonding obejmuje różne techniki klejenia, które hermetycznie łączą wyświetlacze z czujnikami dotykowymi i szkłami ochronnymi w jedną całość. Celem jest znaczne poprawienie funkcjonalności urządzeń.

Wiele branż – wysokie wymagania

Zimne temperatury w nocy, ciepłe w ciągu dnia – zarówno systemy HMI używane wewnątrz, na przykład w halach przemysłowych, jak i na zewnątrz, muszą wytrzymywać wahania temperatur. Mogą one w znacznym stopniu wpływać na funkcjonalność i trwałość urządzeń w postaci kondensacji wilgoci, jeśli pomiędzy wyświetlaczem a szkłem frontowym znajduje się szczelina powietrzna. Wilgoć nie tylko zakłóca wyświetlanie obrazu, ale także negatywnie wpływa na żywotność wrażliwej elektroniki w wyświetlaczach. Jeśli jednak szczelina powietrzna jest wypełniona materiałem Optical Bonding, czyli klejem, temperatura wewnątrz urządzenia jest utrzymywana na stałym poziomie, a kondensacja wilgoci nie występuje.

Jednocześnie materiał bondujący zapobiega także przedostawaniu się kurzu i brudu. Szczególnie ważne jest to w przypadku systemów HMI na zewnątrz, na przykład w pojazdach rolniczych. Kolejnym wyzwaniem dla systemów HMI na zewnątrz jest nasłonecznienie. Jeśli urządzenie jest codziennie wystawione na słońce, może się przegrzać i w najgorszym przypadku przestać działać. Również w tym przypadku Optical Bonding oferuje rozwiązanie: dzięki użyciu materiału bondującego zatwierdzonego do użytku pod promieniowaniem UV, odprowadzane jest ciepło. Ciepło z podświetlenia LED i powierzchni wyświetlacza jest odprowadzane przez materiał bondujący do szkła ochronnego. Diody LED się nie przegrzewają, co wydłuża ich żywotność.

Również w zakresie dobrej czytelności Optical Bonding przynosi korzyści. W specjalnych warunkach, takich jak medycyna, krytyczne warunki świetlne wpływają na wyświetlacze. Podczas gdy szczelina powietrzna powoduje załamanie i odbicie światła, wypełniony materiałem bondującym ekran dotykowy zwiększa kontrast. Materiał bondujący ma podobny współczynnik załamania światła co szkło, czyli cechuje się podobnymi właściwościami optycznymi. Zapewnia to bezodblaskową optykę. Dzięki niewielkim stratom kontrastu systemy HMI mogą działać energooszczędnie przy mniejszej mocy.

Optical Bonding czyni wyświetlacze i panele dotykowe znacznie bardziej wytrzymałymi. Metoda bondowania służy jako mechaniczne wzmocnienie urządzenia. Szkło ochronne jest mocno połączone z wyświetlaczem za pomocą Optical Bonding. W przypadku uszkodzenia szkła pełni funkcję ochrony przed odłamkami; urządzenie jest bardziej odporne na wibracje, wstrząsy i siły mechaniczne. Jest to szczególnie korzystne w przypadku urządzeń mobilnych w motoryzacji i zastosowań medycznych.

Odpowiednia metoda dla różnych wymagań

W Optical Bonding istnieje kilka technik klejenia dostosowanych do różnych potrzeb. Metoda bondowania zależy od wyboru komponentów, integracji systemu i wymagań aplikacji. Preferencje klienta są kluczowe, jak wyjaśnia Thorsten Penassa z firmy BOPLA Gehause Systeme GmbH. „Pożądane formaty wyświetlaczy, kształty, określona liczba sztuk i budżet – wszystko to musi być brane pod uwagę przy wyborze metody bondowania”, mówi Penassa. Kierownik ds. integracji systemów w BOPLA musi to wiedzieć, ponieważ firma oferuje swoim klientom między innymi integrację dotykową i wyświetlaczy HMI, a także zajmuje się Optical Bonding.

W Optical Bonding BOPLA rozróżnia dwie techniki – Dry Bonding, czyli suche klejenie, oraz Wet Bonding, czyli klejenie na mokro. „Dry Bonding nazywa się także laminowaniem. Polega na dopasowaniu materiału bondującego do rozmiaru widocznej powierzchni wyświetlacza i wypełnieniu nim szczeliny powietrznej między szkłem frontowym a tylną stroną czujnika dotykowego. Czujnik musi być elastyczny lub półelastyczny. Warstwa kleju o wysokiej przejrzystości jest laminowana pod wysokimi wymaganiami optycznymi pod szkłem ochronnym. Na przykład nie może się między elementami znajdować kurz ani powstawać pęcherzyki.” – wyjaśnia Penassa. Za pomocą ciśnienia i ciepła sensor i szkło ochronne są ze sobą łączone. Metoda ta jest stosunkowo tania i szybka. Jeśli klient potrzebuje dużej liczby urządzeń w krótkim czasie, preferowaną metodą jest Dry Bonding. Jednak w tym przypadku możliwości nadruku na szkle ochronnym są ograniczone.

Z kolei Wet Bonding nadaje się do połączeń twardych, czyli gdy czujnik sztywny jest klejony do szkła ochronnego. W tym przypadku płynny klej rozprowadza się na czujniku dotykowym. Następnie utwardza się go światłem UV. Według Penassy, proces ten również odbywa się przy wysokich wymaganiach optycznych. Jest to najczęściej stosowana metoda, ponieważ jest elastyczna. Użycie światła UV do utwardzania jest szczególnie korzystne dla materiałów. W tej metodzie płynny klej wypełnia szczelinę powietrzną między powierzchnią wyświetlacza a tylną stroną czujnika. Jeśli klient chce mieć wyświetlacz bez ramki lub z zerowym ramieniem, metoda Wet Bonding jest tylko częściowo odpowiednia.

Otoczenie zwiększa wymagania zarówno wobec systemu, jak i obudowy, w którą jest on zintegrowany. Niezależnie od tego, czy chodzi o rezystancyjne czy kapacytancyjne ekrany dotykowe, wyświetlacze czy klawiatury – w zależności od klienta i branży wymagania dotyczące mechanicznej i elektronicznej integracji systemów HMI mogą się znacznie różnić. Podczas gdy w zastosowaniach przemysłowych systemy muszą być szczególnie wytrzymałe, w medycynie równie ważna jest higiena.

Od marginalnego zjawiska do ważnego sektora

Optical Bonding zapoczątkowało głębokie zmiany: jak wspomina Thorsten Penassa, gdy zaczynał pracę w BOPLA prawie dwadzieścia lat temu, firma ta oferowała już integrację wyświetlaczy, ale raczej jako dodatek, a nie główną działalność. Prawdziwy rozkwit tematu „integracji wyświetlaczy” nastąpił, gdy firma około dziesięć lat temu zaczęła oferować integrację poprzez Wet Bonding. Obecnie firma oferuje różne rozwiązania z zakresu integracji dotykowej i wyświetlaczowej, dostosowane do potrzeb klientów: rozwiązania z pełną folią frontową (ekrany rezystancyjne) lub pełnym szkłem ochronnym (ekrany kapacytancyjne), przy czym nie mogą pozostać żadne zabrudzenia – na przykład w medycynie czy branży spożywczej, ale także możliwa jest kombinacja ekranu dotykowego z konwencjonalną klawiaturą foliową.

BOPLA dysponuje specjalnie opracowaną technologią klejenia do integracji dotykowej i wyświetlaczowej. Polega ona na mocowaniu wyświetlacza lub całej jednostki HMI od tyłu za pomocą dodatkowej warstwy i masy uszczelniającej. Cały ciężar wyświetlacza i elektroniki nie opiera się już tylko na szkle ochronnym. „W ten sposób jeszcze bardziej wzmacniamy wytrzymałość urządzenia. I jest to tak skuteczne, że zawsze polecamy to naszym klientom przy integracji wyświetlaczy”, mówi Penassa. Dzięki tej metodzie jednostka HMI jest beznapięciowo mocowana od tyłu i wytrzymuje większe wahania temperatury.