Für industrielle Anwendungen ist der analog-resistive Touchscreen aufgrund seiner Funktionalität und Flexibilität das führende Eingabemedium. Analog-resistive Touchscreens besitzen im industriellen Umfeld einen Marktanteil von ca. 85%. Kapazitive Touchsysteme sind mit 10% vertreten, die restlichen 5% teilen sich die Oberflächenwellen-Touchscreens und Infrarot-Systeme. Aktuell sind weltweit über 50 Hersteller von analog-resistiven Touch-screens auf dem Markt vertreten, neue Hersteller in China sind hierbei nicht berücksichtigt. Die Anforderungen an den anspruchsvollen Einsatz im industriellen Umfeld werden jedoch nicht von allen Touchscreen-Herstellern im gleichen Umfang erfüllt. Es gibt erhebliche Unterschiede in der Qualität, das heißt der Konstruktion und der Materialauswahl und der damit verbundenen Langzeitstabilität der Touchscreens. Analog-resistive Touchscreens finden ihren Einsatz in der Automatisierungs- und Steuerungstechnik, in der Medizintechnik, in mobilen Geräten sowie in Analysesystemen. Weitere Anwendungsgebiete liegen beim Industrie-PC, in der Fahrzeugdiagnose, in Kassensystemen, im Fitness-Bereich, bei Verkaufsautomaten und Informationsterminals. Diese breitgestreuten Anwendungen mit ihren spezifischen Anforderungen erfordern unterschiedliche Technologien und Konstruktionen im Aufbau der resistiven Touchscreens. Zu beachten sind auch die speziellen Einbauarten, die dem anspruchsvollen Umfeld der Anwendung gerecht werden. Die gängigsten Ausführungen der analog-resistiven Touchscreens sind die 4- und 8- sowie die 5- Draht-Technologie. Die Funktion der analog-resistiven Touchscreens basiert prinzipiell auf zwei sich gegenüberliegenden, mit leitfähigem ITO-Material beschichteten Flächen. Dabei wird eine ITO-Folie auf ein ITO-Glas über einen Spacer laminiert. Das untere ITO-Glas wird mit Mikro Dots bedruckt, um den Abstand zur oberen ITO-Folie sicherzustellen. Bei der 4- und 8-Draht-Ausführung erfolgt die Positionsbestimmung in x- und y-Richtung geteilt auf die beiden Flächen des Touchscreens. Bei Berührung des Touchscreens wird ein Kontakt der beiden Flächen hergestellt. Die Positionsparameter werden hier mit dem Touchcontroller alternierend über die obere und untere ITO-Fläche ermittelt. >=99% – Höchste Linearität Die 5-Draht-Technologie ermöglicht die Positionsermittlung der Betätigung allein auf der Glasseite. Die obere Folie, der sogenannte fünfte Draht, dient nur als Messleitung. Dadurch wirkt sich eine mögliche Änderung in den Eigenschaften der oberen ITO-Folie nicht auf die Funktionalität und Linearität der 5-Draht-Touchscreens aus. Die 5-Draht-Konstruktion erfordert die Spannungseinleitung über ein spezielles Leiterbahndesign an den ITO-Glas Eckpunkten. Beim 4- und 8-Draht-Touchscreen erfolgt dies über einfache Busbars, die ITO-Fläche ist hier geteilt und linear. Die Positionsermittlung nur auf einer Fläche erfordert eine Bedruckung mit einem speziellen Design um den maximalen Linearitätsausgleich zu erzielen. Ein mathematisch ermitteltes Rasterfeld mit einer Mehrlagen- Bedruckung ermöglicht erstmalig eine garantierte Linearität des 5-Draht-Touchscreens >=99%. Industrietaugliches Design Entsprechend der Displaygröße, den geforderten Spezifikationen und dem Einsatzgebiet werden industrietaugliche Touchscreens konzipiert. Die zur Herstellung der Touchscreens verwendbaren ITO-Materialien sind bereits im Vorfeld für breite Temperaturbereiche und für extreme Klimaanforderungen qualifiziert. Für den sicheren Einsatz im industriellen Umfeld ist ein Design ohne Vent, d.h. ohne Luftausgleich zwischen den Lagen erforderlich. Nur ein dichter Aufbau kann die spezifizierte Linearität der Touchscreens im Alterungsprozess auch bei hoher Luftfeuchtigkeit und Temperaturen über die gesamte Lebensdauer garantieren. Das Touchscreen-Design ohne Luftausgleich erfordert eine spezielle Bedruckung der Mikro-Dots mit speziellen UV-härtenden Materialien. Diese idealen Dots sind nicht mehr sichtbar, deren minimale Höhe reduziert den Raum auf geringste Luftmengen zwischen den Lagen. Dies ermöglicht den Einsatz dieser Touchscreens selbst bei hohen Temperaturen von bis zu +80°C, ohne dass ein Pillowing, das heißt ein vollflächiges Aufwölben der ITO-Folie durch eine wärmebedingte Luftausdehnung im Inneren des Aufbaus entstehen kann. Die Verwendbarkeit von Touchscreens bei hohen Temperaturen und Luftfeuchtigkeit erfordert des Weiteren den Einsatz von hochwertigen ITO-Materialien. Es werden daher nur ITO-Gläser und ITO-Folien eingesetzt, die ein stabiles Flächenwiderstandsverhalten innerhalb der Spezifikation über die gesamte Lebensdauer nachweislich garantieren. Der Spacer, das Klebeband zwischen der oberen ITO-Folie und dem ITO-Glas, hält diese Layer zusammen. Dieses Klebeband muss verschiedene Anforderungen erfüllen, um die hohe Zuverlässigkeit der Touchscreens zu gewährleisten. Die Klebekraft muss entsprechend spezifiziert sein, einwirkende Temperatur und Luftfeuchtigkeit darf sich nicht auf die Haftkraft auswirken. Gleichzeitig muss dieser Spacer unterschiedliche Längenausdehnungen der ITO-Polyesterfolie zum ITO-Glas ermöglichen. Dieser optimale Spacer verhindert zudem eine Wellenbildung der ITO-Folie unter klimatischer Belastung und ermöglicht gleichzeitig die Ausdehnung der oberen Folie unter Wärme. Die unterschiedlichen Ausdehnungsparameter des Aufbaus basieren im Extremfall auf einem Temperaturunterschied von 120°C. Hauptschwachpunkt vieler Touch-screen-Produkte ist häufig ein unstabiler Widerstandswert der internen Leitklebeverbindungen zu den Lagen und zur Anschlussfahne mit den bekannten Fehlerbildern. Bei industrietauglichen Touchscreens werden nur speziell konzipierte Kontaktmaterialien verwendet. Diese Materialien sind spezifiziert durch geringe Übergangswiderstände, eine flexible Konsistenz der mechanischen Verbindung, eine starke Haftkraft und mit einer hohen Temperaturstabilität. Feldausfälle aufgrund instabiler Übergangswiderstände im Aufbau können somit bei Herstellern mit qualitativ hochwertigen Produkten ausgeschlossen werden. Einsatz unter extremen Bedingungen Extrem hohe Anforderungen bei rauesten Umgebungsbedingungen sind beim Einsatz in Baumaschinen gefordert. In der Lebensmittelproduktion muss eine tägliche Reinigung mittels Dampfstrahlern und Chemikalien gewährleistet sein. Diese Anwendungen erfordern eine besondere Touchscreen-Gestaltung und spezielle Materialauswahl. Die Konstruktion der Touch-screens wird an das anspruchsvolle Umfeld angepasst. Der Standard-Dreilagenaufbau der Touchscreens, das heißt ITO-Folie und Kleberahmen auf ITO-Glas, wird erweitert. Die Touchscreen-Funktion wird nun mit zwei übereinanderliegenden ITO-Folien abgebildet, dem Fünflagen-Touchscreen. Die unterste Lage hat nur eine mechanische Trägerfunktion. Die funktionsbildende Folieneinheit wird vollflächig mit optisch transparenten Klebern auf den Träger laminiert. Diese Trägerlage kann aus stabilem Verbundglas oder chemisch gehärtetem Glas sowie aus bruchfestem Kunststoff wie PC/PMMA sein. Die Funktion dieser Lage im Touchscreen-Aufbau benötigt keine elektrischen Eigenschaften. Die zwei Anschlussfahnen dieser Fünflagen-Touchscreens sind im so genannten Integral-Tail-Design ausgeführt. Dabei werden die Anschlussfahnen nicht verklebt, sondern in einem Stück mit der ITO-Folie konstruiert. Dieser kontaktlose Aufbau ermöglicht den Einsatz dieser Touchscreens für extrem starke Beanspruchungen. Optional wird die Stabilität und Widerstandsfähigkeit des Touchscreens mit einer zusätzlichen, vollflächig laminierten Designfolie oder eines Buffer-Layers unterstützt. Eine zusätzliche Sicherheit gegenüber starker Verschmutzung bieten Schutzfolien, die der Anwender selbst auswechseln kann. Dicht gegen Schadgase Bei Anwendungen in der Chemieindustrie ist im Umfeld mit Schadgasen zu rechnen. Besonders in schwefelhaltiger Umgebung kann es zum schädlichen Eindringen von Gasen in ungeschützte Touchscreens kommen. Anfällige Bereiche wie die mit Silberleitfarbe bedruckten Busbars oxidieren, die Leiterbahnen werden durch die Schadgaseinwirkung im Querschnitt gegen Null minimiert. Eine mögliche Auswirkung auf die Funktionstüchtigkeit der Touchscreens durch eindringende Schadgase wird durch eine spezielle Konstruktion und Bedruckung verhindert. Diese Touchscreens sind komplett abgedichtet, korrosionsgefährdete Leiterbahnen und ITO-Übergänge werden im Randbereich mit einem speziellen Isolationslack bedruckt, der Bereich der Anschlussfahnen wird mit UV-Klebstoffen abgedichtet. Optische Unterschiede in den Touchdisplays bestehen vor allem in der Lichtdurchlässigkeit und der farblichen Eintrübung als Folge des Hardcoating und der Antiglare-Beschichtung der ITO-Folien. Durch die Verwendung von ungeeigneten ITO-Materialien entstehen durch Interferenzen an den Schichten des Aufbaus Newtonsche Ringe. Lichteinfall der Umgebung wird sowohl an der Ober- und Unterseite unbehandelter ITO-Schichtflächen reflektiert. Die unterschiedlich gebrochenen Wellenlängen erzeugen eine ringförmige Erscheinung. Durch spezielle Oberflächenbehandlungen der ITO-Schichten im Herstellungsprozess wird dieses optische Problem gelöst. Touchscreens für den industriellen Einsatz sollten nur im Anti-Newton-Ring-Design konstruiert werden. High Light Transmission – der Outdoor Touch Der Trend zu mobilen Systemen für den Outdoor-Gebrauch ist stetig steigend. Eine häufig gefragte Eigenschaft ist ein Touchdisplay mit einer optimalen Ablesbarkeit unter direkter Sonneneinstrahlung. Speziell für diese Anforderung wurden Touch-screens mit Polarizer-Materialien entwickelt. Während Standard-Touchscreens eine Reflektionsrate von ca. 16 bis 22% besitzen, wird mit dem linearen Aufbau eine Reflektionsrate von 90% eingesetzt. Palm-Rejektion-Design Resistive Touchscreens kontaktieren die ITO-Schichten bei Betätigung mit dem Finger oder dem Stift. Der Touchscreen Controller sendet die ermittelten Koordinaten der Position und bewegt dadurch den Cursor im Display an die betätigte Stelle. Werden zwei Punkte auf dem Touch-screen gleichzeitig aktiviert, springt der Cursor aufgrund der Berechnung des Controllers in die jeweilige Mitte der Betätigungen. Soll der Touchscreen eines Handgerätes wie z.B. beim Notebook oder Panel PC zur Dateneingabe mit dem Stift aktiviert werden, kann die aufliegende Hand des Anwenders bereits den Touchscreen an einer Stelle betätigen. Falls der Stift und die Hand gleichzeitig den Touch aktivieren, kommt es unweigerlich zu einer unerwünschten Eingabe. Touchscreens im Palm-Rejektion- Design ermöglichen ein flächiges Handauflegen bei gleichzeitiger Aktivierung mit dem Finger oder Stift. Ermöglicht wird dies durch ein spezielles Rastermaß der Mikro-Dot-Bedruckung auf dem ITO-Glas. Der Touchscreen kann nur durch eine punktuelle Betätigung mit dem Stift oder dem Finger aktiviert werden. Für Touchscreens bis zu 7\“ steht ein besonderes Dot-Design für Anwendungen zur Unterschrifterkennung zur Verfügung. Hier sind geringste Betätigungskräfte möglich im Bereich von 0,1 bis 0,2N. Die speziellen Mikro-Dots sind beim Zeichnen mit dem Stift auf dem Touchscreen nicht spürbar. Flexible Anschlusstechnik Die verbreiteteste Anschlusstechnik der Touchscreens ist der FlexPrintConnector FPC. Dieser FPC-Anschluss besteht aus einer Kapton-Folie mit Kupferleitbahnen. Hauptvorteil ist hier der kleinste Biegeradius mit 1mm und geringe Widerstandswerte der Leiterbahnen zum Touchscreen. Der Integral-Anschluss kommt zum Einsatz bei rauen Umgebungen und speziellen Anforderungen. Für Matrix-Touchscreens und deren Vielzahl von Leiterbahnen wird überwiegend eine kostengünstige, mit Silberleitfarbe bedruckte Polyesterfolie HSC mit der Heat-Seal-Kontaktierung an die Busbars kontaktiert. Alle Anschlussfahnen sind möglich mit gecrimpten AMP- und Berg-Steckern oder in der ZIF-Ausführung in unterschiedlichen Rastern. Widescreen-Format In der Vergangenheit wurden ausschließlich Touchscreen-Displays im 4:3-Format für Industrieanwendungen eingesetzt. Mit der zukunftsweisenden High Definition-Technologie mit einer Auflösung von 1.920×10.180dpi setzt sich das neue Format in 16:9 und 16:10 auch im Industrie- und Medizinbereich weiter durch. Aktuell werden kleine bis mittlere Diagonalen in WVGA bis 7\“ für industrielle Anwendungen eingesetzt. Größere Displays mit 13,3, 15,4 und 19\“ sind erhältlich. Touchscreens von 4,3 bis 19\“ im Widescreen-Format 16:9 bzw. 16:10 stehen standardmäßig zur Verfügung. Typenauswahl Bei hohen Anforderungen bezüglich größtmöglicher Lebensdauer und Linearität werden Touchscreens in der 5-Draht-Technologie eingesetzt. Diese Technologie findet vor allem Einsatz in Industriepanels, in medizinischen Geräten und bei Kassensystemen. Die 5-Draht-Technologie erreicht eine Lebensdauer von 36Mio. Betätigungen an jedem Punkt. Die 4- und 8-Draht-Touchscreens garantieren 10Mio. Betätigungen. Ein weiterer Auswahlgrund ist die Langzeitstabilität und Unempfindlichkeit bei Temperaturschwankungen. Große Diagonalen bis zu 21\“ sind daher überwiegend im 5-Draht-Design realisiert. Außerdem bietet der 5-Draht-Touchscreen Vorteile beim rückseitigen Einbau. Eine \’verbotene Zone\‘ im Randbereich, die im eingebauten Zustand geschützt werden muss, ist hier nicht zu berücksichtigen. Wird eine optimale Genauigkeit und Langzeitstabilität bei einer eventuell nur einmalig notwendigen Kalibrierung des Touchscreens gefordert, wird ab 10,4\“-Diagonalen der 8-Draht- Touchscreen verwendet. Hier werden vier zusätzliche Messleitungen für den Touchcontroller nach außen geführt. Die tatsächliche Referenzspannung am Busbar setzt der Controller in die Positionsberechnung um. Diese zusätzlichen vier Messleitungen reduzieren den Effekt von Alterungserscheinungen und kompensieren den Drift. Für kleine Displaygrößen, im Produktdesign mit sehr schmalen Rändern im Aufbau und für mobile Geräte sind die 4-Draht-Touchscreens die optimale Wahl. Durch die stetige Verbesserung der ITO-Materialien können 4-Draht-Touchscreens bis 15\“ auch in der Industrie eingesetzt werden. Eine erhöhte Bruchfestigkeit der Touchscreens wird mit chemisch gehärteten ITO-Gläsern ermöglicht. Die Biege- und Schlagfestigkeit dieser Touchscreens wird durch eine chemische Härtung der ITO-Gläser auf das Dreifache erhöht. Zur Anwendung kommt das gehärtete Glas in Handheld-Applikationen auch im Hinblick auf Gewichtsreduzierung und erhöhter Spezifikation im Kugelfalltest. Einbau ohne Schmutzkanten
Thematik: Allgemein
Schurter GmbH
