Touchscreen-Lösungen für HMIs

Die Auswahl des passenden Touchscreen-Systems ist nicht einfach. Unterstützung bietet der taiwanesische Lösungsanbieter Mildex Optical, der sich auf kundenspezifische Touchscreen-Lösungen für das industrielle Umfeld spezialisiert hat. Sowohl der Einsatz von displaybasierenden Steuerungssystemen im industriellen Umfeld als auch die technischen Anforderungen an solche Lösungen werden immer größer und komplexer.

Kundenspezifische PCAP-Lösung aus dem Automotive-Sektor: Film/Film-Sensor inklusive Funktionstasten mit COF (Controller-on-Flex) mit auflaminiertem, bedrucktem Cover Glas. Alle Funktionstasten sind über separate kapazitive Touchfelder bedienbar. Die Signalausgabe erfolgt über I²C.

Dieser Trend hat mit der allgemeinen Akzeptanz von Touchscreens aufgrund der weltweiten Verbreitung von Smartphones wie dem iPhone seinen Anfang genommen und ist mittlerweile aus dem Steuerungsumfeld aufgrund seiner unmittelbaren Interaktion über das HMI (Human-Machine-Interface) nicht mehr wegzudenken. Wenn vor wenigen Jahren der Einsatz eines Touchscreens noch als Innovativ gehandelt wurde, geht es heute um die Optimierung der mechanischen, elektrischen und optischen Performance des HMI-Systems. Treibende Komponenten sind hierbei die Weiterentwicklung des LCD Technologie, der Software (User Interface) und der Touchscreen- Technologie. In diesem Beitrag wollen wir die Touchscreen-Technologie und einen der führenden Hersteller kundenspezifischer Lösungen, die Mildex Optical Inc., etwas genauer betrachten. Nicht weniger als die Erfüllung höchster Ansprüche hat sich Mildex Optical Inc., der Traditionshersteller von industrietauglichen Touchscreen-Technologien, zum Ziel gesetzt. Aus diesem Grund hat das Unternehmen die Produktionsstätte um die Bereiche „Integration Services“ und „Optical Bonding“ erweitert. Das Ziel ist, durch die Integration von LCD-Einheiten, Ansteuerelektronik und mechanischen Gehäusen die Integrationstiefe für HMI-Baugruppen zu erhöhen und so Mehrwertlösungen für OEMs, EMS und Channel Distribution zu bieten – alles aus einer Hand.

High-End-Lösung für HMIs: 10-Punkt resistiver Multitouch mit Controller On Flex, kratzfester Mikro-Glas-Oberfläche und Circular Polarizer für bestmögliche Sonnenlicht-Lesbarkeit durch Auslöschung der Lichtreflektionen. Auch als rahmenloses Design verfügbar (True-Flat / Bezel-less)

„Der heutige Industriekunde erwartet qualitativ hochwertige Komplettlösungen zu einem attraktiven Preis“, so Andreas Raabe, Business Development Manager EMEA für Mildex Optical. „Wo früher noch Komponenten zugeliefert wurden, besteht heute der Wunsch nach komplexeren Untersystemen mit einer höheren Integrationstiefe, die letztendlich die Produktintegration vereinfacht, den Lagerbestand optimiert und die Anzahl der Zulieferer verringert. Alles zeigt in Richtung Produkt- und Kostenoptimierung. Nur wer sich hier zur Deckung der aktuellen Kundenbedürfnisse strategisch positioniert, kann langfristig seine Kunden sichern. Deshalb war die Erweiterung unserer Produktion um Added-Value Services wie Optical Bonding und Integration Services die logische Konsequenz.“

Spezialist für gängige Touch-Technologien

Mildex Optical Inc, seit jeher international ausgerichtet, hat sich auf die gängigsten Touch-Technologien spezialisiert – nicht nur hinsichtlich Integrationstiefe, sondern besonders auf die Umsetzung einer breiten Parametrierung der Touchscreens.
Nicht nur relevante mechanische Abmessungen, sondern detaillierte Leistungsmerkmale, besonders in optischen Bereich, werden durch Spezialmaterialien ermöglicht. Das ist die eigentliche Kernkompentenz von Mildex Optical, welche die Abbildung besonderer Leistungsmerkmale ermöglicht.
Neben einer Vielzahl von speziellen Rohmaterialien, die zur individuellen Konfiguration von Touchscreens qualifiziert, ist auch ein erweitertes Know-how erforderlich, um die unterschiedlichsten optischen und elektrischen Verhaltensweisen abzubilden.
Nur wenn die Touchscreen-Produkte von Grund auf dediziert konfiguriert werden, kann die Gesamtlösung alle notwendigen Eigenschaften erfüllen.
Basierend auf ITO-Rohmateralien (ITO-Filme und ITO-Gläser in unterschiedlichen Ausführungen) wird die Basis des Touchscreen-Lösungen geschaffen. Weitere spezielle Filme kommen im Multilayer-Verfahren hinzu. So wird z. B. für die Sonnenlicht-Lesbarkeit ein „Zirkularer Polarizer“ eingearbeitet, der aus vier Veredelungen besteht:
Ein linearer Polarize-Film, ein zentraler und ein rückwertiger Lamda-1/4-Film (Quarterwave-Retarder) und eine AR-Oberflächenbeschichtung ermöglichen die Ablesbarkeit des LCD-Inhaltes auch in direkten Sonnenlicht. Ein Muss für die meisten Outdoor- und Militäranwendungen. Das ist nur aufgrund der Verwendung von Rohmaterialien möglich, die durch das Mildex R&D Team zusammengestellt und für den Produktionsprozess optimiert werden.
Durch dieses hohe Innovationsniveau und definierten Spezialfunktionen können die bekannten Einschränkungen, die in den marktüblichen Produkten gegeben sind, bei den Technologien ausgeglichen werden.
So ist es möglich, z. B. einen druckbasierenden 10-Punkt-Multi-Touchscreen zu realisieren, der mit jedem Handschuhtyp und selbst unter Einfluss von leitenden Flüssigkeiten aktiviert werden kann, der immun gegen hohes EMV-Aufkommen ist und zudem noch optische Eigenschaften besitzt, die einen Outdoor-Betrieb erlauben und die LCD-Daten selbst in direktem Sonnenlicht ablesen lassen, ohne Erhöhung der LCD-Hintergrundbeleuchtung, d. h. ohne zusätzlichen Energiebedarf (= Temperatur) und verminderter Lebensdauer.
Besonders die hauseigene Entwicklung und der Einsatz von ausschließlich hochwertigen Rohmaterialien ermöglicht den Einsatz der Produkte im anspruchsvollen Umfeld der Industrie, Medizin, Militär und Automotive, wo erweiterte Temperaturbereiche, Sonnenlicht-Lesbarkeit, extreme EMI-Festigkeit und widerstandsfähige Oberflächen gefragt sind.
Eine hauseigene Glas-Fertigung ermöglicht die direkte Umsetzung kundenspezifischer Designs und Anforderungen aus einer Hand. Alle Komponenten werden vor der Fertigung thermisch vorbehandelt und unterlaufen einer strengen Qualitätskontrolle nach jeden einzelnen Arbeitsschritt. Die regelmäßigen Zertifizierungen und auch Auditierungen durch internationale Kunden sind ein Garant für eine gleichbleibend hohe Qualität der Produkte.

Optisch gebondete LCD-PCAP-Einheit: Detaildarstellung des Aufbaus aus PCAP mit 1,8 mm Cover-Glas auf LCD

Touchscreens für industrielle Anwendungen

Zwei Touchscreen-Technologien haben sich durchgesetzt, die in ihren Einsatzbereichen nicht unterschiedlicher hätten sein können:
• Resistive Touchscreens: Aktivierung durch mechanischen Druck auf die Oberfläche. (Finger, inkl. Industriehandschuhe, Eingabestift etc.)
• Projective-Capacitive-Touchscreen: Aktivierung durch Änderung des elektrischen Feldes (kapazitiv) durch leitfähiges Eingabemedium (Finger, eventuell mit dünnem nicht-isolierendem Handschuh, spezieller Stylus)

Resistive Touchscreens

Resistive Touchscreens basieren auf einer sehr ausgereiften und sicheren Technologie. Sie wer-den durch Druck auf die Oberfläche aktiviert und sind einfach zu integrieren. Mildex bietet resistive Touchscreens auch als 10-Punkt-Multitouch samt bedrucktem Rahmen für frontseitigem Einbau („bezel-less oder Trueflat“) an. Diese gibt es mit Controller-Board oder Controller auf dem FPC. Die gängige Kunststoff- oberfläche kann bei notwendiger kratzfester und lösungsmittelbeständiger Oberfläche durch gehärtetes Mikroglas (0,21 mm) mit 7H Shore-Härte verstärkt werden. Für eine garantierte Ablesbarkeit bei direkter Sonneneinstrahlung bietet Mildex die Integration eines zirkularen Polarisationsfilters an. Diese Anforderungen bestehen besonders bei Militärfahr-und -flugzeugen und im Outdoorbereich. Die Vorteile der resistiven Touchscreens sind klar: sehr einfache Handhabung, EMV-fest, kostengünstig, flexibel, skalierbar und veredelungsfähig (Sonnenlichtlesbarkeit, EMV-Schutz, kratzfest), Druckaktivierung, Multitouch-fähig (AMR) zur Gestensteuerung. Zu den Nachteilen gehören die maximale obere Glasflächendicke von 0,21 mm, eine Lichtdurchlässigkeit von maximal 80 Prozent und die Multitouch-Fähigkeit.

Kapazitive Touchscreens

Touchscreens in Kapazitivtechnik (PCAP) basieren auf einer relativ kommerzialisierten Technologie aus der Consumerwelt. Mittels eines homogenen elektrischen (kapazitiven) Feldes wird der Touch-Auslöser nur durch die Änderung des Feldes erkannt. Die Vorteile liegen auf der Hand: keine Kalibrierung, frontseitiges Schutzglas bis 6 Millimeter, Multitouch/Gestensteuerung und hohe Lichtdurchlässigkeit bis zu rund 88 Prozent. Die Nachteile sind: kostenintensive Fertigung, störungsanfällig gegen EMV und Flüssigkeiten sowie bedingte Handschuhbedienbarkeit. Dies alles erfordert einen erhöhten Integrationsaufwand, der von Controlleranpassungen – üblicherweise durch Anpassung der Firmware – begleitet wird. Im Bereich PCAP bietet Mildex das Produkt in verschiedenen Ausbaustufen an – angefangen von dem passiven Film/Film-Sensor über aktive Sensoren bis hin zum vollen PCAP-Produkt. Die unterste Ausbaustufe (passiver Film/ Film-Sensor) kommt ohne Controller und ohne Cover-Glas aus. Die mittlere Ausbaustufe (aktive Sensoren) besitzt einen COF (Controller-on-Flex), jedoch kein Cover-Glas, während sich die höchste Ausbaustufe durch COF und bedrucktem Cover-Glas auszeichnet.

Added-Value-Service von Mildex Optical

Kleine Losgrößen sind machbar

Diese Strategie bietet den lokalen Partnern von Mildex Raum für ihre eigene Wertschöpfung – oder auch für die Entwicklung von PCAPs im Einzelstückbereich mit lokalen speziellen Komponenten. Alle Touchscreens werden von Mildex In-house auf Basis der Rohmaterialien, wie ITO-Filme, ITO-Glas, optische Filme, EMV-Materialien und Cover-Gläsern, entwickelt und gefertigt.
Die entgegengesetzt diametrale Performance dieser beiden Technologien erfordert eine genaue Untersuchung des Einsatzbereiches. Hier kommt das spezifische Know-how des Entwicklungsteams zum Tragen, das durch jahrelange Erfahrung im Bereich kundenspezifischer Anwendungen für fast jede Anwendung eine Lösung hat – denn fast jede denkbare technische Herausforderung wurde bereits innerhalb der physikalischen Grenzen umgesetzt.
Durch die Tradition, alle Prozesse im Haus zu halten, verfügt Mildex über die volle Kontrolle der gefertigten Produkte – von der Entwicklung bis zur Massenfertigung. Die Mindestbestellmengen (MOQs) richten sich nach Touchscreen-Technologie, Größe und Beschaffenheit. Übrigens: Mildex entwickelt und fertigt bereits für einen Jahresbedarf von 100 Einheiten.

Reinraum für höchste Qualität: Mildex entwickelt und fertigt Touchscreens auf Basis der Rohmaterialien, wie ITO-Filme, ITO-Glas, optische Filme, EMV-Materialien und Cover-Gläser

Optical Bonding

Unter Optical Bonding versteht man die luft-spaltlose Verklebung von LCD-Modul mit einem Touchscreen oder einem Schutzglas. Hierzu wird ein silikon-basierendes Flüssig- klebemittel per automatischem Dispenser auf die innere Bildfläche des horizontal ausgerichteten LCD-Moduls aufgebracht.
Mittels einer mechanischen Vorrichtung wird der eingelegte Touchscreen genau auf dem LCD-Modul zentriert und aufgebracht. Dadurch verteilt sich das Bondingmaterial und ermöglicht eine luftfreie Verklebung zwischen LCD-Modul und Touchscreen. Die großen Vorteile des Optical Bonding bestehen in der erheblich verbesserten optischen Qualität wie auch der enorm erhöhten Schock- und Vibrationsfestigkeit. Die verbondete LCD-Touch-Einheit kann nun Kugelfalltests aus Höhen widerstehen, die vorher als unerreichbar galten.
Eine weitere wichtige Eigenschaft des Optical Bonding ist die Vermeidung von Kondensation (Unlesbarkeit des LCD-Inhaltes), Staub oder Verschmutzungen in dem gefüllten Zwischenraum zwischen LCD und Touchscreen.
Die Eliminierung des Luftspaltes verbessert erheblich die Lichtreflektionen – und mittels zirkularem Polarisationsfilter lässt sich eine gute Ablesbarkeit des LCDs in direkter Sonneneinstrahlung realisieren. Der Prozess ist reversibel, so dass im Bedarfsfall die Komponenten wieder voneinander getrennt und wiederverwendet werden können. Bereits bei der Entwicklung des Touchscreens, werden die erweiternden Eigenschaften des optischen Bondings berücksichtigt, so dass ein in der Gesamtheit optimiertes Untersystem entsteht. Der Ansatz von Mildex Optical unterscheidet sich beim Optical Bonding von anderen Dienstleistern durch eine Reihe von Serviceleistungen. So werden alle Komponenten einem optischen und einem funktionalen Eingangstest unterzogen. Nur qualifizierte Komponenten werden weiterverarbeitet und sichern so ein Höchstmaß an Effizienz bereits vor der Produktion. Mildex unterzieht den Produkten einen 100-Prozent-Test, d. h. jedes einzelne Modul wird nach dem Bonden optisch und auch funktional getestet. Temperaturtest, Pixeltest und Homogenitätstest sind optional. Die spezifizierten LCD-Module bezieht Mildex direkt aus Asien und die Cover Glasser aus eigener Produktion. Alternativ können spezielle Materialien oder Komponenten vom Kunden zur Integration beigestellt werden.

Mildex Optical hat sich auf kundenspezifische Touchscreen-Lösungen spezialisiert. In seinem neuen Headquarter verfügt das Unternehmen über 31.000 Quadratmeter Produktionsfläche für Touchscreen-Fertigung, Added-Value- und Integrations-Services sowie automatisiertes Optical Bonding

Mildex Optical mit Value Added Services und Integration Services

Das Unternehmen eröffnete vor kurzem ein neues Headquarter mit verdreifachter Produktionsflache für Touchscreen Fertigung, Added Value- und Integrations-Services und automatisiertem Optical Bonding. Für Applikationen, die kein Optical Bonding benötigen, bietet Mildex das Aufbringen der Touchscreens auf das LCD mittels DST an (Tape- Bonding). Beim Tape-Bonding oder Airgap- Bonding wird der Rahmen des LCDs mit einem doppelseitigen Industrieklebeband mit dem Touchscreen verklebt. Das wird für resis- tive Touchscreens für den rückwärtigen Einbau ebenso angeboten wie für den frontseitigen Einbau einer PCAP-LCD-Einheit. Weiterhin entwickelt Mildex Interface-Boards zur Ansteuerung von diversen LCDs inklusive Verkabelungen an. Somit erhalten Kunden eine voll funktions- und integrationsfähige Un- terbaugruppe, getestet und mit Garantie. Die Abteilung für mechanische Dienstleistungen ist auf die Integration von Unterbaugruppen in Gehäuse versiert. Ob Spritzguss, Kunststoff oder Metall – Mildex entwickelt und fertigt Lösungen nach Kundenspezifikation. Sichere NRE-Prozesse garantieren eine Entwicklung nach Maß und Fertigung exakt nach Spezifikation. Die vielfältigen Zertifizierungen von Mildex (ISO9001, REACH, RoHS, FDA, CE etc.) sichern interne Abläufe und eine konstant hohe Qualität während des Produktlebenszyklus. Das Unternehmen kann Langzeitverfügbarkeiten bis zu 8 Jahre vertraglich vereinbaren. ■ ds