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Bei Kälte in extremen Klimazonen fallen die Temperaturen unter die Arbeitstemperatur des Displays. Für diese Anwendungen muss es beispielsweise über ein integriertes Heizelement verfügen.

Bild: Unsplash, Zac Durant

Robuste Touchpanels Was Displays in extremen Umgebungen leisten müssen

03.11.2020

Touchpanels erfüllen die unterschiedlichsten Anforderungen für den Einsatz in verschiedensten Applikationen. Viele Kunden fordern die Erfüllung der Spezifikationen aus den Bereichen Industrie, Medizin, Luft- und Raumfahrt oder in der Automobilindustrie. Dies betrifft besonders den Betrieb und die Zuverlässigkeit der PCAP-Touchpanels unter rauen Umgebungsbedingungen, extremen Einsatztemperaturen und hohen EMV-Anforderungen.

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PCAP-Touchscreens „von der Stange“ sind meist nicht in der Lage, diese Anforderungen problemlos zu erfüllen. Der Kunde sollte deshalb auf qualifizierte Touch-Lösungen, die für den Einsatz in Medizin- und Industrieanwendungen optimiert sind, Wert legen.

Zusätzlich sollte zu den bereits qualifizierten Standard-PCAP-Touchlösungen das Sensordesign, die Firmware und die Systemintegration auf die jeweiligen Anforderungen der Applikationen individuell angepasst werden. Auf folgende Added-Value-Lösungen für Touchpanel-Applikation mit speziellen Designs und Features sollten Anwender besonders achten.

Verbesserte Lesbarkeit

Zur Realisierung eines reflexionsarmen Touchpanel-Designs wird ein glasbasierender Sensor hinter das Frontglas mit einer Antireflexionsbeschichtung gebondet. Zusätzlich wird ein Polarizerfilm in den Aufbau integriert. Durch diese optische Verklebung wird eine Lichtreflektionsrate von einem bis 1,5 Prozent erzielt. Dieser Low-Reflective-Aufbau reduziert die Reflektion des Sonnenlichts, womit die Displays auch unter starker Lichteinstrahlung im Outdoor-Bereich lesbar sind.

Outdoor-Anti-UV-Design

Touchpanels im Außenbereich sind permanent direktem Sonnenlicht ausgesetzt. Eine langfristige Einwirkung von ultraviolettem Licht schädigt die Struktur von Standardmaterialien. UV-Licht bewirkt eine Farbveränderung der Bedruckung, eine Vergilbung der Polyesterfolie und führt langfristig zu einer optischen Veränderung der Klebeschichten im Aufbau.

Für Outdoor-Anwendungen sollten deshalb spezielle Materialien mit Anti-UV-Eigenschaften für den PCAP-Sensor verwendet werden. Sonnenlicht mit einer Wellenlänge ≤ 400 nm wird dadurch blockiert, der dahinter liegende Polyesterfilm des Sensors wird somit geschützt. Die Leistungskriterien aus der Norm ASTM G154 werden erfüllt.

Extreme Einsatztemperaturen

Bei Kälte in extremen Klimazonen fallen die Temperaturen im Minusbereich unter die Arbeitstemperatur des Displays. Für diese Anwendungen wird ein hochtransparentes Heizelement auf die Rückseite des Touchpanels vollflächig laminiert. Das System erwärmt das Panel und stellt somit die Betriebsfähigkeit des Displays sicher. Darüber hinaus bewirkt dieses Heizelement eine Entfeuchtung der Touchpanel-Oberfläche.

Bei Hitze durch Sonneneinstrahlung im Outdoor-Bereich oder bei Automobilanwendungen können Arbeitstemperaturen von über 80 °C auftreten. PCAP-Controller mit entsprechend speziellen Bausteinen stehen zur Zeit mit einem Temperaturbereich von -40 bis 85 °C zur Verfügung.

Elektromagnetische Verträglichkeit

Eine wesentliche Anforderung an industrietaugliche Touchpanels ist die EMV-Konformität. Elektromagnetische Störquellen in der Umgebung dürfen keinen Einfluss auf die korrekte Funktion der Applikation im Betrieb haben. Für den Medizinbereich sind 28 V/m, im Bereich Automotive und für Bahnanwendungen sind 60 beziehungsweise 100 V/m spezifiert.

Mit optimierten AD-Wandlern in der Auswerteelektronik der PCAP-Controller, erhöhten Signalspannungen durch Ladungspumpen, besonderen Algorithmen wie etwa dem Frequency-Hopping-Verfahren sowie Hard- und Softwarefiltern werden Störsignale umfassend unterdrückt. Mit einem speziell an die Elektronik angepassten Sensordesign wird zusätzlich eine hohe Signal-Rausch-Differenz erzielt.

EMI-Abschirmung

Anwendungen in der Medizin, Luftfahrt und Verteidigung/Militär erfordern eine hohe Beständigkeit bezüglich elektromagnetischer Energie (EMI). PCAP-Panels werden rückseitig mit einem Mesh-Film laminiert und an das leitfähige Gehäuse kontaktiert. Durch einen Flächenwiderstand von weniger als 1 Ω wird eine Hochleistungsabschirmung gewährleistet.

Dieser Aufbau erfüllt die HF-Emissionsanforderungen der DO-160G-Airborne-Electronics-Norm. PCAP-Panels mit EMI-Abschirmung kommen in der kommerziellen Luftfahrt, Medizintechnik, Messtechnik und anderen Spezialanwendungen zum Einsatz.

Hohe Schlagfestigkeit

Bei Anwendungen im explosionsgeschützten Bereich wie zum Beispiel auf Bohrinseln muss das Frontglas des Touchpanels extreme Anforderungen bezüglich Bruch- und Schlagfestigkeit erfüllen. Zusätzlich erfordert das Anwendungsgebiet den Einsatz von dicken Handschuhen. Hierfür wird das Design der Sensorstruktur modifiziert und die Firmware angepasst, womit Glasdicken von bis zu 10 mm zum Einsatz kommen, die auch mit Handschuhen gut bedient werden können.

Kompetente Begleitung

Der Anwender sollte darauf achten, das das Unternehmen gemeinsam mit ihm ein Eingabesystem, das auf seine spezifischen Anwendungsanforderungen zugeschnitten ist, entwickelt. Bereits in der Entstehungsphase sollten alle dem Projekt zugeordneten Ingenieure bei der Entwicklung einer Applikation eingebunden sein. Gerade bei Sonderlösungen mit Added Value bietet zum Beispiel Schurter seinen Kunden eine fundierte Beratung beim Design und der Gestaltung des Eingabesystems.

Bildergalerie

  • Das PCAP-Touchpanel wird kundenspezifisch mit einem bedruckten Glas oder aus Polycarbonat hergestellt.

    Bild: Schurter

  • Spezielle Tasten mit kapazitiver Sensorik werden in das komplette PCAP-Design integriert, sodass ein separates Tastenfeld vermieden wird.

    Bild: Schurter

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