Was ein Industriedisplay heute bieten muss

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Die Tendenz bei Displays geht zu 16:9-Formaten

Vorreiter in Bezug auf noch größere PCAP-Diagonalen ist der HMI-Markt. Bedienterminals für eine CNC-Fräsmaschine oder Abfüllanlagen sind einige Bespiele. Gängige Diagonalen sind 15,6, 18,5 und 21,5 Zoll. Die Tendenz geht eindeutig zu 16:9-Formaten. Vor einigen Jahren war an eine Realisierung und Produktion von PCAP-Dispalys dieser doch schon recht großen Diagonalen nicht zu denken. Grund: Die Auflösung der Touch Controller. Touch Screens mit PCAP bestehen aus einer gitterförmigen Anordnung von transparenten Elektroden aus Indium Tin Oxid, kurz ITO, welche über die horizontale und vertikale Richtung der Display Active Area gleichmäßig verteilt werden muss.

Der Abstand der Elektroden zueinander ist maßgeblich für den minimalen Fingerabstand bei Multi-Touch-Anwendungen verantwortlich. Wird ein Controller mit einer zu geringen Auflösung verwendet, können typische Mehrfingergesten wie die 2-Finger-Zoom-Geste nicht mehr korrekt erkannt werden. Weiterhin erfordern erweitere Algorithmen zur Signalverarbeitung im Touch Controller eine möglichst hohe Auflösung des Sensors, um einen aufgelegten Handballen als solchen zu erkennen und auszublenden. Das PCAP-System easyTOUCH basiert ausschließlich auf den maXTouch-Controllern von Atmel. Die Controller für größere Diagonalen basieren dabei auf einem 32-Bit-Prozessorkern.

Für größere Displays müsste die Auflösung der Controller erhöht werden. Allerdings muss man sich den breiteren Rändern im Vergleich zu resitiven Touchpanels bewusst werden. Mehr Knotenpunkte erfordern mehr Leiterbahnen, um diese zu kontaktieren. Die daraus resultierende steigende Anzahl an Leiterbahnen bringt breitere Ränder mit sich, da diese auch zum Touchtail am Außenbereich des Touchscreens herausgeführt werden müssen.

Viele Industrieanwendungen lassen jedoch breite Ränder nicht zu. Einerseits orientiert sich die Industrie mittlerweile an das schmale Designkonzept der Consumer Applikationen. Der wichtigste Grund ist, das bestehende Gehäuse nicht zu verändern. Die Touchhersteller arbeiten hier kontinuierlich an ihren Fertigungsprozessen, so dass in Zukunft mit neuen Produktionstechnologien schmalere Ränder realisiert werden können.

Die begrenzenden Faktoren eines Displays

Neben der Controllerauflösung ist in erster Linie der Flächenwiderstand des verwendeten ITO-Materials ein begrenzendes Element. Grundsätzlich muss zwischen zwei unterschiedlichen Trägersubstraten für Touch-Screens unterschieden werden: PET-Folien (Film/Foil) und Glas. Typische Widerstandswerte für ITO auf Film sind beispielsweise 150 Ohm/Square und für Glas 60 Ohm/Square. Besonders bei einem großen Touch-Display werden durch die geometrisch sehr ausgedehnten ITO-Strukturen Widerstandswerte erreicht, die ein vollständiges Aufladen der Knotenkapazitäten verhindern oder sehr verlangsamen.

Displays mit langen Ladezeiten sind anfälliger für Displaystörungen und die Touchpunkte werden langsamer erkannt. Der Controller benötigt mehr Zeit, um den Touch abzutasten. Niedrigere Widerstandswerte sind zwar technisch möglich, beeinträchtigen allerdings die Transparenz des Materials, da die Schichtdicke des ITO auf dem Trägersubstrat erhöht werden muss. Die easyTOUCH-Sensoren bietet Data Modul bis zu einer Größe von 10,4 Zoll mit Glas/Film/Film an. Größere Diagonalen von 12,1 bis 21,5 Zoll werden mit Glassubstraten als ITO-Trägermaterial hergestellt. Die Zweiteilung hat sich im Laufe der Jahre als wirtschaftlich und technologisch sinnvoll herausgestellt. Für größere Diagonalen suchen die Hersteller nach einem Ersatzmaterial für ITO. Das soll möglichst niederohmig, sehr transparent und preiswert sein.

Zu den vielversprechendsten Entwicklungen bei den transparenten, leitfähigen Materialien gehören Silver-Nano-Wires, Graphene-Nano-Tubes und Metal-Mesh-Materialien. Jedes der Materialien hat eigene Vor- und Nachteile. Dazu gehört der Umstand, dass Metal-Mesh-Displays immer in ihrer Struktur auf das verwendete TFT abgestimmt werden müssen. Ansonsten bilden sich aufgrund der überlagerten Gitterstruktur des Touch-Screens und der Pixel-Matrix des TFTs Beugungseffekte. Diese sind dann als Moirè-Effekte sichtbar. Im Vergleich dazu wird ITO seit vielen Jahren in der Produktion von Touch-Screens eingesetzt und ist hinreichend qualifiziert. Die neuen Materialien müssen erst ihren Weg in die Serienproduktion einiger Produkte finden und sich auf dem Markt beweisen. Der Einsatz in industriellen Anwendungen ist somit gründlich abzuwägen da die Anforderungen bzgl. Temperatur, Feuchtigkeit und Langlebigkeit generell höher sind als im Consumer-Markt.

TFTs mit PCAP-Displays zusammen bringen

De Zusammenschluss von großen TFTs mit PCAP-Displays darf abschließend nicht vernachlässigt werden. Im einfachsten Fall werden beide Komponenten mit einem doppelseitigen Klebeband verklebt. Eine optische Verbesserung erreicht man durch eine vollflächige Verklebung des PCAP-Dispalys an das TFT. Dieser Prozess ist aufgrund des hohen Materialeinsatzes des Bonding-Klebers sehr teuer und kommt nur in wenigen Applikationen wie in Außenanwendungen zum Einsatz.

Es ist zu empfehlen, den Touch-Sensor direkt an das Cover-Material vollflächig zu bonden oder durch eine Klebeschicht vollflächig zu laminieren. Die Touchfunktionalität und die optischen Eigenschaften sind somit zu jeder Bedingung gewährleistet. Data Modul verfügt seit Anfang 2013 über eine hausinterne, vollautomatische Optical-Bonding-Maschine, die unter Reinraumbedingungen Gläser mit einem Touch Screen bis zu einer Größe von 32 Zoll verkleben. Bei größere Diagonalen sind neben den genannten Technologieaspekten noch zusätzliche, Investitionen zu tätigen, um diese auch in der Serie zu verarbeiten.

* Christine Aust, Alexander Trica und Markus Hell arbeiten für den Display-Spezialisten Data Modul in München.

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