PCAP-Touch im industriellen Umfeld

Soll die Bedienung auch mit dicken Handschuhen gewährleistet sein, sind resistive Touchscreens derzeit ohne Alternative, denn sie funktionieren ähnlich wie ein mechanischer Taster: Zwei leitende Schichten, meist Glas/Folie, sind durch Abstandshalter voneinander getrennt. Ein Finger oder ein Stift übt mechanischen Druck aus und löst so einen Touch-Vorgang aus. Die Oberfläche besteht in der Regel aus einer Folie, die empfindlich gegenüber Kratzern ist und deshalb leicht beschädigt werden kann. Kratzer-unempfindlich sind kostenintensivere Glas/Glas-Varianten, die jedoch leicht zu zerstoßen sind.

Aufbau eines resistiven Touchscreens Hantouch/Rutronik

Aktuell finden sich meist die einfachsten Vier-Draht-Varianten im Einsatz, gerade im industriellen Umfeld. Sie altern über die Zeit hinweg und lassen nur eine gewisse Anzahl von Touchzyklen zu. Dem gegenüber bieten die Fünf-Draht-Varianten mehr Bedienzyklen. Sie müssen auch nur einmalig kalibriert werden und haben eine höhere Genauigkeit. Technologiebedingt altert das Touchelement jedoch auch hier.

Neben der einfachen und schnellen Integration der resistiven Touch-Elemente auf dem Display ist die Bedienbarkeit mit Handschuhen einer der wichtigsten Vorteile dieser Technologie. Die intuitive Bedienung mittels Gesten lässt sich jedoch nicht komfortabel wiedergeben.

PCAP-Technologie

Beim PCAP-Touch (PCAP: Projected Capacitive Touch) liegt eine Matrix aus Kondensatoren auf der Oberfläche des Touchscreens. Diese Kondensatoren erzeugen ein elektrisches Feld im Raum, das sogar geschlossene Glas- und Kunststoffoberflächen durchdringt und so eine Bedienung auch hinter einem Schutz- oder Coverglas ermöglicht. Damit kann die Applikation durch ein gehärtetes Glas vor Vandalismus geschützt werden, und das Touch-Display lässt sich ohne Schmutzkanten einheitlich in das Gehäuse des Kunden integrieren. Dies ermöglicht einerseits smarte Designs und andererseits das Reinigen der Applikation auch mit aggressiven Desinfektions- und Reinigungsmitteln ohne das Display oder die restliche Applikation dadurch zu beschädigen.

Aufbau eines PCAP-Touchscreens. Hantouch/Rutronik

Je nach Anforderung und Einsatzort kann das zusätzliche Glas mattiert sein (antiglare / AG), um etwaige Spiegelungen durch Sonne oder helle Beleuchtungen zu verringern. Fingerabdrücke lassen sich sehr leicht entfernen, wenn das Glas eine sogenannte AFP-Oberfläche (Anti-Fingerprint) aufweist. Durch verschiedene Größen, Formen und Hinterdruckungen des Coverglases lässt sich jede Applikation sehr individuell gestalten, und durch das eigene Logo an das Corporate Design anpassen.

Bei allen Designüberlegungen sollte jedoch immer die Funktionalität des Touch-Elements im Vordergrund stehen, weil der PCAP-Sensor verschiedene Materialien unterschiedlich gut durchdringt. Am besten eignet sich Glas, da es die beste Durchdringungsfähigkeit hat. Gerade die Lebensmittelindustrie greift aufgrund der Splittergefahr jedoch gerne auf Alternativen zurück – meist auf Polycarbonat oder Acrylglas, die beide nicht splittern und zudem eine hohe Robustheit und Transparenz bieten. Sie werden jedoch nicht so gut durchdrungen wie Glas, sodass ein Polycarbonat- oder Acryl-Cover eine Dicke von etwa 2 mm nicht überschreiten sollte.

Optical Bonding

Auch Luft durchdringt PCAP sehr schlecht, sodass ein Luftspalt zwischen Touch-Sensor und Covermaterial grundsätzlich eine Verschlechterung des Touch-Verhaltens und der Sensibilität nach sich zieht. Um dies zu vermeiden, empfiehlt es sich, die beiden Layer in einem „Optical  Bonding“ genannten Verfahren miteinander zu verbinden beziehungsweise durch eine Klebeschicht vollflächig zu laminieren. Hierfür gibt es zwei weitverbreitete Möglichkeiten: Zum einen mittels eines Flüssigklebers, der unter Einwirkung von UV-Licht aushärtet, zum andern mithilfe einer doppelseitig klebenden hochtransparenten Klebeschicht.

Nicht nur das Coverglas und das Touch-Element lassen sich durch Optical Bonding verbinden, sondern auch der Touchsensor selbst mit dem TFT. Der optische Vorteil liegt hauptsächlich darin, dass Lichtbrechungen an den Übergängen der verschiedenen Materialien weitgehend vermieden werden, sodass das Display auch bei Sonnenlicht gut ablesbar bleibt. Die mechanischen Vorteile bestehen in der höheren Robustheit der gesamten Einheit, da die vollflächige Verklebung der Herstellung eines Verbundglases ähnelt, sowie in der Vermeidung eines Luftspalts, in dem sich bei herkömmlicher Rahmenverklebung im Laufe der Zeit Staub, andere Partikel oder Kondenswasser sammeln können.

Das Optical Bonding ist noch relativ kostenintensiv, vor allem im Vergleich zum herkömmlichen Verkleben des Touch-Elements auf dem Rahmen des Displays, bei dem meist eine Art doppelseitiger Klebestreifen zum Einsatz kommt. Eine vollflächige Verklebung ist deutlich komplexer. Der Kleber muss hochtransparent sein, um die optischen Eigenschaften wie Helligkeit und Kontrast nicht zu beeinflussen, und UV-Strahlung darf nicht zu Verfärbungen führen. Beim Verkleben dürfen keinerlei Lufteinschlüsse entstehen. Zudem muss die Verklebung selbst mechanische Einflüsse wie etwa verschiedene Ausdehnungskoeffizienten bei Temperaturschwankungen sowie Schock und Vibration ausgleichen.

Im Vergleich zum resistiven Touch-Element ist ein PCAP immer störanfällig gegenüber elektrischen Feldern. Schon in der frühen Phase eines Designs ist auch das Gehäuse mit zu berücksichtigen, damit Störungen von außen nicht zu Fehlauslösungen, einer Verschiebung der Koordinaten oder sogar zu nicht reagierenden Bereichen auf der Touch-Oberfläche führen. Fehlerquellen sind beispielsweise das Metallgehäuse des TFT selbst, aber auch der Metallrahmen des Applikationsgehäuses. Hersteller von Touch-Sensoren schreiben deshalb entsprechende Mindestabstände vor. Auch Kabelführungen in der Applikation sind so zu wählen, dass sie nicht im Bereich der Anschlussfahne des PCAP vorbeiführen. Generell ist ein durchdachtes Massekonzept Grundvoraussetzung für die Funktionsweise des PCAP.

Die Ausführungen zeigen: Auch wenn der Trend in der Industrie zum PCAP-Touch geht, ist diese Technologie nicht für jede Applikation die richtige Wahl. Je nach Einsatzort und Art des Bedienkonzepts sind andere Technologien (resistiv, SAW oder IR-Touches) überlegen oder stärker Kosten-Nutzen-optimiert. So hat der klassische resistive Touch durch seine einfache Integration und die problemlose Bedienung mit einem Handschuh immer noch seine Daseinsberechtigung. Wer jedoch auf Multitouch, Gestenerkennung und intuitive Bedienung nicht verzichten kann, muss den Weg des technischen Mehraufwandes gehen. Am Ende einer korrekt geplanten und umgesetzten PCAP-Applikation wartet dann höchste Funktionalität und eine zuverlässige Bedienbarkeit über die gesamte Laufzeit hinweg.

(av)