Projeziert kapazitive Touch-Sensoren eigenen sich vor allem für die Industrie, weil diese hinter Schutzscheiben aus Glas optisch hochtransparent laminiert oder aufgebondet werden können. Dabei wird die Schutzscheibe, auch Coverglas genannt, zu einem wesentlichen Designelement in der Gesamtkonstruktion von Bedieneinheiten, wie sie Kienzle Systems entwickelt, konstruiert und produziert. Die Lamination der dekorativen Glasscheiben zusammen mit den Touch-Sensoren erfolgt in zertifizierten Reinräumen entweder mittels OCA-Filmen (optical clear adhesive) oder häufig auch mit UV-härtenden Klebstoffen. Die Covergläser werden im Siebdruckverfahren hinterdruckt, sodass die Bedruckung ebenfalls durch die Glasscheibe gegenüber Abnutzung, Vandalismus oder UV-Strahlung geschützt ist. Zusätzliche Effekte, wie Spiegel- oder Metallicfarben, wirken edel und hochwertig. Die eingesetzten Gläser werden je nach Integrationsart und Form geschnitten oder gefräst. Die Glaskanten selbst können dabei geschliffen und auf Wunsch zusätzlich poliert werden, einfache Bohrungen oder gefräste Ausbrüche innerhalb des dekorativen Glases sind ebenfalls möglich.
Die eingesetzten Covergläser werden vornehmlich aus thermisch oder chemisch vorgespanntem Glas hergestellt, das entspiegelt oder unentspiegelt sein kann. Je nach Entspiegelungsart sind Oberflächen-Härten bis 9H möglich, vor allem bei chemisch entspiegeltem Glas. Interferenzoptische Entspiegelungen haben höhere Transmissionswerte und somit auch die bessere Bildqualität auf das dahinterliegende Display bezogen. Sie sind jedoch, bedingt durch die Bedampfung der Oberfläche, empfindlicher als chemisch entspiegelte Gläser. Je nach Art der Glasoberfläche unterstützt diese außerdem das Ausführen der gewünschten Gesten, wenn das Glas bereits Gleiteigenschaften aufgrund seiner Oberflächenbeschaffenheit aufweist.
Integrierte Bedienelemente erweitern die Möglickeiten
Ebenso vielfältig wie das Veredeln des Glases sind auch die zahlreichen Integrationsmöglichkeiten des kompletten Touch-Sensors, in Frontplatten und Gehäuse, die aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein können. Rück- oder frontseitige Einbauvarianten, bei denen Glaskanten entweder bewusst sichtbar oder verdeckt sein sollen, sind ebenso möglich wie die Integration in entsprechende Taschen innerhalb der Front- oder Trägerplatte, bei denen zusätzlich der umlaufende Luftspalt vergossen und somit versiegelt werden kann. Zusätzliche Tasten, Slider oder Wheels in kapazitiver Technologie weiten die Möglichkeiten aus. Diese sind entweder Bestandteil des Touch-Sensors selbst oder fungieren als getrenntes Eingabeelement, das wiederum in Form von transparenten Leitfilmen oder auf Basis einer Leiterplatte hergestellt und rückseitig auf das Coverglas aufgebracht wird. Hinterleuchtungen von Symbolen, Logos oder Beschriftungen – auch mit Farbwechsel oder Verschwindeeffekten innerhalb der Tasten –, Status-LEDs sowie eingefräste und auf Wunsch polierte Tastmulden oder Slider-Bereiche lassen sich realisieren, um ein haptisches Erkennen zu ermöglichen. Diese Bedienelemente lassen sich alternativ auch dauerhaft und kratzfest mit Strukturlacken im Siebdruckverfahren aufbringen.
Die vollflächig geschlossenen Bedienoberflächen, je nach Konstruktion ohne jegliche Schmutzkanten und daher einfach zu reinigen, sind unempfindlich gegenüber Schmutz oder aggressiven Medien. Außerdem sind sie mechanisch robust und durch die mehrfach laminierte Glasscheiben in der Glas-Glas-Technologie stabil. Je nach Integrationsart sind so Schutzklassen bis IP67K realisierbar. Im Gegensatz zu rein kapazitiven Touch-Sensoren haben die Produkte in der projeziert kapazitiven Touch-Technologie keine Leitschicht auf der Bedienseite des Glases, die bedingt durch die Bedienung bei kapazitiven Touch-Sensoren einem natürlichen Abrieb unterliegt. Die projeziert kapazitiven Sensoren sind daher nahezu unverwüstlich, denn die ausgelösten Touch-Events haben keinen Einfluss auf die Lebensdauer der Eingabe-Systeme.
Sensoren in Diamant-Formation
Projeziert kapazitive Touch-Sensoren, basieren technologisch auf zwei Sensorflächen, die hochtransparent mittels ITO (Indiumzinnoxid) gesputtert sind. Die Sensorflächen bestehen wiederum jeweils aus vielen kleinen kapazitiven Feldern in diamantenförmiger Anordnung (Pattern). Isolierend zusammenlaminiert bilden diese dadurch ein Netz von Kondensatoren über die gesamte Sensorfläche. Die Sensorflächen lassen sich sowohl in Glas-Glas-, Glas-Film- oder Film-Film-Variante herstellen. Die beiden Varianten der Film-Technologie eignen sich für Bildschirmdiagonalen bis etwa 12″, Größen bis 32″ kommen hauptsächlich in der Glas-Glas-Technologie vor.
Das Herstellen des diamantförmigen Patterns erfolgt auf dem jeweiligen Leitsubstrat über einen Laser- oder Ätzprozess. Die Funktion der Sensoren ist einfach. Beim Ausführen eines Touch-Events wird die vorliegende Referenzkapazität des nicht berührten Touch-Sensors verändert, die entsprechenden kleinen kapazitiven Touch-Felder liefern eine grobe Position der Stelle, an der das Touch-Event ausgeführt wurde. Über Interpolation durch den Touch-Controller ergibt sich die genaue Position, die an die Elektronik weitergegeben wird. Temperaturschwankungen oder Änderungen des Umfeldes in Bezug auf Störeinflüsse werden durch permanentes Anpassen der Referenzkapazität ausgeglichen. Die kapazitiven Felder, die in X- und Y-Achsen angelegt sind, projizieren ein elektrisches Feld durch das Coverglas hindurch, das bis zu 4 mm, beim Verzicht auf eine Dual- oder Multitouch-Funktion auch bis über 6 mm, stark sein kann. Eine Handschuhbedienung ist auch bei diesen Stärken des Coverglases noch problemlos möglich. Wassertropfen oder Schneeflocken führen nicht zu einem Touch-Event, weshalb sich diese Technologie auch für Outdoor-Anwendungen eignet.
Firmware an Applikation angepasst
Die Anbindung eines projeziert kapazitiven Touch-Sensors erfolgt über den Touch-Controller an die jeweilige Elektronik. Dieser lässt sich als Board-, Chip-on-Tail oder Chip-Set-Lösung realisieren. Die Controller sind hauptsächlich für die USB-, serielle oder I2C-Schnittstelle ausgelegt – kundespezifische Varianten sind aber ebenfalls möglich. Projeziert kapazitive Touch-Sensoren werden zusammen mit dem dazugehörenden Controller und einer Firmware betrieben. Zahlreiche Störquellen innerhalb des elektronischen Gerätes oder auch konstruktive Merkmale der Gehäusekonstruktion können beispielsweise eine Unlinerarität des Sensors hervorrufen. Diese lässt sich jedoch durch spezifische Projektanpassung der Firmware des Controllers filtern, um unter anderem für eine Linearität von weniger als 1,5 % zu sorgen. Eine entsprechende Anpassung der Firmware wird oftmals auch dann vorgenommen, wenn ESD- oder EMV-Probleme auftreten. Hierfür stehen jedoch auch optionale Schirmlagen, die zusätzlich in das Gesamtpaket des Glaslaminates einlaminiert werden, zur Verfügung. Touch-Sensoren in der projeziert kapazitiven Touch-Technologie sind Plug-and-Play-fähig. Ein Kalibrieren des Sensors ist nicht notwendig, auch kein Nachkalibrieren mehr im Feldeinsatz. Notwenige Treiber für die entsprechenden Betriebssysteme werden permanent ergänzt, sodass diese nahezu für jede gängige und aktuelle Plattform vorhanden sind. Das jeweilige Betriebssystem muss aber Dual- oder Multitouch-Anwendungen unterstützen.
Björn Kienzle
(mf)
