Robuste Touch-Displays: Langlebige Lösungen für industrielle Anwendungen

Industrie- und Outdoor-Geräte werden häufig unter Bedingungen betrieben, für die Standarddisplays nicht ausgelegt sind. Vibrationen, Staub, Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen, physische Einwirkungen und direkte Sonneneinstrahlung können die Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit des Displays beeinträchtigen.

Robuste Touch-Displays sind auf diese Bedingungen ausgelegt. Anstatt sich auf eine einzige Schutzfunktion zu verlassen, kombiniert ein robustes Display in der Regel das Anzeigefeld, den Berührungssensor, das Abdeckglas, die mechanische Struktur und das optische Design, um einen zuverlässigen Betrieb in anspruchsvollen Umgebungen zu gewährleisten.

Der wichtige Punkt ist, dass „robust“ keine einzelne Spezifikation ist . Ein Display kann eine hohe Schlagfestigkeit, aber eine schlechte Lesbarkeit bei Sonnenlicht aufweisen, oder ein Gehäuse mit hoher IP-Einstufung, aber eine unzureichende Touch-Leistung mit Handschuhen.

Das richtige Design hängt von der tatsächlichen Betriebsumgebung und den Systemanforderungen ab.

Was ist ein robustes Touch-Display?

Bei einem robusten Touch-Display handelt es sich um eine Display-Baugruppe, die darauf ausgelegt ist, aufrechtzuerhalten die visuelle Leistung, Touch-Funktionalität und mechanische Zuverlässigkeit unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen .

Abhängig von der Anwendung kann ein robustes Display Folgendes umfassen:

• Schlagfestes oder chemisch gehärtetes Deckglas

• Hochhelle LCD-Panels

• Blendfreie oder entspiegelte Oberflächenbehandlungen

• Resistive oder PCAP-Touch-Technologie

• Optisches Bonden

• Verstärkte mechanische Strukturen

• Versiegelte oder geschützte Gehäuse

• Komponenten mit breitem Temperaturbereich

• Maßgeschneiderte Touch- und Display-Schnittstellen

Nicht jedes robuste Display erfordert alle diese Funktionen. Beispielsweise erfordert ein HMI in einer Fabrik im Innenbereich möglicherweise eine hohe Vibrationsfestigkeit und eine Bedienung mit Handschuhen, aber eine relativ bescheidene Sicht im Freien. Ein Außenkiosk erfordert möglicherweise stattdessen eine hohe Helligkeit, Wasserschutz und optische Verbindung.

Robustheit sollte daher entsprechend der Umgebung spezifiziert und nicht als generische Produktkategorie behandelt werden.

Hauptmerkmale robuster Touch-Displays

Unterschiedliche Umgebungsbedingungen erfordern unterschiedliche technische Maßnahmen.

Diese Merkmale sollten nicht unabhängig bewertet werden.

Beispielsweise kann eine Erhöhung der LCD-Helligkeit die Lesbarkeit im Freien verbessern, aber auch den Stromverbrauch und die thermische Belastung erhöhen. Ebenso kann das Hinzufügen von dickerem Deckglas den mechanischen Schutz verbessern, jedoch die Berührungsempfindlichkeit und die optische Leistung beeinträchtigen.

Aus diesem Grund ist das Design robuster Displays in der Regel eine technische Entscheidung auf Systemebene und nicht einfach die Auswahl eines Panels mit den höchsten Spezifikationen.

Robuste vs. Standard-Industriedisplays

Der Unterschied liegt vor allem darin, wie viel Umweltbelastung das Display aushalten soll.

Allerdings bedeutet Robustheit nicht automatisch, dass jede Umweltanforderung höher ist.

Ein robustes Display, das für einen Fabrikschaltschrank vorgesehen ist, kann sich stark von einem Display unterscheiden, das für ein Fahrzeug, ein Außenterminal oder ein tragbares Feldgerät entwickelt wurde. Das erforderliche Schutzniveau sollte an die tatsächlichen Betriebsbedingungen angepasst werden.

Die größten Umweltherausforderungen

Ein robustes Touch-Display muss möglicherweise mit mehreren Umgebungsfaktoren gleichzeitig klarkommen.

Schock und Vibration

Industriegeräte können kontinuierliche Vibrationen erzeugen, während mobile Geräte plötzlichen Stößen oder Stürzen ausgesetzt sein können.

Die mechanische Zuverlässigkeit hängt daher nicht nur vom LCD-Panel selbst ab. Das Deckglas, der Berührungssensor, die Verbindungsmaterialien, der Rahmen, die Anschlüsse und die Montagestruktur tragen alle dazu bei, dass die Endbaugruppe mechanischen Belastungen standhält.

Staub und Wasser

Staub kann sich um mechanische Öffnungen herum ansammeln und die langfristige Zuverlässigkeit beeinträchtigen. Feuchtigkeit kann sowohl für die Elektronik als auch für die Berührungserkennung zu zusätzlichen Problemen führen.

Bei Geräten, die Wasser oder Staub ausgesetzt sind, sollte die IP-Schutzart auf der Ebene des Gehäuses oder des zusammengebauten Produkts berücksichtigt werden und nicht nur vom Anzeigefeld aus angenommen werden.

Beispielsweise muss eine IP65- oder IP67-Anforderung für das entsprechende Gehäuse- und Integrationsdesign validiert werden. Das Anzeigemodul selbst bietet diesen Schutz nicht automatisch, nur weil es versiegelte Komponenten verwendet.

Temperatur

Bei Displays, die im Freien, in Fahrzeugen oder in der Nähe von Industriemaschinen installiert werden, kann es zu erheblichen Temperaturschwankungen kommen.

Die Temperatur kann Folgendes beeinflussen:

• LCD-Reaktionseigenschaften

• Leistung der Hintergrundbeleuchtung

• Verhalten des Touch-Controllers

• Klebe- und Verbindungsmaterialien

• Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten

Die angegebene Betriebstemperatur sollte daher die tatsächliche Temperatur an der Displaybaugruppe abdecken und nicht nur die umgebende Umgebungstemperatur.

Direktes Sonnenlicht

Eine weitere große Herausforderung ist die Lesbarkeit im Freien.

Ein Display, das in Innenräumen hell aussieht, kann bei direkter Sonneneinstrahlung schwer lesbar sein. Die Verbesserung der Sicht im Freien kann mehrere Faktoren umfassen:

• Höhere LCD-Leuchtdichte

• Blendfreie Oberflächenbehandlung

• Antireflexionsbehandlung

• Optisches Bonden

• Passende Gestaltung des Deckglases

• Wärmemanagement

Helligkeit allein ist keine Garantie Lesbarkeit bei Sonnenlicht . Oberflächenreflexionen und optische Verluste können einen erheblichen Einfluss darauf haben, was der Benutzer tatsächlich sieht.

Touch-Technologie für robuste Displays

Die Touch-Technologie hat direkten Einfluss darauf, wie sich ein robustes Display unter realen Betriebsbedingungen verhält. Die beste Wahl hängt davon ab, wie Benutzer mit der Ausrüstung interagieren und wie die Umgebung aussieht.

Resistive Berührung

Resistive Touchscreens erkennen den Druck zwischen leitfähigen Schichten. Da sie nicht auf eine elektrische Kopplung mit dem Finger des Benutzers angewiesen sind, können sie bedient werden mit:

• Handschuhe

• Stifte

• Stifte

• Andere Gegenstände, die ausreichend Druck ausüben

Dies macht die Resistive-Touch-Funktion für Geräte nützlich, bei denen Benutzer den Bildschirm nicht mit bloßem Finger bedienen können.

Zu den typischen Anwendungen gehören industrielle Steuerungsgeräte, Messinstrumente, medizinische Geräte und Systeme, die in Umgebungen verwendet werden, in denen Handschuhe oder Werkzeuge üblich sind.

Der Nachteil besteht darin, dass Resistive Touch im Allgemeinen eine weniger natürliche Multi-Touch-Interaktion bietet und möglicherweise eine geringere optische Klarheit aufweist als eine PCAP-Lösung auf Glasbasis.

PCAP Touch

Projiziert-kapazitive (PCAP) Touchscreens erkennen Veränderungen in einem elektrischen Feld und können schnelle, präzise Berührungseingaben und Multi-Touch-Gesten ermöglichen.

PCAP wird oft bevorzugt, wenn die Schnittstelle Folgendes erfordert:

• Reibungslose Fingerinteraktion

• Multi-Touch-Gesten

• Hohe optische Klarheit

• Eine flache Glasoberfläche

• Eine moderne grafische Oberfläche

Standardmäßiges verbraucherorientiertes PCAP sollte jedoch nicht ohne weitere Überlegungen in eine raue Industrieumgebung übertragen werden.

Die Bedienung mit Handschuhen, die Wasserabweisung, elektromagnetische Störungen, dickes Deckglas und der gesamte mechanische Aufbau können die Touch-Leistung beeinträchtigen. Industrielle PCAP-Lösungen erfordern daher möglicherweise eine Sensor- und Controller-Abstimmung speziell für die beabsichtigte Anwendung.

Resistiv vs. PCAP für robuste Anwendungen

Keine der beiden Technologien ist allgemein besser.

Für einen Maschinenbediener, der dicke Handschuhe trägt, ist die Fähigkeit, absichtlichen Druck zu registrieren, möglicherweise wichtiger als die Gestenunterstützung. Für ein Fahrzeug oder ein modernes industrielles HMI bietet PCAP möglicherweise eine viel bessere Benutzererfahrung.

Optisches Bonden für robuste Touch-Displays

Optisches Bonden ist eine weitere wichtige Technologie, die in robusten Displaybaugruppen zum Einsatz kommt.

Bei einem herkömmlichen Displaystapel kann zwischen LCD, Touchpanel und Deckglas ein Luftspalt bestehen. Optical Bonding füllt diese Lücke mit einem transparenten Klebstoff.

Dies kann mehrere praktische Vorteile bieten:

• Reduzierte interne Reflexionen

• Bessere Lesbarkeit bei Sonnenlicht

• Verbesserter Kontrast

• Reduzierte Bildparallaxe

• Bessere Beständigkeit gegen das Eindringen von Staub oder Feuchtigkeit in den optischen Stapel

• Verbesserte mechanische Stabilität

Bei Außen- und Industrieanwendungen kann die Reduzierung von Reflexionen besonders wertvoll sein.

Optical Bonding ist jedoch keine automatische Verbesserung. Dabei müssen Klebstoffauswahl, Dicke, Aushärtungsprozess, Wärmeausdehnung und Kompatibilität mit dem Berührungssensor berücksichtigt werden.

Auch der Klebevorgang kann die Berührungsempfindlichkeit beeinträchtigen, insbesondere bei der Verwendung von dickerem Deckglas oder speziellen Touch-Strukturen.

Aus diesem Grund sollte das optische Bonding zusammen mit dem LCD, dem Berührungssensor, dem Deckglas und dem Controller entwickelt werden und nicht als isoliertes Upgrade betrachtet werden.

So wählen Sie das richtige robuste Touch-Display aus

Beginnen Sie nicht mit einer Produktspezifikation, sondern mit der Umgebung.

1. Definieren Sie die Betriebsumgebung

Identifizieren Sie, wo die Ausrüstung installiert wird und was das Display tatsächlich erleben wird.

Halten:

• Innen- oder Außeninstallation

• Temperaturbereich

• Feuchtigkeit und Wassereinwirkung

• Staub und Verunreinigungen

• Schock und Vibration

• Direkte Sonneneinstrahlung

• Reinigungschemikalien

• Kontinuierliche Betriebsstunden

Ein Werks-HMI und ein Fahrzeug-Außendisplay können beide als „robust“ beschrieben werden, ihre Anforderungen können jedoch sehr unterschiedlich sein.

2. Bestimmen Sie die Benutzereingabemethode

Überlegen Sie, wie Bediener tatsächlich mit dem Bildschirm interagieren.

Wenn Benutzer häufig dicke Handschuhe tragen oder Werkzeuge verwenden, kann Resistive Touch eine praktische Wahl sein.

Wenn das System Gesten, Multi-Touch- und Light-Touch-Bedienung erfordert, ist PCAP normalerweise besser geeignet.

Bei PCAP-Anwendungen sollte die Handschuh- und Wasserleistung anhand der tatsächlichen Handschuhe, Flüssigkeiten, Deckgläser und mechanischen Stapel, die für das Endprodukt vorgesehen sind, validiert werden.

3. Bewerten Sie die Lesbarkeit im Freien

Wählen Sie bei Outdoor-Geräten ein Display nicht allein nach der Leuchtdichte aus.

Betrachten Sie das komplette optische System:

• LCD-Leuchtdichte

• Abdeckglas

• Oberflächenbehandlung

• Optisches Bonden

• Spiegelung

• Kontrast

• Betrachtungswinkel

• Thermische Bedingungen

A Ein LCD mit hoher Helligkeit und übermäßiger Oberflächenreflexion kann bei direkter Sonneneinstrahlung immer noch schwer lesbar sein.

4. Überprüfen Sie die mechanischen und Umgebungsanforderungen

Wenn für das Gerät eine IP-Einstufung oder Umweltprüfung erforderlich ist, ermitteln Sie, wo diese Anforderung gilt.

Beispielsweise unterscheidet sich ein IP-zertifiziertes Gehäuse von einer IP-zertifizierten Displaybaugruppe. Der endgültige Schutzgrad hängt von der vollständigen mechanischen Integration ab, einschließlich Dichtungen, Anschlüssen, Montageschnittstellen und Gehäusedesign.

Ebenso sollte die Stoß- und Vibrationsleistung für das zusammengebaute Produkt bewertet werden und nicht allein vom LCD-Panel abgeleitet werden.

5. Denken Sie über Integration und Anpassung nach

Robuste Displays werden häufig in Geräte mit begrenztem Platzangebot oder besonderen mechanischen Einschränkungen integriert.

Wichtige Parameter können sein:

• Anzeigegröße und aktiver Bereich

• Gesamtabmessungen

• Montagemethode

• Deckglasform

• Standort des Anschlusses

• Touch-Oberfläche

• Anzeigeschnittstelle

• Kabelführung

• Optisches Bonden

• Blenden- oder Gehäusedesign

Bei kundenspezifischen Industrieanlagen können diese Integrationsdetails ebenso wichtig sein wie Auflösung oder Helligkeit.

Häufige Anwendungen robuster Touch-Displays

Robuste Touch-Displays werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen Standard-Displaymodule möglicherweise keine ausreichende Umgebungs- oder mechanische Leistung bieten.

Industrielle Automatisierung

Werksausrüstung und Steuerungssysteme können die Displays Vibrationen, Staub, Temperaturschwankungen und Dauerbetrieb aussetzen.

Typische Anwendungen sind:

• Industrielle HMIs

• Maschinensteuertafeln

• CNC-Ausrüstung

• Prozessleitsysteme

• Messgeräte

Die Priorität liegt häufig auf einem zuverlässigen Betrieb und einer unkomplizierten Bedienerinteraktion und nicht auf verbraucherorientierten visuellen Effekten.

Outdoor-Kioske und Terminals

Outdoor-Kioske sind mit unterschiedlichen Herausforderungen konfrontiert, darunter Sonnenlicht, Regen, Temperaturschwankungen und wiederholte öffentliche Interaktion.

Zu den typischen Anforderungen gehören:

• Hohe Helligkeit

• Optisches Bonden

• Wasser- und Staubschutz

• Schlagfestes Deckglas

• Zuverlässige Touch-Bedienung

• Blendschutz- oder Antireflexionsbehandlung

Die genauen Anforderungen hängen davon ab, ob die Geräte überdacht installiert oder direkt der Witterung ausgesetzt sind.

Transport- und Fahrzeugausrüstung

In Transportgeräten verwendete Displays können Vibrationen, Temperaturschwankungen, Sonnenlicht und begrenztem Installationsraum ausgesetzt sein.

Bei diesen Anwendungen kommt der mechanischen Integration und dem thermischen Design eine besondere Bedeutung zu. Die Touch-Leistung muss auch während der Bewegung des Geräts stabil bleiben.

Medizinische Ausrüstung

Medizinische Displays erfordern möglicherweise glatte Glasoberflächen, einfache Reinigung, zuverlässige Touch-Bedienung und hohe optische Klarheit.

Abhängig von der Ausstattung müssen Designer möglicherweise auch Folgendes berücksichtigen:

• Reinigungsmittel

• Handschuhe

• Versiegelung

• Optisches Bonden

• Dauerbetrieb

• Spezialisierte mechanische Integration

Die erforderlichen Spezifikationen sollten durch das tatsächliche medizinische Gerät und seine Validierungsanforderungen bestimmt werden, anstatt davon auszugehen, dass jedes medizinische Display die gleiche Robustheit benötigt.

Robust bedeutet nicht, dass eine Spezifikation für alle passt

Einer der häufigsten Fehler bei der Auswahl eines robusten Displays ist der Versuch, die gesamten Anforderungen auf eine einzige Zahl zu reduzieren, etwa Helligkeit, IP-Schutzart oder Temperaturbereich.

Eine Anzeige kann Folgendes haben:

• Hohe Helligkeit, aber schlechtes Wärmemanagement

• Starkes Deckglas, aber ungeeignete Touch-Leistung

• Guter Wasserschutz, aber unzureichende Handschuhbedienung

• Ein breiter Betriebstemperaturbereich, aber unzureichende optische Leistung im Freien

Ein zuverlässiges, robustes Display ist das Ergebnis der Anpassung des Display-Stacks an die tatsächliche Betriebsumgebung.

LCD, Berührungssensor, Deckglas, Klebematerial, Controller, mechanische Struktur und Gehäuse müssen alle zusammenarbeiten.

Abschluss

Robuste Touch-Displays werden nicht durch eine bestimmte Panel-Technologie oder Schutzfunktion definiert. Ihre Leistung hängt davon ab, wie die gesamte Displaybaugruppe für die vorgesehene Umgebung konzipiert ist.

Zu den wichtigsten Überlegungen für Industrie- und Außenanwendungen gehören in der Regel:

• Mechanischer Schutz gegen Stöße und Vibrationen

• Umweltschutz gegen Staub und Wasser

• Optische Leistung für Sichtbarkeit im Freien

• Touch-Leistung mit Handschuhen, Feuchtigkeit oder anderen Eingabebedingungen

• Temperaturfähigkeit für die tatsächliche Betriebsumgebung

• Mechanische Integration mit der Endausrüstung

Die richtige Lösung ist daher nicht unbedingt das am besten geschützte oder hochwertigste Display. Es ist dasjenige, das die tatsächlichen Umwelt- und Betriebsanforderungen erfüllt, ohne unnötige Kosten oder Komplexität zu verursachen.

Für Kundenspezifische industrielle Display-Projekte , FANNAL kann Display-, Touch-, Deckglas-, optische Bonding- und andere Display-Stack-Anforderungen entsprechend den mechanischen und Umgebungsbedingungen der Anwendung integrieren.

FAQ

Können robuste Touch-Displays für bestimmte industrielle Anwendungen angepasst werden?

Ja. Robuste Touch-Displays können in Bereichen wie Displaygröße, Helligkeit, Deckglas, Touch-Technologie, optisches Bonding, Schnittstellen, mechanische Abmessungen und andere Integrationsanforderungen individuell angepasst werden. Die geeignete Konfiguration hängt von der Ausrüstung und der Betriebsumgebung ab.

Welche IP-Schutzart sollte ein robustes Touch-Display haben?

Es gibt keine universelle IP-Schutzart für jedes robuste Display. Der erforderliche Wert hängt von der Staub- und Wasserbelastung ab und davon, ob das Display Teil eines geschlossenen Gehäuses ist. IP65, IP66 und IP67 adressieren unterschiedliche Schutzstufen, daher sollte die Anforderung entsprechend dem endgültigen Gerätedesign definiert werden.

Sind robuste Touchdisplays für die Bedienung mit Handschuhen geeignet?

Ja, aber das Ergebnis hängt von der Touch-Technologie ab. Resistive Touch funktioniert im Allgemeinen gut mit Handschuhen und Stiften. PCAP Touch kann auch Handschuhe unterstützen, die Handschuhleistung hängt jedoch vom Sensordesign, der Controller-Abstimmung, der Dicke des Deckglases, der Erdung und dem spezifischen Handschuhmaterial ab.

Können robuste Touch-Displays im Freien bei direkter Sonneneinstrahlung verwendet werden?

Ja. Outdoor-Versionen können zur Verbesserung der Lesbarkeit LCDs mit hoher Helligkeit, optisches Bonding und Anti-Glanz- oder Antireflexionsbehandlungen verwenden. Die Helligkeit allein bestimmt jedoch nicht die Lesbarkeit bei Sonnenlicht; Reflexion, Kontrast, Deckglas und thermische Bedingungen müssen ebenfalls berücksichtigt werden.

Macht Optical Bonding ein Display robuster?

Optisches Bonden kann die mechanische Stabilität verbessern und Reflexionen reduzieren, während gleichzeitig der Luftspalt zwischen den Displayschichten beseitigt wird. Es kann auch die Lesbarkeit im Freien verbessern und zum Schutz des optischen Stapels beitragen. Die allgemeine Robustheit hängt jedoch immer noch vom Deckglas, der mechanischen Struktur, der Dichtung, dem Touch-Design und anderen Teilen der Displaybaugruppe ab.