Fertigung von Eingabesystemen Ein robusteres Touch-Display mit One-Glass-Solution

Autor / Redakteur: Marc Corrigan * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Mit der One-Glass-Solution sollen sich kostengünstigere und vor allem preiswerte projektiv-kapazitive Touch-Displays bauen lassen. Wie das funktioniert, zeigen wir Ihnen im Beitrag.

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Alles in einem: Bei der One-Glass-Solution entfallen die Kosten für Folie, Substrat und die aufwendige Verklebung. Die Displays lassen sich preiswerter fertigen und sind zudem noch robust.
Alles in einem: Bei der One-Glass-Solution entfallen die Kosten für Folie, Substrat und die aufwendige Verklebung. Die Displays lassen sich preiswerter fertigen und sind zudem noch robust.
(Densitron)

Es gibt verschiedene Gründe, warum eine kapazitive Touch-Lösung bis zu viermal teurer ist, als ein Resistives-Touch-Panel. Einer der Gründe ist die flächige Verklebung des Schutzglases oder auch Cover Lens mit dem Touch-Sensor. Dieses Schutzglas wird im Deutschen meist als Blende bezeichnet. Fehler bei diesem Prozessschritt führen dazu, dass der teure Touch-Sensor mitsamt Blende entsorgt werden muss. Densitron ist einer der wenigen Anbieter von Display- und Touch-Lösungen, die einen Rework-fähigen Prozess beherrscht, der das beschädigungsfreie Trennen der verklebten Teile ermöglicht. Die Ausbeute steigt damit, die Stückkosten sinken.

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Mit OGS ist alles auf einem Glassubstrat

Doch erst mit der sogenannten One-Glass-Solution- (OGS-)Technik kommen kapazitive Touch-Lösungen in ähnliche Preisregionen wie die Resistive-Touch-Panels. Anstatt auf aufwendig verklebte Schichten zu setzen, also Touch-Substrat und Folie mit Blende, verbindet OGS alles zusammen auf einem einzigen Glassubstrat (Bild 1). Somit entfallen die Kosten für Folie, Substrat und die aufwendige Verklebung. Die OGS-Displays werden auf Kundenwunsch angefertigt und je nach geforderter Robustheit in verschiedenen Glasstärken geschnitten und bedruckt.

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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS 8/2015 erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar. Oder: Bestellen sie das Probeabo mit drei kostenlosen Ausgaben!

Neben der einfachen mechanischen Konstruktion bietet das OGS-Panel einen weiteren Vorteil: Es ist extrem dünn. Derzeit gelten Gläser Dicken mit 1,2 mm und 1,8 mm als Standard. Für besonders stark belastete Anwendungen, wie für Geldautomaten, wird es in Kürze die Stärke 3,4 mm geben. Mit der gleichen Technik können kleine Display-Formate mit dünnen Gläsern mit einer Dicke von weniger als 1,2 mm für Smart-Uhren gefertigt werden. Ein OGS-Screen kann bis zu 480 mm x 340 mm groß sein, sodass Diagonalformate von etwas unter 1,44'' (3,66 cm) bis etwa 15,6'' (39,94 cm) möglich sind.

Große Gestaltungsfreiheit mit OGS

Wie bei herkömmlichen P-CAPs kann der Sensorbereich entweder den Displaybereich abdecken oder für bedruckte Bedienflächen außerhalb des Displaybereichs darüber hinausführen. Mit der OGS-Technik können Blenden mit Löchern und Rundungen umgesetzt werden. Auch die chemische Oberflächenhärtung und verschiedene Entspiegelungen des Schutzglases sowie mehrfarbige Bedruckungen sind realisierbar. Eine Konzernschwester von Densitron kann OGS auch mit PM- und AMOLED-Displays verbinden.

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Warum sich OGS durchsetzen wird

Letztendlich ist es der Preis, der die One-Glass-Solution (OGS) im Vergleich zu anderen Techniken so attraktiv macht. Mit der nur noch geringen Preisdifferenz zwischen einem Resistiven-Touch-Panel (RTP) und OGS entscheiden sich viele Gerätehersteller für die neue Technik, zumal die einfachere Gehäusegestaltung ein hohes Sparpotenzial bietet. OGS ist zwar vor allem in Europa neu auf dem Markt, aber bereits weltweit in verschiedenen Anwendungen zu finden. Demnächst soll sie bei Tablets, E-Readern und Smart-Uhren renommierter Anbieter zum Einsatz. In Europa legt Densitron den Fokus auf den professionellen und industriellen Markt. OGS wird sich überall dort durchsetzen, wo ein ansprechendes, schlankes Design und moderne Bedienung wichtige Aspekte sind.

Die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten der Blende lassen die unterschiedlichsten Lösungen zu. Nahezu jede zweidimensionale Form ist machbar. Wird die Blende bis an den Rand des Produktes geführt, können gefasste, geschliffene oder polierte Kanten als besonderes Designelement dienen. Vor allem echtes Glas gibt dem Produkt ein wertiges Look-and-feel sowie handfeste technische Vorteile: Zum einen ist es die hohe Kratzfestigkeit von Schutzgläsern bis zu 9H, zum anderen die hohe Stoßfestigkeit. So besteht ein 1,1-mm-Glas den Drop-Test, bei dem eine Stahlkugel aus 1 m Höhe auf das Glas fällt.

Durch das Schutzglas wird das Display mitsamt Touch-Sensor wasser- und staubfest. Eine vollständige Kapselung ist erheblich einfacher, sodass sich der Aufwand für die Schutzklasse IP65 in Grenzen hält. Nach dem Stecken oder Verlöten der Display-/Touch-Anschlüsse wird die Blende meist von vorne auf das Gehäuserückteil geklebt. Das 3M-Klebeband kann sogar vormontiert werden, sodass bei der Endmontage nur noch die Schutzfolie abgezogen und das Touch-Display verklebt werden muss.

Die nur 5 µm dünnen Indium-Tin-Oxide-(Indiumzinnoxid/ITO-)Leitungen lassen eine feine Touch-Auflösung und schmale Ränder zu. Ein OGS besteht aus verschiedenen Schichten: ITO-Elektroden, Durchkontaktierungspunkte, Isolationslagen und versilberte Verbindungsleitungen (Bild 2). Der Prozess muss wegen der komplexen und sehr feinen Struktur äußerst genau kontrolliert werden. Das Werk von Densitron in Shenzhen ermöglicht diese Genauigkeit und erzielt damit eine fast 100-prozentige Ausbeute.

10-Finger-Multi-Touch

Die Verbindungen zwischen den einzelnen Reihen- und Spalten-Elektroden werden außerhalb des aktiven Touchbereichs mit sehr schmalen versilberten Leitungen ausgeführt, die durch Carbon-Dots durchkontaktiert werden (Bild 3). Beim Design der OGS-Blende sollte genügend Platz für die Leitungsführung berücksichtigt werden. Herkömmliche P-Caps benötigen etwas weniger Platz für die Leitungen um die Sensorflächen herum, da die Leitungen auf zwei unabhängigen Schichten geführt werden und somit das Entflechtungsdesign einfacher ist.

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Gängige P-CAP-Controller-ICs werden zusammen mit dem Sensor auf einem Flachbandkabel montiert und können mit Treibern für Android, Microsoft und Linux angesteuert werden. Unterstützt wird bis zu 10-Finger-Multi-Touch. Als Schnittstellen stehen I²C oder USB zur Verfügung. Mit den 30- bis 68-Channel-Controllern können Displays auf P-CAP-Basis nicht nur mit dünnen Latex Handschuhen bedient werden, sondern auch mit dicken Wollhandschuhen. Wassertropfen oder Schmutz werden von der Auswertelogik ignoriert. Per Software lassen sich Parameter wie Empfindlichkeit, Bounce Detection (unabsichtliches mehrfaches Tippen) und die minimale Größe eines Fingers einstellen. Mit der Folge, dass die Bedienbarkeit auch im Freien und in rauen Umgebungen gewährleistet bleibt.

Der Vorteil des generischen Designs der Blende

OGS ist zwar ein kundenspezifisches Produkt, weil die Blende an das Produktdesign angepasst werden muss. Es gibt jedoch einige TFT- und P-CAP-Standardmodule mit einem einfachen generischen Design der Blende, bei dem nur die Ränder mit einem schwarzen Druckrahmen abgedeckt und die Größe und Form möglichst eng an das Displayformat angepasst werden. So kann man ein OGS-Modul einfach in ein Gerät integrieren und die hohen Initialkosten eines Custom Designs vermeiden. Alternativ kann man das Standarddisplay als Startpunkt für ein kundenspezifisches Design nutzen, was die Entwicklungskosten ebenfalls senkt.

P-CAP und besonders die One-Glass-Solution eignen sich auch für medizinische Anwendungen, da die damit möglichen schmutzkantenfreien Gerätefronten keine aggressiven Reinigungsmitteln in das Geräteinnere lassen. Handheld-Geräte eignen sich ebenfalls optimal für OGS, da Blende und Touch-Sensor nicht mehr als 1,2 mm dick sein müssen, sodass das Endprodukt durch ein viel schlankeres Design aufgewertet wird.

* Marc Corrigan ist Sales Director bei Densitron Deutschland in Hallbergmoos bei München.

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