Displaykeuze voor veeleisende HMI-oplossingen

De displaymarkt maakt een grote verandering door. Terwijl fabrikanten zich meer en meer richten op consumentenproducten, wordt het aanbod van industriële displays kleiner, nemen de levertijden toe en wordt de beschikbaarheid op lange termijn een steeds grotere uitdaging. Kwaliteit, robuustheid, precisie en langdurig gebruik zijn essentieel, vooral in veeleisende HMI-toepassingen. Dit maakt vroegtijdige betrokkenheid bij het ontwikkelingsproces van de toepassing en een zorgvuldige selectie van het display belangrijker dan ooit. Dat stelt Schurter Electronics in een recent gepubliceerde whitepaper.

Displays vormen de centrale interface in industriële en medische toepassingen – of het nu gaat om machinebesturing, procesvisualisatie, diagnostische monitoring of chirurgische assistentiesystemen. Hun kwaliteit is rechtstreeks bepalend voor de bruikbaarheid, veiligheid en efficiëntie. In vergelijking met standaard consumentenapparatuur moeten displays in industriële en medische technologie aan aanzienlijk hogere eisen voldoen: optische prestaties, robuustheid, langdurige beschikbaarheid en naleving van normen zijn essentieel.

Vooruitgang in displaytechnologieën – van Micro LED tot optische verlijming – biedt nieuwe mogelijkheden om de interactie tussen mens en machine veiliger en efficiënter te maken. Dit vereist echter een vroegtijdige en gerichte integratie van de displaykeuze in het design-in proces. 

Inkoopkanalen en beschikbaarheid op lange termijn

Om op de lange termijn een betrouwbare levering te waarborgen, is een breed inkoopnetwerk essentieel. Afhankelijk van het projectvolume, het budget, de mate van maatwerk en de productlevenscyclus kan de inkoop rechtstreeks bij fabrikanten of via distributeurs en partners plaatsvinden.

In veeleisende sectoren, zoals de medische technologie, is vaak een minimale beschikbaarheid van 5 tot 10 jaar vereist. Dit kan alleen worden bereikt door samen te werken met ervaren en goed gevestigde leveranciers die leveringszekerheid kunnen garanderen, zelfs onder veranderende marktomstandigheden.

Design-in: de basis voor een toekomstbestendige oplossing

Een succesvolle design-in vereist de keuze van een display dat optimaal geschikt is voor de specifieke toepassing – inclusief de bijbehorende aansturingselektronica. Er is een breed scala aan afmetingen, formaten en technologieën beschikbaar, variërend van TFT-kleurenschermen en OLED’s tot e-paper displays en modules, allemaal gekwalificeerd voor zowel industrieel als medisch gebruik.

Gerichte, toepassingsgerichte displayselectie, in combinatie met vroege integratie in het design-in proces, zijn cruciale succesfactoren voor het ontwikkelen van een toekomstbestendige oplossing.

Displays met coverglas

Bij high-resolution displays met een hoge pixeldichtheid kan het gebruik van coverglas met een anti-reflecterende (anti-glare) oppervlakteafwerking leiden tot een sprankelend effect. Speciale oppervlaktebehandelingen voorkomen dit. De geschiktheid van het afdekglas kan nauwkeurig worden beoordeeld met behulp van een optisch ‘sparkling’ meetsysteem, wat zorgt voor de optimale combinatie van display en afdekglas.

De keuze van geschikte lijmen is daarbij minstens zo belangrijk, waarbij de brekingsindex exact op elkaar moet worden afgestemd. Alleen de juiste interactie tussen micro-geëtst afdekglas en optische lijmen (zoals OCA) tijdens het verlijmingsproces garandeert een visueel hoogwaardig eindresultaat.

Bondingmethodes: integratie van displays

Voor de mechanische integratie van displays in toepassingen worden, afhankelijk van de vereisten, air gap of optische verlijmingsmethoden gebruikt. In deze processen worden coverglas, touchsensoren en displays met behulp van verschillende technologieën tot een functionele eenheid gecombineerd.

Bij air gap bonding wordt het display in een cleanroom met behulp van een rondomlopend lijmframe direct achter de touchsensor of op de bedrukte achterkant van het frontglas bevestigd. Tussen het display en het glas blijft een luchtruimte bestaan. Deze methode is eenvoudig, kostenefficiënt en geschikt voor toepassingen met lagere optische eisen.

Voor toepassingen met hogere optische eisen zijn er twee gekwalificeerde optische bonding methoden beschikbaar. Bij Liquid Optical Bonding (LOCA) wordt een UV-uithardende vloeibare lijm (siliconenvrij, verouderingsbestendig, UV-stabiel) zonder luchtbellen aangebracht in de luchtspleet tussen het display en de touchsensor en vervolgens uitgehard. Het resultaat is een verbinding met een hoge optische helderheid en verbeterde robuustheid.

Bij de andere optische bonding methode, Dry Optical Bonding (OCA / OCF), wordt een nauwkeurig gesneden, optisch transparante kleeffolie in een vacuümproces tussen het display en het touch-gelamineerde afdekglas gelamineerd. Deze methode vereist een hoge precisie en is niet compatibel met alle soorten displays.

Ongeacht de methode ondergaan de componenten een plasmavoorbehandeling. Dit verhoogt de oppervlaktespanning van de te verbinden onderdelen en optimaliseert de hechting, waardoor een stabiele en duurzame verbinding wordt gegarandeerd.

Optimalisatie door optische verlijming

Optische verlijming verbetert de prestaties van moderne touchscreens aanzienlijk. De voordelen zijn talrijk: door het display, de touchsensor en het afdekglas volledig te verlijmen, worden reflecties geëlimineerd, wordt lichtbreking geminimaliseerd en worden zowel het contrast als de beeldscherpte aanzienlijk verbeterd. Dit resulteert in een optimale leesbaarheid, zelfs onder moeilijke lichtomstandigheden.

De stabiele, homogene verbinding verhoogt ook de mechanische robuustheid tegen druk, schokken en trillingen. Tegelijkertijd voorkomt de gesloten structuur condensatie en het binnendringen van vocht, stof of vuil. Ook de warmteafvoer wordt verbeterd door de luchtspleet op te vullen. Bovendien heeft optische verlijming een positieve invloed op de functionaliteit van PCAP-touchsystemen: de consistente materiaalstructuur ondersteunt een nauwkeurige en langdurig stabiele kalibratie van de controller. Zowel in de industriële als in de medische technologie heeft optische verlijming zich als standaard gevestigd en is het nu de toonaangevende methode voor het optimaliseren van HMI-schermen.

Kijkhoek

Voor een betrouwbare gebruikerservaring moet het display een consistent hoge leesbaarheid en kleurnauwkeurigheid bieden, zelfs wanneer het vanuit een schuine hoek wordt bekeken – ongeacht de kijkhoek van de gebruiker. De kijkhoek is daarom een bepalend selectiecriterium.

Displaytechnologieën in de industriële sector

TFT-schermen met industriële specificaties zijn momenteel de norm in veel toepassingen. Ze worden beschouwd als een robuuste, beproefde en algemeen verkrijgbare oplossing, met een breed scala aan formaten, helderheidsniveaus en interfaces.

OLED-schermen (Organic Light Emitting Diodes) bestaan uit zelflichtgevende pixels die rechtstreeks op het substraat worden gedrukt. Ze onderscheiden zich door een briljante kleurweergave en een hoog contrast.

E-paper displays zijn een energiezuinig alternatief, met name voor toepassingen met weinig beelddynamiek. Ze verbruiken alleen stroom wanneer het beeld verandert en bieden dankzij hun reflecterende displaytechnologie een uitstekende leesbaarheid, zelfs in direct zonlicht. Voor gebruik in donkere omgevingen zijn e-paper displays uitgerust met geïntegreerde lichtgeleiders, aangezien ze zelf geen lichtbron hebben. 

Display Interfaces

De keuze van de interface hangt grotendeels af van de specifieke vereisten van de toepassing. Moderne controllerkaarten ondersteunen gangbare standaarden zoals LVDS, eDP, MIPI DSI of HDMI en kunnen worden aangepast aan signalen, aandrijfspanningen en ontwerp.