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Die Touchscreen-Funktion wird in der Industrie immer mehr zum gängigen Anzeigemerkmal. Es handelt sich um eine zusätzliche Funktion, da bestimmte Komponenten an das Standarddisplay angeschlossen werden müssen, um den Bildschirm interaktiv zu machen. Bei diesen Elementen handelt es sich um einen Berührungssensor, einen Controller und ein Deckglas. Sie können sie auf verschiedene Weise mit dem Display kombinieren, aber heutzutage ist die technologisch fortschrittlichste und am weitesten verbreitete ist die Optical-Bonding-Methode.
Was ist Optical Bonding?
Optical Bonding dient dazu, das Display mit dem Touchpanel zu verbinden. Dieser Prozess erfordert einen sorgfältig ausgewählten Klebstoff und eine einzigartige Herstellungstechnologie (die in der Regel durch Patente oder Geschäftsgeheimnisse geschützt ist). Das Ergebnis sind qualitativ hochwertige Endprodukte mit besserer optischer Leistung, Haltbarkeit und weiteren Vorteilen, die im Artikel beschrieben werden.
Optischer Bonding-Prozess
Wir haben bereits erwähnt, dass der detaillierte Optical-Bonding-Prozess von den Unternehmen, die ihn durchführen, vertraulich behandelt wird. Die allgemeine Schritt-für-Schritt-Anleitung der Verklebung ist wie folgt:
Präparat
Der Prozess beginnt mit der Auswahl der geeigneten Art von Klebstoff in Abhängigkeit von den erforderlichen Anzeigeparametern, wie z. B. der Größe, dem Standort des Geräts (im Innen- oder Außenbereich) und den geschätzten Betriebstemperaturen. In dieser Phase müssen das Display, das Glas und das Touchpanel gründlich gereinigt werden.
Injektion von Klebstoff
Dabei wird die gesamte Bildschirmfläche präzise mit Klebstoff beklebt. Die spezifischen Leimrezepturen sind streng geschützt, obwohl es drei allgemeine Arten von Klebematerialien gibt: Silikone, Epoxidharze, Polyurethane (die jetzt aufgrund der Vergilbung im Laufe der Zeit veraltet sind).
Kleben und Behandeln
Dies ist der entscheidende Schritt des gesamten Prozesses, da das Touchpanel auf das LCD-Modul aufgebracht wird. Die Vermeidung von Lücken und Luftblasen ist dabei das wichtigste Thema. Anschließend wird der Kleber mit UV-Licht behandelt, da eine herkömmliche Wärmebehandlung das Risiko eines Materialschrumpfens erhöhen würde.
SOCA – alternatives Optical-Bonding-Verfahren
Eine interessante Variante des optischen Bondens ist SOCA, was für Vacuum Bonding of Gel Adhesive steht.
Was ist SOCA-Bonding?
Bei SOCA (Solid / Silicone Optically Clear Adhesive) wird ein durchscheinendes Gel verwendet, das unter hohem Druck in Form von Klebefolien laminiert wird. Hierfür werden hochwertige Silikonmischungen verwendet, die dann als Verbindung zwischen dem Schutzglas, den Touchpanel-Sensoren und dem LCD-Display dienen.
Optical-Bonding-Prozess mit SOCA
Der Optical-Bonding-Prozess bei der SOCA-Methode ähnelt der Laminierung. Dabei werden zweiseitige Gelfolien gelegt, die auf die Größe der Displaykomponenten zugeschnitten sind und dann beidseitig vakuumverklebt werden.
Vorteile von SOCA Optical Bonding
Bei dieser Technologie ist keine UV-Härtung erforderlich, wodurch das Risiko einer Materialvergilbung reduziert wird. Im Vergleich zu dem oben beschriebenen Standard-„Nass“-Verfahren ist das SOCA-Verfahren einfacher zu implementieren und der Klebstoff behält eine größere Flexibilität, wodurch der Mura-Effekt vermieden wird. Wichtig ist, dass die Verklebung mit SOCA-Gelen reversibel ist und die Komponenten wieder verklebt werden können, was Reparaturen und Modifikationen erleichtert und somit die Wartungskosten des Geräts senkt. Die SOCA-Optical-Bonding-Technologie wirkt sich positiv auf die Qualität des angezeigten Bildes aus.
Wie wirkt sich Optical Bonding auf die Anzeigequalität aus?
Optical Bonding hat viele Vorteile im Vergleich zu anderen Verfahren. Im Folgenden stellen wir Ihnen die wichtigsten Funktionen vor.
Verbesserte Anzeigequalität – reduzierte Lichtreflexionen und verbesserter Kontrast
Das Optical-Bonding-Verfahren eliminiert den Luftspalt zwischen dem Schutzglas, dem Berührungssensor und dem Display, wodurch die Qualität und Lesbarkeit des angezeigten Bildes erheblich verbessert wird. Es ist besonders sichtbar in Umgebungen mit hoher Sonneneinstrahlung (z. B. Außenanwendungen) oder starkem künstlichem Licht (z. B. in beleuchteten Produktionshallen oder Operationssälen von Krankenhäusern). In diesen Anwendungsfällen ist das Hauptproblem, das die Lesbarkeit des Displays beeinträchtigt, die Bildschirmhelligkeit und der Kontrast. Der Kontrast ist das Verhältnis von Weiß- zu Schwarzwerten. Einfach ausgedrückt gibt das Kontrastverhältnis des Displays den Unterschied in der Lichtintensität zwischen dem hellsten weißen Pixel und dem dunkelsten schwarzen Pixel an. Das Hauptziel des Optical-Bonding-Prozesses besteht darin, das Kontrastverhältnis des Displays zu erhöhen, indem die Menge des reflektierten Umgebungslichts reduziert wird.
Darüber hinaus ermöglicht die Optical-Bonding-Technologie die Kombination des Displays mit transparenten elektromagnetischen Schutzschichten oder speziellen Beschichtungen wie AG (Anti-Glare), AR (Anti-Reflective), HC (Hartbeschichtung) und Polarisationsfiltern.
Reduzierte Nachteile der Luftverklebung
Eine grundlegende Alternative zum Optical Bonding ist das Air Bonding, bei dem die Verklebung mit Klebstoff auf die Kanten aufgetragen wird, genau wie bei einer Dichtung. Das bedeutet, dass beim Luftverkleben ein Luftspalt zwischen den Schichten entsteht und das Licht einer externen Quelle gebrochen wird, wodurch ein Teil des Lichts zurückreflektiert wird und Schirmreflexionen entstehen.
Der gleiche Effekt tritt in umgekehrter Richtung auf – das durch die Hintergrundbeleuchtung des LCD erzeugte Licht dringt durch Medien (im Falle von Glas und Luft) mit unterschiedlichen Lichtbrechungsindizes oder Durchlässigkeiten, was zu einer Biegung des Lichts führt. Das Ergebnis der Verwendung von Air Bonding ist ein verringerter Kontrast und eine verringerte Ablesbarkeit des Displays.
Darüber hinaus kann es bei dickem Deckglas bei Displays mit Touchpanels zu Komplikationen kommen, bei denen die Touch-Funktion aufgrund mangelnder Berührungsempfindlichkeit möglicherweise nicht richtig funktioniert (sogenannter Geistereffekt). Bei der Kalibrierung des Touchpanel-Controllers und des Touch-Sensors können mehrere Probleme auftreten, wenn ein kommerzieller Controller für industrielle Anwendungen verwendet wird.
Kondensationsreduzierung und Staubschutz
Feuchtigkeit und Verunreinigungen können in die Lücken zwischen den Bildschirmschichten eindringen und die Lesbarkeit des Displays negativ beeinflussen. Der mit optischem Klebstoff gefüllte Raum beseitigt dieses Problem und garantiert eine klare Bildqualität in jeder Umgebung, z. B. in Außenanwendungen, Produktionshallen, Lagern oder Krankenhäusern.
Erhöhte mechanische Haltbarkeit
Das Entfernen des Luftspalts mit optischem Klebstoff erhöht die physikalische Haltbarkeit des Moduls und ermöglicht den Einsatz in öffentlichen Räumen, Industrieanlagen und militärischen Anwendungen. So erfüllt das Optical-Bonding-Verfahren die Regeln des IK7-Standards und bietet mit der Energie von 2J Schutz vor mechanischen Einwirkungen.
Erweiterter Temperaturbereich und EMI-Filterung
Die Verwendung von optischem Bonding bedeutet zusätzliche Verbesserungen, wie z. B. einen breiteren Betriebstemperaturbereich und eine erhöhte Beständigkeit gegen elektromagnetische Interferenzen (EMI). Eine erweiterte Displayleistung im extrem niedrigen Temperaturbereich kann durch den Einsatz von ITO-Heizungen (Indium-Zinnoxid) auf der Glasoberfläche erreicht werden. Um die elektromagnetischen Störungen zu reduzieren, können zusätzlich EMI-Filter mit der ITO-Technologie eingesetzt werden. Dadurch werden unerwünschte Effekte sowohl aus externen als auch aus internen Quellen effektiv reduziert, was sich in einer Verbesserung der Betriebsqualität des Geräts und einer Erhöhung seiner Zuverlässigkeit niederschlägt.
Optical Bonding – Risiken einer fehlerhaften Implementierung
Unter Berücksichtigung der Endbenutzererfahrung und der Betriebsumgebung des Geräts unterstützen wir den Prozess der Auswahl der richtigen Art (oder Kombination) von Klebematerial (Harz, Silikon), um mögliche negative Auswirkungen zu minimieren. Insbesondere sollten vor der Anwendung des Optical-Bonding-Verfahrens folgende Aspekte beachtet werden:
Mura-Effekt
Verzerrungen, die durch Materialspannungen im Klebstoff entstehen, können zu mechanischen Beschädigungen des TFT-LCD-Panels führen, die besonders bei der Darstellung dunkler Inhalte und bei schlechten Lichtverhältnissen sichtbar wären. Ein sorgfältig ausgewähltes Klebematerial und ein schrittweiser Aushärtungsprozess tragen dazu bei, Spannungen zu reduzieren und dadurch das Risiko des Mura-Effekts deutlich zu reduzieren.
Delamination – Schrumpfung des Klebstoffs
Ein Schrumpfen des Klebstoffs durch falsche Aushärtung bei zu hohen Temperaturen kann zu einer Delamination führen – wenn sich das Klebematerial vom Oberflächenmaterial lösen würde. Um das Risiko einer Delamination zu minimieren, ist es unerlässlich, einen strengen Klebeprozess einzuhalten und geeignete Materialien zu verwenden – bei denen wir unsere Kunden unterstützen können. Durchgeführte thermische Tests haben gezeigt, dass dieses Phänomen bei 85 °C nicht auftritt.
Klebstoff-Vergilbung
Die Vergilbung von Klebematerial kann im Laufe der Zeit durch UV-Strahlung oder die Einwirkung hoher Temperaturen entstehen. Dies kann die visuelle Qualität des Displays beeinträchtigen und zu einer weniger genauen Farbdarstellung führen. Um dieses Problem zu vermeiden, empfehlen wir UV-beständige und thermisch stabile Klebstoffe im Optical-Bonding-Prozess. Aus diesem Grund bietet Unisystem Unterstützung bei der Auswahl der richtigen Klebemasse unter Berücksichtigung der Anforderungen der Anwendung des Endanwenders, um die höchstmögliche Leistung und Funktionalität des Displaymoduls zu gewährleisten.
Wo wird Optical Bonding am besten eingesetzt?
Optical Bonding wird dank seiner hochwertigen Leistung in einer Vielzahl von Anwendungen immer beliebter, insbesondere wenn strenge Umgebungsbedingungen wie ein breiter Temperaturbereich oder die Ablesbarkeit bei direkter Sonneneinstrahlung erforderlich sind. Die Technologie setzt sich nicht nur in Smartphones oder Armaturenbrettern (wie in Tesla-Autos) durch, sondern auch in fortschrittlichen industriellen Anwendungen:
- medizinische elektronische Geräte,
- militärische Ausrüstung,
- Industriemaschinen und HMIs.
In diesen Bereichen sind Qualität, Haltbarkeit und optische Spezifikationen entscheidend, was zum stetig wachsenden Interesse an Optical Bonding beiträgt.
Schlussfolgerung
Optical Bonding ist eine Schlüsseltechnologie, um qualitativ hochwertige und zuverlässige Displays für eine Vielzahl von Anwendungen zu gewährleisten. Durch den Wegfall des Luftspalts zwischen Schutzglas, Berührungssensor und Display verbessert das Optical Bonding die Lesbarkeit, den Kontrast und die Haltbarkeit des Displays erheblich. Darüber hinaus bietet es zusätzliche Vorteile wie einen erweiterten Temperaturbereich und EMI-Filterung. Es ist jedoch entscheidend, die richtigen Klebstoffe auszuwählen und einen strengen Klebeprozess zu befolgen, um die Risiken zu minimieren, die mit einer falschen Ausführung verbunden sind, wie z. B. Mura-Effekt, Delamination und Vergilbung des Klebstoffs.
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