Bonding Optyczny – Jak łączyć wyświetlacz z panelem dotykowym

Funkcja ekranu dotykowego to coraz częściej spotykany dodatek do wyświetlaczy stosowanych w przemyśle. Dodatek, ponieważ do standardowego wyświetlacza należy dołączyć specjalne komponenty, dzięki którym obraz staje się interaktywnym panelem dotykowym: sensor dotykowy, kontroler, szkło ochronne. Połączenie tych elementów z wyświetlaczem może odbywać się na kilka sposobów, ale obecnie jednym z najbardziej zaawansowanych i rekomendowanych jest tzw. bonding optyczny (optical bonding). 

Co to jest bonding optyczny?

Bonding optyczny (klejenie lub wiązanie optyczne) służy do łączenia wyświetlacza z panelem dotykowym. Proces ten wymaga specjalnego kleju i unikalnej technologii producenta (najczęściej zastrzeżonej patentami lub tajemnicą handlową). Dzięki temu uzyskujemy produkty o wysokiej jakości, lepszej wydajności optycznej, trwałości i innych korzyściach, opisanych w dalszej części artykułu. 

Przebieg procesu klejenia optycznego

Wspomnieliśmy wcześniej, że szczegółowy proces bondingu optycznego objęty jest tajemnicą przedsiębiorstw je wykonujących. Ogólny przebieg klejenia wygląda następująco:

Przygotowanie

Proces zaczyna się od doboru odpowiedniego typu kleju w zależności od parametrów, tj. wielkość wyświetlacza, umiejscowienie aplikacji w pomieszczeniu lub na zewnątrz, temperatury pracy. Na tym etapie wyświetlacz i szkło oraz panel dotykowy muszą zostać dokładnie oczyszczone.

Dozowanie kleju

Polega na precyzyjnym nałożeniu kleju na całą powierzchnię wyświetlacza. Receptury kleju są ściśle chronione, choć można wymienić trzy różne rodzaje używanych materiałów spoiw: silikony, żywice epoksydowe, poliuretany (wychodzą z użycia ze względu na żółknięcie z czasem).

Spajanie (bonding) i utwardzanie

To najważniejszy etap całego procesu, czyli nakładanie panelu dotykowego na moduł LCD. Szczególny nacisk kładzie się na unikanie jakichkolwiek przerw i pęcherzyków powietrza. Następnie ma miejsce kluczowe utwardzanie kleju za pomocą światła UV, ponieważ tradycyjna obróbka cieplna zwiększyłaby ryzyko skurczenia materiału. 

SOCA – alternatywny proces klejenia optycznego

Ciekawą wariacją bondingu optycznego jest SOCA, czyli klejenie próżniowe.

Co to jest klejenie SOCA?

SOCA (Solid / Silicone Optically Clear Adhesive) polega na zastosowaniu przezroczystego żelu, który w postaci arkuszy kleju laminuje się pod ciśnieniem. Wykorzystuje się w tym celu wysokiej jakości mieszanki silikonowe, które następnie służą jako łączenie pomiędzy szkłem ochronnym, sensorami panelu dotykowego i wyświetlacza LCD.

Przebieg procesu klejenia optycznego SOCA

Proces bondingu optycznego w wersji SOCA przypomina laminowanie. Polega na wykładaniu dwustronnych arkuszy żelowych dopasowanych rozmiarem do łączonych komponentów, które następnie klejone są próżniowo z obu stron.

SOCA klejenie optyczne – zalety

W tej technologii nie jest konieczne utwardzanie UV, dzięki czemu redukuje się ryzyko wystąpienia zżółknienia materiału. W porównaniu z standardowym procesem „na mokro” SOCA jest łatwiejsza w implementacji, zachowuje większą elastyczność, dzięki czemu nie występuje efekt mura. Co ważne, klejenie używając żeli SOCA jest odwracalne i można je sklejać ponownie, co ułatwia ewentualne naprawy i przeróbki, tym samym zmniejszając koszty serwisowania urządzenia. Technologia bondingu optycznego SOCA wpływa korzystnie na jakość wyświetlanego obrazu.

Jak bonding optyczny wpływa na jakość wyświetlacza? 

Optyczny bonding posiada wiele zalet w porównaniu z innymi sposobami łączenia panelu dotykowego z wyświetlaczem. Przedstawiamy poniżej najważniejsze z nich. 

Lepsza jakość wyświetlanego obrazu – redukcja odbić światła i polepszenie kontrastu

Metoda optical bonding eliminuje szczelinę powietrzną między szkłem ochronnym, sensorem dotykowym i wyświetlaczem, co znacząco wpływa na poprawę jakości i czytelności wyświetlacza. Szczególnie w warunkach dużego nasłonecznienia (np. w aplikacjach typu outdoor) lub silnego światła sztucznego (np. w oświetlonych halach produkcyjnych lub na salach operacyjnych) głównym problemem wpływającym na czytelność wyświetlacza jest jasność ekranu w połączeniu z kontrastem. Kontrast oznacza stosunek poziomu bieli do poziomu czerni; innymi słowy, współczynnik kontrastu wyświetlacza oznacza różnicę intensywności światła między najjaśniejszym białym pikselem a najciemniejszym czarnym pikselem. Głównym celem procesu optycznego łączenia jest zwiększenie współczynnika kontrastu wyświetlacza poprzez redukcję ilości odbitego światła otoczenia. 

Ponadto, technologia klejenia optycznego pozwala na połączenie wyświetlacza z transparentnymi warstwami ochrony elektromagnetycznej lub ze specjalnymi powłokami np. AG (anti–glare), AR (anti–reflective), HC (hard coating) i filtrami polaryzacyjnymi.  

Ograniczenie niepożądanych rezultatów klejenia tradycyjnego (air bonding) 

Podstawową alternatywą dla bondingu optycznego jest tzw. bonding powietrzny (air bonding), który polega na zastosowaniu klejenia po krawędzi, przypominającego wykorzystanie uszczelki. Oznacza to, że w air bondingu pomiędzy warstwami znajduje się powietrze, a światło z zewnętrznego źródła podczas przenikania przez panel i szczelinę powietrzną pomiędzy wyświetlaczem i szkłem ulega refrakcji, przez co część światła odbija się z powrotem, tworząc odblaski na ekranie.  

Ten sam efekt obywa się w drugą stronę – światło generowane przez podświetlenie modułu LCD przechodzi przez granice ośrodków o różnym współczynniku załamania światła (w przypadku szkła i powietrza), co powoduje częściowe ugięcie. Efektem wykorzystania air bondingu jest zmniejszony kontrast i czytelność wyświetlacza. 

Ponadto może w takiej sytuacji dojść do komplikacji przy kalibracji kontrolera i sensora dotykowego, jeżeli zastosowany zostanie nieodpowiedni do przemysłowej aplikacji kontroler – przy grubym szkle funkcja dotyku może nie działać poprawnie (brak odpowiedniej czułości na dotyk lub tzw. ghost-effect). 

Brak kondensacji wilgoci oraz ochrona przed pyłem 

Wilgotność i zanieczyszczenia mogą przenikać w szczeliny pomiędzy warstwami ekranu, co negatywnie wpływa na czytelność wyświetlacza. Przestrzeń wypełniona klejem optycznym eliminuje ten problem, gwarantując czytelność obrazu w każdym środowisku, takim jak aplikacje działające w warunkach zewnętrznych, a także w halach produkcyjnych, magazynach czy szpitalach. 

Zwiększona odporność mechaniczna 

Usunięcie szczeliny za pomocą kleju optycznego podnosi wytrzymałość fizyczną modułu, co pozwala na jego zastosowanie w przestrzeniach publicznych, zakładach przemysłowych oraz aplikacjach wojskowych. Na przykład proces klejenia optycznego umożliwia osiągnięcie normy IK7, zapewniając ochronę przed udarami mechanicznymi o energii 2J. 

Rozszerzony zakres temperatury i filtracja EMI 

Zastosowanie klejenia optycznego umożliwia zastosowanie dodatkowych ulepszeń w postaci większego zakresu temperatury pracy oraz zwiększenie odporności EMI. Wydajność ekranu w rozszerzonym zakresie temperatur może zostać osiągnięta poprzez zastosowanie grzałek ITO (Indium Tin Oxide) na szklanej powierzchni. W celu zredukowania wpływu zakłóceń elektromagnetycznych na działanie urządzenia, można dodatkowo zastosować filtry EMI (elektromagnetyczne zakłócenia, ang. Electromagnetic Interference) za pomocą tej samej technologii. Pozwala to na skuteczne ograniczenie niepożądanych efektów pochodzących zarówno ze źródeł zewnętrznych, jak i wewnętrznych, co przekłada się na poprawę jakości pracy urządzenia oraz zwiększenie jego niezawodności. 

Ryzyka związane z nieprawidłowym wykonaniem wiązania optycznego 

W kontekście końcowego zastosowania oraz środowiska pracy urządzenia, wspieramy proces wyboru odpowiedniego rodzaju lub kombinacji żywicy klejowej, w celu zminimalizowania ewentualnych negatywnych skutków. W szczególności, warto zwrócić uwagę na następujące aspekty: 

Efekt mura 

Odkształcenia wynikające z naprężeń w kleju mogą prowadzić do mechanicznych uszkodzeń panelu LCD TFT, co jest szczególnie widoczne podczas wyświetlania ciemnych treści i w słabym oświetleniu. Starannie dobrany materiał klejący oraz etapowy proces utwardzania przyczyniają się do zmniejszenia koncentracji naprężeń, a tym samym znacznie redukują ryzyko wystąpienia efektu mura. 

Kurczenie się kleju (rozwarstwienie modułu) 

Skurczenie kleju w wysokich temperaturach może powodować rozwarstwienie spoiwa z wierzchnim materiałem. Proponowana przez nas technologia umożliwia poprawienie przyczepności kleju do łączonych materiałów w całym procesie. Przeprowadzone testy termiczne wykazały brak występowania tego zjawiska przy temperaturze 85°C. 

Żółknienie ekranu  

Nieodpowiednio dobrana mieszanka kleju optycznego może ulegać żółknięciu pod wpływem ekspozycji na substancje chemiczne oraz promieniowanie UV, co negatywnie wpływa na wizualne właściwości modułu. Dlatego oferujemy wsparcie w doborze właściwej mieszanki, uwzględniając wymagania aplikacji końcowej, aby zagwarantować jak najwyższą jakość wykonania oraz funkcjonowania modułu. 

Gdzie najlepiej zastosować bonding optyczny 

Bonding optyczny, dzięki swojej wysokiej jakości wykonania, zyskuje coraz większą popularność w różnorodnych aplikacjach, zwłaszcza gdy wymagane są rygorystyczne warunki środowiskowe, takie jak szeroki zakres temperatur czy bezpośrednie nasłonecznienie. Technologia ta zdobywa uznanie nie tylko w smartfonach czy wyświetlaczach desek rozdzielczych samochodów (np. w elektrycznych Teslach), lecz także w zaawansowanych zastosowaniach przemysłowych:  

• aplikacje medyczne,  
• urządzenia wojskowe, 
• maszyny przemysłowe.  

W tych sektorach kluczowe znaczenie mają jakość, trwałość oraz specyfikacja optyczna, co przyczynia się do nieustającego wzrostu zainteresowania bondingiem optycznym. 

Jeśli potrzebujesz dodatkowych informacji, skontaktuj się z nami.