Für das Bonding von Displays gibt es verschiedene Verfahren. Ein neu hinzugekommenes ist das Hybrid Bonding.

Bild: Data Modul

Fünf elaborierte Verfahren Displayveredelung: Optical Bonding

22.10.2018

Optical Bonding ist ein aktuelles Verfahren der Weiterverarbeitung von Displays mit Touchsensoren oder zusätzlichem Schutzglas. In diesem Artikel werden fünf verschiedene, elaboriete Bondingverfahren beleuchtet.

Mit der steigenden Nachfrage nach modernen und robusten Bediengeräten wird Optical Bonding als Displayveredelung in industriellen Bereichen immer wichtiger. Optische Eigenschaften werden dadurch verstärkt und zusätzliche Funktionalität gewonnen. Es gibt unterschiedliche Bondingverfahren für verschiedenste Einsatzzwecke. Die Vielfalt an Displayformaten, Bauformen, Umweltbedingungen und Applikationsmöglichkeiten sowie Stückzahlen- und Budgetvorgaben erfordern unterschiedliche Verfahren.

Die wichtigsten fünf Methoden: Air Gap, LOCA, OCA, Gel und Hybrid Bonding decken im Grunde den Bedarf an Veredelungspotenzial für alle Display- und Touch-Varianten ab. Doch warum werden überhaupt unterschiedliche Verfahren benötigt? Für welches Display und welche Applikation ist welche Methode am sinnvollsten? Welches Verfahren erfüllt die Anforderungen an anspruchsvolles Design, intuitive Usability und Budgetvorgaben bestmöglich?

1. Liquid Optically Clear Adhesive Bonding

Dieses Verfahren ist das gängigste und es ist flexibel einsetzbar. Der Flüssigkleber eignet sich für Hard-to-Hard-Verbindungen und wird über UV-Licht ausgehärtet. In erster Linie dient er zur Verbindung von Covergläsern mit der Sensortechnologie SITO (Single-Sided ITO)- oder eines Industrien TFT-Displays mit Metallrahmen (Bezel) mit einem Coverglas (mit/ohne Touch).

Data Modul bietet Liquid Optically Clear Adhesive Bonding (LOCA) vom Prototypenbau bis zur Serienfertigung für viele Diagonalen an, wobei der Fokus auf Größen bis 32 Zoll liegt. Der große Vorteil dieser Technologie ist, dass die einzelnen Komponenten nicht gestresst werden, da ausschließlich mittels UV Licht, ohne Druck und Temperatur ausgehärtet wird. Produktionsbedingte Unebenheiten der einzelnen Komponenten (beispielsweise im Coverglas) und Höhenunterschiede des Metall Bezels bei TFTs gleicht der LOCA-Kleber aus. Er ist silikonfrei und diffundiert nicht, dadurch ist er alterungsbeständig und vergilbt nicht. Für Frameless oder Zero-Bezel-Displays ist LOCA nur bedingt geeignet.

2. Optical Clear Adhesive Bonding

Das Trockenverkleben oder Optical Clear Adhesive Rolllamination (OCA) mit ITO, Metal Mesh oder sonstigen PCAP-Sensoren wird angewendet zum Aufbringen des Touchsensors auf das Deckglas (Hard-to-Soft). Hier wird das OCA des Touchsensors verwendet, sodass kein zusätzlicher Kleber notwendig ist. Im Anschluss wird der Verbund mittels eines Autoklavs ausgehärtet. Innerhalb der realisierbaren Diagonalen können Projekte mit OCA-Bonding kostenoptimiert und schnell umgesetzt werden. Im Hinblick auf Bedruckung und Härtung ist die Varianz der Coverglasgestaltung limitiert, da die Klebeschicht auf dem Touchsensor nur begrenzt einen Höhenunterschied ausgleichen kann. TFTs lassen sich mit diesem Verfahren nicht bonden oder laminieren.

3. Air Gap Bonding

Bei Industrie TFTs mit Bezel kann neben LOCA auch Air Gap Bonding angewendet werden, um Touches und/oder Covergläser mit dem Display zu verkleben. Dieses Verfahren ist der Vorreiter der Verklebungstechnologie, und kam hauptsächlich bei resistiven Touches zum Einsatz. Im Unterschied zur vollflächigen LOCA Verklebung wird hier ein doppelseitiges Klebeband umlaufend auf dem TFT Rahmen aufgebracht, das TFT und Touch oder Glas miteinander verbindet. Dabei bleibt die Luftschicht zwischen beiden Komponenten erhalten, der zu zusätzlichen Reflektionen führt.

Um auszuschließen, dass in der Luftschicht Verunreinigungen eingeschlossen werden, muss die Assemblierung zwingend im Reinraum erfolgen. Dieses Bonding-Verfahren bietet den Vorteil, ohne Diagonalenbeschränkung kostengünstig und schnell Projekte realisieren zu können. Es hält allerdings nur dann das Gewicht des Glases, Touches oder Displays, wenn hochqualitative Industrieklebebänder (für Innen- oder Außeneinsatz) verwendet werden und zusätzlich ausreichend Klebefläche vorhanden ist. Mit diesem Bonding-Verfahren lassen sich Temperaturwechselwirkungen gut ausgleichen. Das Verkleben von Touch und Deckglas ist allerdings nicht empfehlenswert, da sich der Luftspalt störend auf Optik und Touch-Verhalten auswirkt.

4. Gel Bonding

Gel Bonding ist eine Weiterbearbeitung, die speziell für rahmenlose Displays mit oder ohne Touchfunktion geeignet ist. Denn ohne Bezel können diese Displays nur sehr aufwendig und außerdem nicht garantiert rückstandsfrei im LOCA-Verfahren mittels Damm abgedichtet werden. Beim Gel Bonding werden Polyacrylamid-Gelpads auf die Größe der Displayoberfläche per Laser zugeschnitten und projektspezifisch angepasst. Mit dem Fokus auf mobile Applikationen sind gegenwärtig Diagonalen von 1,3 Zoll bis 14 Zoll realisierbar.

Wird, wie bei Data Modul, das hochwertige Polyacrylamid anstatt des weit verbreiteten Silikons verwendet, steigen sowohl Adhäsionsfähigkeit als auch UV-Beständigkeit. Der Zuschnitt wird via Rolllamination auf den Touchsensor aufgebracht. Anschließend wird der Touchsensor inklusive Gelpad im Vakuum der Bondingmaschine auf das Display gelegt und zu einer Einheit verbunden.

5. Hybrid Bonding

Diese Methode ist noch komplett neu auf dem Markt und Data Modul im Augenblick einer der wenigen Anbieter dieses Verfahrens in der industriellen Fertigung. Der Visual Solutions Spezialist verwendet dazu eine spezialangefertigte Maschine. Diese assembliert und verklebt vollautomatisch die Komponenten Touch, Glas und Display, auch hart-to-hart genannt, und nimmt im Anschluss eine finale Aushärtung im anhängenden Autoklav vor. Wie der Name suggeriert, handelt es sich bei der Weiterentwicklung Hybrid Bonding um eine Mischung aus Flüssig- und der Trockenverklebung.

Mit diesem Verfahren wurden zunächst die Vorteile beider Grundmethoden kombiniert und entsprechend potenziert. Das macht die Methode hocheffizient und eignet sich dadurch besonders für hochvolumige Projekte. Denn eines ist sicher: Die Nachfrage nach Touchdisplays im professionellen Bereich wird weiterhin kontinuierlich steigen. Und auch wenn zur Markteinführung des Verfahrens größere Formate noch nicht berücksichtigt werden, in absehbarer Zeit werden alle Displaygrößen hybrid gebondet werden können.

Zusammenfassend gibt es nicht „das Eine“ Bonding-Verfahren, da je nach Kundenanforderungen auf unterschiedliche Klebeverfahren zugegriffen werden muss. Dabei spielen Faktoren wie Design, Diagonale, Umwelteinflüsse oder Gesamtkosten wichtige Rollen. Beispielsweise müssen TFTs nicht immer vollflächig gebondet werden, um ein gutes Bild zu erhalten. Mit Expertise und einer großen Vielfalt an Technologien bei der Verklebung und der Sensorauswahl können sich Bondingspezialisten wie Data Modul auf die wachsenden Anforderungen und Stückzahlen für die Zukunft einstellen und die Kompetenz über die Forschung und Umsetzung kontinuierlich ausbauen.

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