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Auswahl der geeigneten Bonding-Technik

DAS Optical-Bonding-Verfahren gibt es nicht

8. Mai 2018, 10:06 Uhr | Von Markus Hell, Head of Product Marketing Touch Solutions der Data Modul AG

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Einsatzmöglichkeiten und -grenzen

Warum Optical Bonding für unterschiedliche Displays und Applikationen?

Die Verbindung zwischen Touchsensor und Coverglas ist ein wesentlicher Bestandteil auf dem Weg zum perfekten Touch-System. Dabei darf nicht aus den Augen verloren werden, wieso diese Verklebung essenziell ist. Ausschlaggebend ist der Luftspalt, der durch das Optical Bonding eliminiert wird. Zum einen werden störende Reflexionen minimiert, zum andern wird das Touch-Feld nicht gedämpft und dadurch stabiler gegen Störeinflüsse. Weiterhin kann kein Staub oder Partikel zwischen PCAP-Sensor und Glas eindringen, was die Optik erheblich verbessert. Wegen des zunehmenden Bedarfs an industriellen PCAP-Lösungen mit kundenspezifischen Glasoberflächen wird das Angebot auch immer weiter ausgebaut; die Qualitätsstandards werden kontinuierlich erhöht und optimiert.

LOCA-Bonding

Dieses Verfahren ist das im Moment gängigste, zumal es sehr flexibel eingesetzt werden kann. Der Flüssigkleber eignet sich für Hard-to-Hard-Verbindungen und wird über UV-Licht ausgehärtet. In erster Linie dient der LOCA-Kleber zur Verbindung von Cover-Gläsern mit der SITO-Sensortechnologie. Weiterhin wird das Verfahren zur Verklebung von Industrie-TFT-Displays mit Metallrahmen (Bezel) mit einem Coverglas (mit oder ohne Touch) eingesetzt. Bonding-Spezialisten bieten LOCA-Bonding mittlerweile vom Prototypenbau bis zur Serienfertigung für alle Diagonalen an. Der große Vorteil dieser Technologie ist, dass die einzelnen Komponenten weder durch hohe Temperaturen noch durch Druck beim Aushärten gestresst werden. Auch nachgelagerte Prozesse sind nicht mehr notwendig. Produktionsbedingte Unebenheiten der einzelnen Komponenten (etwa im Coverglas) und Höhenunterschiede des Metall-Bezels bei TFTs können problemlos durch den LOCA-Kleber ausgeglichen werden. Der Klebstoff ist silikonfrei und diffundiert nicht; dadurch ist er alterungsbeständig und vergilbt nicht. Für Frameless-Displays ist LOCA nur bedingt geeignet, weil bei einer Flüssigverklebung – selbst bei größter Sorgfalt – das Eindringen des Klebers in das Display bauartbedingt nicht auszuschließen ist.

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OCA-Bonding

Das sogenannte Trockenverkleben oder OCA-Rolllamination mit ITO-Film/Film- und Mesh-Film/Film-PCAP-Sensoren wird angewendet zum Aufbringen des Touchsensors auf das Deckglas (Hard-to-Soft) und eignet sich für Diagonalen bis etwa 30 Zoll. Hier wird das OCA des Touchsensors verwendet, sodass kein zusätzlicher Bonding-Kleber notwendig ist. Im Anschluss wird der Verbund mittels eines Autoklavs ausgehärtet. Innerhalb der realisierbaren Diagonalen bietet OCA-Bonding den Vorteil, kostenoptimiert und schnell Projekte umsetzen zu können. Die Varianz der Coverglas-Gestaltung in Hinblick auf Bedruckung und Härtung ist limitiert, weil die Klebeschicht auf dem Touchsensor nur begrenzt Höhenunterschiede ausgleichen kann. TFTs lassen sich mit diesen Verfahren nicht bonden bzw. laminieren.

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. Bereits bei resistiven Touches angewandt, ist dieses Verfahren der Vorreiter der Verklebungstechnologie schlechthin. Im Unterschied zur vollflächigen LOCA-Verklebung wird beim Air-Gap-Bonding auf dem TFT-Rahmen umlaufend ein doppelseitiges Industrie-Klebeband aufgebracht, das TFT und Touch oder Glas miteinander verbindet. Dabei bleibt die Luftschicht zwischen den beiden Komponenten erhalten. Die beim Lichteinfall vorhandenen Reflexionen an den Ober- und Unterseiten der einzelnen Komponenten können jedoch den optischen Eindruck des Displays verschlechtern und reduzieren – die Helligkeit in der Regel um bis zu 20 Prozent. Die Assemblierung erfolgt bei Data Modul ebenfalls im Reinraum, um sicherzustellen, dass in der Luftschicht keine Verunreinigungen eingeschlossen werden. Das Air-Gap-Bondingverfahren bietet den Vorteil, ohne Größenbeschränkung der Displaydiagonale kostengünstig und schnell Projekte realisieren zu können. Häufig äußern Kunden Bedenken, ob diese Art des Verklebens ausreichend ist, um das Gewicht des Glases, Touches oder Displays zu halten. Hier greift Data Modul auf Industrieklebebänder zurück, die seit über 15 Jahren erfolgreich verarbeitet werden. Je nach Hersteller bietet diese Art von Klebebändern den perfekten Halt für den Innen- und Außeneinsatz. Mit dem Air-Gap-Bonding-Verfahren lassen sich Temperaturwechselwirkungen gut ausgleichen. Das Verkleben von Touch und Deckglas ist allerdings nicht empfehlenswert, weil sich der Luftspalt hier störend auf Optik und Touchverhalten auswirkt.

Gel-Bonding

Das jüngste Bonding-Verfahren aus dem Hause Data Modul lässt sich insbesondere bei der Weiterbearbeitung rahmenloser Displays ohne Metall-Bezel einsetzen. Bei der Flüssigverklebung wäre auch bei größter Sorgfalt ein Eindringen des Klebers in das Display bauartbedingt nicht auszuschließen. Auch die Trockenverklebung mit OCA ist bei rahmenlosen Displays natürlich nicht anwendbar, denn weder Sensor/Glas noch Display können via Rolllamination aufgebracht werden. Das Klebeband des Air-Gap-Bondings kann auch nur schwer bis gar nicht angebracht werden, da der nötige Metallrahmen am TFT bei Frameless-Displays nicht ausreichend vorhanden ist (mindestens umlaufend 3 mm). Mit der Verklebung mittels Gel-Bonding kann eine Temperaturbeständigkeit von –30 bis +80 °C erreicht werden – abhängig von den eingesetzten Materialien und Einzelkomponenten. Data Modul verwendet statt des weit verbreiteten und kostengünstigeren Silikons ein hochwertiges Polyacrylat, das eine signifikant höhere Adhäsionsfähigkeit und UV-Beständigkeit als Silikon aufweist. Die Gelpads werden auf die Größe der Display-Active-Area zugeschnitten/gelasert und können projektspezifisch angepasst werden. Je nach Displaykonstruktion werden die Pads dabei in unterschiedlicher Stärke verwendet. Rahmenlose Displays benötigen lediglich 0,1 bis 0,7 mm dicke Pads. Der Gel-Zuschnitt wird via Rolllamination auf die Glasscheibe mit/ohne aufgebondetem Touchsensor aufgebracht. Anschließend wird der Klebeverbund aus Glas/Touch/Gelpad mittels einer Positionierungshilfe auf das Frameless-TFT gelegt und innerhalb einer Bondingmaschine über Vakuum verbunden. Die Aushärtung erfolgt ähnlich zur OCA-Lamination im Autoklav. Data Modul hat den Prozess bereits 2017 evaluiert und Kundenaufträge mit rahmenlosen Displays auf das Verfahren umgestellt. Auf den bestehenden Anlagen lassen sich Displays mit Diagonalen von 1,3 bis 14 Zoll realisieren; mobile Applikationen mit runden Memory-in-Pixel-Displays sind mit dem Gel-Bonding-Verfahren geplant.