Optisches Verkleben in einer Minute
Beim optischen Verkleben werden ein Display, ein Touchsensor oder ein Deckglas über den gesamten Betrachtungsbereich hinweg mit einem optisch transparenten Material verbunden. Im Vergleich zu einer Konstruktion mit Luftspalt kann ein fachgerecht ausgelegter Verbund Reflexionen an den inneren Grenzflächen reduzieren, den wahrgenommenen Kontrast in heller Umgebung verbessern und zu einer harmonischeren Frontgestaltung führen. Dies führt jedoch nicht automatisch zu einer Erhöhung der LCD-Helligkeit, beseitigt keine Blendungen an der Außenfläche und macht das Gehäuse nicht wasserdicht.
1. Was ist optisches Bonding?
Bei industriellen Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) kann die Frontbaugruppe ein Deckglas, einen projektiv-kapazitiven (PCAP) oder resistiven Touchsensor, optischen Klebstoff und ein LCD-Modul enthalten. Beim optischen Verkleben wird ein ausgewählter Luftspalt durch ein optisches Medium ersetzt, dessen Brechungsindex näher an dem der angrenzenden transparenten Schichten liegt. Die genaue Schichtenanordnung hängt von der Sensor- und Displayarchitektur ab.
Das optische Verkleben unterscheidet sich vom Randverkleben. Beim Randverkleben wird der Stapel an seinem Rand befestigt, wobei im Sichtbereich ein Luftspalt erhalten bleibt. Beim vollflächigen Verkleben wird die vorgesehene optische Schnittstelle vollständig ausgefüllt.
2. Vier Verbindungsarten, die Ingenieure unterscheiden sollten
Luftspalt / Randverklebung
Die Abdeckung bzw. die Touch-Baugruppe ist an den Rändern mechanisch befestigt. Über dem aktiven Anzeigebereich bleibt ein Luftspalt bestehen. Dies kann bestimmte Reparaturen vereinfachen, doch die zusätzlichen Schnittstellen können sichtbare Reflexionen verursachen. Mechanische Abstände, Staubschutz und Kondensationsrisiko müssen noch geprüft werden.
OCA-Trockenfilm-Verklebung
Optisch klarer Klebstoff (OCA) wird als Folie mit kontrollierter Dicke geliefert, die üblicherweise zwischen geeignete flache oder mäßig gewölbte transparente Oberflächen laminiert wird. Er ermöglicht eine gleichbleibende Dicke und einen sauberen Prozess, sofern die Geometrie des Laminats, die Oberflächenqualität und die Laminierbedingungen kompatibel sind. Die Blasenbildung, das Spannungsverhalten und das Nachbearbeitungsverhalten müssen validiert werden.
LOCA / OCR-Flüssigverkleben
Flüssiger, optisch klarer Klebstoff (LOCA), in manchen Lieferketten auch als optisch klares Harz (OCR) bezeichnet, wird in den optischen Spalt aufgetragen und mithilfe eines materialspezifischen Verfahrens ausgehärtet. Er eignet sich für bestimmte Spalte und Formen, die für Folien schwierig zu bewältigen sind, erfordert jedoch eine strenge Kontrolle der Dosierung, des Überlaufs, der Aushärtungsgleichmäßigkeit, der Schrumpfung und der Verunreinigung. Die UV-Aushärtung ist bei einigen Formulierungen üblich, jedoch nicht universell einsetzbar.
Silikongel und Hybridverklebung
Optische Schichten auf Silikonbasis und Hybridverfahren kommen in Betracht, wenn Nachgiebigkeit, thermische Bewegung oder eine bestimmte Betriebsstrategie eine Rolle spielen. Die Zusammensetzung, der Aushärtungsmechanismus und das Langzeitverhalten variieren erheblich. Der Begriff “Hybridbonding” bezeichnet kein standardisiertes Material oder Verfahren; fragen Sie den Lieferanten nach der genauen Definition des Schichtaufbaus.
3. Wie das optische Verkleben die Lesbarkeit verbessert
Jeder Übergang zwischen Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes kann einen Teil des einfallenden Lichts reflektieren. Eine Grenzfläche zwischen Glas und Luft verursacht in der Regel eine größere Brechungsindexdiskontinuität als eine Grenzfläche zwischen Glas und optischem Klebstoff. Das Ausfüllen des Luftspalts kann daher Reflexionen innerhalb des Displayaufbaus reduzieren. Antireflexbeschichtungen und Blendschutzbehandlungen befassen sich mit verschiedenen Aspekten des optischen Problems und können dennoch erforderlich sein.
Der praktische Vorteil besteht häufig eher in einem besseren Kontrast und einer besseren Lesbarkeit bei Umgebungslicht als in einer Erhöhung der vom LCD-Bildschirm abgegebenen Leuchtdichte. Die Ergebnisse hängen von den Glasbeschichtungen, der Displayhelligkeit, dem optischen Material, der Beleuchtungsgeometrie und dem Betrachtungswinkel ab. Angaben wie eine Reflexionsreduzierung um einen festen Prozentsatz sollten durch Messungen am tatsächlichen Baugruppe belegt werden.
4. Technische Kompromisse: Was Sie vor der Entscheidung prüfen sollten
| Parameter | Warum das wichtig ist |
| Optische Leistung | Reflexionsgrad, Trübung, Durchlässigkeit, Farbverschiebung und Lesbarkeit |
| Mechanischer Stapel | Ebenheit, Gleichmäßigkeit der Spalte, Toleranzen und Kantenabstand |
| Umwelt | Betriebs- und Lagertemperaturen, Luftfeuchtigkeit, UV-Belastung und Temperaturwechselbeanspruchung |
| Zuverlässigkeit | Blasen, Ablösung, Vergilbung, Risse und Belastungen am LCD |
| Touch-Funktion | PCAP-Abstimmung, Erdung, Abdeckungsdicke und Anforderungen an Handschuhe bzw. den Einsatz unter nassen Bedingungen |
| Wartungsfreundlichkeit | Ausbeute bei Nachbearbeitungen, Reparaturverfahren und Wirtschaftlichkeit von Austauschteilen |
| Produktion | Größe, Anlagenkapazität, Taktzeit, Ausbeute und Prüfkriterien |
5. Wie wählt man OCA, LOCA oder Gel aus?
Beginnen Sie mit der vollständigen Stapelzeichnung, nicht nur mit der LCD-Diagonale. Überprüfen Sie die Abmessungen und Beschichtungen des Deckglases, die Architektur des Berührungssensors, den Aufbau des LCDs, den Klebstoffspalt, die optischen Anforderungen, das erwartete Jahresvolumen und die Betriebsumgebung. Vergleichen Sie anschließend die Prozessdurchführbarkeit und die Risiken über den gesamten Lebenszyklus.
OCA ist häufig eine praktikable Wahl für wiederholbare planare Baugruppen mit geeigneter Laminiergeometrie. LOCA/OCR können dort sinnvoll sein, wo das Verfüllen mit Flüssigkeit einen Prozessvorteil bietet. Silikon- oder Hybridsysteme können bestimmte Anforderungen an die Nachgiebigkeit oder die thermomechanischen Eigenschaften erfüllen. Hierbei handelt es sich um Tendenzen, nicht um allgemeingültige Regeln; die Entscheidung richtet sich nach den tatsächlichen Materialdaten und Pilotbauten.
6. Validierungs-Checkliste für HMIs in der Industrie und im Eisenbahnwesen
- Maßliche Stapelung und Klebefläche überprüfen
- Überprüfen Sie die kosmetische Qualität auf Blasen, Partikel, Überlauf und Newton-Ring-ähnliche Artefakte, sofern relevant
- Messung der optischen Leistung an vereinbarten Proben und unter vereinbarten Testbedingungen
- Überprüfen Sie nach dem Verkleben die Touch-Funktionalität, gegebenenfalls auch im Nassbetrieb oder bei Bedienung mit Handschuhen.
- Führen Sie gegebenenfalls anwendungsspezifische Tests hinsichtlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Vibration und UV-Strahlung durch
- Definition von Abnahmekriterien, Rückverfolgbarkeit, Reparierbarkeit und Prozesskontrollen
Bei Anwendungen im Eisenbahnwesen, im medizinischen Bereich und in anderen industriellen Bereichen mit langer Lebensdauer sollte die Qualifizierung auf der Grundlage der tatsächlichen Installation des Produkts und der Kundenspezifikationen erfolgen. Ein Materialdatenblatt allein reicht nicht aus, um die montierte HMI zu qualifizieren. Ebenso beziehen sich die IP-Schutzarten auf das validierte Gehäuse oder die installierte Baugruppe und nicht auf die optische Verbindung für sich genommen.
7. Häufig gestellte Fragen
Ist OCA besser als LOCA?
Keine der beiden Varianten ist grundsätzlich besser. Die Wahl hängt von der Geometrie, den optischen Anforderungen, den Prozesssteuerungen, dem Produktionsumfang und den Zuverlässigkeitszielen ab.
Macht das optische Bonding einen Bildschirm wasserdicht?
Nein. Durch optisches Verkleben wird zwar möglicherweise ein innerer Luftraum beseitigt, doch hängt der Schutzgrad von der gesamten Gehäusekonstruktion, den Dichtungen, den Schnittstellen und den Prüfungen ab.
Erhöht das optische Bonding die Bildschirmhelligkeit?
Die Leistung der LCD-Hintergrundbeleuchtung wird dadurch nicht erhöht. Durch die Reduzierung ausgewählter interner Reflexionen kann jedoch die wahrgenommene Sichtbarkeit verbessert werden.
Kann ein geklebter Touchscreen repariert werden?
Einige Konstruktionen lassen sich nachbearbeiten, doch die Machbarkeit und die Ausbeute hängen vom Klebstoff, vom Glas, von der Touch-Architektur und von der Ausrüstung ab. Die Reparaturstrategie sollte vor der Serienfertigung geprüft werden.
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