Incollaggio ottico in un minuto
L'incollaggio ottico consiste nell'unire un display, un sensore tattile o un vetro di copertura su tutta l'area di visualizzazione mediante un materiale otticamente trasparente. Rispetto a una struttura con intercapedine d'aria, un insieme incollato progettato correttamente può ridurre i riflessi alle interfacce interne, migliorare il contrasto percepito in ambienti luminosi e produrre un assemblaggio frontale più integrato. Tuttavia, ciò non aumenta automaticamente la luminosità dello schermo LCD, né elimina i riflessi sulla superficie esterna, né rende l'involucro impermeabile.
1. Che cos’è l’incollaggio ottico?
Nelle interfacce uomo-macchina (HMI) industriali, il gruppo frontale può comprendere un vetro di copertura, un sensore tattile capacitivo a proiezione (PCAP) o resistivo, un adesivo ottico e un modulo LCD. L’incollaggio ottico sostituisce una cavità d’aria selezionata con un mezzo ottico il cui indice di rifrazione è più vicino a quello degli strati trasparenti adiacenti. L’ordine esatto degli strati dipende dall’architettura del sensore e del display.
L'incollaggio ottico è diverso dall'incollaggio perimetrale o sui bordi. L'incollaggio perimetrale fissa la pila lungo il bordo, mantenendo uno spazio d'aria nell'area di visualizzazione. L'incollaggio su tutta la superficie riempie l'interfaccia ottica prevista.
2. Quattro tipi di strutture di incollaggio che gli ingegneri dovrebbero distinguere
Air-gap / incollaggio perimetrale
Il coperchio o il gruppo touch è fissato meccanicamente lungo i bordi. Sopra l'area attiva del display rimane uno spazio d'aria. Ciò può semplificare alcune riparazioni, ma le interfacce aggiuntive potrebbero causare riflessi visibili. È comunque necessario valutare i giochi meccanici, il controllo della polvere e il rischio di condensa.
Incollaggio a film secco OCA
L'adesivo otticamente trasparente (OCA) viene fornito sotto forma di pellicola a spessore controllato, solitamente laminata tra superfici trasparenti adatte, piane o moderatamente sagomate. È in grado di garantire uno spessore uniforme e un processo pulito quando la geometria dell'assemblaggio, la qualità delle superfici e le condizioni di laminazione sono compatibili. È necessario verificare il controllo delle bolle, il comportamento sotto sforzo e la possibilità di ritocchi.
LOCA / Incollaggio a liquido OCR
L'adesivo liquido otticamente trasparente (LOCA), denominato anche resina otticamente trasparente (OCR) in alcune catene di approvvigionamento, viene erogato nell'interstizio ottico e polimerizzato mediante un processo specifico per il materiale. È in grado di adattarsi a determinati spazi e forme difficili da gestire con la pellicola, ma richiede uno stretto controllo dell’erogazione, del traboccamento, dell’uniformità di polimerizzazione, del ritiro e della contaminazione. La polimerizzazione UV è comune per alcune formulazioni, ma non è universale.
Gel di silicone e incollaggio ibrido
Gli strati ottici a base di silicone e i processi ibridi possono essere presi in considerazione nei casi in cui siano rilevanti la flessibilità, il movimento termico o una particolare strategia di servizio. La formulazione, il meccanismo di polimerizzazione e il comportamento a lungo termine variano in modo significativo. Il termine “incollaggio ibrido” non si riferisce a un unico materiale o processo standardizzato; è opportuno richiedere al fornitore la definizione esatta della struttura stratificata.
3. In che modo l'incollaggio ottico migliora la leggibilità
Ogni transizione tra materiali con indici di rifrazione diversi può riflettere parte della luce incidente. Un confine tra vetro e aria crea in genere una discontinuità di indice maggiore rispetto a un confine tra vetro e adesivo ottico. Colmare lo spazio d’aria può quindi ridurre i riflessi all’interno dello stack del display. I rivestimenti antiriflesso superficiali e i trattamenti antiriflesso affrontano diversi aspetti del problema ottico e potrebbero comunque essere necessari.
Il vantaggio pratico consiste spesso in un miglior contrasto e una maggiore leggibilità in condizioni di illuminazione ambientale, piuttosto che in un aumento della luminanza emessa dallo schermo LCD. I risultati dipendono dai rivestimenti del vetro, dalla luminosità del display, dai materiali ottici, dalla geometria dell’illuminazione e dall’angolo di visione. Affermazioni quali una riduzione percentuale fissa della riflessione dovrebbero essere supportate da misurazioni effettuate sul prodotto finito.
4. Compromessi ingegneristici: cosa verificare prima di scegliere
| Parametro | Perché è importante |
| Prestazioni ottiche | Riflettanza, opacità, trasmittanza, variazione di colore e leggibilità |
| Pila meccanica | Planarità, uniformità degli spazi, tolleranze e gioco ai bordi |
| Ambiente | Temperature di funzionamento/conservazione, umidità, esposizione ai raggi UV e cicli termici |
| Affidabilità | Bolle, delaminazione, ingiallimento, crepe e sollecitazioni sullo schermo LCD |
| Funzione touch | Regolazione del PCAP, messa a terra, spessore del rivestimento e requisiti relativi ai guanti e all’uso in ambiente umido |
| Funzionalità | Resa delle rilavorazioni, processo di riparazione ed aspetti economici della sostituzione |
| Produzione | Dimensioni, capacità delle attrezzature, tempo di ciclo, resa e criteri di controllo |
5. Come scegliere tra OCA, LOCA o gel
Iniziare dal disegno completo dello stack, non limitandosi alla diagonale dello schermo LCD. Verificare le dimensioni e i rivestimenti del vetro di copertura, l’architettura del sensore tattile, la struttura dello schermo LCD, lo spazio adesivo, i requisiti estetici, il volume annuale previsto e l’ambiente operativo. Successivamente, confrontare la fattibilità del processo e i rischi legati al ciclo di vita.
L'OCA rappresenta spesso una scelta pratica per assemblaggi planari ripetibili con una geometria di laminazione adeguata. Le tecniche LOCA/OCR possono rivelarsi utili nei casi in cui il riempimento con liquido offra un vantaggio di processo. I sistemi in silicone o ibridi possono soddisfare particolari requisiti di flessibilità o termomeccanici. Si tratta di tendenze emerse dalla selezione, non di regole universali; la decisione finale dipende dai dati effettivi sui materiali e dai prototipi realizzati.
6. Lista di controllo per la validazione delle interfacce uomo-macchina (HMI) industriali e ferroviarie
- Verificare l'assemblaggio dimensionale e l'area di incollaggio
- Verificare la qualità estetica per individuare eventuali bolle, particelle, fuoriuscite e artefatti simili agli anelli di Newton, ove pertinente
- Misurare le prestazioni ottiche su campioni e in condizioni di prova concordati
- Verificare le prestazioni tattili dopo l'incollaggio, compreso il funzionamento in condizioni di umidità o con i guanti, se necessario
- Eseguire, a seconda dei casi, prove termiche, di umidità, di vibrazione e ai raggi UV specifiche per l'applicazione
- Definire i criteri di accettazione, la tracciabilità, la riparabilità e i controlli di processo
Per le applicazioni ferroviarie, mediche e altre applicazioni industriali di lunga durata, la qualificazione deve avvenire in base all’effettiva installazione del prodotto e alle specifiche del cliente. La scheda tecnica del materiale, da sola, non è sufficiente a qualificare l’HMI assemblato. Allo stesso modo, i gradi di protezione IP si riferiscono all’involucro convalidato o all’assemblaggio installato, non al solo incollaggio ottico.
7. Domande frequenti
L'OCA è migliore della LOCA?
Nessuna delle due soluzioni è universalmente migliore. La scelta dipende dalla geometria, dai requisiti ottici, dai controlli di processo, dalla scala di produzione e dagli obiettivi di affidabilità.
Il bonding ottico rende lo schermo impermeabile?
No. Il bonding ottico può eliminare una camera d'aria interna, ma il grado di protezione dall'ingresso di corpi estranei dipende dal progetto complessivo dell'involucro, dalle guarnizioni, dalle interfacce e dai test di verifica.
Il bonding ottico aumenta la luminosità dello schermo?
Non aumenta la potenza della retroilluminazione dello schermo LCD. Può migliorare la visibilità apparente riducendo determinati riflessi interni.
È possibile riparare un touch screen incollato?
Alcune strutture possono essere modificate, ma la fattibilità e la resa variano a seconda dell’adesivo, del vetro, dell’architettura del sistema touch e delle attrezzature. È opportuno valutare la strategia di riparazione prima di avviare la produzione in serie.
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