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Touchscreen-Technik

Den Bildschirm
richtig verkleben

Bei Touchscreens im Industrieumfeld kommt es je nach Anwendung darauf an, wie die Bildschirme verklebt sind. Beim Optical Bonding gibt es drei Varianten.

(Bild: Faytech AG)

(Bild: Faytech AG)

Touchscreens sind zu einem festen Bestandteil des Alltags geworden. Sie sind in Smartphones, Geldautomaten, Informationsanzeigen Autoarmaturen verbaut. Auch im Maschinen- und Anlagenbau oder in der Medizintechnik kommen sie zunehmend zum Einsatz. Da industrielle Touchscreens weitgehend auf der Funktionsweise von Consumer-Touchscreens basieren, werden teilweise auch dieselben Einzelteile verwendet. So wird bei Industrie-TFTs beispielsweise genau das gleiche Glas wie bei einem handelsübliches Smartphone-Display verbaut. Im Unterschied dazu sind aber die Hintergrundbeleuchtung und die Polarisationsfilter speziell auf die Anforderungen der Industriekunden abgestimmt. Darüber hinaus sind in der Regel noch weitere Optimierungen speziell bei der Displayverklebung – auch Optical Bonding genannt – erforderlich. Welche genau das sind, hängt von den vorgegebenen Anwendungsbereichen und Designvorstellungen des späteren Betreibers ab. Ebenso kommt es auf die erforderliche Displaygröße an, die zu berücksichtigenden Umwelteinflüsse und nicht zuletzt auch das Budget.

Drei Varianten

Zur Anwendung kommen dabei grundsätzlich drei Varianten des Optical Bondings: Das Luftspalt- bzw. Air-Gap-Bonding, das vollflächige Verkleben mittels Klebefilm (OCA – Optical Clear Adhesive) und das vollflächige Verkleben mittels Flüssigklebstoff (LOCA – Liquid Optical Clear Adhesive).

Displayproduktion: mit Lufteinschluss verbunden (Bild: Faytech AG)

Displayproduktion: mit Lufteinschluss verbunden (Bild: Faytech AG)

Air-Gap-Bonding

Beim Air-Gap-Bonding wird das Display und der Touch-Sensor mit einem doppelseitig klebendem Industrietape miteinander verbunden. Der Luftspalt dazwischen bleibt dabei erhalten. Diese Art des Bondings bietet den Vorteil, dass Touchscreens ohne Größenbeschränkung der Displaydiagonale kostengünstig und schnell im Reinraum produziert werden können, sodass in der Luftschicht keine Verunreinigungen eingeschlossen werden. Außerdem lassen sich mit dem Air-Gap-Bonding-Verfahren Temperaturwechselwirkungen gut ausgleichen. Dem steht jedoch gegenüber, dass beim Lichteinfall Reflexionen an den Ober- und Unterseiten der einzelnen Komponenten entstehen, die den optischen Eindruck des Displays beinträchtigen und die Helligkeit um bis zu 20 Prozent reduzieren können.

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OCA-Bonding

Um Reflexionen zu vermeiden, werden beim alternativen OCA-Bonding wiederum Klebefolien verwendet, die mit Rolllamination Touch-Sensor und Gläser direkt miteinander verbinden. Im Nachgang entfernt ein Autoklav mögliche Luftblasen und härtet den Verbund aus. Innerhalb der realisierbaren Diagonalen bis etwa 30“ können mittels OCA-Bonding ebenfalls schnell und kostenoptimiert Touchscreens produziert werden. Allerdings hat das Verfahren den Nachteil, dass die Klebeschicht auf dem Touch-Sensor nur begrenzt Höhenunterschiede ausgleichen kann, was das Coverglas relativ stoßempfindlich macht. Auch lassen sich mit diesem Verfahren keine TFTs bonden.

LOCA-Bonding

Im Gegensatz dazu kann bei Industrie-TFTs mit Bezel neben dem Air-Gap-Bonding auch das sogenannte LOCA-Bonding angewendet werden. Bei diesem Verfahren werden Frontglas und Touch-Sensor unter Reinraumbedingungen mit einem speziellen Gel auf Basis von Acrylaten oder Silikonen miteinander verklebt. Der Klebstoff wird dabei zunächst entsprechend der Displaygeometrie mithilfe eines Dosierroboters aufgetragen. Anschließend wird der Touchsensor oder das Schutzglas blasenfrei aufgesetzt. Das Verfahren hat somit den Vorteil, dass der beim Air-Gap-Bonding vorhandene Luftspalt zwischen Display und Frontglas aufgefüllt wird.

Displayproduktion: ohne Lufteinschluss verbunden (Bild: Faytech AG)

Displayproduktion: ohne Lufteinschluss verbunden (Bild: Faytech AG)

Besseres Ablesen

Doch warum ist diese Art der Verklebung so bedeutsam? Ausschlaggebend ist der Luftspalt, der durch das Optical Bonding beseitigt wird: Zum einen werden dadurch störende, durch Lichteinfall entstehenden Reflexionen nahezu eliminiert. Zum anderen erhöht sich die Farbbrillanz sowie der Kontrast. Die Ablesbarkeit verbessert sich dadurch deutlich, ohne dass die Helligkeit erhöht werden muss. Das spart Strom und verleiht den LEDs für die Hintergrundbeleuchtung eine längere Lebenserwartung. Außerdem erhöht die Klebstoffschicht zwischen den Ebenen die Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Schlägen, indem sie deren Schwingungsresonanzen sicher ableitet. Dies spielt beispielsweise im Automobilbau eine große Rolle, um die Splittergefahr deutlich zu reduzieren. Durch den Kleber können weder Staub, noch andere Fremdpartikel oder Feuchtigkeitskondensation zwischen die Bauteile eindringen.

Verfahren optimieren

Um die hohen Preise speziell auch für LOCA-gebondete Monitore für die Abnehmer senken zu können, arbeiten viele Hersteller im Bereich des optischen Bondings kontinuierlich daran, ihre Verfahren zu optimieren. Das Unternehmen Faytech hat beispielsweise einen Silikon-Kleber (Faytech-XA-1688) entwickelt. Es handelt sich dabei um einen rieselfähigen, additionsvernetzenden Silikonkautschuk, der bei Raumtemperatur zu einem sehr weichen Gel mit physikalischen Eigenschaften vulkanisiert, welche sich hervorragend für optische Klebeanwendungen eignen. Die spezielle Beschaffenheit des Silikon-Klebers erlaubt dabei eine sehr gute Produktionsausbeute selbst bei der Großformatverklebung bis zu einer Größe von 105“. So kann Faytech in der Massenproduktion eine sogenannte First-Pass-Ausbeute von bis zu 99 Prozent erreichen. Bei der verbleibenden Ausfallrate von einem Prozent der produzierten Geräte kann der Silikon-Kleber zudem mit einem wichtigen Vorteil gegenüber alternativen Bonding-Verfahren trumpfen: Er ist vollständig reversibel, sodass die einzelnen Komponenten der Verbundprodukte einfach entbondet, gereinigt und wieder verklebt werden können, falls nötig. Darüber hinaus hält der Silikon-Kleber neben den für LOCA-gebondeten Geräten üblichen Stoßbelastungen auch Temperaturen zwischen -40 bis 85°C stand.


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