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Vom Smartphone über den Tablet-PC und die Smartwatch bis zur Waschmaschine, dem Kaffeevollautomaten oder dem Infotainmentsystem im Auto: Displays sind heute allgegenwärtig und als Touchscreen-Display inzwischen die bevorzugte Variante eines Human Machine Interface (HMI) sowohl in Haushalts- und Unterhaltungselektronik als auch im industriellen Einsatz. Dabei ist die grundlegende Technik weit ausgereift und ermöglicht eine vielseitige, intuitive und dabei auch unter anspruchsvollen Bedingungen zuverlässige Bedienung bei gleichzeitig bedarfsgerechter Qualität der Darstellung. Genau diese Touchdisplays werden von Entwicklern und Herstellern wie SemsoTec kontinuierlich bedarfsgerecht weiterentwickelt und verbessert. Dies betrifft vor allen Dingen die Qualität, die Effizienz, die Belastbarkeit und gleichzeitig die Flexibilität für den Einsatz in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen mit jeweils individuellen Anforderungen. Ein wesentlicher Entwicklungsschritt ist dabei das Verfahren des Optical Bondings, als Weiterentwicklung des weiterhin parallel eingesetzten Air Gap Bondings.

Air Gap Bonding vs. Optical Bonding – Pflicht trifft Kür

Wer heute ein Display an einem Gerät oder einer Maschine entdeckt, geht fast automatisch davon aus, dass es sich um ein Touchdisplay zu dessen Bedienung handelt. Gerade Kinder kann man heute dabei beobachten, dass jede Art Display ganz selbstverständlich berührt und auf seine Touchfunktion geprüft wird. Hinter der damit völlig alltäglichen Technologie steckt bei genauer Betrachtung die Kombination verschiedener Komponenten. Ein klassisches projiziert-kapazitives Touchdisplay (PCAP) besteht vereinfacht dargestellt aus dem eigentlichen TFT bzw. LCD, einem darüberliegenden Touch-Sensor und einer Cover Lens aus Glas oder Kunststoff wie PMMA oder PC.

Die Methoden des Air Gap Bondings und des Optical Bondings unterscheiden sich charakteristisch darin, wie die genannten Schichten miteinander verbunden werden, um ein stabiles, funktionales Bauteil – das Touchdisplay – herzustellen.

Bei Air Gap Bonding wird auf das Display ein umlaufender Rahmen aus doppelseitigem Klebeband aufgebracht, mit dem der PCAP-Sensor stabil fixiert wird. Hierbei entsteht der namensgebende Luftspalt (Air Gap). Beim Optical Bonding hingegen wird flächig zwischen den beiden Komponenten ein hochtransparenter Kleber eingebracht, wodurch Display und Sensor lückenlos miteinander verbunden sind.

Für das Optical Bonding, also das vollflächige Verkleben mit transparentem Klebstoff, bietet der Markt unterschiedliche Verfahren:

• OCA (Optical Clear Adhesive)
  Ein transparentes Gel aus z.B einer Acryl- oder Silikonmischung, das unter Druck zu Klebefolien verarbeitet wird. Durch die feste Form ist OCA leicht zu handhaben und aufzubringen und reduziert in der Produktion die Abfallmenge. Im Gegenzug ist für die Verarbeitung meist spezielle Ausrüstung erforderlich.
• LOCA (Liquid Optical Clear Adhesive) / OCR (Optical Clear Resin)
  Beim LOCA-Bonding wird der Klebstoff flüssig aufgetragen, verteilt sich beim Verbinden der Komponenten und wird oft unter UV-Licht ausgehärtet oder härtet selbst unter Zugabe eines Aktivators aus. Das Verfahren ist effektiv, der Kleber jedoch schwer zu dosieren, schwer zu reinigen und der gesamte Prozess eher komplex, anfällig und weniger effizient als das OCA-Bonding.

• Hybrid Bonding Verfahren
  Das Hybrid Bonding kombiniert die beiden vorgenannten Verfahren und mit ihnen die Vorteile eines Flüssigklebers (LOCA) und eines transparenten Klebstoffs (OCA). Nach dem Auftragen eines Flüssigklebers wird dieser unter UV-Licht vorgehärtet. Die endgültige Aushärtung erfolgt nach der Ausrichtung der aufgelegten Komponenten. Im Ergebnis erlaubt das Hybrid Bonding Verfahren eine präzise Ausrichtung und gewährleistet gleichzeitig eine hohe Haltbarkeit bei guter Kosteneffizienz und einer Eignung für die Massenproduktion.

Egal für welches Bondingverfahren sich Hersteller entscheiden, zeichnet sich das Optical Bonding durch wesentliche Qualitätsmerkmale gegenüber dem einfacheren Air Gap Bonding aus. Dies betrifft vor allen Dingen die optische Qualität: Durch das flächige Verkleben werden Reflexionen verhindert, die beim Air Gap Bonding auftreten können und die Bildqualität negativ beeinflussen. Displays sind durch Optical Bonding folglich besser ablesbar und zeigen besonders in heller Umgebung ein klareres Bild. Darüber hinaus erzielen sie eine höhere Helligkeit.

Die Beseitigung des Spalts zwischen Sensor und Display verleiht dem Touchdisplay außerdem zusätzliche Belastbarkeit und verhindert das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit sowie eine potenzielle Trübung durch Kondensation. Die Verklebung macht Displays zudem unempfindlicher gegenüber Erschütterungen und Vibrationen, was nicht zuletzt für den Einsatz in der Automobilindustrie maßgeblich von Bedeutung ist. Für die Anwendung im Automobilsektor spricht zudem ein Gewinn an Sicherheit: In Unfall-Simulationen (Head Impact Tests) zeigt Optical Bonding eine reduzierte Bruch- und damit Verletzungsgefahr.

Außerdem erhöht das Optical Bonding die Flexibilität und damit die Gestaltungsfreiheit bei der Entwicklung neuer Displays. Im Vergleich zum Air Gap Bonding können Displays flacher realisiert werden, benötigen keinen oder einen deutlich schmaleren Rand und bieten zusätzliche Möglichkeiten in der Formgebung, zum Beispiel in Gestalt zunehmend gefragter Curved Displays.

Seine Existenzberechtigung erhält das Air Gap Bonding, nach all den genannten Vorzügen des Optical Bondings, allein mit Blick auf wirtschaftliche Erwägungen. Sowohl durch den zusätzlichen Materialeinsatz als auch durch die notwendige Staubfreiheit im  Prozess ist das Optical Bonding  heute noch kostenintensiver als das einfache Air Gap Bonding.

Panther Black Technology – mehr Ästhetik dank Optical Bonding

Ein weiteres Merkmal des Optical Bondings im Vergleich zum Air Gap Bonding ist der visuelle Eindruck des inaktiven Displays. Während durch den Luftspalt beim Air Gap Bonding und aus ihm resultierende Reflexionen ein gegenüber einem tiefschwarzen Rahmen deutlich aufgehelltes Display auffällt, kann mit dem Optical Bonding ein durchgängig tiefdunkles Display gewährleistet werden. Dies entspricht nicht zuletzt den Anforderungen vieler Anwendungen, insbesondere in der Unterhaltungs- und Haushaltselektronik, bei der die Hersteller Displays möglichst nahtlos und elegant in ein Designkonzept einbinden möchten.

Mit der Panther Black Technologie perfektioniert SemsoTec die beschriebenen optischen Vorzüge des Optical Bondings zusätzlich. Im Ergebnis realisiert SemsoTec einen homogenen Black-Panel-Effekt, der sich durch höchste Brillanz über das gesamte Display und den Display-Rand auszeichnet. Kernelemente sind hierbei der Einsatz von Optical Bonding, sowie eine optisch verstärkende Folientechnologie. Im Ergebnis sind bei Displays mit Panther Black Technologie der Touchsensor völlig unsichtbar und das Display auch bei Sonnenlicht optimal ablesbar, denn jegliche Reflexionen werden deutlich vermindert, störende 3D-Effekte vermieden und gleichzeitig der Kontrast unabhängig vom Betrachtungswinkel verbessert.