Displays mit Optical Bonding
Das HMI sicher verklebt
HMI-Systeme sind fester Bestandteil der modernen Arbeitswelt. Das Klebeverfahren Optical Bonding vermag, die Funktionalität von HMI-Systemen zu erhöhen. Doch was genau steckt hinter dem Verfahren und welche Effekte hat die Methode? Der Folgende Beitrag klärt auf.
Der Bordcomputer in Mähdreschern, die Steuerung großer Industrieanlagen oder elektromedizinische Geräte wie Computer-Tomographen – HMI-Systeme kommen in den unterschiedlichsten Branchen zum Einsatz und sind aus dem Arbeitsalltag kaum wegzudenken. Stetig kommen neue Einsatzbereiche hinzu – heutzutage vor allem mit intuitiv zu bedienenden Touchdisplays ähnlich einem Tablet. Je nach Einsatzort müssen die Systeme herausfordernden äußeren Bedingungen standhalten. Dies können beispielsweise Umwelteinflüsse oder Hygieneanforderungen sein. Hier kommt Optical Bonding ins Spiel: Diese Methode findet Anwendung bei der Touch-/Display-Integration, also dem Einbau einer HMI-Benutzerschnittstelle in Gerätegehäuse. Optical Bonding umfasst unterschiedliche Klebetechniken, um Displays luftdicht mit Touch-Sensoren und Covergläsern zu einer Einheit zu verbinden. Dies soll die Geräte-Funktionalität verbessern.
Was bringt Optical Bonding?
Sowohl HMI-Systeme, die innen, etwa in Industriehallen, genutzt werden, als auch außen, müssen Temperaturschwankungen standhalten. Befindet sich etwa ein Luftspalt zwischen Display und dem Frontglas mit Touchsensor könnte Kondensationsfeuchtigkeit die Funktionalität und Langlebigkeit der Geräte beeinflussen. Ist der Luftspalt allerdings mit Optical-Bonding-Material gefüllt, also einem Klebstoff, wird die Innentemperatur der Applikation konstant gehalten – es entsteht keine Kondensationsfeuchtigkeit im Gerät. Gleichzeitig verhindert das Bonding-Material das Eindringen von Staub- und Schmutzpartikeln. Dies ist besonders wichtig, wenn das HMI-System im Außenbereich zum Einsatz kommen soll, etwa in landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen. Auch Sonneneinstrahlung kann sich auf die Funktionalität des Geräts auswirken, und es im schlimmsten Fall überhitzen. Auch hier bietet Optical Bonding eine Lösung: Durch die Verwendung von UV-qualifiziertem Bonding-Material findet eine Wärmeableitung statt. Die Wärme der LED-Hinterleuchtung und der Displayoberfläche wird durch das Bonding-Material an das Deckglas abgegeben. Die LEDs überhitzen somit nicht.
Effekte für die Lesbarkeit
Für die Ablesbarkeit verspricht Optical Bonding ebenfalls positive Effekte. In speziellen Umgebungen wie in der Medizintechnik wirken kritische Lichtverhältnisse auf die Displays ein. Während bei einem Luftspalt Licht gebrochen und so reflektiert wird, erhöht ein mit Bonding-Material befülltes Touchdisplay den Kontrast. Das Bonding-Material weist nämlich einen ähnlichen Brechungsindex auf wie Glas, hat also ähnliche optische Materialeigenschaften. Damit sorgt es für eine blendfreie Optik. Durch die geringen Kontrastverluste können HMI mit weniger Leistung laufen. Der Thin[gk]athon, veranstaltet vom Smart Systems Hub, vereint kollaborative Intelligenz und Industrie-Expertise, um in einem dreitägigen Hackathon innovative Lösungsansätze für komplexe Fragestellungen zu generieren. ‣ weiterlesen
Innovationstreiber Thin[gk]athon: Kollaborative Intelligenz trifft auf Industrie-Expertise
Robustere Touchpanels
Optical Bonding macht Displayanwendungen und Touchpanels zudem robuster. Denn das Bonding-Verfahren dient als mechanische Verstärkung des Geräts. Das Deckglas ist mittels Optical Bonding fest mit dem Display verbunden. Bricht das Glas, dient es als Splitterschutz; das Gerät ist widerstandsfähiger gegen Vibrationen, Schock und Krafteinwirkungen.
Wet- und Dry-Bonding
Beim Optical Bonding existieren mehrere Klebetechniken für unterschiedliche Anforderungen. Die Methode richtet sich nach der Auswahl der Komponenten, der Systemintegration und den Applikationsanforderungen. Auch Kundenwünsche sind hierbei ausschlaggebend, weiß Thorsten Penassa von Bopla Gehäuse Systeme. „Gewünschte Displayformate, Bauformen, bestimmte Stückzahlen und Budgetvorgaben – das alles ist bei der Wahl der Bonding-Methode zu berücksichtigen“, sagt er.
Bopla unterscheidet zwischen zwei Verfahren – dem Dry Bonding, also das trockene Bonding, und das Wet Bonding, das flüssige Verkleben. „Das Trockenbonding wird auch als Laminieren bezeichnet. Dabei wird das Bonding-Material auf die Größe der sichtbaren Displayoberfläche zugeschnitten und der Luftspalt zwischen Frontglas und Touchsensorrückseite damit homogen gefüllt. Hierbei muss der Touchsensor flexibel oder semiflexibel sein. Eine hochtransparente Klebeschicht wird unter hohen optischen Anforderungen hinter das Coverglas laminiert. Zum Beispiel darf sich kein Staub zwischen den Einheiten befinden, und es darf auch nicht zur Bläschenbildung kommen. „Das ist die Herausforderung bei diesem Verfahren. Man kann sich das Ganze am Ende ungefähr wie ein hochtransparentes doppelseitiges Klebeband vorstellen“, erklärt Penassa. Mithilfe von Druck und Wärme werden Sensor und Coverglas zusammengefügt. Dieses Verfahren ist vergleichsweise kostengünstig und zeiteffizient. Wünscht der Kunde große Gerätestückzahlen in kurzer Zeit, ist Dry Bonding die bevorzugte Methode. Allerdings sind hierbei die Möglichkeiten zur Bedruckung des Coverglases begrenzt.
Das Wet Bonding hingegen eignet sich bei Hard-to-Hard-Verbindungen, also wenn ein starrer Sensor mit dem Deckglas verklebt werden soll. Dabei verteilt sich ein flüssiger Klebstoff auf dem Touchsensor. UV-Licht härtet den Klebstoff anschießend aus. Das geschieht laut Penassa auch wieder unter hohen optischen Anforderungen. Dieses Verfahren ist am gängigsten, weil es flexibel einsetzbar ist. Da UV-Licht zur Aushärtung zum Einsatz kommt, ist es besonders materialschonend. Bei dieser Methode füllt der Flüssigkleber den Luftspalt zwischen Displayoberfläche und Sensorrückseite. Für rahmenlose oder Zero-Bezel-Displays ist das Wet-Bonding-Verfahren nur bedingt geeignet.
Optical Bonding führte bei Bopla zu grundlegenden Veränderungen. Zwar bot der Gehäusetechnik-Spezialist bereits vor einigen Jahren Displayintegration an, allerdings war dies eher nebensächlich. Richtig Fahrt aufgenommen habe das Thema, als das Unternehmen vor rund zehn Jahren begann, die Integration durch Wet Bonding anzubieten, erinnert sich Penassa. Heute hat das Unternehmen Touch-/Displayintegration in unterschiedlichen Varianten im Angebot.
