Optical Bonding und das Problem der Belichtungsfehler

| Autor / Redakteur: Klaus Wammes * / Hendrik Härter

Bild 1: Wird beim Optical Bonding der Kleber falsch oder zu lange belichtet, dann bekommt er an anderer Stelle zu viel beziehungsweise zu lange UV-Licht und beeinträchtigt oder zerstört andere Materialien wie die Front-Polarisatoren.
Bild 1: Wird beim Optical Bonding der Kleber falsch oder zu lange belichtet, dann bekommt er an anderer Stelle zu viel beziehungsweise zu lange UV-Licht und beeinträchtigt oder zerstört andere Materialien wie die Front-Polarisatoren. (Bild: Patrick Brandt)

Belichtungsfehler beim Optical Bonding ist ein Grund, warum Touchdisplays im späteren Einsatz ausfallen können. In unserem Beitrag lesen Sie, worauf Sie achten sollten.

Wer sich mit dem Optical Bonding bei elektronischen Displays beschäftigt, weiß, dass hier viel Fachwissen notwendig ist. Allein der Aushärteprozess ist fehleranfällig, die allerdings vermeidbar sind. Ein Beispiel sind selbstgebaute UV-Lichtquellen, um den Kleber auszuhärten. Der größte Fehler liegt in der Intensität: entweder ist sie zu stark, zu schwach oder nicht gleichmäßig. Denn passt die intensivste UV-Wellenlänge der UV-Quelle nicht zum verwendeten UV-Kleber, wird insgesamt zu viel Energie eingestrahlt. Das können betroffene Materialien wie Polfilter-Folien schnell übelnehmen und geschädigt werden. Folge: Sie degradieren schneller und fallen aus.

Sind UV-Strahler als sogenannte Matrix-Strahler aus vielen einzelnen Strahlungsquellen aufgebaut, besteht das Risiko einer unterschiedlichen Verteilung der Intensität. Weder der Kleber noch die anderen Materialien vertragen das. Kleber benötigen genau spezifizierte Rahmenbedingungen. Je nach Prozess müssen sie Eigenschaften haben, die zum Prozess oder einem bestimmten Fertigungsablauf zwingend notwendig sind.

Kleber lassen sich auch nicht einfach austauschen. Ebenso wenig die Prozesse. Ein Kleber muss aushärten. Auch bei idealer Wahl und Anbringung des Klebers benötigen sie Zeit. Damit der Prozess beschleunigt werden kann, kommen sogenannte UV-Kleber zum Einsatz. Sie härten unter Bestrahlung von UV-Licht besonders schnell aus. Aber leider passt nicht jeder UV-Kleber zu jeder UV-Lampe. Zudem sind in einem solchen Klebeprozess noch andere beteiligte und unbeteiligte Materialien im Spiel. Beispielsweise der Front-Polarizer auf den ein Touch-Sensor oder andere zusätzliche Schichten, die mit UV-Kleber transparent aufgeklebt bzw. optisch gebondet werden sollen. Schichten aus Kunststoffen mögen kein UV-Licht oder vertragen sie nur in genau dosierten Mengen.

Worauf es beim Kleber für das Display ankommt

Die Aushärtung des UV-Klebers erfolgt ohne zusätzliche Wärmeeinwirkung. Damit wird Materialstress durch Hitze oder mechanischen Druck verhindert. Allerdings stresst UV-Licht auch. Die Technik wird oft dazu verwendet, harte Materialien wie Glas, Kunststoff und elektronische Display-Panels zu verkleben. Aber: Die UV-Belichtung bedeutet für den Kleber eine Änderung der chemischen Eigenschaften. UV-Kleber enthalten sogenannte freie Radikale, die im Kleber auf das UV-Licht reagieren und den Aushärteprozess steuern. Diese benehmen sich wie sie heißen: Das verwendete Material ist chemisch radikalisiert und kann durch bereits relativ wenig UV-Licht (auf die richtige Wellenlänge kommt es an) getriggert werden, damit es den Polymerisationsprozess bzw. Aushärteprozess startet.

Bei mangelhafter Anwendung verändert sich beispielsweise die Energieverteilung der UV-Belichtung über der zu belichtenden Fläche. Dadurch wird der Kleber unterschiedlich belichtet. Wird beispielsweise die gesamte Fläche dann solange belichtet, bis der Kleber an der letzten Stelle ausgehärtet ist, bekommt er an anderer Stelle zu viel beziehungsweise zu lange UV-Licht und beeinträchtigt oder zerstört sogar dabei andere Materialien wie zum Beispiel die oben genannten Front-Polarisatoren von Displays. Erschwert wird der selbstgemachte Prozess durch beispielsweise unterschiedlich saubere, nicht für UV-Licht durchlässige Schichten, Reste von meist flüssigen Reinigern, ungleich verteilt gegebenenfalls sogar unterschiedlich intensive UV-Quellen wie beispielsweise UV-LEDs. Damit ist die Intensität des UV-Lichts, die am Kleber ankommt, von vornherein unterschiedlich stark.

Auf die Dosis des UV-Lichts kommt es an

Das Ergebnis ist ein ungleichmäßig ausgehärteter Kleber. Ebenso können ganze Teile, die verklebt werden sollten, beeinträchtigt oder zerstört werden. Beispielsweise dann, wenn eine als Polfilter verwendete Folie, die mit einem Display, Schutzscheibe oder Touch verklebt werden soll, zu viel UV-Licht abbekommt und gelb, braun oder bröselig wird. Kommt hingegen zu wenig UV-Licht beim Kleber an, kann dieser nicht alle Radikale triggern und chemisch deaktivieren, weshalb schlussendlich noch zu viele aktiv sind.

Sind Materialien nicht ordentlich und gleichmäßig belichtet, werden sie von den noch verbliebenen Radikalen beeinträchtigt. Es können sich Blasen bilden, ein Gelb- oder anderer Farbstich entsteht oder partielle Delamination tritt auf. Je unsauberer oder unprofessioneller gearbeitet wird, desto größer sind solche ungleichen Flächen und die Qualität leidet.

Durch die Alterungsbeständigkeit der Kleber beziehungsweise des Optical Bondings wird der Kleber schnell mangelhaft, je ungleichmäßiger der Aushärteprozess ist. Ein anfangs nicht als Mangelware eingestuftes Bondings wird im Laufe der Zeit Fehler zeigen. Eine gleichmäßige und flächendeckende Energieverteilung des UV-Lichts mit an das Klebesystem angepasstem UV-Licht wird beim selbstgemachten Belichten sträflich vernachlässigt. Bei großen Flächen ist das durch unterschiedliche intensive Punktquellen, unter Umständen sogar mit unterschiedlichen Emissions-Spektren oder einem unterschiedlichen Abstand jeder UV-LED zum Medium. Hier schlägt das aus der Physik bekannte Abstandsgesetz besonders zu: Mit linearer Änderung der Entfernung verändert sich die Intensität im Quadrat. Das heißt, selbst der kleinste Unterschied in der Entfernung, quadriert die Intensität der Beleuchtung. Beispielsweise ein schiefer respektive schräger Matrix-Strahler.

Entsprechend stellen Anwender schnell fest, dass nicht nur eine selbstgemachte Matrix-UV-Belichtungsstation schnell Probleme macht, wenn sie nicht auch dafür Sorge tragen, dass dauerhaft eine homogene Intensitätsverteilung von allen einzelnen Lichtquellen gewährleistet ist. Einzelquellen sind oft nur in den ersten zehn oder 100 Stunden gleich. Danach sind einige gleicher als die anderen, denn alle altern individuell und das umso schneller, je intensiver sie betrieben werden. Optical Bonding ist kein einfaches und auch kein günstiges Verfahren.

* Klaus Wammes ist Geschäftsführer der Wammes & Partner. Das Unternehmen forscht an optoelektronischen Komponenten und produziert sie.

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