Eine unterschiedliche Strahlungsintensität bei der UV-Härtung führt zu optischen und chemischen Problemen, die nicht repariert werden können. (Bild: Wammes)
Gute Ergebnisse bei der UV-Härtung von Klebstoffen und Beschichtungen sind nicht so einfach, wie es scheint. Wammes
Passt die intensivste UV-Wellenlänge der UV-Quelle nicht zum verwendeten UV-Kleber, wird insgesamt zu viel Energie eingestrahlt. Das schädigt die betroffenen Materialien wie Polfilter-Folien und sie fallen dadurch später im Betrieb unter Umständen aus. Ohne regelmäßige Überprüfung besteht beispielsweise bei sogenannten Matrix-Strahlern, die aus vielen einzelnen Strahlungsquellen aufgebaut sind, das Risiko einer sehr unterschiedlichen Intensitätsverteilung. Das mögen weder die Kleber, noch die anderen beteiligten Materialien.
Kleber benötigen genau spezifizierte Rahmenbedingungen. Jeder Prozess oder Fertigungsablauf erfordert ganz bestimmte Eigenschaften. Weder die Kleber noch die Prozesse können einfach ausgetauscht werden. So trivial es auch klingt, aber Kleber müssen zum Kleben aushärten. Und dafür benötigen sie Zeit, auch, wenn Wahl und Anbringung des Klebers ideal sind. Da Zeit aber Geld ist, wird immer häufiger versucht, diese Prozesse zu beschleunigen. Dafür kommen vermehrt sogenannte UV-Kleber zum Einsatz, die unter Bestrahlung von UV-Licht besonders schnell aushärten. Leider passt jedoch nicht jeder UV-Kleber zu jeder UV-Lampe. Zudem sind in einem solchen Klebeprozess auch noch andere Materialien im Spiel. Zum Beispiel der Front-Polarisator auf den ein Touch-Sensor oder andere zusätzliche Schichten mit UV-Kleber transparent aufgeklebt werden sollen – also optisch gebondet. Sind solche Schichten aus organischem Material wie zum Beispiel Kunststoffe, mögen diese UV-Licht prinzipiell überhaupt nicht. Lässt es sich nicht vermeiden, dann ertragen sie UV-Licht nur in kleinen und genau dosierten Mengen.
UV-Licht stresst auch
Die Aushärtung des UV-Klebers erfolgt ohne zusätzliche Wärmeeinwirkung. Damit wird Materialstress durch Hitze oder mechanischen Druck verhindert. UV-Licht stresst jedoch auch. Diese Technologie wird oft für die Verklebung von harten Materialien wie Glas, Kunststoff und elektronischen Displaypanels genutzt. Allerdings hat die UV-Belichtung für den Kleber eine Änderung der chemischen Eigenschaften zur Folge. UV-Kleber enthalten freie Radikale, die im Kleber auf das UV-Licht reagieren und den Aushärteprozess steuern. Das verwendete Material ist chemisch radikalisiert und kann durch bereits relativ wenig UV-Licht (richtige Wellenlänge ist hier ganz wichtig) getriggert werden, damit es den Polymerisationsprozess beziehungsweise 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 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 dabei andere Materialien wie zum Beispiel die Front-Polarisatoren von Displays.
Thema der nächsten Seite: unterschiedlich saubere, nicht für UV-Licht durchlässige Schichten
Degradierter Polarizer beim 17-Zoll-Umbau von CCFL auf LED Wammes
Degradierter Polarizer durch zu viel UV und Hitze beim Belichten Wammes
Erschwert wird dieser Prozess beispielsweise durch unterschiedlich saubere, nicht für UV-Licht durchlässige Schichten, durch Reste von meist flüssigen Reinigern und ungleich verteilte oder unterschiedlich intensive UV-Quellen wie beispielsweise UV-LEDs. Damit ist die Intensität des UV-Lichts, die am Kleber ankommt, von vornherein unterschiedlich stark.
Das Ergebnis ist ein ungleichmäßig ausgehärteter Kleber. Ebenso ist es möglich, dass ganze Teile, die verklebt werden sollten, beeinträchtigt oder zerstört wurden. Das ist beispielsweise der Fall, wenn eine als Polfilter verwendete Folie, die mit einem Display, einer Schutzscheibe oder einem Touch verklebt werden soll, zu viel UV-Licht abbekommt und gelb, braun oder bröselig wird. Auf der anderen Seite kann zu wenig am Kleber ankommendes UV-Licht nicht alle Radikale triggern und chemisch deaktivieren, weshalb noch zu viele aktiv sind. Das führt dazu, dass die Materialien, die nicht ordentlich und gleichmäßig belichtet wurden, im Laufe der (Betriebs-) Zeit von den noch verbliebenen Radikalen beeinträchtigt werden und sich zum Beispiel Blasen bilden, ein Gelb- oder anderer Farbstich entsteht, parzielle Delamination auftritt und vieles mehr.
Je unsauberer respektive unprofessioneller gearbeitet wird, desto größer sind solche ungleichen Flächen, desto schlechter ist die Qualität und umso mehr Ausschuss wird produziert. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass auch die Alterungsbeständigkeit der Kleber beziehungsweise des Optical Bonding mangelhaft wird, je ungleichmäßiger der Aushärtungsprozess ist. Mit anderen Worten wird das Bonding an jenen Stellen, an denen zu viel oder zu wenig UV-Energie eingestrahlt wurde, unterschiedlich altern. Damit werden auch Bondings, die zunächst nicht als Mangelware eingestuft wurden, im Laufe der Zeit viele Fehler zeigen.
Homogene Intensitätsverteilung
Eben jene gleichmäßige und flächendeckende Energieverteilung des UV-Lichts mit geeignetem, also an das ausgewählte Klebesystem angepasstem UV-Licht-Spektrum wird typischerweise beim selbstgemachten Belichten sträflich vernachlässigt. Bei großen Flächen zum Beispiel durch unterschiedliche intensive Punktquellen unter Umständen sogar mit unterschiedlichen Emissions-Spektren oder einem unterschiedlichen Abstand jeder UV-LED zum Medium 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. Ein Beispiel dafür ist ein schiefer respektive schräger Matrix-Strahler. Entsprechend schnell stellen Anwender 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.
Klaus Wammes
(neu)
