觸摸式電阻屏的牛頓環現象分析及對策

王瑞環

(艾默生科技資源(西安)有限公司,陜西西安 710065)

觸摸式電阻屏的牛頓環現象分析及對策

王瑞環

(艾默生科技資源(西安)有限公司,陜西西安 710065)

牛頓環一直是困擾觸摸屏質量提高的問題之一。本文分析了牛頓環現象產生的光學條件,在觸摸屏上形成的機理,運用反向思維提出了解決此問題的一系列對策,并用具體實例驗證了此類對策在電阻屏上的實際效果。

牛頓環電阻屏ITO 薄膜

背景：電子產品在我們的生活中無處不在，各種款式的觸摸屏為我們提供了方便舒適的交互界面，但在生產加工過程中常會出現一種致命質量缺陷—牛頓環，牛頓環出現的區域因為光線干涉的緣故，會造成色彩疊加故而導致最終顯現的色彩不正，也降低了該區域的顯示對比度。本文以實際案例重點介紹電阻屏遇到此類問題的原因分析及對策。

1 牛頓環產生的原因

(1)牛頓環，又稱“牛頓圈”。是一種薄膜干涉現象。它是一些明暗相間的同心圓環。例如用一個曲率半徑很大的凸透鏡的凸面和一平面玻璃接觸，在日光下或用白光照射時，可以看到接觸點為一暗點，其周圍為一些明暗相間的彩色圓環；而用單色光照射時，則表現為一些明暗相間的單色圓圈。這些圓圈的距離不等，隨離中心點的距離的增加而逐漸變窄。它們是由球面上和平面上反射的光線相互干涉而形成的干涉條紋如圖1.1。(2)觸摸屏產生牛頓環的機理。不管是電阻式觸摸屏，還是液晶顯示器，實現主體都是一塊ITO薄膜和一塊ITO玻璃，或兩塊ITO 薄膜，如果有一面材料產生形變，材料ITO內表面產生一個曲率半徑的曲面，那么就有可能會產生牛頓環。在實際生產過程中，一般會把外框支撐處的間隙距離做得比中間的稍微大一些。如果工藝中參數稍有差離，那么這種距離差就沒法消除，這樣就會產生一定的中間向內凹陷，這樣光線在兩個表面間的光程差就會產生不一樣，在入射光與反射光的互相干涉過程中，就會按不同的光程差區域選擇出不同的波長出來，顯現出對應波長的顏色。

2 電阻式觸摸屏的牛頓環問題及對策

2.1 觸摸式電子屏的結構介紹

電阻式觸摸屏在生產過程中，為了產生一個觸動區域的變形量，外框(粘接層周邊)的高度一般要比里面的支撐點(印刷的隔離點)高出很多，如果印制水性粘膠做外框的話，一般高度在15～25微米左右；如果是使用PET基材雙面膠，一般也在50微米以上，而里面的支撐點，一般不到25微米，如果使用直徑30～45微米的DOT，支撐點最后的成型高度也只有15～25微米左右。同時電阻式觸摸屏的操作面，為了產生一個觸動區域的變形量，一般都是用柔性的PET薄膜涂覆ITO材料(厚度：0.188毫米)。如果生產過程中工藝參數控制不精確，處于產品靠中間部分的ITO薄膜受重力的作用都會自行塌陷，貼在支撐點上，產生曲面變形，這樣，入射光線與兩個ITO內表面的反面光線產生干涉，便形成了牛頓環。

我們在開發一款用電阻式觸摸屏的溫控器時就遇到了此類問題。這是一款150x90 (毫米x毫米)的觸摸屏，上面有一處70x50(毫米x毫米)的顯示區和幾處操作區。整個操作層是用絲印技術印刷過的PET 材料，上面的符號和指示符是為方便操作用，水性膠通過鋼網涂布在操作層的周邊以便與觸摸功能模組貼合。水性膠的厚度就是最外面的裝飾層與觸摸層的唯一支撐，由于外面是很薄的PET薄膜，在重力的作用下勢必會向下塌陷，依據牛頓環產生的條件，在視窗區很容易產生牛頓環，其他非顯示區只是不是那么容易看見而已。實際情況也如如此，在顯示區有彩虹出現，特別在操作相應的按鍵時，牛頓環現象更加明顯。如圖2.1所示。

圖1.1 牛頓環現象

圖2.1 觸摸屏剖面示意圖

2.2 電阻式觸摸屏上牛頓環問題的預防和對策

預防電阻式觸摸屏的牛頓環，首先要在ITO 薄膜調質處理過程中，選擇好合適的治具和調整好設備的調質處理參數，讓ITO薄膜在各部分同步收縮，避免因收縮不均勻產生的不平整現象，并且要注意不要把裝載治具上的不平整性轉移到ITO 薄膜上。

支撐點的高度控制，也是預防牛頓環的主要方式，從牛頓環產生的公式可以看出，支撐點的高度超過一定的數值，牛頓環就會很難形成了，也就是凸面的曲率越小，R越大，牛頓環就會被成形到產品外，從而避免了此類質量問題，在溫控器上產生的牛頓環現象，其重要原因是柔性的操作指示層和觸摸功能模組的組合觸發了牛頓環發生的條件，我們要采取的對策就是改進兩者的粘接狀態，破壞牛頓環形成的條件。(觸摸功能模組自身的牛頓環不在本文的研究范圍)

對策一：改善隔離點及其高度。把原來印刷在指示層內側的隔離點進行了改進，由原來的直徑20微米，間隔3x3(毫米x毫米)改為直徑30微米間隔1x1(毫米x毫米)的網版制式。此措施確實改善了不良的情況，但不能完全消除。對策二：改進指示層與觸摸功能層的膠體厚度。原來的產品中使用的是15微米厚度的水性膠，我們嘗試了25微米、50微米、70微米和80微米厚度的背膠，結果是若使用50微米(含)以上的膠體厚度，顯示區的牛頓環現象會得到明顯的改善，但膠體厚度若超過70微米，就能覺察到指示層與觸摸功能模組有明顯的分離現象，并且操作手感變差。對策三：調整兩層之間的膠體位置。因為指示層在和觸摸功能模塊之間，不太方便直接充氣，來增加它們之間的距離，從而避免牛頓環的產生。不過作為外觀裝飾的指示層并不是整塊都是透明的，它的顯示區主要是視窗，只要保證是視窗區沒有牛頓環就好了。根據這種思路，我們調整了支撐膠體的位置分布。除了最外圍的膠體外，在顯示視窗周邊增加了不同形狀的支撐膠體。

3 結語

根據牛頓環產生的條件，運用反向思維，提出了多種不同解決對策，順利解決了溫控器操作指示層與功能觸摸層產生的牛頓環問題。此思維方式和對策也可以應用在其他觸摸屏的牛頓環問題中。關于調整支撐膠體位置實現消除牛頓環的解決方案已申請專利(號碼為：ZL 201320474701.X)。

[1]結構新型專利:A touch screen and a temperature controller containing the touch screen專利號:ZL 201320474701.X發明人:Ruihuan WANG (王瑞環) Hongjie NING (寧宏杰).

[2]Newton's rings.http://en.wikipedia.org/wiki/Newton_ring.

[3]觸摸屏顯示器模組中的牛頓環品質缺陷與糾正預防.http://wenku.baidu.com/view/f6c947f59e314332396893be.html.

王瑞環(1976—),碩士,機械制造及其自動化專業;現在美資企業:艾默生科技資源(西安)有限公司,現作為高級工程師從事溫度控制器的研發工作,擅長產品設計問題的分析和解決。