怎麼又出現「牛頓環」的不良了?

電阻式觸控螢幕產品偶爾會發生彩虹紋的牛頓環(Newton's ring)問題
圖:電阻式觸控螢幕因為應力出現彩虹紋牛頓環。

之前公司的電阻式觸控螢幕產品偶爾就會發生彩虹紋牛頓環(Newton ring)問題不過大多是因為產品組裝到機殼後產生應力變形所導致,這類有「牛頓環」現象的觸控螢幕只要從機殼上拆卸下來,經過一段時間後,等變形恢復原樣,牛頓環都會消失恢復正常,不過這次發生的「牛頓環」卻不會消失,形成了永久的「牛頓環」現象

發生問題的當下,公司的RD曾針對觸控螢幕安裝在機殼的應力過大而出現「牛頓環」的現象作過產品設計變更,參考RD的堅持與製造的無奈(談牛頓環解決)一文,這次又再度出現,原本以為是工廠用到了舊料,可是與以往不同的是,出現「牛頓環」的位置與以前的不一樣,而且這次拆下來的觸控螢幕上的「牛頓環」還不會消失,形成了永久的牛頓環現象。

(「牛頓環」是一種經典的光干涉現象:將一平凸透鏡放在平玻璃板上,兩者間形成薄空氣層。用單色光垂直照射時,反射光在空氣薄膜上下表面干涉,產生明暗相間的同心圓環狀條紋,中心通常是暗點。用白光則出現彩色環。而牛頓環形成的原因通常來自透明材質的厚薄不均,或是外力造成局部凹凸形變所造成的光線干涉所導致。)

建議延伸閱讀:牛頓環是什麼?從觸控螢幕到光學檢測的科學原理

把不良品拆下,退給觸控螢幕廠商分析,結果如下,把觸控螢幕分成九宮格,分三橫排來量測其螢幕的表面高度,可以發現第一排出現「牛頓環」的位置(圖表中紅色線條表示),其觸控螢幕表面的高度已經出現了與另兩排相反的凹陷跡象,一般的電阻式觸控螢幕的表面都會故意作出稍微的凸出弧形,以避免凹鏡原理,光線過度集中產生耀光。

一般電阻式觸控螢幕發生牛頓環的原因

工作熊這裡先大致說明,一般電阻式觸控螢幕容易發生牛頓環的原因,其構造為:底部是一片透明玻璃基板(上塗ITO導電層)作為支撐,上面貼一層柔性PET薄膜(下塗ITO導電層),兩層ITO導電膜相對,中間印刷絕緣支撐點(spacer dots)來隔開,形成微小空氣間隙。其觸控方式是靠手指或觸控筆按壓柔性PET膜,使其變形並與底部ITO接觸,形成導電路徑,系統再計算阻抗變化推估位置。

也就是說,電阻式觸控螢幕先天設計上就有一層空氣膜,且上層PET膜柔性易變形,如果支撐點高度印刷不均、組裝應力、長期按壓或PET膜本身塌陷,就容易在PET膜形成局部向下凹陷,形成曲面變形的凸透鏡效果。此時,入射光在上下兩層ITO導電膜之間的空氣薄膜上下表面反射,產生光程差干涉,便形成牛頓環(明暗或彩色同心環)。

把不良品拆下,退給觸控螢幕廠商做分析。結果如下,把觸控螢幕分成九宮格,分三橫排來量測其螢幕的表面高度,可以發現第一排出現「牛頓環」的位置(圖表中紅色線條表示),其觸控螢幕表面的高度已經出現了與另兩排相反的凹陷跡象,一般的電阻式觸控螢幕的表面都會故意作得稍微的向上凸出的弧形,以避免凹鏡原理,使得光線過度集中,產生耀光現象。

把不良品退給觸控螢幕廠商分析,結果如下,把觸控螢幕分成九宮格,分三橫排來量測其螢幕的表面高度,可以發現第一排出現「牛頓環」的位置(圖表中紅色現線條表示),其觸控螢幕表面的高度已經出現了與另兩排相反的凹陷跡象,一般的電阻式觸控螢幕的表面都會故意作出稍微的凸出弧形,以避免凹鏡原理光現過度集中產生耀光。

下圖用來表示觸控螢幕因為變形而產生「牛頓環」的原因,觸控螢幕的表層薄膜(film)因為外力推擠,使得原本固定於邊框位置的薄膜滑脫原本位置,向內延伸,讓原本保持呈現完美弧形的張力受到了破壞,造成薄膜擠壓變形,並形成向下的凹陷,入射光線透過凹陷的表層薄膜後產生折射干擾,形成了彩色的光暈,就形成了「牛頓環」。

圖用來表示「牛頓環」產生的原理,是因為觸控螢幕的表層薄膜(film)因為外力推擠,讓原本固定於邊框位置的薄膜脫離向內延伸,讓原本保持呈現完美弧形的張力受到了破壞,造成薄膜擠壓變形,並形成下陷的凹痕,光線透過凹痕的折射形成了彩色的光暈,就形成了「牛頓環」。

這種彩色的「牛頓環」是因為光線折射後互相干涉所形成,一般只要開啟螢幕的光源就會看不到。另外,也可以考慮採用抗耀光鍍膜的薄膜(film),不過費用會比較貴一點,如何拿捏就要看廠商如何決定了,畢竟顧客只要求不可以產生「牛頓環」的觸控螢幕。

這種彩色的「牛頓環」是因為光線折射所形成,一般只要開啟螢幕的光源就會看不到。另外,也可以考慮採用抗耀光鍍膜的薄膜(film),不過費用會比較貴一點,如何拿捏就要看廠商如何決定了,畢竟顧客只要求不可以產生「牛頓環」的觸控螢幕。


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