一、牛頓環(huán)的概念

牛頓環(huán)，又稱“牛頓圈”。在光學(xué)上，牛頓環(huán)是一個(gè)薄膜干涉現(xiàn)象。光的一種干涉圖樣，是一些明暗相間的同心圓環(huán)。例如用一個(gè)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(shí)，可以看到接觸點(diǎn)為一暗點(diǎn)，其周圍為一些明暗相間的彩色圓環(huán)；而用單色光照射時(shí)，則表現(xiàn)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(diǎn)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。

在牛頓環(huán)的示意圖上，下部為平面玻璃（平晶），A為平凸透鏡，其曲率中心為O，在二者中部接觸點(diǎn)的四周則是平面玻璃與凸透鏡所夾的空氣氣隙。當(dāng)平行單色光垂直入射于凸透鏡的平表面時(shí)。在空氣氣隙的上下兩表面所引起的反射光線形成相干光。光線在氣隙上下表面反射（一是在光疏媒質(zhì)面上反射，一是在光密媒質(zhì)面上反射）。

二、牛頓環(huán)的產(chǎn)生機(jī)理

我們知道，不管是電阻式觸摸屏，還是液晶顯示器，支撐主體都是兩塊ITO玻璃或一塊ITO玻璃，一塊ITOFILM，如果有一面材料產(chǎn)生形變，材料ITO內(nèi)表面產(chǎn)生一個(gè)曲率半徑的曲面，跟平常物理光學(xué)里講的產(chǎn)生牛頓環(huán)的凸透鏡與平面鏡內(nèi)表面的效果是一樣的，牛頓環(huán)同樣是體現(xiàn)了光線在相對的兩個(gè)表面因反射光線與入射光線光程差與波長間的關(guān)系。它同樣的，會(huì)因?yàn)楣獬滩畹脑龃螅簿褪莾杀砻骈g的距離增加，牛頓環(huán)的間距也會(huì)增大。5FI》T=QF在實(shí)際生產(chǎn)過程中，不管電阻式觸摸屏也好，液晶顯示器也好，都會(huì)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(shù)稍有差離，那么這種距離差就沒法消除，這樣就讓兩個(gè)表面的產(chǎn)生一定的中間向內(nèi)凹陷，這樣光線在兩個(gè)表面間的光程差就會(huì)產(chǎn)生不一樣，在入射光與反射光的互相干涉過程中，就會(huì)按不同的光程差區(qū)域選擇出不同的波長出來，顯現(xiàn)出對應(yīng)波長的顏色。

三、實(shí)際生產(chǎn)中牛頓環(huán)產(chǎn)生的地方與原因

在液晶顯示器模塊中，有三種地方最容易產(chǎn)生牛頓環(huán)：

1、液晶顯示器內(nèi)部產(chǎn)生的彩虹

液晶顯示器的盒厚一般都在10微米以下，如果里面的空間粒子數(shù)量不夠，或分布不均勻，或是外框與內(nèi)部支撐的空間粒子直徑搭配不適合工場設(shè)計(jì)的工藝，都會(huì)產(chǎn)生彩虹缺陷。另一個(gè)主要的產(chǎn)生原因是，成盒過程中，盒內(nèi)被超過空間粒子直徑的外物所污染，這也是液晶顯示器工場對于潔凈環(huán)境管控十分嚴(yán)厲的緣由。

平凸透鏡和平面透鏡之間的空間薄膜的距離為e，平凸透鏡曲率半徑為R。

2、液晶顯示器與電阻式觸摸屏之間的水波紋（也叫水紋）

這種水波紋，同樣是牛頓環(huán)中的一種，特別是電阻式觸摸屏動(dòng)作時(shí)，加在電阻式觸摸屏上的外界壓力引起電阻式觸摸屏下表面彎曲變形時(shí)，會(huì)隨著力度的變化，牛頓環(huán)的色彩半徑也會(huì)移動(dòng)、生成或消失，就跟水面投進(jìn)石子產(chǎn)生的水波紋一樣，所以這種牛頓環(huán)也叫水波紋或水紋，表現(xiàn)出來是會(huì)隨動(dòng)作地點(diǎn)和動(dòng)作壓力的變化而變化。

3、電阻式觸摸屏內(nèi)部的牛頓環(huán)（也叫彩虹紋）電阻式觸摸屏在生產(chǎn)過程中，為了產(chǎn)生一個(gè)觸動(dòng)區(qū)域的變形量，外框的高度一般要比里面的支撐點(diǎn)高出很多，如果印制水性粘膠做外框的話，一般高度在50~70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(diǎn)，一般不到25微米，如果使用直徑30~45微米的DOT，支撐點(diǎn)最后的成型高度也只有15~25微米左右。加上電阻式觸摸屏的操作面，同樣是為了產(chǎn)生一個(gè)觸動(dòng)區(qū)域的變形量，一般都是ITOFILM，材質(zhì)是柔性的。這樣，如果生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)控制不精確，不用動(dòng)作操作，處于產(chǎn)品靠中間部分的ITOFILM，自己都會(huì)塌陷，貼在支撐點(diǎn)上，產(chǎn)生曲面變形，這樣，入射光線與兩個(gè)ITO內(nèi)表面的反面光線產(chǎn)生干涉，便形成了牛頓環(huán)。

四、如何測算預(yù)防牛頓環(huán)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)參數(shù)

在實(shí)際生產(chǎn)中，如何有效的防止牛頓環(huán)的產(chǎn)生，同樣可以根據(jù)牛頓環(huán)的光學(xué)規(guī)律進(jìn)行預(yù)防。

在我們開始設(shè)計(jì)產(chǎn)品這初，可以根據(jù)產(chǎn)品外形尺寸，計(jì)算出內(nèi)外框的高度數(shù)值是多少時(shí)，牛頓環(huán)的暗環(huán)內(nèi)環(huán)半徑，會(huì)落在產(chǎn)品尺寸以外，這樣就可以優(yōu)化出自己的設(shè)計(jì)參數(shù)。（如何計(jì)算及原理公式，可參考附件《等厚干涉實(shí)驗(yàn)》）

當(dāng)然，上面這種方法只是理論上的驗(yàn)證，實(shí)際上，如果真正的按照計(jì)算數(shù)據(jù)，我們就無法做出客戶需求的產(chǎn)品了，不過這種計(jì)算，可以指導(dǎo)我們在生產(chǎn)中，如何盡量靠近理論數(shù)值。有人會(huì)說，那計(jì)算出來的不一定準(zhǔn)確，生產(chǎn)中又不能避免，就沒有更好的辦法了嗎？有，還是參考附件《等厚干涉實(shí)驗(yàn)》的方法，用顯微鏡或千分尺來測出你的上膜往下變形偏移多少時(shí)，牛頓環(huán)就出現(xiàn)了，再算出你的牛頓環(huán)出現(xiàn)時(shí)最小的中間空間粒子或支撐點(diǎn)的厚度，如果與壓力計(jì)一起配合，還能測出產(chǎn)品出現(xiàn)牛頓環(huán)時(shí)，所受的壓力是多少。所以問題的出現(xiàn)，先從試驗(yàn)方法上論證，再從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上驗(yàn)證，再從工藝參數(shù)上調(diào)整。

五、如何從工藝上預(yù)防牛頓環(huán)的產(chǎn)生

1、液晶顯示器的彩虹

彩虹缺陷可以很快的用顯微鏡找到根源，如果是點(diǎn)狀的，可以在顯微鏡下看到三種情況：空間粒子數(shù)量少，空間粒子聚集結(jié)團(tuán)，盒內(nèi)異物。這樣的缺陷，就按觀察到的現(xiàn)象，可以馬上從調(diào)整前面空間粒子撒布機(jī)的參數(shù)，空間粒子撒布段與組合段的環(huán)境潔凈維護(hù)兩方面進(jìn)行預(yù)防。

如果是整個(gè)液晶顯示器都是彩虹，那要么是外框和盒內(nèi)部空間粒子搭配錯(cuò)誤，要么是盒內(nèi)空間粒子數(shù)量不夠或沒有。這樣的缺陷，可能檢查前面空間粒子撒布的工藝材料參數(shù)，粒子檢測數(shù)據(jù)上，調(diào)整參數(shù)進(jìn)行預(yù)防。

2、電阻式觸摸屏與液晶顯示器間的水波紋

要防止水波紋的產(chǎn)生，一是增加電阻式觸摸屏的強(qiáng)度，比如說原來是用PC基材的換成受力更大的壓加力或玻璃材質(zhì)，或者是由原來薄的基材，換成厚的基材。這也是為什么尺寸超過一定的電阻式觸摸屏產(chǎn)品就要用2MM厚度的玻璃或強(qiáng)化玻璃的原因之一。所有的設(shè)計(jì)參數(shù)變化，都是有道理的，并不是從外面瞎抄就能抄到的，如果不明原理瞎抄，要么浪費(fèi)你的材料和品質(zhì)成本，要么無法避免自己潛在的品質(zhì)缺陷與產(chǎn)品良品率其次是可以在滿足客戶要求的情況下，電阻式觸摸屏與液晶顯示器之間的組裝雙面膠選用更厚的厚度，讓牛頓環(huán)的暗環(huán)移到產(chǎn)品尺寸之外。或者在電阻式觸摸屏與液晶顯示器的組裝面也印制上支撐點(diǎn)，把外來壓力通過支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)移到液晶顯示器和主板外殼上，減少電阻式觸摸屏的變形量，預(yù)防牛頓環(huán)，也就是水波紋的產(chǎn)生。如果能夠滿足產(chǎn)品的顯示需求，在能接受顯示效果的條件，也可以把電阻式觸摸屏與液晶顯示器組合面液晶顯示器上的偏光片換成防眩偏光片。注意，防眩偏光片的近觀顯示效果比普通偏光片顯示效果要差很多，特別是QVGA以上液晶顯示器，如果更換后，顯示圖案的精細(xì)度、反應(yīng)速度和對比度，都會(huì)明顯下降，所以一定要最終客戶確定顯示效果后才能更換

3、電阻式觸摸屏的牛頓環(huán)

電阻式觸摸屏的牛頓環(huán)預(yù)防起來確實(shí)要比較麻煩，因?yàn)槎鄶?shù)電阻式觸摸屏的操作面，采用了柔性的ITOFILM基材。

預(yù)防電阻式觸摸屏的牛頓環(huán)，首先要在ITOFILM調(diào)質(zhì)處理過程中，選擇好適合自己的工裝治具和設(shè)備的調(diào)質(zhì)處理參數(shù)，讓ITOFILM各部分同步收縮，不產(chǎn)生因收縮不均勻產(chǎn)生的不平整，或把裝載治具上的不平整轉(zhuǎn)移到ITOFILM上。這種因ITOFILM調(diào)質(zhì)處理沒做好而產(chǎn)生的牛頓環(huán)，有個(gè)很明顯的特點(diǎn)，如果是組合再分粒的產(chǎn)品，組合好后看不到牛頓環(huán)，但在產(chǎn)品分粒后48小時(shí)左右就會(huì)出現(xiàn)

支撐點(diǎn)的高度控制，也是預(yù)防牛頓環(huán)的主要方式，通過上面的計(jì)算，可以看出，去撐點(diǎn)的高度超過一定的數(shù)值，就會(huì)很難形成了，或都是間距很大，被淡化了，所以我們一定要保證一定的支撐點(diǎn)高度

支撐點(diǎn)的高度肯定與支撐點(diǎn)附著面積有一定的關(guān)系，在同樣的條件下，高度越高，支撐點(diǎn)附著面積也越大，對于一些精細(xì)畫質(zhì)的液晶顯示器來說，像素大小可能只有60到90微米，如果一個(gè)支撐點(diǎn)大小超過像素大小的一半以后，那么這個(gè)像素就會(huì)產(chǎn)生顯示畸變，在一定的距離上觀察，能把整個(gè)支撐點(diǎn)布局從顯示畫面上顯現(xiàn)出來。為了解決這一問題，日本廠家在窄邊設(shè)計(jì)的小尺寸產(chǎn)品中，使用模具或加墊片組合的方式，讓產(chǎn)品填充空氣，人為的增加產(chǎn)品內(nèi)表面間的距離，即避免了牛頓環(huán)的出現(xiàn)，也不用為外框設(shè)計(jì)十分復(fù)雜又難制作的通氣通道，同時(shí)也可以設(shè)計(jì)出附著面積很小的支撐點(diǎn)來充氣方式的缺陷是，不能用在溫差變化劇烈的環(huán)境里或大尺寸產(chǎn)品中。特別是印制水性粘膠的產(chǎn)品，由于又是窄邊設(shè)計(jì)，又難以操作，造成粘結(jié)力不足。在溫度劇烈變化后，很容易造成漏氣，漏氣后，避免牛頓環(huán)作用就沒了。很多廠商的產(chǎn)品在出廠前放在自己恒溫倉庫沒有問題，拿到客戶的普通倉庫放置一個(gè)星期，或干脆只是經(jīng)過了汽車運(yùn)輸，產(chǎn)品就出現(xiàn)的牛頓環(huán)現(xiàn)象，就是這個(gè)原因。所以充氣并不是對付牛頓環(huán)一招鮮的祖?zhèn)髅胤剑绻豢紤]產(chǎn)品的使用條件與環(huán)境，再加上其他的輔助工藝配合的話，起不到真正的作用。電阻式觸摸屏敏感區(qū)的牛頓環(huán)，同樣是各個(gè)工藝材料厚度的組合以及FPC熱壓溫度壓力參數(shù)不合適產(chǎn)生的，基本上可以調(diào)整FPC材料厚度和熱壓參數(shù)就可以解決

至于一些觀看距離比較遠(yuǎn)的大尺寸顯示器產(chǎn)品，因?yàn)橄袼爻叽缫脖容^大，完全可以用50到60微米大小的支撐點(diǎn)，除非是支撐點(diǎn)印制不均勻或支撐點(diǎn)高度塌陷，一般不會(huì)出現(xiàn)牛頓環(huán)現(xiàn)象了。

六、牛頓環(huán)的應(yīng)用

判斷透鏡表面凸凹、精確檢驗(yàn)光學(xué)元件表面質(zhì)量、測量透鏡表面曲率半徑和液體折射率。

在加工光學(xué)元件時(shí)，廣泛采用牛頓環(huán)的原理來檢查平面或曲面的面型準(zhǔn)確度。

應(yīng)用于光譜儀、把復(fù)合光分離成單色光的組成。