В процессе проектирования и производства сенсорных датчиков визуальный артефакт, известный как «муаровый узор», представляет собой серьезную проблему для качества продукции. В этой статье представлен углубленный анализ причин появления муара на сенсорных датчиках и систематически описаны эффективные решения.

1. Что такое муаровый узор и какова его физическая причина?  

Муаровый узор — это визуальное явление в физике. Когда две периодические или квазипериодические картины накладываются под определенным углом, частотой или фазой, возникает новая, более грубая и более грубая интерференционная картина. В контексте сенсорного экрана следующие три элемента объединяются для создания муаровых узоров:  

① Структура сенсорного экрана: будь то традиционная квадратная сетка из ITO (оксид индия и олова) или усовершенствованная металлическая сетка, она по своей сути состоит из множества мелких, регулярно расположенных проводящих элементов, образующих периодический узор.  

② Массив пикселей дисплея: сами ЖК- или OLED-дисплеи состоят из миллионов субпикселей RGB, расположенных в строгой матрице.  

③ Суперпозиция двух: когда сенсор сенсорного экрана плотно прилегает к верхней части дисплея, эти два слоя периодических узоров накладываются друг на друга. Человеческий глаз или камера, выступая в роли «наблюдателя», затем воспринимает этот третий узор — муаровый узор.

2. Конкретный вред, причиняемый муаровыми узорами  

Муаровые узоры ни в коем случае не просто «непривлекательны»; они вызывают ряд каскадных проблем.

●Ухудшение качества изображения: на экране появляются рябь, мерцание или неравномерные цветные полосы, напоминающие водяные знаки, что серьезно ухудшает качество просмотра пользователями. Это особенно заметно при отображении сплошных цветов или полосатых рисунков.

●Вмешательство в работу сенсорного экрана. Для сенсорных технологий, основанных на оптическом распознавании или тонких изменениях емкости, периодические изменения яркости и цвета, вызванные муаровыми узорами, могут быть ошибочно интерпретированы датчиками как сигналы касания, что приводит к дрожанию курсора, ложным касаниям или сбою касания.  

● Снижение воспринимаемого качества продукта. Любые дефекты дисплея часто связаны с проблемами качества продукта, что наносит ущерб репутации бренда и признанию рынка.  

3. Основные стратегии проектирования, позволяющие систематически избегать муаровых узоров  

Предотвращение муара — это систематический инженерный процесс, охватывающий весь жизненный цикл сенсорного экрана — от проектирования и производства до интеграции. Основная идея состоит в том, чтобы нарушить периодичность хотя бы одной из периодических структур.  

Решение 1. Точная настройка физических параметров диаграммы направленности датчика**  

Когда невозможно полностью изменить паттерн, физические параметры можно точно рассчитать и отрегулировать так, чтобы паттерн «избежал» периодичности пикселей дисплея.

●Регулировка шага рисунка.

Принцип: Шаг означает расстояние между повторяющимися элементами рисунка. Используя программное обеспечение для моделирования, найдите шаг датчика, который «наименее совместим» с шагом пикселя целевого дисплея. В идеале шаг сенсора должен быть намного меньше или намного больше шага пикселя, в результате чего частота результирующего муарового узора будет настолько высокой, что он станет неразличим для человеческого глаза. Это требует тесного сотрудничества с производителями дисплеев для получения точных параметров пикселей и обширных итераций моделирования на ранней стадии проектирования.

●Поворот угла диаграммы направленности датчика.

Принцип: поверните шаблон датчика на определенный угол относительно массива пикселей дисплея. Когда две сетки накладываются под углом, отличным от 0⁰ или 90⁰, частота результирующего муарового узора меняется. Обычно небольшой угол (например, 5⁰–15⁰) может значительно уменьшить муаровый узор. Однако слишком большой угол может создать новые оптические проблемы или увеличить сложность маршрутизации.

Решение 2. Оптимизация схемы расположения датчиков — от «обычного» к «случайному»

Это самое фундаментальное и эффективное решение. Изменяя структуру самого шаблона датчика, можно предотвратить сильное периодическое вмешательство в матрицу пикселей дисплея.

●Использование рандомизированной металлической сетки.

Принцип: Откажитесь от традиционных регулярных шаблонов, таких как равносторонние ромбы или квадраты, и вместо этого используйте тщательно разработанные полигональные сетки со случайным расположением узлов (например, диаграммы Вороного).  

Преимущества: поскольку сетка больше не имеет единой доминирующей периодической частоты, она не генерирует стабильные, заметные низкочастотные муаровые узоры при наложении на массив пикселей дисплея. Даже если возникают помехи, результирующие узоры очень мелкие и хаотичные, что затрудняет их обнаружение человеческим глазом и вместо этого проявляется в виде однородного шума.

Проблема: Алгоритмы проектирования случайных структур более сложны и требуют оптимального баланса между электрическими характеристиками (например, однородностью импеданса) и оптическими характеристиками.  

● Создание нестандартных узоров.  

Помимо совершенно случайных узоров, другие апериодические узоры, такие как волнистые, зигзагообразные или фрактальные узоры, также могут эффективно нарушать периодичность.

Решение 3. Оптическая компенсация с помощью материалов и процессов  

① Использование высокоточных материалов: использование новых прозрачных проводящих материалов, таких как серебряные нанопроволоки или углеродные нанотрубки, чьи по своей сути случайные сетчатые структуры обладают антимуаровыми характеристиками. Замена традиционного ITO металлической сеткой позволяет использовать ширину линии всего в несколько микрометров — значительно меньше размеров пикселя — что делает сам рисунок датчика «менее видимым» и тем самым снижает интенсивность помех.

② Оптимизация оптически прозрачного клея OCA. Выбор OCA с показателем преломления, лучше подходящим для стекла и поляризаторов, минимизирует межслоевые отражения, тем самым в определенной степени подавляя муаровые узоры, усугубляемые оптическими помехами.  

Решение 4. Упреждающее моделирование и проверка  

В процессе разработки сенсорных экранов моделирование в первую очередь стало стандартной практикой. Используя профессиональное программное обеспечение для оптического моделирования, разработанный рисунок датчика можно виртуально наложить на пиксели дисплея перед изготовлением пресс-формы, что позволяет прогнозировать и визуализировать потенциальные муаровые узоры. Это позволяет инженерам быстро корректировать параметры и сравнивать различные варианты конструкции на компьютере, существенно экономя время и средства.