设计低反射率触摸屏显示器以实现阳光下的可读性

什么会影响触摸屏显示器在阳光下的可读性？

将触摸传感器放置在显示器顶部会增加设备的整体反射率，这会直接影响显示器在明亮条件下的可读性，尤其是在阳光明媚的户外。这不仅会影响经常在户外使用的移动设备，还会影响汽车显示器、ATM、船舶应用、导航设备等等。

本文概述了触摸显示系统的反射率与其阳光下可读性之间的关系，并解释了影响反射率的参数。将讨论如何降低反射率的不同方法，并在有效性和成本方面进行比较。

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实现阳光下可读性的方法

为了使显示器在具有非常明亮的环境光的环境中可读，显示器的亮度（即显示器发出的光的强度）需要超过在显示器表面上反射的光的强度。换句话说，如果反射光的强度接近显示器的亮度，显示器的对比度就会降低到显示器可读性降低到无法接受的程度。如果总反射率较高，则显示屏根本无法读取。为了保持可读性，显示亮度需要超过反射光至少 2.5 倍。军用规格要求系数至少为 4，有些甚至需要 6。

在阳光直射的晴天，环境亮度约为 6000 cd/m 2，包括触摸传感器的显示系统在没有任何特殊反射降低措施的情况下的典型反射率约为 14%。这意味着在这种表面上反射的光将为 6000 x 0.14 = 780 cd/m 2。在这些条件下，亮度约为 350 cd/m 2 的典型消费类显示器将无法读取。

调整显示亮度

一种解决方案是将显示亮度提高到 2000 cd/m 2 以上。尽管理论上可行，但这需要更多的背光 LED（或其他光源）和/或更高的驱动电流，从而导致高功耗、过度散热、尺寸增加和寿命缩短。这对于移动设备来说是不可接受的，但即使对于固定应用或车载显示器，由于上述原因，显示器亮度通常也被限制在 1000 cd/m 2。

降低系统反射率

使这些显示器在阳光下可读的另一种方法是将它们的反射率降低到确保反射光强度显着低于显示器亮度的水平。仅降低表面反射率是不够的，因为入射光不仅会在顶面反射。不同材料的底层也有助于全反射，因为光也在具有不同折射率的两种不同材料的界面处反射。因此，向显示器添加触摸传感器会增加系统的总反射率。

反射源

如上所述，在没有任何反射减少措施的情况下，触控显示系统的总反射率约为 14%。这样的系统包括三个玻璃/空气界面：覆盖透镜的顶面、传感器的底面和显示器的顶面，每个界面对总反射率的贡献约为 4.5%。还有一些内部界面，但是，这些界面不会显着增加总反射率，因为这些层组成的材料（玻璃、ITO、粘合剂）的折射率彼此非常相似。因此，减少反射率的措施主要集中在玻璃/空气界面。

减少反射的方法

A. 通过增透膜或镀膜降低顶面的反射率

可以通过应用增透膜或层压增透膜或任何其他具有增透特性且还具有其他用途（例如防眩光、防污、抗剥落、极化）。最终的顶部反射率可以降低到 1% 到 2.5% 之间的值，这取决于所使用的薄膜类型，或者在增透膜的情况下，取决于涂在表面上的层数。正如人们所料，薄膜或涂层的反射率值越低，其成本就越高。

B. 减少气隙的反射

传感器底部和显示器顶部的另外两个玻璃/空气界面的反射率可以通过下面列出的四种不同方法来降低。为便于比较，下面提供的系统反射率值是基于没有在顶面上应用反射率降低措施的假设。

1. 光学贴合

显示器和电容式触控面板的光学粘合：这是通过用透明粘合剂填充显示器和传感器之间的间隙来实现的。因此，消除了两个较低的玻璃/空气界面，从而将总反射率降低到大约 5%。然而，光学粘合需要付出高昂的代价。它需要非常特殊类型的液体或薄膜粘合剂，这些粘合剂非常昂贵，并且层压两个昂贵组件（显示器和触摸传感器）的生产良率对总成本的贡献很大。对于中小型显示器（最大 12 英寸），光学粘合的估计成本约为每对角英寸 1.00 美元。

2. 顶面线性偏光片

在顶部表面层压线性偏光片：由于偏光片有效地只允许一半的阳光通过，因此在该偏光片下方的所有界面反射的光强度也将减少一半。这意味着发生在该表面下方的反射率部分从 9.5% 降低到 4.75%，减少了约 50%，当添加表面反射率时，总反射率约为 9.25%。这种解决方案的主要缺点是表面是一层薄膜，远没有玻璃表面那么硬，整体显示亮度会被偏光片降低，即使它的偏振与显示器的偏振相匹配。

3. AR薄膜和显示偏光片

在传感器的底面上层压 AR 膜并将显示偏光片更改为低反射版本：这将每个空气/玻璃界面的反射率降低到 2% 以下，从而导致总反射率约为 8%。此解决方案没有相关的特定缺点。

4. 顶面圆偏光片

在顶面上层压圆偏振器：通过圆偏振器的光变为圆偏振。当这种圆偏振光在表面反射时，它会将偏振方向改变 180 度，并在返回观察者的途中被顶部圆偏振器完全阻挡。这意味着，圆偏振器下方的任何表面都不再对系统的总反射率做出贡献。因此，只有 4.5% 的顶面反射率对整体表面反射率有贡献。圆偏光片除了价格昂贵外，主要的缺点是对视角的影响。由于线性显示偏光片和顶部圆偏光片的不匹配，显示在某些视角下变得不可见。

概括

与入射环境光在不同界面反射的方式类似，显示器发出的光线在相同界面反射的程度相同。这导致顶部表面的亮度低于显示表面的亮度。因此，为减少环境光反射而实施的任何反射减少措施也有助于增加触摸屏显示系统的有效亮度，因为显示光的较小部分受到全内反射。