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系統識別號 U0026-1808201416044600
論文名稱(中文) 挫曲與後挫曲分析於觸控面板結構功能失效之研究
論文名稱(英文) Buckling and Post-Buckling Analyses for Functional Failures Investigation of Touch Panels
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 機械工程學系
系所名稱(英) Department of Mechanical Engineering
學年度 102
學期 2
出版年 103
研究生(中文) 莊昌鑫
研究生(英文) Chang-Hsin Chuang
學號 N16011419
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 173頁
口試委員 指導教授-陳國聲
口試委員-陳鐵城
口試委員-屈子正
中文關鍵字 觸控面板  ITO/PET薄膜  挫曲  薄板力學  有限元素分析 
英文關鍵字 Touch panels  Buckling  Finite element analysis  Rectangular plate theory  Elastomers 
學科別分類
中文摘要 觸控面板是由不同材料所組成之複雜結構,由於結構內部不同材料間材料性質的差異,使得內部元件結構在嚴苛的製程與封裝環境下產生變形且連帶影響裝置,進而造成面板表現度不佳之問題,導致觸控面板失效。因此,觸控面板結構之可靠度是一重大關鍵,若能預測其結構之挫曲行為,並提供其特徵值之比較關係,則將提供業者設計元件相當重要之資訊。本文之研究目標主要希望藉由一有系統之失效分析流程,針對面板結構所面臨之錯誤定位觸發及功能性之觸控定位精度進行討論,以提供面板失效性問題之有效改善。本論文從板殼力學的觀點出發,配合有限元素軟體建構虛擬模型結構以進行相關模擬。針對觸控面板進行簡化之工作後,分別探討ITO/PET薄膜與橡膠密封墊片結構之關聯性與其各別受力行為之討論。本文討論橡膠密封墊片結構之壓縮率與其輸出剪應力之關係,並提出降低蒲松比之想法,以降低提供給ITO/PET薄膜之作用力;ITO/PET薄膜結構方面,利用多種施力型式以估計該結構之特徵值,並比較在不同邊界條件下能承受之挫曲臨界負載值之比較。在本研究中,將建立實驗系統以進行觸控面板之高程量測,並利用有限元素軟體以相同之施力與環境條件進行後挫曲之模擬比對,最後再提出降低材料剛性之想法,以減少失效發生之機會。此外,在觸控面板內部元件之功能性探究方面,本文將利用有限元素軟體進行觸控面板之定位精度模擬,並以內部之間隔球間距作為參數變因,討論其觸控之最佳化範圍,以供開發者設計方針,縮短開發時間。
英文摘要 Thin ITO-based PET conductive membranes are the major sensing structure in resistive touch panels for network phones or other applications. However, device failures such as early touch and false trigger have been reported. By examining the surface profiles, it was found that these membranes have considerable initial out of plane deformation. This could be a sign of membrane buckling and post-buckling since the clamped design could causing additional in-plane compression which could triggering the structural buckling. As a result, it is important to analyze the buckling behavior of ITO/PET membranes due to assembly issues, for developing engineering solutions and quality assurance. In this work, both FEA and essential experimental characterizations are performed toward solving this problem. This work mainly focuses on the buckling behavior by considering the effect of the the elastomer (Gasket) and the compliance of double side glues (DSG) which associating post-buckling behavior. In parallel, experimental investigations have been conducted for characterizing material properties of the membrane, elastomer, and adhesion tapes, for supporting the buckling and post-buckling analyses. By validating investigations, the major control factor for causing malfunction of touch panel could be identified and the corresponding engineering solutions would be developed for enhancing the device reliabilities. Moreover, in this work, it also uses FEA to research the functional internal components of the touch panel for positioning accuracy. As a result, it suggests the optimal design guidelines to touch panel designers for shortening their development time.
論文目次 目錄
摘要 I
Extend Abstract II
誌謝 IX
目錄 XI
表目錄 XVI
圖目錄 XVII
符號說明 XXIV
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 商業化的觸控面板結構 3
1.2.1 遭遇問題之假設與討論 5
1.3 研究動機與目的 7
1.4 研究方法 9
1.5 全文架構 12
第二章 研究相關背景 15
2.1 本章介紹 15
2.2 觸控面板介紹 17
2.3 平板力學理論-薄板彎撓問題 26
2.4 平板挫曲與後挫曲理論 30
2.5 橡膠密封墊片之超彈理論介紹 34
2.6 有限元素分析 36
2.6.1 有限元素法 36
2.6.2 板殼元素分析 38
2.6.3 挫曲與後挫曲之分析 39
2.7 本章結論 42
第三章 有限元素模型建立 43
3.1 本章介紹 43
3.2 建立觸控面板系統之有限元素模型 45
3.2.1 橡膠密封墊片 47
3.2.2 觸控面板之ITO/PET薄膜 48
3.3 有限元素模型收斂性分析 53
3.3.1 橡膠密封墊片有限元素模型 53
3.3.2 ITO/PET薄膜有限元素模型 55
3.4 觸控面板材料之測試 57
3.4.1 單軸拉伸實驗 58
3.4.2 PET雙面膠帶之體積受熱測試 60
3.5 連結橡膠密封墊片分析與觸控面板有限元素模型 62
3.6 本章結論 64
第四章 觸控面板挫曲分析 65
4.1 本章介紹 65
4.2 挫曲分析(橡膠密封墊片) 67
4.2.1 ITO/PET薄膜之施力種類介紹 68
4.2.2 ITO/PET薄膜之施力模擬結果 70
4.2.3 初步討論與結果 80
4.3 挫曲分析 (PET 雙面膠) 81
4.3.1 ITO/PET薄膜之施力種類介紹 82
4.3.2 ITO/PET薄膜之施力模擬結果 83
4.3.3 初步結果與討論 86
4.4 原始量測資料之比較與驗證 87
4.4.1 初步結果與討論 92
4.5 本章結論 93
第五章 觸控面板撓曲實驗系統建立 94
5.1 本章介紹 94
5.2 實驗系統設計概念 96
5.3 實驗系統建立與初始驗證 100
5.4 實驗計畫 105
5.5 本章結論 107
第六章 觸控面板撓曲測試與後挫曲分析之比較 108
6.1 本章介紹 108
6.2 實驗與後挫曲分析之計畫 110
6.2.1 後挫曲有限元素模型之分析 111
6.3 實驗量測結果 115
6.3.1 實驗量測數據之修正 115
6.3.2 實驗量測數據之結果 116
6.4 實驗結果與模擬之比較 118
6.5 本章結論 125
第七章 觸控面板內部元件之功能性探討 126
7.1 本章介紹 126
7.2 二維與三維之模型之觸控精準度比較 128
7.3 觸控面板內部元件之定位精度 133
7.3.1 模擬目的 133
7.3.2 模擬介紹 135
7.3.3 模擬結果 136
7.4 觸控面板挫曲現象之定位精度 142
7.5 本章結論 145
第八章 結論與未來展望 146
8.1 全文歸納 146
8.2 全文結論 148
8.3 本文貢獻 150
8.4 未來展望與未來工作 152
參考文獻 157
附錄A 觸控面板材料測試實驗之詳細資訊 161
附錄A.1 單軸拉伸試驗 161
附錄A.2 橡膠密封墊片試片加工製作之詳細流程 164
附錄A.3 PET雙面膠之規格與實驗流程 165
附錄B 有限元素模擬分析之挫曲模態 166
附錄B.1 正向壓應力(Edge Force) 167
附錄B.2 邊角正向壓應力(Corner force) 168
附錄B.3 正向壓應力(Shear force) 169
附錄B.4 邊緣壓縮力分布(Whole Side) 170
附錄B.5 邊緣壓縮力分布(Long Side) 171
附錄B.6 邊緣壓縮力分布(Short Side) 172
自述 173

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