O que é um painel sensível ao toque?

Os painéis touchscreen contribuem significativamente para a percepção de qualidade e usabilidade geral de um dispositivo móvel. Painéis sensíveis ao toque são um meio principal pelo qual os usuários interagem com seus computadores móveis, controlando tudo, desde a navegação até a entrada. Portanto, a capacidade de resposta, a sensibilidade e o design da interface desses painéis sensíveis ao toque podem influenciar significativamente a experiência do usuário com o dispositivo, afetando a percepção da sua qualidade e usabilidade. Através da inovação persistente, esses componentes têm crescido em capacidade e complexidade.

Muitos fabricantes de painéis sensíveis ao toque estão empenhados em procurar novas tecnologias e melhorar as existentes. Este compromisso visa atender às crescentes necessidades dos clientes em aplicações e ambientes novos e inovadores.

Tipos de Painéis Táteis

Muito antes da disseminação em massa de smartphones de consumo, o uso de painéis sensíveis ao toque se popularizou para controlar assistentes digitais empresariais (EDAs).

Referidos como “painéis sensíveis ao toque”, “ecrãs sensíveis ao toque” ou “digitizadores”, estes componentes fazem parte do grupo de sensores que traduzem a posição de uma entrada num espaço de referência físico para uma entrada num espaço digital.

Esses sensores são frequentemente transparentes e integrados com telas LCD para criar a interface de usuário sensível ao toque (touch UI) agora presente em todos os lugares, desde automóveis até termostatos domésticos. Os tipos de painéis sensíveis ao toque presentes nos produtos atuais podem ser separados em dois grupos: resistivos e capacitivos.

1. Painéis Táteis Resistivos

A tecnologia de detecção de toque resistivo já existe há um tempo relativamente longo. Este tipo de painel sensível ao toque é comumente utilizado pela sua simplicidade de construção, durabilidade e flexibilidade ambiental.

Como o nome sugere, um painel tátil resistivo detecta a posição convertendo a compressão física do painel tátil em alterações na resistividade.

Design e funcionalidade de painéis táteis resistivos

Um painel de toque resistivo é construído a partir de duas películas, que são separadas por uma folga de ar. Ambos os filmes têm superfícies eletricamente condutoras que ficam frente a frente.

Cada uma das superfícies condutoras detecta a posição em uma orientação; por exemplo, a película superior pode detectar a posição vertical e a película inferior pode detectar a posição horizontal. Quando uma força de entrada é aplicada ao painel sensível ao toque, a película superior colaba internamente além da folga de ar para fazer um contato físico com a superfície condutora inferior.

A conexão elétrica resultante altera o valor da resistência nas superfícies condutoras superior e inferior. Um microcontrolador dentro do dispositivo mede esse novo valor de resistência como uma mudança de tensão, que corresponde a uma nova posição vertical e horizontal. A medição das superfícies condutoras superior e inferior ocorre muitas vezes por segundo para rastrear a entrada, como um estilete, à medida que é movido pelo painel sensível ao toque.

Limitações do Painel Táctil Resistivo

Microfissuras e desgaste mecânico

Como um painel de toque resistivo depende do movimento físico da camada superior para criar uma conexão elétrica, este tipo de painel de toque é suscetível ao desgaste mecânico. Esse desgaste mecânico ocorre porque cada movimento físico da camada superior causa pequenas microfissuras na superfície condutora.

Quando essas microfissuras crescem o suficiente para interromper a conexão elétrica entre as películas superior e inferior, o painel sensível ao toque pode desenvolver regiões inoperáveis ou parecer responder em um local diferente do que foi ativado. Os painéis de toque resistivo que apresentam esses sintomas estão fisicamente desgastados.

Dependências de Microfissuras

As causas e o período de formação dessas rachaduras dependem de muitos fatores, incluindo:

• A força usada para comprimir as películas (às vezes chamada de força de ativação)
  
• As condições de temperatura durante a compressão

A geometria do objeto usado para comprimir os filmes (estilete, dedo ou outro objeto), conforme descrito abaixo:

Uma causa comum de microfissuração acelerada é o uso de uma caneta esferográfica para ativar um painel sensível à pressão resistivo.

A ponta de uma caneta esferográfica comum consiste numa esfera de aço com um diâmetro aproximado de 0,5 mm. Esta bola de aço é mais dura e menor do que a ponta de um computador móvel, que é feita de plástico e tem um diâmetro de cerca de 1,6mm.

Quando um instrumento de diâmetro pequeno, como uma caneta esferográfica, é utilizado, mesmo as forças de ativação típicas (250-450 gramas) podem resultar em grandes tensões na camada condutora. Essa alta tensão leva à formação acelerada de microfissuras.

Danos adicionais são causados quando a bola de aço duro também deixa arranhões na camada superior comparativamente mais macia do painel sensível ao toque.

Vantagens do Painel Táctil Resistivo

Os benefícios que contribuem para a relevância contínua dos painéis táteis resistivos incluem os seguintes:

A capacidade deles de detectar a entrada do usuário apesar das condições ambientais variáveis. A dependência de contato físico com, e subsequente compressão da, camada superior cria um sensor que é difícil de ativar acidentalmente. Gota de chuva, neve ou outras precipitações não produzem força suficiente para comprimir a camada superior do painel sensível ao toque; portanto, essas condições ambientais não afetam a operação.

A dependência do contato físico permite que o painel sensível ao toque seja ativado por usuários usando qualquer tipo de luva que permita a aplicação de força adequada para comprimir a camada superior.

2. Painéis Táteis Capacitivos

O esquema de ativação baseado em força utilizado por painéis táteis resistivos é robusto e permite flexibilidade ambiental, mas não permite múltiplas entradas táteis. O painel tátil capacitivo (projetivo) foi desenvolvido para permitir entradas multitoque e, como resultado, cria uma interface de usuário mais intuitiva.

Entradas por gestos, como o toque para ampliar, reduzem o número de etapas necessárias para realizar interações com o dispositivo e simplificam a interface do usuário. Essa simplificação para o usuário final vem à custa de uma maior complexidade, tanto no hardware do painel sensível ao toque quanto nos níveis do software de controle.

Design e funcionalidade dos painéis táteis capacitivos

Um painel tátil capacitivo é um sensor sem contato que utiliza alterações na capacitância para medir a posição da entrada. O painel sensível ao toque consiste em dois subcomponentes principais: o sensor e a cobertura de vidro.

Estruturalmente, o sensor pode ser construído em filmes de vidro ou de polímero flexível; para fins ilustrativos, este documento descreve apenas painéis táteis que utilizam sensores de filme.

Assim como um sensor de toque resistivo, o sensor capacitivo consiste em duas películas. Cada película capta a entrada em uma única orientação; seja ao longo do eixo horizontal ou vertical. Para uma única orientação, a superfície condutora da película é gravada para criar um padrão de grade de células condutoras. Cada célula projeta um campo eletrostático acima da superfície do sensor.

Como um objeto condutor, como um dedo humano, é trazido para o campo eletrostático projetado, alguma carga é acoplada capacitivamente ao objeto. Um microcontrolador então mede a nova capacitância como uma mudança de tensão, que é então convertida em uma posição no painel sensível ao toque e, por fim, no visor.

Circuito integrado de microcontrolador e firmware

Como essa técnica mede cada célula condutora de forma independente, várias vezes por segundo, todos os painéis táteis capacitivos exigem um CI de microcontrolador especializado. O firmware executado por este IC pode controlar muitos detalhes da função do painel sensível ao toque. Isto inclui a distância do sensor em que um objeto condutor será registrado como toque (sensibilidade), o tamanho do objeto que será registrado como toque (resolução) e a frequência com que a posição será atualizada. Firmware e circuitos integrados especialmente ajustados interagem com o sistema operacional do dispositivo móvel de maneiras diferentes; portanto, alterações nesses itens geralmente exigem atualizações do driver do sistema operacional.

Limitações do Painel Táctil Capacitivo

O modo de falha mais difícil de prevenir em painéis táteis capacitivos é o dano causado por impactos pontuais. Os impactos por pontiaguda ocorrem de várias maneiras, mas mais frequentemente quando um dispositivo é derrubado em uma superfície irregular, como cascalho ou asfalto.

Quando um dispositivo é derrubado com a face voltada para baixo, pequenas saliências na superfície de impacto entram em contato com o painel sensível ao toque. Como tais saliências têm uma área de contato muito pequena, a tensão local no painel tátil pode atingir níveis suficientemente altos para rachar até mesmo vidros com fortalecimento químico. Esses tipos de falhas podem ser minimizados por meio do design do dispositivo, mas continuam sendo um dos principais fatores que contribuem para os danos gerais aos painéis capacitivos sensíveis ao toque.

Vantagens do Painel Táctil Capacitivo

Otimização de Desempenho

O design do padrão do sensor, o CI controlador e o firmware do controlador contribuem para as características gerais de desempenho dos painéis sensíveis ao toque. Esses fatores podem ser ajustados para permitir que o painel sensível ao toque funcione em diversos ambientes, como em ambientes chuvosos ou quando o objeto de entrada não é condutor (uma mão com luva).

Ajustar apresenta um problema de otimização complexo em que o desempenho pode ser melhorado, mas nem sempre tornado impecável. Os painéis sensíveis ao toque podem ser especificamente otimizados para ambientes conhecidos do cliente para maximizar a flexibilidade.

Nesta área de inovação contínua por parte dos fornecedores de painéis sensíveis ao toque, os novos produtos irão aproveitar as melhores soluções possíveis para atender aos seus clientes.

Resistência Mecânica e Resiliência

Enquanto o sensor em si fornece o aspecto funcional de um painel sensível ao toque capacitivo, o vidro da cobertura oferece estrutura e resiliência mecânica. O vidro de cobertura é frequentemente duas vezes mais espesso que o sensor, embora em algumas aplicações industriais seja ainda maior.

O sensor e o vidro da cobertura são normalmente laminados juntos usando adesivo opticamente transparente (OCA), o que confere ao sensor uma resistência mecânica uniforme. A resistência do vidro de cobertura melhorou na última década com a introdução do vidro "químico reforçado". Este tipo de vidro aumenta a capacidade do painel táctil de dobrar sem se quebrar e também resiste a arranhões. A resistência à flexão é uma propriedade importante no desenvolvimento de um produto que precisa suportar quedas de diversas alturas.

Durante as quedas, a estrutura de um produto se deforma, fazendo com que o painel de toque se curve; painéis de toque fabricados com vidro quimicamente reforçado conseguem suportar maiores quantidades de curvatura sem desenvolver rachaduras no vidro externo. Além disso, o vidro temperado possui uma maior dureza superficial em comparação com o vidro não temperado; isso resulta em um grau comparativamente maior de resistência a arranhões.

Existem muitos fabricantes de vidro temperado quimicamente, mas o Corning Gorilla Glass é atualmente considerado o mais resistente.

Os fabricantes continuam a selecionar o tipo de painel sensível ao toque usado em novos produtos com base no feedback dos seus clientes. As tendências atuais apontam para uma necessidade do cliente por interfaces de usuário intuitivas e flexibilidade ambiental. Essas necessidades fizeram com que o painel tátil capacitivo (que permite a rejeição de água e a operação com luvas) dominasse o atual roteiro do produto. Consequentemente, a integração de painéis táteis resistivos tem diminuído, embora continuem a desempenhar um papel de nicho para dispositivos que utilizam interfaces de usuário de baixa complexidade.

Criamos um guia mais detalhado sobre os tipos e tecnologias de painéis sensíveis ao toque.