¿Qué es una pantalla táctil?

Los paneles táctiles contribuyen en gran medida a la percepción de la calidad y la usabilidad general de un dispositivo móvil. Los paneles táctiles son un medio principal mediante el cual los usuarios interactúan con sus computadoras móviles, controlando todo, desde la navegación hasta la entrada. Por lo tanto, la capacidad de respuesta, la sensibilidad y el diseño de la interfaz de estos paneles táctiles pueden influir significativamente en la experiencia del usuario con el dispositivo, afectando su percepción de la calidad y la facilidad de uso. Gracias a la innovación constante, estos componentes han aumentado su capacidad y complejidad.

Muchos fabricantes de paneles táctiles se comprometen a buscar nuevas tecnologías y a mejorar las existentes. Este compromiso tiene como objetivo satisfacer las crecientes necesidades de los clientes en aplicaciones y entornos nuevos e innovadores.

Tipos de paneles táctiles

Mucho antes de la implementación masiva de los smartphones para consumidores, el uso de paneles táctiles se popularizó para controlar asistentes digitales empresariales (EDA).

También denominados "paneles táctiles", "pantallas táctiles" o "digitizadores", estos componentes forman parte del grupo de sensores que traducen la posición de una entrada en un espacio de referencia físico a una entrada en un espacio digital.

Estos sensores suelen ser transparentes e integrados con pantallas LCD para crear la interfaz de usuario táctil (Display táctil) que ahora está presente en todo, desde automóviles hasta termostatos domésticos. Los tipos de paneles táctiles presentes en los productos actuales pueden dividirse en dos grupos: resistivas y capacitivas.

1. Paneles táctiles resistivos

La tecnología de detección por contacto resistida se ha establecido desde hace un tiempo relativamente largo. Este tipo de pantalla táctil se utiliza frecuentemente por su sencillez de construcción, durabilidad y flexibilidad medioambiental.

Como su nombre indica, una pantalla táctil resistiva detecta la posición convirtiendo la compresión física de la pantalla táctil en cambios en la resistividad.

Diseño y funcionalidad de paneles táctiles resistivos

Un panel táctil resistivo está compuesto por dos láminas separadas por un espacio de aire. Ambas películas tienen superficies conductoras eléctricas que se enfrentan entre sí.

Cada una de las superficies conductoras detecta la posición en una orientación; por ejemplo, la capa superior puede detectar la posición vertical y la capa inferior puede detectar la posición horizontal. Cuando se aplica una fuerza de entrada al panel táctil, la capa superior se pliega hacia adentro más allá de la brecha de aire para establecer un contacto físico con la superficie conductora inferior.

La conexión eléctrica resultante modifica el valor de resistencia en las superficies conductoras superior e inferior. Un microcontrolador dentro del dispositivo mide este nuevo valor de resistencia como un cambio en la tensión, que corresponde a una nueva posición vertical y horizontal. La medida de las superficies conductoras superior e inferior ocurre muchas veces por segundo para rastrear la entrada, como un lápiz óptico, a medida que se mueve por el panel táctil.

Limitaciones del panel táctil resistivo

Microfisuración y desgaste mecánico

Dado que un panel táctil resistivo depende del movimiento físico de la capa superior para crear una conexión eléctrica, este tipo de panel táctil es susceptible al desgaste mecánico. Este desgaste mecánico se produce porque cada movimiento físico de la capa superior provoca pequeñas microfisuras en la superficie conductora.

Cuando estas microfisuras crecen lo suficiente como para interrumpir la conexión eléctrica entre las capas superior e inferior, el panel táctil puede desarrollar zonas inoperables o responder en un lugar distinto al que se activó. Los paneles táctiles resistivas que presentan estos síntomas se han desgastado físicamente.

Dependencias de microfisuración

Las causas y el plazo de formación de estas grietas dependen de muchos factores, entre los que se incluyen:

• La fuerza utilizada para comprimir las películas (a veces llamada fuerza de activación)
  
• Las condiciones de temperatura durante la compresión

La geometría del objeto utilizado para comprimir las películas (estilete, dedo u otro objeto), como se describe a continuación:

Una causa raíz común de la microfisuración acelerada es el uso de un bolígrafo para activar un panel táctil resistivo.

La punta de un bolígrafo común consiste en una bola de acero con un diámetro aproximado de 0,5 mm. Esta bola de acero es más dura y más pequeña que la punta de un bolígrafo para computadora portátil, que está hecha de plástico y tiene un diámetro de aproximadamente 1.6 mm.

Cuando se utiliza un instrumento de diámetro pequeño, como un bolígrafo, incluso las fuerzas de activación típicas (250-450 gramos) pueden provocar grandes tensiones en la capa conductora. Esta alta tensión provoca la formación acelerada de microfisuras.

Se producen daños adicionales ya que la bola de acero endurecido también deja arañazos en la capa superior comparativamente más suave del panel táctil.

Ventajas del panel táctil resistivo

Los beneficios que contribuyen a la relevancia continua de los paneles táctiles resistivos incluyen los siguientes:

Su capacidad para detectar la entrada del usuario a pesar de las condiciones ambientales cambiantes. La dependencia del contacto físico con la película superior y la posterior compresión de esta crea un sensor que es difícil de activar accidentalmente. Las gotas de lluvia, la nieve u otras precipitaciones no producen suficiente fuerza para comprimir la capa superior de la pantalla táctil; por lo tanto, estas condiciones ambientales no afectan el funcionamiento.

La dependencia del contacto físico permite que los usuarios activen la pantalla táctil con cualquier tipo de guantes que permitan aplicar la fuerza adecuada para comprimir la capa superior.

2. Paneles táctiles capacitivos

El esquema de activación basado en la fuerza que utilizan los paneles táctiles resistivos es robusto y permite una flexibilidad ambiental, pero no admite entradas de toque múltiples. El panel táctil capacitivo (proyectivo) se desarrolló para permitir entradas multitáctiles y, como resultado, crea una interfaz de usuario más intuitiva.

Las entradas basadas en gestos, como el pinzamiento para acercar/alejar, reducen el número de pasos necesarios para realizar interacciones con el dispositivo y simplifican la interfaz de usuario. Esta simplificación para el usuario supone un aumento de la complejidad, tanto a nivel del hardware del panel táctil como del software de control.

Diseño y funcionalidad de paneles táctiles capacitivos

Un sensor capacitivo de panel táctil es un sensor sin contacto que utiliza cambios en la capacitancia para medir la posición de la entrada. El panel táctil consta de dos componentes principales: el sensor y el cristal protector.

Estructuralmente, el sensor puede fabricarse sobre películas de vidrio o polímero flexible; para fines ilustrativos, este documento solo describe los paneles táctiles que utilizan sensores de película.

Al igual que un sensor táctil resistivo, el sensor capacitivo consta de dos películas. Cada película detecta la entrada en una sola orientación; ya sea a lo largo del eje horizontal o vertical. Para una orientación única, la superficie conductora de la película se graba para crear un patrón de rejilla de celdas conductoras. Cada celda proyecta un campo electrostático por encima de la superficie del sensor.

Al acercar un objeto conductor, como un dedo humano, al campo electrostático proyectado, parte de la carga se acopla capacitivamente al objeto. Un microcontrolador mide entonces la nueva capacitancia como un cambio de tensión, que luego se convierte en una posición en la pantalla táctil y, en última instancia, en la .

Circuito integrado del microcontrolador y firmware

Dado que esta técnica mide cada celda conductora de forma independiente, muchas veces por segundo, todos los paneles táctiles capacitivos requieren un circuito integrado de microcontrolador especializado. El firmware ejecutado por este circuito integrado puede controlar numerosos aspectos del funcionamiento de la pantalla táctil. Esto incluye la distancia desde el sensor a la que un objeto conductor se registrará como un toque (sensibilidad), el tamaño del objeto que se registrará como un toque (resolución) y la frecuencia con la que se actualizará la posición. Firmware y circuitos integrados especialmente diseñados interactúan con el sistema operativo del dispositivo móvil de diversas maneras; por lo tanto, las modificaciones en estos elementos suelen requerir actualizaciones de controladores del sistema operativo.

Limitaciones de los paneles táctiles capacitivos

El modo de fallo más difícil de prevenir en los paneles táctiles capacitivos es el daño causado por impactos puntuales. Los impactos por puntos ocurren de diversas maneras, pero con mayor frecuencia cuando un dispositivo se cae sobre una superficie irregular, como grava o asfalto.

Cuando un dispositivo se cae con la cara hacia abajo, pequeñas protuberancias en la superficie de contacto con el suelo llegan al panel táctil. Dado que dichas protuberancias tienen un área de contacto muy pequeña, la tensión local en el panel táctil puede alcanzar niveles lo suficientemente altos como para agrietar incluso el vidrio reforzado químicamente. Estos tipos de fallos pueden prevenirse mediante el diseño del dispositivo, pero siguen siendo una causa principal del daño general de los paneles táctiles capacitivos.

Ventajas del panel táctil capacitivo

Optimización del rendimiento

El diseño del patrón del sensor, el circuito integrado del controlador y el firmware del controlador contribuyen a las características de rendimiento generales de los paneles táctiles. Estos factores pueden ajustarse para que la pantalla táctil funcione en diferentes entornos, como en condiciones de lluvia o cuando el objeto que toca no es conductor (por ejemplo, una mano con guantes).

El ajuste presenta un problema de optimización complejo en el que se puede mejorar el rendimiento, pero no siempre se puede lograr un funcionamiento impecable. Los paneles táctiles pueden ser optimizados específicamente para entornos de clientes conocidos para maximizar la flexibilidad.

Dentro de este ámbito de innovación continua por parte de los proveedores de paneles táctiles, los nuevos productos aprovecharán las mejores soluciones posibles para satisfacer las necesidades de sus clientes.

Resistencia mecánica y elasticidad

Aunque el sensor en sí proporciona la función de un panel táctil capacitivo, el cristal protector ofrece estructura y resistencia mecánica. El cristal protector suele ser el doble de grueso que el sensor, aunque en algunas aplicaciones industriales, incluso es más grueso.

El sensor y el cristal protector suelen estar laminados juntos mediante adhesivo ópticamente transparente (OCA), lo que proporciona al sensor una resistencia mecánica uniforme. La resistencia del vidrio de cubierta ha mejorado en la última década con la introducción del vidrio "termoendurecido". Este tipo de cristal mejora la capacidad del panel táctil para curvarse sin romperse y también resiste los arañazos. La resistencia a la flexión es una propiedad importante en el desarrollo de un producto que debe soportar caídas desde distintas alturas.

Durante las caídas, la estructura del producto se deforma, lo que hace que la pantalla táctil se doble; las pantallas táctiles fabricadas con vidrio reforzado químicamente pueden soportar mayores deformaciones sin desarrollar grietas en el cristal protector. Además, el vidrio endurecido químicamente tiene una mayor dureza superficial en comparación con el vidrio no endurecido, lo que resulta en un grado comparativamente más alto de resistencia a rayaduras.

Existen muchos fabricantes de vidrio termoendurecido, pero el vidrio Gorilla de Corning se considera actualmente el más resistente.

Los fabricantes siguen seleccionando el tipo de panel táctil que se utilizará en los nuevos productos en función de lo que piden sus clientes. Las tendencias actuales apuntan a una necesidad del cliente de interfaces intuitivas para el usuario y flexibilidad ambiental. Estas necesidades han hecho que el panel táctil capacitivo (que permite el rechazo del agua y el funcionamiento con guantes) domine la actual hoja de ruta del producto. En consecuencia, la integración de los paneles táctiles resistivos ha disminuido, aunque siguen desempeñando un papel específico en los dispositivos que utilizan interfaces de usuario de baja complejidad.

Hemos elaborado una guía más detallada sobre los tipos de paneles táctiles y la tecnología correspondiente.