Qu'est-ce qu'un volet tactile?

Les volets tactiles contribuent grandement à la perception de la qualité et à l'ergonomie globale d'un appareil mobile. Les écrans tactiles constituent le principal moyen par lequel les utilisateurs interagissent avec leurs ordinateurs portables, en contrôlant tout, de la navigation à la saisie. Par conséquent, la réactivité, la sensibilité et la conception de l'interface de ces volets tactiles peuvent avoir un impact considérable sur l'expérience d'un utilisateur(trice) avec l'appareil, affectant la manière dont il(le) perçoit sa qualité et sa facilité d'utilisation. Grâce à une innovation persistante, ces composants ont vu leurs capacités et leur complexité s'accroître.

De nombreux fabricants de volets tactiles s'engagent à rechercher de nouvelles technologies et à améliorer celles qui existent déjà. Cet engagement vise à répondre aux besoins croissants des clients dans des applications et des environnements nouveaux et innovants.

Types de volets tactiles

Bien avant le déploiement massif des smartphones grand public, l'utilisation des volets tactiles est devenue populaire pour contrôler les assistants numériques d'entreprise (EDA).

Appelés « volets tactiles », « écrans tactiles » ou « dispositifs de numérisation », ces composants font partie du groupe de capteurs qui traduisent la position d'une entrée dans un espace de référence physique en une entrée dans un espace numérique.

Ces capteurs sont souvent transparents et intégrés avec des affichages LCD pour créer l'interface utilisateur tactile (UI tactile) maintenant présente partout, des automobiles aux thermostats domestiques. Les types de volets tactiles présents dans les produits d'aujourd'hui peuvent être séparés en deux groupes: résistifs et capacitifs.

1. Volet tactile résistif

La technologie de détection tactile résistive existe depuis un laps de temps relativement long. Ce type de panneau tactile est couramment utilisé pour sa simplicité de construction, sa durabilité et sa flexibilité environnementale.

Comme son nom l'indique, un volet tactile résistif détecte la position en convertissant la compression physique du volet tactile en variations de résistivité.

Conception et fonctionnalité des volets tactiles résistifs

Un volet tactile résistif est constitué de deux films, qui sont séparés par un espace d'air. Les deux films présentent des surfaces conductrices d'électricité qui sont face à face.

Chacune des surfaces conductrices détecte la position dans une orientation donnée ; par exemple, le film supérieur peut détecter la position verticale et le film inférieur peut détecter la position horizontale. Lorsqu'une force d'entrée est appliquée au volet tactile, le film supérieur s'affaisse vers l'intérieur au-delà de l'espace d'air pour établir un contact physique avec la surface conductrice inférieure.

La connexion électrique obtenue modifie la valeur de résistance sur les surfaces conductrices supérieure et inférieure. Un microcontrôleur au sein du dispositif mesure cette nouvelle valeur de résistance en tant que variation de tension, ce qui correspond à une nouvelle position verticale et horizontale. La mesure des surfaces conductrices supérieure et inférieure se produit plusieurs fois par seconde pour suivre l'entrée, telle qu'un stylet, lorsqu'elle est déplacée sur le volet tactile.

Limitations des volets tactiles résistifs

Fissuration Microfracturante et Usure Mécanique

Étant donné qu'un volet tactile résistif repose sur le mouvement physique du film supérieur pour créer une connexion électrique, ce type de volet tactile est susceptible à l'usure mécanique. Cet usure mécanique se produit parce que chaque mouvement physique de la couche supérieure provoque de petites micro-fissures dans la surface conductrice.

Lorsque ces micro-fissures atteignent une taille suffisante pour perturber la connexion électrique entre les couches supérieure et inférieure, le panneau tactile peut présenter des zones inutilisables ou réagir de manière incorrecte, c'est-à-dire dans un endroit différent de celui qui a été activé. Les volets tactiles résistifs présentant ces symptômes sont physiquement usés.

Dépendances aux micro-fissures

Les causes et le calendrier de formation de ces fissures dépendent de nombreux facteurs, notamment :

• La force utilisée pour comprimer les films (parfois appelée force d'activation)
  
• Les conditions de température pendant la compression

La géométrie de l'objet utilisé pour compresser les films (stylet, doigt ou autre objet), comme décrit ci-dessous :

Une cause fondamentale fréquente de micro-fissuration accélérée est l'utilisation d'un stylo à bille pour activer un panneau tactile résistif.

L'extrémité d'un stylo à bille ordinaire est constituée d'une bille en acier d'un diamètre approximatif de 0,5 mm. Cette bille en acier est à la fois plus dure et plus petite que la pointe du terminal mobile, qui est en plastique et a un diamètre d'environ 1,6 mm.

Lorsqu'un instrument de petit diamètre, tel qu'un stylo à bille, est utilisé, même des forces d'activation typiques (250 à 450 grammes) peuvent entraîner de fortes contraintes dans la couche conductrice. Cette tension élevée entraîne la formation accélérée de microfissures.

Des dommages supplémentaires sont causés car la bille en acier dur laisse également des rayures sur la couche supérieure relativement plus douce du volet tactile.

Avantages des écrans tactiles résistifs

Les avantages qui contribuent à la pertinence continue des volets tactiles résistifs incluent les suivants :

Leur capacité à détecter les entrées de l'utilisateur malgré les conditions environnementales changeantes. La dépendance au contact physique avec le film supérieur et la compression qui suit crée un capteur qui est difficile à activer par inadvertance. Les gouttes de pluie, la neige ou d'autres précipitations ne produisent pas une force suffisante pour comprimer la pellicule supérieure du tactile ; par conséquent, ces conditions environnementales n'affectent pas le fonctionnement.

La dépendance au contact physique permet à l'écran tactile d'être activé par les utilisateurs portant tout type de gants qui permettent d'appliquer une force adéquate pour comprimer la pellicule supérieure.

2. Volets tactiles capacitifs

Le schéma d'activation basé sur la force utilisé par les écrans tactiles résistifs est robuste et permet une certaine flexibilité environnementale, mais ne prend pas en charge les entrées tactiles multiples. Le panneau tactile capacitif (projectif) a été développé pour permettre des entrées multi-touches, ce qui crée, par conséquent, une interface utilisateur plus intuitive.

Les entrées basées sur les gestes, telles que le zoom par pincement, réduisent le nombre d'étapes nécessaires pour effectuer des interactions avec l'appareil et simplifient l'interface utilisateur. Cette simplification pour l'utilisateur final se fait au détriment d'une complexité accrue, tant au niveau du matériel du panneau tactile que des Logiciels de commande.

Conception et fonctionnalité des  volets tactiles capacitifs

Un volet tactile capacitif est un capteur sans contact qui utilise des variations de capacité pour mesurer la position de l'entrée. Le panneau tactile se compose de deux sous-composants principaux : le capteur et le verre de protection.

Structurellement, le capteur peut être construit sur des films en verre ou en polymère flexible ; à des fins d'illustration, ce document décrit uniquement les volets tactiles qui utilisent des capteurs de film.

Tout comme un capteur tactile résistif, le capteur capacitif se compose de deux films. Chaque film détecte les entrées dans une seule orientation ; soit selon l'axe horizontal, soit selon l'axe vertical. Pour une orientation unique, la surface conductrice du film est gravée afin de créer un motif de grille de cellules conductrices. Chaque cellule projette un champ électrostatique au-dessus de la surface du capteur.

Lorsqu'un objet conducteur, tel qu'un doigt humain, est amené dans le champ électrostatique projeté, une certaine charge est couplée de manière capacitive à l'objet. Un microcontrôleur mesure ensuite la nouvelle capacité sous forme de variation de tension, qui est ensuite convertie en une position sur le panneau tactile, et finalement sur l'affichage.

Circuit intégré de microcontrôleur et micrologiciel

Étant donné que cette technique mesure chaque cellule conductrice indépendamment, plusieurs fois par seconde, tous les volets tactiles capacitifs nécessitent un circuit intégré spécialisé de microcontrôleur. Le micrologiciel exécuté par ce circuit intégré peut contrôler de nombreux aspects du fonctionnement du volet tactile. Cela inclut la distance par rapport au capteur à partir de laquelle un objet conducteur sera enregistré comme une touche (sensibilité), la taille de l'objet qui sera enregistré comme une touche (résolution) et la fréquence à laquelle la position sera mise à jour. Des micrologiciels et des circuits intégrés spécifiquement conçus interagissent avec le système d'exploitation des appareils mobiles de manières différentes ; par conséquent, les modifications apportées à ces éléments nécessitent souvent des mises à jour des pilotes du système d'exploitation.

Limitations du volet tactile capacitif

Le mode de défaillance le plus difficile à prévenir sur les volets tactiles capacitifs est l'endommagement dû aux impacts ponctuels. Les impacts ponctuels se produisent de diverses manières, mais le plus souvent lorsqu'un dispositif est tombé sur une surface inégale, telle que du gravier ou de l'asphalte.

Lorsqu'un appareil est échappé face vers le bas, de petites saillies situées sur la surface d'atterrissage entrent en contact avec le volet tactile. Étant donné que ces saillies présentent une surface de contact très réduite, la contrainte locale exercée sur le panneau tactile peut atteindre des niveaux suffisamment élevés pour fissurer même le verre renforcé chimiquement. Ces types de défaillances peuvent être atténués par la conception des dispositifs, mais restent un facteur principal de dommages globaux aux volets tactiles capacitifs.

Avantages du volet tactile capacitif

Optimisation des performances

La conception du modèle de capteur, le circuit intégré du contrôleur et le micrologiciel du contrôleur contribuent tous aux caractéristiques de performance globales des volets tactiles. Ces facteurs peuvent être réglés pour permettre au volet tactile de fonctionner dans divers environnements, par exemple sous la pluie ou lorsque l'objet sur lequel on appuie n'est pas conducteur (une main gantée).

Le réglage présente un problème d'optimisation complexe où les performances peuvent être améliorées, mais ne sont pas toujours rendues impeccables. Les volets tactiles peuvent être spécifiquement optimisés pour des environnements de clients connus afin de maximiser la flexibilité.

Dans ce domaine en constante évolution des fournisseurs de panneaux tactiles, les nouveaux produits mettront à profit les meilleures solutions possibles pour répondre aux besoins de leurs clients.

Rigueur mécanique et résilience

Alors que le capteur lui-même assure l'aspect fonctionnel d'un volet tactile capacitif, le verre de couverture offre structure et résilience mécanique. Le verre de protection est souvent deux fois plus épais que le capteur, bien que, dans certaines applications industrielles, il soit encore plus épais.

Le capteur et la couche de protection sont généralement laminés ensemble à l'aide d'un adhésif optiquement transparent (OCA), ce qui confère au capteur une résistance mécanique uniforme. La résistance du verre de couverture s'est améliorée au cours de la dernière décennie grâce à l'introduction du verre « renforcé chimiquement ». Ce type de verre améliore la capacité du tactile à se plier sans se casser et résiste également aux rayures. La résistance à la flexion est une propriété importante lors du développement d'un produit, qui doit pouvoir résister à des chutes depuis différentes hauteurs.

Lors des chutes, la structure d'un produit se déforme, ce qui provoque la flexion du panneau tactile ; les panneaux tactiles fabriqués à partir de verre renforcé chimiquement peuvent supporter une plus grande flexion sans que le verre de surface ne présente de fissures. De plus, le verre renforcé chimiquement possède une dureté de surface supérieure par rapport au verre non renforcé, ce qui se traduit par un degré de résistance aux rayures comparativement plus élevé.

Il existe de nombreux fabricants de verre renforcé chimiquement, mais le verre Gorilla de Corning est actuellement considéré comme le plus résistant.

Les fabricants continuent de choisir le type de panneau tactile utilisé sur les nouveaux produits en fonction des demandes de leurs clients. Les tendances actuelles indiquent un besoin des clients pour des interfaces utilisateur intuitives et une flexibilité environnementale. Ces besoins ont conduit au déploiement du volet tactile capacitif (qui permet le rejet de l'eau et l'utilisation avec des gants) dans la feuille de route actuelle du produit. Par conséquent, l'intégration des écrans tactiles résistifs a diminué, bien qu'ils continuent à jouer un rôle de niche pour les appareils qui utilisent des interfaces utilisateur de faible complexité.

Nous avons élaboré un guide plus détaillé sur les types de volets tactiles et la technologie associée.