Che cos'è un pannello touch?

I pannelli touch contribuiscono in misura significativa alla percezione della qualità e della fruibilità complessiva di un dispositivo mobile. I pannelli touch sono il principale mezzo con cui gli utenti interagiscono con i loro computer portatili, controllando tutto dalla navigazione all'input. Pertanto, la reattività, la sensibilità e il design del pannello touch possono influenzare notevolmente l'esperienza dell'utente con il dispositivo, incidendo sulla percezione della sua qualità e usabilità. Grazie a un'incessante innovazione, queste componenti hanno visto aumentare le loro capacità e la loro complessità.

Molti produttori di pannelli touch si impegnano costantemente alla ricerca di nuove tecnologie e al miglioramento di quelle esistenti. Questo impegno mira a soddisfare le crescenti esigenze dei clienti in applicazioni e ambienti nuovi e innovativi.

Tipi di Pannelli Touch

Molto prima della diffusione di massa degli smartphone consumer, l'uso di pannelli touch divenne popolare per controllare gli assistenti digitali aziendali (EDA).

Chiamati anche “pannelli touch”, “schermi touch” o “digitizzatori”, questi componenti fanno parte del gruppo di sensori che convertono la posizione di un input in uno spazio di riferimento fisico in un input in uno spazio digitale.

Questi sensori sono spesso trasparenti e integrati con display LCD per creare l'interfaccia utente touch (touch UI) ora presente ovunque, dalle automobili ai termostati domestici. I tipi di pannelli touch presenti nei prodotti moderni si dividono in due categorie: resistivi e capacitivi.

1. Pannelli Touch Resistivi

La tecnologia di rilevamento touch resistivo è consolidata da tempo. Questo tipo di pannello touch è comunemente utilizzato per la sua semplicità costruttiva, durata e flessibilità ambientale.

Come suggerisce il nome, un pannello touchscreen resistivo rileva la posizione convertendo la pressione fisica esercitata sul pannello in variazioni di resistività.

Progettazione e funzionalità dei pannelli touch resistivi

Un pannello touchscreen resistivo è costituito da due pellicole, separate da uno spazio d'aria. Entrambi i film presentano superfici elettricamente conduttive affacciate l'una verso l'altra.

Ciascuna delle superfici conduttive rileva la posizione in un orientamento specifico; ad esempio, il film superiore può rilevare la posizione verticale mentre quello inferiore può rilevare la posizione orizzontale. Quando viene applicata una forza di input al pannello touch, il film superiore si ripiega verso l'interno oltre il vuoto d'aria per stabilire un contatto fisico con la superficie conduttiva inferiore.

La connessione elettrica risultante modifica il valore di resistenza su entrambe le superfici conduttive superiore e inferiore. Un microcontrollore all'interno del dispositivo misura questo nuovo valore di resistenza come una variazione di tensione, che corrisponde a una nuova posizione verticale e orizzontale. La misurazione delle superfici conduttive superiore e inferiore avviene molte volte al secondo per tracciare l'input, come uno stilo, mentre viene spostato sul pannello touch.

Limitazioni dei pannelli touch resistivi

Microfessurazione e Usura Meccanica

Poiché un pannello touch resistivo si basa sul movimento fisico della pellicola superiore per creare una connessione elettrica, questo tipo di pannello touch è soggetto a usura meccanica. Questo tipo di usura meccanica si verifica perché ogni movimento fisico della pellicola superiore provoca piccole micro-fessure nella superficie conduttiva.

Quando queste micro-fratture diventano sufficientemente grandi da interrompere la connessione elettrica tra i film superiori e inferiori, il pannello touch può sviluppare aree inutilizzabili o sembrare rispondere in un punto diverso da quello attivato. I pannelli touch resistivi che presentano questi sintomi sono fisicamente usurati.

Dipendenze da micro-fratture

Le cause e i tempi di formazione di queste crepe dipendono da molti fattori, tra cui:

• La forza utilizzata per comprimere i film (talvolta chiamata forza di attivazione)
  
• Le condizioni di temperatura durante la compressione

La geometria dell'oggetto utilizzato per comprimere i film (stilo, dito o altro oggetto), come descritto di seguito:

Una causa principale comune dell'accelerazione della micro-crepacciatura è l'uso di una penna a sfera per attivare un pannello resistivo touchscreen.

La punta di una penna a sfera comune è costituita da una sfera d'acciaio con un diametro approssimativo di 0,5 mm. Questa sfera d'acciaio è più dura e più piccola della punta di uno stilo per computer portatile, che è realizzato in plastica e ha un diametro di circa 1,6 mm.

Quando si utilizza uno strumento di piccolo diametro, come una penna a sfera, anche le forze di attivazione tipiche (da 250 a 450 grammi) possono causare grandi sollecitazioni nello strato conduttivo. Questo elevato stress porta alla formazione accelerata di micro-fessure.

Si verificano ulteriori danni poiché la sfera d'acciaio rigida graffia anche il film superiore comparativamente più morbido del pannello touch.

Vantaggi del Pannello Tocco Resistivo

I vantaggi che contribuiscono alla costante rilevanza dei pannelli touch resistivi includono i seguenti:

La loro capacità di rilevare gli input degli utenti nonostante le condizioni ambientali mutevoli. La dipendenza dal contatto fisico con il film superiore e la successiva compressione creano un sensore difficile da attivare accidentalmente. Né le gocce di pioggia, né la neve, né altre precipitazioni producono una forza sufficiente a comprimere il film superiore del pannello touch, pertanto queste condizioni ambientali non influiscono sul funzionamento.

La dipendenza dal contatto fisico consente al pannello touch di essere attivato dagli utenti che indossano qualsiasi tipo di guanti che permettano di applicare una forza adeguata per comprimere il film superiore.

2. Pannelli Touch capacitivi

Lo schema di attivazione basato sulla forza utilizzato dai pannelli touch resistivi è robusto e garantisce flessibilità ambientale, ma non consente più input touch simultanei. Il pannello capacitivo touch (proiettivo) è stato sviluppato per consentire input multi-touch e, di conseguenza, crea un'interfaccia utente più intuitiva.

Gli input basati su gesti, come il pinch-to-zoom, riducono il numero di passaggi necessari per interagire con il dispositivo e semplificano l'interfaccia utente. Questa semplificazione per l'utente finale avviene a scapito di una maggiore complessità, sia a livello di hardware del pannello touch che del software di controllo.

Progettazione e funzionalità dei Pannelli Touch Capacitivi

Un sensore capacitivo è un sensore senza contatto che utilizza variazioni di capacità per misurare la posizione dell'input. Il pannello touch è composto da due componenti principali: il sensore e il vetro di copertura.

Dal punto di vista strutturale, il sensore può essere realizzato su vetri o pellicole polimeriche flessibili; ai fini illustrativi questo documento descrive unicamente i pannelli touch che impiegano sensori a pellicola.

Analogamente a un sensore tattile resistivo, il sensore capacitivo è costituito da due strati. Ogni film percepisce l'input in un singolo orientamento, sia lungo l'asse orizzontale che verticale. Per un orientamento singolo, la superficie conduttiva della pellicola viene incisa per creare un reticolo di celle conduttive. Ogni cella proietta un campo elettrostatico sopra la superficie del sensore.

Quando un oggetto conduttivo, come un dito umano, viene avvicinato al campo elettrostatico proiettato, una parte della carica viene accoppiata capacitivamente all'oggetto. Un microcontrollore misura quindi la nuova capacità come una variazione di tensione, che viene poi convertita in una posizione sul pannello touch e, infine, sul display.

Circuito Integrato e Firmware del Microcontrollore

Poiché questa tecnica misura ogni cella conduttiva in modo indipendente, moltissime volte al secondo, tutti i pannelli touch capacitivi richiedono un circuito integrato di microcontrollore specializzato. Il firmware eseguito da questo circuito integrato può controllare molti dettagli della funzione del pannello touch. Ciò include la distanza dal sensore alla quale un oggetto conduttivo verrà registrato come tocco (sensibilità), le dimensioni dell'oggetto che verrà registrato come tocco (risoluzione) e la frequenza con cui la posizione verrà aggiornata. Firmware e circuiti integrati appositamente ottimizzati interagiscono con il sistema operativo del dispositivo mobile in modi diversi; pertanto, le modifiche a questi elementi spesso richiedono aggiornamenti dei driver del sistema operativo.

Limitazioni del pannello touch capacitivo

La modalità di guasto più difficile da prevenire sui pannelli touch capacitivi è il danno causato da impatti puntuali. Gli impatti puntiformi si verificano in modi diversi, ma più spesso quando un dispositivo cade su una superficie irregolare, come ghiaia o asfalto.

Quando un dispositivo cade a faccia in giù, piccole sporgenze sul pannello di contatto entrano in contatto con il pannello touch. Poiché tali sporgenze hanno un'area di contatto molto ridotta, la tensione locale sul pannello touch può raggiungere livelli sufficienti a incrinare anche il vetro rinforzato chimicamente. Questi tipi di guasti possono essere mitigati attraverso la progettazione del dispositivo, ma rimangono un fattore principale nel danno complessivo ai pannelli touch capacitivi.

Vantaggi del pannello touch capacitivo

Ottimizzazione delle Prestazioni

Il design del pattern del sensore, l'IC del controller e il firmware del controller contribuiscono tutti alle caratteristiche prestazionali complessive dei pannelli touch. Questi fattori possono essere regolati per consentire al pannello touch di funzionare in vari ambienti, come sotto la pioggia o quando l'oggetto di input non è conduttivo (ad esempio, una mano inguainata).

La messa a punto rappresenta un complesso problema di ottimizzazione in cui è possibile migliorare le prestazioni, ma non sempre renderle impeccabili. I pannelli touch possono essere ottimizzati specificamente per ambienti noti ai clienti, per massimizzare la flessibilità.

In questo panorama di innovazione continua da parte dei fornitori di pannelli touch, i nuovi prodotti sapranno sfruttare le migliori soluzioni possibili per rispondere alle esigenze dei propri clienti.

Resistenza Meccanica e Flessibilità

Mentre il sensore stesso fornisce l'aspetto funzionale di un pannello touch capacitivo, il vetro di copertura offre struttura e resilienza meccanica. Il vetro di copertura è spesso due volte più spesso del sensore, sebbene in alcune applicazioni industriali sia ancora più spesso.

Il sensore e il cover glass sono solitamente laminati insieme con adesivo otticamente trasparente (OCA), che conferisce al sensore una resistenza meccanica uniforme. L'efficienza del vetro protettivo è migliorata nell'ultimo decennio con l'introduzione del vetro “tempra chimica”. Questo tipo di vetro migliora la capacità del pannello touch di piegarsi senza rompersi e resiste inoltre ai graffi. La resistenza alla flessione è una proprietà importante nello sviluppo di un prodotto che deve resistere a cadute da diverse altezze.

Durante le cadute, la struttura di un prodotto si deforma, causando la piegatura del pannello touch; i pannelli touch realizzati in vetro rinforzato chimicamente possono resistere a maggiori deformazioni senza che il vetro esterno si crepi. Inoltre, il vetro temprato chimicamente presenta una maggiore durezza superficiale rispetto al vetro non temprato, il che si traduce in una maggiore resistenza ai graffi.

Molti produttori realizzano vetri temprati chimicamente, ma il Gorilla Glass di Corning è attualmente considerato il più resistente.

I produttori continuano a scegliere il tipo di pannello touchscreen da utilizzare sui nuovi prodotti in base al riscontro dei clienti. Le tendenze attuali evidenziano la necessità da parte dei clienti di interfacce utente intuitive e flessibilità ambientale. Queste esigenze hanno portato il pannello touch capacitivo (che consente la resistenza all'acqua e il funzionamento con guanti) a dominare l'attuale roadmap del prodotto. Di conseguenza, l'integrazione dei pannelli touch resistivi è diminuita, sebbene continuino a svolgere un ruolo di nicchia per i dispositivi che utilizzano interfacce utente a bassa complessità.

Abbiamo creato una guida più dettagliata sui tipi e sulla tecnologia dei pannelli touch.