¿Qué es una pantalla táctil?

Los paneles táctiles contribuyen en gran medida a la percepción de calidad y a la usabilidad general de un dispositivo móvil. Los paneles táctiles son el principal medio mediante el cual los usuarios interactúan con sus computadoras móviles, controlando desde la navegación hasta la entrada de datos. 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 en 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 los asistentes digitales empresariales (EDA).

Conocidos como “paneles táctiles”, “pantallas táctiles” o “digitizadores”, todos 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 (interfaz UI táctil) que ahora se encuentra en todo, desde automóviles hasta termostatos domésticos. Los tipos de paneles táctiles presentes en los productos actuales pueden clasificarse en dos grupos: resistitivos y capacitivos.

1. Paneles Táctiles Resistivos

La tecnología de detección táctil resistiva ha sido utilizada durante un tiempo relativamente largo. Este tipo de panel táctil es ampliamente utilizado por su sencillez de construcción, durabilidad y adaptabilidad ambiental.

Como su nombre indica, un panel táctil resistivo detecta la posición convirtiendo la presión física sobre el panel 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 eléctricamente que se encuentran una frente a otra.

Cada una de las superficies conductoras detecta la posición en una orientación; por ejemplo, la película superior puede detectar la posición vertical y la película 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 hacer 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 el voltaje, que corresponde a una nueva posición vertical y horizontal. La medición 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 genera pequeñas microfisuras en la superficie conductora.

Una vez que estas microfisuras crezcan lo suficiente como para interrumpir la conexión eléctrica entre las capas superior e inferior, el panel táctil puede desarrollar áreas inoperables o responder en un lugar diferente al que se activó. Los paneles de pantalla táctil 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 ellos:

• 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 del microfisuramiento acelerado 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 lápiz óptico para computadora móvil, que está hecho 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 generar grandes tensiones en la capa conductora. Este alto estrés produce la formación acelerada de microfisuras.

Se produce daño adicional ya que la bola de acero endurecido también deja raspaduras 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 del panel táctil; por lo tanto, estas condiciones ambientales no afectan el funcionamiento.

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

2. Paneles táctiles capacitivos

El esquema de activación por fuerza que utilizan los paneles táctiles resistivos es robusto y permite flexibilidad ambiental, pero no admite múltiples entradas táctiles. El panel táctil capacitivo (proyectivo) fue desarrollado 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 final tiene como contrapartida una mayor complejidad, tanto a nivel del hardware del panel táctil como del software de control.

Diseño y funcionalidad de paneles táctiles capacitivos

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

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

Al igual que un sensor táctil resistivo, el sensor capacitivo consta de dos láminas. 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.

Cuando un objeto conductor, como un dedo humano, entra en el campo electrostático proyectado, parte de la carga se acopla capacitivamente al objeto. Luego, un microcontrolador mide la nueva capacitancia como un cambio en el voltaje, que luego se convierte en una posición en el panel táctil y, finalmente, en la pantalla.

Circuito integrado de 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 que ejecuta este circuito integrado puede controlar muchos detalles 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. El firmware y los circuitos integrados especialmente diseñados interactúan con el sistema operativo del dispositivo móvil de maneras distintas; por lo tanto, las modificaciones en estos elementos suelen requerir actualizaciones de controladores del sistema operativo.

Limitaciones del panel táctil capacitivo

El modo de falla más difícil de prevenir en los paneles táctiles capacitivos es el daño causado por impactos puntuales. Los impactos puntuales 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 boca abajo, pequeñas protuberancias en la superficie de aterrizaje entran en contacto con la pantalla táctil. Dado que dichas protuberancias tienen un área de contacto muy pequeña, la tensión local en la pantalla táctil puede alcanzar niveles lo suficientemente altos como para agrietar incluso el vidrio reforzado químicamente. Estos tipos de fallas pueden prevenirse mediante un diseño adecuado del dispositivo, pero siguen siendo una de las principales causas de daños en los paneles táctiles capacitivos.

Ventajas del Panel Táctil Capacitivo

Optimización del rendimiento

El diseño del patrón de sensores, el circuito integrado del controlador y el firmware del controlador contribuyen a las características generales de rendimiento 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 de entrada no es conductor (por ejemplo, una mano con guantes).

La sintonización presenta un problema de optimización complejo en el que se puede mejorar el rendimiento, pero no siempre se logra una calidad perfecta. Los paneles táctiles pueden ser optimizados específicamente para entornos de clientes conocidos para maximizar la flexibilidad.

Dentro de esta área de constante innovación por parte de los proveedores de paneles táctiles, los nuevos productos aprovecharán las mejores soluciones posibles para satisfacer a sus clientes.

Resistencia mecánica y resiliencia

Si bien el sensor en sí proporciona el aspecto funcional de un panel táctil capacitivo, el cristal protector ofrece estructura y resistencia mecánica. El cristal protector suele tener el doble de grosor que el sensor, aunque en algunas aplicaciones industriales, puede ser incluso mayor.

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 cristal protector ha mejorado en la última década con la introducción del vidrio "químicamente endurecido". Este tipo de cristal mejora la capacidad del panel táctil para doblarse sin romperse y también resiste rayones. La resistencia a la flexión es una propiedad importante al desarrollar un producto que debe sobrevivir a caídas desde distintas alturas.

Durante las caídas, la estructura de un producto se deforma, lo que hace que la pantalla táctil se doble; las pantallas táctiles fabricadas con vidrio químicamente reforzado pueden soportar mayores deformaciones sin desarrollar grietas en el vidrio 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 continúan seleccionando el tipo de pantalla táctil que se utilizará en los nuevos productos en función de lo que demandan sus clientes. Las tendencias actuales apuntan a una necesidad del cliente de interfaces de usuario intuitivas y flexibilidad ambiental. Estas necesidades han hecho que el panel táctil capacitivo (que permite la repelencia al agua y el funcionamiento con guantes) se imponga en la actual hoja de ruta de productos. Por consiguiente, la integración de paneles táctiles resistivos ha disminuido, aunque continúan desempeñando un papel de nicho para dispositivos que utilizan interfaces de usuario de baja complejidad.

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