Die Zukunft berühren: Projizierte kapazitive Touchscreens für neue Märkte
May 08, 2018
Es gibt zwei Haupttypen von Touchscreens, die kapazitive Sensorik als primäre Eingabemethode verwenden: Oberflächentyp und projiziert. Der Oberflächen-kapazitive Berührungsbildschirm verwendet eine Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) und weist mindestens vier Elektroden an der Peripherie auf. Wenn sich ein geerdetes Objekt nähert, beispielsweise ein Finger, können diese Elektroden Änderungen der Oberflächenkapazität erfassen. 3M Micro-Touch ist einer der wichtigsten Anbieter dieser Technologie. Diese Methode wurde lange auf Kiosk-Touchscreens verwendet.
Der oberflächenkapazitive Touchscreen weist jedoch einige Einschränkungen auf. Es kann nur einen Finger oder eine Berührung erkennen. Darüber hinaus ist es unter Berücksichtigung der Größe der Elektroden für kleine Bildschirme, wie sie auf tragbaren Plattformen verwendet werden, unpraktisch.
Die elektrostatische Feldlinie, die von dem Sensor unter Verwendung der Berührungsbildschirmelektrode emittiert wird, wird projizierter kapazitiver Berührungsbildschirm genannt. Es gibt zwei Arten von Kondensatoren, die üblicherweise bei der projektiven kapazitiven Erfassung verwendet werden: Eigenkapazität und gegenseitige Kapazität.
Die Eigenkapazität, auch absolute Kapazität genannt, ist die am weitesten verbreitete Methode. Es verwendet das Objekt, das als eine andere Kapazitätsplatte erfasst wird. Das Objekt erfasst eine Ladung zwischen der Messelektrode und der Messelektrode und wird somit erfasst. Die gemessene Ladung wird in der resultierenden kapazitiven Kopplung gespeichert. Abbildung 2 zeigt, wie die obigen Prinzipien funktionieren.
Die gegenseitige Kapazität wird auch als Transkapazitanz bezeichnet, das ist die Kapazität, die durch die Kopplung benachbarter Elektroden erzeugt wird. Wenn sich das zu erfassende Objekt der elektrischen Feldlinie von einer Elektrode zur anderen nähert, wird eine Änderung der gegenseitigen Kapazität erfasst, um die Position zu melden. In Kraftfahrzeuganwendungen werden gegenseitige kapazitive Sensoren weithin als Leitfähigkeitssensoren für die Benzinregulierung verwendet.
Millionen von Eigenkapazitätsmethoden werden in der Positionserfassung des täglichen Lebens der Menschen verwendet. Zum Beispiel existieren auf heutigen Laptops Berührungseingabe-Boards überall. Die typischste Laptop-Berührungseingabekarte verwendet eine X × Y-Sensorelektrodenanordnung, um ein Erfassungsgitter zu bilden. Wenn sich der Finger in der Nähe der Berührungseingabefläche befindet, wird eine geringe Menge an Ladung zwischen dem Finger und der Messelektrode erzeugt. Ein spezieller Algorithmus wird verwendet, um die Signale von den Zeilen- und Spaltensensoren zu verarbeiten, um den Ort des erfassten Objekts (in diesem Fall des Fingers) zu bestimmen.
In den obigen zwei Arten von projizierten kapazitiven Sensoren kann die Erfassungskapazität gemäß einem bestimmten Verfahren entworfen werden, so dass die Berührung zu jedem gegebenen Zeitpunkt erfasst werden kann und die Berührung nicht auf einen Finger oder mehrere Finger beschränkt ist.
Opak projizierte kapazitive Sensoren können auf vielen Geräten verwendet werden, wie z. B. Berührungseingabefeldern und projizierten kapazitiven Touchscreens, und das Grundprinzip des Betriebs ist das gleiche. Der Unterschied liegt in dem Sensorelektrodenmaterial, dem Sensorsubstrat, dem Herstellungsverfahren und vielen Problemen im Verfahrensstapel. Das Berührungseingabefeld kann aus einem opaken Material hergestellt sein, beispielsweise einer auf Kohlenstoff basierenden Elektrode im Bereich von Metall oder Transfer. Projizierte kapazitive Touchscreens, die transparent sein müssen, bestehen häufig aus den gleichen Materialien wie die auf resistiven Touchscreens basierenden transparenten Leiter.
Im Gegensatz zu resistiven Berührungsbildschirmen benötigen projiziert kapazitive Berührungsbildschirme jedoch keine Lufttrennung zwischen den Schichten oder müssen keine Schichten verformen, so dass der Sensor ein starres Glas- oder Kunststoffsubstrat verwenden kann. Der Hauptunterschied zwischen den projizierten kapazitiven und den resistiven Touchscreen-Konfigurationen besteht in der Anforderung für ITO. Das ITO des projizierten kapazitiven Berührungsbildschirms wird als die letzte Schicht auf der vorherigen Schicht anstelle der kontinuierlichen Filmabscheidung wie ein resistiver Berührungsbildschirm verwendet. . Obwohl die Komplexität des Prozesses zunimmt, lohnt es sich immer noch, die Vorteile eines projizierten kapazitiven Touchscreens in Betracht zu ziehen.
Es gibt keinen offensichtlichen Unterschied bei der Auswahl von Glas- und Kunststoffsubstraten. Alle können auf Kunststoff- oder Glaslinsen (Bildschirmschutz) gestapelt werden, abhängig vom Produktdesign des Originalgeräteherstellers. Glas ist relativ dick, wichtig und teuer, aber insgesamt ist es schwieriger und kann möglicherweise die Kosten für den Rest der Ausrüstung reduzieren. Glas hat einen höheren Transmissionskoeffizienten als Kunststoff, obwohl beide Materialien höher sind als resistive Touchscreens der gleichen Größe. Kunststoffsensoren sind relativ dünn und relativ leicht auf Produktlinsen zu laminieren (weil das Laminieren von flexiblen Materialien auf Hartstoffschichten einfacher ist als das Laminieren von zwei Schichten von harten Materialien). Da die Herstellungsverfahren ähnlich sind, können sowohl Glas- als auch Kunststoffsubstrate verwendet werden, um selbstkapazitive Touchscreens und interaktive kapazitive Touchscreens herzustellen.
Die meisten Sensorhersteller verwenden dieselbe Charge von Sputterprozessen, um das lTO-Muster auf dem Substrat zu ätzen.
Im Jahr 2007 kündigte 3M MicroTouch die Möglichkeit einer Rolle-zu-Rolle-Herstellung von projizierten kapazitiven Sensoren an. Obwohl die Technik des Ätzens eines solchen Musters in der Vergangenheit sehr ausgereift war, wird der Reflexionskoeffizient der Touchscreen-Oberfläche unterschiedlich sein, was dazu führen wird, dass das Muster sichtbar wird, wenn das Licht über die Oberfläche gezogen wird. Der kürzlich erhaltene Reflexionskoeffizient ist besser abgestimmt und das Sensormuster ist kaum sichtbar.
Oberflächenkapazitive Touchscreens haben praktische Einschränkungen bei der Produktion im kleinen Maßstab, während projizierte kapazitive Touchscreens in großen Größen Beschränkungen unterliegen.
Die Sensorelektrode muss nahe genug sein, dass der Finger die elektrischen Feldlinien von mindestens zwei Elektroden beeinflussen kann, um die Position des Fingers zu bestimmen. Ebenso muss die Anzahl der Sensorelektroden entsprechend dem entsprechenden geometrischen Verhältnis erhöht werden, wenn die Bildschirmgröße zunimmt. Wenn der projizierte kapazitive Touchscreen größer wird, nimmt die Anzahl der Sensorelektroden, die zurück zum Controller gesendet werden müssen, schnell zu, was dazu führt, dass sich der nicht aktivierte Frontrahmen des Sensors ausdehnt. Es gibt einige Tipps, um großformatige projiziert-kapazitive Touchscreens herzustellen, aber diese Designs wurden bisher noch nicht in realen Produkten verifiziert.
