Tecnologia Sito per i touch del futuro

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La nuova generazione di sensori EasyTouch Sito di Data Modul rappresenta un’innovazione importante nel mondo dei touchscreen. Sito (Single sided Ito) è una tecnologia PCap realizzata da un lay-out di X e Y (ITO) sullo stesso lato del substrato di vetro mediante ponti come isolanti nei punti di attraversamento di entrambi gli elettrodi. I sensori EasyTouch Sito vengono prodotti su una linea di produzione di filtri Tft / colore su un singolo substrato di vetro insieme a un vetro di copertura con in-house Loca (Liquid Oca) bonding fornito da Data Modul. Inoltre, questa tecnologia sviluppata nella produzione garantisce un bezel ultra-sottile grazie alla struttura molto fine.
I sensori EasyTouch Sito si abbinano al controller maXTouch T Series di Atmel. Tra gli altri vantaggi dei sensori Easytouch Sito rispetto ai sensori con stack standard tipo G/F/F e G/G ci sono il range di temperatura che va da -30°C a + 85 °C e un Snr, ovvero il rapporto segnale-rumore molto elevato, oltre alla possibilità di indossare dei guanti e di utilizzare il touchscreen in condizioni di elevata umidità, addirittura con gocce d'acqua. Gli schermi realizzati in tecnologia EasyTouch Sito sono disponibili in dimensioni di 7, 10,1, 12,1, 15,6 e 21,5 pollici.


La tecnologia EasyTouch

EasyTouch è la soluzione di visualizzazione a schermo tattile capacitivo a proiezione di Data Modul basata sulla tecnologia Atmel maXTouch. Per ottenere delle prestazioni tattili ottimali è necessario seguire una serie di accorgimenti che non sempre possono essere applicati a causa delle limitazioni meccaniche o per motivi di costo. Le avanzate funzioni di soppressione del rumore e gli algoritmi di elaborazione del segnale degli IC maXTouch permettono di ottimizzare complessivamente le prestazioni tattili ma una buona integrazione meccanica ed elettrica del sistema nell'unità finale rappresenta un fattore chiave per il successo del prodotto. Le soluzioni touch capacitive a proiezione come EasyTouch offrono l'enorme vantaggio di lavorare attraverso un materiale di protezione posto di fronte allo schermo sensibile al tocco reale. Naturalmente questo è un elemento di progetto importante per la maggior parte dei prodotti, ma è anche un componente molto importante quando si tratta delle prestazioni e della sensibilità tattile del sistema. Scegliere del materiale di copertura sbagliato o uno spessore sbagliato comporterà una degradazione della sensibilità e delle prestazioni multitouch.

Le pellicole in Pet

La scelta di una pellicola di protezione in Pet come copertura di un touchscreen si traduce di solito in una drastica diminuzione della sensibilità. Nel caso di dispositivi di piccole dimensioni (ad esempio 4,3") la pellicola di protezione Pet combacerà perfettamente con la superficie del touchscreen. Tuttavia, in presenza di formati più grandi i film in Pet presentano una flessione che introduce uno spazio d'aria irregolare. Inoltre, toccando il dispositivo, la pellicola di protezione in Pet si deformerà ancora di più. Poiché l'IC di controllo deve essere calibrato in base alle condizioni del campo elettromagnetico di fronte al sensore di contatto, un cambiamento di spessore del gap d'aria durante il funzionamento si tradurrà in un rilevamento instabile o addirittura in un falso riconoscimento nell'area di deformazione del film Pet. L'unico modo per superare questo problema è una laminazione diretta della pellicola di copertura in Pet sul touchscreen, operazione che elimina qualsiasi gap d'aria. In generale, un gap d'aria tra qualsiasi tipo di protezione o di materiale di copertura e il touchscreen dovrebbe essere evitato, in quanto provoca diversi tipi di anomalia, dalla riduzione della performance tattile complessiva all'impossibilità di configurare il controller per un riconoscimento stabile e senza falsi tocchi. Dall'inizio del 2013, Data Modul offre un processo d’incollaggio ottico completamente automatizzato per touch screen basato su adesivi trasparenti liquidi o Oca (Optically clear adhesive). Questi adesivi permettono di installare dei rivestimenti di copertura realizzati con materiali quali Pmma, policarbonato o normale vetro rinforzato. Come servizio speciale, il team di esperti di Data Modul offre un supporto completo per individuare il materiale di rivestimento ideale per ogni applicazione e per fornire prestazioni tattili e livelli di protezione ottimizzati.

EasyTouch con protezione di plastica

I materiali di protezione non-vetrosi sono molto popolari grazie alle loro doti di robustezza e resistenza meccanica. Anche i materiali più spessi offrono una buona trasparenza e possono essere stampati sul lato posteriore. Tra i materiali più diffusi si annoverano il policarbonato, il vetro plexi o Pmma e il vetro acrilico. Come detto, la laminazione diretta del touchscreen con tali materiali di copertura è assolutamente necessaria per una prestazione tattile stabile. Lo strato adesivo elimina il traferro e collega il materiale di protezione o di copertura direttamente al sensore tattile. La scelta della tecnologia e dei materiali di laminazione per lo strato adesivo svolge un ruolo estremamente importante quando si tratta di durata a lungo termine. La tecnologia e il processo più affidabili sono l'incollaggio ottico basato su Oca liquido con indurimento Uv. Questa tecnologia offre le migliori prestazioni ottiche e un elevato tasso di rendimento di produzione, soprattutto quando si utilizzano schermi di grandi dimensioni. Test di temperatura e umidità e d’invecchiamento accelerato, hanno dimostrato che altre tecnologie di laminazione, come la laminazione con film Oca, presentano criticità in termini di bolle d'aria e contaminazioni, in particolare in condizioni ambientali difficili come umidità e calore. Anche se subito dopo la laminazione, le bolle d'aria non sono visibili, i test hanno dimostrato che, dopo alcuni mesi queste potrebbero apparire nello strato adesivo tra il touchscreen e il materiale di copertura.

EasyTouch con protezione di vetro

In generale, il vetro dovrebbe essere la prima scelta quando si tratta di scegliere il materiale dello schermo per la copertura di un prodotto basato su EasyTouch. Uno dei principali vantaggi del vetro è la sua elevata costante dielettrica relativa o permettività. Questa costante fisica caratterizza la capacità di un materiale di immagazzinare l'energia elettrica in un campo elettrico. Più alta è questa costante meglio EasyTouch opererà, anche attraverso uno strato spesso di materiale protettivo. Rispetto ad altri materiali, la costante dielettrica relativa del vetro è circa doppia rispetto a quella del policarbonato. Alcuni materiali speciali come il vetro Schott Xensation o il Corning Gorilla offrono una permettività relativa addirittura superiore a quella dei comuni vetri flottanti standard o dei vetri rinforzati chimicamente. Essi rappresentano quindi i materiali migliori da utilizzare come copertura o protezione dello strato tattile nelle applicazioni EasyTouch. Inoltre questi vetri vantano delle proprietà eccellenti quando si tratta di resistenza a graffi, urti e flessione. I dati proposti in Tab. 1 aiutano anche a capire perché un eccessivo gap d'aria tra il materiale di copertura e il touch screen comporta prestazioni tattili estremamente degradate. Ciò è dovuto alla permettività relativa dell'aria (1,006), un materiale molto scarso quando si tratta di immagazzinare energia in un campo elettrico. Così, anche quando si utilizza il vetro come materiale di copertura, per ottenere le migliori prestazioni possibili è consigliabile incollare otticamente il vetro di copertura direttamente sul touch screen ricorrendo a Oca liquido e polimerizzazione UV. Tuttavia, come illustrato in Fig. 2, tra il touchscreen e il modulo Tft è sempre presente un gap d'aria. Questo è utilizzato per ridurre l'influenza del rumore prodotto dal modulo Tft all'ingresso del touchscreen, rumore che si tradurrebbe in eventi tattili falsi. In questo caso particolare il traferro agisce come una sorta di isolatore per qualsiasi tipo di emissione irradiata proveniente dal modulo Tft o da altri dispositivi elettronici montati dietro lo schermo EasyTouch. È fortemente raccomandato prevedere un gap d'aria da 0,8 a 1,1 millimetri, intervallo che può essere considerato un buon compromesso tra distorsione di parallasse e riduzione del rumore.

Fig2

Spessore del materiale di rivestimento

Poiché i materiali hanno diversi valori di permettività relativa, lo spessore massimo della lente di copertura dipende principalmente dal tipo di soluzione utilizzata. Come standard per uso industriale, 3 mm di vetro rinforzato rappresentano un buon compromesso tra durezza, resistenza ai graffi, protezione e prestazioni multi touch. Per qualsiasi tipo di policarbonato o Pmma lo spessore deve essere ridotto in quanto la permettività relativa di tali materiali è pari a circa la metà rispetto al vetro. Uno spessore da 1,1 a 1,6 mm fornisce circa le stesse prestazioni tattili di un vetro da 3 mm. Soprattutto per quando concerne i materiali polimerici, la permettività relativa dipende molto dalla composizione esatta del polimero, quindi lo spessore massimo reale di un materiale non-vetroso deve essere definito da una serie di test. Naturalmente è possibile ricorrere a materiali di copertura più spessi, ma sempre a fronte di un degrado delle prestazioni tattili. Ad esempio, un vetro da 6 mm di spessore può ancora fornire una solida performance tattile, ma solo quando il dispositivo è utilizzato in un ambiente elettrico silenzioso, quando il controller touch è configurato correttamente per la dimensione dello schermo utilizzato e quando sono utilizzati alcuni algoritmi di elaborazione del segnale per ridurre il rumore di fondo al minimo. Aggiungere spessore al materiale di rivestimento riduce sempre il rapporto segnale-rumore dei dati che il touch controller utilizza per rilevare un evento tattile. Avere una lente di copertura spessa e utilizzare il dispositivo in un'area elettricamente rumorosa possono provocare l'innesco di falsi tocchi poiché l'influenza del dito sul campo elettrico è così piccola che il touch controller può non essere in grado di distinguere tra rumore di fondo e azione reale. Quindi, la scelta della lente di copertura è sempre condizionata dal compromesso tra necessità di protezione e massima riduzione possibile dello spessore.

Sensibilità tattile e rapporto segnale-rumore

La sensibilità tattile e il rapporto segnale-rumore dipendono da vari fattori. Come già detto, lo spessore della lente di copertura, il materiale e la configurazione del touch controller hanno una grande influenza sulle prestazioni tattili generali del sistema. Oltre a questo anche alcuni fattori elettrici aggiuntivi non così comunemente noti hanno una grande influenza sulla sensibilità complessiva del sistema tattile. Uno di questi fattori è il percorso di ritorno della corrente del sistema. Per un elevato Snr (Signal to noise ratio), un buon percorso di ritorno della corrente è importante e indispensabile. Per capire meglio perché sia necessario un buon percorso di ritorno della corrente è importante comprendere il principio di funzionamento di base di EasyTouch, quindi il metodo di rilevamento capacitivo reciproco. Il controller EasyTouch misura la variazione di capacità in modo indiretto valutando la corrente proveniente dal condensatore reciproco tra gli elettrodi X e Y del sensore touch screen. La corrente è integrata nel tempo, quindi la carica nel condensatore reciproco è calcolata come Q = ∫idt

Questa carica misurata è proporzionale alla capacità reciproca tra gli elettrodi X e Y. Un dito che entra in contatto con lo schermo ha un'influenza sulla capacità reciproca e trasferisce la corrente dallo schermo, scaricando il condensatore attraverso la mano, il braccio, il corpo e così via. Questa corrente (o carica) deve tornare al touch controller in virtù della terza legge di Kirchhoff. “La somma di tutte le correnti che entrano in un nodo o in una giunzione è uguale alla somma delle correnti che escono”. Ora occorre capire che vi sono due tipologie generali di dispositivi, caratterizzate da una diversa modalità di chiusura del circuito di corrente. La prima classe di dispositivi è chiamata "flottante": ciò significa che questi dispositivi non hanno una terra di riferimento a potenziale fisso perché sono alimentati da batterie. Dispositivi come telefoni cellulari, tablet e Pda appartengono a questa classe. Questo è vero nel caso in cui tali dispositivi non sono collegati a un caricabatterie o a un alimentatore esterno oppure a un computer tramite Usb o a qualsiasi altro tipo di connessione dati fisica che fornisca un riferimento di terra esterno. La seconda classe di dispositivi è chiamata "Tethered", allacciata: ciò significa che questi dispositivi hanno un potenziale di riferimento di terra più o meno fisso fornito dalla loro alimentazione principale. Per capire come fornire un buon percorso di ritorno della corrente è necessario dare uno sguardo a un modello di un dispositivo flottante ideale in "aria libera".

Fig3

In base alla Fig. 3 è abbastanza chiaro come questo sistema sia ad accoppiamento tipicamente Ac, pertanto un buon accoppiamento capacitivo di tutti i dispositivi e delle persone coinvolti è assolutamente necessario per una bassa resistenza e un basso rumore del loop di corrente. Tuttavia la Fig. 3 non è rappresentativa della realtà poiché offre un modello semplificato che descrive una situazione generica. Inoltre, la Fig. 3 non mostra una tipica applicazione delle due classi di dispositivi ma solo quella di un dispositivo flottante che viene toccato da un solo dito di una mano. I dispositivi flottanti, come i telefoni cellulari sono normalmente tenuti con una mano e gestiti con un dito dell'altra mano. I dispositivi tethered sono fisicamente collegati alla rete elettrica, che fornisce un riferimento fisso di terra tramite una connessione fisica. Dal momento che la maggior parte delle applicazioni industriali riguarda dispositivi tethered, spiegahiamo configurazione.

Fig4

Come illustrato in Fig. 4, i dispositivi tethered forniscono un percorso di corrente addizionale al touch controller tramite l'alimentazione: normalmente si tratta di un percorso ottimale e a bassa resistenza, quindi offre un contributo importante per ottenere un buon segnale tattile. Poiché il percorso di corrente attraverso l'alimentatore normalmente è molto valido, si deve prestare attenzione a non aggiungere alla connessione alcun tipo di rumore, ad esempio indotto dagli alimentatori switching. Rispetto alla Fig. 3, la Fig. 4 mostra come la situazione in un dispositivo tethered sia molto più complessa. La configurazione di Fig. 4 non riporta tutti i possibili percorsi di corrente del controller touch e solleva alcune domande come: Com’è il potenziale di terra gestito all'interno dell'alimentatore? Il collegamento a bassa tensione (percorso rosso) dopo l'alimentazione al dispositivo è isolato da terra? Come viene gestita la bassa tensione all'interno del dispositivo? Sono presenti altri alimentatori switching all'interno del dispositivo? Il dispositivo ha un contenitore metallico che forse è collegato al potenziale di terra direttamente (o tramite condensatori)? Sono presenti percorsi di corrente supplementari magari tramite altre connessioni dati come Usb, Ethernet, RS232 o RS485? Poiché tutti i controller EasyTouch sono basati su dispositivi maXTouch di Atmel, essi sfruttano gli algoritmi avanzati di filtraggio del rumore e i robusti frontend analogici della tecnologia maXTouch e quindi sono in grado di gestire una vasta gamma di diverse situazioni di messa a terra.

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