La tecnologia e il design dei touchscreen nei display touch

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La tecnologia e il design dei touchscreen nei display touch

La tecnologia touchscreen

Sempre più presenti nella nostra vita e nelle più svariate applicazioni, incorporati in telefoni, sistemi di accesso, apparecchiature di monitoraggio medico e HMI industriali, i touchscreen sono ovunque. Come componente, hanno oggi un’applicazione vastissima: se un prodotto è dotato di display o tastiera, un designer da qualche parte probabilmente sta valutando come implementare anche la tecnologia touchscreen.

Come con qualsiasi tecnologia, esistono molti approcci di implementazione, necessità di prestazioni e considerazioni tecniche da fare durante la progettazione di un monitor touchscreen.

Sapere di cosa si necessita è un primo passo importante nella progettazione di un prodotto touchscreen. Un touchscreen capacitivo è, infatti, un insieme di parti che contribuiscono, nel loro insieme, a garantire le prestazioni necessarie al corretto funzionamento richiesto.

Le tre tipologie di touchscreen più comuni

  • I touch screen resistivi sono impiegati in applicazioni ad alto utilizzo e rappresentano l’implementazione touchscreen più economica. Reagiscono alla pressione – possono essere attivati con un dito, una mano guantata, uno stilo o un altro oggetto – e sono immuni all’acqua.
  • I touch screen capacitivi superficiali forniscono una visualizzazione molto più chiara rispetto alla copertura in plastica tipicamente utilizzata in un touchscreen resistivo. In un display capacitivo di superficie, i sensori ai quattro angoli del display rilevano le variazioni di capacità dovute al tocco. Questi touchscreen possono essere attivati solo con un dito o un altro oggetto conduttivo.
  • I touch screen capacitivi proiettati sono l’ultima novità sul mercato. Offrono una chiarezza ottica ancora superiore e, rispetto ai capacitivi di superficie, non richiedono calibrazione della posizione e hanno una precisione posizionale molto più elevata. Inoltre, possono rilevare più tocchi contemporaneamente.

I componenti di un display touch-screen

Vediamo insieme i vari componenti che costituiscono un “sistema” display touch:

  • Pannello frontale o Cover Lens

Il pannello frontale (chiamato anche Cover Lens) è la parte più esterna del prodotto finale. In alcuni prodotti, questa comprenderà uno strato protettivo trasparente per creare una barriera contro agenti atmosferici e umidità e per resistere a graffi e atti vandalici che potrebbero interessare i sensori tattili/touch del display (vedi punto 3). Altre volte, il pannello più esterno copre semplicemente i bordi del sensore tattile sottostante e, in questo caso, è puramente decorativo.
La possibilità di utilizzare diversi materiali (dalla plastica al vetro) e le differenti metodologie di assemblaggio del pannello frontale con sensore Tattile (dall’Air Bonding all’Optical bonding che, tramite l’utilizzo di collanti particolari garantisce una forte adesione, una elevata trasparenza ed un blocco dei raggi UV >99%), garantiscono prestazioni elevate anche in condizioni di lavoro estreme.

  • Controller touch

Il controller touch è un chip basato su microcontrollore che si trova tra il sensore touch e il controller del sistema integrato. Può essere posizionato su una scheda controller all’interno del sistema oppure su un circuito stampato flessibile (FPC) fissato al sensore tattile in vetro. Questo chip prende le informazioni dal sensore touch e le traduce in informazioni comprensibili al controller del sistema.
Sul mercato ve ne sono di vari costruttori, prestazioni e costi.

Componenti di un display touchscreen

 

  • Sensore tattile o Touch Sensor

Un “sensore” touchscreen è un pannello di vetro trasparente con una superficie sensibile al tocco posizionato sopra un display TFT in modo che l’area tattile del pannello copra l’area visibile del display.
Oggi sul mercato sono disponibili numerose tecnologie di sensori tattili, ciascuna delle quali utilizza un metodo diverso per rilevare l’input tattile. Fondamentalmente, tutte queste tecnologie utilizzano una corrente elettrica che scorre attraverso il pannello e, al tocco, provoca una variazione di tensione o di segnale che viene rilevata dal controller touch per determinare la posizione del tocco sullo schermo.

  • Display (TFT, LCD o di altro tipo)

La maggior parte dei sistemi touchscreen funziona su qualsiasi tipologia di display.
Il display da accoppiare ad un touch dovrebbe essere scelto per gli stessi motivi di un sistema tradizionale: risoluzione, contrasto, luminosità, velocità di risposta, consumi e costo.
Una considerazione importante per un touchscreen, tuttavia, è il livello di emissione elettrica. Poiché la tecnologia del sensore tattile si basa su piccoli cambiamenti elettrici quando il pannello viene toccato, può essere difficile scegliere un display che emette molto rumore elettrico, per questo, affidarsi ad esperti può rivelarsi molto utile.

  • Software di controllo

Il software del controller del touchscreen può essere installato dalla fabbrica o offerto come software aggiuntivo installabile/aggiornabile direttamente dal cliente.
Esso consente al touchscreen e al controller del sistema di funzionare insieme e indica al sistema operativo del prodotto come interpretare le informazioni sugli eventi di tocco inviate dal
controller. In un’applicazione in stile PC, la maggior parte dei driver del touchscreen funziona come un mouse del PC, in questo modo toccare lo schermo è simile a fare clic con il mouse nella stessa posizione sullo schermo. Nei sistemi embedded, il driver del controller incorporato deve confrontare le informazioni presentate sullo schermo con la posizione del tocco ricevuto.

Come funzionano i touchscreen

Focalizzandoci sui Touch Screen Capacitivi, ad oggi quelli più utilizzati, presentano una forte componente elettrica. I touchscreen capacitivi proiettati non hanno parti mobili, le uniche cosa che si frappongono tra il display e l’utente sono l’ITO (ossido di indio-stagno, un conduttore trasparente) ed il vetro, che hanno una chiarezza ottica vicina al 100%. L’hardware di rilevamento della capacità è costituito da uno strato superiore in vetro, seguito da una serie di sensori X, uno strato isolante, quindi una serie di sensori Y su un substrato di vetro. Il pannello avrà un filo per ciascun sensore X e Y, quindi, ad esempio un pannello 5 x 6 avrà 11 connessioni mentre un pannello 10 x 14 avrà 24 connessioni. Quando un dito o un altro oggetto conduttivo si avvicina allo schermo, si crea un condensatore tra i sensori e il dito, andando così a variare la capacità. Questo condensatore è piccolo rispetto agli altri nel sistema (circa 0,5 pF su 20 pF), ma è facilmente misurabile.

Una serie di sensori capacitivi proiettati è progettata in modo che un dito interagisca con più di un sensore X e più di un sensore Y contemporaneamente, il che consente al software di determinare con precisione la posizione del dito in modo molto preciso attraverso l’interpolazione.
Poiché i pannelli capacitivi proiettati dispongono di più sensori, possono rilevare più dita contemporaneamente, cosa impossibile con altre tecnologie. Infatti, è stato dimostrato che la capacità proiettiva è in grado di rilevare fino a dieci dita contemporaneamente e ciò consente nuove entusiasmanti applicazioni, inclusi controlli di processi complessi tramite gesture predefinite dall’utente via software.

Senza dubbio, i touchscreen hanno iniziato a definire una nuova interfaccia utente e uno standard di progettazione industriale che viene adottato in molteplici applicazioni, dai cardiofrequenzimetri agli HMI industriali, a sistemi di controllo accessi, alle vending machines.
Al di là del semplice aspetto, tuttavia, i touchscreen offrono un livello senza precedenti di sicurezza contro le manomissioni, resistenza agli agenti atmosferici, durata all’usura e consentono utilizzi in nuovi mercati grazie a funzionalità uniche come i touchscreen multi-touch, la possibilità di essere utilizzati anche con guanti di considerevole spessore che normalmente inibirebbero la variazione di capacità e in presenza di gocce d’acqua (si pensi, ad esempio, ad applicazioni da esterno dove il display ed il relativo touchscreen sono esposti agli agenti atmosferici). Con l’introduzione dei touchscreen in così tanti tipi di prodotti diviene fondamentale, quindi, che i progettisti comprendano l’ecosistema tecnologico e la disponibilità della tecnologia.

L’offerta monitor touch screen di CONSYSTEM

CONSYSTEM, storico distributore di componentistica elettronica, offre numerosi display touch progettati e prodotti da fornitori quali Powertip e TDO, che si caratterizzano per l’alta affidabilità del prodotto, la capacità di design e le personalizzazioni ad hoc in base alle necessità del cliente. Tali dispositivi trovano applicazione in numerosi settori quali: automazione industriale, domotica, medicale e, in generale, tutta quelle applicazioni che richiedono sistemi di visualizzazione complessi.

Tra le punte di diamante dell’offerta CONSYSTEM rientra il display UART con GUI (Graphic User Interface) dedicata di Powertip, progettato per facilitare lo sviluppo di interfacce HMI riducendo significativamente il time-to-market. Il dispositivo integra un embedded touchscreen display TFT, da 3.5” fino a 7” a seconda della necessità, configurandosi come una perfetta soluzione “ready-to-go”. Le interfacce disponibili sono varie (HDMI, MIPI, seriale RS232, Parallel TTL RGB) e la temperatura di lavoro va da -40°C a +80°C. La gamma di applicazioni è vasta: Industriale, Medicale, Home Appliance, Smart Home ecc.

touchscreen PowertipMonitor touchscreen Powertip

 

Grazie al nostro specialista tecnico per l’ambito visualizzazione, CONSYSTEM accompagna il cliente nella scelta del display touch più in linea con le sue specifiche esigenze, seguendolo per tutta la durata del ciclo commerciale: dal design-in al post vendita.

Articolo pubblicato sulla rivista Selezione di Elettronica ad Aprile 2024


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