Chạm vào tương lai: Màn hình cảm ứng điện dung dự kiến dẫn đầu thị trường mới

Có hai loại màn hình cảm ứng chính sử dụng cảm biến điện dung làm phương thức nhập chính của chúng: loại bề mặt và được chiếu. Màn hình cảm ứng điện dung bề mặt sử dụng một lớp oxit thiếc indi (ITO) và có ít nhất bốn điện cực ở ngoại vi. Khi một vật tiếp đất tiếp cận, chẳng hạn như một ngón tay, các điện cực này có thể cảm nhận được những thay đổi về điện dung bề mặt. 3M Micro-Touch là một trong những nhà cung cấp quan trọng nhất của công nghệ này. Phương pháp này đã được sử dụng trên màn hình cảm ứng kiosk trong một thời gian dài.

Tuy nhiên, màn hình cảm ứng điện dung bề mặt có một số hạn chế. Nó chỉ có thể nhận ra một ngón tay hoặc một chạm. Ngoài ra, có tính đến kích thước của các điện cực, nó là không thực tế cho màn hình cỡ nhỏ, chẳng hạn như những người sử dụng trên các nền tảng cầm tay.

Dòng trường tĩnh điện phát ra bởi cảm biến sử dụng điện cực màn hình cảm ứng được gọi là màn hình cảm ứng điện dung dự kiến. Có hai loại tụ điện thường được sử dụng trong cảm biến điện dung projective: tự điện dung và điện dung lẫn nhau.

Tự điện dung, còn được gọi là điện dung tuyệt đối, là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất. Nó sử dụng vật thể được cảm nhận như một tấm điện dung khác. Đối tượng cảm nhận điện tích giữa điện cực cảm biến và điện cực cảm biến và do đó được cảm nhận. Phí được đo được lưu trữ trong khớp nối điện dung kết quả. Hình 2 cho thấy các nguyên tắc trên hoạt động như thế nào.

Các điện dung lẫn nhau cũng được gọi là transcapacitance, đó là điện dung được tạo ra bởi các khớp nối của điện cực liền kề. Khi đối tượng được cảm nhận tiếp cận dòng điện trường từ điện cực này sang điện cực kia, sự thay đổi về điện dung lẫn nhau được cảm nhận để báo cáo vị trí. Trong các ứng dụng ô tô, các cảm biến điện dung lẫn nhau được sử dụng rộng rãi làm cảm biến độ dẫn để điều chỉnh xăng.

Hàng triệu phương pháp tự dung được sử dụng trong cảm nhận vị trí của cuộc sống hàng ngày của người dân. Ví dụ, trên máy tính xách tay ngày nay, chạm vào bảng đầu vào tồn tại ở khắp mọi nơi. Bảng đầu vào cảm ứng máy tính xách tay điển hình nhất sử dụng một dãy điện cực cảm biến X × Y để tạo thành một lưới cảm biến. Khi ngón tay gần với đầu vào cảm ứng, một lượng nhỏ điện tích được tạo ra giữa ngón tay và điện cực cảm biến. Một thuật toán cụ thể được sử dụng để xử lý các tín hiệu từ các cảm biến hàng và cột để xác định vị trí của đối tượng cảm biến (trong trường hợp này là ngón tay).

Trong hai loại cảm biến điện dung dự đoán ở trên, điện dung cảm biến có thể được thiết kế theo một phương pháp nhất định để chạm có thể được phát hiện tại bất kỳ thời điểm nào và cảm ứng không bị giới hạn ở một ngón tay hoặc nhiều ngón tay.

Cảm biến điện dung dự kiến đục có thể được sử dụng trên nhiều thiết bị, chẳng hạn như miếng đệm đầu vào cảm ứng và màn hình cảm ứng điện dung dự kiến, và nguyên tắc cơ bản của hoạt động là như nhau. Sự khác biệt nằm trong vật liệu điện cực cảm biến, bề mặt cảm biến, phương pháp sản xuất và nhiều vấn đề trong ngăn xếp phương thức. Bàn phím đầu vào cảm ứng có thể được làm bằng vật liệu mờ đục, chẳng hạn như điện cực dựa trên cacbon trong lĩnh vực kim loại hoặc chuyển giao. Màn hình cảm ứng điện dung dự kiến, mà phải trong suốt, thường được làm bằng các vật liệu giống như các dây dẫn trong suốt dựa trên màn hình cảm ứng điện trở.

Tuy nhiên, không giống như màn hình cảm ứng điện trở, màn hình cảm ứng điện dung dự kiến không yêu cầu tách không khí giữa các lớp, hoặc không cần biến dạng bất kỳ lớp nào, do đó cảm biến có thể sử dụng bề mặt nhựa hoặc thủy tinh cứng. Sự khác biệt chính giữa cấu hình màn hình cảm ứng điện dung và điện trở dự kiến là yêu cầu đối với ITO. ITO màn hình cảm ứng điện dung dự kiến được sử dụng như lớp thứ hai trên lớp trước, thay vì lắng đọng phim liên tục như màn hình cảm ứng điện trở. . Mặc dù tăng độ phức tạp của quá trình, nó vẫn đáng xem xét những lợi ích của một màn hình cảm ứng điện dung dự kiến.

Không có sự khác biệt rõ ràng trong việc lựa chọn chất nền thủy tinh và nhựa. Tất cả có thể được xếp chồng lên nhau trên ống kính bằng nhựa hoặc thủy tinh (bảo vệ màn hình), tùy thuộc vào thiết kế sản phẩm của nhà sản xuất thiết bị gốc. Thủy tinh tương đối dày, quan trọng và đắt tiền, nhưng nhìn chung nó khó hơn và có khả năng làm giảm chi phí của phần còn lại của thiết bị. Kính có hệ số truyền dẫn cao hơn nhựa, mặc dù cả hai vật liệu đều cao hơn màn hình cảm ứng điện trở có cùng kích thước. Cảm biến nhựa tương đối mỏng và tương đối dễ dàng để cán mỏng trên ống kính sản phẩm (bởi vì cán vật liệu linh hoạt vào các lớp vật liệu cứng dễ dàng hơn so với cán hai lớp vật liệu cứng). Vì các phương pháp sản xuất là tương tự nhau, cả chất nền thủy tinh và nhựa có thể được sử dụng để tạo ra màn hình cảm ứng điện dung tự và màn hình cảm ứng điện dung tương tác.

Hầu hết các nhà cung cấp cảm biến sử dụng cùng một loạt các quá trình phún xạ để khắc mẫu lTO trên bề mặt.

Trong năm 2007, 3M MicroTouch đã công bố khả năng sản xuất cuộn cuộn của cảm biến điện dung dự kiến. Trong quá khứ, mặc dù kỹ thuật khắc mô hình như vậy đã rất trưởng thành, nó sẽ làm cho hệ số phản xạ của bề mặt màn hình cảm ứng khác nhau, điều này sẽ làm cho khuôn mẫu hiển thị khi ánh sáng được vẽ trên bề mặt. Hệ số phản xạ thu được gần đây được kết hợp nhiều hơn và mẫu cảm biến hầu như không nhìn thấy được.

Bề mặt màn hình cảm ứng điện dung có những hạn chế thực tế trong sản xuất quy mô nhỏ, trong khi màn hình cảm ứng điện dung dự kiến có giới hạn ở kích thước lớn.

Điện cực cảm biến phải đủ gần để ngón tay có thể ảnh hưởng đến các đường điện trường của ít nhất hai điện cực để xác định vị trí của ngón tay. Tương tự, số lượng điện cực cảm biến cũng cần được tăng theo tỷ lệ hình học tương ứng khi kích thước màn hình tăng lên. Khi màn hình cảm ứng điện dung dự kiến tăng kích thước, số lượng điện cực cảm biến cần được gửi trở lại bộ điều khiển sẽ tăng lên nhanh chóng, buộc khung bezel không hoạt động của cảm biến mở rộng. Có một số mẹo để tạo màn hình cảm ứng điện dung dự kiến cỡ lớn, nhưng các thiết kế này chưa được xác minh trong các sản phẩm thực tế.