Vistas: 222 Autor: Wendy Publicar Tiempo: 2024-12-15 Origen: Sitio
Menú de contenido
● La estructura básica de las pantallas táctiles capacitivas
>> Vidrio fortalecido químicamente
>> Vidrio templado térmicamente
● Materiales de capa de sensor táctil
>> Óxido de lata de indio (ITO)
>> Grafeno
>> Vaso
>> Tereftalato de polietileno (PET)
>> Poliimida
>> Adhesivos ópticamente claros (OCA)
>> Adhesivos ópticamente despejados líquidos (LOCA)
● Circuito de control Materiales
>> Materiales de placa de circuito impreso (PCB)
● Materiales y tecnologías emergentes
>> 2. ¿Cómo funcionan los materiales de autocuración en componentes capacitivos de la pantalla táctil?
Las pantallas táctil capacitivas han revolucionado la forma en que interactuamos con dispositivos electrónicos, desde teléfonos inteligentes y tabletas hasta paneles de control industrial y pantallas automotrices. Estas interfaces sensibles al tacto se basan en una interacción compleja de materiales y componentes para detectar y responder a nuestras entradas táctiles. En este artículo completo, exploraremos los diversos materiales utilizados en los componentes capacitivos de la pantalla táctil, sus propiedades y cómo contribuyen a la funcionalidad general de estos dispositivos ubicuos.
Antes de profundizar en los materiales específicos, es esencial comprender la estructura básica de una pantalla táctil capacitiva. Por lo general, estas pantallas consisten en varias capas:
1. Cubra el vidrio o la capa protectora
2. Toque la capa del sensor
3. Capa de visualización (por ejemplo, LCD o OLED)
4. Circuito de control
Cada una de estas capas incorpora diferentes materiales elegidos para sus propiedades y funciones específicas dentro de los componentes capacitivos de la pantalla táctil.
La capa más externa de una pantalla táctil capacitiva es el vidrio de cubierta, que sirve como una barrera protectora y la superficie con la que interactúan los usuarios. Los materiales comunes utilizados para el vidrio de la cubierta incluyen:
El vidrio fortalecido químicamente, como el vidrio gorila de Corning, se usa ampliamente en componentes capacitivos de la pantalla táctil. Este material sufre un proceso de intercambio iónico que reemplaza los iones de sodio más pequeños con iones de potasio más grandes, creando una capa de estrés por compresión en la superficie. Esto da como resultado una mayor resistencia a los arañazos y una durabilidad general.
El proceso de fortalecimiento químico implica sumergir el vidrio en un baño de sal de potasio fundido a temperaturas de alrededor de 400 ° C. Como los iones de sodio en el vidrio son reemplazados por los iones de potasio más grandes, crea una capa de tensión de compresión en la superficie y la tensión en el centro. Este perfil de estrés mejora significativamente la resistencia del vidrio al daño por impactos y rasguños.
El vidrio templado térmicamente es otra opción para el vidrio de cubierta en componentes capacitivos de la pantalla táctil. Este material se calienta a cerca de su punto de ablandamiento y luego se enfría rápidamente, creando tensión dentro del vidrio que aumenta su resistencia y resistencia a la rotura.
El proceso de templado térmico implica calentar el vidrio a temperaturas alrededor de 600-700 ° C, justo por debajo de su punto de ablandamiento. Luego, el vidrio se enfría rápidamente con chorros de aire, lo que hace que la superficie externa se enfríe y se contraiga más rápido que el interior. Esto crea un estado de compresión en la superficie equilibrado por la tensión en el interior, lo que resulta en vidrio que es aproximadamente cuatro veces más fuerte que el vidrio recocido del mismo grosor.
Para las aplicaciones donde el peso o la flexibilidad son una preocupación, los materiales sintéticos como el policarbonato (PC) o el metacrilato de polimetilo (PMMA) pueden usarse como alternativas al vidrio en componentes capacitivos de la pantalla táctil. Estos materiales ofrecen ventajas, como resistencia al impacto y la capacidad de crear pantallas curvas o flexibles.
El policarbonato, por ejemplo, es conocido por su excepcional resistencia al impacto, que es aproximadamente 250 veces mayor que el vidrio. También es mucho más ligero, lo que lo hace ideal para dispositivos portátiles. PMMA, comúnmente conocido como acrílico, ofrece una excelente claridad óptica y resistencia a los rayos UV, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de pantalla táctil al aire libre.
La capa del sensor táctil es el corazón de los componentes capacitivos de la pantalla táctil, responsable de detectar cambios en la capacitancia cuando un objeto conductor (como un dedo) se acerca o toca la pantalla. Se utilizan varios materiales para crear esta capa crucial:
El óxido de estaño de indio (ITO) ha sido durante mucho tiempo el material estándar para recubrimientos conductores transparentes en componentes capacitivos de la pantalla táctil. ITO es una mezcla de óxido de indio (III) y óxido de estaño (IV), que proporciona una excelente conductividad al tiempo que mantiene una alta transparencia. Por lo general, se aplica como una película delgada en sustratos de vidrio o plástico a través de procesos como pulverización o deposición de vapor químico.
Las propiedades únicas de ITO provienen de su estructura electrónica. El material es un semiconductor de tipo N muy dopado, donde los átomos de estaño actúan como dopantes en la red de óxido de indio. Esto da como resultado una alta concentración de electrones libres, dando a ITO sus propiedades conductoras. Al mismo tiempo, su amplio bandgap permite pasar la luz visible, haciéndola transparente.
La tecnología de malla de metal se ha convertido en una alternativa a ITO en los componentes capacitivos de la pantalla táctil. Este enfoque utiliza una cuadrícula de cables de metal ultram-finos, a menudo hechos de cobre o plata, para crear una capa conductora transparente. La malla de metal ofrece ventajas como una mayor conductividad, flexibilidad y costos de producción potencialmente más bajos en comparación con ITO.
La malla de metal se crea típicamente usando fotolitografía o técnicas de impresión, lo que permite un control preciso sobre el patrón de cable. Los cables son tan finos (generalmente menos de 5 micrómetros de ancho) que son invisibles a simple vista, manteniendo la transparencia de la pantalla. La estructura abierta de la malla también permite una mejor flexibilidad en comparación con las películas de ITO sólidas.
La tecnología de nanocable plateado es otro material prometedor para componentes capacitivos de la pantalla táctil. Estos cables plateados increíblemente delgados se distribuyen al azar en un sustrato para formar una red conductora. Los nanocables de plata ofrecen una excelente conductividad y flexibilidad, lo que los hace adecuados para pantallas táctiles rígidas y flexibles.
Los nanocables de plata típicamente se sintetizan a través de un proceso basado en la solución y se pueden aplicar a sustratos utilizando técnicas como recubrimiento por pulverización o impresión de rollo a roll. Su alta relación de aspecto (longitud a ancho) les permite formar una red conductora a concentraciones relativamente bajas, manteniendo una alta transparencia. La flexibilidad de las redes de nanocables de plata también las hace ideales para aplicaciones emergentes en electrónica flexible y estirable.
El grafeno, una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal, se está explorando como un material de próxima generación para componentes capacitivos de la pantalla táctil. Su excepcional conductividad eléctrica, transparencia óptica y flexibilidad lo convierten en una opción atractiva para futuras tecnologías de pantalla táctil.
Las propiedades únicas del grafeno surgen de su estructura bidimensional. La hibridación SP2 de los átomos de carbono en el grafeno da como resultado electrones delocalizados que pueden moverse libremente a través de la hoja, dándole una excelente conductividad eléctrica. Al mismo tiempo, su grosor de un solo átomo le permite transmitir hasta el 97.7% de la luz visible, lo que la hace altamente transparente.
El sustrato sirve como base para la capa del sensor táctil en componentes capacitivos de la pantalla táctil. Los materiales de sustrato comunes incluyen:
El vidrio sigue siendo un material de sustrato popular para los componentes capacitivos de la pantalla táctil debido a sus excelentes propiedades ópticas, rigidez y compatibilidad con varios procesos de fabricación. Se pueden usar diferentes tipos de vidrio, como vidrio de lima o vidrio de borosilicato, dependiendo de los requisitos específicos de la aplicación.
El vidrio de soda-lima es el tipo más común utilizado en pantallas táctiles debido a su bajo costo y facilidad de fabricación. Está compuesto principalmente de sílice (SiO2), óxido de sodio (NA2O) y óxido de calcio (CAO). El vidrio de borosilicato, que contiene trióxido de boro (B2O3), ofrece una mejor resistencia térmica y química, lo que lo hace adecuado para aplicaciones más exigentes.
PET es un sustrato de plástico flexible comúnmente utilizado en componentes capacitivos de la pantalla táctil, especialmente para aplicaciones que requieren pantallas flexibles o curvas. Ofrece una buena claridad óptica y puede resistir las temperaturas necesarias para la deposición de ITO.
PET es un polímero termoplástico de la familia de poliéster, conocido por su alta relación resistencia / peso y excelente estabilidad dimensional. Su capacidad para mantener su forma bajo estrés lo hace ideal para pantallas táctiles flexibles. PET también tiene buena resistencia a la humedad y los productos químicos, lo que contribuye a la durabilidad de los componentes de la pantalla táctil.
Las películas de poliimida se utilizan como sustratos en componentes capacitivos de la pantalla táctil donde se requieren alta resistencia y flexibilidad. Estos materiales son particularmente adecuados para aplicaciones de visualización flexibles y plegables.
Las poliimidas son una clase de polímeros resistentes al calor conocidos por su excelente estabilidad térmica, resistencia química y propiedades mecánicas. Pueden soportar temperaturas de hasta 400 ° C, haciéndolas compatibles con los pasos de procesamiento de alta temperatura en la fabricación de la pantalla táctil. Su capacidad para mantener la flexibilidad y las propiedades eléctricas en un amplio rango de temperatura los hace ideales para pantallas flexibles y plegables avanzadas.
Los adhesivos juegan un papel crucial en la unión de las diversas capas de componentes capacitivos de la pantalla táctil. Estos materiales deben proporcionar una fuerte adhesión mientras mantienen la claridad óptica y no interfiren con la funcionalidad de detección táctil. Los materiales adhesivos comunes incluyen:
Los OCA son adhesivos especialmente formulados diseñados para unir las capas de componentes capacitivos de la pantalla táctil sin introducir espacios de aire o afectar el rendimiento óptico. Estos adhesivos suelen estar basados en acrílico y ofrecen una excelente transparencia y durabilidad.
Los OCA generalmente se suministran como películas o sábanas delgadas, que están laminadas entre las capas de pantalla táctil en condiciones de temperatura y presión controladas. Están diseñados para que coincidan con el índice de refracción de los materiales que se unen para minimizar la reflexión de la luz en las interfaces, manteniendo así la claridad óptica de la pantalla.
Las locas son adhesivos líquidos que se curan con luz UV después de la aplicación. Estos adhesivos pueden fluir hacia pequeños espacios e irregularidades, proporcionando una excelente unión y un rendimiento óptico en componentes capacitivos de la pantalla táctil.
La naturaleza líquida de las locas les permite ajustarse perfectamente a las irregularidades de la superficie, eliminando los espacios de aire que podrían afectar la sensibilidad táctil o el rendimiento óptico. Después de la aplicación, el adhesivo está expuesto a la luz UV, que inicia una reacción de polimerización, convirtiendo el líquido en una capa sólida y ópticamente clara. Este proceso permite un control preciso sobre el grosor y la distribución del adhesivo.
El circuito de control en componentes capacitivos de la pantalla táctil es responsable de procesar las entradas táctiles y comunicarse con el procesador principal del dispositivo. Los materiales clave utilizados en esta área incluyen:
Los PCB en los componentes de la pantalla táctil capacitiva están hechos típicamente de material FR-4 (retardante de llama 4), un compuesto de tela de fibra de vidrio tejida con una carpeta de resina epoxi. Este material proporciona un excelente aislamiento eléctrico y estabilidad mecánica.
FR-4 está compuesto por múltiples capas de tela de fibra de vidrio impregnada con resina epoxi. El '4 ' en FR-4 se refiere a la clasificación de resistencia a la llama del material. Esta estructura compuesta le da a FR-4 su alta resistencia, baja absorción de agua y excelentes propiedades aislantes eléctricas, lo que lo hace ideal para usar los circuitos de control de la pantalla táctil.
El cobre es el material más común utilizado para trazas conductoras en PCB en componentes capacitivos de la pantalla táctil. Estas trazas conectan la capa del sensor táctil a los circuitos de control y transportan las señales eléctricas que detectan entradas táctiles.
El cobre se elige por su excelente conductividad eléctrica, solo superada por la plata entre los metales. Las trazas de cobre generalmente se crean a través de un proceso de grabado o recubrimiento aditivo en el sustrato de PCB. El grosor y el ancho de estas trazas están cuidadosamente diseñados para equilibrar el rendimiento eléctrico con la necesidad de circuitos compactos de alta densidad en dispositivos modernos de pantalla táctil.
Los ICS utilizados en los componentes capacitivos de la pantalla táctil generalmente están hechos de silicio, con varios dopantes y capas de metal agregadas para crear los transistores e interconexiones necesarios. Estos chips son responsables de procesar las entradas táctiles y pueden incluir características adicionales como el reconocimiento de gestos o el rechazo de la palma.
El controlador de pantalla táctil moderna es altamente sofisticada, a menudo incorporan múltiples núcleos de procesamiento, convertidores analógicos a digitales y algoritmos especializados para la reducción de ruido y la detección táctil. El sustrato de silicio se procesa a través de una serie de pasos de fotolitografía, grabado y deposición para crear la compleja red de transistores e interconexiones que componen el IC.
A medida que crece la demanda de componentes de pantalla táctil capacitiva más avanzadas, investigadores y fabricantes como Reshine Display están explorando nuevos materiales y tecnologías para mejorar el rendimiento y habilitar nuevas características:
Se están investigando puntos cuánticos para su uso en componentes capacitivos de la pantalla táctil para mejorar la reproducción del color y la eficiencia energética en las pantallas. Estas partículas de semiconductores a nanoescala se pueden integrar en la capa de visualización para mejorar el rendimiento visual.
Los puntos cuánticos están hechos típicamente de materiales semiconductores como el selenuro de cadmio o el fosfuro de indio. Sus propiedades ópticas únicas surgen de los efectos de confinamiento cuántico, donde los niveles de energía de los electrones en el material se vuelven discretos más que continuos. Esto permite que los puntos cuánticos emitan la luz de longitudes de onda muy específicas cuando se excitan, lo que lleva a un control de color más preciso en las pantallas.
Los polímeros de autocuración se están desarrollando para su uso en componentes capacitivos de la pantalla táctil para crear pantallas que puedan reparar rasguños menores y daños automáticamente. Estos materiales podrían extender significativamente la vida útil de los dispositivos de pantalla táctil.
Los materiales de autocuración generalmente funcionan a través de uno de los dos mecanismos: la autocuración intrínseca, donde el material puede reformar los enlaces rotos de forma autónoma, o la autocuración extrínseca, donde los agentes curativos se encapsulan dentro del material y se liberan cuando ocurre el daño. Para las pantallas táctiles, los investigadores están explorando materiales que pueden mantener la transparencia y la conductividad al tiempo que ofrecen propiedades de autocuración.
Los materiales piezoeléctricos, que generan una carga eléctrica en respuesta al estrés mecánico, se están explorando para su uso en componentes capacitivos de la pantalla táctil para permitir entradas táctiles sensibles a la presión y retroalimentación háptica.
Los materiales piezoeléctricos comunes incluyen cuarzo, titanato de bario y fluoruro de polivinilideno (PVDF). Cuando se integran en los componentes de la pantalla táctil, estos materiales pueden detectar la fuerza de un toque además de su ubicación, lo que permite nuevas posibilidades de interacción. También se pueden utilizar para crear vibraciones localizadas para la retroalimentación háptica, mejorando la experiencia del usuario.
A medida que el uso de componentes capacitivos de la pantalla táctil continúa creciendo, existe un enfoque cada vez mayor en el impacto ambiental de los materiales utilizados en su producción. Fabricantes como Reshine Display están explorando alternativas más sostenibles y procesos de reciclaje para materiales como ITO, que contienen el elemento raro y costoso indium.
Un enfoque es desarrollar materiales conductores transparentes alternativos que usen elementos más abundantes. Por ejemplo, el óxido de zinc dopado con aluminio (AZO) se está investigando como un reemplazo potencial para ITO. Otra estrategia es mejorar los procesos de reciclaje para los componentes de la pantalla táctil, lo que permite recuperar y reutilizar materiales valiosos.
Además, existe un creciente interés en materiales biodegradables y biológicos para componentes de pantalla táctil. Por ejemplo, los investigadores están explorando el uso de nanofibras de celulosa como material de sustrato, lo que podría reducir el impacto ambiental de los dispositivos desechados.
Los materiales utilizados en los componentes capacitivos de la pantalla táctil juegan un papel crucial en la determinación del rendimiento, la durabilidad y la funcionalidad de estas interfaces ubicuas. Del vidrio de cubierta que protege la pantalla a las capas conductoras que detectan nuestras entradas táctiles, cada material se elige cuidadosamente para sus propiedades específicas y cómo contribuye al sistema general.
A medida que la tecnología continúa avanzando, podemos esperar ver nuevos materiales e innovaciones en componentes capacitivos de la pantalla táctil que permitan interfaces táctiles aún más receptivas, duraderas y versátiles. La investigación en curso sobre materiales como grafeno, puntos cuánticos y polímeros de autocuración promete superar los límites de lo que es posible con la tecnología de pantalla táctil.
Al comprender los materiales utilizados en los componentes capacitivos de la pantalla táctil, obtenemos una apreciación más profunda por la complejidad e ingenio detrás de las superficies suaves y receptivas con las que interactuamos todos los días. A medida que estas tecnologías continúan evolucionando, sin duda darán forma a la forma en que interactuamos con nuestros dispositivos y el mundo que nos rodea de manera cada vez más fluida e intuitiva.
El óxido de estaño de indio (ITO) sigue siendo el material conductor más utilizado en los componentes capacitivos de la pantalla táctil. Su combinación de alta conductividad eléctrica y transparencia óptica lo hace ideal para crear la capa de detección en pantallas táctiles. Sin embargo, alternativas como la malla de metal y los nanocables de plata están ganando popularidad debido a su potencial de mejor rendimiento y menores costos.
Los materiales de autocuración utilizados en los componentes capacitivos de la pantalla táctil generalmente contienen agentes curativos microencapsulados o enlaces químicos dinámicos. Cuando ocurre un rasguño o daños menores, estos materiales pueden repararse automáticamente a través de varios mecanismos. Por ejemplo, las microcápsulas pueden romperse y liberar un agente curativo que llena el rasguño, o los lazos dinámicos pueden reformarse para cerrar pequeños huecos. Esta tecnología todavía está en desarrollo, pero es prometedora para crear pantallas táctiles más duraderas.
El vidrio se usa ampliamente como material de cubierta en componentes capacitivos de la pantalla táctil debido a su excelente claridad óptica, resistencia a los arañazos y durabilidad. El vidrio fortalecido químicamente, en particular, ofrece una mayor resistencia a los impactos y rasguños, mientras se mantiene la superficie lisa necesaria para las interacciones táctiles. Glass también proporciona una apariencia premium que los consumidores se asocian con dispositivos de alta calidad.
Los puntos cuánticos no están directamente relacionados con la funcionalidad de detección táctil de los componentes capacitivos de la pantalla táctil, pero pueden mejorar significativamente la calidad de la pantalla. Cuando se integran en la capa de visualización, los puntos cuánticos pueden mejorar la reproducción del color, aumentar el brillo y mejorar la eficiencia energética. Esto da como resultado colores más vibrantes y precisos, lo que potencialmente reduce el consumo de energía en los dispositivos de pantalla táctil.
Los nanocables de plata ofrecen varias ventajas cuando se usan en componentes capacitivos de la pantalla táctil. Proporcionan una excelente conductividad eléctrica mientras mantienen una alta transparencia óptica, similar a ITO. Sin embargo, los nanocables de plata también ofrecen una mayor flexibilidad, lo que los hace adecuados para pantallas flexibles o plegables. Además, se pueden aplicar utilizando procesos de fabricación más simples y potencialmente menos costosos, lo que podría conducir a costos de producción reducidos para dispositivos de pantalla táctil.
