Vues: 222 Auteur: Wendy Publish Heure: 2024-12-15 Origine: Site
Menu de contenu
● La structure de base des écrans tactiles capacitifs
● Matériaux de verre à couverture
>> Verre renforcé chimiquement
● Matériaux de couche de capteur tactile
>> Graphène
>> Verre
>> Polyéthylène téréphtalate (TEP)
>> Polyimide
>> Adhésifs optiquement clairs (OCA)
>> Adhésifs liquides et optiquement clairs (LOCA)
● Matériaux de circuit de contrôle
>> Matériaux de la carte de circuit imprimé (PCB)
● Matériaux et technologies émergentes
● Considérations environnementales
● Questions fréquemment posées
Les écrans tactiles capacitifs ont révolutionné la façon dont nous interagissons avec les appareils électroniques, des smartphones et des tablettes aux panneaux de commande industriels et aux écrans automobiles. Ces interfaces sensibles au toucher reposent sur une interaction complexe de matériaux et de composants pour détecter et répondre à nos entrées tactiles. Dans cet article complet, nous explorerons les différents matériaux utilisés dans les composants à écran tactile capacitif, leurs propriétés et comment ils contribuent à la fonctionnalité globale de ces appareils omniprésents.
Avant de plonger dans les matériaux spécifiques, il est essentiel de comprendre la structure de base d'un écran tactile capacitif. En règle générale, ces écrans se composent de plusieurs couches:
1. Couvre-verre ou couche protectrice
2. Couche de capteur tactile
3. Couche d'affichage (par exemple, LCD ou OLED)
4. Circuit de contrôle
Chacune de ces couches intègre différents matériaux choisis pour leurs propriétés et fonctions spécifiques dans les composants à écran tactile capacitif.
La couche la plus externe d'un écran tactile capacitif est le verre de couverture, qui sert à la fois de barrière protectrice et de la surface avec laquelle les utilisateurs interagissent. Les matériaux communs utilisés pour le verre de couverture comprennent:
Le verre renforcé chimiquement, comme le verre gorille de Corning, est largement utilisé dans les composants à écran tactile capacitif. Ce matériau subit un processus d'échange d'ions qui remplace les ions sodium plus petits par des ions de potassium plus grands, créant une couche de contrainte de compression à la surface. Il en résulte une résistance accrue des rayures et une durabilité globale.
Le processus de renforcement chimique consiste à immerger le verre dans un bain de sel de potassium fondu à des températures d'environ 400 ° C. Comme les ions sodium dans le verre sont remplacés par les plus grands ions de potassium, il crée une couche de contrainte de compression sur la surface et la tension au centre. Ce profil de contrainte améliore considérablement la résistance du verre aux dommages causés par les impacts et les rayures.
Le verre trempé thermique est une autre option pour le verre de couverture dans les composants à écran tactile capacitif. Ce matériau est chauffé à proximité de son point de ramollissement, puis rapidement refroidi, créant une tension dans le verre qui augmente sa résistance et sa résistance à la rupture.
Le processus de tempérament thermique consiste à chauffer le verre à des températures à environ 600 à 700 ° C, juste en dessous de son point de ramollissement. Le verre est ensuite rapidement refroidi à l'aide de jets d'air, ce qui fait refroidir la surface extérieure et se contracter plus rapidement que l'intérieur. Cela crée un état de compression dans la surface équilibrée par la tension à l'intérieur, ce qui entraîne un verre qui est environ quatre fois plus fort que le verre recuit de la même épaisseur.
Pour les applications où le poids ou la flexibilité est une préoccupation, des matériaux synthétiques comme le polycarbonate (PC) ou le méthacrylate de polyméthyle (PMMA) peuvent être utilisés comme alternatives au verre dans les composants à écran tactile capacitif. Ces matériaux offrent des avantages tels que la résistance à l'impact et la capacité de créer des écrans incurvés ou flexibles.
Le polycarbonate, par exemple, est connu pour sa résistance à l'impact exceptionnel, qui est environ 250 fois supérieure à celle du verre. Il est également beaucoup plus léger, ce qui le rend idéal pour les appareils portables. Le PMMA, communément appelé acrylique, offre une excellente clarté optique et résistance aux UV, ce qui le rend adapté aux applications à écran tactile extérieures.
La couche de capteur tactile est le cœur des composants à écran tactile capacitif, responsable de la détection des changements de capacité lorsqu'un objet conducteur (comme un doigt) s'approche ou touche l'écran. Plusieurs matériaux sont utilisés pour créer cette couche cruciale:
L'oxyde d'étain indium (ITO) a longtemps été le matériau standard des revêtements conducteurs transparents dans les composants à écran tactile capacitif. L'ITO est un mélange d'oxyde d'oxyde d'indium (III) et d'étain (IV), qui offre une excellente conductivité tout en maintenant une transparence élevée. Il est généralement appliqué comme un film mince sur des substrats en verre ou en plastique à travers des processus tels que la pulvérisation ou le dépôt de vapeur chimique.
Les propriétés uniques d'ITO découlent de sa structure électronique. Le matériau est un semi-conducteur de type N fortement dopé, où les atomes d'étain agissent comme des dopants dans le réseau d'oxyde d'indium. Il en résulte une concentration élevée d'électrons libres, donnant à l'ITO ses propriétés conductrices. Dans le même temps, sa large bande interdite permet à la lumière visible de passer, la rendant transparente.
La technologie de maillage métallique est devenue une alternative à l'ITO dans les composants à écran tactile capacitif. Cette approche utilise une grille de fils métalliques ultra-fins, souvent en cuivre ou en argent, pour créer une couche conductrice transparente. Metal Mesh offre des avantages tels qu'une conductivité plus élevée, une flexibilité et des coûts de production potentiellement inférieurs à l'ITO.
Le maillage métallique est généralement créé à l'aide de la photolithographie ou des techniques d'impression, permettant un contrôle précis sur le motif de fil. Les fils sont si fins (généralement moins de 5 micromètres de largeur) qu'ils sont invisibles à l'œil nu, en maintenant la transparence de l'écran. La structure ouverte du maillage permet également une meilleure flexibilité par rapport aux films ITO solides.
La technologie Silver Nanowire est un autre matériau prometteur pour les composants à écran tactile capacitif. Ces fils d'argent incroyablement minces sont distribués au hasard sur un substrat pour former un réseau conducteur. Les nanofils d'argent offrent une excellente conductivité et flexibilité, ce qui les rend adaptées aux écrans tactiles rigides et flexibles.
Les nanofils d'argent sont généralement synthétisés par un processus basé sur une solution et peuvent être appliqués aux substrats à l'aide de techniques telles que le revêtement par pulvérisation ou l'impression rouleau à roll. Leur rapport d'aspect élevé (longueur à la largeur) leur permet de former un réseau conducteur à des concentrations relativement faibles, en maintenant une transparence élevée. La flexibilité des réseaux de nanofils d'argent les rend également idéaux pour les applications émergentes en électronique flexible et extensible.
Le graphène, une seule couche d'atomes de carbone disposés dans un réseau hexagonal, est exploré comme un matériau de nouvelle génération pour les composants à écran tactile capacitif. Sa conductivité électrique exceptionnelle, sa transparence optique et sa flexibilité en font une option attrayante pour les futures technologies à écran tactile.
Les propriétés uniques du graphène découlent de sa structure bidimensionnelle. L'hybridation SP2 des atomes de carbone dans le graphène entraîne des électrons délocalisés qui peuvent se déplacer librement à travers la feuille, ce qui lui donne une excellente conductivité électrique. Dans le même temps, son épaisseur à atomes uniques lui permet de transmettre jusqu'à 97,7% de la lumière visible, ce qui le rend très transparent.
Le substrat sert de base à la couche de capteur tactile dans les composants à écran tactile capacitif. Les matériaux de substrat communs comprennent:
Le verre reste un matériau de substrat populaire pour les composants de l'écran tactile capacitif en raison de ses excellentes propriétés optiques, de sa rigidité et de sa compatibilité avec divers processus de fabrication. Différents types de verre, tels que le verre à la chaux de soude ou le verre borosilicate, peuvent être utilisés en fonction des exigences spécifiques de l'application.
Le verre de soda-lime est le type le plus courant utilisé dans les écrans tactiles en raison de son faible coût et de sa facilité de fabrication. Il est composé principalement de silice (SiO2), d'oxyde de sodium (Na2O) et d'oxyde de calcium (CaO). Le verre borosilicate, qui contient du trioxyde de bore (B2O3), offre une meilleure résistance thermique et chimique, ce qui le rend adapté à des applications plus exigeantes.
PET est un substrat en plastique flexible couramment utilisé dans les composants à écran tactile capacitif, en particulier pour les applications nécessitant des écrans pliables ou incurvés. Il offre une bonne clarté optique et peut résister aux températures requises pour le dépôt ITO.
PET est un polymère thermoplastique de la famille des polyester, connu pour son rapport résistance / poids élevé et une excellente stabilité dimensionnelle. Sa capacité à maintenir sa forme sous contrainte le rend idéal pour les écrans tactiles flexibles. PET a également une bonne résistance à l'humidité et aux produits chimiques, contribuant à la durabilité des composants de l'écran tactile.
Les films en polyimide sont utilisés comme substrats dans des composants à écran tactile capacitif où une résistance et une flexibilité à haute température sont nécessaires. Ces matériaux conviennent particulièrement aux applications d'affichage flexibles et pliables.
Les polyimides sont une classe de polymères résistants à la chaleur connus pour leur excellente stabilité thermique, leur résistance chimique et leurs propriétés mécaniques. Ils peuvent résister à des températures jusqu'à 400 ° C, ce qui les rend compatibles avec des étapes de traitement à haute température dans la fabrication d'écran tactile. Leur capacité à maintenir la flexibilité et les propriétés électriques sur une large plage de températures les rend idéales pour des écrans flexibles et pliables avancés.
Les adhésifs jouent un rôle crucial dans la liaison des différentes couches de composants à écran tactile capacitif ensemble. Ces matériaux doivent fournir une forte adhérence tout en maintenant la clarté optique et ne pas interférer avec la fonctionnalité de détection tactile. Les matériaux adhésifs communs comprennent:
Les OCA sont des adhésifs spécialement formulés conçus pour lier les couches de composants à écran tactile capacitif sans introduire des lacunes d'air ou affecter les performances optiques. Ces adhésifs sont généralement à base d'acrylique et offrent une excellente transparence et durabilité.
Les OCA sont généralement fournis sous forme de films minces ou de feuilles, qui sont laminés entre les couches d'écran tactile dans des conditions de température et de pression contrôlées. Ils sont conçus pour correspondre à l'indice de réfraction des matériaux qu'ils se lient pour minimiser la réflexion de la lumière aux interfaces, conservant ainsi la clarté optique de l'écran.
Les locas sont des adhésifs liquides qui sont durcis à l'aide de la lumière UV après l'application. Ces adhésifs peuvent s'écouler dans de petites lacunes et des irrégularités, offrant une excellente liaison et des performances optiques dans les composants à écran tactile capacitif.
La nature liquide des locas leur permet de se conformer parfaitement aux irrégularités de surface, éliminant les lacunes de l'air qui pourraient affecter la sensibilité tactile ou les performances optiques. Après l'application, l'adhésif est exposé à la lumière UV, qui initie une réaction de polymérisation, transformant le liquide en une couche solide et optiquement claire. Ce processus permet un contrôle précis de l'épaisseur et de la distribution adhésives.
Le circuit de commande dans les composants à écran tactile capacitif est responsable du traitement des entrées tactiles et de la communication avec le processeur principal de l'appareil. Les matériaux clés utilisés dans ce domaine comprennent:
Les PCB dans les composants à écran tactile capacitif sont généralement fabriqués à partir de matériau FR-4 (ignifuge 4), un composite de tissu en fibre de verre tissé avec un liant en résine époxy. Ce matériau offre une excellente isolation électrique et stabilité mécanique.
FR-4 est composé de plusieurs couches de tissu de fibres de verre imprégnées de résine époxy. Le '4 ' dans FR-4 fait référence à la cote de résistance à la flamme du matériau. Cette structure composite donne à FR-4 sa forte résistance, sa faible absorption d'eau et ses excellentes propriétés isolantes électriques, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans les circuits de contrôle de l'écran tactile.
Le cuivre est le matériau le plus courant utilisé pour les traces conductrices sur les PCB dans des composants à écran tactile capacitif. Ces traces relient la couche de capteur tactile aux circuits de commande et transportent les signaux électriques qui détectent les entrées tactiles.
Le cuivre est choisi pour son excellente conductivité électrique, juste derrière l'argent parmi les métaux. Les traces de cuivre sont généralement créées par un processus de gravure ou de placage additif sur le substrat PCB. L'épaisseur et la largeur de ces traces sont soigneusement conçues pour équilibrer les performances électriques avec le besoin de circuits compacts et à haute densité dans des dispositifs à écran tactile modernes.
Les CI utilisés dans les composants à écran tactile capacitif sont généralement fabriqués à partir de silicium, avec divers dopants et couches métalliques ajoutés pour créer les transistors et les interconnexions nécessaires. Ces puces sont responsables du traitement des entrées tactiles et peuvent inclure des fonctionnalités supplémentaires telles que la reconnaissance des gestes ou le rejet de la paume.
Le contrôleur des écrans tactile moderne ICS est très sophistiqué, incorporant souvent plusieurs noyaux de traitement, des convertisseurs analogiques-numériques et des algorithmes spécialisés pour la réduction du bruit et la détection tactile. Le substrat de silicium est traité à travers une série d'étapes de photolithographie, de gravure et de dépôt pour créer le réseau complexe de transistors et d'interconnexions qui composent l'IC.
À mesure que la demande de composants à écran tactile capacitif plus avancé augmente, les chercheurs et les fabricants comme Reshine Display explorent de nouveaux matériaux et technologies pour améliorer les performances et permettre de nouvelles fonctionnalités:
Des points quantiques sont étudiés pour une utilisation dans des composants à écran tactile capacitif afin d'améliorer la reproduction des couleurs et l'efficacité énergétique dans les affichages. Ces particules de semi-conducteur à l'échelle nanométrique peuvent être intégrées dans la couche d'affichage pour améliorer les performances visuelles.
Les points quantiques sont généralement fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurs comme le séléniure de cadmium ou le phosphure d'indium. Leurs propriétés optiques uniques découlent des effets de confinement quantique, où les niveaux d'énergie des électrons dans le matériau deviennent discrets plutôt que continus. Cela permet aux points quantiques d'émettre de la lumière de longueurs d'onde très spécifiques lorsqu'elles sont excitées, conduisant à un contrôle des couleurs plus précis dans les écrans.
Les polymères auto-guérison sont développés pour une utilisation dans des composants à écran tactile capacitif pour créer des écrans qui peuvent réparer automatiquement les rayures et les dégâts mineurs. Ces matériaux pourraient prolonger considérablement la durée de vie des appareils à écran tactile.
Les matériaux d'auto-guérison fonctionnent généralement à travers l'un des deux mécanismes: auto-guérison intrinsèque, où le matériau peut réformer les liaisons brisées de manière autonome, ou auto-guérison extrinsèque, où les agents de guérison sont encapsulés dans le matériau et libérés lorsque des dommages se produisent. Pour les écrans tactiles, les chercheurs explorent des matériaux qui peuvent maintenir la transparence et la conductivité tout en offrant des propriétés d'auto-guérison.
Les matériaux piézoélectriques, qui génèrent une charge électrique en réponse à la contrainte mécanique, sont explorés pour une utilisation dans les composants à écran tactile capacitif pour permettre des entrées tactiles sensibles à la pression et une rétroaction haptique.
Les matériaux piézoélectriques communs comprennent le quartz, le titanate de baryum et le fluorure de polyvinylidène (PVDF). Lorsqu'elles sont intégrées dans des composants à écran tactile, ces matériaux peuvent détecter la force d'un toucher en plus de son emplacement, permettant de nouvelles possibilités d'interaction. Ils peuvent également être utilisés pour créer des vibrations localisées pour les commentaires haptiques, améliorant l'expérience utilisateur.
Alors que l'utilisation de composants à écran tactile capacitif continue de croître, l'accent est de plus en plus mis sur l'impact environnemental des matériaux utilisés dans leur production. Les fabricants comme Reshine Display explorent des alternatives plus durables et des processus de recyclage pour des matériaux comme ITO, qui contient l'indium élément rare et coûteux.
Une approche consiste à développer des matériaux conducteurs transparents alternatifs qui utilisent des éléments plus abondants. Par exemple, l'oxyde de zinc dopé en aluminium (AZO) est recherché en remplacement potentiel de l'ITO. Une autre stratégie consiste à améliorer les processus de recyclage des composants à écran tactile, permettant de récupérer et de réutiliser des matériaux précieux.
De plus, il y a un intérêt croissant pour les matériaux biodégradables et bio-basés pour les composants à écran tactile. Par exemple, les chercheurs explorent l'utilisation de nanofibres de cellulose comme matériel de substrat, ce qui pourrait réduire l'impact environnemental des dispositifs jetés.
Les matériaux utilisés dans les composants à écran tactile capacitif jouent un rôle crucial dans la détermination des performances, de la durabilité et des fonctionnalités de ces interfaces omniprésentes. Du verre de couverture qui protège l'écran aux couches conductrices qui détectent nos entrées tactiles, chaque matériau est soigneusement choisi pour ses propriétés spécifiques et comment elle contribue au système global.
Alors que la technologie continue de progresser, nous pouvons nous attendre à voir de nouveaux matériaux et innovations dans des composants à écran tactile capacitif qui permettront des interfaces tactiles encore plus réactives, durables et polyvalentes. Les recherches en cours sur des matériaux tels que le graphène, les points quantiques et les polymères d'auto-guérison promettent de repousser les limites de ce qui est possible avec la technologie tactile.
En comprenant les matériaux utilisés dans les composants à écran tactile capacitif, nous gagnons une appréciation plus profonde pour la complexité et l'ingéniosité derrière les surfaces lisses et réactives avec lesquelles nous interagissons chaque jour. Alors que ces technologies continuent d'évoluer, elles façonneront sans aucun doute la façon dont nous interagissons avec nos appareils et le monde qui nous entoure de plus en plus transparente et intuitive.
L'oxyde d'étain d'indium (ITO) reste le matériau conducteur le plus utilisé dans les composants à écran tactile capacitif. Sa combinaison de conductivité électrique élevée et de transparence optique le rend idéal pour créer la couche de détection dans les écrans tactiles. Cependant, des alternatives comme le maillage métallique et les nanofils d'argent gagnent en popularité en raison de leur potentiel d'amélioration des performances et des coûts plus bas.
Les matériaux d'auto-guérison utilisés dans les composants à écran tactile capacitif contiennent généralement des agents de guérison microencapsulés ou des liaisons chimiques dynamiques. Lorsqu'une égratignure ou des dommages mineurs se produit, ces matériaux peuvent se réparer automatiquement à travers divers mécanismes. Par exemple, les microcapsules peuvent rompre et libérer un agent de guérison qui remplit les égratignures, ou les liaisons dynamiques peuvent se réformer pour combler les petites lacunes. Cette technologie est toujours en développement mais est prometteuse pour créer des écrans tactiles plus durables.
Le verre est largement utilisé comme matériau de couverture dans les composants à écran tactile capacitif en raison de son excellente clarté optique, résistance aux rayures et durabilité. Le verre renforcé chimiquement, en particulier, offre une résistance accrue aux impacts et aux rayures tout en maintenant la surface lisse nécessaire pour les interactions tactiles. Glass fournit également un aspect haut de gamme que les consommateurs s'associent à des appareils de haute qualité.
Les points quantiques ne sont pas directement liés à la fonctionnalité de détection tactile des composants à écran tactile capacitif, mais peuvent améliorer considérablement la qualité de l'affichage. Lorsqu'elles sont intégrées dans la couche d'affichage, les points quantiques peuvent améliorer la reproduction des couleurs, augmenter la luminosité et améliorer l'efficacité énergétique. Il en résulte des couleurs plus vibrantes et précises, réduisant potentiellement la consommation d'énergie dans les appareils à écran tactile.
Les nanofils d'argent offrent plusieurs avantages lorsqu'ils sont utilisés dans les composants à écran tactile capacitif. Ils fournissent une excellente conductivité électrique tout en maintenant une transparence optique élevée, similaire à l'ITO. Cependant, les nanofils d'argent offrent également une plus grande flexibilité, ce qui les rend adaptés aux écrans pliables ou pliables. De plus, ils peuvent être appliqués en utilisant des processus de fabrication plus simples et potentiellement moins chers, ce qui pourrait entraîner une réduction des coûts de production pour les appareils à écran tactile.
