Visualizzazioni: 222 Autore: Wendy Publish Time: 2024-12-15 Origine: Sito
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● La struttura di base dei touch screen capacitivi
● Materiali in vetro di copertura
>> Vetro rafforzato chimicamente
>> Vetro termicamente temperato
● Materiali dello strato del sensore tocco
>> Ossido di stagno indio (ITO)
>> Grafene
>> Bicchiere
>> Polietilene tereftalato (PET)
>> Poliimide
>> Adesivi otticamente chiari (OCA)
>> Adesivi liquidi otticamente chiari (Loca)
● Materiali dei circuiti di controllo
>> Materiali a circuito stampato (PCB)
● Materiali e tecnologie emergenti
>> 1. Qual è il materiale conduttivo più comune utilizzato nei componenti del touchscreen capacitivo?
>> 2. In che modo i materiali di auto-guarigione funzionano nei componenti del touchscreen capacitivi?
>> 4. In che modo i punti quantici migliorano le prestazioni dei componenti del touchscreen capacitivi?
I touch screen capacitivi hanno rivoluzionato il modo in cui interagiamo con i dispositivi elettronici, dagli smartphone e dai tablet ai pannelli di controllo industriali e ai display automobilistici. Queste interfacce sensibili al touch si basano su una complessa interazione di materiali e componenti per rilevare e rispondere ai nostri ingressi touch. In questo articolo completo, esploreremo i vari materiali utilizzati nei componenti capacitivi touchscreen, le loro proprietà e il modo in cui contribuiscono alla funzionalità generale di questi dispositivi onnipresenti.
Prima di approfondire i materiali specifici, è essenziale comprendere la struttura di base di un touchscreen capacitivo. In genere, questi schermi sono costituiti da diversi strati:
1. Copertina di vetro o strato protettivo
2. Strato del sensore tocco
3. Visualizza strato (EG, LCD o OLED)
4. Circuito di controllo
Ognuno di questi strati incorpora materiali diversi scelti per le loro proprietà e funzioni specifiche all'interno dei componenti capacitivi del touchscreen.
Lo strato più esterno di un touchscreen capacitivo è il vetro di copertura, che funge sia da barriera protettiva che da superficie con cui gli utenti interagiscono. I materiali comuni utilizzati per il vetro di copertura includono:
Il vetro rafforzato chimicamente, come il vetro gorilla di Corning, è ampiamente utilizzato nei componenti del touchscreen capacitivi. Questo materiale subisce un processo di scambio ionico che sostituisce ioni di sodio più piccoli con ioni di potassio più grandi, creando uno strato di sollecitazione di compressione sulla superficie. Ciò si traduce in una maggiore resistenza ai graffi e durata generale.
Il processo di rafforzamento chimico prevede l'immersione del vetro in un bagno di sale di potassio fuso a temperature di circa 400 ° C. Poiché gli ioni di sodio nel vetro vengono sostituiti dagli ioni di potassio più grandi, crea uno strato di sollecitazione a compressione sulla superficie e la tensione al centro. Questo profilo di stress migliora significativamente la resistenza del vetro ai danni da impatti e graffi.
Il vetro temperato termicamente è un'altra opzione per il vetro di copertura nei componenti capacitivi touchscreen. Questo materiale viene riscaldato vicino al suo punto di ammorbidimento e poi si raffredda rapidamente, creando tensione all'interno del vetro che aumenta la sua resistenza e resistenza alla rottura.
Il processo di temperatura termica prevede il riscaldamento del vetro a temperature intorno ai 600-700 ° C, appena sotto il suo punto di ammorbidimento. Il vetro viene quindi raffreddato rapidamente usando getti d'aria, il che fa raffreddare la superficie esterna e si contraggono più velocemente rispetto all'interno. Ciò crea uno stato di compressione nella superficie bilanciata dalla tensione all'interno, con conseguente vetro che è circa quattro volte più forte del vetro ricotto dello stesso spessore.
Per applicazioni in cui il peso o la flessibilità sono un problema, possono essere utilizzati materiali sintetici come il policarbonato (PC) o il polimetil metacrilato (PMMA) come alternative al vetro nei componenti del touchscreen capacitivo. Questi materiali offrono vantaggi come la resistenza all'impatto e la capacità di creare display curvi o flessibili.
Il policarbonato, ad esempio, è noto per la sua eccezionale resistenza all'impatto, che è circa 250 volte maggiore del vetro. È anche molto più leggero, rendendolo ideale per i dispositivi portatili. PMMA, comunemente noto come acrilico, offre un'eccellente chiarezza ottica e resistenza ai raggi UV, rendendolo adatto per applicazioni touch screen esterne.
Lo strato del sensore touch è il cuore dei componenti del touchscreen capacitivo, responsabile del rilevamento di cambiamenti nella capacità quando un oggetto conduttivo (come un dito) si avvicina o tocca lo schermo. Vengono utilizzati diversi materiali per creare questo strato cruciale:
L'ossido di stagno di indio (ITO) è stato a lungo il materiale standard per i rivestimenti conduttivi trasparenti nei componenti del touch screen capacitivi. L'ITO è una miscela di ossido di indio (III) e ossido di stagno (IV), che fornisce un'eccellente conducibilità mantenendo un'elevata trasparenza. Viene in genere applicato come un film sottile su substrati di vetro o plastica attraverso processi come sputtering o deposizione di vapore chimico.
Le proprietà uniche di Ito derivano dalla sua struttura elettronica. Il materiale è un semiconduttore di tipo N fortemente drogato, dove gli atomi di stagno agiscono come droganti nel reticolo di ossido di indio. Ciò si traduce in un'alta concentrazione di elettroni liberi, dando a Ito le sue proprietà conduttive. Allo stesso tempo, il suo ampio gap di banda consente di passare la luce visibile, rendendola trasparente.
La tecnologia delle maglie metalliche è emersa come alternativa all'ITO nei componenti capacitivi del touchscreen. Questo approccio utilizza una griglia di fili di metallo ultra-fine, spesso realizzati in rame o argento, per creare uno strato conduttivo trasparente. Metal Mesh offre vantaggi come conducibilità più elevata, flessibilità e costi di produzione potenzialmente più bassi rispetto all'ITO.
La maglia metallica viene generalmente creata utilizzando la fotolitografia o le tecniche di stampa, consentendo un controllo preciso sul motivo del filo. I fili sono così belli (di solito meno di 5 micrometri di larghezza) che sono invisibili ad occhio nudo, mantenendo la trasparenza dello schermo. La struttura aperta della mesh consente anche una migliore flessibilità rispetto ai film ITO solidi.
La tecnologia Silver NanoWire è un altro materiale promettente per i componenti capacitivi touchscreen. Questi fili d'argento incredibilmente sottili sono distribuiti casualmente su un substrato per formare una rete conduttiva. I nanofili d'argento offrono un'eccellente conducibilità e flessibilità, rendendoli adatti a touchscreen sia rigidi che flessibili.
I nanofili d'argento vengono generalmente sintetizzati attraverso un processo basato sulla soluzione e possono essere applicati ai substrati utilizzando tecniche come il rivestimento a spruzzo o la stampa roll-to-roll. Il loro elevato rapporto di aspetto (lunghezza in larghezza) consente loro di formare una rete conduttiva a concentrazioni relativamente basse, mantenendo un'elevata trasparenza. La flessibilità delle reti di nanofili d'argento li rende anche ideali per applicazioni emergenti in elettronica flessibile e travocazione.
Il grafene, un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale, viene esplorato come materiale di prossima generazione per componenti capacitivi del touchscreen. La sua eccezionale conducibilità elettrica, trasparenza ottica e flessibilità lo rendono un'opzione interessante per le future tecnologie touchscreen.
Le proprietà uniche del grafene derivano dalla sua struttura bidimensionale. L'ibridazione SP2 degli atomi di carbonio nei grafene provoca elettroni delocalizzati che possono muoversi liberamente attraverso il foglio, dandogli un'eccellente conduttività elettrica. Allo stesso tempo, il suo spessore a atomo singolo gli consente di trasmettere fino al 97,7% della luce visibile, rendendolo altamente trasparente.
Il substrato funge da base per lo strato del sensore di touch nei componenti del touchscreen capacitivo. I materiali del substrato comune includono:
Il vetro rimane un materiale di substrato popolare per componenti touchscreen capacitivi grazie alle sue eccellenti proprietà ottiche, rigidità e compatibilità con vari processi di produzione. Diversi tipi di vetro, come vetro di soda-lime o vetro borosilicato, possono essere utilizzati a seconda dei requisiti specifici dell'applicazione.
Il vetro di soda-lime è il tipo più comune utilizzato nei touch screen a causa del suo basso costo e facilità di produzione. È composto principalmente da silice (SIO2), ossido di sodio (Na2O) e ossido di calcio (CAO). Il vetro borosilicato, che contiene trioossido di boro (B2O3), offre una migliore resistenza termica e chimica, rendendolo adatto a applicazioni più impegnative.
PET è un substrato di plastica flessibile comunemente usato nei componenti capacitivi del touchscreen, in particolare per le applicazioni che richiedono display piegabili o curvi. Offre una buona chiarezza ottica e può resistere alle temperature richieste per la deposizione ITO.
Il PET è un polimero termoplastico della famiglia poliestere, noto per il suo elevato rapporto resistenza-peso e un'eccellente stabilità dimensionale. La sua capacità di mantenere la sua forma sotto stress lo rende ideale per i touchscreen flessibili. PET ha anche una buona resistenza all'umidità e ai prodotti chimici, contribuendo alla durata dei componenti del touchscreen.
I film di poliimide vengono utilizzati come substrati nei componenti del touchscreen capacitivi in cui sono necessarie resistenza e flessibilità ad alta temperatura. Questi materiali sono particolarmente adatti per applicazioni di visualizzazione flessibili e pieghevoli.
I poliimidi sono una classe di polimeri resistenti al calore noti per la loro eccellente stabilità termica, resistenza chimica e proprietà meccaniche. Possono resistere a temperature fino a 400 ° C, rendendole compatibili con le fasi di elaborazione ad alta temperatura nella produzione di touch screen. La loro capacità di mantenere la flessibilità e le proprietà elettriche su un ampio intervallo di temperatura li rende ideali per display flessibili e pieghevoli avanzati.
Gli adesivi svolgono un ruolo cruciale nel legame insieme ai vari strati di componenti di touch screen capacitivi. Questi materiali devono fornire una forte adesione mantenendo la chiarezza ottica e non interferendo con la funzionalità del rilevamento del tocco. I materiali adesivi comuni includono:
Gli OCA sono adesivi appositamente formulati progettati per legare gli strati di componenti di touch screen capacitivi senza introdurre lacune d'aria o influire sulle prestazioni ottiche. Questi adesivi sono in genere a base di acrilico e offrono un'eccellente trasparenza e durata.
Gli OCA sono generalmente forniti come pellicole sottili o fogli, che sono laminati tra gli strati touchscreen in condizioni di temperatura e pressione controllate. Sono progettati per abbinare l'indice di rifrazione dei materiali che stanno legando per ridurre al minimo la riflessione della luce nelle interfacce, mantenendo così la chiarezza ottica dello schermo.
Le località sono adesivi liquidi che sono curati usando la luce UV dopo l'applicazione. Questi adesivi possono fluire in piccoli lacune e irregolarità, fornendo un legame eccellente e prestazioni ottiche nei componenti capacitivi del touchscreen.
La natura liquida delle località consente loro di conformarsi perfettamente alle irregolarità di superficie, eliminando gli spazi d'aria che potrebbero influire sulla sensibilità al tocco o sulle prestazioni ottiche. Dopo l'applicazione, l'adesivo è esposto alla luce UV, che avvia una reazione di polimerizzazione, trasformando il liquido in uno strato solido, otticamente chiaro. Questo processo consente un controllo preciso sullo spessore e la distribuzione adesiva.
I circuiti di controllo nei componenti del touchscreen capacitivo sono responsabili dell'elaborazione degli ingressi touch e della comunicazione con il processore principale del dispositivo. I materiali chiave utilizzati in quest'area includono:
I PCB nei componenti del touchscreen capacitivo sono in genere realizzati in materiale FR-4 (ritardante di fiamma 4), un composito di panno in fibra di vetro intrecciato con un legante resina epossidico. Questo materiale fornisce un eccellente isolamento elettrico e stabilità meccanica.
FR-4 è composto da più strati di tessuto in fibra di vetro impregnati di resina epossidica. Il '4 ' in FR-4 si riferisce alla valutazione della resistenza alla fiamma del materiale. Questa struttura composita offre a FR-4 la sua alta resistenza, un basso assorbimento d'acqua e eccellenti proprietà isolanti elettriche, rendendola ideale per l'uso nei circuiti di controllo del touch screen.
Il rame è il materiale più comune utilizzato per le tracce conduttive sui PCB nei componenti del touchscreen capacitivi. Queste tracce collegano lo strato del sensore di touch ai circuiti di controllo e trasportano i segnali elettrici che rilevano gli ingressi del tocco.
Il rame è scelto per la sua eccellente conducibilità elettrica, seconda solo all'argento tra i metalli. Le tracce di rame vengono in genere create attraverso un processo di incisione o placcatura additiva sul substrato PCB. Lo spessore e la larghezza di queste tracce sono attentamente progettati per bilanciare le prestazioni elettriche con la necessità di circuiti compatti ad alta densità nei moderni dispositivi touchscreen.
Gli IC utilizzati nei componenti touchscreen capacitivi sono in genere realizzati in silicio, con vari droganti e strati di metallo aggiunti per creare i transistor e le interconnessioni necessari. Questi chip sono responsabili dell'elaborazione degli ingressi touch e possono includere funzionalità aggiuntive come il riconoscimento dei gesti o il rifiuto del palmo.
I moderni controller touch screen ICS sono altamente sofisticati, spesso incorporando più core di elaborazione, convertitori da analogico a digitale e algoritmi specializzati per la riduzione del rumore e il rilevamento del tatto. Il substrato di silicio viene elaborato attraverso una serie di foto di fotolitografia, incisione e deposizione per creare la complessa rete di transistor e interconnessioni che compongono l'IC.
Man mano che la domanda di componenti touchscreen capacitivi più avanzati cresce, ricercatori e produttori come il display reshine stanno esplorando nuovi materiali e tecnologie per migliorare le prestazioni e consentire nuove funzionalità:
I punti quantici vengono studiati per l'uso nei componenti del touchscreen capacitivi per migliorare la riproduzione del colore e l'efficienza energetica nei display. Queste particelle di semiconduttore a nanoscala possono essere integrate nel livello di visualizzazione per migliorare le prestazioni visive.
I punti quantici sono in genere realizzati con materiali a semiconduttore come selenide di cadmio o fosfuro di indio. Le loro proprietà ottiche uniche derivano da effetti di confinamento quantistico, in cui i livelli di energia degli elettroni nel materiale diventano discreti piuttosto che continui. Ciò consente ai punti quantici di emettere luce di lunghezze d'onda molto specifiche quando eccitate, portando a un controllo del colore più preciso nei display.
I polimeri auto-guari sono in fase di sviluppo per l'uso in componenti touchscreen capacitivi per creare schermi in grado di riparare automaticamente graffi e danni minori. Questi materiali potrebbero estendere significativamente la durata della durata dei dispositivi touchscreen.
I materiali di auto-guarigione in genere funzionano attraverso uno dei due meccanismi: auto-guarigione intrinseca, in cui il materiale può riformare i legami rotti autonomamente o l'auto-guarigione estrinseca, in cui gli agenti di guarigione vengono incapsulati all'interno del materiale e rilasciati quando si verificano danni. Per i touch screen, i ricercatori stanno esplorando materiali che possono mantenere trasparenza e conducibilità offrendo proprietà auto-guari.
I materiali piezoelettrici, che generano una carica elettrica in risposta alla sollecitazione meccanica, vengono esplorati per l'uso nei componenti del touchscreen capacitivi per consentire gli ingressi di tocco sensibili alla pressione e il feedback tattile.
I materiali piezoelettrici comuni includono quarzo, bario titanato e fluoruro di polivinilidene (PVDF). Se integrati nei componenti del touchscreen, questi materiali possono rilevare la forza di un tocco oltre alla sua posizione, consentendo nuove possibilità di interazione. Possono anche essere utilizzati per creare vibrazioni localizzate per il feedback tattico, migliorando l'esperienza dell'utente.
Poiché l'uso di componenti touchscreen capacitivi continua a crescere, si concentra sull'impatto ambientale dei materiali utilizzati nella loro produzione. I produttori come il display di reshine stanno esplorando alternative più sostenibili e processi di riciclaggio per materiali come ITO, che contiene l'elemento raro e costoso Indio.
Un approccio è quello di sviluppare materiali conduttivi trasparenti alternativi che utilizzano elementi più abbondanti. Ad esempio, l'ossido di zinco drogato in alluminio (AZO) viene studiato come potenziale sostituto per ITO. Un'altra strategia è quella di migliorare i processi di riciclaggio per i componenti del touchscreen, consentendo di recuperare e riutilizzare materiali preziosi.
Inoltre, c'è un crescente interesse per i materiali biodegradabili e biologici per i componenti touchscreen. Ad esempio, i ricercatori stanno esplorando l'uso delle nanofibre di cellulosa come materiale del substrato, che potrebbe ridurre l'impatto ambientale dei dispositivi scartati.
I materiali utilizzati nei componenti del touchscreen capacitivo svolgono un ruolo cruciale nel determinare le prestazioni, la durata e la funzionalità di queste interfacce onnipresenti. Dal vetro di copertura che protegge lo schermo agli strati conduttivi che rilevano i nostri input di touch, ogni materiale viene scelto con cura per le sue proprietà specifiche e come contribuisce al sistema generale.
Man mano che la tecnologia continua ad avanzare, possiamo aspettarci di vedere nuovi materiali e innovazioni nei componenti di touch screen capacitivi che consentiranno interfacce touch ancora più reattive, durevoli e versatili. La ricerca in corso su materiali come il grafene, i punti quantici e i polimeri auto-guari promettono di spingere i confini di ciò che è possibile con la tecnologia touchscreen.
Comprendendo i materiali utilizzati nei componenti del touchscreen capacitivo, otteniamo un apprezzamento più profondo per la complessità e l'ingegnosità dietro le superfici lisce e reattive con cui interagiamo ogni giorno. Mentre queste tecnologie continuano a evolversi, si modelleranno senza dubbio il modo in cui interagiamo con i nostri dispositivi e il mondo che ci circonda in modi sempre più fluidi e intuitivi.
L'ossido di stagno di indio (ITO) rimane il materiale conduttivo più utilizzato nei componenti del touchscreen capacitivo. La sua combinazione di elevata conduttività elettrica e trasparenza ottica lo rende ideale per la creazione dello strato di rilevamento nei touch screen. Tuttavia, alternative come la maglia metallica e i nanofili d'argento stanno guadagnando popolarità a causa del loro potenziale per migliorare le prestazioni e i costi inferiori.
I materiali di auto-guarigione utilizzati nei componenti del touchscreen capacitivi contengono in genere agenti di guarigione microincapsulati o legami chimici dinamici. Quando si verificano un danno graffio o lieve, questi materiali possono ripararsi automaticamente attraverso vari meccanismi. Ad esempio, le microcapsule possono rompere e rilasciare un agente di guarigione che riempie il graffio, oppure i legami dinamici possono riformare per colmare piccole lacune. Questa tecnologia è ancora in fase di sviluppo ma promette di creare touchscreen più durevoli.
Il vetro è ampiamente utilizzato come materiale di copertura nei componenti del touchscreen capacitivo grazie alla sua eccellente chiarezza ottica, resistenza ai graffi e durata. Il vetro rafforzato chimicamente, in particolare, offre una maggiore resistenza a impatti e graffi mantenendo la superficie liscia necessaria per le interazioni touch. Glass offre anche un aspetto premium che i consumatori si associano a dispositivi di alta qualità.
I punti quantici non sono direttamente correlati alla funzionalità di rilevamento del touch dei componenti del touchscreen capacitivo, ma possono migliorare significativamente la qualità del display. Se integrati nello strato di visualizzazione, i punti quantici possono migliorare la riproduzione del colore, aumentare la luminosità e migliorare l'efficienza energetica. Ciò si traduce in colori più vibranti e accurati, riducendo potenzialmente il consumo di energia nei dispositivi touch screen.
I nanofili d'argento offrono diversi vantaggi se utilizzati nei componenti del touchscreen capacitivi. Forniscono un'eccellente conduttività elettrica mantenendo un'elevata trasparenza ottica, simile a ITO. Tuttavia, i nanofili d'argento offrono anche una maggiore flessibilità, rendendoli adatti a display pieghevoli o pieghevoli. Inoltre, possono essere applicati utilizzando processi di produzione più semplici e potenzialmente meno costosi, il che potrebbe portare a una riduzione dei costi di produzione per i dispositivi touchscreen.
