כיצד מתוכננת מערכת בקרת מגע בעלות נמוכה יותר

מסכי מגע קיבולייםהפכו יותר ויותר למיינסטרים ואינם עוד חידוש. האימוץ שלהם ממשיך לגדול כאשר מכשירים כמו טלפונים חכמים וטאבלטים נשלחים במיליונים. אבל עכשיו, כשהם נמצאים בכל מקום, הצרכנים נרתעים יותר מלשלם פרמיה גבוהה יותר עבור הטכנולוגיה.

כדי לשמור על שולי רווח בסביבה תחרותית זו, יצרני OEM חייבים להפחית את עלות המכשיר - ומודול מסך המגע הוא אחד הרכיבים היקרים ביותר במכשירים המופעלים על מסך מגע. על ידי שימוש בערימות הפאנל ובתבניות, הצגים, החומרים, הניתוב והבקר הנכונים, מעצבים יכולים להפחית את עלויות המערכת שלהם.

עדשת כיסוי וחיישן מסך מגע

מערכת מסך מגע סטנדרטית כוללת חיישן מסך מגע קיבולי מוקרן המשולב לעדשת כיסוי מגן, מעגל מודפס גמיש (FPC) עם בקר מסך המגע מותקן עליו, ותצוגה. ה-FPC מחבר את בקר מסך המגע למעבד המארח. התצוגה יושבת מתחת לחיישן מסך המגע ובדרך כלל מופרדת על ידי מרווח אוויר או משולבת ישירות.

1. מערכת מסך מגע קיבולי סטנדרטי כוללת חיישן מסך מגע קיבולי מוקרן המשולב לעדשת כיסוי מגן, FPC מלוכד עם בקר מסך המגע המותקן עליו, והתצוגה.

עדשת הכיסוי היא השכבה הפיזית העליונה ביותר של מערכת מסך המגע. העלות שלו עשויה להשתנות במידה רבה בהתאם לסוג החומר (זכוכית או פולימתיל מתאקרילט, או PMMA), ציפויים מיוחדים (אולאופוביים, הידרופוביים), דיו דקורטיבי או מספר חורי קידוח למצלמות או חיישנים. PMMA, אלטרנטיבה זולה יותר, קלה יותר ועמידה להתנפצות לאפשרות הזכוכית העמידה והעבירה אופטית, יכולה להוזיל עלויות אלו עד 50%.

עם זאת, חיישני PMMA עשויים לסבול מרגישות נמוכה יותר לאות. כמו כן, PMMA גמיש יותר מזכוכית, כך שהוא יכול להפגין בעיות של כיפוף לוח כאשר אצבע או חפץ אחר לוחצים כלפי מטה בכוח משמעותי. כיפוף לוח יכול לגרום לדיווח מגע שגוי ולא מדויק. ובכל זאת, מצע זכוכית או שכבת מגן נוספת בחיישן מסך המגע יכולים למנוע את כיפוף הפנל. לכן, יש לשקול במדויק את חומר עדשת הכיסוי עבור כל ערימת חיישן מסך מגע(איור 2).

2. מוצרי מגע מודרניים משתמשים במספר סוגים של ערימות חיישנים.

חיישני מסך מגע הם מבנים מורכבים. הם בנויים על ידי התזת אינדיום בדיל אוקסיד (ITO) על מצע זכוכית או פוליאתילן טרפתלט (PET) ולאחר מכן חריטה של ​​תבנית קניינית לתוך ITO. הדפוסים והמבנים המרכיבים כל שכבת חיישן מותאמים אישית לצרכי העיצוב של המערכת.

עיצובי מסך מגע סטנדרטיים משתמשים בדרך כלל בחיישני מסך מגע דו-שכבתי של ITO כגון חיישני MH3 ויהלומים באיור 2 כדי להשיג דיוק טוב, ליניאריות וביצועים מרובי-מגע. עיצובי חיישנים דו-שכבתיים משתמשים במצעי זכוכית או פוליאתילן טרפתלט (PET). PET זול יותר ומספק חסינות טובה יותר של רעשי תצוגה אך יסבול מפגיעה קלה בבהירות האופטית. בסופו של דבר, השיטה היעילה ביותר להורדת עלויות חיישני מסך מגע היא להפחית את מספר השכבות המורכבות.

על ידי שילוב חיישנים חד-שכבתיים, מתכנני מערכות יכולים להפחית את עלויות החיישנים בעד 50%. פחות שכבות - מצע, ITO, דבק שקוף אופטי (OCA) - עוזרות לספקי לוחות מגע לחתוך את עלויות החומרים והכלים. טיפול בפחות שכבות גם משפר את תפוקת הייצור. מסכי מגע חד-שכבתיים בעלות נמוכה משתמשים במצע PET יחיד עם דפוס קנייני מפושט עם יכולת העברה אופטית טובה.

מנקודת מבט של ביצועים, חיישנים חד-שכבתיים כוללים דיוק ולינאריות מופחתים ומגבילים את מספר נגיעות האצבע הנתמכות (בדרך כלל אצבע אחת או שתי אצבעות בלבד). פתרונות חיישנים חד-שכבתיים בעלות נמוכה אלה הם אידיאליים עבור טלפונים חכמים וטלפונים בעלי קצה נמוך.

מעצבי מערכות שהשתמשו בעבר במסכי מגע עמידים או ללא מסכי מגע צריכים למצוא אפשרות ערימה זו מתאימה היטב לצרכי העיצוב והתקציב שלהם. בהשוואה למסכי מגע התנגדות, מסכי מגע קיבוליים חד-שכבתיים מציעים יתרונות בולטים, לרבות שיפור בהירות אופטית, הספק נמוך יותר, עמידות מוגברת וחווית משתמש משופרת.

פתרונות מולטי-מגע חד-שכבתי כמו SLIM (Single-Layer Independent Multi-Touch) של Cypress יכולים להוזיל עלויות עד 40% בהשוואה לחיישנים דו-שכבתיים. חיישנים חד-שכבתיים מציגים ביצועים מופחתים מעט אך מצטיינים בתמיכה בגורמי הצורה הדקים ביותר. חיישני רב-מגע חד-שכבתיים תומכים גם בחיישני מסך מגע עם שוליים דקים או חסרי שוליים, מה שמאפשר לאזור הפעיל של מסך המגע להתרחב. מעצבים המעוניינים להפחית הן את העלות והן בעובי יכולים לשקול חיישנים חד-שכבתיים כאופציה מעשית.

גדלי מסך קטנים יותר חסכוניים משמעותית. גודל האזור הפעיל ישפיע על עלויות מסך המגע. ברור שמתכנני מערכות חייבים לשקול את כל הנתיבים כדי לייעל את עיצוב הפאנל והבחירה.

עיצוב FPC

דרך נוספת להפחתת עלויות המכשיר היא באמצעות עיצוב FPC. ה-FPC מחבר קלט/פלט חישה בודדים (I/Os) מלוח מסך המגע לבקר מסך המגע ומבקר מסך המגע למעבד המארח.

FPCs יכולים להיות אקטיביים או פסיביים. ב-FPC פעילים, בקר מסך המגע וכל רכיבים חיצוניים נדרשים אחרים כגון נגדים וקבלים מותקנים על ה-FPC עצמו. ב-FPCs פסיבי, ה-FPC כולל רק עקבות ניתוב ואת בקר מסך המגע, ורכיבים חיצוניים מותקנים על לוח מעגל מודפס (PCB).

בין אם הם אקטיביים או פסיביים, ניתן לנתב FPCs בכמה דרכים. ככל שהניתוב יעיל ורב-תכליתי יותר, כך קל יותר לשלב רכיבי חומרה אחרים. זכור, עם זאת, העלויות אכן עולות עם מספר השכבות הנדרשות לניתוב. ניתוב מתחשב בשכבה אחת יעזור למזער עלויות FPC. לניתוב חד-שכבתי יש גם יתרונות ניכרים הן עבור שלמות האות והן עבור עיצוב FPC קומפקטי.

תצוגות

במערכת מסך מגע, חיישן מסך המגע הקיבולי המוקרן יושב על גבי התצוגה. צגים מטבעם רועשים, מה שעלול לגרום לרעש התצוגה להתחבר ישירות לחיישן מסך המגע(איור 3). זה מפחית את רגישות המגע ומייצר הפעלת מגע שווא. בחירות עיצוב טובות יכולות להפחית את רעשי התצוגה ולהשפיע באופן מהותי על הביצועים והעלות.

3. צגים רועשים מטבעם. רעש ממסכים יכול להתחבר באופן קיבולי למסך המגע ולהפחית את ביצועי המגע.

כדי לחסום רעשי תצוגה, התעשייה מיישמת באופן מסורתי שכבת "מגן" ITO נוספת בין התצוגה וחיישן מסך המגע. למרות יעילה, שכבת המגן מוסיפה עלות ומגדילה את העובי של מודול מסך המגע. חלופה היא שימוש במרווח אוויר זעיר, בדרך כלל בין {{0}}.2 מ"מ ל-0.5 מ"מ, כדי להפריד בין התצוגה לחיישן מסך המגע.

מרווח אוויר חסכוני יותר משכבת ​​מגן, אך הוא גם מגדיל את עובי מודול מסך המגע, מה שהופך לא רצוי עבור יצרני OEM המעוניינים לבנות מכשירים אלגנטיים ודקים יותר. בחירה עיצובית חשובה יותר תהיה בחירת התצוגה עצמה.

נכון לעכשיו, הצגים הפופולריים ביותר המשמשים לטלפונים ניידים וטאבלטים הם עדיין צגי LCD עם סרטי טרנזיסטור דק (TFT), אשר זמינים בדרך כלל בשני טעמים: מתח משותף DC (DCVCOM) ומתח AC משותף (ACVCOM). ההבדל הוא השיטה המשמשת להנעת שכבת האלקטרודה המשותפת (VCOM). תצוגה נוספת שהולכת ופופולרית במכשירים מתקדמים היא LED אורגנית מטריצה ​​אקטיבית (AMOLED) עם זוויות צפייה רחבות, שיפור בהירות וניגודיות, צריכת חשמל נמוכה יותר ועובי מופחת.

מכשירי AMOLED פולטים מעט מאוד רעשי תצוגה והם בין המסכים השקטים ביותר, אך הם יקרים.

DCVCOM הוא גם בדרך כלל תצוגה שקטה ויקרה. לעומת זאת, ACVCOM הוא בעל רעש גבוה אך זול יחסית. הבחירה בתצוגה מסתמכת במידה רבה על כוונת המכשיר ללקוחות הקצה. אפליקציית היעד תחשב את החומרה והביצועים המתאימים ללקוחותיה.

בקר מסך מגע

למרות שלא יקר כמו התצוגה או פאנל מסך המגע, לבחירת בקר מסך המגע יש את ההשפעה הגדולה ביותר מבחינת ביצועי מערכת מסך המגע. בקר מסך המגע משלב טכנולוגיית חישה ועיבוד קיבולית כדי לפתור נגיעות ומחוות אצבע על ידי דיווח על מיקומן והתנהגותן למעבד המארח.

כאשר מניחים אצבע על מסך מגע קיבולי מוקרן, בקר מסך המגע מזהה שינוי בקיבול וממיר מידע זה לערכים דיגיטליים. המרה דיגיטלית זו עוברת עיבוד נוסף באמצעות אלגוריתמים מתוחכמים של רזולוציית מגע בתוך בקר מסך המגע לפני העברת קואורדינטות מגע ונתונים רלוונטיים אחרים למעבד המארח.

אותות רגישים לרעש הם אתגר טכני גדול עבור מסכי מגע. בקרים שמשתמשים בחזיתות אנלוגיות באיכות גבוהה, יכולות מובנות לטיפול ברעשים ואלגוריתמי עיבוד מתוחכמים הם חובה. עם הפיכת המגע לממשק המשתמש המועדף עבור מכשירים אלקטרוניים רבים, האיכות של בקרי מסך המגע תשפיע ישירות על חווית המשתמש של המוצר הסופי. בחירת בקר מסך המגע הנכון היא חלק בלתי נפרד מהשגת ביצועים ויתרונות עלות.

בקר המספק יחס אות לרעש גבוה (SNR) וטיפול יעיל ברעשים יוכל לפצות על הירידה בעוצמת האות שמגיעה ממקורות רעש, כגון עדשת כיסוי PMMA זולה יותר או צג ACVCOM רועש. כדי לסייע באופטימיזציה של הביצועים של חיישנים חד-שכבתיים בעלות נמוכה ורב-מגע, בקרי מסך מגע חייבים לספק אלגוריתמי עיבוד תואמים. בנוסף, יתרונות העלות של ניתוב FPC חד-שכבתי יכולים להתממש רק אם ה-pinout של בקר מסך המגע מאפשר עיצוב ניתוב גמיש.

בקרי מסך מגע יכולים גם להפחית את עלויות המערכת באמצעות כמה מהתכונות המתקדמות שהם תומכים בהם. לדוגמה, רוב בקרי מסך המגע מפרשים מים על מסך מגע כמגע אצבע מכיוון שחתימות הקיבול ההדדיות של מים ואצבע דומות. כדי לפתור בעיה זו, ספקי לוחות מסך מגע יכולים להוסיף שכבה יקרה של ציפוי הידרופובי לעדשת הכיסוי.

כאשר טיפות מים נוחתות על עדשת הכיסוי, הציפוי עוזר לפרק אותן לטיפות קטנות יותר כך שהן לא נרשמות עוד כמגע. עם זאת, בקר מסך מגע המאפשר דחיית מים באופן מקורי באמצעות שימוש בתכונות החומרה והקושחה שלו יכול לזהות ולדחות מים עלמסך מגעעם אלגוריתמים מובנים ויכול לחסוך ל-OEM עלויות ציפוי נוספות.

סיכום

מעצבים נבונים שמבינים היטב אתמערכת מסך מגעומרכיבי המפתח שלו יכולים להפחית משמעותית עלויות באמצעות בחירות חכמות בעיצוב ובחירת עדשת הכיסוי, חומר החיישן והערימה, סוג התצוגה וניתוב FPC. בקר מסך מגע חדשני ובעל ביצועים גבוהים יכול להשיג הפחתת עלויות מבלי לפגוע בביצועים, מה שגורם למוצר הסופי להימכר מלכתחילה.