Bagaimana Sistem Kontrol Sentuh Berbiaya Rendah Dirancang

Layar sentuh kapasitifsemakin menjadi arus utama dan bukan lagi hal baru. Penggunaannya terus meningkat karena perangkat seperti ponsel pintar dan tablet dikirimkan dalam jumlah jutaan. Namun, karena sekarang sudah ada di mana-mana, konsumen lebih enggan membayar premi lebih tinggi untuk teknologi tersebut.

Untuk mempertahankan margin keuntungan dalam lingkungan yang kompetitif ini, OEM harus mengurangi biaya perangkat—dan modul layar sentuh merupakan salah satu komponen termahal dalam perangkat yang menggunakan layar sentuh. Dengan menggunakan susunan dan pola panel, tampilan, material, perutean, dan pengontrol yang tepat, desainer dapat mengurangi biaya sistem mereka.

Penutup Lensa dan Sensor Layar Sentuh

Sistem layar sentuh standar terdiri dari sensor layar sentuh kapasitif terproyeksi yang dilaminasi pada lensa penutup pelindung, sirkuit cetak fleksibel (FPC) yang terikat dengan pengontrol layar sentuh yang terpasang padanya, dan layar. FPC menghubungkan pengontrol layar sentuh ke prosesor induk. Layar berada di bawah sensor layar sentuh dan biasanya dipisahkan oleh celah udara atau dilaminasi secara langsung.

1. Sistem layar sentuh kapasitif standar terdiri atas sensor layar sentuh kapasitif terproyeksi yang dilaminasi pada lensa penutup pelindung, FPC terikat dengan pengontrol layar sentuh yang terpasang padanya, dan layar.

Lensa penutup adalah lapisan fisik paling atas dari sistem layar sentuh. Biayanya dapat sangat bervariasi tergantung pada jenis material (kaca atau polimetilmetakrilat, atau PMMA), lapisan khusus (oleofobik, hidrofobik), tinta dekoratif, atau jumlah lubang bor untuk kamera atau sensor. PMMA, alternatif yang lebih murah, lebih ringan, dan tahan pecah untuk pilihan kaca yang lebih tahan lama dan tembus cahaya, dapat mengurangi biaya ini hingga 50%.

Namun, sensor PMMA mungkin memiliki sensitivitas sinyal yang lebih rendah. Selain itu, PMMA lebih fleksibel daripada kaca, sehingga dapat menunjukkan masalah pembengkokan panel saat jari atau benda lain menekan dengan kekuatan yang signifikan. Pembengkokan panel dapat menyebabkan pelaporan sentuhan yang salah dan tidak akurat. Namun, substrat kaca atau lapisan pelindung tambahan pada sensor layar sentuh dapat mencegah pembengkokan panel. Oleh karena itu, bahan lensa penutup harus dipertimbangkan secara tepat untuk setiap susunan sensor layar sentuh.(Gbr. 2).

2. Produk sentuh modern menggunakan beberapa jenis susunan sensor.

Sensor layar sentuh merupakan struktur yang kompleks. Sensor ini dibuat dengan menyemprotkan indium tin oxide (ITO) ke substrat kaca atau polietilena tereftalat (PET) dan kemudian mengukir pola khusus ke dalam ITO. Pola dan struktur yang menyusun setiap lapisan sensor disesuaikan dengan kebutuhan desain sistem.

Desain layar sentuh standar biasanya menggunakan sensor layar sentuh ITO dua lapis seperti sensor MH3 dan diamonds pada Gambar 2 untuk mencapai akurasi, linearitas, dan kinerja multisentuh yang baik. Desain sensor dua lapis menggunakan substrat kaca atau polietilena tereftalat (PET). PET lebih murah dan memberikan kekebalan kebisingan tampilan yang lebih baik tetapi akan mengalami sedikit penurunan kejernihan optik. Pada akhirnya, metode yang paling efektif untuk menurunkan biaya sensor layar sentuh adalah dengan mengurangi jumlah lapisan susun.

Dengan mengintegrasikan sensor satu lapis, perancang sistem dapat mengurangi biaya sensor hingga 50%. Lebih sedikit lapisan—substrat, ITO, perekat bening optik (OCA)—membantu vendor panel sentuh memangkas biaya material dan perkakas. Penanganan lebih sedikit lapisan juga meningkatkan hasil produksi. Layar sentuh satu lapis berbiaya rendah menggunakan satu substrat PET dengan pola hak milik yang disederhanakan dengan transmisivitas optik yang baik.

Dari sudut pandang kinerja, sensor satu lapis memiliki akurasi dan linearitas yang lebih rendah serta membatasi jumlah sentuhan jari yang didukung (biasanya hanya satu jari atau dua jari). Solusi sensor satu lapis berbiaya rendah ini ideal untuk ponsel pintar kelas bawah dan ponsel fitur.

Perancang sistem yang sebelumnya menggunakan layar sentuh resistif atau tanpa layar sentuh akan merasa opsi susunan ini sangat sesuai dengan kebutuhan desain dan anggaran mereka. Dibandingkan dengan layar sentuh resistif, layar sentuh kapasitif satu lapis menawarkan keunggulan tersendiri, termasuk kejernihan optik yang lebih baik, daya yang lebih rendah, daya tahan yang lebih baik, dan pengalaman pengguna yang lebih baik.

Solusi multisentuh satu lapis seperti SLIM (Single-Layer Independent Multi-touch) dari Cypress dapat memangkas biaya hingga 40% dibandingkan dengan sensor dua lapis. Sensor satu lapis memiliki kinerja yang sedikit lebih rendah tetapi unggul dalam mendukung faktor bentuk yang paling tipis. Sensor multisentuh satu lapis juga mendukung sensor layar sentuh dengan tepi tipis atau tanpa tepi, yang memungkinkan area aktif layar sentuh meluas. Desainer yang tertarik untuk mengurangi biaya dan ketebalan dapat mempertimbangkan sensor satu lapis sebagai opsi yang layak.

Ukuran layar yang lebih kecil jauh lebih ekonomis. Ukuran area aktif akan memengaruhi biaya layar sentuh. Jelas, perancang sistem harus mempertimbangkan semua jalur untuk mengoptimalkan desain dan pemilihan panel.

Desain FPC

Cara lain untuk mengurangi biaya perangkat adalah melalui desain FPC. FPC menghubungkan input/output (I/O) sensor individual dari panel layar sentuh ke pengontrol layar sentuh dan dari pengontrol layar sentuh ke prosesor host.

FPC dapat bersifat aktif atau pasif. Pada FPC aktif, pengontrol layar sentuh dan komponen eksternal lain yang diperlukan seperti resistor dan kapasitor dipasang pada FPC itu sendiri. Pada FPC pasif, FPC hanya mencakup jejak perutean dan pengontrol layar sentuh, dan komponen eksternal dipasang pada papan sirkuit cetak (PCB).

Baik aktif maupun pasif, FPC dapat dirutekan dengan beberapa cara. Semakin efisien dan serbaguna peruteannya, semakin mudah bagi komponen perangkat keras lainnya untuk diintegrasikan. Namun, perlu diingat bahwa biaya memang meningkat seiring dengan jumlah lapisan yang diperlukan untuk perutean. Perutean yang cermat pada satu lapisan akan membantu meminimalkan biaya FPC. Perutean satu lapisan juga memiliki banyak keuntungan untuk integritas sinyal dan desain FPC yang ringkas.

Menampilkan

Pada sistem layar sentuh, sensor layar sentuh kapasitif yang diproyeksikan berada di atas layar. Layar pada dasarnya berisik, yang dapat menyebabkan kebisingan layar secara langsung berhubungan dengan sensor layar sentuh.(Gbr. 3). Hal ini mengurangi sensitivitas sentuhan dan menghasilkan aktivasi sentuhan palsu. Pilihan desain yang baik dapat mengurangi gangguan pada tampilan dan berdampak besar pada kinerja dan biaya.

3. Layar pada dasarnya berisik. Kebisingan dari layar dapat mengganggu layar sentuh dan mengurangi kinerja sentuh.

Untuk memblokir gangguan pada layar, industri biasanya menerapkan lapisan "pelindung" ITO tambahan antara layar dan sensor layar sentuh. Meskipun efektif, lapisan pelindung menambah biaya dan meningkatkan ketebalan modul layar sentuh. Alternatifnya adalah menggunakan celah udara kecil, biasanya antara 0,2 mm dan 0,5 mm, untuk memisahkan layar dari sensor layar sentuh.

Celah udara lebih hemat biaya daripada lapisan pelindung, tetapi juga meningkatkan ketebalan modul layar sentuh, yang tidak diinginkan oleh OEM yang ingin membuat perangkat yang lebih ramping dan tipis. Pilihan desain yang lebih penting adalah pemilihan layar itu sendiri.

Saat ini, layar yang paling populer digunakan untuk ponsel dan tablet masih berupa LCD transistor film tipis (TFT), yang umumnya tersedia dalam dua jenis: tegangan umum dc (DCVCOM) dan tegangan umum ac (ACVCOM). Perbedaannya terletak pada metode yang digunakan untuk menggerakkan lapisan elektroda umum (VCOM). Layar lain yang semakin populer pada perangkat kelas atas adalah LED organik matriks aktif (AMOLED) dengan sudut pandang yang lebar, kecerahan dan kontras yang lebih baik, konsumsi daya yang lebih rendah, dan ketebalan yang lebih tipis.

AMOLED memancarkan sangat sedikit kebisingan tampilan dan termasuk salah satu tampilan paling senyap, tetapi harganya mahal.

DCVCOM juga umumnya merupakan tampilan yang senyap dan mahal. Sebaliknya, ACVCOM memiliki tingkat kebisingan yang tinggi tetapi relatif murah. Pilihan tampilan sangat bergantung pada tujuan perangkat untuk pelanggan akhir. Aplikasi target akan menilai perangkat keras dan kinerja yang sesuai untuk pelanggannya.

Pengontrol Layar Sentuh

Meskipun tidak semahal layar atau panel layar sentuh, pilihan pengontrol layar sentuh memiliki dampak terbesar dalam hal kinerja sistem layar sentuh. Pengontrol layar sentuh menggabungkan teknologi penginderaan dan pemrosesan kapasitif untuk mengatasi sentuhan dan gerakan jari dengan melaporkan lokasi dan perilakunya ke prosesor host.

Saat jari diletakkan pada layar sentuh kapasitif yang diproyeksikan, pengontrol layar sentuh mendeteksi perubahan kapasitansi dan mengubah informasi tersebut menjadi nilai digital. Konversi digital ini diproses lebih lanjut menggunakan algoritma resolusi sentuh yang canggih di dalam pengontrol layar sentuh sebelum meneruskan koordinat sentuhan dan data relevan lainnya ke prosesor host.

Sinyal yang peka terhadap gangguan merupakan tantangan teknis utama untuk layar sentuh. Kontroler yang menggunakan ujung depan analog berkualitas tinggi, kemampuan penanganan gangguan internal, dan algoritma pemrosesan yang canggih adalah suatu keharusan. Dengan sentuhan yang menjadi antarmuka pengguna pilihan bagi banyak perangkat elektronik konsumen, kualitas kontroler layar sentuh akan secara langsung memengaruhi pengalaman pengguna produk akhir. Memilih kontroler layar sentuh yang tepat merupakan bagian penting untuk mencapai manfaat kinerja dan biaya.

Kontroler yang menyediakan rasio sinyal terhadap derau (SNR) tinggi dan penanganan derau yang efektif akan mampu mengimbangi penurunan kekuatan sinyal yang berasal dari sumber derau, seperti lensa penutup PMMA yang lebih murah atau layar ACVCOM yang berisik. Untuk membantu mengoptimalkan kinerja sensor satu lapis berbiaya rendah dan multisentuh, kontroler layar sentuh harus menyediakan algoritme pemrosesan yang kompatibel. Selain itu, manfaat biaya dari perutean FPC satu lapis hanya dapat terwujud jika pinout kontroler layar sentuh memungkinkan desain perutean yang fleksibel.

Pengontrol layar sentuh juga dapat mengurangi biaya sistem melalui beberapa fitur canggih yang didukungnya. Misalnya, sebagian besar pengontrol layar sentuh mengartikan air pada layar sentuh sebagai sentuhan jari karena tanda kapasitansi timbal balik air dan jari serupa. Untuk mengatasi masalah ini, vendor panel layar sentuh dapat menambahkan lapisan hidrofobik yang mahal pada lensa penutup.

Ketika tetesan air jatuh pada lensa penutup, lapisan tersebut membantu memecahnya menjadi tetesan yang lebih kecil sehingga tidak lagi terdeteksi sebagai sentuhan. Namun, pengontrol layar sentuh yang memungkinkan penolakan air secara alami melalui penggunaan fitur perangkat keras dan firmware-nya dapat mendeteksi dan menolak air pada layar.layar sentuhdengan algoritma bawaan dan dapat menghemat biaya pelapisan tambahan OEM.

Ringkasan

Desainer cerdas yang benar-benar memahamisistem layar sentuhdan komponen utamanya dapat mengurangi biaya secara signifikan melalui pilihan cerdas dalam desain dan pemilihan lensa penutup, material dan susunan sensor, jenis tampilan, dan perutean FPC. Pengontrol layar sentuh yang inovatif dan berkinerja tinggi dapat mencapai pengurangan biaya tanpa mengorbankan kinerja, yang membuat produk akhir laku sejak awal.