Avec la digitalisation, les écrans tactiles sont devenus un élément essentiel de notre société. Que vous soyez au travail ou à la maison entrain de vous détendre, il y a de fortes chances que vous interagissiez avec un écran tactile d'une manière ou d'une autre. Pourtant, vous ne connaissez probablement pas les détails du fonctionnement de ces écrans. Comment fonctionnent les écrans tactiles et quels en sont les différents types ?
Il existe plusieurs types d'écrans tactiles, parmi lesquels les écrans tactiles capacitifs sont les plus couramment utilisés dans les applications commerciales, industrielles et grand public. Les autres technologies d'écrans tactiles comprennent les écrans résistifs, les écrans à ondes acoustiques de surface, les écrans infrarouges, les écrans à imagerie optique et les écrans à imagerie en champ proche, qui présentent tous des avantages et des inconvénients en fonction de l'application souhaitée.
Dans cet article, nous expliquerons en détail les différents types d'écrans tactiles, leur fonctionnement interne et leurs avantages potentiels dans différents contextes.
Capacitif
Les écrans tactiles capacitifs ne comportent généralement qu'une ou deux couches principales et utilisent la capacité électrique pour enregistrer une pression. Les écrans tactiles capacitifs constitués d'une seule couche utilisent la technologie tactile capacitive de surface, tandis que les écrans tactiles capacitifs à deux couches utilisent la technologie capacitive projetée.
Technologie tactile capacitive de surface
Un écran tactile capacitif de surface est constitué d'un morceau de verre recouvert d'un conducteur. L'oxyde d'indium et d'étain (ITO), un composé métallique, est couramment utilisé comme conducteur. Ces couches sont ensuite protégées par un couvercle. Des électrodes sont placées autour de la couche conductrice pour créer une tension uniforme dans toute la couche.
Lorsqu'un doigt (ou un stylet capacitif) touche l'écran, il en résulte un appel de courant car le corps humain est un conducteur électrique. Ce courant est mesuré à chaque coin de la feuille conductrice, après quoi l'écran tactile peut identifier les coordonnées x et y du contact.
Les écrans tactiles capacitifs de surface présentent généralement un niveau de contraste plus élevé et une plus grande durabilité que les écrans tactiles résistifs, tout en n'étant pas aussi complexes sur le plan technique que les écrans tactiles projectifs. Dans les environnements commerciaux ou industriels, ils sont donc souvent utilisés dans les contrôles industriels (de base) ou dans une variété d'environnements commerciaux allant des kiosques aux systèmes de point de vente.
Technologie capacitive projetée
Les écrans tactiles capacitifs projetés fonctionnent de la même manière, bien que leur conception soit légèrement différente. Ces écrans tactiles sont constitués d'une surface de verre de détection sur le fond, qui est recouverte d'une couche d'ITO ainsi que d'un isolant, puis d'une autre couche d'ITO et enfin d'une couche de verre de surface.
Les deux couches d'ITO sont posées perpendiculairement l'une à l'autre, ce qui donne une grille avec de multiples intersections d'électrodes. Grâce à un traitement intelligent et à l'appel de courant créé par un conducteur électrique (tel qu'un doigt), le système peut détecter et prédire avec précision les mouvements du doigt.
Les avantages de la technologie capacitive projetée par rapport à la technologie capacitive normale sont que ces écrans tactiles sont capables de détecter des stylets passifs ou des doigts dans des gants. De plus, l'humidité et la poussière ne posent pas de problème, ce qui rend ces écrans tactiles adaptés à une utilisation commerciale dans des environnements tels que les restaurants et les sites industriels.
Résistif
Les écrans tactiles résistifs sont couramment utilisés à des fins commerciales et/ou industrielles. En effet, ces écrans réagissent uniquement au toucher et leur fonctionnalité n'est pas réduite lorsque du liquide ou de la poussière entrent en contact avec l'écran. Ils peuvent également être utilisés avec un stylet ou des gants, ce qui renforce encore leur fonctionnalité commerciale.
Les deux couches les plus importantes d'un écran tactile résistif sont la couche inférieure stable en verre et la couche supérieure flexible en polyéthylène (PET) ou en PEN (polyéthylène naphtalate).
Ensuite, ces deux feuilles sont le plus souvent recouvertes d'ITO. Des points d'espacement sont placés sur la couche d'ITO de la face en verre pour éviter qu'elles ne se touchent accidentellement et n'enregistrent un faux contact.
La façon dont les écrans tactiles résistifs mesurent un contact dépend de leur conception à 4 ou 5 fils.
4 fils
L'écran tactile à 4 fils est la version la plus simple. Il utilise deux fils connectés au côté gauche de la couche de verre inférieure et deux fils sur son côté droit. Deux fils sont également connectés à la face supérieure de la couche supérieure et deux fils à la face inférieure de cette même couche.
Un courant électrique est appliqué à la couche d'ITO saupoudrée sur le verre. Lorsque l’on presse la couche supérieure, les surfaces résistives de la couche de verre et de la couche de PET/PEN se touchent, ce qui crée un circuit et agit comme un diviseur de tension.
En utilisant les fils en haut et en bas, la tension est ensuite mesurée sur la couche supérieure pour déterminer l'emplacement de l'axe x, et la même chose est faite pour l'axe y sur la couche inférieure en utilisant les fils sur les côtés gauche et droit. Selon l'application, cet ordre peut être inversé.
En raison de leur rentabilité et de la précision relative des mesures, les écrans tactiles à 4 fils sont le plus souvent utilisés dans les petits écrans tactiles destinés aux consommateurs.
5 fils
L'un des inconvénients des écrans tactiles à 4 fils est que la couche supérieure d'ITO s'use à cause de l'usure, ce qui réduit considérablement la possibilité d'utilisation de l'écran. C'est pourquoi les écrans tactiles à 5 fils ont été inventés.
Ces écrans tactiles mesurent à la fois l'axe x et l'axe y au niveau de la couche inférieure, en incorporant les quatre premiers fils. Ils y parviennent parce qu'ils utilisent un conducteur spécial sur le contour de la couche inférieure. Le cinquième fil est connecté à la couche supérieure et n'est utilisé que pour mesurer la tension dans la couche inférieure.
Grâce à cette conception, les écrans tactiles à 5 fils sont beaucoup plus durables que les écrans tactiles à 4 fils et sont plus couramment utilisés pour des applications commerciales ou industrielles lourdes.
Ondes acoustiques de surface
Les écrans tactiles à ondes acoustiques de surface (SAW) sont un type de technologie tactile qui utilise des ondes ultrasoniques pour détecter les entrées tactiles sur la surface d'un écran. Ils sont connus pour leur grande clarté, leur durabilité et la précision avec laquelle ils détectent les gestes tactiles.
Les écrans tactiles SAW fonctionnent en générant des ondes ultrasoniques sur la surface de l'écran. En général, cette surface est constituée d'une seule feuille de verre. Ces ondes sont créées par la transmission de signaux électriques à des transducteurs piézoélectriques placés le long des bords de l'écran. Lorsque l'écran est touché par un matériau souple capable d'absorber les ondes sonores (un doigt, par exemple), les ondes acoustiques de surface sont perturbées, ce qui entraîne des changements dans l'amplitude et la fréquence des ondes.
Ces altérations sont détectées par des transducteurs récepteurs placés en face des transducteurs émetteurs. En analysant la synchronisation et l'intensité des signaux reçus, le système d'écran tactile peut déterminer avec précision l'emplacement et les caractéristiques du toucher.
L'un des principaux avantages des écrans tactiles SAW est leur exceptionnelle clarté d'image. Contrairement aux écrans tactiles résistifs qui peuvent être sujets à une dégradation de la qualité de l'image en raison des couches impliquées, les écrans tactiles SAW conservent la clarté d'affichage d'origine puisqu'ils ne nécessitent qu'une dalle en verre.
De plus, les écrans tactiles SAW offrent une grande durabilité et une résistance aux rayures et aux contaminants, ce qui les rend adaptés aux environnements difficiles avec une utilisation fréquente.
Les écrans tactiles SAW présentent également des inconvénients par rapport aux autres technologies d'écrans tactiles. Par exemple, ils peuvent ne pas prendre en charge la fonctionnalité multi-touch aussi efficacement que les écrans tactiles capacitifs. De plus, les substances liquides peuvent perturber les ondes sonores. Ces deux facteurs limitent leur pertinence pour certaines utilisations commerciales et industrielles qui nécessitent des gestes ou des interactions complexes.
Les écrans tactiles SAW sont généralement plus coûteux à fabriquer que les écrans tactiles résistifs ou capacitifs en raison des composants spéciaux et de l'étalonnage précis nécessaires à leur fonctionnement.
Infrarouge
Les écrans tactiles à infrarouge sont un type de technologie tactile qui utilise des faisceaux lumineux infrarouges pour détecter les entrées tactiles sur la surface d'un écran. Ils peuvent être utilisés dans diverses applications interactives, notamment pour les informations publiques, la signalisation digitale ou les panneaux de contrôle dans certains environnements industriels.
Les écrans tactiles à infrarouge sont généralement constitués d'un réseau de diodes électroluminescentes infrarouges placées le long des bords de l'écran et émettant une lumière infrarouge sur la surface de l'écran. De l'autre côté, des photodétecteurs sont placés pour détecter toute interruption de la lumière infrarouge causée par le toucher. Ces rayons infrarouges sont répartis sur l'écran selon un modèle matriciel dans les directions x et y.
Lorsqu'un utilisateur touche l'écran, il bloque certains des faisceaux de lumière infrarouge émis, ce qui signifie que les photodétecteurs cessent de recevoir la lumière et s'éteignent. Le contrôleur de l'écran tactile interprète ces interruptions pour déterminer l'emplacement précis et les caractéristiques de l'entrée tactile.
L'un des principaux avantages des écrans tactiles à infrarouge est leur durabilité et leur résistance à l'usure, car les couches physiques qu’il comporte ne se dégradent pas avec le temps. De plus, ils offrent une excellente clarté d'image car ils n'ont généralement pas de couches supplémentaires au-dessus de l'écran. Les écrans tactiles à infrarouge prennent également en charge la fonctionnalité multi-touch, ce qui permet des gestes et des interactions plus complexes.
Les écrans tactiles à infrarouge présentent également certains inconvénients par rapport aux autres technologies d'écrans tactiles. Tout d'abord, ils peuvent être affectés par la lumière ambiante et les interférences infrarouges, ce qui peut nuire à la précision de la détection des saisies tactiles, en particulier dans les environnements très éclairés. Ils sont donc moins adaptés aux environnements extérieurs ou aux environnements dans lesquels les conditions de luminosité changent fréquemment, comme dans les environnements marins..
Ils nécessitent également un étalonnage fréquent pour maintenir leur précision, ce qui peut s'avérer fastidieux dans certains cas. Une autre limite est leur sensibilité aux fausses touches dues à des objets tels que la saleté, la poussière ou les gouttes de pluie qui peuvent interrompre les faisceaux infrarouges.
Ces deux facteurs signifient que les écrans tactiles infrarouges sont moins adaptés aux environnements industriels, alors qu'ils peuvent être utilisés pour des fonctions commerciales moins critiques telles que les écrans tactiles destinés aux consommateurs. Toutefois, les écrans tactiles capacitifs sont le plus souvent utilisés pour ce marché car ils sont plus rentables.
Imagerie optique
Ces écrans tactiles sont généralement constitués de LED infrarouges placées sur les bords de l'écran, qui émettent des faisceaux de lumière infrarouge sur la surface de l'écran selon un motif en grille. De l'autre côté de l'écran, des caméras ou des capteurs CMOS infrarouges captent les réflexions de la lumière émise.
Lorsqu'un utilisateur touche l'écran, son doigt ou un objet interrompt certains des faisceaux infrarouges, ce qui modifie les réflexions capturées par les caméras ou les capteurs. Le contrôleur de l'écran tactile analyse ces changements pour déterminer l'emplacement précis et les caractéristiques de l'entrée tactile.
La différence entre les technologies infrarouges évoquées précédemment est que la technologie d'imagerie optique utilise des caméras ou des capteurs infrarouges, tandis que les écrans tactiles infrarouges utilisent des photodétecteurs.
Par conséquent, les écrans tactiles à imagerie optique offrent une plus grande clarté d'image que les écrans tactiles à infrarouge, tout en étant plus souvent compatibles avec la technologie multi-touch.
Enfin, il est important de noter que les écrans tactiles à imagerie optique présentent les mêmes inconvénients que les écrans tactiles à infrarouge. Cela signifie qu'ils sont moins adaptés aux applications industrielles lourdes dans lesquelles on peut s'attendre à des conditions environnementales difficiles.
Imagerie en champ proche
Les écrans tactiles à imagerie en champ proche fonctionnent grâce à un réseau de capteurs placés sur les bords de l'écran qui émettent des champs électriques sur la surface.
Lorsqu'un objet conducteur tel qu'un doigt ou un stylet interagit avec ces champs électriques, il les perturbe, ce qui permet aux capteurs de détecter l'emplacement précis et l'intensité de la perturbation. Ces données sont ensuite traitées pour déterminer les coordonnées et les actions de l'entrée tactile.
L'un des principaux avantages des écrans tactiles en champ procheest leur capacité à détecter le toucher avec une grande précision et une grande réactivité, même dans des conditions environnementales difficiles ou avec des gants. Ils offrent également des capacités multi-touch et prennent en charge diverses méthodes d'entrée.
Toutefois, les coûts de fabrication peuvent être plus élevés que ceux des écrans tactiles capacitifs. Ils consomment également plus d'énergie en raison de l'émission constante de champs électriques, ce qui peut avoir une incidence sur la durée de vie des batteries des appareils portables, mais n'est pas aussi problématique dans les applications commerciales ou industrielles.
Les écrans tactiles en champ proche (NFI) peuvent être plus sensibles aux interférences des champs électromagnétiques externes. Pour ces raisons, les écrans tactiles NFI n'ont pas été très populaires ces dernières années.
