Емкостный дисплей реагирует на что

Обновлено: 07.07.2024

Сегодня экран, помимо своих прямых функций является еще и устройством ввода информации в момент прикосновения к нему. Как и у всего рождающего интерес и спрос, на рынке присутствует огромное множество видов и типов сенсорных экранов, обладающих разными физическими действиями и принципами в работе. Давайте рассмотрим наиболее популярные и часто встречающиеся нам виды экранов в той или иной аппаратуре, например – автомобильная магнитола, GPS навигатор, сотовый телефон, банкомат и пр…

Резистивно-сенсорный экран и принцип их работы

Резистивные экраны бывают нескольких видов, четырех проводные и пяти проводные. Давайте рассмотрим принципы работы каждого из этих видов резистивного строения по отдельности.

Четырёх проводной резистривный сенсорный экран

Принцип действия 4-проводного резистивного сенсорного экрана

Четырех проводной резистивное сенсорное покрытие экрана состоит из нескольких компонентов, а именно, гибкой пластиковой мембраны и стеклянной панели. И мембрана, и панель обладает слоем резистивного покрытия, а пространство между ними заполнено микро изоляторами, равномерно распределены по рабочей (активная область, это место где происходит соприкосновение пальца со стеклом) области экрана, изолируя проводящие поверхности. В момент нажатия на экран, происходит замыкание мембраны и панели, сигнал поступает о месте нажатия на контроллер аналогово-цифрового преобразователя и регистрируя изменения сопротивления преобразует в точку прикосновения в виде координаты (X / Y).

Принцип действия 4-проводного резистивного сенсорного экрана

Алгоритм считывания информации в общих чертах:

Y-координата - напряжение +5V подается на верхний электрод, нижний при этом является заземлением. Правый и левый соединяются короткой подачей, и в этот момент проверяется на них напряжение равное Y координате.
X-координата – в том же порядке подается 5V-ое питание + земля на правый электрод, а с верхнего и нижнего считывается координата равная X.

Пяти проводной резистивно-сенсорный экран и принцип работы

Пяти проводной резистивный сенсорный экран, надежнее своего собрата за счёт того, что даже если повредить мембрану, то монитор будет продолжать работать, что нельзя сказать про 4-проводной вариант. Заднее стекло обладает резистивным покрытием с четырьмя угловыми электродами.

Принцип действия 5-проводного резистивного сенсорного экрана

Четыре электрода заземлены, а мембрана ровна +5V с поддержкой постоянного уровня напряжения мембраны при помощи аналогово-цифрового преобразователя.

Принцип действия 5-проводного резистивного сенсорного экрана

В момент сна, напряжение сенсорного экрана равно 5V но, как только на экран происходит нажатие или он соприкасается с чем-либо, микропроцессор фиксирует изменение мембраны и происходит вычислительный процесс координат места соприкосновения по алгоритму:

X-координата – подается 5V питание на два правых электрода, а левые в этот момент служат заземлением.
Y-координата – на верхние электроды подается питание 5V, а нижний электрод, земля (масса).

Емкостные сенсорные экраны и принцип их работы

Поверхностно-ёмкостной экран (емкостной) является проводником переменного тока.

Принцип действия поверхностно-ёмкостного сенсорного экрана

Поверхносто-емкостной сенсорный экран - это стеклянная панель, покрытая резистивным материалом (сплав покрытия оксида олова и оксида индия). Электроды у емкостного сенсорного экрана, расположены по углам, подавая небольшое, одинаковое для всех углов переменное напряжение. В момент касания до экрана пальцем или чем-то другим, являющимся проводником предметом, происходит утечка питания (чем сильнее нажатие и чем палец ближе к электроду, тем сила тока больше и меньше сопротивление монитора). В углах расположены датчики, которые регистрируют точку соприкосновения и передают информацию на вычислительный контроллер точки касания.

Принцип действия поверхностно-ёмкостного сенсорного экрана

Более ранние модели «ёмкостных экранов» применяли постоянный ток, это в разы упрощало конструкцию, но при плохом заземлении были сбои.

По надежности, емкостной сенсорный экран обладает возможностью около 200 млн нажатий, это примерно 6,5 лет нажатий с интервалом одной секунды, (емкостной экран влагостойкие и отлично справляются с не проводящими загрязнениями). Прозрачность емкостных экранов равна 90 %, но даже при таких великолепных характеристиках, все-таки присутствуют уязвимости. Широкое распространение ёмкостные экраны получили в автоматах массового скопления людей (например, банкоматы «СберБанка»), но любой сталкивался с тем, что аппарат не реагирует на рука находится в перчатке.

Принцип работы проэкционно-емкостных сенсорных экранов

Внутренняя сторона экрана состоит из сетки электродов, тело человека и электрод образуют конденсатор, в момент соприкосновения, система замеряет ёмкость конденсатора подачей импульса тока и, замеряет напряжение.

Принцип действия проекционно-ёмкостного сенсорного экрана

Проекционно-емкостные экраны обладают прозрачностью до 90 % и обладают высоким температурным диапазоном. При этом экраны такого характера долговечны в использовании и точны в показателях места соприкосновения. Экраны способны устанавливаться на экраны с толщиной до 18 мм, что позволяет использовать эту технологию в вандалоустойчивом оборудовании. Тек же, не реагирует на не проводящие загрязнения, а проводящее загрязнение спокойно подавляется программным обеспечением (например – залипание, система видит постоянно работающую область и делает ее неактивной).

Принцип работы проэкционно-емкостных сенсорных экранов

Огромную популярность этот вид экранов получил у уличных автоматах пополнения сотовых телефонов, банкоматах и пр…., некоторые модели реагируют даже на соприкосновение если рука находится в перчатке (что очень удобно, особенно в зимнее время). Современные модели проекционно-емкостных экранов обладают высокой точности, но есть небольшой минус, чем толщина стекла больше, тем менее чувствителен, становиться сенсор.

Проэкционно-емкостной экран реагирует даже на приближение руки (порог отклика можно устанавливать программно). Отличительно-народное восприятие этих экранов с остальными, в одном варианте нажатие происходит при помощи касания руки, а в другом при нажатии стилусом или ногтем.

Хочется обратить внимание, что часто путают проэкционно-емкостные экраны с поверхностно емкостными, из-за различий в терминологии, например экраны всеми любимыми яблочными изделиями (iPhone, IPAD и пр..) являются проекционно-ёмкостными.

Выводы

Каждый из вышеперечисленных видов сенсорных экранов обладает своими преимуществами и недостатками, для более точного понимания, давайте рассмотрим таблицу технических характеристик о работоспособности того или иного вида экрана.

Современный человек не мыслит жизни без различных гаджетов. Планшеты, электронные книги и смартфоны прочно вошли в нашу жизнь, сейчас практически любая информация может быть получена несколькими касаниями сенсорного экрана аппарата. Но вот как эти экраны реагируют на прикосновение и когда они появились мало кто знает.

Сенсорные экраны появились в 1972 году в США и сейчас имеется 3 основных вида сенсоров. Рассмотрим из них подробнее.

Резистивные дисплеи

Резистивная система уходит в прошлое. Резистивный дисплей представляет собой обычное стекло, на которое нанесен токопроводящий слой. Еще имеется специальная токопроводящая пленка на металлической основе. Специальные распорки создают пустое пространство между пленкой и токопроводящим слоем. На поверхность экрана нанесено специальное покрытие, цель которого защитить дисплей от мелких трещин, царапин и прочих механических повреждений.

Когда пользователь прикасается к сенсору, металлическая пленка прогибается через пустое пространство и достигает токопроводящего слоя. Происходит замыкание цепи, которое считывается процессором умного гаджета. Полученная информация отправляется программе-драйверу, определяющей, чего именно хотел добиться владелец аппарата и выполняет заказанное действие.

Емкостные сенсоры

Емкостные тачскрины - это нынешний день сенсорных экранов. Они основаны на принципе накопления и освобождения электрического заряда. Стеклянную основу сенсора покрывают специальным слоем умеющим накапливать электрический заряд. Владелец гаджета своим прикосновением снимет часть заряда, что позволяет системе определить точку прикосновения. В каждом углу сенсорного экрана расположены микросхемы, которые и определяют изменение потенциалов в каждой точке сенсора. Разница потенциалов мгновенно определяется внутренним компьютером гаджета, благодаря чему сразу же устанавливается точка прикосновения.

После определения точки касания информация о ней направляется в программу-драйвер тачскрина, которая и выполняет необходимое пользователю действие. Важной характеристикой емкостного дисплея является его возможность сохранять примерно 9/10 начальной яркости экрана. Поэтому изображение на емкостных экранах превосходит по четкости картинку резистивных дисплеев.

Волновые тачскрины

Волновые акустические системы представляют собой будущее сенсорных дисплеев. Их принцип работы состоит в том, что на стеклянной пластине монитора размещены по осям X и Y два акустических преобразователя, один из которых является излучателем, а второй приемником. На стекле также размещаются отражатели электрического сигнала от одного преобразователя к другому. Преобразователь-получатель, чья функция определять нарушение целостности фронта волны, способен зафиксировать место, в котором это произошло. То есть происходит определение конкретной точки касания пользователя к экрану.

Принцип работы сенсорного экрана на поверхностно-акустических волнах. Источник изображения: bmstu.wiki Принцип работы сенсорного экрана на поверхностно-акустических волнах. Источник изображения: bmstu.wiki

Качественные различия разных типов сенсорных экранов

Резистивные дисплеи начинают реагировать после любого касания, стоит токопроводящим слоям войти в соприкосновение. Поэтому для подтверждения действия достаточно прикосновения как пальцем, так и многими другими предметами. Емкостные системы требуют снятия электрического заряда, поэтому активация диэлектриком невозможна. А палец для снятия заряда является вполне достаточным проводником. Никакие стилусы с таким тачскрином работать не могут. В акустических дисплеях система реагирует на перекрытие волны, поэтому для ввода данных годится не только палец, но и вообще любой предмет. Лишь бы он не был тяжелым или острым.

Еще системы распознавания сильно различаются по качеству воспроизведения и цене. Самыми дорогими и качественными являются акустические, наиболее дешевые и наименее качественные это резистивные дисплеи.

iPhone 2G был первым мобильным телефоном, управление которым полностью строилось на взаимодействии с сенсорным экраном. С момента его презентации прошло больше десяти лет, но многие из нас все еще не знают, как устроен Touchscreen. А ведь мы сталкиваемся с этим интуитивным средством ввода не только в смартфонах, но и в банкоматах, платежных терминалах, компьютерах, автомобилях и самолетах — буквально повсюду.

Содержание

До тачскринов самым распространенным интерфейсом для ввода команд в электронные устройства были различные клавиатуры. Хотя, кажется, что у них с тачскринами нет ничего общего, на самом деле то, насколько сенсорный экран по принципам работы схож с клавиатурой, может удивить. Давайте рассмотрим их устройство в деталях.

Клавиатура представляет собой печатную плату, на которой устанавливается несколько рядов переключателей-кнопок. Вне зависимости от их конструкции, мембранной или механической, при нажатии каждой из клавиш происходит одно и то же. На компьютерной плате под кнопкой замыкается электрическая цепь, компьютер регистрирует прохождение тока в этом месте схемы, «понимает», какая клавиша нажата и выполняет соответствующую ей команду. В случае с сенсорным экраном происходит почти тоже самое.

Существует порядка десятка различных видов сенсорных экранов, однако большинство из этих моделей или давно устарело и не используется, или относится к экспериментальным и вряд ли когда-нибудь появится в серийных устройствах. Прежде всего, я расскажу об устройстве актуальных технологий, тех из них, с которыми постоянно взаимодействуете или хотя бы можете столкнуться в повседневной жизни.

Резистивный сенсорный экран

Резистивные сенсорные экраны изобретены еще в 1970 году и с тех пор изменились мало.

В дисплеях с такими сенсорами над матрицей располагается пара дополнительных слоев. Впрочем, оговорюсь, матрица здесь вовсе не обязательна. Первые резистивные сенсорные устройства не были экранами вовсе.

Нижний сенсорный слой состоит из стеклянной основы и называется резистивным слоем. На него наносится прозрачное металлическое покрытие, хорошо передающее ток, например, из такого полупроводника, как оксид индия-олова. Верхний слой тачскрина, с которым взаимодействует пользователь нажимая на экран, сделан из гибкой и упругой мембраны. Он называется проводящим слоем. В пространстве между слоями оставляют воздушную прослойку, либо равномерно усеивают его микроскопическими изолирующими частицами. По краям к сенсорному слою подводится четыре, пять или восемь электродов, связывающих его с датчиками и микроконтроллером. Чем больше электродов, тем выше чувствительность резистивного такчскрина, поскольку изменение напряжения на них постоянно отслеживается.

Вот экран с резистивным тачскрином включен. Пока ничего не происходит. Электрический ток свободно течет по проводящему слою, но когда пользователь дотрагивается до экрана, мембрана сверху прогибается, изолирующие частицы расступаются, и она касается нижнего слоя тачскрина, вступает в контакт. За этим следует изменение напряжения разом на всех электродах экрана.

Контроллер тачскрина обнаруживает изменения напряжения и считывает показания с электродов. Четыре, пять, восемь значений и все разные. По разнице в показаниях между правым и левым электродами микроконтроллер вычислит X-координату нажатия, а по различиям в напряжении на верхнем и нижнем электродах, определит Y-координату и, таким образом, сообщит компьютеру точку, в которой слои сенсорного слоя экрана соприкоснулись.

Резистивные сенсорные экраны могут похвастать длинным перечнем недостатков. Так, они в принципе не способны распознать двух одновременных нажатий, не говоря уже о большем числе. Они плохо ведут себя на холоде. Из-за необходимости в прослойке между слоями сенсора, матрицы таких экранов заметно теряют в яркости и контрастности, склонны бликовать на солнце, и в целом выглядят заметно хуже. Тем не менее, там, где качество изображения играет второстепенную роль, их продолжают применять в силу устойчивости к загрязнениям, возможности использования в перчатках и, что самое главное, низкой стоимости.

Такие средства ввода повсеместно монтируются в недорогих массовых устройствах, вроде информационных терминалов в общественных местах и все еще встречаются в устаревающих гаджетах, типа дешевых MP3-плееров.

Инфракрасный сенсорный экран

Следующим, куда менее распространенным, но, тем не менее, актуальным вариантом сенсорного экрана является инфракрасный тачскрин. Он не имеет ничего общего с резистивным сенсором, хотя и выполняет схожие функции.

Инфракрасный тачскрин сконструирован из массивов светодиодов и светочувствительных фотоэлементов, расположенных на противоположных сторонах экрана. Светодиоды подсвечивают поверхность экрана невидимым инфракрасным светом, образуя на ней нечто вроде паутины или координатной сетки. Это напоминает охранную сигнализацию, какой ее показывают в шпионских боевиках или компьютерных играх.

Когда к экрану что-то прикасается, не важно палец это, рука в перчатке, стилус, или карандаш, два или более луча прерываются. Фотоэлементы фиксируют это событие, контроллер тачскрина выясняет, какие из них недополучают инфракрасный свет и по их положению вычисляет зону экрана, в которой возникло препятствие. Остальное — сопоставить прикосновение с тем, какой элемент интерфейса находится на экране в этом месте — задача программного обеспечения.

Сегодня с инфракрасными сенсорными экранами можно столкнуться в тех гаджетах, чьи экраны обладают нестандартной конструкцией, там, где добавлять дополнительные сенсорные слои технически сложно или нецелесообразно — в электронных книгах на базе дисплеев E-link, например, Amazon Kindle Touch и Sony Ebook. Кроме того, устройства с подобными сенсорами из-за простоты и ремонтопригодности приглянулись военным.

Емкостный сенсорный экран

Если в резестивных сенсорных экранах компьютер регистрирует изменение проводимости, последовавшее за нажатием на экран, непосредственно между слоями сенсора, то емкостные сенсоры фиксируют прикосновение непосредственно.

Человеческое тело, кожа — хорошие проводники электричества и обладают электрическим зарядом. Обычно это замечаешь пройдясь по шерстяному ковру или сняв любимый свитер, а затем прикоснувшись к чему-либо металлическому. Все мы знакомы со статическим электричеством, испытывали его действие на себе и видели крошечные искры, срывающиеся с наших пальцев в темноте. Более слабый, незаметный обмен электронами между человеческим телом и различными проводящими поверхностями происходит постоянно и именно его фиксируют емкостные экраны.

Первые такие тачскрины назывались поверхностно-емкостными и были логичным развитием резистивных сенсоров. В них всего один проводящий слой, похожий на тот, что использовался ранее, устанавливался прямо поверх экрана. К нему также присоединялись чувствительные электроды, на этот раз по углам сенсорной панели. Следящие за напряжением на электродах датчики и их программное обеспечение были сделаны заметно чувствительнее и теперь могли улавливать малейшие изменения в течении электрического тока по экрану. Когда палец (другой проводящий ток предмет, например, стилус) касается поверхности с поверхностно-емкостным тачскрином, проводящий слой немедленно начинает обмениваться с ним электронами, а микроконтроллер это замечает.

Появление поверхностно-емкостных тачскринов стало прорывом, однако из-за того, что нанесенный прямо поверх стекла токопроводящий слой было легко повредить, они не были пригодны для устройств нового поколения.

Для создания первого iPhone потребовались проекционно-емкостные сенсоры. Этот тип тачскринов быстро стал наиболее распространенным в современной потребительской электронике: смартфонах, планшетах, ноутбуках, моноблоках и прочих бытовых устройствах.

Верхний слой экрана с тачскрином этого типа выполняет защитную функцию и может быть сделан из закаленного стекла, например, знаменитого Gorilla Glass. Ниже располагаются тончайшие электроды, образующие сетку. Поначалу их накладывали друг на друга в два слоя, затем для уменьшения толщины экрана стали располагать на одном уровне.

Выполненные из полупроводниковых материалов, в том числе уже упоминавшегося оксида индия-олова, эти токопроводящие волоски создают электростатическое поле в местах своего пересечения.

Когда палец касается стекла, за счет электропроводных свойств кожи он искажает локальное электрическое поле в местах ближайших пересечений электродов. Это искажение может быть измерено, как изменение емкости в отдельно взятой точке сетки.

Поскольку массив электродов делается достаточно мелким и плотным, такая система способна отслеживать касание очень точно и без проблем улавливает сразу несколько прикосновений. Кроме того, отсутствие дополнительных слоев и прослоек в бутерброде из матрицы, сенсора и защитного стекла положительно сказывается на качестве изображения. Правда, по той же причине, разбитые экраны, как правило, заменяются полностью. Однажды собранный воедино, экран с проекционно-емкостным сенсором чрезвычайно сложно поддается ремонту.

Сейчас преимущества проекционно-емкостных тачскринов не звучат, как что-то удивительное, но на момент презентации iPhone они обеспечили технологии колоссальный успех, несмотря на объективные минусы — чувствительность к загрязнениям и влажности.

Чувствительные к давлению сенсорные экраны — 3D Touch

Идейным предшественником сенсорных экранов, чувствительных к давлению, стала фирменная технология Apple, под названием Force Touch, применявшаяся в умных часах компании, MacBook, MackBook Pro и Magic Trackpad 2.

Опробовав на этих устройствах интерфейсные решения и различные сценарии использования распознавания силы нажатия, Apple начала внедрение похожего решения в свои смартфоны. В iPhone 6s и 6s Plus распознавание и измерение давления стало одной из функций тачскрина и получило коммерческое наименование 3D Touch.

Хотя в Apple и не скрывали, что новая технология лишь модифицирует привычные нам емкостные сенсоры и даже показали схему, в общих чертах объяснявшую принцип ее действия, подробности об устройстве сенсорных экранов с 3D Touch появились только после того, как первые iPhone нового поколения были разобраны энтузиастами.

Для того, чтобы научить емкостной сенсорный экран распознавать нажатия и различать несколько степеней давления, инженерам из Купертино потребовалось пересобрать бутерброд сенсорного экрана. Они внесли изменения в отдельные его части и добавили к емкостному еще один, новый слой. И, что интересно, делая это, они явно вдохновлялись устаревшими резистивными экранами.

Сетка емкостных сенсоров осталась без изменений, однако она была перенесена назад, ближе к матрице. Между набором электрических контактов, следящих за местом прикосновения к дисплею, и защитным стеклом был интегрирован дополнительный массив из 96 отдельных датчиков.

Его задача заключалась не в том, чтобы определить местоположение пальца на экране iPhone. С этим по-прежнему отлично справлялся емкостный тачскрин. Эти пластины необходимы для обнаружения и измерения степени изгиба защитного стекла. Компания Apple специально для iPhone заказала у Gorilla Glass разработку и производство такого защитного покрытия, которое бы сохраняло прежнюю прочность и, в то же время, было достаточно гибким, чтобы экран мог реагировать на давление.

На этой разработке можно было закончить материал, повествующий о сенсорных экранах, если бы не еще одна технология, которой несколько лет назад прочили большое будущее.

Волновые сенсорные экраны

Неожиданно, но они не используют электричество и даже не имеют ничего общего со светом. Технология Surface Acoustic Wave system для определения точки прикосновения применяет поверхностные акустические волны, распространяющиеся вдоль поверхности экрана. Ультразвук, создаваемый пьезоэлектрическими элементами по углам, слишком высок для того, чтобы его мог уловить человеческий слух. Он распространяется взад и вперед, многократно отражаясь от краев экрана. Звук анализируется на предмет аномалий, создаваемых прикасающимися к экрану предметами.

Недостатков у волновых сенсорных экранов не много. Они начинают ошибаться после сильного загрязнения стекла и в условиях сильного шума, но, при этом, в экранах с таким сенсором нет дополнительных слоев, увеличивающих толщину и влияющих на качество изображения. Все компоненты сенсора прячутся под рамкой дисплея. Кроме того, волновые сенсоры позволяют точно подсчитывать площадь соприкосновения экрана с пальцем или другим предметом и по этой площади косвенно рассчитать силу нажатия на экран.

Мы уже вряд ли столкнемся с этой технологией в смартфонах из-за нынешней моды на безрамочные дисплеи, но несколько лет назад компания Samsung экспериментировала с Surface Acoustic Wave system в моноблоках, а в качестве комплектующих для игровых автоматов и рекламных терминалов панели с акустическими тачскринами продаются и сейчас

Вместо заключения

За очень краткий срок тачскрины завоевали мир электроники. Несмотря на отсутствие тактильного отклика и другие свои недостатки, сенсорные экраны стали очень интуитивным, понятным и удобным методом ввода информации в компьютеры. Не в последнюю очередь, своим успехом они обязаны разнообразием технических реализаций. Каждая со своими преимуществами и недостатками, подходящая для своего класса устройств. Резистивные экраны для самых дешевых и массовых гаджетов, емкостные экраны для смартфонов и планшетов и настольных компьютеров с которыми мы взаимодействуем каждый день и инфракрасные тачскрины для тех случаев, когда конструкцию экрана следует оставить в неприкосновенности. В заключение, остается лишь констатировать, что сенсорные экраны с нами надолго, замены им в ближайшем будущем не предвидится.

В прежних обзорах мы уже рассказывали вам о матрице и объективе камеры смартфона, о других ее технологиях, позволяющих делать фотографии лучше, а также начали «препарировать» дисплей, чтобы каждый любознательный читатель мог узнать, как они устроены.

Но понимание работы экрана смартфона будет неполным без разбора принципов функционирования его главного слоя, с которым мы, собственно говоря, и контактируем по несколько сотен раз в день – тачскрин.

Содержание:

Разновидности тачскрина
Емкостный тип сенсорного экрана
Устройство проекционно-емкостного сенсорного экрана
Особенности проекционно-емкостного сенсорного экрана
Сильные стороны проекционно-емкостного сенсорного экрана
Незаметная и незаменимая технология

Разновидности тачскрина

На заре появления сенсорного экрана в смартфонах, около десяти лет назад, эта технология еще только начинала свое активное развитие (как и сами смартфоны) и существенно отличалась от уже знакомой нам, сегодня. Сила нажатия на экран должна была быть больше, точность была ниже, а о мультитаче речи вообще не шло; но были и плюсы – нажимать на экран можно было чем угодно, хоть веткой, оторванной с дерева, вместо стилуса. Этот тип экрана назывался резистивным и мог распознать лишь одно нажатие на его поверхность.

В то время это был значительный прорыв и даже такого типа экраны очень впечатляли тогдашних владельцев смартфонов. Возможность прямо на экране ткнуть пальцем и выбрать какое-то действие приравнивалось к сюжету фантастического фильма, с ультрасовременной техникой «из будущего». Сегодня же с таким функционалом большинство пользователей, скорее всего, просто разобьют телефон об стену, потому как современные приложения уже даже не проектируются с учетом одного нажатия. И как только речь заходит об увеличении любой фотографии, особенно там, где двойной клик играет совсем другую роль, вы сталкиваетесь с проблемой – взять хотя бы Instangam.

Однако, тачскрин стремительно развивался и даже резистивный экран научился понимать несколько нажатий, появились разновидности сенсорных панелей, с которыми экспериментировали производители. Таким образом, каждый привнес что-то полезное в процесс улучшения сенсорной поверхности и сегодня мы можем видеть совершенно новый, чувствительный, надежный и поддерживающий множество касаний экран.

Емкостный тип сенсорного экрана

Изобретя емкостный экран, которым сейчас снабжается абсолютное большинство смартфонов, человечество получило непревзойденный инструмент управления. И, хотя, сегодня им никого не удивишь, а главное, многие даже не задумываются как он работает, его принцип функционирования достаточно интересен.

Можно выделить два типа емкостных сенсорных экранов – первый называется поверхностно-емкостным, а второй, наиболее качественный и точный – проекционно-емкостным типом. Именно таким, последним, экраном оборудованы все современные смартфоны, включая iPhone, флагманы Samsung, Huawei и многих других брендов. Именно об этом типе сенсорного экрана мы и хотели рассказать.

Устройство проекционно-емкостного сенсорного экрана

Как вы уже помните из нашего прошлого обзора, экран состоит из многослойной LCD матрицы с подсветкой или OLED-матрицы, которая работает сама по себе и ей не нужен никакой дополнительный сенсорный экран. Но, если мы хотим на него нажимать, а не просто смотреть, как на телевизор, нам необходим еще один слой, на котором будет размещаться множество токопроводящих электродов. Это и будет сенсорный экран, или тачскрин.

Принцип устройства проекционно-емкостного сенсорного экрана намного проще чем любой матрицы дисплея – в нем находится всего два слоя электродов, разделенных между собой изолирующим слоем. На нижний слой электродов подается отрицательный заряд, чем создается так называемый катод, а верхний слой, как вы догадались, является электродом, подсоединенным к положительному полюсу батареи и называется анодом.

Эти слои постоянно создают электрическое поле между собой и при поднесении к экрану токопроводящего материала или, например, пальца, некоторые частицы начинают попадать на этот предмет (или палец), образуя «емкость» (конденсатор) и специальная электроника фиксирует это «отклонение от нормы».

Всего, таких электродов на экране может быть до 80 вертикально и до 40 горизонтально. Они создают сеть из 3200 чувствительных к нажатию пересечений, которые регистрируют малейшее движение пальца или другого токопроводящего предмета.

Обновление состояния каждого электрода происходит построчно и очень быстро, в секунду регистрируются сотни обновлений каждой строки. И если в каком-то из их пересечений происходит утечка на «постороннюю емкость», то эти координаты сразу же передаются на обрабатывающих значения контроллер.

Обрабатывающая сигнал электроника регистрирует сигнал в множестве пересечений, потому как при нажатии пальцем маленькой кнопочки мы затрагиваем десятки таких электродов. Но, даже с учетом этого факта, получаемая с сенсорного экрана информация обрабатывается специальными алгоритмами и правильно понимает, что центр нажатия приходится именно на определенный параметр или «крестик» закрытия очередной назойливой рекламы.

Таким образом, многократно и беспрерывно построчно сканируя весь экран на предмет утечки электрического поля тачскрин может определять до десяти нажатий, с точным распознаванием точки, куда вы хотите попасть и траектории движения. Однако, существуют и другие особенности таких емкостных экранов, которые не всегда нравятся.

Особенности проекционно-емкостного сенсорного экрана

Как мы уже говорили, использование резистивных экранов, несмотря на их большое количество минусов, упрощалось возможностью нажатия любым предметом, чего нельзя сказать о современных емкостных тачскринах. Для того, чтобы экран зарегистрировал нажатие, предмет должен пропускать (забирать на себя) электрический заряд. Для этого подходят специальные стилусы или пальцы.

Еще одним минусом, проявляющимся во всех LCD-экранах, является поглощение до 10 % света сенсорным экраном, потому как его прозрачность составляет лишь 90%. Поэтому, создавая такие экраны всем производителям стоит учитывать этот фактор при расчете яркости подсветки или же постоянно усовершенствовать технологии, чтобы снижать светопоглощение каждого слоя.

Сильные стороны проекционно-емкостного сенсорного экрана

Однако, большинство этих недостатков возможно откорректировать при помощи программного кода. Можно «научить» экран правильно распознавать нажатия мокрыми руками, регистрировать прикосновения в перчатках со специальным токопроводящим напылением. Все это устраняет целый ряд проблем и основных минусов этого типа тачскрина, что оставляет нас наедине с его неоспоримыми плюсами.

Электрическое поле, создаваемое электродами в экране, выходит далеко за его пределы и может реагировать на прикосновение пальца даже если накрыть экран стеклом до 18 мм. Это отлично помогает защитить тонкий слой от повреждений, что применяется в банкоматах и различных уличных терминалах.

Кроме того, ресурс работы такого экрана, теоретически, бесконечен – в нем нет частей, которые изнашиваются и если его не переломать пополам, то он может работать очень-очень долго. В любом случае переживать за его поломку не стоит, потому как даже самый надежный компонент смартфона выйдет из строя раньше, чем сенсорный слой экрана. Это очень радует, потому как одной потенциальной поломкой будет меньше.

Что же касается светопропускания, то в матрицах OLED или AMOLED такой проблемы нет, так как производители придумали способ интегрировать слой электродов прямо на матрицу, между субпикселями.

Незаметная и незаменимая технология

В современном мире, который буквально завалил нас технологиями «будущего», мы очень часто не замечаем простых и важных для каждого мелочей. Такие эффектные открытия как Интернет, связывающий всех и каждого между собой, летающие мотоциклы, самоуправляемые автомобили и продолжающееся покорение космоса, безусловно, затмевают своей важностью почти все, что мы знаем об электронике. Но теперь, как минимум, каждый раз пользуясь смартфоном вы будете осознавать, что вы вмешиваетесь в стабильное электрическое поле тачскрина, дотрагиваясь до экрана, и тем самым заставляете десятки электродов трудиться на ваши нужды .

Читайте также: