Сьогодні сенсорні екрани вже давно перестали бути екзотикою. Зовні всі вони схожі, але чи є ці дисплеї однаковими насправді? Давайте розглянемо конструкцію основних типів чутливих екранів, їх переваги, недоліки та сферу застосування.

На сьогоднішній день найбільшого поширення набули сенсори, засновані на ємнісній та резистивній технологіях, а також на їх різновидах.

«Мультитач»

Так називається технологія, що дозволяє розпізнавати натискання на сенсорний екран у кількох точках одночасно. Це відкриває нові можливості в керуванні пристроєм. Прикладом використання технології «мультитач» може бути інтерфейс Apple iPhone.

Ємнісні сенсорні екрани

	Наприклад: Тні Prada Phoneby LG

Сенсорний дисплей, що працює за ємнісним принципом, фактично реагує на дотик. Він являє собою скляну панель, покриту прозорим провідним складом. По кутах панелі розміщено чотири електроди, до яких підводиться змінний струм. У той момент, коли користувач торкається пальцем до такого екрану, електричний заряд з шару, що проводить, перетікає по шкірі на тіло людини. Контролер екрану заміряє силу струму, що утворюється при цьому, по всіх чотирьох електродах - вона пропорційна відстані від кута панелі до точки дотику. Зіставляючи отримані значення, можна дізнатися точні координати місця торкання. Сенсори, що діють за таким принципом, можна відрізнити на дотик - вони спрацьовують від легкого дотику, причому швидше і чіткіше реагують на натискання подушечкою пальця, ніж нігтем. Понад те, на натискання будь-якими іншими предметами де вони реагують, особливо якщо є непроводящими. Тому телефон з таким екраном не може керувати рукою в рукавичці. До того ж, при зниженні температури електричні характеристики сенсора змінюються, і екран починає працювати гірше. Додамо, що цей принцип зазвичай використовується в ноутбучних тачпадах.

	Наприклад: Apple iPhone

Проекційно-ємнісні екрани

Існує ще один різновид ємнісного сенсора - проекційно-ємнісний екран. На тильній стороні його знаходиться сітка електродів. У місці торкання руки змінюється електрична ємність (за законами електродинаміки людське тіло є конденсатором), контролер визначає, у якому перетині електродів це сталося, і обчислює координати. Подібні екрани, крім високої прозорості та довговічності, мають ще дві важливі переваги – скло-підкладка може бути зроблена як завгодно міцною (і досить товстою), до того ж вони підтримують «мультитач». Мінус - нижча точність порівняно із звичайною ємнісною технологією.

Резистивні сенсорні екрани

	Наприклад: HTC Touch Diamond

Резивний сенсор де-факто реагує на тиск. Екран складається з двох пластин, між якими знаходиться склад, що не проводить електричний струм. Якщо торкнутися зовнішньої гнучкої (і прозорої) пластини пальцем (чи будь-яким іншим предметом - у цьому випадку це не має значення), пластини замикаються і в точці торкання починає протікати струм. Щоб визначити місце торкання, контролер екрана попарно вимірює напругу між електродами, розміщеними по краях панелі. Такий екран називається 4-провідним (існують також 5-провідні, що мають деякі відмінності).

Особливість резистивного екрану полягає в тому, що для його спрацьовування потрібно фізичне зусилля, причому натискання нігтем він розпізнає краще, ніж подушечкою, реагує на будь-які предмети, що торкаються поверхні. Пристрої з резистивними екранами часто комплектуються стілусами. Такий дисплей забезпечує більш високу точність управління (стилусом реально потрапити буквально в піксел, тоді як пальцем на ємнісному екрані - тільки в досить велику площу область), але через постійний контакт з твердими предметами гнучка пластина швидко покривається подряпинами. Саме резистивними екранами оснащено більшість мобільних пристроїв.

Інші типи сенсорних екранів

Існує ще низка сенсорних технологій, нерідко досить екзотичних. Наприклад, використання сітки інфрачервоних променів чи навіть генерація ультразвукових коливань. Остання відома як технологія поверхнево-акустичних хвиль. Є системи і на основі камер, що відстежують рух (тут також підтримується «мультитач»), і на основі тензопокриттів, деформації яких змінюється електричний опір.

Сенсорний дисплей, як пристрій введення-виведення інформації, з'явився досить давно. Ще в 90-х роках минулого століття можна було зустріти у продажу КПК та інші портативні девайси, оснащені тачскріном. З розвитком технологій сенсорні смартфони вдосконалювалися, до них висувалися нові вимоги, тому за останнє десятиліття сенсорні екрани серйозно змінилися.

Резистивні сенсори

Найпростіші та доступні сенсори для смартфонів. Вони складаються з двох шарів, на які нанесена сітка з прозорого струмопровідного матеріалу. Нижній виконаний зі скла (мінерального чи органічного), а верхній – пластиковий. Між ними розташований тонкий повітряний прошарок. У момент дотику відбувається замикання ланцюга між сітками різних шарів, і контролер визначає координати місця натискання.

Перевагами резистивних екранів є чутливість до натискання будь-яким предметом, дешевизна, простота конструкції та точність. Головний недолік - крихкість: пластиковий верхній шар легко порізати або проколоти, після чого контакт порушиться і сенсор не працюватиме.

Ще резистивні сенсори мають відносно низьку прозорість (до 80%), тому, починаючи з 2010-го року, вони виходять із вживання на смартфонах. Сьогодні такий тачскрін можна зустріти лише у дешевих телефонах китайського виробництва.

Ємнісні сенсори

Ємнісні сенсори смартфонів складаються із скляної панелі, покритої прозорим струмопровідним шаром, та чотирьох кутових датчиків. На неї подається слабкий змінний струм, виток якого при торканні реєструють сенсори, обчислюючи координати натискання. Крім того, що реагують такі тачскрини лише на торкання предмета з електричною провідністю, вони мають малу точність і не здатні одночасно сприймати кілька натискань.

Ємнісно-проекційні сенсори

Найпоширеніший на сучасних смартфонах вид сенсорів. Є розвитоком попереднього типу. Замість струмопровідного шару на панель наноситься сітка електродів, які також перебувають під напругою. У момент торкання пальця, що виступає в ролі конденсатора, відбувається витік струму, розташування якого обчислюється контролером. Така конструкція уможливлює відстеження кількох дотиків (на даний момент до 10, більше – не має сенсу) одночасно.

Принципова конструкція таких тачскрінів виробниками мобільних пристроїв модифікується. На сучасних дисплеях OGS смартфонів чутливі електроди можуть монтуватися прямо між кристалами (або діодами) матриці, а для стійкості до пошкоджень екран покривають загартованим склом.

Раніше також практикувався поділ захисного скла та сенсорного шару: електроди наносили на прозору плівку, яка зверху покривалася склом. Такий підхід дозволяв зберігати працездатність сенсора навіть за наявності серйозних ушкоджень (тріщини, сколи).

Спочатку тачскріни (сенсорні екрани) зустрічалися досить рідко. Їх можна було визначити, тільки в деяких КПК, PDA (кишенькових комп'ютерах). Як відомо, пристрої такого плану так і не набули широкого поширення, оскільки їм не вистачило найважливішого, тобто функціональності. Історія смартфонів безпосередньо пов'язана з тачскріном. Саме тому зараз людина з «розумним телефоном» сенсорним екраном зараз не здивуєш. Тачскрін отримав широке застосування не тільки в модних дорогих девайсах, але навіть у відносно недорогих моделях сучасних телефонів. У чому полягають принципи роботи 3-х типів сенсорних екранів, які можна зустріти у сучасних пристроях.

Типи тачскринів

Сенсорні екрани вже не надто дорогі. Крім цього, тачскрини (touchscreen) сьогодні набагато «чуйніші» - торкання користувача розпізнають просто чудово. Саме ця характеристика проклала їм дорогу до великої кількості користувачів у всьому світі. Нині існують три основні конструкції тачскринів:

1. Ємнісні.
2. Хвильові.
3. резистивні або просто «пружні».

Ємнісний тачскрин: принцип роботи

У тачскринах конструкції такого роду скляну основу покривають шаром, який виконує роль вмістилища-накопичувача заряду. Користувач своїм дотиком вивільняє у певній точці частину електричного заряду. Це зменшення визначається мікросхемами, які розташовані в кожному кутку екрана. Комп'ютером обчислюється різниця електричних потенціалів, що існують між різними частинами екрана, при цьому, інформація про торкання подробиць передається негайно в програму-драйвер тачскріна.

Досить важлива перевага ємнісних тачскринів – це здатність даного типу екранів зберігати майже 90% від початкової яскравості дисплея. Через це зображення на ємнісному екрані виглядають чіткішими, ніж на тачскринах, що мають резистивну конструкцію.

Відео про ємнісний сенсорний екран:

Майбутнє: хвильові сенсорні дисплеї

На кінцях осей координатної сітки екрана зі скла розташовується два перетворювачі. Один із них є передавальним, другий - приймаючим. На скляній основі є і рефлектори, що «відбивають» електричний сигнал, що передається від одного до іншого перетворювача.

Перетворювач-приймач повністю точно «знає» чи було натискання, і навіть у якій саме точці воно сталося, оскільки користувач своїм дотиком перериває акустичну хвилю. При цьому скло хвильового дисплея не має металевого покриття - це надає можливість зберегти в повному обсязі 100% початкового світла. У зв'язку з цим, хвильовий екран є найкращим варіантом для тих користувачів, які працюють у графіку з дрібними деталями, тому що резистивні та ємнісні тачскрини не є ідеальними у питанні чіткості зображень. Їхнє покриття затримує світло, що в результаті істотно спотворює картинку.

Відео про принцип роботи сенсорних екранів на ПАР:

Минуле: про резистивний тачскрин

Резистивна система - це звичайне скло, яке покрите шаром провідника електрики, а також пружною металевою «плівкою», що також має струмопровідні якості. Між цими двома шарами за допомогою спеціальних розпірок є порожній простір. Поверхня екрану покрита спеціальним матеріалом, який забезпечує захист від механічних пошкоджень, наприклад, подряпин.

Електричний заряд у процесі роботи користувача з тачскрином, проходить через два ці шари. Яким чином це відбувається? Користувач у певній точці стосується екрана і пружний верхній шар стикається з провідниковим шаром – лише в цій точці. Потім комп'ютером визначаються координати тієї точки, якою користувач торкнувся.

Коли координати стають відомими пристроєм, то спеціальний драйвер переводить дотики в команди, відомі операційній системі. В даному випадку можна провести аналоги з драйвером звичайної комп'ютерної мишки, адже він займається точно тим же: пояснює операційній системі те, що конкретно хотів сказати їй користувач за допомогою переміщення маніпулятора або натискання кнопки. З екранами цього типу використовують, як правило, спеціальні стилуси.

Резистивні екрани можна знайти в відносно немолодих пристроях. Саме таким сенсорним дисплеєм обладнаний IBM Simon – найдавніший смартфон із тих, що були свідомі нашою цивілізацією.

Відео про принцип роботи резистивного сенсорного екрану:

Особливості різних типів тачскринів

Найбільш дешевими сенсорними екранами, але, при цьому найменш чітко транслюючими зображення є резистивні тачскрини. Крім цього, вони є і найуразливішими, адже абсолютно будь-яким гострим предметом можна серйозно пошкодити досить ніжну резистивну «плівку».

Наступний тип, тобто. хвильові тачскрини, є найдорожчими серед собі подібних. При цьому, резистивна конструкція, найімовірніше, відноситься, все-таки, до минулого, ємнісна - до сьогодення, а хвильова - до майбутнього. Зрозуміло, що майбутнє абсолютно нікому повністю невідомо і, відповідно, в даний час можна тільки припускати, яка саме технологія має великі перспективи для використання її в майбутньому.

Для резистивної системи тачскринів не має ніякого особливого значення, торкнувся гумовим наконечником стілус або ж просто пальцем користувач екрану пристрою. Достатньо того, що між двома шарами стався дотик. При цьому, ємнісний екран розпізнає тільки торкання якимись струмопровідними предметами. Найчастіше користувачі сучасних пристроїв працюють із нею з допомогою власних пальців. Екрани хвильової конструкції в цьому відношенні ближчі до резистивних. Віддати команду можливо практично будь-яким предметом - при цьому потрібно лише уникати використання важких або занадто маленьких об'єктів, наприклад, стрижень кулькової ручки для цього не підійде.

Оснащені сенсорними екранами пристрої (мобільні телефони, планшети, нетбуки, навіть персональні комп'ютери) стають все більш популярними. Але якщо ви наважилися купувати пристрій, екран якого реагує на дотик, вам слід знати, що існують різні типи сенсорних екранів.

Різні типи сенсорних екранів працюють на різних фізичних принципах. Основних видів сенсорних екранів два - ємнісні та резистивні. Існують і інші типи, наприклад, екрани на поверхнево-акустичних хвилях, інфрачервоні, оптичні, тензометричні, індукційні (використовуються в ) та ін Але шанс зіткнутися з цими типами екранів у повсякденному житті досить малий, тому поговоримо про два найпоширеніші різновиди тачскринів .

Типи сенсорних екранів: резистивний

Резистивний сенсорний екран - це простіша і дешевша технологія. Такий екран складається з двох основних частин: провідна підкладка та пластикова мембрана. Коли ви натискаєте на мембрану, вона замикається із підкладкою. При цьому керуюча електроніка обчислює опір між краями мембрани і підкладки, і таким чином визначає координати точки натискання.

Резистивні сенсорні екрани використовуються в КПК, комунікаторах, деяких моделях мобільних телефонів, POS-терміналах, планшетних комп'ютерах, промислових пристроях управління, медичному устаткуванні. Зазвичай малогабаритні прилади, оснащені резистивним екраном, мають у наборі стілус, щоб було зручніше натискати на мембрану (при невисокій площі екрана зробити це пальцем важко).

Вагома перевага резистивних екранів - це їхня простота та дешевизна, що у результаті знижує ціну всього устрою. Також вони стійкі до забруднення. Але головне - навіть за відсутності спеціального стілус з ними можна працювати практично будь-яким твердим тупим предметом, який опиниться під рукою. На дотик пальців вони теж реагують, навіть якщо рука в рукавичці, щоправда, дотик має бути досить сильним.

Але є резистивні екрани і свої недоліки. Цей тип сенсорних екранів чутливий до механічних пошкоджень: якщо використовувати замість стілус невідповідний предмет або, скажімо, зберігати телефон в одній кишені з ключами, можна легко подряпати його. Тому для пристроїв з цим типом екранів краще придбати спеціальну захисну плівку. Чутливість резистивних екранів за низьких температур знижується. Крім цього, прозорість їх теж залишає бажати кращого: вони пропускають максимум 85% світла, що походить від дисплея.

Типи сенсорних екранів: ємнісні

Ємнісні сенсорні екрани використовують той факт, що предмети великої ємності (в даному випадку – людина) проводять змінний електричний струм. Такі екрани є панель зі скла, яка покрита прозорим резистивним сплавом. На провідний шар передається невелика змінна напруга. Якщо ви торкаєтеся пальця екраном або іншим предметом, що проводить струм, відбувається витік струму, він фіксується датчиками, і обчислюються координати точки натискання.

Бувають звичайні ємнісні екрани та проекційно-ємнісні. Друга технологія – «просунута». Такі екрани більш чутливі (скажімо, реагують на руку в рукавичці, залежно від просто ємнісних), підтримують технологію мультитач(одночасне визначення координат кількох точок торкання). Ємнісні екрани використовують у частині банкоматів, інформаційних кіосках та приміщеннях, що охороняються. Проекційно-ємнісні - у вуличних електронних кіосках, платіжних терміналах, банкоматах, тачпадах ноутбуків, смартфонах та інших пристроях з підтримкою технології мультитач.

Переваги таких сенсорних екранів- це довговічність, стійкість до більшості забруднень (до тих, що не проводять струм), висока прозорість екрану, можливість роботи за низьких температур. При необхідності можна забезпечити високу міцність – шар скла на ємнісному екрані може бути товщиною до 2 см. Ємнісні екрани реагують на найлегші дотики. Проекційно-ємнісні екрани ще й підтримують мультитач.

Нестача ємнісних екранів - більш висока вартість, порівняно з резистивними.. До того ж такі екрани реагують лише на струмопровідні предмети: палець або спеціальний стілус (не такий, як використовується з резистивними екранами). Деякі умільці примудряються використовувати сосиски, але де гарантія, що сосиска опиниться під рукою у потрібний момент?

Як бачите, різні типи сенсорних екранів мають свої переваги та недолікитак що вам вирішити, який з них більш підходящий особисто для вас.

У цій статті ми розглянемо різні види сенсорних екранів, їх особливості, плюси та мінуси технології.

«Мультитач»

Ця технологія дозволяє розпізнавати одночасно кілька натискань у різних точках екрана. Це відкриває нові можливості в керуванні пристроєм. Прикладом технології «мультитач» є Apple iPhone.

Ємнісні сенсорні екрани

Наприклад: HTC Wildfire

Чутливий елемент ємнісного сенсорного екрану є скло, покрите прозорим провідним складом (зазвичай застосовується сплав оксиду індію та оксиду олова). По кутах панелі розміщені чотири електроди, які подають на провідний шар невелику змінну напругу.

При дотику пальцем (або іншим провідним предметом) до такого екрану, утворюється ємнісний зв'язок між пальцем і екраном (витік струму), що викликає імпульс струму в контактну точку. Контролер екрану заміряє силу струму, що утворюється при цьому, по всіх чотирьох електродах. Електричний струм з кожного кута екрана пропорційний відстані до точки торкання, таким чином контролеру досить просто порівняти ці струми для визначення місця торкання.

Плюси: надійний прозорий екран з малим часом відгуку, що має високу міцність і довговічність.

Мінуси такого екрану полягають у тому, що керувати ним можна тільки пальцями або спеціальним стилусом, що має електричну ємність. Тому взимку можете забути про використання такого екрана в рукавичках. І до того ж за низьких температур електричні характеристики сенсора змінюються, і часом він може працювати некоректно (від неправильного визначення координат натискання до повної непрацездатності).

Проекційно-ємнісні екрани

Наприклад: Apple iPhone

Існує ще один різновид ємнісного сенсора - проекційно-ємнісний екран. На його тильну сторону нанесена сітка електродів, на які подається слабкий струм, а місце торкання визначається точками з підвищеною ємністю.

Такі екрани, крім високої прозорості та довговічності, мають ще дві важливі переваги – скло-підкладка може бути зроблена як завгодно міцною (і досить товстою), до того ж вони дозволяють використовувати технологію «мультитач», яку не могли собі дозволити звичайні ємнісні екрани.

Мінусом може бути трохи нижча точність визначення координат натискання.

Резистивні сенсорні екрани

Наприклад: HTC Touch Diamond

Резистивний екран реагує лише на тиск. Екран є скляний рідкокристалічний дисплей, на який накладена гнучка мембрана. На сторони, що стикаються, нанесений резистивний склад, а простір між площинами розділений діелектриком.

При натисканні на екран пальцем (або будь-яким іншим предметом) він стикається з мембраною і в точці торкання починає протікати струм. Щоб визначити місце торкання, контролер екрана попарно вимірює напругу між електродами, розміщеними по краях панелі. Такий екран називається 4-провідним (існують також 5-6-7-провідні, що мають деякі відмінності).

Особливість резистивного екрану полягає в тому, що для його спрацьовування потрібно фізичне зусилля, причому натискання нігтем він розпізнає краще, ніж подушечкою, реагує на будь-які предмети, що торкаються поверхні. Пристрої з резистивними екранами часто комплектуються стілусами. Такий дисплей забезпечує більш високу точність керування (стилусом реально потрапити буквально в піксел, тоді як пальцем на ємнісному екрані – тільки в досить велику площу область), але через постійний контакт з твердими предметами гнучка мембрана швидко покривається подряпинами. Саме резистивними екранами оснащено більшість мобільних пристроїв.

До недоліків резистивних екранів відноситься також низьке світлопропускання - не більше 70-85%, через що потрібна підвищена яскравість підсвічування.

Проте ці екрани гранично дешеві у виробництві, чим і пояснюється їх широке поширення.