Тачскрин: принцип работы, особенности технологий

Что такое touchscreen, где применяется технология

Сенсорный экран — это сенсорный экран, который позволяет пользователю давать команды устройству, касаясь его. Эта технология позволила отказаться от кнопочных телефонов, теперь для управления мобильным устройством необходимо взаимодействовать с экраном – это практично и удобно.

Название «тачскрин» происходит от двух английских слов — touch (касание) и screen (экран). Устройства с сенсорным экраном распространены повсеместно, и не только мобильные телефоны, но также:

• таблетки;
• банкоматы;
• справочные терминалы в аэропортах и ​​вокзалах;
• бытовая техника и так далее

Хотя основное распространение сенсорный экран получил в смартфонах. Независимо от того, в каком устройстве используется технология, принцип действия всегда один и тот же — вы отдаете команды, касаясь нужных элементов на экране. Дальше в дело вступает алгоритм конкретной программы.

В основе любого сенсорного экрана лежит жидкокристаллическая матрица. Сзади расположены диоды (выполняют функцию освещения), спереди несколько слоев, фиксирующих нажатие (в резистивных экранах) или прикосновение (в емкостных смесителях).

Преимущества и недостатки сенсорных экранов

Прежде чем купить сенсорное устройство или решить оснастить сенсорной системой уже существующее устройство, логично ознакомиться с преимуществами и недостатками.

Преимущества:

• простота использования;
• широкий спектр применения;
• интерактивность;
• простой графический интерфейс;
• быстрый доступ к настройкам;
• изменение размера экрана;
• антивандальное покрытие.

Ошибка:

• недостаточное управление датчиком, необходимость установки кнопочной клавиатуры (корпус с компьютером, ноутбуком);
• использовать больше энергии;
• повышенная цена;
• сенсорный экран требует большего ухода, так как велика вероятность загрязнения от работы пальцами;
• физическое повреждение экрана приводит к нарушению функциональности сенсорного экрана.

Чем отличается тачскрин от дисплея

Разница между этими двумя компонентами заключается в функциональности.

Сенсорный экран — это встроенная в цифровое устройство система, позволяющая выполнять функции нажатием пальца или стилуса. В переводе с английского «touch» — прикосновение, «screen» — экран. Из названия исходит принцип использования технологии.

Дисплей — верхняя часть экрана устройства, на которой отображается информация или иллюстрация для восприятия.

При совмещении тачскрина и экрана по технологии ламинации получается тачскрин, проклеенный прозрачным герметиком. Подобные конструкции распространены на цифровом рынке, несмотря на то, что при повреждении одного из двух компонентов выходит из строя вся система.

Резистивный тачскрин – устаревшая технология

Для изготовления сенсорных экранов используется несколько систем. Наиболее распространенными являются резистивная и емкостная технологии, которые имеют серьезные различия. Подробнее о том, что такое сенсорный экран, вы можете узнать здесь, на странице описаны разные системы, указаны их преимущества и недостатки.

В старых смартфонах устанавливались резистивные экраны, которые требовали использования стилусов (небольших указателей, с помощью которых пользователь подавал команды телефону). Резистивная система представляет собой стекло, покрытое эластичной пленкой и слоем, проводящим электричество.

Между этими двумя элементами есть пустое пространство. Поверхность экрана защищена специальным покрытием, которое защищает экран от царапин и других механических повреждений. Но для лучшей защиты в комплекте идет пленка (она шла в комплекте со старыми смартфонами).

Резистивные тачскрины имеют ряд недостатков:

• необходимость нажимать на экран (сенсорный удобнее);
• калибровка экрана в результате перераспределения массы изоляционного слоя;
• быстрое ухудшение качества сенсорного экрана (появление трещин, царапин, пятен и т д.);
• короткий срок службы, который объясняется лишь быстрым появлением повреждений;
• отсутствие возможности соскальзывания (как на современных смартфонах) и т.д.

Сегодня резистивные сенсорные экраны становятся все менее распространенными. Производители смартфонов от них отказались, сейчас они используются в основном в банкоматах и ​​различных терминалах.

Итак перейдем к «симптомам» и рассмотрим варианты.

Сенсорное стекло — целое, дисплей поломан.

Такие ситуации не являются фантастикой, если тачскрин не приклеен к экрану, то он может быть более гибким, чем экран. И тогда в момент удара сенсор погнется, а экран повредится. Ведь сенсорное стекло не подразумевает наличие стекла как такового. Датчики теперь изготавливаются из устойчивых к царапинам полимеров. В то время как экраны в основном имеют хрупкое стеклянное покрытие. В этой ситуации экран необходимо заменить.

На стекле устройства — «паутинка», сенсор работает, изображение есть.

В такой ситуации решать вам эстетически, если вам это подходит, то используйте на здоровье. Закрепите повязку, чтобы не пораниться.

На дисплее устройства — «паутинка», сенсор не работает, изображение есть.

Если мы говорим о телефоне или планшете, то использовать такое устройство невозможно. Однозначно заменяет сенсорный экран или модульный блок. Если у вас есть ноутбук и он не мешает работе, используйте его на здоровье.

На дисплее устройства — «паутина», сенсор не работает, дисплей поломан.

Однозначно замените модуль, или тачскрин и экран вместе, в такой ситуации пользоваться устройством тоже невозможно.

Емкостный тачскрин – самая популярная система

Эта технология предполагает использование стекла с токопроводящим слоем. Прикосновение к экрану высвобождает электрический заряд (если вы прикоснулись). Чипы улавливают каждое прикосновение к экрану и отправляют эту информацию в программное обеспечение сенсорного экрана.

Виды поломок тачскрина

Если емкостный тачскрин выйдет из строя, вы сразу узнаете об этом. Ряд характерных изменений в поведении устройства укажет на поломку.

Визуально заметные повреждения:

• зеркальный ответ команды;
• частичное восприятие осязания;
• посторонние элементы на экране;
• искажение восприятия.

Вышеуказанную поломку можно исправить в зависимости от степени повреждения. В некоторых случаях возможен ручной ремонт в домашних условиях – калибровка. Доступность функции зависит от особенностей гаджета. Вам нужно зайти в настройки и найти опцию «Калибровка». После запуска программы устройство внесет настройки для работы с сенсорным экраном.

Уязвимым к повреждению устройства делает стекло экрана, которое страдает при неправильном использовании устройства. В результате образуется трещина или глубокая царапина, которая может разрушить систему сенсорного экрана. Решение проблемы — полная замена сенсорного экрана. Раньше смартфоны производились с разделением сенсорной технологии и экрана, что в случае повреждения позволяло заменить только одну деталь. Этот метод экономически более экономичен. Сейчас выпускают устройства с обычным сенсорным экраном, где стекло неотделимо от сенсорной системы, что удорожает ремонт.

Чтобы предотвратить поломку, производители рекомендуют оснастить устройство защитным стеклом, которое при прикреплении к смартфону защитит его от механических повреждений.

Самые распространенные виды тачскринов

Стандартные емкостные (поверхностно-емкостные)

В большом количестве современных устройств в настоящее время используются емкостные экраны. Они также делятся на две дополнительные категории: поверхностно-емкостные и проекционно-емкостные. Первый работает по довольно простому принципу.

Сам экран представляет собой своеобразную стеклянную панель, на которую нанесен специальный резистивный материал, обладающий свойством прозрачности, благодаря чему он не может мешать отображению изображения (чаще всего так используется смешанный оксид индия и олова). А по углам размещены электроды, подающие переменное напряжение на всю поверхность, проводящую ток за счет покрытия из уже известного нам вещества.

Когда пользователь касается пальцем панели дисплея, в определенный момент происходит утечка тока (поскольку человек также выступает в роли проводника). Текущие значения, записанные до касания во всех четырех углах (электродах), не совпадают с теми, которые записывают специальные датчики после того, как мы коснулись экрана. По тому, насколько изменились свойства каждого электрода, контроллер математически рассчитывает точку, в которой было произведено прессование.

 

Чаще всего такой тип экрана использовался во времена расцвета сенсорных смартфонов, когда старые Nokia еще существовали на операционной системе Symbian.

Преимущества:

• Не пропускает жидкости.
• Чрезвычайно прочная конструкция с ожидаемым сроком службы ок. 200 миллионов кликов.
• Неуязвим к непроводящим загрязнениям.

Ошибка:

• Он реагирует только на тепло (например, пользоваться таким экраном в перчатках не получится).
• Токопроводящее покрытие уязвимо к суровым погодным условиям, что влияет на качество работы.

Проекционно-емкостные

Существует еще один тип емкостных экранов – проекционно-емкостный. Это более современный тип сенсорного экрана, который используется например в iPhone или известных многим экранах AMOLED. В чем-то принцип работы аналогичен предыдущему, но имеет небольшие отличия.

Сам проекционный емкостный экран также представляет собой стеклянную пластину, но с обратной стороны у нас не прозрачный слой проводящего вещества, а сетка электродов. Если поверхностно-емкостные панели имеют только четыре электрода по углам, то здесь они располагаются на всей площади дисплея.

Принцип работы экрана такого типа заключается в том, что при прикосновении к сенсорной поверхности палец и электрод в определенной точке (которой мы коснулись) образуют конденсат. В месте контакта накапливается заряд и энергия, за счет чего увеличивается напряжение между телом человека и электродом, отвечающим за определенный участок поверхности. Это определяется специальными датчиками и таким образом находит точку на экране, с которой взаимодействует пользователь.

 

Большим достижением и прогрессом стало то, что проекционно-емкостные панели научились регистрировать несколько человеческих прикосновений одновременно — появился «мультитач», сначала запатентованный компанией Fingerworks, которую позже купила Apple. Для поверхностно-емкостных экранов теоретически максимально возможное количество щелчков равно двум.

Преимущества:

• Могли бы зарегистрировать множество контактных лиц.
• Надежность и долговечность (из-за особенностей конструкции могут иметь толстое стекло).
• Неуязвимы к любым загрязнениям, в том числе и токопроводящим (в крайнем случае управляются программно).
• Высокая светопроницаемость (90% и более).

Ошибка:

• Высокая стоимость производства.

Резистивные

Еще один тип сенсорного экрана, также получивший огромную популярность в устройствах, предназначенных как для промышленного, так и для личного использования, — это резистивный сенсорный экран. Основное отличие от предыдущих типов сенсорных экранов, если не вникать в принцип работы, заключается в том, что такие экраны фиксируют любое прикосновение: пальцем (даже в перчатке), карандашом, кредитной картой и т д.

Резистивный экран состоит из двух частей: пластиковой мембраны и стеклянной панели, покрытой токопроводящим покрытием. При нажатии в определенном месте пластиковая и стеклянная составляющие такого типа сенсорного экрана закрываются, что фиксирует микропроцессор, а затем определяет точные координаты точки.

Работа 4-проводного резистивного экрана.

Если быть точнее, аналого-цифровой преобразователь выполняет роль «микропроцессора», контролирующего напряжение на всей поверхности панели. Когда с экраном ничего не контактирует, напряжение во всех точках составляет 5 вольт, но как только происходит какое-либо взаимодействие, в определенном месте фиксируется другое значение.

Из резистивных различают четырехпроводные и пятипроводные экраны. Конструктивных глобальных отличий между ними нет, но последний будет надежнее, так как продолжает работать даже при поврежденной мембране. Раньше эта технология использовалась в старых смартфонах, КПК, а теперь ее применяют в банкоматах и ​​различных платежных терминалах.

Работа 5-проводного резистивного экрана.
Источник: commons.wikimedia.org

Преимущества:

• Закрепите отпечаток любым твердым предметом.
• Дешево в производстве.

Ошибка:

• Низкая светопроницаемость (ухудшается контрастность изображения и яркость экрана в целом).
• Менее точный, чем проекционные емкостные и другие типы экранов.
• Невозможность обнаружить несколько кликов одновременно.
• Далеко не самый надежный и долговечный.

Инфракрасные

Устройство с инфракрасными сенсорными экранами многим может показаться более интересным, чем устройство сенсорных экранов других типов. Данная технология наиболее актуальна в тех случаях, когда важно добиться наилучшего качества изображения (ее часто используют, например, при создании электронных книг).

Представьте себе две линии светодиодов по вертикали и горизонтали, образующие большую прямоугольную сетку с одной стороны и сетку фотодиодов одинакового размера с другой. Каждый светодиод, генерирующий невидимое для человеческого глаза инфракрасное излучение с небольшим углом рассеяния, на самом деле имеет собственный фотодиод, улавливающий это излучение.

Касаясь пальцем экрана, человек блокирует световой поток, который излучает определенный светодиод. Из-за этого инфракрасное излучение не достигает фотодиода, отвечающего за прием светового луча. При этом генерируется некоторый сигнал, поступающий от сетки экрана к элементу управления, определяющему точку касания.

Чем больше светодиодов размещено в линию (по горизонтали и вертикали, то есть по сетке в целом), тем выше точность определения координат точки щелчка. Основное применение эта технология нашла в электронных книгах, а также в устройствах для образовательных учреждений (например, экранах для видеопроекторов).

Преимущества:

• Отличное качество изображения.
• Хорошее обслуживание и простой дизайн.

Ошибка:

• Короткий срок службы из-за старения инфракрасных светодиодов.
• Очень чувствителен к пыли и грязи.
• Уязвимы к воздействию прямых солнечных лучей.

Индукционные

Не менее интересным типом сенсорных экранов являются более редкие (даже по сравнению с инфракрасными панелями) индукционные сенсорные экраны. В их основе лежит сетка чувствительных проводов, чем-то похожая на ту, которую мы видели на инфракрасном экране, а также индуктор.

Когда мы прикасаемся к экрану специальной индуктивной ручкой (другие давления такое устройство просто не воспринимает), приводимой в действие электромагнитным резонансом, изменяется сила существующего магнитного поля и генерируется соответствующий сигнал, на основе которого датчики распознают координаты выбранной нами точки.

Индукционные сенсорные панели нашли свое применение в графических планшетах, а также некоторых вполне типичных для нас моделях планшетов.

Преимущества:

• Максимальная точность при регистрации кликов (именно поэтому они используются в дорогих графических планшетах).
• Разделяет давление разной силы.

Ошибка:

• Умеет распознавать прикосновения специальной ручкой.
• Стоимость производства.

На современные устройства, как правило, есть 3 варианта замены:

модуль (это тачскрин и дисплей в сборе)

сенсорный экран – устройство ввода информации, представляющее собой поверхность, реагирующую на прикосновение к ней.

дисплей – электронное устройство, предназначенное для визуального отображения текстовой и графической информации.

модуль – устройство, предназначенное для визуального отображения информации с помощью сенсорной поверхности.

Читайте также: Лучшие смартфоны до 30000 рублей с хорошей камерой: Топ-10 рейтинг 2020 года

Менее актуальные типы сенсорных экранов

Разработчики сенсорных экранов стремятся сделать взаимодействие с телефоном или интерактивным устройством удобным и простым. История создания датчика имеет множество ответвлений, среди них есть и менее успешные разработки.

Оптические

Оптическая сенсорная система содержит камеры с инфракрасной подсветкой. Камеры расположены в двух или четырех углах экрана, каждая из которых имеет ИК-подсветку. Фоновая подсветка загорается через равные промежутки времени и попеременно. Если предмет (палец или ручка) не попадает в поле лучевой сетки, свет не нарушается и прибор остается в исходном положении. При попадании объекта в сетку пределы ИК нарушаются, и контроллеры на месте регистрируют изменения диаграммы направленности.

Технология мультитач на оптическом устройстве имеет ограниченное применение. Сенсорный экран с двумя камерами воспринимает от одного до двух касаний. Четырёхкамерный распознаёт 4-6 касаний, но при этом неточность восприятия команд высока. Разработка используется в LCD – жидкокристаллических дисплеях (умных часах, телевизорах) и проекционных экранах.

Матричные

Матричный дисплей аналогичен технологии резистивного сенсорного экрана. Основание также представлено в виде двух пластин – гибкой мембраны и стекла. Отличие заключается в дифференциации проводников на вертикальные, которые крепятся на мягкой мембране, и горизонтальные, размещаемые на стекле.

Принцип работы аналогичен резистивной технологии: при контакте объекта с экраном гибкая мембрана прогибается и верхний и нижний проводники соприкасаются друг с другом. Контроллер фиксирует точку касания для обработки сигнала.

Отличие матричных дисплеев от резистивных также заключается в сниженной цене и простоте.

Тензометрические

В отличие от вышеперечисленных типов тачскринов, тензометрические сенсорные экраны работают на деформации экрана.

Устройство тензометрического монитора устойчиво к температурным колебаниям, пригодно для массового использования в общественных местах, в целом оснащено прочным устойчивым каркасом.

Преимущества:

• прочное покрытие устройства (малая вероятность разбить экран);
• различает силу прикосновения;
• защита от внешних факторов – пыли, грязи, влаги;
• неограниченная прозрачность: 95%.

Ошибка:

• низкая точность распознавания касаний.

Роль сенсорной поверхности в экране

Существуют кнопочные устройства и сенсорные. Разница заключается в спектре возможностей, свойств, применения.

Устройства без системы сенсорного экрана ограничены в использовании, с гаджетом может взаимодействовать только один человек. Сенсорное стекло получило положительный отклик среди пользователей, после чего стали выпускать аналогичные устройства с технологией сенсорного экрана, но модифицированные: интерактивные доски, панели, столы, планшеты и многое другое. Сенсорные устройства предназначены для ускорения работы или обучения. Диапазон возможностей шире, чем у кнопочных, что приводит к меньшим затратам времени на работу. Изобретение сенсорных экранов привело к ускорению рабочего процесса.

Как работает тачскрин

Чтобы понять, как работает тачскрин, следует изучить его внутреннее устройство. Сенсорная панель представлена ​​в виде слоев, каждый из которых выполняет определенную функцию. Упрощенно конструкция экрана состоит из внешней части – стекла, антибликового покрытия, средней – диодов и внутренней – матрицы с микродиодами.

Если глубже изучить расположение и функции каждого компонента, то самой дальней от человеческого глаза частью будут микродиоды. Это микролампочки, служащие для подсветки изображения, размещенного под матрицей.

Матрица смартфона устроена по аналогии с телевизором, компьютером, интерактивной доской. Представлен в виде слоя жидких кристаллов. Поверхность выше — это диоды — сенсорные элементы, расположенные поверх слоя экрана.

Далее идут видимые глазу компоненты: стекло и антибликовое покрытие. Стекло играет роль перегородки между внутренними и внешними компонентами устройства, а антибликовое покрытие призвано облегчить восприятие информации, доносимой с экрана. Он защищает от бликов при избытке солнечного света.