Наши глаза являются основным источником информации, получаемой мозгом. Потому экран — важнейшая часть мобильного телефона и планшетника. Именно с него мы считываем информацию и осуществляем управление интерфейсом. В этом выпуске рубрики разберемся, как работают экраны мобильных устройств, какими они бывают и как правильно выбрать смартфон, отталкиваясь от этого параметра.
Если в экранах телевизоров и компьютерных мониторов на заре технологий использовался принцип электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), то для мобильных устройств такой подход формирования изображения был неприемлем ввиду их малых размеров. В 70-х годах прошлого столетия был представлен первый жидкокристаллический монохромный экран. Первое время он использовался преимущественно в калькуляторах и электронных часах. С появлением мобильных телефонов технология производства дисплеев на основе жидких кристаллов перекочевала и к ним. Спустя время появились новые технологии на основе органических светодиодов, экраны стали сенсорными, гибкими.
Практически любой жидкокристаллический экран (ЖК или по-английски LCD) состоит из следующих компонентов:
- Слоя жидких кристаллов, которые пропускают свет.
- Активной матрицы, отвечающей за формирование изображения. Ее самой распространённой разновидностью является TFT, которая управляется с помощью тонкослойных транзисторов.
- Светофильтров для получения цветного изображения. Как правило, это система RGB - красный, зелёный и синий
- Источника света. Может быть как активным (смартфоны, телевизоры, мониторы и т.д.), так и пассивным - калькуляторы, электронные часы.
Существует много разновидностей ЖК-дисплеев. Самый простой и дешевый из них TN (Twisted Nematic) . Имеет плохие углы обзора, контрастность и цветопередачу, но зато высокое время отклика. Используется в основном в бюджетных устройствах и постепенно уходит из рынка. Более продвинутой технологией является IPS (in-plane switching). В отличие от TN, она характеризуется высокими углами обзора, отличной цветопередачей, повышенной контрастностью. Существует много разновидностей IPS, которые у разных производителей имеют свои названия. Основные:
- Просто IPS - постепенно отмирает, главным недостатком является большое время отклика активного пикселя. Но еще очень часто используется в бюджетных смартфонах.
- AS-IPS - продвинутая IPS, характеризующаяся более высокой степенью контрастности
- IPS-pro - cследующий шаг в развитии с более высокой яркостью и цветопередачей. Этот дисплей в основном нашел свое применение во флагманских гаджетах.
Широко известный тип дисплея Retina является разновидностью IPS, но с высоким разрешением и уменьшенным размером субпикселя и пикселя. А вот у Самсунга есть PLS - та же модификация IPS, которая призвана уменьшить стоимость производства.
Кроме IPS существуют еще ЖК-дисплеи под названием Super LCD (разработка HTS), Super Clear LCD (Samsung), VA/MVA/PVA (используются в основном в мониторах).
Другим же витком развития дисплеев является технология, которая основана на органических светодиодах - OLED (Organic Light Emitting Diode). Суть ее в использовании вместо жидких кристаллов, которым необходима подсветка, органических светодиодов. Они светятся сами.
Есть несколько разновидностей OLEDдисплеев:
- AMOLED (ActiveMatrixOLED) - использует органические светодиоды, которые управляются матрицей на основе тонкопленочных транзисторов (TFT). Интересной особенностью является формирование чёрного цвета - светодиоды просто отключаются, и в результате получается настоящий глубокий черный цвет, при этом уменьшается энергопотребление устройства в целом. Вот почему в смартфонах с AMOLED экранами рекомендуют темные темы оформления.
- SuperAMOLED - усовершенствованный AMOLED. Эта технология предусматривает отсутствие воздушной прослойки между экраном и сенсором. В результате чего уменьшается толщина дисплея, повышается цветопередача и яркость. Такие экраны очень широко применяет в своих флагманах компании Samsung, Motorola и другие.
- FOLED (Flexible OLED) - технология позволяющая создавать гибкие дисплеи на основе органических кристаллов. Яркий представитель такой реализации это линейка смартфонов Edge от Samsung.
Еще существует TOLED (TransparentOLED) - прозрачные дисплеи, SOLED (Staked OLED) - сложенные OLED, но они, возможно пока, в дисплеях для смартфонов не используются.
В целом, технология OLED имеет ряд преимуществ по сравнению с LCD:
- Малая толщина экрана
- Низкое энергопотребление
- Очень быстрый отклик
- Высокая контрастность
- Возможность создания гибких дисплеев
Но и есть существенный недостаток - время жизни светодиодов. Со временем они умирают и при этом искажается изображение на экране. Хотя, возможно, это временная проблема органических дисплеев. Ведь наука не стоит на месте и разрабатываются новые долговечные светодиоды.
Следующим этапом развития может стать дисплеи с технологией TMOS (оптический затвор с временным разделением). Такие экраны могут быть более яркими, энергоэффективными и дешевле в производстве, нежели LCD и OLED.
Давайте еще кратко остановимся на других особенностях экранов современных гаджетом.
На сегодняшний день управление смартфоном с помощью пальцев рук уже стало для нас обыденностью. За такую функцию в экране отвечает сенсор. Хочу рассказать вам об их основных типах:
- Резистивный сенсор - состоит из стеклянной пластины и мембраны, на которую нанесено резистивное покрытие. Когда мы нажимаем пальцем на экран, мембрана и пластина замыкаются и передают координаты нажатия микропроцессору. Их преимущество в том, что такой сенсор будет реагировать на любой предмет. А также он прост и дешев в изготовлении. К недостаткам стоит отнести плохую защищенность, светопроницаемость и долговечность. Широко использовался в первых КПК и смартфонах. На сегодня это уже редкость.
- Емкостный сенсор - принцип работы состоит в том, что при прикосновении нашего пальца к стеклу, на которое нанесен электропроводный слой, происходит утечка тока. И место наибольшей утечки (точка контакта пальца со стеклом) регистрируется специальным контроллером. Такие сенсоры более прозрачные, нежели резистивные, а также выдерживают более 200 миллионов нажатий. Но на прикосновение, например, в перчатках, они не реагируют. Емкостный сенсор устанавливается в основном в бюджетных моделях смартфонов.
- Следующим шагом развития стали проекционно-ёмкостные сенсорные экраны. На стекло такого экрана наносится сетка электрода (на дешевых китайских телефонах ее можно даже увидеть), которая вместе с пальцем человека образует конденсатор. Специальная электроника измеряет его емкость и определяет точку, в которой было соприкосновение. Плюсы в очень большой долговечности, чувствительности, а также такая технология позволяет распознавать одновременно несколько нажатий, иными словами, поддерживает мультитач. Недостаток заключается в необходимости сложной электроники по обработке сигнала, а исходя из этого и дороговизне. В очень многих современных гаджетах используется именно такой тип сенсора.
Это были основные типы сенсоров, который используются в современных смартфонах.
Дальше мы поговорим о плотности пикселей экрана . Эта величина является соотношением разрешения экрана и его физического размера. Иными словами - количество пикселей на дюйм диагонали смартфона. Это числа принято измерять в ppi (pixel per inch). Приведу пример, экран с диагональю — 5,1 дюйма и разрешением 2560×1440 пикселей имеет плотность точек 577 ppi. Чем больше такое число, тем четче и детализирование будет изображение на экране смартфона. Но сможет ли наш глаз различить отличия, например, между 400 и 500 ppi? Маркетологи фирм разработчиков уверены, что сможет, лично я в этом сомневаюсь….
Чтобы экран нашего любимого смартфона не царапался и не бился, были разработаны всевозможные защитные стекла. Одно из самых известных в мире - это Gorilla Glass. Недавно, была представлено его четвертая ревизия. По заявлениям разработчиков Gorilla Glass 4 обладает вдвое более высокой устойчивостью к повреждениям по сравнению с конкурирующим алюмосиликатным стеклом. Менее известным, но нехудшим по характеристикам, является стекло повышенной прочности Dragontrail. Его, например, широко использует в своих смартфонах китайский производитель Xiaomi.
Также часто стекла экранов покрывают специальным олеофобным покрытием, которое предназначено для защиты от жировых пятен.
1. Лучше выбрать IPS или OLED технологию, чем TN.
2. Многое зависит от производителя дисплеев, остерегайтесь китайских «ноунеймов». Выбирайте экраны от LG, Sony, Sharp и других именитых фирм.
3. За плотностью пикселей особо гнаться не стоит. HD разрешение достаточно при диагонали 5", FHD — при 5.5".
4. Какое бы хорошее стекло ни стояло, все равно, наклейте поверх защитную пленку, а лучше специальное стекло.
P.S. В статье не рассказывается про строение пикселя дисплея. Тема интересная и объемная, ей мы посвятим отдельный материал.
Сенсорные экраны получили широкое распространение благодаря своему удобству
Термин Touch Screen образован из двух английских слов. Первое обозначает «прикосновение», а второе − «экран». Это словосочетание полно передаёт принцип работы данного типа дисплеев, который заключается в реагировании на касание пальцев человека и выполнение определённых действий. Несмотря на то, что данный вид технологии нам кажется современным, датой изобретения первого сенсорного экрана считается 1970 год. Именно тогда преподаватель университета из Кентукки Семуэль Хёрст первым решил упростить процесс считывания информации с лент самописцев. Итогом разработки учёного стало появление первого в мире экрана, поддерживающего технологию сенсорного ввода.
К СВЕДЕНИЮ!
В новинке применялся самый примитивный тип работы: четырёхпроводной резистивный способ определения координаты точки касания.
Первыми устройствами, которые получили подобную систему ввода информации, стали компьютеры, и только в 1998 году на свет появился первый сотовый телефон, в котором применялся сенсорный набор. Им стало детище компании Alcatel. Следом свою версию тачскрина в мобильном устройстве предложила компания Ericsson. Но эти прообразы имели мало схожести с современными версиями сенсорных экранов.
Панель являлась монохромной, малого размера и давала пользователю возможность только набрать номер. Первой моделью, где сенсорный экран приобрёл современные очертания, стал коммуникатор от HTC Qtek 1010/02 XDA, выпущенный в 2002 году. А на качественно новый уровень идею применения тачскрина в мобильных устройствах вывела компания Apple, которая реализовала возможность Multitouch или реагирование на одновременное касание экрана двумя или более пальцами.
ВАЖНО !
Изобретение и массовое внедрение тачскринов принесло большое количество положительных сторон для пользователя и повысило удобство использования смартфона. Но это привело к одному значительному минусу – устройства стали более «нежными» и требовали бережного отношения, поскольку повреждение стекла могло вывести из строя весь сенсор.
Одной из областей применения тачскрина являются графические планшеты, использование которых упрощает процесс создания анимации
Что такое сенсор, и где он применяется
Современный человек уже не представляет своей жизни без устройств, имеющих сенсорный ввод, настолько прочно вошло в жизнь это изобретение. По статистике, более 90% всего населения Земли хотя бы раз сталкивались с тачскрином, который применяется в разнообразных электронных устройствах и гаджетах:
- смартфоны;
- планшеты и планшетные компьютеры;
- банковские или платёжные терминалы;
- устройства для приобретения электронных билетов;
- дисплеи (компьютерные, в холодильниках, бытовой технике).
Развитие технологии сенсорного ввода не ограничивается только мобильными устройствами. Существуют разработки, где тачскрин внедряется в значительные по площади поверхности.
К СВЕДЕНИЮ!
Не так давно был анонсирован смарт-стол, поверхность которого представляет собой один большой тачскрин. Подобную столешницу можно применять в качестве мультимедийного центра в «умном доме». Также несколько лет назад была представлена целая сенсорная стена, при нажатии на любую область которой можно вызвать различные функции.
Интерактивная стена – это технология будущего, в которой также задействован тачскрин
Некоторые люди, несведущие в технике, задаются вопросом, что такое тачскрин на планшете и чем он отличается от аналогичного устройства ввода на смартфоне. Ответ на этот вопрос прост – ничем, поскольку принцип работы сенсорного экрана аналогичен, вне зависимости от устройства, в котором он применяется.
В специальной публикации нашего портала мы подробно расскажем о сенсорных недорогих смартфонах. Вы узнаете может ли бюджетный смартфон быть хорошим: преимущества и недостатки, как выбрать смартфон по параметрам: дисплей, память, процессор.
Как работает сенсорный экран
Чтобы до конца понять, что такое тачскрин на телефоне, необходимо разобраться, из чего состоит экран смартфона и как работает сенсор. Основными элементами сенсорного экрана являются:
- Матрица, состоящая из слоя жидких кристаллов. Аналогичная технология отображающей поверхности используется в телевизоре или мониторе компьютера.
- Микродиоды, которые располагаются вторым слоем под матрицей и служат для подсвечивания рабочей поверхности.
- Диоды, находящиеся на поверхности отображающего слоя, которые являются главным инструментом обработки касания.
- Стекло, которое покрывает сам экран и предотвращает его от повреждений.
- Антибликовое покрытие, предотвращающее появление бликов и позволяющее комфортно смотреть на экран в солнечную погоду.
Простейшая схема устройства тачскрина
Исходя из того, как работает тачскрин, можно выделить ряд преимуществ и недостатков подобной технологии диалога пользователя с электронным устройством, которые подразделяются на плюсы и минусы для стационарных устройств и мобильной техники.
| Плюсы | Минусы |
| Стационарные девайсы | |
| Повышенный уровень надёжности. | Отсутствие тактильного отклика. |
| Высокая износостойкость, пылезащищённость и невосприимчивость к небольшим ударам. | Размещение аппарата на уровне тела человека приводит к усталости рук при длительной работе. |
| Маленькая клавиатура может стать причиной ошибок или опечаток. | |
| Мобильные устройства | |
| Простота применения. | Отсутствие тактильных ощущений. |
| При маленьком размере самого девайса существует возможность создания максимально крупного экрана. | Некоторые матрицы при длительном свечении потребляют большое количество энергии, что приводит к необходимости частой зарядки. |
| Удобство набора даже больших объёмов текста. | Механические повреждения могут привести к поломке тачскрина. |
| Наблюдается эволюция технологии сенсорного ввода, что приводит к появлению ежегодно качественно новых устройств с лучшими возможностями. | Отсутствие необходимого уровня гигиены. |
К СВЕДЕНИЮ!
Множество производителей, особенно стационарных устройств, использующих в работе тачскрин, исходя из недостатков, пошли по пути дублирования возможности ввода механическими клавишами. Это нужно при выходе сенсорного экрана из строя.
Размеры современных тачскринов зависят от потребности производителя и устройства, в котором они будут применяться
Типы сенсорных экранов
Общая классификация тачскринов, которые представлены на рынке, подразумевает деление на разновидности по типу и особенностям конструкции. Наиболее используемыми остаются резистивный и ёмкостной виды, которые применяются в большинстве мобильных гаджетов. Также существуют:
- матричные;
- инфракрасные;
- проекционно-ёмкостные;
- оптические;
- сенсоры DST;
- волновые;
- индукционные.
Резистивный сенсор считается «прошлым веком» в силу несовершенства технологии
Резистивный сенсорный экран
Говоря о том, что такое Touch Screen, первым делом следует упомянуть резистивные экраны, которые стали первыми в массовом производстве. Подобные экраны состоят из двух прозрачных пластин, изготовленных из пластика, на которые нанесена тончайшая токопроводящая сетка. Между пластинками устанавливается диэлектрический слой, который требуется для улавливания нажатия на нужную область экрана пользователем.
При совершении действия владельцем смартфона (например, нажатие на нужную область экрана) происходит раздвижение диэлектрика в этом месте, что приводит к соприкосновению двух пластин между собой. Появляется ток, который регистрируется специальным контроллером, определяющим по сетке координат конкретную точку нажатия. Далее эти данные поступают в обрабатывающую программу, которая по заранее созданному алгоритму совершает необходимое действие.
За определение координат точки нажатия отвечают специальные электроды, расположенные по углам матрицы
Резистивные экраны имеют, в свою очередь, разделение на два подтипа:
- Четырёхпроводной сенсор . Они изготавливаются всего из одной панели, выполненной из стекла и пластиковой мембраны, на которую нанесено резистивное обеспечение самого экрана. Всё свободное пространство между стеклом и пластиком заполнено изоляторами. При совершении нажатия происходит замыкание цепи, что приводит к появлению координат точки соприкосновения.
- Пятипроводные . Отличительной особенностью данного типа является отсутствие резистивного обеспечения мембраны, наличие проводящего слоя. Это обеспечивает большую надёжность, поскольку даже после повреждения матрицы она продолжает работать. Отслеживание точки нажатия осуществляется по степени изменения напряжения мембраны.
К СВЕДЕНИЮ!
Существуют также восьмипроводные резистивные экраны, позволяющие повысить точность обработки нажатия, но не повышают надёжности данного типа сенсора.
Минусом резистивного сенсора является отсутствие поддержки мультитача
Говоря о резистивных сенсорных экранах, следует отметить их низкую стоимость, возможность совершения нажатия пальцем, стилусом и даже рукой в перчатке. Из недостатков можно выделить:
- низкую степень проводимости световых лучей;
- подверженность появления царапин и трещин вследствие удара;
- отсутствие мультитача;
- короткий срок службы, который составляет в среднем не более 34 млн нажатий;
- невозможность реализации функции скольжения по экрану, поскольку резистивная матрица реагирует только на нажатие.
Ёмкостный сенсорный экран
Современным типом матрицы является ёмкостный тип экрана. Что это такое? Суть работы данной разновидности заключается в следовании законам элементарной физики, а именно в свойстве предмета большей ёмкости проводить переменный ток.
В основе работы ёмкостного типа лежит правило разницы электрических потенциалов
По своему устройству данный тип матрицы представляет собой пластину из стекла, на поверхность которой нанесён слой резистивного материла.
К СВЕДЕНИЮ!
В качестве наилучших резисторов в данном случае используются сплавы оксида индия и оксида олова.
На углах экрана располагаются электроды, подающие небольшое напряжение на всю поверхность матрицы. При соприкосновении с пальцем человека происходит утечка, которая регистрируется датчиками и передаётся в обрабатывающий контроллер, вычисляющий координаты точки нажатия. Отличительными особенностями данного типа экранов является длительный срок службы, который составляет более 200 млн нажатий, повышенная прозрачность, способность не пропускать жидкость. Но поверхность данного сенсора всё равно остаётся уязвима для механического воздействия, поэтому подобные типы матрицы применяют в стационарных устройствах, располагающихся в защищённом от воздействия внешних факторов месте.
В большинстве современных мобильных устройств применяются проекционно-ёмкостные сенсоры
Проекционно-ёмкостные сенсоры
Говоря о том, что такое сенсорный экран, обязательно следует отметить тип матрицы, который применяется в большинстве современных смартфонов и планшетных компьютеров. Речь идёт о проекционно-ёмкостном сенсоре. Конструкция подобного типа представлена, кроме привычной панели, сеткой электродов, которые нанесены на обратную сторону матрицы. Имеющиеся электроды вкупе с телом человека образуют конденсатор, а встроенная электроника требуется для измерения ёмкости полученной системы.
К СВЕДЕНИЮ!
Один из лидеров в производстве экранов, компания Samsung, сумела уместить чувствительные к нажатию электроды между субпискелями, что позволило упростить конструкцию и повысить прозрачность.
Повышенная прозрачность, возможность использования толстого стекла (вплоть до 19 мм) – всё это обеспечивает снижение риска повреждения проекционно-ёмкостных экранов, поэтому они устанавливаются в устройствах, находящихся на открытой территории.
В инфракрасном сенсоре принцип действия заключается в прерывании ИК лучей в месте касания
Матричные и инфракрасные сенсорные экраны
В числе разновидностей сенсоров можно упомянуть два не самых распространённых типа – матричные и инфракрасные экраны. Матричные работают по общим принципам резистивных конструкций, но их отличительной особенностью является простота. На поверхность мембраны наносятся вертикальные токопроводящие полосы, а на стеклянную поверхность – горизонтальные. При нажатии происходит соприкосновение полос, а контроллер вычисляет место контакта и определяет координаты точки. Существенным минусом является невозможность обеспечения высокой дискретности сенсора в силу простоты конструкции.
В инфракрасных типах применяется аналогичный принцип пересекающихся полос, которые представляют собой инфракрасные лучи. При касании экрана любым предметом сетка из лучей прерывается в этом месте. Подобный вид применяется на устройствах, где требуется высокая чёткость передачи изображения, например, электронные книги. Недостатком ИК сенсора является его подверженность загрязнению.
Интерактивные карты используют тензометрический тип сенсора
Оптические и тензометрические сенсорные экраны
Оптический тип отличается наличием инфракрасной подсветки, которая распределяется между стеклом и матрицей, и способной осуществлять до 100% отражения света внутри себя. При касании пальцем происходит рассеивание. Электронике только остаётся создать картину рассеивания для определения точки нажатия. Это осуществляется следующими способами:
- установкой камеры рядом с проектором;
- внедрением вспомогательного субпикселя.
Подобные типы экранов применяются в интерактивных школьных досках. Тензометрический сенсор чувствителен к деформации поверхности экрана. Подобный тип отличает повышенная устойчивость к повреждениям, поэтому данные матрицы применяются на устройствах по продаже билетов, банкоматах.
DST-технология работает по принципу регистрации пьезоэлектрических проявлений внутри панели стекла при нажатии пальцем
Сенсорные экраны DST
Основа работы данного типа заключается в фиксации пьезоэлектрического явления в панели стекла. Главной особенностью является возможность реагирования на прикосновения любым предметом и функционирования в любых условиях запылённости. Для качественного срабатывания палец должен постоянно находиться в движении.
Как сделать калибровку сенсорного экрана
Владельцы гаджетов, имеющих сенсорный экран, часто сталкиваются с проблемой, когда сенсор перестаёт «слушать» или правильно реагировать на нажатия. Это может случиться вследствие повреждения матрицы, попадания влаги внутрь устройства или замены дисплея.
После попадания влаги внутрь смартфона может потребоваться проведение калибровки тачскрина
Существует два основных способа, как можно провести калибровку сенсорного экрана:
- штатными средствами операционной системы;
- с применением стороннего софта.
Встроенная технология калибровки практически одинакова у всех производителей смартфонов. Для осуществления настройки штатными средствами требуется:
- перейти к настройкам телефона;
- найти пункт «Калибровка»;
- нажать не менее трёх раз в центр появившейся на экране мишени.
Устройство самостоятельно запоминает касания и осуществляет корректировку тачскрина.
Замену тачскрина лучше всего производить в специализированном сервисе
Тачскрин не работает – как это определить
В некоторых случаях сенсорный экран может выходить из строя. При механическом повреждении матрицы определять поломку не требуется, поскольку она видна невооружённым взглядом. Признаками, указывающими на выход тачскрина из строя при отсутствии внешних повреждений, являются:
- отсутствие реакции на касания;
- частичное реагирование экрана на нажатие, например, может работать только определённая область;
- искажения восприятия касаний.
Появление артефактов на экране может свидетельствовать о неполадках не только самого дисплея, но также сенсора
При выходе сенсора из строя потребуется ремонт устройства. Современные технологии подразумевают изготовление общего дисплейного модуля, в котором тачскрин и дисплей совмещены в единый узел. Поэтому для ремонта требуется полная замена блока при невозможности отделения тачскрина. Это можно сделать только в условиях сервиса.
Тачскрин и дисплей: в чём разница
Разница этих двух деталей заключается в выполняемых функциях. Дисплей – это часть смартфона, которая необходима для вывода изображения и информации.
Всё чаще производители совмещают тачскрин и дисплей в единый узел
Тачскрин – это сенсорное стекло, которое применяется для срабатывания аппарата на действия пользователя и реакцию на нажатия для вызова определённой функции. Современные производители всё чаще стали выпускать своеобразные «бутерброды», где применяется технология ламинирования, когда дисплей и тачскрин объединяются в монолитный узел, склеенный прозрачным герметиком. Это улучшает эксплуатационные характеристики, но требует полной замены детали при выходе из строя любого компонента.
Теперь вы по-новому посмотрите на свой смартфон или планшетный ПК. В любом случае делитесь в комментариях своим опытом разблокировки «уснувшего экрана» и задавайте вопросы автору статьи.
Отличный пост из omgadget.ru о том, как работают сенсорные экраны. Давно хотел узнать, почему айфонами можно управлять пальцем, но нельзя например карандашом
Сегодняшние сенсорные экраны подразделяются на несколько типов в зависимости от физического принципа действия: резистивные (четырех-, пяти- или восьмипроводные), емкостные, проекционно-ёмкостные, матричные, экраны на основе поверхностно-акустических волн, оптические, тензометрические и экраны на основе инфракрасных лучей.
Запатентованных названий технологий еще больше - несколько десятков. Наибольшее распространение получили резистивные и емкостные экраны, а остальные либо безнадежно устарели, либо узкоспециализированы.
Резистивный экран
Наиболее простым в реализации типом резистивного экрана является четырехпроводной. Он состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны, на которые нанесено тонкое проводящее покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микроизоляторами, надёжно изолирующими токопроводящие поверхности. По краям каждого слоя установлены тонкие металлические пластинки — электроды. В заднем слое с резистивным материалом они расположены вертикально, а в переднем — горизонтально, что необходимо для вычислений координат. Когда на экран нажимают, панель и мембрана замыкаются, специальный датчик регистрирует изменение сопротивления в точке нажатия и преобразует его в сигнал. Усовершенствованной вариацией являются восьмипроводные сенсорные экраны. Их точность выше, однако надежность и долговечность хромают.
Пятипроводной экран более надёжен за счёт того, что резистивное покрытие на мембране заменено проводящим, которое продолжит работать даже с поврежденной мембраной. На заднее стекло нанесено покрытие с четырьмя электродами по углам, которые постоянно находятся под напряжением. А вот пятый электрод является выводом переднего проводящего слоя. Как только вы коснетесь экрана, верхний и нижний слои сомкнутся, а контроллер сперва зафиксирует изменение напряжения на переднем слое, то есть сам факт касания. Далее сначала на заднем слое заземляются два электрода по горизонтали, а затем два других, но по вертикали.
LG Optimus GT 540
Емкостные сенсорные экраны
Емкостный (как и поверхностно-емкостный) экран устроен сложнее и использует тот факт, что тело человека и экран образуют конденсатор, который проводит переменный ток.Такой экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом, чтобы обеспечить электрический контакт с телом. Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое переменное напряжение. При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом происходит утечка переменного тока через упомянутый конденсатор. Чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление экрана, а значит, сила тока больше. Все это регистрирую датчики, передающие информацию для дальнейшей обработки процессору.
Емкостные сенсорные экраны долговечны и выдерживают до 200 миллионов нажатий. Их точность немного лучше чем у резистивных, а прозрачность превышает 90%. Однако такие дисплеи боятся жидкостей, непроводящих загрязнений.
iPhone 3G
Матричные сенсорные экраны
Тут конструкция очень напоминает резистивный экран, но упрощена до безобразия. На стекло нанесены горизонтальные проводники, на мембрану — вертикальные. При прикосновении к экрану проводники соприкасаются и замыкаются крест-накрест.Процессор отслеживает, какие именно проводники замкнулись, после чего легко вычисляет координаты нажатия. Вот собственно и все. Такие экраны имеют очень низкую точность по сравнению с другими типами тачскринов, поэтому давно не применяются. Матричной может быть и просто панель кнопок, расположенных на перекрестьях проводников.
Проекционно-емкостные сенсорные экраны
Зато проекционно-емкостные дисплеи поддерживают одновременные нажатия в нескольких местах, хотя имеют еще более сложное строение.На внутренней стороне такого экрана нанесена сетка электродов, при соприкасании с которыми образуется конденсатор. В месте образования конденсатора изменяется его электрическая емкость, а контроллер определяет точку пересечения электродов. Дальше все как обычно - контроллер, вычисления, координаты.
Если касаться экрана в разных местах, то и конденсаторов образуется несколько, что дает возможность реализовать мультитач-технологию.
iPad 2
Экран с сеткой инфракрасных лучей
Принцип работы инфракрасной сенсорной панели прост и чем-то напоминает матричный.Вот только здесь вертикальные и горизонтальные проводники заменены инфракрасными лучами. Вокруг такого дисплея проходит рамка со встроенными излучателями и приемниками. В момент касания такого дисплея некоторые лучи перекрываются и не достигают своего пункта назначения - приемника. Дальше контроллеру не составит труда вычислить место контакта.
Такие дисплеи отлично пропускают свет и крайне долговечны, потому как обходятся вовсе без чувствительного покрытия. Тем не менее, они имеют не самую высокую точность и боятся загрязнений. В настоящее время выпускаются огромные рамки с диагональю до 150 дюймов для использования в сочетании с проектором или обычным монитором.
Sony Reader PRS-650
Сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах (ПАВ)
Этот экран с пугающим названием представляет собой стеклянную панель со встроенными по углам пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП). По периметру дисплея располагаются отражающие и приемные датчики. Контроллер формирует сигналы высокой частоты и посылает его на ПЭП. Тот в свою очередь преобразует этот сигнал в акустические колебания, которые отражаются от отражающих датчиков. Затем отраженные волны улавливаются приемниками и снова посылаются на ПЭП для обратного преобразования в электрический сигнал. При касании экрана пальцем часть энергии акустических волн поглощается. Приёмники улавливают это изменение, а сложный процессор вычисляет положение точки касания.Главным достоинством экрана на ПАВ является возможность отслеживать не только координаты точки, но и силу нажатия, благодаря тому, что степень поглощения акустических волн зависит от величины давления в точке касания. Данное устройство имеет очень высокую прозрачность, так как отображение картинки с экрана происходит без всяких препятствий в виде проводящих слоев, как это сделано в резистивных экранах. Такие экраны сложны в реализации, но довольно долговечны. Они выдерживают до 50 миллионов касаний и часто применяются в игровых автоматах, в охраняемых справочных системах и образовательных учреждениях. Главным недостатком экрана на ПАВ являются сбои в работе при наличии вибрации и шума, а также при загрязнении экрана.
Принцип работы тачскринов December 31st, 2016
Сначала сенсорные экраны (тачскрины) встречались крайне редко. Их можно было найти, в основном, лишь в некоторых карманных компьютерах (КПК, PDA). Как известно, эти устройства так и не получили широкого распространения, поскольку им не хватало самого важного: функциональности телефона. История смартфонов тесно связана с тачскринами. А поэтому современного человека с «умным телефоном» в кармане сенсорным экраном уже не удивишь. Тачскрин нашел широкое применение и в модных дорогих девайсах и даже в сравнительно дешевых телефонах. Но не будем в очередной раз обсуждать достоинства и недостатки тех или иных моделей телефонов. В этом вопросе каждый пользователь способен определиться сам.
Поговорим о принципах работы трех типов сенсорных экранов, которые вы можете встретить в современном устройстве.
Итак, сенсорные экраны перестали быть слишком дорогими. Кроме того, тачскрины стали намного «отзывчивее» и касания пользователя теперь распознают превосходно. Это проложило им широкую дорогу к широким массам пользователей. В настоящее время известны три основных конструкции тачскринов:
1.Резистивные или попросту «упругие» (Resistive)
2.Емкостные (Capacitive)
3.Волновые (Surface acoustic wave)
О резистивном тачскрине. Недавнее прошлое
Резистивная система представляет собою обычное стекло, покрытое слоем проводника электричества и упругой металлической «пленкой», тоже обладающей токопроводящими свойствами. Между этими двумя слоями при помощи специальных распорок оставляют пустое пространство. А поверхность экрана покрыта материалом, защищающим его от царапин.
Во время работы пользователя с тачскрином, электрический заряд проходит через оба слоя. Каким образом все происходит? Пользователь касается экрана в определенной точке и упругий верхний слой приходит в соприкосновение с проводниковым слоем. Причем именно в этой точке. Затем компьютер определяет координаты точки, которой коснулся пользователь.
Когда координаты уже известны устройству, специальный драйвер переводит прикосновение в известные операционной системе команды. Здесь уместна аналогия с драйвером обычной компьютерной мышки. Он занимается тем же самым: объясняет операционной системе, что именно хотел ей сказать пользователь нажатием кнопки или перемещением манипулятора. С экранами этого типа чаще всего используют специальные стилусы.
Резистивные экраны можно обнаружить в сравнительно немолодых устройствах. Именно таким сенсорным дисплеем был оборудован IBM Simon, древнейший из сознанных нашей цивилизацией смартфонов.
Устройство емкостного экрана. Цифровое настоящее
В тачскринах этой конструкции стеклянная основа покрыта слоем, играющим роль вместилища-накопителя электрического заряда. Своим касанием пользователь высвобождает часть электрического заряда в определенной точке. Это уменьшение определяется микросхемами, расположенными в каждом из углов экрана. Компьютер вычисляет разницу электрических потенциалов между различными частями экрана, и информация о касании во всех подробностях немедленно передается в программу-драйвер тачскрина.
Важным преимуществом емкостных тачскринов является способность этого типа экранов сохранять почти 90 % изначальной яркости дисплея. В экранах резистивного типа сохраняется лишь порядка 75 % изначального света. По этой причине изображения на емкостном экране выглядят значительно более четким, чем на тачскринах резистивной конструкции.
Волновые сенсорные дисплеи. Яркое будущее
На концах осей X и Y координатной сетки стеклянного экрана располагается по преобразователю. Один из них передающий, а второй принимающий. На стеклянной основе располагаются и рефлекторы, «отражающие» электрический сигнал, передаваемый от одного преобразователя к другому.
Преобразователь-приемник точно «знает» состоялось ли нажатие и в какой именно точке оно произошло, поскольку своим касанием пользователь вносит прерывание в акустическую волну. Стекло волнового дисплея лишено металлического покрытия, что позволяет сохранить все 100 % изначального света. Благодаря своей столь приятной особенности, волновой экран является наилучшим выбором для пользователей, работающих в мелкими деталями графики. Ведь и резистивные и емкостные тачскрины не идеальны в плане четкости изображения. Покрытие задерживает свет и искажает картинку.
Некоторые особенности различных тачскринов
Самыми дешевыми и наименее четко передающими картинку сенсорными экранами являются резистивные. Кроме того, они же самые уязвимые. Любой острый предмет может повредить нежную резистивную «пленочку». Волновые тачскрины являются самыми дорогими среди себе подобных. Резистивная конструкция скорее относится к прошлому, волновая — к будущему, а емкостная — к настоящему. Хотя грядущее никому не известно и можно лишь предполагать, что та или иная технология имеет некоторые перспективы.
Для резистивной системы не имеет особого значения, коснулся пользователь экрана резиновым наконечником стилуса или пальцем. Достаточно и того, что два слоя пришли в соприкосновение. Емкостной экран распознает лишь касания токопроводящими предметами. Чаще всего пользователи работают с ними при помощи своих пальцев. В этом отношении экраны волновой конструкции ближе к резистивным. Отдать ей команду можно практически любым предметом, избегая при этом тяжелых и слишком маленьких объектов. То есть стержень шариковой ручки не подойдет.
А теперь, если читателям еще не наскучили технические подробности и инженерные тонкости, при наличии желания и свободного времени, они могут отправиться в гости к создателям Xbox One — игровой приставки, которой создатели Windows сумели удивить мир.
По материалам computer.howstuffworks.com
А я вам напомню про такую, пока «фантастическую» вещь, как и. И еще подробности и наверняка
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.
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
