Статьи

Что такое тачскрин на телефоне

Что такое тачскрин на телефоне

Экран любого мобильного устройства состоит из нескольких частей, одной из которых является сенсорная поверхность или тачскрин. Разберемся подробнее в том, что представляет собой этот компонент.

В наше время каждый из нас пользуется мобильными устройствами: современными смартфонами, планшетами, смарт-часами и другими девайсами. Если раньше мы управляли ими при помощи физических кнопок, то сравнительно недавно получили распространение устройства с сенсорной поверхностью, позволяющих управлять уже посредством прикосновения к экрану.

Понятие «тачскрин» образовалось после конкатенации двух слов: «тач» (с англ. touch – нажатие) + «скрин» (с англ. screen – экран). Благодаря такой панели стало возможным отдавать команды устройству и взаимодействовать с различными элементами на экране.

Первый сенсорный дисплей появился еще в 1971-м в составе графического планшета. Это был резистивный четырехпроводной экран, который долгие годы применялся и во многих других устройствах чаще медицинской и промышленной отрасли. В жизнь каждого человека тачскрин вошел гораздо позже с появлением больших ЖК-экранов.

Роль сенсорной поверхности в экране

Стандартный жидкокристаллический дисплей (TN, IPS, TFT и подобные) состоят из трех частей: сенсорной поверхности (тачскрин), матрицы (панель, состоящая из пикселей или диодов, формирующая картинку на экране) и подсветки. Каждая из них имеет достаточно сложную структуру и играет важную роль в работе всего экрана.

Основная задача матрицы – создавать изображение на экране, управляя каждым пикселем или диодом посредством регулировки их прозрачности. Подсветка же, хотя и может показаться, что это самый простой элемент во всей трехслойной системе, также имеет сложную структуру. В устройстве дисплея она выступает в качестве источника света на светодиодах.

Сенсорная поверхность, в свою очередь, является самым верхним слоем в структуре экрана, который, как мы уже выяснили, и позволяет нам управлять современными смартфонами, планшетами и прочими устройствами при помощи касаний. Среди наиболее распространенных типов таких панелей стоит выделить емкостные и резистивные. Далее рассмотрим все виды тачскринов, принцип их работы, а также сильные и слабые стороны разных типов сенсорной поверхности.

Самые распространенные виды тачскринов

Стандартные емкостные (поверхностно-емкостные)

В огромном количестве современных устройств на данный момент используются как раз таки емкостные экраны. Их также разделяют еще на две категории: поверхностно-емкостные и проекционно-емкостные. Первые работают по довольно простому принципу.

Сам экран состоит из некоторой стеклянной панели, на которую нанесен специальный резистивный материал, обладающий свойством прозрачности, чтобы он не мог помешать просмотру картинки (чаще всего в качестве него используют смешанный оксид индия-олова). А на его углах размещают электроды, которые подают переменное напряжение на всю поверхность, проводящую ток за счет покрытия уже знакомого нам вещества.

Когда пользователь касается пальцем панели экрана, в определенной точке происходит утечка тока (так как человек также выступает в роли проводника). Значения силы тока, которые фиксировались до касания во всех четырех углах (электродах) не совпадают с теми, которые регистрируют специальные датчики после того, как мы задели экран. На основании, насколько сильно изменились характеристики у каждого электрода, контроллер математически просчитывает точку, в которой и было произведено нажатие.

Что такое тачскрин на телефоне

Источник: commons.wikimedia.org

Чаще всего такой тип экранов использовался в самом расцвете появления сенсорных смартфонов, когда еще существовали старенькие Nokia на операционной системе Symbian.

Преимущества:

  • Не пропускают жидкости.
  • Крайне надежная конструкция, выдерживающая около 200 миллионов нажатий.
  • Неуязвимы перед токонепроводящими загрязнениями.

Недостатки:

  • Реагирует только на тепло (например, пользоваться таким экраном в перчатках не получится).
  • Проводящее покрытие уязвимо перед суровыми погодными условиями, что сказывается на качестве работы.

Проекционно-емкостные

Есть и еще одна разновидность емкостных экранов – проекционно-емкостные. Это уже более современный вид тачскринов, которые используются, например, в iPhone или известных многим AMOLED-дисплеях. В некотором роде принцип работы схож с предыдущим, но имеет небольшие различия.

Сам проекционно-емкостный экран также представляет собой стеклянную пластину, но на обратной ее стороне мы имеем не прозрачный слой проводящего вещества, а сетку электродов. Если у поверхностно-емкостных панелей только четыре электрода по углам, то здесь они расположены на всей площади дисплея.

Принцип работы такого рода экрана заключается в том, что во время касания сенсорной поверхности палец и электрод, находящийся в определенной точке (которую мы и задели), образуют конденсат. В месте касания накапливается заряд и энергия, благодаря чему напряжение между телом человека и электродом, отвечающим за определенную область на поверхности, возрастает. Это и определяют специальные датчики и таким образом находят точку на экране, с которой взаимодействует пользователь.

Что такое тачскрин на телефоне

Источник: commons.wikimedia.org

Большим прогрессом и шагом вперед стало и то, что проекционно-емкостные панели научились регистрировать сразу несколько касаний человека – появился «мультитач», впервые запатентованный компанией Fingerworks, которая позже была выкуплена Apple. У поверхностно-емкостных дисплеев теоретически максимально возможное количество нажатий равно двум.

Преимущества:

  • Умеет регистрировать множество точек соприкосновения.
  • Надежность и долговечность (ввиду особенностей конструкции могут иметь толстое стекло).
  • Неуязвимы перед любыми загрязнениями, в том числе и проводящими (в крайнем случае они контролируются программными способами).
  • Высокое светопропускание (90% и более).

Недостатки:

  • Высокая стоимость производства.

Резистивные

Еще один тип сенсорного экрана, который также получил огромную популярность в устройствах, предназначенных как для промышленных отраслей, так и для персонального использования – резистивный. Главным отличием от предыдущих видов тачскринов, если не углубляться в принцип работы, является то, что такие дисплеи фиксируют любые касания: пальцем (даже в перчатке), карандашом, кредиткой и т.п.

Резистивный экран состоит из двух частей: пластиковой мембраны и стеклянной панели, на которые нанесено токопроводящее покрытие. При нажатии в определенном месте происходит замыкание пластиковой и стеклянной составляющих данного типа тачскринов, что фиксирует микропроцессор, впоследствии определяя точные координаты точки.

Что такое тачскрин на телефоне

Работа 4-проводного резистивного экрана.

Источник: commons.wikimedia.org

Если быть точнее, то в качестве «микропроцессора» выступает аналогово-цифровой преобразователь, который занимается мониторингом напряжения на всей поверхности панели. Когда ничто не соприкасается с экраном, напряжение во всех точках равно 5 вольтам, но как только происходит какое-либо взаимодействие, то в определенном месте фиксируется другое значение.

Из резистивных различают четырехпроводной и пятипроводной экраны. Структурно глобальных отличий между ними нет, но последний будет более надежным, так как продолжает работать даже с поврежденной мембраной. Ранее такая технология использовалась в старых смартфонах, КПК, а сейчас находит свое применение в банкоматах и различных терминалах оплаты.

Что такое тачскрин на телефоне

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

Преимущества:

  • Фиксируют нажатия любым твердым предметом.
  • Недорогие в производстве.

Недостатки:

  • Низкое светопропускание (ухудшается контрастность картинки и яркость экрана в целом).
  • Меньшая точность в сравнении с проекционно-емкостными и другими типами экранов.
  • Невозможность определять несколько нажатий одновременно.
  • Далеко не самые надежные и прочные.

Инфракрасные

Электронная книга (устройство) — Википедия

Устройство инфракрасных сенсорных экранов для многих может показаться более интересным, нежели структура других видов тачскринов. Такая технология наиболее актуальна в тех случаях, когда важно достигать наилучшего качества изображения (к примеру, она часто используется при создании электронных книг).

Представьте себе 2 линейки светодиодов по вертикали и горизонтали, образующих большую прямоугольную сетку с одной стороны и такую же по размерам сетку из фотодиодов с другой. Каждому светодиоду, порождающему невидимое для глаза человека инфракрасное излучение с небольшим углом рассеивания, фактически, противопоставлен свой фотодиод, фиксирующий это излучение.

Во время касания экрана пальцем, человек перекрывает световой поток, который излучает определенный светодиод. Из-за этого до фотодиода, который отвечает за получение пучка света, не доходит инфракрасное излучение. Это порождает некоторый сигнал, поступающий из сетки экрана на управляющий элемент, который и определяет точку касания.

Чем больше светодиодов расположено в одной линии (горизонтальной и вертикальной, то есть, в сетке в целом), тем выше точность определения координат точки нажатия. Основное применение такая технология нашла в электронных книгах, а также в устройствах для образовательных учреждений (например, экраны для видеопроекторов).

Преимущества:

  • Отличное качество изображения.
  • Хорошая ремонтопригодность и несложная конструкция.

Недостатки:

  • Маленький срок службы ввиду старения инфракрасных светодиодов.
  • Очень чувствительны к пыли и загрязнениям.
  • Уязвимы к воздействию прямых солнечных лучей.

Индукционные

Графический планшет Wacom Cintiq 16, черный — купить в интернет-магазине OZON с быстрой доставкой

Не менее интересным типом сенсорных экранов являются и более редкие (даже в сравнении с инфракрасными панелями) индукционные тачскрины. В их основе работы лежит сетка чувствительных проводов, в некотором роде похожая на ту, что мы видели у инфракрасного экрана, а также катушка индуктивности.

Когда мы касаемся экрана специальным индуктивным пером (никакие другие нажатия такое устройство просто не воспринимает), питающегося от электромагнитного резонанса, меняется напряженность действующего магнитного поля и порождается соответствующий сигнал, на основе которого датчики распознают координаты выбранной нами точки.

Свое применение индукционные сенсорные панели нашли в графических художественных планшетах, а также некоторых моделях довольно типичных для нас планшетных компьютеров.

Преимущества:

  • Максимальная точность регистрации нажатий (поэтому они и используются в дорогих графических планшетах).
  • Различает нажатия разной силы.

Недостатки:

  • Способны распознавать касания только от специального пера.
  • Производственная стоимость.

Менее актуальные типы сенсорных экранов

Оптические

Очередной тип сенсорных экранов, который нельзя назвать распространенным на сегодняшний день – оптический. Как и в случае с инфракрасными тачскринами, здесь многое также завязано на невидимом для нашего глаза излучении светодиодов, но сам принцип обнаружения координат точки нажатия несколько отличается.

Состоит такой сенсорный экран из инфракрасной подсветки, порождающей излучение, а также стеклянной панели. Регистрация взаимодействия с экраном осуществляется по принципу наблюдения хода лучей. Если ничто не касается тачскрина (граница «стекло-воздух»), то свет от подсветки не будет преломляться, а значит мы сталкиваемся с полным внутреннем отражением. Но как только какой-либо предмет (граница «стекло-предмет») касается панели, один из инфракрасных лучей рассеивается.

Что такое тачскрин на телефоне

Такое преломление пучка света и фиксируют специальные датчики, восстанавливая исходную картину и находя точку нажатия. Свое применение оптические тачскрины нашли в проекционных экранах, а также некоторых моделях жидкокристаллических дисплеев (например, сенсорный «рабочий стол» Microsoft PixelSense).

Преимущества:

  • Присутствует поддержка мультитача.
  • Умеют отличать касание пальцем руки от касаний посторонними предметами.
  • Может использоваться на больших сенсорных поверхностях.
  • Предельная прозрачность составляет 100%.

Недостатки:

  • Те же, что и у инфракрасных экранов.

Матричные

Данный тип сенсорного экрана по принципу работы наиболее схож с уже знакомыми нам резистивными тачскринами. Единственное отличие между ними заключается лишь в том, что проводники в такой конструкции делятся на горизонтальные и вертикальные. Первые наносятся на стекло, вторые – на гибкую пластиковую мембрану.

В остальном все идентично: после соприкосновения с экраном проводники, находящиеся на разных поверхностях смыкаются, что подает некоторый сигнал, который фиксирует специальное устройство и определяет координаты точки.

Не совсем ясно, для чего истории было необходимо такое ответвление и в принципе такой вид сенсорных экранов, ведь каких-либо новых преимуществ в себе данная конструкция, в сравнении с резистивной, не несет. Ну, разве что, матричные тачскрины являются чуть более простыми и дешевыми в производстве. Особого распространения технология не получила.

Преимущества:

  • Возможно настроить мультитач.
  • Очень простые и доступные.

Недостатки:

  • Крайне низкая точность.

Тензометрические

Последний вид тачскринов, который мы рассмотрим в этой статье – тензометрические сенсорные экраны. По многим параметрам они похожи на проекционно-емкостные экраны, так как также активно применяются в различных банкоматах, терминалах оплаты, билетных автоматах и прочих устройствах, которые постоянно находятся на улице.

Это связано с тем, что конструкция тензометрического экрана может похвастаться отличной прочностью. Если оптические или, к примеру, инфракрасные тачскрины реагируют на сигналы, связанные с изменением хода пучков света, а принцип работы емкостных или резистивных панелей заключается в постоянном измерении напряжения и мониторинга параметров каждого электрода, то здесь все завязано на деформации экрана.

Преимущества:

  • Может различать силу нажатий.
  • Хорошая защищенность от грязи и жидкостей, суровых погодных условий.
  • Неплохая предельная прозрачность: 95%.

Недостатки:

  • Низкая точность регистрации касания.

Комментировать

1 комментарий

Обзор электронной книги Onyx Boox Faust 3 — лучший друг книгочея