Princip rada kapacitivnog senzora. Kako funkcioniše ekran osetljiv na dodir na telefonu - šta je to i po čemu se razlikuje od ekrana?

Nije često da razmišljamo o tome kako funkcionira ekran uređaja u našim rukama. Ali ponekad postoje slučajevi kada nedavno kupljeni telefon ili tablet odbijaju odgovoriti na uobičajenu digitalnu olovku sa starog uređaja. U ovom slučaju postaje očito da je ekran novog proizvoda sastavljen nekom drugom tehnologijom. Ovdje se već sjećamo da postoje otporni i kapacitivni ekrani, od kojih potonji postepeno zamjenjuju prve.

Vrijedi napomenuti da malo ljudi zna razliku između površinski postavljenih i projektovanih kapacitivnih displeja. No, ekrani gotovo svih modernih tableta, pametnih telefona s Androidom ili iOS-om iz Apple-a su projektirano-kapacitivni, zahvaljujući čemu je moguća takva već neophodna funkcija kao što je multi-touch.

Površinski kapacitivni ekrani

Svi kapacitivni ekrani koriste činjenicu da svi objekti s električnim kapacitetom, uključujući ljudsko tijelo, dobro provode izmjeničnu struju.

Prvi primjerci kapacitivnih ekrana osjetljivih na dodir radili su na jednosmjernoj struji, što je pojednostavilo dizajn elektronike, posebno analogno-digitalnog pretvarača, ali je kontaminacija ekrana ili ruku često dovodila do kvarova. Za jednosmjernu struju, čak i beznačajna kapacitivnost je nepremostiva barijera.

Kapacitivni ekrani, baš kao i otporni ekrani, sastavljaju se u najjednostavnijem slučaju LCD ili AMOLED ekran koji daje sliku na samom dnu i aktivni panel na dodir na vrhu .

Aktivni dio površinskih kapacitivnih ekrana je komad stakla presvučen s jedne strane prozirnim materijalom visoke otpornosti. Indijev oksid ili kalaj oksid se koristi kao ova električno vodljiva supstanca.

Na uglovima ekrana nalaze se četiri elektrode kroz koje se dovodi mali naizmjenični napon, identičan sa svih strana. Kada dodirnete površinu ekrana električno provodljivim predmetom ili direktno prstom, struja curi kroz ljudsko tijelo. Tok neznatnih struja se istovremeno bilježi u sva četiri ugla senzorima, a mikroprocesor na osnovu razlike u vrijednostima struja određuje koordinate dodirne tačke.

Površinski kapacitivni ekran je i dalje krhak jer je njegov provodljivi premaz nanesen na vanjsku površinu i nije ničim zaštićen. Ali ne tako nježan kao otporan, jer na njegovoj površini nema tanke meke membrane. Odsustvo membrane poboljšava transparentnost ekrana i omogućava korištenje manje svijetlog i energetski efikasnog pozadinskog osvjetljenja.

Projektovani kapacitivni ekrani

Ovaj tip ekrana osetljivog na dodir je sposoban da istovremeno odredi koordinate dve ili više dodirnih tačaka, odnosno podržava funkciju multi-touch. Upravo je ovaj tip displeja instaliran na svim modernim mobilnim uređajima.

Oni rade na sličnom principu kao i površinski kapacitivni ekrani, razlika je u tome što se njihov aktivni provodni sloj taloži unutra, a ne na vanjskoj površini. Ovo čini aktivni panel mnogo sigurnijim. Možete ga prekriti staklom debljine do 18 mm, čineći ekran osetljiv na dodir izuzetno otpornim na vandalizam.

Kada dodirnete ekran osetljiv na dodir, stvara se mali kapacitet između prsta osobe i jedne od elektroda iza stakla. Mikrokontroler pulsnom strujom sondira tačno tamo gde je na mreži elektroda povećan napon zbog naglo formirane kapacitivnosti. Ekran ne reaguje na padajuće kapi vode, jer se takve provodljive smetnje lako potiskuju softverom.

Zajednički nedostatak za sve kapacitivne ekrane je nemogućnost rada s njima s bilo kojim izolacijskim objektima. Možete koristiti samo posebnu olovku ili goli prst. Neće reagovati na udobnu plastičnu olovku ili ruku u toplim rukavicama.

PCB graviranje Domaća minijaturna niskonaponska lemilica Lukav način za odlemljivanje ploča

Čovječanstvo je oduvijek voljelo biti podijeljeno u grupe: katolike i protestante, vegetarijance i mesojede, ljubitelje ekrana osjetljivih na dodir i one koji nemaju posebnu želju za njima. Srećom, malo je vjerovatno da će tehno-geekovi započeti rat ili križarski rat protiv onih koji ne dijele njihovo gledište, unatoč činjenici da armija pristalica sučelja orijentiranih na prste raste brzinom razvoja same tehnologije. . Kako sve to funkcionira?

Pametni telefoni i tableti: kako ekran radi?

Prvi ekran osetljiv na dodir pojavio se pre 40 godina u SAD. Mreža IR zraka, koja se sastoji od blokova 16x16, ugrađena je u računarski sistem Plato IV. Prvi televizor sa ekranom osetljivim na dodir prikazan je na Svetskom sajmu 1982. godine, a godinu dana kasnije predstavljen je i prvi personalni računar HP-150. Ekrani osjetljivi na dodir pojavili su se u telefonima mnogo kasnije: 2004. godine, na 3GSM kongresu (kako se u to vrijeme zvala izložba Mobile World Congress), Philips je novinarima predstavio tri modela (Philips 550, 755 i 759). U to vrijeme, mobilni operateri su polagali velike nade u MMS uslugu, pa su glavne funkcije ekrana osjetljivog na dodir bile ograničene na zabavu: kako bi MMS učinili emotivnijim, programeri su korisnicima ponudili da obrađuju fotografije pomoću olovke - znak, crtanje detalja - i tek onda poslati primaocu.

Istovremeno, postalo je moguće koristiti virtuelnu tastaturu, ali pošto su svi modeli imali digitalnu tastaturu, a ekran osetljiv na dodir značajno je povećao cenu uređaja, na neko vreme su bili zaboravljeni. Godinu dana kasnije pojavio se Fly X7 - bombončić bez tastature u potpunosti osjetljiv na dodir, nažalost, s nizom hardverskih nedostataka, koji su ga, zajedno sa tadašnjom opskurnošću brenda, zatrpali među neupadljivim modelima. I to nisu bili jedini pokušaji da se stvori nešto novo, međutim, unatoč brojnim prethodnicima, prvi punopravni modeli orijentirani na prste mogu se nazvati samo Apple iPhone, LG KE850 PRADA i HTC Touch linija, koja se pojavila na tržištu 2007. Oni su označili početak ere telefona na dodir.

Strogo govoreći, dodirni element nije ekran - to je provodna površina koja radi u tandemu sa ekranom i omogućava unos podataka prstom ili drugim predmetom.

Kako ekran prepoznaje dodir?

Postoji mnogo tipova ekrana osetljivih na dodir, ali ćemo se fokusirati samo na one koji se široko koriste u mobilnim uređajima: pametnim telefonima i tabletima.

Otporni displej se sastoji od fleksibilne plastične membrane i staklene ploče, a prostor između njih je ispunjen mikroizolatorima koji izoluju vodljivu površinu. Kada prstom ili olovkom pritisnete ekran, panel i membrana se zatvaraju, a kontroler registruje promjenu otpora, na osnovu čega pametna elektronika određuje koordinate pritiska. Glavne prednosti su niska cijena i jednostavnost proizvodnje, što smanjuje tržišnu cijenu konačnog uređaja.

Još jedna nesumnjiva prednost je to što ekran reaguje na svaki pritisak – pri radu s njim nije potrebno koristiti posebnu provodnu olovku ili prst; nalivpero ili bilo koji drugi predmet kojim možete pritisnuti određenu tačku na ekranu je sasvim pogodan za ovo. Otporni ekran je otporan na prljavštinu. Brojne operacije se mogu izvesti čak i rukom u rukavici - na primjer, odgovaranje na poziv u hladnoj sezoni. Međutim, nije bilo bez nedostataka. Otporni ekran se lako izgrebe, pa je preporučljivo prekriti ga posebnim zaštitnim filmom, što zauzvrat ne utiče najbolje na kvalitetu slike. Štaviše, ove ogrebotine imaju tendenciju povećanja veličine.

Ekran ima nisku transparentnost - prenosi samo 85% svjetlosti koja izlazi iz ekrana. Na niskim temperaturama ekran se „zamrzava“ i slabije reaguje na pritisak, a nije baš izdržljiv (35 miliona klikova na jednoj tački). Preteča otpornih ekrana bili su matrični ekrani osjetljivi na dodir, čija je osnova bila mreža osjetljiva na dodir: horizontalni provodnici su naneseni na staklo, a vertikalni provodnici na membranu. Kada ste dodirnuli ekran, vodilice su se zatvorile i pokazivale koordinate tačke. Ova tehnologija se i danas koristi, ali je više gotovo ne vidite u pametnim telefonima.

Krug otpornog ekrana

Tehnologija kapacitivnih ekrana temelji se na činjenici da osoba ima veliki električni kapacitet i da je sposobna provoditi struju. Da bi sve funkcioniralo, na ekran se nanosi tanak vodljivi sloj, a slaba naizmjenična struja male veličine dovodi se u svaki od četiri ugla. Kada dodirnete ekran, dolazi do tačke curenja, koja zavisi od toga koliko je udaljen dodir od ugla ekrana. Ova vrijednost se koristi za određivanje koordinata tačke. Takvi ekrani su otporniji na ogrebotine, ne propuštaju tekućinu, izdržljiviji su (oko 200 miliona klikova) i transparentniji u odnosu na otporne, a reagiraju i na najlakše dodire. Međutim, to ima i svojih nedostataka – tokom razgovora možete nespretno dodirnuti telefon uho i lako pokrenuti neku aplikaciju, ne možete odgovoriti na poziv rukom u rukavici – električna provodljivost nije ista. Viša cijena ekrana, naravno, utiče na cijenu uređaja.

Kapacitivni ekranski krug

Kako moj iPhone radi?

Naprednije vrste kapacitivnih ekrana uključuju projekciono-kapacitivne ekrane. Elektroda se nanosi na unutrašnju površinu stakla, a osoba djeluje kao druga elektroda. Kada dodirnete ekran, formira se kondenzator čijim se merenjem kapacitivnosti mogu odrediti koordinate dodira. Pošto se elektroda nanosi na unutrašnju površinu ekrana, vrlo je otporna na kontaminaciju; Sloj stakla može doseći 18 mm, što može značajno povećati vijek trajanja ekrana i otpornost na mehanička oštećenja.

Jedna od najzanimljivijih karakteristika projektovanih kapacitivnih ekrana je podrška za multi-touch tehnologiju. Takođe imaju veliku osjetljivost i relativno širok raspon radnih temperatura, ali još uvijek ne komuniciraju dobro s rukom u rukavici. Čini se da bi to moglo zbuniti potencijalne kupce, ali prije nekoliko godina jedan od poduzetnih korejskih obožavatelja iPhonea pomislio je da kao olovku koristi običnu kobasicu, čija je električna provodljivost omogućavala odgovaranje na poziv. Kontroverzni trend izazvao je buru oduševljenja na forumima i privukao pažnju proizvođača dodataka, koji su u prodaju pustili specijalnu olovku za kobasice. Ima barem jednu prednost u odnosu na običnu kobasicu - ne ostavlja masne tragove na ekranu uređaja.

Dijagram projektivnog kapacitivnog ekrana

Bez obzira na tehnologiju ekrana, on ima niz tipičnih karakteristika. Osim rezolucije, glavne karakteristike ekrana uključuju ugao gledanja i prikaz boja, koji zavise od tipa ekrana. Koncept reprodukcije boja neraskidivo je povezan sa "dubinom boje", terminom koji se odnosi na količinu memorije u broju bitova koji se koriste za skladištenje i prenos boje. Što više bitova, to su dublje boje. Moderni LCD ekrani u pametnim telefonima i tabletima prikazuju 18-bitnu boju (više od 262 hiljade nijansi). Maksimalno mogući u ovom trenutku je 24-bitni TrueColor, koji je sposoban da reprodukuje više od 16 miliona nijansi u AMOLED i IPS matricama.

Ugao gledanja, kao i svaki drugi ugao, meri se u stepenima i karakteriše vrednost pri kojoj osvetljenost i čitljivost ekrana ne pada više od dva puta kada se gleda direktno okomito. LCD ekrani imaju ovu karakteristiku, ali ne i OLED.

Poređenje medija plejera: prednosti i nedostaci

Model	Tip ekrana	Nedostaci	Prednosti
	Projektovani kapacitivni	Ne može se kontrolisati olovkom	Multitouch podrška
	AMOLED	Puno odsjaji na suncu
		Neujednačeno pozadinsko osvetljenje	Pouzdan prikaz boja Veliki uglovi gledanja Mala potrošnja energije
	TFT TN	Loš prikaz boja Mali ugao gledanja	Brzi odgovor Jeftino
	IPS	Vrijeme odziva	Dobri uglovi gledanja Dobar kontrast Dobar prikaz boja

ZOOM.CNews

Vrste ekrana pametnih telefona i tableta

Trenutno, proizvodnja pametnih telefona i tableta obično koristi ili LCD ili OLED ekrane.

LCD ekrani su zasnovani na tečnim kristalima, koji nemaju sopstveni sjaj, pa im je neophodno pozadinsko osvetljenje. Pod vanjskim utjecajem (temperaturnim ili električnim), kristali mogu promijeniti strukturu i postati neprozirni. Kontrolom struje možete kreirati natpise ili slike na displeju.

kolo LCD piksela

Zasloni s tekućim kristalima koji se koriste u pametnim telefonima i tabletima su uglavnom aktivni matrični (TFT). TFT-ovi koriste prozirne tankoslojne tranzistore koji se nalaze odmah ispod površine ekrana. Za svaki piksel slike odgovoran je poseban tranzistor, tako da se slika brzo i lako ažurira.

Pojavom LCD TFT matrica, vrijeme odziva ekrana se značajno povećalo, ali problemi s prikazom boja, uglovima gledanja i mrtvim pikselima ostaju.

kolo LCD piksela

Najčešće TFT matrice su TN+film i IPS. TN+film je najjednostavnija tehnologija. Film je dodatni sloj koji se koristi za povećanje ugla gledanja. Prednosti ovakvih matrica su kratko vrijeme odziva i niska cijena, nedostaci su loša reprodukcija boja i, nažalost, uglovi gledanja (120-140 stepeni). U IPS matricama (In-Plane-Switchin), bilo je moguće povećati ugao gledanja na 178 stepeni, povećati kontrast i reprodukciju boja na 24 bita i postići duboku crnu boju: u ovoj matrici, drugi filter je uvek okomit na prvi , tako da svjetlost ne prolazi kroz njega. Ali vrijeme odgovora je još uvijek malo. Super-IPS je direktan nasljednik IPS-a sa smanjenim vremenom odziva.

PLS matrica (Plain-to-Line Switchin) pojavila se u nedrima Samsunga kao alternativa IPS-u. Njegove prednosti uključuju veću gustoću piksela od IPS-a, visoku svjetlinu i dobru reprodukciju boja, nisku potrošnju energije i velike uglove gledanja. Vrijeme odziva je uporedivo sa Super-IPS. Među nedostacima je neravnomjerno osvjetljenje. Sledeća generacija, Super-PLS, nadmašila je IPS u uglovima gledanja za 100% i za 10% u kontrastu. Takođe, ispostavilo se da su ove matrice jeftinije za proizvodnju čak 15%.

U proizvodnji OLED displeja koriste se organske diode koje emituju svjetlost, koje emituju vlastiti sjaj kada su izložene struji. U poređenju sa LCD ekranima, OLED ima mnogo prednosti. Prvo, ne koriste dodatno pozadinsko osvjetljenje, što znači da se baterija pametnog telefona ne prazni tako brzo kao u slučaju LCD-a. Drugo, OLED ekrani su tanji. Debljina i dizajn uređaja direktno zavise od ove karakteristike. Osim toga, OLED ekrani mogu biti fleksibilni, što je dobro za budući razvoj. OLED nema parametar kao što je "ugao gledanja" - slika je jasno vidljiva iz bilo kojeg ugla. OLED također vodi u svjetlini i kontrastu (1.000.000:1).

Hvaljen je zbog svojih živih i bogatih boja i, posebno, zbog duboke crne. Ali postoje, naravno, nedostaci. Jedna od glavnih je krhkost: organska jedinjenja su nestabilna u okolini i imaju tendenciju da izblijede, a neke boje spektra pate više od drugih. Iako ako mijenjate telefon svake tri godine, malo je vjerovatno da će to biti argument protiv kupovine. Osim toga, OLED je još uvijek skuplji za proizvodnju od LCD-a.

OLED kolo

OLED ekrani druge generacije takođe uglavnom imaju TFT aktivnu matricu. Zovu se AMOLED. Glavna prednost je još niža potrošnja energije, nedostaci su nečitljivost slike na jakom suncu.

AMOLED kolo

Sljedeći koraci u razvoju tehnologije bili su SuperAMOLED ekrani, koje je Samsung prvi počeo koristiti. Njihova fundamentalna razlika od AMOLED-a je u tome što su filmovi sa aktivnim tranzistorima (TFT) integrisani u film od poluprovodnika. Ovo daje 20% povećanje svjetline, 20% smanjenje potrošnje energije i povećanje čitljivosti sunčeve svjetlosti za čak 80%!

SUPERAMOLED kolo

Nemojte brkati ekrane napravljene pomoću OLED tehnologije sa ekranima sa LED pozadinskim osvetljenjem - to su potpuno različite stvari. U potonjem slučaju, običan LCD ekran dobija stražnje ili bočno LED pozadinsko osvjetljenje, što, naravno, poboljšava kvalitet slike, ali i dalje zaostaje za AMOLED ili SuperAMOLED.

Šta nam budućnost donosi?

U ovom trenutku, najjasniji i najpredvidljiviji izgledi čekaju OLED ekrane. Već sada na internetu možete pronaći informacije o tehnologiji bliske budućnosti QLED - LED diode zasnovane na kvantnim tačkama (poluprovodnički nanokristal koji svijetli kada je izložen struji ili svjetlosti). Prednosti ove tehnologije su visoka svjetlina, niska cijena proizvodnje, širok raspon boja, niska potrošnja energije. Kvantne tačke, koje čine osnovu nove tehnologije, imaju još jedno važno svojstvo - sposobne su da emituju spektralno čiste boje. Već sada se predviđa da ova tehnologija ima svijetlu budućnost. Samsung je već razvio QLED ekran u punoj boji od 4 inča, ali ne žuri da lansira novi proizvod u masovnu proizvodnju.

Prototip QLED displeja

Ali Samsung je potvrdio da će masovna proizvodnja fleksibilnih OLED ekrana početi ove godine. Prvi uređaji će vjerovatno biti pametni telefoni i tableti. Mala debljina ekrana i fizička svojstva panela značajno će povećati korisnu površinu ekrana i osloboditi ruke tehno dizajnerima.

Još jedna obećavajuća tehnologija je IGZO, koju razvija Sharp. Zasnovan je na istraživanju profesora Hidea Hosona, koji je odlučio da bliže pogleda alternativne poluprovodnike i kao rezultat toga razvio TAOS (Transparent Amorphous Oxide Semiconductors) tehnologiju - prozirne amorfne oksidne poluprovodnike koji sadrže okside indija, galija i cinka (InGaZnO) , skraćeno IGZO. Razlika između mješavine i amorfnog silicija, koji je korišten u proizvodnji TFT-a, može značajno smanjiti vrijeme odziva, značajno povećati rezoluciju ekrana, učiniti ga svjetlijim i kontrastnijim. Apple se jako zainteresirao za izglede ove tehnologije i uložio milijardu dolara u proizvodnju IGZO displeja.

Danas niko ne sumnja da je ekran osetljiv na dodir na vašem telefonu zgodna stvar. Ovakvi displeji se koriste za kreiranje mnogih uređaja – tableta, mobilnih telefona, čitača, referentnih uređaja i gomile drugih perifernih uređaja. Ekran osjetljiv na dodir omogućava zamjenu brojnih mehaničkih dugmadi, a to je vrlo zgodno jer kombinuje i ekran i visokokvalitetan ulazni uređaj. Nivo pouzdanosti uređaja značajno se povećava, jer nema mehaničkih dijelova. Trenutno se ekrani osjetljivi na dodir obično dijele na nekoliko tipova: otporni (postoje četvero-, peto-, osmožični), projekcijsko-kapacitivni, matrično-kapacitivni, optički i deformacijski. Pored toga, displeji se mogu kreirati na osnovu površinskih akustičnih talasa ili infracrvenih zraka. Već postoji nekoliko desetina patentiranih tehnologija. Danas se najčešće koriste kapacitivni i otporni ekrani. Pogledajmo ih detaljnije.

Otporni ekran.

Najjednostavniji tip je četverožilni, koji se sastoji od posebne staklene ploče kao i plastične membrane. Prostor između stakla i plastične membrane mora biti ispunjen mikroizolatorima koji mogu pouzdano izolovati vodljive površine jedna od druge. Preko cijele površine slojeva postavljaju se elektrode, koje su tanke metalne ploče. U zadnjem sloju elektrode su u vertikalnom položaju, au prednjem sloju - u horizontalnom položaju kako bi se mogle izračunati koordinate. Ako pritisnete na displeju, panel i membrana će se automatski zatvoriti, a poseban senzor će osjetiti pritisak, pretvarajući ga u signal. Osmožični displeji, koji se odlikuju visokim nivoom tačnosti, smatraju se najnaprednijim tipom. Međutim, ove ekrane karakteriše nizak nivo pouzdanosti i krhkosti. Ako je važno da je displej pouzdan, morate odabrati petožilni tip.

1 - staklena ploča, 2 - otporni premaz, 3 - mikroizolatori, 4 - film sa provodljivim premazom

Matrični ekrani.

Dizajn je sličan otpornom displeju, iako je pojednostavljen. Vertikalni provodnici su posebno naneseni na membranu, a horizontalni provodnici na staklo. Ako kliknete na displej, provodnici će se sigurno dodirnuti i poprečno zatvoriti. Procesor može pratiti koji provodnici su kratko spojeni, a to pomaže u otkrivanju koordinata klika. Matrični ekrani se ne mogu nazvati visoko preciznim, tako da se ne koriste dugo vremena.

Kapacitivni ekrani.

Dizajn kapacitivnih ekrana je prilično složen, a zasniva se na činjenici da ljudsko tijelo i ekran zajedno čine kondenzator koji provodi naizmjeničnu struju. Takvi ekrani su napravljeni u obliku staklenog panela koji je prekriven otpornim materijalom tako da električni kontakt nije otežan. Elektrode se nalaze na četiri ugla displeja i napajaju se naizmeničnim naponom. Ako dodirnete površinu ekrana, doći će do curenja naizmjenične struje kroz gore spomenuti “kondenzator”. To bilježe senzori, nakon čega informacije obrađuje mikroprocesor uređaja. Kapacitivni displeji mogu izdržati do 200 miliona klikova, imaju prosječan nivo tačnosti, ali se, nažalost, boje bilo kakvog utjecaja tekućine.

Projektivni kapacitivni ekrani.

Projektovani kapacitivni ekrani mogu, za razliku od prethodnih tipova o kojima se raspravljalo, biti u stanju da detektuju nekoliko klikova odjednom. Sa unutrašnje strane uvijek postoji posebna mreža elektroda, a prilikom kontakta s njima sigurno će se formirati kondenzator. Na ovoj lokaciji će se promijeniti električni kapacitet. Kontrolor će moći odrediti tačku gdje su se elektrode ukrštale. Zatim se vrše proračuni. Ako pritisnete ekran na nekoliko mjesta odjednom, neće se formirati jedan kondenzator, već nekoliko.

Ekran sa mrežom infracrvenih zraka.

Princip rada ovakvih displeja je jednostavan, a donekle je sličan matričnom. U ovom slučaju, provodnici se zamjenjuju posebnim infracrvenim zracima. Oko ovog ekrana nalazi se okvir u koji su ugrađeni emiteri, kao i prijemnici. Ako dodirnete ekran, neki snopovi će se preklapati i ne mogu doći do svog odredišta, odnosno prijemnika. Kao rezultat toga, kontroler izračunava lokaciju kontakta. Takvi ekrani mogu propuštati svjetlost, izdržljivi su, jer nema osjetljivog premaza i nema nikakvog mehaničkog dodira. Međutim, takvi displeji trenutno ne zadovoljavaju visoku preciznost i boje se bilo kakve kontaminacije. Ali dijagonala okvira takvog ekrana može doseći 150 inča.

Ekrani na dodir zasnovani na površinskim akustičnim talasima.

Ovaj displej je uvek napravljen u obliku staklene ploče u koju su ugrađeni piezoelektrični pretvarači, smešteni pod različitim uglovima. Tu su i reflektirajući i prijemni senzori oko perimetra. Kontroler je odgovoran za generiranje signala čija je frekvencija visoka. Nakon toga, signali se uvijek šalju na piezoelektrične pretvarače, koji dolazne signale mogu pretvoriti u akustične vibracije, koje se naknadno reflektiraju od reflektirajućih senzora. Talasi se zatim mogu pokupiti prijemnicima, poslati natrag u piezoelektrične pretvarače, a zatim ih pretvoriti u električni signal. Ako pritisnete ekran, energija akustičnih talasa će se delimično apsorbovati. Prijemnici su osjetljivi na takve promjene, a procesor može izračunati dodirne tačke. Glavna prednost je što ekrani osjetljivi na dodir bazirani na površinskim akustičnim valovima prate koordinate tačke pritiska i silu pritiska. Displeji ovog tipa su izdržljivi, jer mogu izdržati 50 miliona dodira. Najčešće se koriste za slot mašine i sisteme pomoći. Treba uzeti u obzir da rad takvog displeja možda neće biti precizan u prisustvu ambijentalne buke, vibracija ili akustičnog zagađenja.

Uređaj za unos informacija, koji je ekran koji reaguje na dodire. Postoji mnogo različitih tipova ekrana osetljivih na dodir koji rade na različitim fizičkim principima. Ali razmotrit ćemo samo one koji se nalaze u mobilnim telefonima i drugoj prijenosnoj opremi.

Kako rade otporni ekrani na dodir

Otporni ekrani osjetljivi na dodir dolaze u dvije vrste, četverožilni i petožilni. Razmotrimo princip rada svake vrste posebno.

Četvorožični otporni ekran

Princip rada 4-žičnog otpornog ekrana osjetljivog na dodir

Otporni ekran osjetljiv na dodir sastoji se od staklene ploče i fleksibilne plastične membrane. Otporni premaz se nanosi i na panel i na membranu. Prostor između stakla i membrane ispunjen je mikroizolatorima, koji su ravnomjerno raspoređeni po aktivnoj površini ekrana i pouzdano izoliraju vodljive površine. Kada se ekran pritisne, panel i membrana se zatvaraju, a kontroler sa analogno-digitalni pretvarač registruje promjenu otpora i pretvara je u koordinate dodira (X i Y). Općenito, algoritam čitanja je sljedeći:

1. Na gornju elektrodu se primjenjuje napon od +5V, a donja je uzemljena. Lijeva i desna su u kratkom spoju i provjerava se napon na njima. Ovaj napon odgovara Y-koordinati ekrana.
2. Slično, +5V i uzemljenje se napajaju na lijevu i desnu elektrodu, a X-koordinata se očitava odozgo i odozdo.

Petožilni otporni ekran

Ekran s pet žica je pouzdaniji zbog činjenice da je otporni premaz na membrani zamijenjen provodljivim (5-žični ekran nastavlja raditi čak i s prorezanom membranom). Stražnje staklo ima otporni premaz sa četiri elektrode na uglovima.

Princip rada 5-žičnog otpornog ekrana osetljivog na dodir

U početku su sve četiri elektrode uzemljene, a membrana je otpornikom "povučena" na +5V. Stalno se prati nivo napona na membrani analogno-digitalni pretvarač. Kada ništa ne dodiruje ekran osetljiv na dodir, napon je 5V.

Čim se ekran pritisne, mikroprocesor detektuje promenu napona membrane i počinje da izračunava koordinate dodira na sledeći način:

1. Na dvije desne elektrode primjenjuje se napon od +5V, a lijevi su uzemljeni. Napon na ekranu odgovara X-koordinati.
2. Y-koordinata se očitava spajanjem obje gornje elektrode na +5V i uzemljenje obje donje elektrode.

Kako rade kapacitivni ekrani osjetljivi na dodir

Kapacitivni (ili površinski kapacitivni) ekran koristi prednost činjenice da objekt velikog kapaciteta provodi naizmjeničnu struju.

Princip rada kapacitivnog ekrana osetljivog na dodir

Kapacitivni ekran osjetljiv na dodir je staklena ploča presvučena prozirnim otpornim materijalom (obično legura indijevog oksida i kalajnog oksida). Elektrode smještene na uglovima ekrana primjenjuju mali naizmjenični napon (isti za sve kutove) na provodljivi sloj. Kada dodirnete ekran prstom ili drugim provodljivim predmetom, struja curi. Štaviše, što je prst bliže elektrodi, to je manji otpor ekrana, što znači da je struja veća. Struja u sva četiri ugla se snima senzorima i prenosi na kontroler, koji izračunava koordinate dodirne tačke.

U ranijim modelima kapacitivnih ekrana korištena je jednosmjerna struja - to je pojednostavilo dizajn, ali ako je korisnik imao loš kontakt sa zemljom, to je dovelo do kvarova.

Kapacitivni ekrani osetljivi na dodir su pouzdani, oko 200 miliona klikova (oko 6 i po godina klikova svake sekunde), ne propuštaju tečnosti i odlično podnose neprovodne kontaminante. Transparentnost na 90%. Međutim, vodljivi premaz je još uvijek ranjiv. Stoga se kapacitivni ekrani široko koriste u mašinama instaliranim u zaštićenim područjima. Ne reaguju na ruku u rukavici.

Princip rada projektovanih kapacitivnih ekrana osetljivih na dodir

Na unutrašnjoj strani ekrana je postavljena mreža elektroda. Elektroda zajedno sa ljudskim tijelom čini kondenzator; elektronika mjeri kapacitivnost ovog kondenzatora (isporučuje strujni impuls i mjeri napon).

Princip rada projektovanog kapacitivnog ekrana osetljivog na dodir

Prozirnost ovakvih ekrana je do 90%, temperaturni raspon je izuzetno širok. Vrlo izdržljiv (usko grlo je složena elektronika koja obrađuje klikove). POE može koristiti staklo debljine do 18 mm, što rezultira ekstremnom otpornošću na vandalizam. Ne reagiraju na neprovodne zagađivače, a vodljive se lako potiskuju softverskim metodama. Stoga se projektovani kapacitivni ekrani osjetljivi na dodir koriste u vanjskim mašinama. Mnogi modeli reaguju na ruku u rukavici. U modernim modelima dizajneri su postigli vrlo visoku preciznost - međutim, verzije otporne na vandal su manje točne.

PEE-ovi čak reaguju na približavanje ruke - prag odgovora se postavlja softverom. Razlikovati ručno pritiskanje i pritiskanje provodljivom olovkom. Neki modeli podržavaju multi-touch. Stoga se ova tehnologija koristi u touchpad-ovima i multi-touch ekranima.

Vrijedi napomenuti da se zbog razlika u terminologiji, ekrani s površinskim i projektiranim kapacitivnim ekranima često brkaju. Prema klasifikaciji korištenoj u ovom članku, ekran iPhonea je projektovan kapacitivno.

Zaključak

Svaki tip ekrana osjetljivog na dodir ima svoje prednosti i nedostatke; radi jasnoće, pogledajmo tabelu.

	Otporni 4-žični	Otporni 5-žični	Kapacitivni	Projektovani kapacitivni
Funkcionalnost
Ruka u rukavici	Da	Da	br	Da
Čvrsti provodljivi objekt	Da	Da	Da	Da
Čvrsti neprovodni objekt	Da	Da	br	br
Multi-touch	br	Da	Da	Da
Merenje pritiska	br	br	br	Da
Konačna transparentnost, %	75	85	90	90
Preciznost	Visoko	Visoko	Visoko	Visoko
Pouzdanost
Životni vijek, milion klikova	10	35	200	∞
Zaštita od prljavštine i tečnosti	Da	Da	Da	Da
Otpor vandalizmu	br	br	br	Da

Članak je napisan na osnovu materijala sa stranice

Danas niko ne može biti iznenađen telefonom sa ekranom osetljivim na dodir. Ručne kontrole su postale moderne, ali malo ljudi razmišlja o tome šta se dešava kada dodirnete ekran. Pojasnit ću kako funkcioniraju najčešći tipovi ekrana osjetljivih na dodir. Pogodnost i produktivnost rada s digitalnom tehnologijom ovise prvenstveno o korištenim uređajima za unos informacija, uz pomoć kojih osoba kontrolira opremu i preuzima podatke. Najrasprostranjeniji i najuniverzalniji instrument je klavijatura, koja je danas široko rasprostranjena. Međutim, nije uvijek zgodno koristiti ga. Na primjer, dimenzije mobilnih telefona ne dozvoljavaju ugradnju velikih ključeva, zbog čega se smanjuje brzina unosa informacija. Ovaj problem je riješen korištenjem ekrana osjetljivog na dodir. U samo nekoliko godina napravili su pravu revoluciju na tržištu i počeli da se implementiraju svuda - od mobilnih telefona i e-knjiga do monitora i štampača.

Početak senzornog buma

Kupovina novog smartfon, čije tijelo nema nijedno dugme ili džojstik, teško da ćete razmišljati o tome kako ćete njime upravljati. Sa stanovišta korisnika, u tome nema ništa komplikovano: samo prstom dodirnite ikonu na ekranu, što će dovesti do neke radnje - otvaranja prozora za unos telefonskog broja, SMS ili adresar. U međuvremenu, prije 20 godina moglo se samo sanjati o takvim prilikama.

Ekran osjetljiv na dodir izumljen je u SAD-u u drugoj polovini 60-ih godina prošlog stoljeća, ali je do ranih 90-ih korišćen uglavnom u medicinskoj i industrijskoj opremi za zamjenu tradicionalnih ulaznih uređaja, čija je upotreba ispunjena poteškoćama pod određenim radni uslovi. Kako se veličina računara smanjivala i pojavljivali PDA uređaji, postavilo se pitanje poboljšanja njihovih kontrolnih sistema. 1998. godine pojavio se prvi ručni uređaj sa ekranom na dodir i sistemom za prepoznavanje unosa i rukopisa Apple Newton MessagePad, a uskoro i komunikatori sa ekranima osjetljivim na dodir.

2006. godine gotovo svi veliki proizvođači počeli su proizvoditi pametne telefone sa ekranima osjetljivim na dodir, a nakon pojave Apple iPhone 2007. godine počeo je pravi bum na dodir - pojavili su se ekrani ovog tipa u štampačima, e-čitačima, raznim vrstama računara itd. Šta se dešava kada dodirnete ekran osetljiv na dodir i kako uređaj „zna” gde ste tačno pritisnuli?

Princip rada otpornog ekrana osetljivog na dodir

Tokom 40-godišnje istorije dodirnih ekrana razvijeno je nekoliko tipova ovih ulaznih uređaja, zasnovanih na različitim fizičkim principima koji se koriste za određivanje lokacije dodira. Trenutno su najrasprostranjenije dvije vrste displeja - otporni i kapacitivni. Pored toga, postoje ekrani koji mogu registrovati više klikova istovremeno ( Multitouch) ili samo jedan.

Ekrani napravljeni pomoću otporne tehnologije sastoje se od dva glavna dijela - fleksibilnog gornjeg sloja i krutog donjeg sloja. Kao prva mogu se koristiti razne plastične ili poliesterske folije, a druga je od stakla. Na unutrašnje strane obje površine nanose se slojevi fleksibilne membrane i otpornog (koji ima električni otpor) materijala koji provodi električnu struju. Prostor između njih ispunjen je dielektrikom.

Na rubovima svakog sloja nalaze se tanke metalne ploče - elektrode. U zadnjem sloju sa otpornim materijalom nalaze se okomito, au prednjem sloju - vodoravno. U prvom slučaju na njih se primjenjuje konstantan napon, a električna struja teče od jedne elektrode do druge. U tom slučaju dolazi do pada napona proporcionalnog dužini dijela ekrana.

Kada dodirnete ekran osetljiv na dodir, prednji sloj se savija i stupa u interakciju sa zadnjim slojem, što omogućava kontroleru da odredi napon na njemu i pomoću njega izračuna koordinate dodirne tačke horizontalno (X osa). Da bi se smanjio utjecaj otpora prednjeg otpornog sloja, elektrode koje se nalaze u njemu su uzemljene. Zatim se izvodi obrnuta operacija: napon se dovodi na elektrode prednjeg sloja, a one koje se nalaze u stražnjem sloju se uzemljuju - tako je moguće izračunati vertikalnu koordinatu dodirne točke (Y osa). Ovo je princip rada četverožilnog (nazvanog po broju elektroda) otpornog ekrana osjetljivog na dodir.

Pored četvorožičnih, tu su i peto- i osmožični ekrani osetljivi na dodir. Potonji imaju sličan princip rada, ali viši tačnost pozicioniranja.

Princip rada i dizajn petožičnih otpornih ekrana osjetljivih na dodir donekle se razlikuju od gore opisanih. Prednji otporni sloj zamijenjen je provodljivim slojem i koristi se isključivo za očitavanje vrijednosti napona na stražnjem otpornom sloju. Ima četiri elektrode ugrađene u uglovima ekrana, peta elektroda je izlaz prednjeg provodnog sloja. U početku su sve četiri elektrode zadnjeg sloja pod naponom, a na prednjem sloju je nula. Čim se dodirne takav ekran osetljiv na dodir, gornji i donji sloj se povezuju u određenoj tački, a kontroler detektuje promenu napona na prednjem sloju. Ovako detektuje da je ekran dodirnut. Zatim se uzemljuju dvije elektrode u stražnjem sloju, izračunava se koordinata X-ose dodirne točke, a zatim se druge dvije elektrode uzemljuju i izračunava se koordinata Y-ose dodirne točke.

Princip rada kapacitivnog ekrana osetljivog na dodir

Princip rada kapacitivnih ekrana osetljivih na dodir zasniva se na sposobnosti ljudskog tela da provodi električnu struju, što ukazuje na prisustvo električne kapacitivnosti. U najjednostavnijem slučaju, takav ekran se sastoji od izdržljive staklene podloge na koju se nanosi sloj otpornog materijala. Na njegovim uglovima su postavljene četiri elektrode. Otporni materijal je na vrhu prekriven provodljivim filmom.

Na sve četiri elektrode primjenjuje se mali naizmjenični napon. Kada osoba dodirne ekran, električni naboj teče kroz kožu do tijela, stvarajući električnu struju. Njegova vrijednost je proporcionalna udaljenosti od elektrode (ugla ploče) do točke kontakta. Kontroler mjeri jačinu struje na sve četiri elektrode i na osnovu ovih vrijednosti izračunava koordinate dodirne tačke.

Preciznost pozicioniranja kapacitivnih ekrana je skoro ista kao kod otpornih ekrana. Istovremeno, prenose više svjetlosti (do 90%) koju emituje uređaj za prikaz. A odsustvo elemenata koji su podložni deformaciji čini ih pouzdanijima: kapacitivni ekran može izdržati više od 200 miliona klikova u jednoj tački i može raditi na niskim temperaturama (do -15 ° C). Međutim, prednji provodljivi premaz koji se koristi za određivanje položaja osjetljiv je na vlagu, mehanička oštećenja i provodljive kontaminante. Kapacitivni ekrani Pokreću se samo kada ih dodirne provodni predmet (rukom bez rukavica ili posebnom olovkom). Ekrani ovog tipa napravljeni klasičnom tehnologijom takođe nisu u stanju da prate više klikova u isto vreme.

Ovu mogućnost imaju projektovani kapacitivni ekrani osetljivi na dodir, koji se koriste u iPhone uređajima i sličnim uređajima. Ima složeniju strukturu u poređenju sa konvencionalnim kapacitivnim ekranima. Dva sloja elektroda nanose se na staklenu podlogu, odvojene dielektrikom i formiraju rešetku (elektrode u donjem sloju su postavljene okomito, a u gornjem - horizontalno). Mreža elektroda zajedno sa ljudskim tijelom čini kondenzator. Na mjestu kontakta s prstom dolazi do promjene njegovog kapaciteta, kontroler detektuje tu promjenu, utvrđuje na kojem presjeku elektroda se dogodila i iz tih podataka izračunava koordinatu dodirne točke.

Takvi ekrani takođe imaju visoke transparentnost i sposobni su za rad na čak nižim temperaturama (do -40 °C). Električno provodljive kontaminante utječu na njih u manjoj mjeri; reagiraju na ruku u rukavici. Visoka osjetljivost omogućava korištenje debelog sloja stakla (do 18 mm) za zaštitu takvih ekrana.

Princip rada četverožičnog otpornog ekrana osjetljivog na dodir

1. Gornji otporni sloj se savija i dolazi u kontakt sa donjim.
2. Kontroler detektuje napon na dodirnoj tački na donjem sloju i izračunava koordinate X-ose dodirne tačke.
3. Kontroler detektuje napon na dodirnoj tački na gornjem sloju i određuje koordinate dodirne tačke duž Y ose.

Princip rada petožičnog otpornog ekrana osetljivog na dodir

1. Ekran se može dodirnuti bilo kojim tvrdim predmetom.
2. Gornji provodni sloj se savija i dolazi u kontakt sa donjim, što ukazuje na dodirivanje ekrana.
3. Dvije od četiri elektrode donjeg sloja su uzemljene, kontroler određuje napon u tački kontakta i izračunava koordinate tačke duž X ose.
4. Ostale dvije elektrode su uzemljene, kontroler određuje napon u tački kontakta i izračunava koordinate tačke duž Y osi.

Prednosti

• Jeftino
• Visoka otpornost na mrlje
• Može se dodirnuti bilo kojim tvrdim predmetom

Nedostaci

• Niska izdržljivost (1 milion klikova u jednoj tački za četverožičnu, 35 miliona klikova za petožičnu) i otpornost na vandalizam
• Slaba transmisija svjetlosti (ne više od 85%)
• Ne podržava Multitouch

Primjeri uređaja

• Telefoni (na primjer, Nokia 5800, NTS Touch Diamond), PDA uređaji, računari (na primjer, MSI Wind Top AE1900), industrijska i medicinska oprema.

Princip rada

1. Ekran se dodiruje provodljivim predmetom (prst, posebna olovka).
2. Struja teče od ekrana do objekta.
3. Kontroler mjeri struju u uglovima ekrana i određuje koordinate dodirne tačke.

Prednosti

• Visoka izdržljivost (do 200 miliona klikova), sposobnost rada na niskim temperaturama (do -15 °C)

Nedostaci

• Osjetljiv na vlagu, provodljive kontaminante
• Ne podržava Multitouch

Primjeri uređaja

• Telefoni, touchpadi (na primjer, u iRiver VZO playeru), PDA uređaji, bankomati, kiosci.

Princip rada

1. Provodljivi predmet se dodiruje ili približava ekranu, formirajući s njim kondenzator.
2. Na mjestu kontakta mijenja se električni kapacitet.
3. Regulator registruje promjenu i određuje na kojoj raskrsnici elektroda se dogodila. Na osnovu ovih podataka izračunavaju se koordinate dodirne tačke.

Prednosti

• Visoka izdržljivost (do 200 miliona klikova), sposobnost rada na niskim temperaturama (do -40 °C)
• Visoka otpornost na vandalizam (zaslon se može prekriti slojem stakla debljine do 18 mm)
• Visoka propusnost svjetlosti (više od 90%)
• Multitouch podržan

Nedostaci

• Reaguju samo na dodir provodnog predmeta (prst, posebna olovka)

Primjeri uređaja

• Telefoni (na primjer, iPhone), dodirne table, ekrani laptopa i računara (na primjer, HP TouchSmart tx2), elektronski kiosci, bankomati, terminali za plaćanje.

Windows 7

Postalo je moguće kontrolisati računar pomoću pokreta „Scroll“, „Naprijed/nazad“, „Rotate“ i „Zoom“. Operativni sistem Windows 7 je mnogo bolje prilagođen za rad sa ekranima osetljivim na dodir od svih prethodnih verzija. 06 o tome svjedoči modificirano sučelje i traka zadataka, u kojima su se pojavile kvadratne ikone umjesto pravokutnih dugmadi koji simboliziraju pokrenute programe - mnogo ih je zgodnije pritisnuti prstom. Osim toga, pojavila se nova funkcija - liste za skokove, koje vam omogućavaju da brzo pronađete nedavno otvorene datoteke ili često pokretane stavke. Da biste aktivirali ovu funkciju, jednostavno prevucite ikonu programa na radnu površinu.

Po prvi put, operativnom sistemu Windows dodata je opcija za prepoznavanje gestova dodira, koji su povezani sa izvršavanjem pojedinih funkcija. Tako se u Windows 7 pojavilo pomicanje dodirom i, isto kao, na primjer, u Apple iPhone-u, mogućnost povećanja slika ili dokumenata pomicanjem dva prsta u različitim smjerovima. Postojao je i pokret odgovoran za rotiranje slike. Operacijama kao što su kopiranje, brisanje i lijepljenje također se mogu dodijeliti zasebni pokreti. Dugmad tastature na ekranu svetle kada se dodirnu, što olakšava upotrebu na ekranu osetljivom na dodir. A mogućnost prepoznavanja rukom pisanog teksta omogućava vam da brzo unesete male poruke.