Тачскрін або сенсорний екран – це пристрій, який дозволяє вводити в комп’ютер інформацію торкаючись його екрану за допомогою спеціального пера (стилуса) або просто за допомогою пальців. Дана технологія дозволяє відмовитися від використання додаткових апаратних кнопок, що підвищує зручність роботи і може знизити вартість усього пристрою.

Даний спосіб введення інформації був винайдений в США в 70-х роках минулого століття. Першим комп’ютером з тачскріном стала з’явилася в 1972 році система PLATO IV. Той тачскрін працював на основі сітки інфрачервоних променів. Приблизно в той же час Семюелем Херстом був розроблений перший сенсорний екран, що працює на основі резистивної технології. А в 1982-році з’явився перший телевізор з резистивним сенсорним екраном.

Технологія виготовлення сенсорних екранів розвивалася і на початку нульових років вона почала активно використовуватися у виробництві мобільних пристроїв. Спочатку з’явилися кишенькові комп’ютери з тачскріном, а потім, телефони, смартфони і планшети. Застосування тачскрін дозволило значно розширити можливості мобільних пристроїв, що стало поштовхом до значного зростання цієї галузі.

Зараз тачскрін використовується повсюдно, його вбудовують в телефони, смартфони, планшети, ноутбуки, моноблоки, монітори. Також сенсорні екрани активно застосовуються в автомобільній, медичної, промислової та побутової техніки. Фактично, будь-який пристрій, що вимагає введення інформації, може бути оснащено таким екраном.

Типи сенсорних екранів

Загальна класифікація тачскріном, які представлені на ринку, має на увазі розподіл на різновиди за типом і особливостям конструкції. Найбільш використовуваними залишаються резистивний і ємнісний види, які застосовуються в більшості мобільних гаджетів. Також існують:

матричні;
інфрачервоні;
проекционно-ємнісні;
оптичні;
сенсори DST;
хвильові;
індукційні.

Резистивний сенсор вважається «минулим століттям» в силу недосконалості технології

Резистивний сенсорний екран

Говорячи про те, що таке Touch Screen, насамперед слід згадати резистивні екрани, які стали першими в масовому виробництві. Подібні екрани складаються з двох прозорих пластин, виготовлених з пластика, на які нанесена найтонша токопроводящая сітка. Між пластинками встановлюється діелектричний шар, який потрібно для уловлювання натискання на потрібну область екрану користувачем.

При вчиненні дії власником смартфона (наприклад, натискання на потрібну область екрану) відбувається розсування діелектрика в цьому місці, що призводить до зіткненню двох пластин між собою. З’являється струм, який реєструється спеціальним контролером, визначальним по сітці координат конкретну точку натискання. Далі ці дані надходять в обробну програму, яка по заздалегідь створеному алгоритму робить необхідну дію.

За визначення координат точки натискання відповідають спеціальні електроди, розташовані по кутах матриці

Резистивні екрани мають, в свою чергу, поділ на два підтипи:

Чьотирьох сенсор. Вони виготовляються за все з однієї панелі, виконаної зі скла і пластиковою мембрани, на яку нанесено резистивное забезпечення самого екрану. Весь вільний простір між склом і пластиком заповнене ізоляторами. При здійсненні натискання відбувається замикання ланцюга, що призводить до появи координат точки дотику.
П’ятипровідні. Відмінною особливістю даного типу є відсутність резистивного забезпечення мембрани, наявність провідного шару. Це забезпечує більшу надійність, оскільки навіть після пошкодження матриці вона продовжує працювати. Відстеження точки натискання здійснюється за ступенем зміни напруги мембрани.

ДО ВІДОМА!

Існують також восьмипроводного резистивні екрани, що дозволяють підвищити точність обробки натискання, але не підвищують надійність даного типу сенсора.

Мінусом резистивного сенсора є відсутність підтримки мультитач

Говорячи про резистивних сенсорних екранах, слід зазначити їх низьку вартість, можливість здійснення натискання пальцем, стилусом і навіть рукою в рукавичці. З недоліків можна виділити:

низький ступінь провідності світлових променів;
схильність появи подряпин і тріщин внаслідок удару;
відсутність мультитач;
короткий термін служби, який становить в середньому не більше 34 млн натиснень;
неможливість реалізації функції ковзання по екрану, оскільки резистивная матриця реагує тільки на натискання.

Ємнісний сенсорний екран

Сучасним типом матриці є ємнісний тип екрану. Що це таке? Суть роботи даного різновиду полягає в дотриманні законів елементарної фізики, а саме у властивості предмета більшої місткості проводити змінний струм.

В основі роботи ємнісного типу лежить правило різниці електричних потенціалів

За своєю будовою даний тип матриці являє собою пластину зі скла, на поверхню якої нанесений шар резистивного матеріалу.

ДО ВІДОМА!

Як найкращих резисторів в даному випадку використовуються сплави оксиду індію та оксиду олова.

На кутах екрану розташовуються електроди, що подають невелика напруга на всю поверхню матриці. При зіткненні з пальцем людини відбувається витік, яка реєструється датчиками і передається в обробляє контролер, який обчислює координати точки натискання. Відмінними рисами даного типу екранів є тривалий термін служби, який становить більше 200 млн натискань, підвищена прозорість, здатність не пропускати рідину. Але поверхню даного сенсора все одно залишається вразливою для механічного впливу, тому подібні типи матриці застосовують в стаціонарних пристроях, розташованих в захищеному від впливу зовнішніх факторів місці.

У більшості сучасних мобільних пристроїв застосовуються проекционно-ємнісні сенсори

Проекційно-ємнісні сенсори

Говорячи про те, що таке сенсорний екран, обов’язково слід зазначити тип матриці, який застосовується в більшості сучасних смартфонів і планшетних комп’ютерів. Мова йде про проекционно-ємкісному сенсорі. Конструкція подібного типу представлена, крім звичної панелі, сіткою електродів, які нанесені на зворотну сторону матриці. Наявні електроди укупі з тілом людини утворюють конденсатор, а вбудована електроніка потрібно для вимірювання ємності отриманої системи.

ДО ВІДОМА!

Один з лідерів у виробництві екранів, компанія Samsung, зуміла вмістити чутливі до натиснення електроди між субпіскелямі, що дозволило спростити конструкцію і підвищити прозорість.

Підвищена прозорість, можливість використання товстого скла (аж до 19 мм) – все це забезпечує зниження ризику пошкодження проекционно-ємнісних екранів, тому вони встановлюються в пристроях, що знаходяться на відкритій території.

В інфрачервоному датчику принцип дії полягає в перериванні інфрачервоних променів в місці торкання

Матричні і інфрачервоні сенсорні екрани

У числі різновидів сенсорів можна згадати два не самих поширених типу – матричні і інфрачервоні екрани. Матричні працюють за загальними принципами резистивних конструкцій, але їх відмітною особливістю є простота. На поверхню мембрани наносяться вертикальні струмопровідні смуги, а на скляну поверхню – горизонтальні. При натисканні відбувається зіткнення смуг, а контролер обчислює місце контакту і визначає координати точки. Істотним мінусом є неможливість забезпечення високої дискретності сенсора в силу простоти конструкції.

В інфрачервоних типах застосовується аналогічний принцип пересічних смуг, які представляють собою інфрачервоні промені. При торканні екрану будь-яким предметом сітка з променів переривається в цьому місці. Подібний вид застосовується на пристроях, де потрібна висока чіткість передачі зображення, наприклад, електронні книги. Недоліком ІК сенсора є його схильність до забруднення.

Інтерактивні карти використовують тензометричний тип сенсора

Оптичні і тензометричні сенсорні екрани

Оптичний тип відрізняється наявністю інфрачервоного підсвічування, яка розподіляється між склом і матрицею, і здатною здійснювати до 100% відбиття світла всередині себе. При торканні пальцем відбувається розсіювання. Електроніці тільки залишається створити картину розсіювання для визначення точки натискання. Це здійснюється наступними способами:

установкою камери поруч з проектором;
впровадженням допоміжного субпікселя.

Подібні типи екранів застосовуються в інтерактивних шкільних дошках. Тензометрический сенсор чутливий до деформації поверхні екрану. Подібний тип відрізняє підвищена стійкість до пошкоджень, тому дані матриці застосовуються на пристроях з продажу квитків, банкоматах.

DST-технологія працює за принципом реєстрації п’єзоелектричних проявів всередині панелі скла при натисканні пальцем

У чому головна відмінність дисплея від тачскрін?

Дисплей в своїй основі – це деталь, за допомогою якої відбувається проектування зображення. Він відповідає за виведення інформації, яку безпосередньо і отримує власник апарата. Якщо екран розбито, то це відбивається на зображенні: воно може повністю або частково бути відсутнім, можуть відображатися чорні плями з розлученнями або нерівними смугами.

Тачскрін, по суті, це сенсорне скло, яке працює за простою схемою: дотику пальцем дозволяють виконувати будь-які функції або здійснювати певні дії. Якщо тачскрін несправний, то на його поверхні це відразу ж буде помітно: виникнуть тріщини, які відчуваються під пальцями, сенсор втрачає свою колишню чутливість.

Головною відмінністю дисплея від тачскрін на телефонах або планшетах є те, що в більшості випадків дисплей знаходиться під тачскріном. Таким чином, на самій поверхні пристрою є сенсорне скло, а вже нижче виводиться дисплей з зображенням.

Конструкція і принцип роботи ємнісного тачскрін

Він являє собою скло, покрите прозорим резистивним матеріалом. Зазвичай це сплав оксидів олова і індію. У кутах скла поміщені 4 електрода, з’єднаних зі шлейфом, підключеним до материнської плати.

Чим ближче палець до електрода, тим менше опір

Працює модуль наступним чином:

Електроди подають змінну або постійна напруга однакового для всіх кутів значення.
Користувач торкається до скла. При дотику з’являється витік струму, так як тіло людини є пластиною незарядженого конденсатора і починає наповнюватися зарядом від електродів.
Чим ближче палець до електрода, тим менше опір і більше сила струму, що протікає через електроди. Датчики вимірюють її значення і передають їх в контролер.
Контролер обчислює координати місця натискання і передає їх в центральний процесор для виконання команди, заданої натисканням.

Резистивний тачскрін – застаріла технологія

Існує кілька систем, що застосовуються для створення сенсорних екранів. Найбільш поширені резистивная і місткість технології, мають серйозні відмінності.

У старих смартфонах встановлювалися саме резистивні екрани, що вимагають використання стилусів (невеликих вказівок, за допомогою яких користувач ставив команди телефону). Резистивна система являє собою скло, покрите пружною плівкою і шаром, який проводить електрику.

Між цими двома елементами зберігається порожній простір. Поверхня дисплея захищається спеціальним покриттям, який оберігає екран від подряпин і інших механічних пошкоджень. Але для кращого захисту передбачається плівка (вона йшла в комплекті зі старими смартфонами).

Резистивні тачскрін мають ряд недоліків:

необхідність здійснювати натискання на екран (дотику більш зручні);
калібрування екрану, що виникає в результаті перерозподілу маси ізолюючого шару;
швидке погіршення якості тачскрін (поява тріщин, подряпин, плям та ін.);
малий термін служби, що пояснюється як раз швидким появою ушкоджень;
відсутність можливості ковзання (як на сучасних смартфонах) та ін.

Сьогодні резистивні тачскрін зустрічаються все рідше. Виробники смартфонів від них відмовилися, в основному тепер вони використовуються в банкоматах і різних терміналах.

Типи і основні принципи роботи

У конструкції смартфонів використовується всього два типи сенсорів – резистивні і ємнісні. Головна їхня відмінність з точки зору простого користувача полягає в тому, що перші активуються натисканням, а другі – дотиком.
Резистивний тачскрін по суті являє собою «бутерброд» зі скляної панелі і накладених на неї двох сенсорних мембран. Верхня – гнучка, а нижня мембрана щільно прикріплена до екрану.
Внутрішні поверхні обох оброблені проводять складом. По периметру всієї системи розташовуються електроди (від 4 до 8).
Як тільки користувач натискає на екран (стилусом або пальцем), екран реагує на дотик: зовнішня плівка прогинається і змикається з внутрішньої. Спеціальний датчик фіксує замикання ланцюга і визначає точку дотику.
Щоб зрозуміти, як працює екран, сконструйований за ємнісний технології, досить згадати зі шкільного курсу фізики, що тіло людини теж є електричним провідником.
Найпростіший ємнісний тачскрін складається зі скляної пластини з нанесеним на неї резистивним шаром і 4-х розташованих по кутах електродів. З електродів на поверхню сенсора подається змінна напруга.
Палець, притулений до екрану, стає новим ланкою в електронній ланцюга. В системі виникає витік струму, яка тут же зчитується контролером.

Чутливі до тиску сенсорні екрани – 3D Touch

Ідейним попередником сенсорних екранів, чутливих до тиску, стала фірмова технологія Apple, під назвою Force Touch, яка застосовувалася в розумних годиннику компанії, MacBook, MackBook Pro і Magic Trackpad 2.

Випробувавши на цих пристроях інтерфейсні рішення і різні сценарії використання розпізнавання сили натискання, Apple почала впровадження схожого рішення в свої смартфони. В iPhone 6s і 6s Plus розпізнавання і вимірювання тиску стало однією з функцій тачскрін і отримало комерційне найменування 3D Touch.

Хоча в Apple і не приховували, що нова технологія лише модифікує звичні нам ємнісні сенсори і навіть показали схему, в загальних рисах пояснювала принцип її дії, подробиці про пристрій сенсорних екранів з 3D Touch з’явилися тільки після того, як перші iPhone нового покоління були розібрані ентузіастами .

Для того, щоб навчити ємнісний сенсорний екран розпізнавати натискання і розрізняти кілька ступенів тиску, інженерам з Купертіно потрібно пересобрать бутерброд сенсорного екрану. Вони внесли зміни в окремі його частини і додали до ємкісному ще один, новий шар. І, що цікаво, роблячи це, вони явно надихалися застарілими резистивним екранами.

Сітка ємнісних сенсорів залишилася без змін, проте вона була перенесена назад, ближче до матриці. Між набором електричних контактів, що стежать за місцем дотику до дисплея, і захисним склом був інтегрований додатковий масив з 96 окремих датчиків.

Його завдання полягало не в тому, щоб визначити місце розташування пальця на екрані iPhone. З цим, як і раніше відмінно справлявся ємнісний тачскрін. Ці пластини необхідні для виявлення і вимірювання ступеня вигину захисного скла. Компанія Apple спеціально для iPhone замовила у Gorilla Glass розробку і виробництво такого захисного покриття, яке б зберігало колишню міцність і, в той же час, було досить гнучким, щоб екран міг реагувати на тиск.

На цій розробці можна було закінчити матеріал, що розповідає про сенсорні екрани, якби не ще одна технологія, якої кілька років тому пророкували велике майбутнє.

Хвильові сенсорні екрани

Несподівано, але вони не використовують електрику і навіть не мають нічого спільного зі світлом. Технологія Surface Acoustic Wave system для визначення точки дотику застосовує поверхневі акустичні хвилі, що поширюються уздовж поверхні екрану. Ультразвук, створюваний п’єзоелектричними елементами по кутах, занадто високий для того, щоб його міг вловити людське слух. Він поширюється взад і вперед, багаторазово відбиваючись від країв екрану. Звук аналізується на предмет аномалій, що створюються торкатися до екрану предметами.

Недоліків у хвильових сенсорних екранів не багато. Вони починають помилятися після сильного забруднення скла і в умовах сильного шуму, але, при цьому, в екранах з таким сенсором немає додаткових шарів, збільшують товщину і впливають на якість зображення. Всі компоненти сенсора ховаються під рамкою дисплея. Крім того, хвильові сенсори дозволяють точно підраховувати площу зіткнення екрану з пальцем або іншим предметом і з цієї площі побічно розрахувати силу натискання на екран.

Ми вже навряд чи зіткнемося з цією технологією в смартфонах через нинішню моди на безрамкові дисплеї, але кілька років тому компанія Samsung експериментувала з Surface Acoustic Wave system в моноблоках, а в якості комплектуючих для ігрових автоматів і рекламних терміналів панелі з акустичними тачскрінами продаються і зараз

Захисне скло

Самий верхній шар дисплея, з яким взаємодіє користувач.

Саме від якості скла і олеофобним покриття на ньому залежать тактильні відчуття користувача. При роботі з iPhone палець просто ковзає по поверхні, не прилипає при швидкому натисканні і не впирається при різкому свайпа.

Фахівці сервісних центрів можуть пропонувати заміну захисного скла замість заміни всього дисплея. Процедура не з легких, але запчастини коштують дешевше.

Скло нових моделей iPhone дуже тонкі, вигнуті по периметру і мають згладжені краї біля кнопки Додому і динаміка, а в останньому iPhone X воно і зовсім з вирізом.

Навіть найкращі китайські скла поступаються за якістю оригінальним, при їх заміні відчувається різкий перехід або поглиблення кнопки, часто після заміни починають давати збої сенсори на фронтальній поверхні смартфона.

Шар прозорого клею

Захисне скло клеїться безпосередньо до матриці. Це дозволяє прибрати повітряний прошарок і зменшити товщину дисплея.

Якісний клейкий шар не буде спотворювати кольори, буде перешкоджати попаданню пилу під скло і надійно утримає верхній шар навіть при самій активній експлуатації.

При заміні скла можуть використовувати низькоякісний клейкий шар, який згодом змінить свій колір, почне спотворювати картинку або пропускати частинки пилу.

матриця

Складається з двох пластин, меду якими розташовані рідкі кристали. Під дію струму дані кристали починають пропускати відповідне випромінювання підсвічування.

Так влаштована IPS-матриця, що застосовується у всіх моделях iPhone крім нового iPhone X. Сама система трохи доопрацьована фахівцями Apple, а пізніше названа маркетологами Retina.

підсвічування

Джерело світла, який розташований за матрицею. Він відповідає за підсвічування кристалів, щоб зображення ставало яскравим і чітким. Самі по собі кристали не світяться, а лише пропускають світло підсвічування через себе.

Особливості різних типів тачскріном

Найбільш дешевими сенсорними екранами, але, при цьому, найменш чітко транслює зображення є резистивні тачскрін. Крім цього, вони є і найбільш уразливими, адже абсолютно будь-яким гострим предметом можливо серйозно пошкодити досить ніжну резистивную «плівку».
Наступний тип, тобто хвильові тачскрін, являють собою самі дорогими серед собі подібних. При цьому, резистивная конструкція, найімовірніше, належить, все-таки, до минулого, емкостная – до цього, а хвильова – до майбутнього. Ясна річ, що прийдешнє абсолютно нікому стовідсотково не відомо і, відповідно, в нинішній час можна тільки лише припускати, яка саме технологія має великі перспективи для використання її в майбутньому.
Для резистивной системи тачскріном не має ніякого особливого значення, торкнувся гумовим наконечником стилуса або ж просто пальцем користувач екрану пристрою. Досить того, що між двома шарами сталося зіткнення. При цьому, ємнісний екран розпізнає тільки торкання якимись струмопровідними предметами. Найчастіше користувачі сучасних пристроїв працюють з ними за допомогою власних пальців. Екрани хвильової конструкції в цьому відношенні ближче до резистивним. Віддати команду можливо практично будь-яким предметом – при цьому потрібно тільки уникати використання важких або ж занадто маленьких об’єктів, наприклад, стрижень кулькової ручки для цього не підійде.

Пристрій ємнісного екрану. цифрове даний

У тачскрін цієї конструкції скляна основа покрита шаром, що грає роль вмістилища-накопичувача електричного заряду. Своїм дотиком користувач вивільняє частину електричного заряду в певній точці. Це зменшення визначається мікросхемами, розташованими в кожному з кутів екрану. Комп’ютер розраховує різницю електричних потенціалів між різними частинами екрана, і інформація про торкання у всіх подробицях негайно передається в програму-драйвер тачскрін.

Важливою перевагою ємнісних тачскрін є здатність цього типу екранів зберігати майже 90% початкової яскравості дисплея. У екранах резистивного типу зберігається лише близько 75% початкового світла. З цієї причини зображення на ємнісному екрані виглядають значно чіткішим, ніж на тачскрін резистивной конструкції.

Хвильові сенсорні дисплеї. яскраве майбутнє

На кінцях осей X і Y координатної сітки скляного екрану розташовується по перетворювача. Один з них передає, а другий приймає. На скляній основі розташовуються і рефлектори, «відображають» електричний сигнал, який передається від одного перетворювача до іншого.

Перетворювач-приймач точно «знає» відбулося чи натискання і в якій саме точці воно відбулося, оскільки своїм дотиком користувач вносить переривання в акустичну хвилю. Скло хвильового дисплея позбавлене металевого покриття, що дозволяє зберегти всі 100% початкового світла. Завдяки своїй такою приємною особливості, хвильової екран є найкращим вибором для користувачів, що працюють в дрібними деталями графіки. Адже і резистивні і ємнісні тачскрін не ідеальні в плані чіткості зображення. Покриття затримує світло і спотворює картинку.

види тачскріном

Існують два типи сенсорних екранів:

Резистивні.
Ємнісні.

Сенсорні екрани резистивного типу реагують на натискання пальця, стилуса і інших предметів. Доступний введення інформації при використанні звичайних рукавичок. При цьому для введення інформації потрібно запропонувати певне зусилля. Часто надлишок натискання призводить до пошкодження поверхні введення і утворення подряпин, а іноді і до виходу самого дисплея з ладу.

Тачскрін ємнісного типу реагує тільки на натискання пальця, а так само інших предметів здатних імітувати дотик пальця людини: стілуси, рукавички і т.д. Тому вартість аксесуарів здатних працювати з такими тачскрінами помітно вище. За те процес введення даних набагато простіше, досить легкого дотику. Реакція і чуйність кратно вище в порівнянні з резистивним типом, що забезпечує комфортні умови навігації в меню або іграх.

висновок

Тачскрін помітно спрощує введення інформації на деяких пристроях. Торкнуться пальцем куди простіше і швидше, ніж вводити курсором миші або шукати потрібні клавіші на клавіатури. Так само таке виконання сприяє економії простору в певних пристроях. При цьому технологія виробництва залишається витратною в грошовому плані, що стримує масовий випуск сенсорних ноутбуків і моніторів.

Використані джерела і корисні посилання по темі: https://SmartPhonus.com/%D1%82%D0%B0%D1%87%D1%81%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD-% D0% BD% D0% B0-% D1% 82% D0% B5% D0% BB% D0% B5% D1% 84% D0% BE% D0% BD% D0% B5-% D0% B8% D0% BB% D0% B8-% D1% 81% D0% BC% D0% B0% D1% 80% D1% 82% D1% 84% D0% BE% D0% BD% D0% B5 / https://tehno.guru/ru / tachskrin-chto-ehto-takoe / https://www.art-gsm.ru/blog/obzor-kharakteristik/otlichie-displeya-ot-tachskrina/ https://VyborSmartphona.ru/sovety/tachskrin https: // computerinfo.ru/tachskrin-princip-raboty-osobjennosti-tjekhnologij/ https://mob-mobile.ru/statya/2788-kak-rabotaet-sensornyy-ekran-mobilnogo-ustroystva.html https://trashbox.ru/link / how-touchscreen-works https://zen.yandex.ru/media/id/5baa864f13d3b900aa88e6a5/iz-chego-sostoit-displei-smartfona-5bb0887cd8b58c00aa88f0ae https://tehnoobzor.com/tests-reviews/to-laptops/141-sensornye-ekrany.html https://Hi-News.ru/technology/fakty-tri-tipa-sensornyx-ekranov-princip-raboty-tachskrinov.html https://androfon.ru/article/tachskrin-chto-eto

Джерело запису: lastici.ru