Что такое тачскрин на телефоне

Что такое тачскрин

Тачскрин или сенсорный экран – это устройство, которое позволяет вводить в компьютер информацию касаясь его экрана с помощью специального пера (стилуса) или просто с помощью пальцев. Данная технология позволяет отказаться от использования дополнительных аппаратных кнопок, что повышает удобство работы и может снизить стоимость всего устройства.

Данный способ ввода информации был изобретен в США в 70-х годах прошлого столетия. Первым компьютером с тачскрином стала появившаяся в 1972 году система PLATO IV. Тот тачскрин работал на основе сетки инфракрасных лучей. Примерно в то же время Сэмюэлем Херстом был разработан первый сенсорный экран, работающий на основе резистивной технологии. А в 1982-году появился первый телевизор с резистивным сенсорным экраном.

Технология изготовления сенсорных экранов развивалась и в начале нулевых годов она начала активно использоваться в производстве мобильных устройств. Сначала появились карманные компьютеры с тачскрином, а потом, телефоны, смартфоны и планшеты. Применение тачскрина позволило значительно расширить возможности мобильных устройств, что стало толчком к значительному росту этой отрасли.

Сейчас тачскрин используется повсеместно, его встраивают в телефоны, смартфоны, планшеты, ноутбуки, моноблоки, мониторы. Также сенсорные экраны активно применяются в автомобильной, медицинской, промышленной и бытовой технике. Фактически, любое устройство, требующее ввода информации, может быть оснащено таким экраном.

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 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.

Резистивные экраны имеют, в свою очередь, разделение на два подтипа:

1. 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.
2. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

В чём главное отличие дисплея от тачскрина?

Дисплей в своей основе — это деталь, при помощи которой происходит проектирование изображения. Он отвечает за вывод информации, которую непосредственно и получает владелец аппарата. Если дисплей поврежден, то это отражается на изображении: оно может полностью или частично отсутствовать, могут отображаться черные кляксы с разводами или неровными полосами.

Тачскрин, по сути, это сенсорное стекло, которое работает по простой схеме: прикосновения пальцем позволяют выполнять какие-либо функции или осуществлять определенные действия. Если тачскрин неисправен, то на его поверхности это сразу же будет заметно: возникнут трещины, которые чувствуются под пальцами, сенсор теряет свою прежнюю чувствительность.

Главным отличием дисплея от тачскрина на телефонах или планшетах является то, что в большинстве случаев дисплей находится под тачскрином. Таким образом, на самой поверхности устройства имеется сенсорное стекло, а уже ниже выводится дисплей с изображением.

Конструкция и принцип работы емкостного тачскрина

Он представляет собой стекло, покрытое прозрачным резистивным материалом. Обычно это сплав оксидов олова и индия. В углах стекла помещены 4 электрода, соединенных со шлейфом, подключенным к материнской плате.

Работает модуль следующим образом:

1. Электроды подают переменное или постоянное напряжение одинакового для всех углов значения.
2. Пользователь прикасается к стеклу. При прикосновении появляется утечка тока, так как тело человека является пластиной незаряженного конденсатора и начинает наполняться зарядом от электродов.
3. Чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление и больше сила тока, протекающего через электроды. Датчики измеряют ее значения и передают их в контроллер.
4. Контроллер вычисляет координаты места нажатия и передает их в центральный процессор для исполнения команды, заданной нажатием.

Резистивный тачскрин – устаревшая технология

Существует несколько систем, применяемых для создания сенсорных экранов. Наиболее распространены резистивная и емкостная технологии, имеющие серьезные отличия.

В старых смартфонах устанавливались именно резистивные экраны, требующие использования стилусов (небольших указок, с помощью которых пользователь задавал команды телефону). Резистивная система представляет собой стекло, покрытое упругой пленкой и слоем, проводящим электричество.

Между этими двумя элементами сохраняется пустое пространство. Поверхность дисплея защищается специальным покрытием, оберегающим экран от царапин и других механических повреждений. Но для лучшей защиты предусматривается пленка (она шла в комплекте со старыми смартфонами).

Резистивные тачскрины имеют ряд недостатков:

• необходимость осуществлять нажатие на экран (прикосновения более удобны);
• калибровка экрана, возникающая в результате перераспределения массы изолирующего слоя;
• быстрое ухудшение качества тачскрина (появление трещин, царапин, пятен и пр.);
• малый срок службы, что объясняется как раз быстрым появлением повреждений;
• отсутствие возможности скольжения (как на современных смартфонах) и пр.

Сегодня резистивные тачскрины встречаются все реже. Производители смартфонов от них отказались, в основном теперь они используются в банкоматах и различных терминалах.

Типы и основные принципы работы

• В конструкции смартфонов используется всего два типа сенсоров — резистивные и емкостные. Главное их отличие с точки зрения простого пользователя состоит в том, что первые активируются нажатием, а вторые — касанием.
• Резистивный тачскрин по сути представляет собой «бутерброд» из стеклянной панели и наложенных на нее двух сенсорных мембран. Верхняя — гибкая, а нижняя мембрана плотно прикреплена к экрану.
• Внутренние поверхности обеих обработаны проводящим составом. По периметру всей системы располагаются электроды (от 4 до 8).
• Как только пользователь надавливает на экран (стилусом или пальцем), экран реагирует на прикосновение: наружная пленка прогибается и смыкается с внутренней. Специальный датчик фиксирует замыкание цепи и определяет точку касания.
• Чтобы понять, как работает экран, сконструированный по емкостной технологии, достаточно вспомнить из школьного курса физики, что тело человека тоже является электрическим проводником.
• Простейший емкостной тачскрин состоит из стеклянной пластины с нанесенным на нее резистивным слоем и 4-х расположенных по углам электродов. С электродов на поверхность сенсора подается переменное напряжение.
• Палец, прислоненный к экрану, становится новым звеном в электронной цепи. В системе возникает утечка тока, которая тут же считывается контроллером.

Чувствительные к давлению сенсорные экраны — 3D Touch

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.

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.

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

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

Защитное стекло

Самый верхний слой дисплея, с которым взаимодействует пользователь.

Именно от качества стекла и олеофобного покрытия на нем зависят тактильные ощущения пользователя. При работе с iPhone палец просто скользит по поверхности, не прилипает при быстром нажатии и не упирается при резком свайпе.

Специалисты сервисных центров могут предлагать замену защитного стекла вместо замены всего дисплея. Процедура не из легких, но запчасти стоят дешевле.

Стекла новых моделей iPhone очень тонкие, изогнуты по периметру и имеют сглаженные края возле кнопки Домой и динамика, а в последнем iPhone X оно и вовсе с вырезом.

Даже самые лучшие китайские стекла уступают по качеству оригинальным, при их замене чувствуется резкий переход или углубление кнопки, часто после замены начинают сбоить сенсоры на фронтальной поверхности смартфона.

Слой прозрачного клея

Защитное стекло клеится непосредственно к матрице. Это позволяет убрать воздушную прослойку и уменьшить толщину дисплея.

Качественный клейкий слой не будет искажать цвета, будет препятствовать попаданию пыли под стекло и надежно удержит верхний слой даже при самой активной эксплуатации.

При замене стекла могут использовать низкокачественный клейкий слой, который со временем изменит свой цвет, начнет искажать картинку или пропускать частички пыли.

Матрица

Состоит из двух пластин, меду которыми расположены жидкие кристаллы. Под действие тока данные кристаллы начинают пропускать соответствующее излучение подсветки.

Так устроена IPS-матрица, применяемая во всех моделях iPhone кроме нового iPhone X. Сама система немного доработана специалистами Apple, а позже названа маркетологами Retina.

Подсветка

Источник света, который расположен за матрицей. Он отвечает за подсветку кристаллов, чтобы изображение становилось ярким и четким. Сами по себе кристаллы не светятся, а лишь пропускают свет подсветки через себя.

Особенности различных типов тачскринов

Наиболее дешёвыми сенсорными экранами, но, при этом, наименее чётко транслирующими изображение являются резистивные тачскрины. Кроме этого, они являются и самыми уязвимыми, ведь абсолютно любым острым предметом возможно серьёзно повредить достаточно нежную резистивную «плёночку».
Следующий тип, т.е. волновые тачскрины, представляют собой самые дорогостоящими среди себе подобных. При этом, резистивная конструкция, вероятнее всего, относится, всё-таки, к прошлому, ёмкостная — к настоящему, а волновая — к будущему. Понятное дело, что грядущее абсолютно никому стопроцентно не известно и, соответственно, в нынешнее время можно только лишь предполагать, какая именно технология имеет большие перспективы для использования её в будущем.
Для резистивной системы тачскринов не имеет никакого особого значения, коснулся резиновым наконечником стилуса или же просто пальцем пользователь экрана устройства. Достаточно того, что между двумя слоями произошло соприкосновение. При этом, ёмкостной экран распознает только лишь касания какими-то токопроводящими предметами. Зачастую пользователи современных устройств работают с ними с помощью собственных пальцев. Экраны волновой конструкции в этом отношении ближе к резистивным. Отдать команду возможно практически любым предметом — при этом нужно только избегать использования тяжёлых или же слишком маленьких объектов, например, стержень шариковой ручки для этого не подойдёт.

Устройство емкостного экрана. Цифровое настоящее

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

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.

Виды тачскринов

Существуют два типа сенсорных экранов:

1. Резистивные.
2. Емкостные.

Сенсорные экраны резистивного типа реагируют на нажатия пальца, стилуса и других предметов. Доступен ввод информации при использовании обычных перчаток. При этом для ввода информации требуется предложить определенное усилие. Часто избыток нажатия приводит к повреждению поверхности ввода и образованию царапин, а иногда и к выходу самого дисплея из строя.

Тачскрин емкостного типа реагирует только на нажатие пальца, а так же других предметов способных имитировать касание пальца человека: стилусы, перчатки и т.д. Поэтому стоимость аксессуаров способных работать с такими тачскринами заметно выше. За то процесс ввода данных гораздо проще, достаточно легкого касания. Реакция и отзывчивость кратно выше в сравнении с резистивным типом, что обеспечивает комфортные условия навигации в меню или играх.

Вывод

Тачскрин заметно упрощает ввод информации на некоторых устройствах. Коснутся пальцем куда проще и быстрее, чем вводить курсором мыши или искать нужные клавиши на клавиатуры. Так же такое исполнение способствует экономии пространства в определенных устройствах. При этом технология производства остается затратной в денежном плане, что сдерживает массовый выпуск сенсорных ноутбуков и мониторов.