Що таке сенсорний дисплей: історія створення і принципи роботи

Напевно все з вас користуються комп’ютерами і мобільними пристроями, і лише одиниці в загальному здатні розповісти, як працюють їхні процесори, операційні системи та інші компоненти.

В еру мобільних гаджетів у всіх є смартфон або планшет з сенсорним (ще його називають інтелектуальним) екраном, і майже ніхто не знає, що таке цей сенсорний дисплей, як він працює і які його види існують.

Що це таке

Сенсорний дисплей (екран) – це пристрій для візуалізації цифрової інформації з можливістю надавати управлінське вплив за допомогою дотиків до поверхні дисплея.

Грунтуючись на різних технологіях, різні дисплеї реагують тільки на певні чинники.

Одні зчитують зміна ємності або опору в області зіткнення, інші на перепади температури, деякі сенсори реагують тільки на спеціальне перо, щоб уникнути випадкових натискань.

Мал. 1 – Сенсорна панель

Ми розглянемо принцип дії всіх поширених видів дисплеїв, області їх застосування, сильні і слабкі сторони.

Серед всіх існуючих принципів управління пристроєм за допомогою чутливої ​​до будь-яких факторів матриці, звернемо увагу на наступні технології:

  • резистивная (4-5-ти провідна);
  • матрична;
  • емкостная і її варіанти;
  • поверхнево-акустична;
  • оптична і інші менш поширені і практичні.

Загалом схема роботи наступна: користувач торкається до області екрану, датчики передають контролера дані про зміну будь-якої змінної (опору, ємності), той розраховує точні координати місця зіткнення і відправляє їх процесору.

Останній, грунтуючись на програмі, відповідним чином реагує на натискання.

резистивні

Найпростіший сенсорний екран – резистивний. Він реагує на зміну опору в області торкання стороннього предмета і екрана.

Це найпримітивніша і поширена технологія. Пристрій складається з двох основних елементів:

  • струмопровідна прозора підкладка (панель) з поліестеру або іншого полімеру товщиною в кілька десятків молекул;
  • светопроводящая мембрана з полімерного матеріалу (як правило, використовується тонкий шар пластику).

На обидва шару напилюв резистивний матеріал. Між ними розташовані мікроізолятори у вигляді кульок.

Під час етапу еластична мембрана деформується (прогинається), стикається з шаром підкладки і замикає її.

Контролер за допомогою аналого-цифрового перетворювача реагує на замикання. Він вираховує різницю між вихідним і поточним опором (або провідність) і координати точки або області, де це здійснюється.

Практика швидко виявила недоліки таких пристроїв, і інженери приступили до пошуку рішень, які незабаром були знайдені шляхом додавання 5-го проводу.

матричні

Більш спрощена резистивная технологія, яка виникла ще до неї.

Мембрана покрита рядами вертикальних провідників, а підкладка – горизонтальними.

При натисканні відбувається обчислення області, де зімкнулися провідники і отримані дані передаються в процесор.

Він уже виробляє керуючий сигнал і пристрій певним чином реагує, наприклад, виконує закріплене за кнопкою дію).

Мал. 4 – Схема матричного екрану

особливості:

  • дуже низька точність (кількість провідників вельми обмежена);
  • найнижча ціна серед усіх;
  • реалізації функції мультитач через опитування екрану по рядках.

Використовуються тільки в застарілої електроніці і майже вийшли з ужитку через наявність прогресивних рішень.

ємнісні

Принцип заснований на здатності об’єктів великої місткості ставати провідниками змінного електричного струму.

Екран виготовлений у вигляді скляної панелі з тонким шаром напиляного резистивного речовини.

Електроди по кутах дисплея подають невелика напруга змінного струму на провідний шар.

Мал. 5 – Схема ємнісного екрана

У момент зіткнення здійснюється витік струму, якщо предмет має велику електричну ємність, ніж екран.

По кутах екрана реєструється струм, а відомості з датчиків відправляються контролера на обробку. На їх підставі відбувається обчислення області контакту.

У перших прототипах використовувалося напруга постійного струму. Рішення робило конструкцію простіше, але часто виникали збої, коли користувач не стикався з землею.

Дані девайси дуже надійні, їх ресурс перевищує резистивні ~ в 60 разів (близько 200 млн. Натискань), вологостійкі і відмінно терплять забруднення, що не проводять електричний струм.

Прозорість знаходиться на рівні 0,9, що трохи вище, резистивних, і працюють при температурі до – 150 С.

недоліки:

  • не реагує на рукавичку і більшість сторонніх предметів;
  • проводить покриття знаходиться в верхньому шарі і дуже вразливе до механічних пошкоджень.

Використовуються в тих же банкоматах і терміналах під закритим небом.

Проекційно-ємнісні

На внутрішню поверхню наноситься електродний сітка, яка утворює з тілом людини ємність (конденсатор). Електроніка (мікроконтролер і датчики) працюють над розрахунком координат при зіткненні пальця з дисплеєм і відправляє розрахунки центрального процесора.

Мал. 6 – Принцип роботи проекционно-ємнісного дисплея

Володіють всіма особливостями ємнісних.

До того ж можуть оснащуватися товстою плівкою до 1,8 см, що підвищує захист від механічних впливів.

Струмопровідні забруднення, де їх важко або неможливо усунути, без проблем прибираються програмним методом.

Частіше за всіх інших встановлюються в персональні електронні пристрої, банкомати та різну техніку, встановлену фактично під відкритим небом (під накриттям). Apple також віддають перевагу проекционно-ємнісним дисплеям.

Поверхнево-акустична хвиля

Виготовляється у вигляді скляної панелі, оснащеної п’єзоелектричними перетворювачами ПЕП, розташованими на протилежних кутках, і приймачами.

Їх теж пара і знаходяться на протилежних кутках.

Генератор відправляє електричний сигнал ВЧ на ПЕП, той перетворює низку імпульсів в ПАР, а відбивачі поширюють її.

Відбиті хвилі уловлюються датчиками і надходять на ПЕП, який перетворює їх назад в електрику.

Сигнал відправляється на контролер, який аналізує його.

При торканні параметри хвилі змінюються, зокрема поглинається частина її енергії в певному місці. На підставі цієї інформації проводиться розрахунок області торкання і його сили.

Мал. 7 – Умовна схема акустичного дисплея

Вельми висока прозорість (вище 95%) обумовлена ​​відсутністю проводять / резистивних поверхонь.

Часом для усунення відблисків відбивачі світла разом з приймачами монтуються безпосередньо на екран.

Складність конструкції жодним чином не відбивається на експлуатації девайса з таким екраном, а число дотиків в одній точці дорівнює 50 млн раз, що трохи перевищує ресурс резистивної технології (65 млн. Разів в загальному).

Випускаються з тонкою плівкою близько 3 мм і потовщеною – 6 мм. Завдяки такому захисті дисплей витримує несильний удар кулаком.

Слабкі сторони:

  • погана робота в умовах вібрації і тряски (в транспорті, при ходьбі);
  • відсутність стійкості до забруднень – будь-який сторонній предмет впливає на функціонування дисплея;
  • перешкоди при наявності акустичних шумів певної конфігурації;
  • точність трохи нижче, ніж в ємнісних, через що непридатні для малювання.

інші різновиди

Що таке сенсорний екран і як він працює, ми розібралися. Наостанок познайомимося з малопоширених технологіями їх функціонування.

оптичний

Верхня панель оснащена підсвічуванням в інфрачервоному діапазоні, через що на кордоні повітря-скло з’являється ефект повного відображення, а між склом і пальцем або іншим предметом світло розсіюється.

Для досягнення ефектів або встановлюється 4-й підсвічений РК-дисплея або ж в проекційний екран монтується камера.

Підтримує мультитач і роботу з великими поверхнями, аж до розмірів повноцінного шкільної дошки.

Мал. 8 – Багатошаровий оптичний екран

ТОП-10 найкращих смартфонів з процесором Snapdragon 835

Перетворюємо свій телефон в [супергаджети] за допомогою інженерного меню Андроїд

AnTuTu рейтинг 2017: 10 кращих смартфонів і планшетів червня

ТОП-12 захищених смартфонів IP68. Докладний огляд характеристик

 інфрачервоний

Екран покритий парами фотодіод-світлодіод.

Світлодіоди генерують інфрачервоні промені, які поглинаються сусідніми фотодіодами.

У момент дотику світло перестає поглинатися або його інтенсивність падає, що відбивається на зниженні струму в светодиоде.

Подія фіксується мікроконтролером, який і обчислює координати точки.

Мал. 9 – Оптопари дуже точно визначають координати дотику до скла

Через відсутність підкладок і інших верств, зміна кольору, яскравості, контрасту та інших параметрів картинки виключено. Оптопари дуже чутливі до вологи і забруднень, а також мають невеликий термін служби. Прямі сонячні промені можуть викликати збої.

індукційний

В екрані знаходиться котушка індуктивності і мережу чутливих провідників, які реагують тільки на перо, що харчується за рахунок ефекту електромагнітної індукції.

Встановлюються в дорогі планшети, якими користуються, наприклад, співробітники банків.

Мал. 10 – Індукційна схема відгукується тільки на спеціальний стилус

Ссылка на основную публикацию