Емкостный дисплей реагирует на что

xTechx.ru

Новости Высоких Технологий

Ёмкостный сенсорный экран — технология, принцип работы. Преимущества и недостатки.

Принцип работы ёмкостного сенсорного экрана.

На стеклянную или пластиковую панель наносится резистивный материал, нанесённый сеткой, специальным образом — посегментно (обычно оксид олова).

По углам экрана расположены электроды, которые подают постоянный, слабый ток на панель. Так же, по краям находятся датчики, которые регистрируют утечки токов, если к экрану прикасается что-то с большей ёмкостью, чем сама сенсорная панель. Чем ближе к месту утечки датчик, тем больше ток утечки.

Таким образом, датчики с помощью нехитрых расчётов контролёра, могут легко определить точку касания относительно друг друга.

Плюсами данной технологии является – относительная долговечность (больше 150тыс. касаний), слабое влияние загрязнений, устойчивость к попаданию воды, высокая прозрачность (>90%). Такие сенсорные панели, получив повреждения, трещины и сколы, могут продолжать работу, совсем немного потеряв в точности. Имеется поддержка технологии MultiTouch, но для этого используются более точные сенсорные панели, с 6-ю датчиками и более. Существуют ёмкостные экраны как с поддержкой, так и без поддержки многоточечного ввода.

Ёмкостные сенсорные экраны, предназначены для работы с пальцем человека и реагируют только на предметы имеющие высокий ёмкостный потенциал. Со стилусами работа возможна, но со специальными, предназначенными именно для ёмкостных экранов. Из минусов таких стилусов, можно отметить — высокую цену и относительно крупные габариты.

Ёмкостные панели, уже с 2009 года начали активно вытеснять резистивные, благодаря лучшим потребительским характеристикам. Лучшая реакция на пальцы, прочность, долговечность, надёжность, нет нужды в использовании защитных плёнок как на резистивных экранах.

Есть и пара минусов : относительно плохая работа при минусовых температурах, невозможность использовать сенсорный экран с любыми, неспециализированными указывающими предметами (карандаш, медиатор & etc) и в перчатках.

Источник

Сенсорный экран: резистивный или емкостный – в чём разница?

Если вы не относитесь к числу подкованных в техническом плане пользователей и перед вами в скором будущем станет вопрос выбора мобильного телефона или смартфона с сенсорным экраном, наверняка, читая спецификации мобильных устройств вы встретите такие термины, как «емкостный экран» или «резистивный экран». И тут вам в голову придет вполне логичный вопрос – какой из них лучше: резистивный или емкостный? Давайте выясним, чем отличаются сенсорные дисплеи, какие их виды существуют и в чем заключаются их преимущества и недостатки.

РЕЗИСТИВНЫЕ ЭКРАНЫ

Если говорить доступным языком, избегая мудрых технических терминов и оборотов, то резистивный сенсорный экран представляет собой гибкую прозрачную мембрану, на которую нанесено токопроводящее (иначе говоря – резистивное) покрытие. Под мембраной находится стекло, также покрытое токопроводящим слоем. Принцип действия резистивного экрана состоит в том, что при нажатии на экран пальцем или стилусом происходит замыкание стекла с мембраной в конкретной точке. Микропроцессор фиксирует изменение напряжения мембраны и вычисляет координаты касания. Чем точнее нажатие, тем процессору проще вычислить точные координаты. Поэтому с резистивными экранами на много проще работать со стилусом.

Основные преимущества резистивных экранов заключаются в том, что они сравнительно дешевы в производстве, а также в том, что данный тип дисплея реагирует на нажатие любыми предметами.

Недостатки резистивных экранов таковы: невысокая прочность; небольшая долговечность (порядка 35 млн. нажатий на точку); невозможность реализации мультитача; большое число ошибок при обработке таких жестов, как скольжение, перелистывание.

Если говорить о линейке смартфонов LG Optimus, то резистивный экран использовался при производстве лишь одной модели – GT540, которая и была самым первым Оптимусом.

ЁМКОСТНЫЕ ЭКРАНЫ

Этот тип сенсорных экранов делится на два подтипа: обычные емкостные и проекционно-емкостные.

В первом случае стекло покрывается токопроводящим слоем. В углах дисплея расположены электроды, подающие на проводящий слой переменное напряжение. При касании к экрану токопроводящим предметом (палец) наблюдается утечка тока. Чем место касания ближе к тому или иному электроду, тем больше сила тока и меньше сопротивление. На основании этих данных процессор вычисляет точку соприкосновения пальца с поверхностью емкостного экрана. В случае с обычными емкостными экранами невозможна реализация полноценного мультитача.

Если говорить о более современных проекционно-емкостных экранах, то в этом случае на внутренней стороне дисплея имеется сетка электродов. Касание к электроду предметом высокой ёмкости (палец) образует конденсатор, ёмкость которого и измеряется для последующих вычислений. Проекционно-емкостные экраны позволяют реализовать полноценный мультитач.

В связи с вышеописанными особенностями конструкции емкостных экранов работать с ними при помощи обычного стилуса или любого твердого предмета невозможно – необходимо касание экрана пальцем или специальным токопроводящим стилусом.

Емкостные экраны имеют следующие достоинства: возможен мультитач (в проекционно-емкостных), высокое светопропукание, надежность, отсутствие необходимости давления на экран (достаточно минимального касания). Недостатки таковы: более дороги в производстве, нежели резистивные; отсутствие возможности работы со стилусом (для многих это вовсе не недостаток).

Емкостные экраны используются практически во всех устройствах линейки LG Optimus, кроме смартфона LG Optimus GT 540.

Так какой экран лучше: резистивный или емкостный?

Если вы внимательно прочитали данную статью, то без проблем сможете и сами сделать вывод. Я же лишь скажу о том, что спор это обречен на провал. Некоторым пользователям нравится работать со стилусом и они не приемлют емкостные дисплеи. Но все же большинству комфортнее управлять устройством, оборудованным емкостным экраном – это удобнее, да и возможность мультитача решает многое. Ведь не спроста все современные смартфоны и планшеты, работающие под управлением Android, имеют именно емкостные дисплеи.

Источник

Как на самом деле работает сенсорный экран вашего смартфона?

Если вы интересовались тем, как работает сенсорный экран, то, скорее всего, натыкались на одну из этих статей «для радиолюбителей». Все они написаны, как под копирку и звучат примерно так: когда вы прикасаетесь пальцем к экрану, в определенной точке изменяется емкость условного конденсатора, которую и регистрируют специальные датчики.

Меня всегда удивляли такие объяснения. От того, что кто-то заменил слова «сенсорный экран» словами «емкость конденсатора», мне никогда не становилось легче. Неужели все эти «техноблогеры» в прошлом были электриками? Почему бы не объяснить такую интересную технологию простыми словами, чтобы все было понятно?

Затем я вижу новость, мол, Apple представила iPhone X с экраном 120 Гц, только это не частота обновления картинки (как на Galaxy S20), а частота какого-то опроса сенсора. Естественно, я иду в интернет за ответами и вижу однотипные объяснения: сенсор экрана iPhone X обрабатывает движение пальцев в 2 раза быстрее, то есть, считывание происходит не за 16, а за 8 миллисекунд!

Ага, вроде теперь все стало на свои места. Правда, не совсем понятно, какое еще считывание, что значит «обрабатывать движение пальцев в 2 раза быстрее» и почему процессор может обрабатывать миллиарды операций в секунду, но движение пальцев — только 60 или 120 раз в секунду?

В общем, эта статья будет другой. После ее прочтения у вас не останется неприятного «послевкусия» и вы действительно будете понимать, как все это работает и при чем здесь 120 Гц.

Принцип работы сенсорного экрана — настоящая драма на кончиках пальцев!

Итак, прежде всего, важно понять, что сам по себе экран смартфона совершенно бесчувственный. Чем бы и как бы мы ни прикасались к нему — никакой реакции не последует. Ведь это простой набор из нескольких миллионов крошечных цветных лампочек, которые смартфон использует для отображения картинки.

Чтобы получить какую-то реакцию на прикосновение, нужно где-то дополнительно разместить специальный «чувствительный слой». Но как он выглядит и как именно работает?

Давайте представим, что нам нужно сделать только одну небольшую точку на экране чувствительной к прикосновению. Для этого мы разместим над этой точкой две маленькие пластинки — оранжевую и синюю.

На одну пластинку мы будем подавать ток, то есть загонять туда большое количество электронов (отрицательно заряженных частичек):

Природа всегда стремится к равновесию, то есть, внутри пластинки или чего-угодно (например, наших пальцев) количество положительных и отрицательных зарядов должно быть примерно одинаковым.

Однако же на оранжевой пластинке произошел переизбыток электронов (отрицательно заряженных частичек), которые мы силой туда затолкнули, взяв их из батарейки смартфона. Они пытаются оттолкнуться друг от друга и присоединиться к положительно заряженным частичкам, но не могут.

Дело в том, что эти две пластинки мы предварительно изолировали друг от друга, чтобы свободные электроны не смогли просто перепрыгнуть на голубую пластинку, где их с нетерпением ожидают положительно заряженные частицы. Электрическое поле оранжевой пластинки продолжает отталкивать все «минусы» и притягивать «плюсы», которых уже достаточно много собралось на синей пластине.

Что же произойдет, если мы прикоснемся к этим пластинкам любым проводящим ток предметом, например, своим пальцем?

Электрическое поле оранжевой пластины моментально начнет действовать и на наш палец, частично «переключив внимание» с положительных зарядов синей области на положительные заряды внутри нашего пальца:

Ведь синяя пластинка уже под завязку набита положительно заряженными частицами и это «давление» слишком высоко, а на пальце никакого «давления» нет — там свободно себе «плавают» как положительные, так и отрицательные заряды. Естественно, все это приведет к тому, что положительно заряженных частиц на синей пластинке станет меньше, так как влияние оранжевой пластинки снизилось и переключилось на палец.

Вот, в принципе, и все! Нам лишь осталось измерить эти заряды на пластинке и мы сразу поймем, что возле них появился лишний предмет — кто-то прикоснулся к экрану.

Чтобы весь экран стал чувствительным, нужно полностью перекрыть его этими пластинками: вначале первый слой, на который мы будем подавать ток, затем второй изолирующий слой и после — третий, на котором будем замерять изменение заряда:

Несмотря на то, что все эти слои находятся прямо у вас перед глазами и перекрывают изображение, вы их не увидите, так как все они сделаны из полностью прозрачных материалов. Например, в качестве изоляции может использоваться стекло, а сеточки токопроводящих пластин делают из оксида индия-олова. В низкокачественных экранах эту сеточку увидеть, все же, вполне реально, если посмотреть на выключенный экран под углом на ярком солнце.

Что такое частота опроса сенсора. Или откуда в iPhone 120 Гц?

На картинке выше я схематически показал сеточки из токопроводящего материала, но, естественно, с размером я немножко промахнулся. Кроме того, я не рассказал об одной важной вещи. Все оранжевые пластинки соединены в линии (строки), а голубые — в столбики. То есть, в реальности все выглядит примерно так:

Зачем это делать? Понятное дело, что на экране сенсорный слой состоит не из 3 строк и 3 столбиков, а, например, из 80 строк и 40 столбиков, то есть, всего 3200 пересечений, на которых мы и анализируем электрическое поле. Представляете, какую нужно сделать схему, чтобы подключить каждый такой электрод к своему питанию, чтобы мы могли анализировать 3200 областей на экране?

Вместо этого мы просто подаем напряжение сразу на всю строку и на весь столбик. То есть, подключаем только строки и столбики, после чего наша схема выглядит примерно так:

Но теперь возникает просто колоссальная проблема! Мы включаем напряжение на первый слой, чтобы вокруг каждого пересечения создавалось электрическое поле и начинаем непрерывно отслеживать изменение электрического поля в каждом столбце. Еще раз напоминаю, все электроды (пластинки) соединены теперь в один столбик.

Когда мы касаемся какой-то определенной точки, система моментально фиксирует изменение напряжения не в конкретной точке, а в целом столбике (на картинке — это 7 столбец):

Получается, экран лишь понимает, что в длинной полоске произошло касание, но где именно — без понятия, ведь мы не анализируем каждое конкретное пересечение электродов, а подключаем все их столбцами и строками.

Можно ли как-то решить эту проблему? Да запросто! Давайте просто перестанем подавать напряжение на всю сетку (весь экран) и будем «заталкивать» свободные электроны только в первую строку из токопроводящих пластинок. В результате электрическое поле будет создано только вдоль одной единственной строки.

Теперь, когда «сработает» 7-й столбец, мы будем точно знать, что точка касания находится на пересечении первой строки и седьмого столбца. Почему так? Да потому, что во всех остальных строках вообще не было никакого электрического поля, мы же ток подавали только на первую строку.

Действительно, это решает проблему для первой строки. Но как быть с остальными? Точно так же! Подаем напряжение только на первую строку и замеряем все столбцы, отключаем ток на первой строке и подаем напряжение на вторую строку. Столбцы, при этом, замеряют изменение непрерывно. Таким образом, мы просто поочередно включаем каждую строку и проверяем столбцы. После того, как дойдем до последней строки, переходим снова к первой.

Конечно же, электроника строит «карту прикосновений», чтобы получить полную картинку, где были расположены пальцы на экране по всем строкам. Ведь, палец — это не тонкое перо, он всегда захватывает большую область, то есть, изменяет электрическое поле (и емкость) сразу в нескольких пересечениях. Поэтому, запоминаются значения напряжения для каждой строки.

Один такой цикл прохода от первой до последней строки — это 1 Гц. Если бы «частота опроса сенсора» равнялась одному герцу, управлять таким экраном было бы крайне тяжело, особенно это касается жестов (движения пальца по экрану) или мультитача (одновременного касания нескольких пальцев).

Для этого мы немножко ускоряемся и весь цикл от первой до последней строки проходит за 16 миллисекунд, то есть, за 1 секунду мы получим 60 проходов (поочередной подачи напряжения от первой до последней строки и считывании напряжения на столбцах).

Нужно ли пробегаться по всем строкам еще быстрее — вопрос интересный. К примеру, картинка на экране iPhone 11 меняется каждые 16 миллисекунд (то есть, частота обновления экрана составляет 60 Гц). При этом, сенсорный слой за это же время успевает пройтись построчно по всему экрану дважды. Зачем? Без понятия. Наверное, чтобы во время презентации (или в технических характеристиках) упомянуть о «120 герцах» и, тем самым, «невольно» ввести неподкованного пользователя в заблуждение.

Интересные моменты

Сенсорный слой (то есть, те самые сетки из токопроводящих пластин и изолятора между ними) раньше всегда находился с обратной стороны защитного стекла. То есть, пользователь прикасался к стеклу, на обратной стороне которого и создавалось электрическое поле. В бюджетных моделях примерно так все и осталось.

Затем производители стали думать, куда бы убрать сенсорный слой в своих флагманах, чтобы сократить толщину экрана и сделать его более прозрачным (а значит и ярким). Так появился Super AMOLED-экран от Samsung, который отличался от любого другого OLED-дисплея только расположением сенсорного слоя — внутри дисплейного модуля, а не на защитном стекле.

Дело в том, что любой экран представляет из себя «бутерброд» из нескольких слоев. В частности, для OLED-экрана это TFT-слой управляющих транзисторов, слой органических диодов, поляризационная пленка и пр. Так вот, «сенсорный слой» на Super AMOLED находится внутри «бутерброда», сразу под поляризационной пленкой.

Apple также размещает в некоторых iPhone этот слой внутри дисплея. Если мне не изменяет память — сразу над цветными фильтрами их IPS-экранов.

Как вы уже поняли, сенсорный экран реагирует на любой предмет, способный проводить электричество: от тонкого металлического провода до капельки воды. Если какой-то предмет не проводит ток, он не вступит во взаимодействие с электрическим полем сенсорного слоя.

Вода является одним из главных врагов сенсорных экранов, так как, будучи прекрасным проводником электричества, вносит очень много «шума» в сигнал. И смартфону становится тяжело точно отличить «прикосновения» воды от реальных касаний. Сравните, насколько похожи эти сигналы:

Когда мы прикасаемся пальцем к экрану, меняется напряжение сразу во многих точках, причем, в самом центре касания, где контакт максимален — сильнее, чуть дальше — слабее. Это можно изобразить схематически примерно так:

То есть, смартфон не просто «чувствует» касание, но и «видит» форму этого касания. Соответственно, он пытается реагировать только на тот предмет, который оставляет характерный «след» от пальца. Из-за этого сенсорные экраны и не реагируют на некоторые токопроводящие предметы, например, стилусы с очень тонким наконечником.

К слову, перо S Pen на смартфонах Galaxy Note вообще не имеет никакого отношения к сенсорному слою и электрическому полю, там используется радиосвязь, о чем я подробно рассказывал в этой статье.

Алексей, глав. редактор Deep-Review

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии.

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Источник

Емкостной или резистивный сенсорный экран, в чем отличия?

Сегодня экран, помимо своих прямых функций является еще и устройством ввода информации в момент прикосновения к нему. Как и у всего рождающего интерес и спрос, на рынке присутствует огромное множество видов и типов сенсорных экранов, обладающих разными физическими действиями и принципами в работе. Давайте рассмотрим наиболее популярные и часто встречающиеся нам виды экранов в той или иной аппаратуре, например – автомобильная магнитола, GPS навигатор, сотовый телефон, банкомат и пр…

Резистивно-сенсорный экран и принцип их работы

Резистивные экраны бывают нескольких видов, четырех проводные и пяти проводные. Давайте рассмотрим принципы работы каждого из этих видов резистивного строения по отдельности.

Четырёх проводной резистривный сенсорный экран

Принцип действия 4-проводного резистивного сенсорного экрана

Четырех проводной резистивное сенсорное покрытие экрана состоит из нескольких компонентов, а именно, гибкой пластиковой мембраны и стеклянной панели. И мембрана, и панель обладает слоем резистивного покрытия, а пространство между ними заполнено микро изоляторами, равномерно распределены по рабочей (активная область, это место где происходит соприкосновение пальца со стеклом) области экрана, изолируя проводящие поверхности. В момент нажатия на экран, происходит замыкание мембраны и панели, сигнал поступает о месте нажатия на контроллер аналогово-цифрового преобразователя и регистрируя изменения сопротивления преобразует в точку прикосновения в виде координаты (X / Y).

Принцип действия 4-проводного резистивного сенсорного экрана

Алгоритм считывания информации в общих чертах:

Пяти проводной резистивно-сенсорный экран и принцип работы

Пяти проводной резистивный сенсорный экран, надежнее своего собрата за счёт того, что даже если повредить мембрану, то монитор будет продолжать работать, что нельзя сказать про 4-проводной вариант. Заднее стекло обладает резистивным покрытием с четырьмя угловыми электродами.

Принцип действия 5-проводного резистивного сенсорного экрана

Четыре электрода заземлены, а мембрана ровна +5V с поддержкой постоянного уровня напряжения мембраны при помощи аналогово-цифрового преобразователя.

Принцип действия 5-проводного резистивного сенсорного экрана

В момент сна, напряжение сенсорного экрана равно 5V но, как только на экран происходит нажатие или он соприкасается с чем-либо, микропроцессор фиксирует изменение мембраны и происходит вычислительный процесс координат места соприкосновения по алгоритму:

Емкостные сенсорные экраны и принцип их работы

Поверхностно-ёмкостной экран (емкостной) является проводником переменного тока.

Принцип действия поверхностно-ёмкостного сенсорного экрана

Принцип действия поверхностно-ёмкостного сенсорного экрана

Более ранние модели «ёмкостных экранов» применяли постоянный ток, это в разы упрощало конструкцию, но при плохом заземлении были сбои.

По надежности, емкостной сенсорный экран обладает возможностью около 200 млн нажатий, это примерно 6,5 лет нажатий с интервалом одной секунды, (емкостной экран влагостойкие и отлично справляются с не проводящими загрязнениями). Прозрачность емкостных экранов равна 90 %, но даже при таких великолепных характеристиках, все-таки присутствуют уязвимости. Широкое распространение ёмкостные экраны получили в автоматах массового скопления людей (например, банкоматы «СберБанка»), но любой сталкивался с тем, что аппарат не реагирует на рука находится в перчатке.

Принцип работы проэкционно-емкостных сенсорных экранов

Внутренняя сторона экрана состоит из сетки электродов, тело человека и электрод образуют конденсатор, в момент соприкосновения, система замеряет ёмкость конденсатора подачей импульса тока и, замеряет напряжение.

Принцип действия проекционно-ёмкостного сенсорного экрана

Проекционно-емкостные экраны обладают прозрачностью до 90 % и обладают высоким температурным диапазоном. При этом экраны такого характера долговечны в использовании и точны в показателях места соприкосновения. Экраны способны устанавливаться на экраны с толщиной до 18 мм, что позволяет использовать эту технологию в вандалоустойчивом оборудовании. Тек же, не реагирует на не проводящие загрязнения, а проводящее загрязнение спокойно подавляется программным обеспечением (например – залипание, система видит постоянно работающую область и делает ее неактивной).

Принцип работы проэкционно-емкостных сенсорных экранов

Огромную популярность этот вид экранов получил у уличных автоматах пополнения сотовых телефонов, банкоматах и пр…., некоторые модели реагируют даже на соприкосновение если рука находится в перчатке (что очень удобно, особенно в зимнее время). Современные модели проекционно-емкостных экранов обладают высокой точности, но есть небольшой минус, чем толщина стекла больше, тем менее чувствителен, становиться сенсор.

Проэкционно-емкостной экран реагирует даже на приближение руки (порог отклика можно устанавливать программно). Отличительно-народное восприятие этих экранов с остальными, в одном варианте нажатие происходит при помощи касания руки, а в другом при нажатии стилусом или ногтем.

Хочется обратить внимание, что часто путают проэкционно-емкостные экраны с поверхностно емкостными, из-за различий в терминологии, например экраны всеми любимыми яблочными изделиями (iPhone, IPAD и пр..) являются проекционно-ёмкостными.

Выводы

Каждый из вышеперечисленных видов сенсорных экранов обладает своими преимуществами и недостатками, для более точного понимания, давайте рассмотрим таблицу технических характеристик о работоспособности того или иного вида экрана.

Мы работаем, чтобы Вы отдыхали!

Источник