Смартфон зсередини: Тачскрін – як він працює?

У колишніх оглядах ми вже розповідали вам про матрицю і об’єктиви камери смартфона, про інші  технології, що дозволяють робити фотографії краще, а також почали «препарувати» дисплей, щоб кожен допитливий читач міг дізнатися, як він влаштований.

Але розуміння роботи екрану смартфона буде неповним без розбору принципів функціонування його головного шару, з яким ми, власне кажучи, і контактуємо по кілька сотень разів на день – тачскрін.

Зміст:

1. Різновиди тачскріна
2. Ємнісний тип сенсорного екрану
3. Принцип роботи проекційно-ємнісного сенсорного екрану
4. Особливості проекційно-ємнісного сенсорного екрану
5. Сильні сторони проекційно-ємнісного сенсорного екрану
6. Непомітна і незамінна технологія

Різновиди тачскріна

На зорі появи сенсорного екрану в смартфонах, близько десяти років тому, ця технологія ще тільки починала свій активний розвиток (як і самі смартфони) і істотно відрізнялася від вже знайомої нам, сьогодні. Сила натискання на екран повинна була бути більше, точність була нижче, а про мультитач взагалі не йшлося; але були і плюси – натискати на екран можна було чим завгодно, хоч гілкою, відірваною з дерева, замість стилуса. Цей тип екрану називався резистивним і міг розпізнати лише одне натискання на його поверхню.

У той час це був значний прорив і навіть такого типу екрани дуже вражали тодішніх власників смартфонів. Можливість прямо на екрані ткнути пальцем і вибрати якусь дію прирівнювалося до сюжету фантастичного фільму, з ультрасучасною технікою «з майбутнього». Сьогодні ж з таким функціоналом більшість користувачів, швидше за все, просто розіб’ють телефон об стіну, тому як сучасні програми вже навіть не проектуються з урахуванням одного натискання. І як тільки мова заходить про збільшення будь-якої фотографії, особливо там, де подвійний клік грає зовсім іншу роль, ви стикаєтеся з проблемою – взяти хоча б Instangam.

Однак, тачскрін стрімко розвивався і навіть резистивний екран навчився розуміти кілька натискань, з’явилися різновиди сенсорних панелей, з якими експериментували виробники. Таким чином, кожен привніс щось корисне в процес поліпшення сенсорної поверхні і сьогодні ми можемо бачити абсолютно новий, чутливий, надійний екран, що підтримує безліч торкань.

Ємнісний тип сенсорного екрану

Винайшовши ємнісний екран, яким зараз забезпечується абсолютна більшість смартфонів, людство отримало неперевершений інструмент управління. І, хоча, сьогодні ним нікого не здивуєш, а головне, багато хто навіть не замислюються як він працює, його принцип функціонування досить цікавий.

Можна виділити два типи ємнісних сенсорних екранів – перший називається поверхнево-ємнісним, а другий, найбільш якісний і точний – проекційно-ємнісним типом. Саме таким, останнім, екраном обладнані всі сучасні смартфони, включаючи iPhone, флагмани Samsung, Huawei і багатьох інших брендів. Саме про цей тип сенсорного екрану ми і хотіли розповісти.

Принцип роботи проекційно-ємнісного сенсорного екрану

Як ви вже пам’ятаєте з нашого минулого огляду, екран складається з багатошарової LCD матриці з підсвічуванням або OLED-матриці, яка працює сама по собі і їй не потрібен ніякий додатковий сенсорний екран. Але, якщо ми хочемо на нього натискати, а не просто дивитися, як на телевізор, нам необхідний ще один шар, на якому розміщуватиметься безліч струмопровідних електродів. Це і буде сенсорний екран, або тачскрін.

Принцип роботи проекційно-ємнісного сенсорного екрану набагато простіше ніж будь-яка матриця дисплея – в ньому знаходиться всього два шари електродів, розділених між собою ізолюючим шаром. На нижній шар електродів подається негативний заряд, чим створюється так званий катод, а верхній шар, як ви здогадалися, є електродом, приєднаним до позитивного полюса батареї і називається анодом.

Ці шари постійно створюють електричне поле між собою і при піднесенні до екрану струмопровідного матеріалу або, наприклад, пальця, деякі частинки починають потрапляти на цей предмет (або палець), утворюючи «ємність» (конденсатор) і спеціальна електроніка фіксує це «відхилення від норми» .

Всього, таких електродів на екрані може бути до 80 вертикально і до 40 горизонтально. Вони створюють мережу з 3200 чутливих до натиснення перетинів, які реєструють найменший рух пальця або іншого струмопровідного предмета.

Оновлення стану кожного електрода відбувається по рядках та дуже швидко, в секунду реєструються сотні оновлень кожного рядка. І якщо в якомусь з їх перетинів відбувається витік на «сторонню ємність», то ці координати відразу ж передаються на обробляючий значення контроллер.

Обробляюча сигнал електроніка реєструє сигнал в безлічі перетинів, тому як при натисканні пальцем маленької кнопочки ми торкаємося десятка таких електродів. Але, навіть з урахуванням цього факту, отримана з сенсорного екрану інформація обробляється спеціальними алгоритмами і правильно розуміє, що центр натискання доводиться саме на певний параметр або «хрестик» закриття чергової настирливої ​​реклами.

Таким чином, багаторазово і безперервно  построково скануючи весь екран на предмет витоку електричного поля, тачскрін може визначати до десяти натискань, з точним розпізнаванням точки, куди ви хочете потрапити і траєкторії руху. Однак, існують і інші особливості таких ємнісних екранів, які не завжди подобаються.

Особливості проекційно-ємнісного сенсорного екрану

Як ми вже говорили, використання резистивних екранів, незважаючи на велику кількість мінусів, спрощувалося можливістю натискання будь-яким предметом, чого не можна сказати про сучасні ємнісні тачскріни. Для того, щоб екран зареєстрував натискання, предмет повинен пропускати (забирати на себе) електричний заряд. Для цього підходять спеціальні стілуси або пальці.

Пропускати струм через тканинні, шкіряні або в’язані рукавички, або рукавиці такий екран не буде, що є великим мінусом в зимовий час. Також ємнісний екран буде дуже погано реагувати на натискання при високій вологості і попаданні крапель на екран – краплі теж проводять струм і натискання пальця не будуть точно зареєстровані. Тим більше проблемою буде використання такого екрану під водою, не дивлячись на підтримку багатьма виробниками захисту корпусу від вологи, що витримує недовге занурення на малу глибину.

Ще одним мінусом, що виявляється у всіх LCD-екранах, є поглинання до 10% світла сенсорним екраном, тому як його прозорість складає лише 90%. Тому, створюючи такі екрани всім виробникам варто враховувати цей фактор при розрахунку яскравості підсвічування або ж постійно вдосконалювати технології, щоб знижувати світопоглинання кожного шару.

Сильні сторони проекційно-ємнісного сенсорного екрану

Однак, більшість цих недоліків можливо відкоригувати за допомогою програмного коду. Можна «навчити» екран правильно розпізнавати натискання мокрими руками, реєструвати дотики в рукавичках зі спеціальним струмопровідним напиленням. Все це усуває цілий ряд проблем і основних мінусів цього типу тачскрінів, що залишає нас наодинці з його незаперечними плюсами.

Електричне поле, створюване електродами в екрані, виходить далеко за його межі і може реагувати на дотик пальця навіть якщо накрити екран склом до 18 мм. Це відмінно допомагає захистити тонкий шар від пошкоджень, що застосовується в банкоматах і різних вуличних терміналах.

Крім того, ресурс роботи такого екрану, теоретично, нескінченний – в ньому немає частин, які зношуються і якщо його не переламати навпіл, то він може працювати дуже-дуже довго. У будь-якому випадку переживати за його поломку не варто, тому що навіть найнадійніший компонент смартфона вийде з ладу раніше, ніж сенсорний шар екрану. Це дуже радує, тому як однією потенційною поломкою буде менше.

Що ж стосується світлопропускання, то в матрицях OLED або AMOLED такої проблеми немає, так як виробники придумали спосіб інтегрувати шар електродів прямо на матрицю, між субпікселями.

Непомітна і незамінна технологія

У сучасному світі, який буквально завалив нас технологіями «майбутнього», ми дуже часто не помічаємо простих і важливих для кожного дрібниць. Такі ефектні відкриття як Інтернет, що зв’язує всіх і кожного між собою, літаючі мотоцикли, самокеровані автомобілі і триваюче підкорення космосу, безумовно, затьмарюють своєю важливістю майже все, що ми знаємо про електроніку. Але тепер, як мінімум, щоразу користуючись смартфоном ви будете усвідомлювати, що ви втручаєтеся в стабільне електричне поле тачскріна, торкаючись до екрану, і тим самим змушуєте десятки електродів працювати на ваші потреби.