Типы сенсорных экранов. Планшеты: Какой экран лучше, емкостный или резистивный

Устройство ввода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему. Существует множество разных типов сенсорных экранов, которые работают на разных физических принципах. Но мы рассмотрим лишь те которые встречаются в мобильных телефонах и другой переносной технике.

Принцип работы резистивных сенсорных экранов

Резистивные сенсорные экраны бывают двух видов, четырехпроводные и пятипроводные. Рассмотрим принцип работы каждого из типов в отдельности.

Четырёхпроводной резистривный экран

Принцип действия 4-проводного резистивного сенсорного экрана

Резистивный сенсорный экран состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны. И на панель, и на мембрану нанесено резистивное покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микроизоляторами, которые равномерно распределены по активной области экрана и надёжно изолируют проводящие поверхности. Когда на экран нажимают, панель и мембрана замыкаются, и контроллер с помощью аналогово-цифрового преобразователя регистрирует изменение сопротивления и преобразует его в координаты прикосновения (X и Y). В общих чертах алгоритм считывания таков:

1. На верхний электрод подаётся напряжение +5В, нижний заземляется. Левый с правым соединяются накоротко и проверяется напряжение на них. Это напряжение соответствует Y-координате экрана.
2. Аналогично на левый и правый электрод подаётся +5В и «земля», с верхнего и нижнего считывается X-координата.

Пятипроводной резистивный экран

Пятипроводной экран более надёжен за счёт того, что резистивное покрытие на мембране заменено проводящим (5-проводной экран продолжает работать даже с прорезанной мембраной). На заднем стекле нанесено резистивное покрытие с четырьмя электродами по углам.

Принцип действия 5-проводного резистивного сенсорного экрана

Изначально все четыре электрода заземлены, а мембрана «подтянута» резистором к +5В. Уровень напряжения на мембране постоянно отслеживается аналогово-цифровым преобразователем . Когда ничто не касается сенсорного экрана, напряжение равно 5 В.

Как только на экран нажимают, микропроцессор улавливает изменение напряжения мембраны и начинает вычислять координаты касания следующим образом:

1. На два правых электрода подаётся напряжение +5В, левые заземляются. Напряжение на экране соответствует X-координате.
2. Y-координата считывается подключением к +5В обоих верхних электродов и к «земле» обоих нижних.

Принцип работы емкостных сенсорных экранов

Ёмкостный (или поверхностно-ёмкостный) экран использует тот факт, что предмет большой ёмкости проводит переменный ток.

Принцип действия ёмкостного сенсорного экрана

Ёмкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом (обычно применяется сплав оксида индия и оксида олова ). Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое переменное напряжение (одинаковое для всех углов). При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом появляется утечка тока. При этом чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление экрана, а значит, сила тока больше. Ток во всех четырёх углах регистрируется датчиками и передаётся в контроллер, вычисляющий координаты точки касания.

В более ранних моделях ёмкостных экранов применялся постоянный ток - это упрощало конструкцию, но при плохом контакте пользователя с землёй приводило к сбоям.

Ёмкостные сенсорные экраны надёжны, порядка 200 млн нажатий (около 6 с половиной лет нажатий с промежутком в одну секунду), не пропускают жидкости и отлично терпят не проводящие загрязнения. Прозрачность на уровне 90 %. Впрочем, проводящее покрытие всё ещё уязвимо. Поэтому ёмкостные экраны широко применяются в автоматах, установленных в охраняемом помещении. Не реагируют на руку в перчатке.

Принцип работы проекционно-емкостных сенсорных экранов

На внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод вместе с телом человека образует конденсатор ; электроника измеряет ёмкость этого конденсатора (подаёт импульс тока и измеряет напряжение).

Принцип действия проекционно-ёмкостного сенсорного экрана

Прозрачность таких экранов до 90 %, температурный диапазон чрезвычайно широк. Очень долговечны (узкое место - сложная электроника, обрабатывающая нажатия). На ПЁЭ может применяться стекло толщиной вплоть до 18 мм, что приводит к крайней вандалоустойчивости. На непроводящие загрязнения не реагируют, проводящие легко подавляются программными методами. Поэтому проекционно-ёмкостные сенсорные экраны применяются в автоматах, устанавливаемых на улице. Многие модели реагируют на руку в перчатке. В современных моделях конструкторы добились очень высокой точности - правда, вандалоустойчивые исполнения менее точны.

ПЁЭ реагируют даже на приближение руки - порог срабатывания устанавливается программно. Отличают нажатие рукой от нажатия проводящим пером. В некоторых моделях поддерживается мультитач . Поэтому такая технология применяется в тачпадах и мультитач-экранах.

Стоит заметить, что из-за различий в терминологии часто путают поверхностно- и проекционно-ёмкостные экраны. По классификации, применённой в данной статье, экран iPhone является проекционно-ёмкостным.

Заключение

Каждый из видов сенсорных экранов имеет свои преимущества и недостатки, для наглядности рассмотрим таблицу.

Статья написана по материалам сайта

В настоящее время уже никого не удивишь сенсорным экраном. Более того, уже странно видеть устройства без сенсора, особенно, когда речь идет о мобильных гаджетах. Это обусловлено стремлением увеличить площадь рабочей поверхности. Но часто ли мы задумываемся о том, какой тип дисплея используется в том или ином устройстве? Случалось ли такое, что, купив новый планшет или смартфон, мы пытаемся управлять им с помощью привычно цифрового пера, но вот незадача, устройство попросту не реагирует на его прикосновение. Видимо, экран выполнен по другой технологии, емкостной, которая постепенно начинает вытеснять своего предшественника, дисплей резистивного типа.

Можно встретить большое количество сенсорных дисплеев, отличающихся не только конструктивными особенностями, но и принципом работы. На сегодняшний день существуют следующие типы сенсорных экранов: резистивный, емкостной, проекционно-емкостной, матричный, сенсорный экран на поверхностно-акустических волнах, инфракрасный, тензометрический, индуктивный.

В настоящий момент в электронной технике используются два основных типа сенсорных экранов: резистивный и емкостной. О них мы и поговорим подробней, а также попытаемся выделить сильные и слабые стороны каждого.

Вначале рассмотрим принцип работы резистивного сенсорного экрана. Он состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны, на которые нанесено резистивное покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микроизоляторами, которые в свою очередь надежно изолируют проводящие поверхности, равномерно распределившись по активной области экрана. При нажатии на дисплей, панель и мембрана замыкаются, а контроллер с помощью аналогово-цифрового преобразователя регистрирует изменение сопротивления, преобразовывая его в координаты касания. Именно по этой причине на такой экран можно нажимать любым твердым предметом, это может быть, как ноготь, так и специальный стилус, и даже обычный карандаш. Как следствие такого строения, резистивные экраны постепенно изнашиваются, из-за чего и возникает необходимость в периодической калибровке экрана, чтобы при нажатии на дисплей происходила правильная обработка координат точки касания.

Бывают четырех-, восьми-, пяти-, шести- или семиэлектродные экраны. Самыми простыми в изготовлении, следовательно, и самыми дешевыми, являются четырехэлектродные. Они выдерживают всего 3 миллиона нажатий в одну точку. Пятипроводные уже будут значительно надежнее - до 35 миллионов нажатий, в них четыре электрода расположены на панели, а пятый находится на мембране, которая покрыта токопроводящим составом. Стоит отметить, что пятипроводные и последующие версии шести- и семипроводные экраны продолжают работать даже при повреждении части мембраны.

Преимущества

К достоинствам резистивного экрана можно отнести невысокую стоимость его производства, а, следовательно, и устройства, в котором он используется. Кроме этого, стоит отметить, что отзыв сенсора здесь не зависит от состояния поверхности экрана, даже в случае загрязнения, тачскрин остается таким же чувствительным. Следует также выделить точность попадания в нужную точку, т.к. используется густая решетка резистивных элементов.

Недостатки

В качестве недостатков резистивных экранов выделим низкое светопропускание, не более 70% или 85%, поэтому требуется повышенная яркость подсветки. Также это низкая чувствительность, т.е. просто прикасаться пальцем не достаточно, требуется надавливание, так что без цифрового пера или длинных ногтей не обойтись. Данный тип в большинстве случаев не поддерживает мультитач, т. е. экран понимает лишь одно касание. При взаимодействии с экраном нужно прилагать определенные усилия, чтобы передать какую-либо команду, а переусердствовав можно не только поцарапать, но и повредить дисплей. Как уже было сказано выше, для правильного функционирования периодически необходимо производить калибровку экрана.

Емкостной сенсорный экран

Емкостной экран представляет собой стеклянную панель, которая покрыта прозрачным резистивным материалом, в котором, как правило, используется сплав оксида индия и оксида олова. По углам панели установлены электроды, подающие на проводящий слой низковольтное переменное напряжение, они следят за течением зарядов в экране, и передают данные в контроллер, определяя, таким образом, координаты точки касания. До прикосновения экран обладает некоторым электрическим зарядом; при касании пальцем на проводящем слое появляется точка, потенциал которой меньше, чем потенциалы электрода, т. к. тело человека обладает способностью проводить электрический ток и имеет некоторую емкость. На экране нет никаких гибких мембран, что обеспечивает высокую надежность и позволяет снизить яркость подсветки. Данный тип экрана способен одновременно определять координаты двух и более точек касания, что и означает поддержку мультитач.

Подвидом емкостных стали проекционно-емкостные экраны. Работают они по схожему принципу. Отличие заключается в том, что базовые элементы в них расположены не на внешней стороне экрана, а на внутренней, благодаря чему сенсор получается более защищенным. В основном дисплеи такого типа используются в современных мобильных устройствах.

Взаимодействие с емкостным экраном должно осуществляться только проводящим предметом, голым пальцем или специальным стилусом, который обладает электрической емкостью. Количество нажатий до выхода сенсорных элементов из строя достигает более 200 млн раз.

Преимущества

Из плюсов емкостных экранов выделим, что даже на ярком солнце видимость остается достаточно хорошей, чего нельзя сказать о резистивном экране, т. к. он отражает много окружающего света. Преимуществом также стала возможность быстрого и точного распознавания касания без использования дополнительных аксессуаров. Несомненным достоинством экранов этого типа является более длительное время службы сенсора, по сравнению с предыдущим типом. Также появился «многопальцевый» интерфейс или мультитач, хотя далеко не во всех устройствах с экраном такого типа он реализован в полной мере.

Недостатки

К негативным сторонам использования емкостного сенсорного экрана можем отнести более высокую стоимость по причине сложности производства. Взаимодействие с дисплеем возможно только при касании с материалом, который является проводником. По этой причине для работы с ним приобретаются специальные емкостные стилусы или перчатки, особенно это становится актуальным в холодную погоду, а это еще одна статья расходов.

Подводя итог, напомним, что резистивные экраны чувствительны к нажатию, а емкостные реагируют на касание. Точность емкостных дисплеев сравнима с точностью резистивных, но емкостной тип отличается более высокой надежностью за счет отсутствия гибкой мембраны, а меньшее количество слоев делает их более прозрачными.

Бытует мнение, что резистивные дисплеи уже отжили свое, а будущее - за емкостными. Действительно, переход от механико-электрического ввода к электрическому уже много значит, т. к. возросла точность определения координат, и появился мультитач.

Тем не менее, сегодня на рынке электронной техники еще остается большое количество устройств с резистивными экранами, но они потихоньку начинают вытесняться гаджетами с емкостными сенсорами. Наблюдая эту тенденцию, можно предположить, что первые в скором времени и вовсе исчезнут.

В современных мобильных устройствах - смартфонах, коммуникаторах, плеерах - используются сенсорные экраны двух типов: резистивные и ёмкостные. При этом более 90% всех сенсорных дисплеев сегодня относятся к резистивному типу, хотя уже явно наметилась тенденция к увеличению доли ёмкостных экранов.

Чтобы перестать путаться, достаточно запомнить: резистивные экраны чувствительны к нажатию, а ёмкостные - к касанию. Эта разница обусловлена конструкцией дисплеев, и приучить, например, ёмкостной экран к распознаванию нажатий карандашом невозможно в принципе.

Резистивный экран представляет собой стеклянный жидкокристаллический дисплей, на который наложена гибкая мембрана. На соприкасающиеся стороны нанесён резистивный состав, а пространство между плоскостями разделено диэлектриком. По краям пластин закреплены электроды (обычно четыре или пять). При нажатии экран и мембрана соприкасаются в месте нажатия, что и позволяет "узнать", где произошло нажатие. Именно поэтому на резистивный экран можно нажимать любым твёрдым предметом - от ногтя и стилуса до карандаша или спички, и он сработает. Второе их достоинство – устойчивость к загрязнениям . Это значит, что даже покрытая пылью и разводами воды поверхность экрана будет работать по-прежнему хорошо, а чувствительность к нажатиям не изменится.

Если говорить о недостатках резистивных сенсорных экранов , то первым можно назвать его невысокую долговечность. Если перевести срок службы такого экрана в количество нажатий, то это будет 1 миллион нажатий для четырехпроводных экранов и 35 миллионов нажатий для пятипроводных экранов (две наиболее распространенные разновидности резистивных сенсорных экранов). К недостаткам резистивных экранов относится также низкое светопропускание - не более 70-85%, из-за чего требуется повышенная яркость подсветки. Несмотря на используемый защитный слой, работу такого экрана можно довольно просто нарушить, повредив его. Пластик легко режется острыми предметами, а поверхность его не выдерживает слишком высоких температур и может расплавиться.

Популярность резистивных сенсорных экранов до сих пор очень высока. Именно они сделали сенсорные телефоны доступными и позволили вывести на рынок множество недорогих аппаратов стоимостью до $200. Из наиболее популярных в этом сегменте аппаратов можно отметить Samsung GT-S5230 Star, Nokia 5230 и другие.

Ёмкостный сенсорный экран работает на основе способности человеческого тела проводить электрический ток. Чаще всего в основе емкостного экрана лежит стеклянная подложка, на поверхность которой нанесен резистивный материал, прикрытый токопроводящей пленкой. В момент касания к экрану пальца возникает электрический ток, а специальный контроллер вычисляет координаты касания.

По точности определения координат емкостные экраны ни в чем не уступают резистивным, но при этом лучше пропускают свет (90% и более вместо 80%). Долговечность таких экранов на порядок выше – они способны выдержать до 200 миллионов нажатий. Воздействие окружающей среды на емкостные экраны меньше – в идеале они способны работать без нареканий в знойную жару и в сильный холод. Но, как показывает практика, в лучшем случае падает точность определения координат, в худшем он просто перестаёт реагировать .

Главным недостатком такого типа экранов является возможность их работы только под воздействием токопроводящего предмета . То есть, если вы захотите воспользоваться обычным стилусом или любым другим твердым предметом, экран на ваше касание никак не отреагирует.

Особенно сильно эта проблема проявляется зимой, когда в морозный день при ответе на важный звонок нет возможности (или желания) снять перчатку и нажать соответствующую кнопку на экране. Правда, некоторые владельцы таких телефонов уже нашли довольно оригинальный выход из этой ситуации – вместо пальцев для нажатия этой кнопки они используют... свой нос! Надо сказать, что в некоторых случаях возможно и управление рукой в перчатке – это будет зависеть от качества экрана и его чувствительности, а также материала, из которой пошита перчатка.

Еще один недостаток емкостных сенсорных экранов состоит в их высокой восприимчивости к загрязнению поверхности. Чувствительность и точность нажатий при этом могут существенно уменьшаться.

Проекционно-емкостные сенсорные экраны отличаются от классических емкостных экранов только одним - поддерживают технологию Multitouch. Преимуществ у проекционно-емкостных сенсорных экранов много – помимо поддержки Multitouch, они долговечны (около 200 миллионов касаний), устойчивы к повреждениям (в защитных целях можно использовать закаленное стекло или специальный пластик толщиной до 18 мм), выдерживают работу при очень низких температурах (до -40 °C), способны хорошо пропускать свет (свыше 90%). Недостаток у проекционно-емкостных экранов только один – управлять ими можно только с помощью токопроводящих предметов (как и в случае с обычными емкостными экранами).

Наиболее известные смартфоны с проекционно-емкостными экранами производит компания Apple, она же стала пионером в этой области. Также работающий Multitouch есть на таких моделях, как Nokia N8, Samsung GT-I9100 Galaxy S II, HTC Desire S.

На чем остановить свой выбор

Если перед вами стоит вопрос выбора мобильного устройства в зависимости от типа сенсорного экрана, можете предварительно определиться с тем, какую сумму вы готовы потратить на покупку телефона или смартфона, каковы будут условия эксплуатации аппарата, согласитесь ли вы пользоваться для управления только пальцами. Если вы согласны заплатить внушительную сумму за поддержку Multitouch и нуждаетесь в современном высокопроизводительном смартфоне, выбирайте модель с проекционно-емкостным экраном. Если же вы впервые совершаете покупку телефона с сенсорным экраном и хотите сэкономить – вам подойдет резистивный экран. Он же будет лучшим решением, если вас смущает необходимость управления им исключительно пальцами или же вы часто работаете в не слишком стерильных условиях, а на поверхность экрана регулярно попадают частички грязи и пыли.

Ранее автор этих строк был исключительным поклонником использования резистивных дисплеев в защищенных планшетных компьютерах и . Сегодня такая уверенность начинает сменяться сомнениями. Чтобы определиться с тем, какой экран лучше, резистивный или емкостный, соберем вместе факты - их преимущества и недостатки - и поразмышляем.

Компании, разрабатывающие профессиональное электронное оборудование для использования в промышленности, логистике, армии и полиции, чаще всего отдают предпочтение резистивным экранам. Однако в последнее время появились гаджеты с емкостными экранами, обеспеченными специальной защитой. Чтобы понять, почему так происходит, сначала требуется дать определения этим технологиям.

Особенности технологий

Резистивные сенсорные экраны

Резистивный экран позволяет управлять аппаратами путем давления на поверхность любым предметом – , пальцем (в том числе в перчатке) или карандашом. Такой дисплей состоит из двух гибких слоев с воздушной прослойкой. При давлении на верхний слой он контактирует с нижним, и регистрирует точное местоположение давления.

Емкостные сенсорные экраны

Емкостный экран позволяет управлять гаджетом благодаря проводимости кожи - путем касания пальца. Поэтому он не использует давление и более отзывчив, чем резистивный дисплей. При этом существует ограничение – емкостной экран может управляться только тем предметом, который имеет такую проводимость. Это может быть не только палец, но и специальный стилус с проводящей иглой.

Использование резистивного и емкостного экранов

Как уже говорилось, традиционно профессиональные разработчики используют резистивные экраны, которыми можно управлять в сложных погодных условиях любым предметом. Так же резистивная технология предполагает наличие большего по сравнению с емкостной технологией количества чувствительных датчиков на квадратный сантиметр, поэтому на дисплее могут отражаться даже самые маленькие значки, на которые можно нажимать иголкой.

К слову сказать, ОС Windows Mobile учитывает данную особенность, и разрабатывалась специально под резистивные экраны. Такие экраны менее чувствительны к случайным прикосновениям, в том числе к попаданию капель дождя. Но, с другой стороны, многие разработчики начинают создавать программное обеспечение исключительно под современные емкостные дисплеи. Скоро это может стать проблемой устройств с резистивными дисплеями.

Считается так же, что резистивная технология стоит дешевле емкостной. До последнего времени это было действительно так, пока емкостные экраны не стали производиться многомиллионными тиражами что, соответственно, уменьшило их стоимость.

Стоит отметить, что дисплей является наиболее уязвимой частью защищенных коммуникаторов и . В смысле надежности емкостные экраны более предпочтительны. Они характеризуются большей производительностью в любых условиях, в том время как иногда резистивные модели отказывают в случае, если их нести вниз стеклом. Они перестают реагировать на касания, в отличие от емкостных моделей, у которых нет такой проблемы.

Если емкостный дисплей сломан (например, пробит), он способен исполнять свою функцию и дальше, в то время как резистивный чаще всего полностью выходит из строя. То есть полевой работник с емкостным дисплеем сможет продолжать работу, а с резистивным – будет вынужден ее закончить.

Стоит так же упомянуть о возможности многопальцевого ввода. В отличие от емкостных моделей резистивные не поддерживают мультитач в большом объеме. В некоторых случаях это может сказаться на производительности и успешном выполнении спецзадач.

Вывод.

Если свести все указанные данные в единое целое, можно сказать, что емкостные сенсорные экраны не только более удобны в работе, но и более надежны и продуктивны. Единственное, о чем следует позаботиться разработчикам – об их укреплении (например, химическим стеклом). Кроме того, остается проблема использования в перчатках и предметами, не предназначенными для управления, так как необходимость в применении подручных средств в полевых условиях является вполне вероятной.

То есть, если вам нужна большая производительность и гарантированная работа после появления трещин и пробоев – лучше использовать емкостный дисплей. С другой стороны, в случае необходимости использовать или работать под дождем, преимущество остается за резистивным дисплеем. Кроме того, сегодня все еще большинство специализированных программ для профессиональных защищенных устройств ориентировано под Windows Embedded, хотя намечается тенденция сдвига в сторону Android.

Или как их еще называют - таблетки, на базе операционной системы Android – одни из довольно новых гаджетов, которые позволят вам общаться с вашими друзьями, просмотра World Wide Web (сеть Интернет), а также смотреть фильмы и слушать любимую музыку. Они как правило небольшой плоской формы, потеряли значительную часть своей массы и достаточно объемную клавиатуру, которая теперь ассоциируется с их старшим братом ноутбуком. Если нет клавиатуры, спросите вы, то как с ними работать?

У каждого планшета есть сенсорный экран. Это экран, который реагирует на ваши прикосновения, так же как сенсорная панель у ноутбука. Таким образом, вместо того чтобы кликать по иконкам с помощью мыши, вы можете просто дотронуться до них пальцем или стилусом (выглядит как ручка, только без чернил).

Существуют различные виды сенсорных дисплеев, так что давайте разберемся что они из себя представляют, и какие между ними различия:

Резистивный сенсорный экран

Резистивный сенсорный экран похож на бутерброд состоящий из слоев, если говорить аналогиями. Когда вы нажимаете на экран, он замыкается с мембраной, устройство регистрирует изменение сопротивления и преобразует его в координаты, таким образом ваш планшет узнает что вы нажали именно сюда и реагирует соответственно. Например, открывает приложение или ставит игру на паузу. Их сильные стороны в том, что они достаточно прочные, так как делаются из различных сортов стеклопластика. Учитывая что это достаточно простая разработка, резистивный экран также обладает сравнительно небольшой стоимостью, так что снизит ваши расходы. Недостаток резистивного типа экрана в том, что некоторые люди считают что они обладают недостаточной чувствительностью, так как таблетке приходится ждать небольшое время, пока ваш палец или стилус замкнет слои. Кроме того настоятельно рекомендуется иметь стилус или длинный ноготь, так как простые касания кончиком пальца не всегда распознаются устройством.

Емкостный сенсорный экран

Емкостный сенсорный экран состоит из плоского и толстого стекла, покрытого слоем электрического проводника. Человеческое тело также является хорошим проводником электрического тока, поэтому когда вы касаетесь стекла, появляется электрическая связь, которая распознается, как если бы вы кликали мышью. Сильные стороны данного типа сенсорных экранов в том, что они выдают более яркую и четкую картинку, чем резистивные, также они изготовлены из стекла, никакого пластика там нет, так что они распознают касания достаточно точно и быстро, таким образом нужда в стилусе отпадает. Недостатки емкостного экрана имеют место быть и здесь. Так как производство таких дисплеев достаточно сложное, цена сенсорного экрана значительно больше чем у резистивных, а так как они сделаны из стекла они восприимчивы к повреждениям, например при падении планшета на землю.

Так какой же выбрать? Если честно, то здесь нет очевидного победителя, но возможно стоит брать во внимание тот факт, будете ли вы использовать при работе стилус или же ваш палец. Емкостные дисплеи как правило ярче, так что если вы собираетесь смотреть на таблетке фильмы, то емкостный экран предпочтительней. Они также замечательно подойдут геймерам, из за возможности более быстро реагировать на прикосновения. Если вас не привлекает вышесказанное, а вы просто хотите подыскать себе планшет на базе Android OS для просмотра интернета, электронной почты, прослушивания музыки, то вы безусловно можете сэкономить деньги не причиняя ущерба производительности и купить таблетку с резистивным дисплеем.