Jak funguje dotyková obrazovka. Jak fungují dotykové obrazovky

Lidstvo se odjakživa rádo dělí na skupiny: katolíci a protestanté, vegetariáni a pojídači masa, příznivci dotykových displejů a ti, kteří k nim nepociťují přílišnou přitažlivost. Naštěstí je nepravděpodobné, že by tech geekové zahájili válku nebo křížovou výpravu proti těm, kteří nesdílejí jejich názor, a to navzdory skutečnosti, že armáda přívrženců „prstově orientovaných“ rozhraní roste tempem vývoje samotné technologie. Jak je to všechno zařízeno?

Smartphony a tablety: jak funguje obrazovka?

První dotyková obrazovka se objevila před 40 lety v USA. Mřížka IR paprsku sestávající z 16x16 bloků byla instalována v počítačovém systému Plato IV. První dotykový televizor byl uveden na světové výstavě v roce 1982, o rok později byl představen první osobní počítač HP-150. V telefonech se dotykové obrazovky objevily mnohem později: v roce 2004 na kongresu 3GSM (jak se tehdy Mobile World Congress jmenoval) Philips představil novinářům tři modely (Philips 550, 755 a 759). Mobilní operátoři tehdy do služby MMS vkládali velké naděje, takže hlavní funkce dotykové obrazovky byly zábavné: aby byly MMS emotivnější, nabídli vývojáři uživatelům zpracovávat fotografie pomocí stylusu - podepisovat, doplňovat detaily - a teprve poté odešlete adresátovi.

Zároveň bylo možné používat virtuální klávesnici, ale protože všechny modely měly digitální a dotyková obrazovka výrazně zvýšila náklady na zařízení, na chvíli se na ně zapomnělo. O rok později se objevil Fly X7 - plně dotykový monoblok, bohužel s řadou hardwarových nedostatků, které jej ve spojení s tehdejší obskurností značky pohřbily mezi nevýrazné modely. A nebyly to jediné pokusy vytvořit něco nového, nicméně i přes řadu předchůdců lze za první plnohodnotné označit pouze Apple iPhone, LG KE850 PRADA a řadu HTC Touch, která se objevila na trhu v roce 2007 „prstově orientované“ modely. Byli to oni, kdo zahájil éru dotykových telefonů.

Přísně vzato, dotykový prvek není obrazovka - je to vodivý povrch, který funguje v tandemu s obrazovkou a umožňuje zadávat data pomocí prstu nebo jiného předmětu.

Jak obrazovka rozpozná dotyk?

Existuje mnoho typů dotykových obrazovek, ale my se zaměříme pouze na ty, které jsou hojně využívány v mobilních zařízeních: smartphony a tablety.

Odporový displej se skládá z pružné plastové membrány a skleněného panelu, mezi nimiž je prostor vyplněn mikroizolátory, které izolují vodivý povrch. Když prstem nebo stylusem stisknete obrazovku, panel a membrána se uzavřou a ovladač zaregistruje změnu odporu, na základě které chytrá elektronika určí souřadnice stisku. Hlavními výhodami jsou nízká cena a snadná výroba, což snižuje tržní hodnotu finálního zařízení.

Mezi nesporné přednosti patří také to, že obrazovka reaguje na jakýkoli tlak - při práci s ní není nutné používat speciální vodivý stylus nebo prst, plnicí pero nebo jakýkoli jiný předmět, kterým můžete přitlačit na určitý bod. obrazovky se k tomu docela hodí. Odporová obrazovka je odolná vůči nečistotám. Řadu operací lze provádět i rukou v rukavici – například přijmout hovor v chladném období. Nebylo to však bez nevýhod. Odporová obrazovka se snadno poškrábe, proto je vhodné ji pokrýt speciální ochrannou fólií, která zase neovlivňuje kvalitu obrazu tím nejlepším způsobem. Navíc mají tyto škrábance tendenci zvětšovat se.

Obrazovka má nízkou průhlednost – prochází jím pouze 85 % světla přicházejícího z displeje. Při nízkých teplotách obrazovka „tuhne“ a hůře reaguje na stisk, není příliš odolná (35 milionů kliknutí v jednom bodě). Předchůdci odporových obrazovek byly maticové dotykové obrazovky, které byly založeny na mřížce senzorů: vodorovné vodiče byly aplikovány na sklo a svislé vodiče na membránu. Při dotyku obrazovky se vodítka zavřela a indikovala souřadnice bodu. Tato technologie se používá dodnes, ale v chytrých telefonech se téměř nikdy nevyskytuje.

Obvod odporové obrazovky

Technologie kapacitních obrazovek je založena na tom, že člověk má velkou elektrickou kapacitu a je schopen vést proud. Aby vše fungovalo, je na stínítko nanesena tenká vodivá vrstva a do každého ze čtyř rohů je přiveden slabý střídavý proud o malé velikosti. Dotyk obrazovky způsobí místo úniku, které závisí na tom, jak daleko od rohu obrazovky k dotyku došlo. Podle této hodnoty se určí souřadnice bodu. Takové obrazovky jsou odolnější proti poškrábání, nepropouštějí tekutinu, jsou odolnější (asi 200 milionů kliknutí) a průhledné ve srovnání s odporovými, navíc reagují na nejlehčí doteky. Má to však své nevýhody - během hovoru se můžete nešikovně dotknout telefonu uchem a snadno spustit nějakou aplikaci, nepřijmete hovor rukou v rukavici - elektrická vodivost není stejná. Vyšší cena obrazovky samozřejmě ovlivňuje cenu zařízení.

Diagram kapacitní obrazovky

Jak funguje můj iPhone?

Mezi pokročilejší typy kapacitních obrazovek patří promítané kapacitní obrazovky. Na vnitřní povrch skla se přiloží elektroda a jako druhá elektroda působí člověk. Když se dotknete obrazovky, vytvoří se kondenzátor, jehož měřením kapacity můžete určit souřadnice lisování. Protože je elektroda přiložena na vnitřní povrch obrazovky, je velmi odolná vůči nečistotám; vrstva skla může dosáhnout 18 mm, což může výrazně zvýšit životnost displeje a odolnost proti mechanickému poškození.

Jednou z nejzajímavějších funkcí promítaných kapacitních obrazovek je podpora vícedotykové technologie. Mají také velkou citlivost a mají poměrně široký teplotní rozsah provozu, ale s rukou v rukavici se s nimi stále příliš nepracuje. Zdálo by se, že to může potenciální kupce zmást, ale před pár lety jeden z podnikavých korejských fanoušků iPhonu uhodl jako stylus obyčejnou klobásu, jejíž elektrická vodivost umožňovala přijmout hovor. Kontroverzní trend vyvolal na fórech bouři nadšení a upoutal pozornost výrobců příslušenství, kteří uvedli do prodeje speciální klobásový stylus. Před obvyklou klobásou má alespoň jedno plus - nezanechává mastné stopy na obrazovce zařízení.

Schéma projekčního kapacitního plátna

Bez ohledu na technologii obrazovky má řadu typických vlastností. Mezi hlavní charakteristiky obrazovky patří kromě rozlišení také pozorovací úhel a reprodukce barev, která závisí na typu displeje. Pojem barevné reprodukce je neoddělitelně spojen s „barevnou hloubkou“ – termínem, který označuje množství paměti v počtu bitů použitých k uložení a přenosu barvy. Čím více bitů, tím hlubší barvy. Moderní LCD displeje v chytrých telefonech a tabletech zobrazují 18bitové barvy (více než 262 000 odstínů). Maximum možného je v současnosti 24bitový TrueColor, který je schopen reprodukovat více než 16 milionů barev v maticích AMOLED a IPS.

Pozorovací úhel se jako každý úhel měří ve stupních a charakterizuje hodnotu, při které jas a čitelnost obrazovky neklesne více než dvakrát, pokud se na ni díváte přímo kolmo. LCD mají tuto vlastnost, ale ne OLED.

Porovnání přehrávačů médií: klady a zápory

ZOOM.CNews

Typy obrazovek smartphonů a tabletů

V současné době se při výrobě smartphonů a tabletů zpravidla používají LCD nebo OLED displeje.

LCD obrazovky jsou založeny na tekutých krystalech, které nemají vlastní záři, a proto v konečném pořadí vyžadují podsvícení. Krystaly mohou pod vnějším vlivem (teplotním nebo elektrickým) změnit svou strukturu a stát se neprůhlednými. Ovládáním proudu můžete na displeji vytvářet nápisy nebo obrázky.

LCD pixelový obvod

Displeje z tekutých krystalů používané v chytrých telefonech a tabletech mají většinou aktivní matrici (TFT). TFT-matice používají průhledné tenkovrstvé tranzistory, které jsou umístěny přímo pod povrchem obrazovky. Za každý bod obrazu je zodpovědný samostatný tranzistor, takže obraz je rychle a přirozeně aktualizován.

S příchodem LCD TFT matic se doba odezvy displeje výrazně prodloužila, ale problémy s reprodukcí barev, pozorovacími úhly a mrtvými pixely přetrvávají.

LCD pixelový obvod

Nejběžnější matice TFT jsou TN+film a IPS. TN+film je nejjednodušší technologie. Film je další vrstva, která se používá ke zvětšení úhlu pohledu. Mezi výhody těchto matric - krátká doba odezvy a nízká cena, nevýhody - špatná reprodukce barev a bohužel, pozorovací úhly (120-140 stupňů). V maticích IPS (In-Plane-Switchin) bylo možné zvýšit pozorovací úhel na 178 stupňů, zvýšit kontrast a reprodukci barev na 24 bitů a dosáhnout hluboké černé: v této matici je druhý filtr vždy kolmý k za prvé, aby jím neprocházelo světlo. Ale doba odezvy je stále nízká. Super-IPS je přímým nástupcem IPS se zkrácenou dobou odezvy.

PLS-matrix (Plain-to-Line Switchin) se objevil v útrobách Samsungu jako alternativa k IPS. Mezi jeho přednosti patří vyšší hustota pixelů než u IPS, vysoký jas a dobrá reprodukce barev, nízká spotřeba, velké pozorovací úhly. Doba odezvy je srovnatelná se Super-IPS. Mezi nedostatky - nerovnoměrné osvětlení. Další generace, Super-PLS, překonala IPS v pozorovacích úhlech o 100 % a o 10 % v kontrastních poměrech. Také tyto matrice se ukázaly být výrobně levnější až o 15 %.

OLED displeje využívají organické diody vyzařující světlo, které při vystavení elektřině vydávají vlastní záři. Oproti LCD mají OLED mnoho výhod. Jednak nepoužívají dodatečné podsvícení, což znamená, že se baterie smartphonu nevybíjí tak rychle jako v případě LCD. Za druhé, OLED displeje jsou tenčí. Tloušťka a konstrukce zařízení přímo závisí na této vlastnosti. Kromě toho mohou být OLED displeje flexibilní, což je dobrým znamením pro vývoj. OLED nemá takový parametr jako "úhel pohledu" - obraz je dobře pozorován z jakéhokoli úhlu. V jasu a kontrastu (1 000 000:1) vede také OLED.

Chválí se za zářivé a syté barvy a zvlášť za sytou černou. Ale jsou tu samozřejmě i stinné stránky. Jeden z hlavních lze nazvat křehkost: organické sloučeniny jsou nestabilní vůči životnímu prostředí a mají tendenci vyhořet a některé barvy spektra trpí více než jiné. Ačkoli pokud telefon měníte každé tři roky, je nepravděpodobné, že by to byl argument proti nákupu. Kromě toho jsou OLED stále dražší na výrobu než LCD.

OLED obvod

OLED obrazovky druhé generace mají také většinou aktivní TFT matici. Říká se jim AMOLED. Hlavní výhodou je ještě nižší spotřeba, nevýhodou je nečitelnost obrazu na ostrém slunci.

obvod AMOLED

Dalším krokem ve vývoji technologie byly obrazovky SuperAMOLED, které začal Samsung používat jako první. Jejich zásadní rozdíl oproti AMOLED spočívá v tom, že fólie s aktivními tranzistory (TFT) jsou integrovány do fólie polovodičů. To má za následek 20% zvýšení jasu, 20% snížení spotřeby energie a zvýšení čitelnosti na slunci až o 80%!

SUPERAMOLED obvod

Nepleťte si OLED obrazovky s obrazovkami s LED podsvícením – jsou to úplně jiné věci. V druhém případě dostane běžný LCD zadní nebo boční LED podsvícení, což jistě zlepšuje kvalitu obrazu, ale stále nedosahuje AMOLED nebo SuperAMOLED.

Co nás čeká v budoucnu?

Momentálně nejjasnější a nejpředvídatelnější vyhlídky čekají na OLED obrazovky. Již nyní na webu můžete najít informace o technologii blízké budoucnosti QLED - LED založené na kvantových tečkách (polovodičový nanokrystal, který svítí, když je vystaven proudu nebo světlu). Silnými stránkami této technologie jsou vysoký jas, nízké výrobní náklady, široký barevný rozsah, nízká spotřeba energie. Kvantové tečky, které jsou základem nové technologie, mají ještě jednu důležitou vlastnost – jsou schopny vyzařovat spektrálně čisté barvy. Již nyní se předpovídá, že tato technologie bude mít světlou budoucnost. Samsung již vyvinul plnobarevný 4palcový QLED displej, ale s uvedením novinky do sériové výroby nespěchají.

Prototyp QLED displeje

Samsung ale potvrdil, že letos zahájí sériovou výrobu ohebných OLED displejů. Pravděpodobně prvními zařízeními budou smartphony a tablety. Malá tloušťka obrazovky a fyzikální vlastnosti panelu výrazně zvětší užitnou plochu obrazovky a uvolní ruce techno designérům.

Další slibnou technologií je IGZO, kterou vyvíjí Sharp. Vychází z výzkumu profesora Hidea Hosona, který se rozhodl poohlédnout po alternativních polovodičích a v důsledku toho vyvinul technologii TAOS (Transparent Amorphous Oxide Semiconductors) - transparentní amorfní oxidové polovodiče, které obsahují oxidy india, galia a zinku (InGaZnO), zkráceně InGaZnO jako IGZO. Rozdíly směsi od amorfního křemíku, který byl použit při výrobě TFT, mohou výrazně zkrátit dobu odezvy, výrazně zvýšit rozlišení obrazovky, učinit ji jasnější a kontrastnější. Apple se o perspektivu této technologie velmi zajímal a do výroby IGZO displejů investoval miliardu dolarů.

1

Struktura dotykové obrazovky (touchscreen) a problémy spojené s její výměnou

Dotyková obrazovka- zařízení pro vstup a výstup informací, což je obrazovka, která reaguje na dotyk.

Odporová dotyková obrazovka


Odporový dotykový displej se skládá ze skleněného panelu a pružné plastové membrány. Panel i membrána mají odporovou vrstvu. Prostor mezi sklem a membránou je vyplněn mikroizolátory, které jsou rovnoměrně rozmístěny po aktivní ploše obrazovky a spolehlivě izolují vodivé povrchy. Po stisknutí obrazovky se panel a membrána uzavřou a ovladač pomocí analogově-digitálního převodníku zaznamená změnu odporu a převede ji na dotykové souřadnice (X a Y).


Obecně platí, že algoritmus čtení je následující:
1. Na horní elektrodu je přivedeno napětí + 5V, spodní je uzemněna. Levá a pravá se zkratují a kontroluje se na nich napětí. Toto napětí odpovídá souřadnici Y obrazovky.
2. Podobně je do levé a pravé elektrody přivedeno + 5 V a „zem“, souřadnice X se čte shora a zdola.

Kapacitní dotykové obrazovky

Kapacitní (nebo povrchové kapacitní) stínění využívá skutečnosti, že objekt s vysokou kapacitou vede střídavý proud.

Kapacitní dotyková obrazovka je skleněný panel potažený průhledným odporovým materiálem (obvykle slitina oxidu india a oxidu cínu). Elektrody umístěné v rozích obrazovky přivádějí na vodivou vrstvu malé střídavé napětí (stejné pro všechny rohy). Při dotyku obrazovky prstem nebo jiným vodivým předmětem dochází k úniku proudu. Zároveň platí, že čím blíže je prst k elektrodě, tím nižší je odpor obrazovky, což znamená, že síla proudu je větší. Proud ve všech čtyřech rozích je zaznamenáván senzory a přenášen do ovladače, který vypočítává souřadnice bodu dotyku.

Dřívější modely kapacitních obrazovek používaly stejnosměrný proud – to zjednodušilo konstrukci, ale při špatném kontaktu uživatele se zemí to vedlo k poruchám.
Kapacitní dotykové obrazovky jsou spolehlivé, s 200 miliony kliknutí (asi 6 a půl roku kliknutí každou sekundu), vodotěsné a odolné vůči nevodivému znečištění. Transparentnost na 90%. Vodivý povlak je však stále zranitelný. Proto jsou kapacitní obrazovky široce používány v prodejních automatech instalovaných v chráněném prostoru. Nereaguje na ruku v rukavici.

Multitouch(angl. multi-touch) - funkce dotykových vstupních systémů, která současně určuje souřadnice dvou nebo více dotykových bodů. Multi-touch lze použít například pro změnu měřítka obrázku: jak se vzdálenost mezi dotykovými body zvětšuje, obrázek se zvětšuje. Vícedotykové obrazovky navíc umožňují pracovat se zařízením několika uživatelům současně. Často se používají pro jiné, jednodušší funkce dotykového displeje, jako je jeden dotyk nebo kvazi-multi-dotyk.
Multi-touch umožňuje nejen určit relativní polohu několika dotykových bodů v daném okamžiku, ale určuje dvojici souřadnic pro každý dotykový bod, bez ohledu na jejich vzájemnou polohu a hranice dotykové plochy. Správné rozpoznání všech dotykových bodů zlepšuje možnosti rozhraní systému dotykového zadávání. Rozsah úloh řešených při použití vícedotykové funkce závisí na rychlosti, efektivitě a intuitivnosti její aplikace.

Nejběžnější vícedotyková gesta

Pohybujte prsty - menší
Roztáhněte prsty – větší
Pohyb více prsty – posouvání
Otočit dvěma prsty – Otočení objektu/obrázku/videa

Problémy s instalací odporové dotykové obrazovky

Někdy není po ruce úplný analog požadovaného kolečka nebo je pinout kabelu jiný, mohou nastat následující problémy:
1. Dotyk otočený o 90,270 stupňů
- Vyměňte X-Y



2. Otočte dotyk vodorovně
- Vyměnit X+ , X-


3. Otočte dotek vzhůru nohama
- Vyměnit Y+ , Y-


Tato řešení by měla být provedena, pokud problém přetrvává i po kalibraci dotykové obrazovky.

Nepomohla ani výměna dotykového displeje.
- Obnovit telefon

Odolnost vůči kontaktům TOUCHSCREEN
Y-,Y+=550 Om Bez lisování
X-,X+=350 Om Bez lisování

Y +, X + = od 0,5 do 1,35 kOm Měření byla prováděna v různých rozích dotykové obrazovky při stisknutí Bez dotyku dotykové obrazovky je odpor nekonečný.
Y-,X-=od 1,35-0,5 kOm Měření byla provedena v různých rozích dotykové obrazovky při stisknutí.Bez dotyku dotykové obrazovky je odpor roven nekonečnu.

V závislosti na modelu dotykové obrazovky může odpor kolísat. Tato měření byla provedena na dotykové obrazovce telefonu I9+++.

Kdy je čas vyměnit dotykovou obrazovku?

Je čas vyměnit dotykovou obrazovku v následujících případech:
- pokud nereaguje na dotyk
- našli jste na něm "mastnou skvrnu" (vícebarevné skvrny)
- nelze zkalibrovat dotykovou obrazovku
- zadání zprávy a výběr režimu zadávání anglického textu, zkuste umístit tečky přes celou oblast, pokud se místo teček objeví pomlčky, je čas na změnu
- vstup do služby-různé-dotykové obrazovky, zkuste umístit tečky přes celou oblast, pokud se místo křížků objeví zelené pruhy - je čas na změnu
- pokud se pokusíte kliknout na ikonu, plochy se posouvají nebo ikony spadnou (u telefonů podobných iPhone svisle vypadávání ikon)
- pokud 5 minut po kalibraci znovu nenarazíte na ikonu, na kterou kliknete

Zobrazovací zařízení pro mobilní telefon (smartphone) a tablet. Zařízení s LCD obrazovkou. Typy displejů, jejich rozdíly.

Úvodní slovo

V tomto článku budeme analyzovat displeje zařízení moderních mobilních telefonů, smartphonů a tabletů. Obrazovky velkých zařízení (monitory, televizory atd.), s výjimkou malých nuancí, jsou uspořádány podobným způsobem.

Nejen teoreticky, ale i prakticky rozebereme s otevřením displeje „obětového“ telefonu.

Zvažte, jak funguje moderní displej, použijeme příklad nejsložitějšího z nich - tekutých krystalů (LCD - liquid crystal display). Někdy se jim říká TFT LCD, kde zkratka TFT znamená „thin-film transistor“ – tenkovrstvý tranzistor; protože řízení tekutých krystalů se provádí díky takovým tranzistorům uloženým na substrátu spolu s tekutými krystaly.

Jako „obětní“ telefon, jehož displej se bude otevírat, poslouží levná Nokia 105.

Hlavní součásti displeje

Displeje z tekutých krystalů (TFT LCD, a jejich modifikace - TN, IPS, IGZO atd.) se skládají ze tří součástí: dotyková plocha, zobrazovací zařízení (matice) a zdroj světla (podsvícení).Mezi dotykovou plochou a matricí existuje další vrstva, pasivní. Jedná se o průhledné optické lepidlo nebo jednoduše vzduchovou mezeru. Existence této vrstvy je způsobena tím, že u LCD jsou obrazovka a dotykový povrch zcela odlišná zařízení, kombinovaná čistě mechanicky.

Každá z „aktivních“ složek má poměrně složitou strukturu.

Začněme dotykovou plochou (dotyková obrazovka, dotyková obrazovka). Nachází se v nejvyšší vrstvě displeje (pokud je, ale například u tlačítkových telefonů není).
Jeho nejběžnějším typem je nyní kapacitní. Princip činnosti takové dotykové obrazovky je založen na změně elektrické kapacity mezi vertikálními a horizontálními vodiči při dotyku prstu uživatele.
Aby tyto vodiče nepřekážely při sledování obrazu, jsou vyrobeny ze speciálních materiálů průhledné (obvykle se k tomu používá oxid indium-cín).

Existují i ​​dotykové plochy, které reagují na sílu stisku (tzv. odporové), ale již „opouštějí arénu“.
V poslední době se objevují kombinované dotykové plochy, které reagují současně jak na kapacitu prstu, tak na sílu stisku (3D-touch displeje). Jsou založeny na kapacitním senzoru, doplněném tlakovým senzorem na obrazovce.

Dotykovou obrazovku lze od obrazovky oddělit vzduchovou mezerou, nebo ji na ni nalepit (tzv. „one glass solution“, OGS – one glass solution).
Tato možnost (OGS) má významnou kvalitativní výhodu, protože snižuje úroveň odrazu v displeji od externích zdrojů světla. Toho je dosaženo snížením počtu reflexních ploch.
Na "normálním" displeji (se vzduchovou mezerou) jsou takové plochy tři. Toto jsou hranice přechodů mezi médii s různým indexem lomu světla: "vzduch-sklo", pak - "sklo-vzduch" a nakonec opět "vzduch-sklo". Nejsilnější odrazy jsou od první a poslední hranice.

Ve variantě s OGS je pouze jedna reflexní plocha (vnější), "vzduch-sklo".

I když je displej s OGS pro uživatele velmi pohodlný a má dobré vlastnosti; má také nevýhodu, že "vyskočí", pokud je displej rozbitý. Pokud se na "normálním" displeji (bez OGS) při nárazu rozbije pouze samotný dotykový displej (citlivý povrch), pak při nárazu na displej s OGS může dojít i k rozbití celého displeje. To se ale nestává vždy, takže tvrzení některých portálů, že displeje s OGS absolutně nelze opravit, nejsou pravdivá. Pravděpodobnost, že havaroval pouze vnější povrch, je poměrně vysoká, nad 50 %. Oprava s oddělením vrstev a nalepením nové dotykové obrazovky je však možná pouze v servisním středisku; Ruční oprava je extrémně náročná.

Obrazovka

Nyní přejdeme k další části – samotné obrazovce.

Skládá se z matrice s doprovodnými vrstvami a podsvícením (také vícevrstvým!).

Úkolem matice a souvisejících vrstev je změnit množství světla procházejícího každým pixelem z podsvícení, a tím vytvořit obraz; to znamená, že v tomto případě se upraví průhlednost pixelů.

Trochu podrobněji o tomto procesu.

Úprava „průhlednosti“ se provádí změnou směru polarizace světla při průchodu tekutými krystaly v pixelu pod vlivem elektrického pole na ně (nebo naopak, bez vlivu). V tomto případě samotná změna polarizace nemění jas procházejícího světla.

Ke změně jasu dochází, když polarizované světlo prochází další vrstvou – polarizační fólií s „pevným“ směrem polarizace.

Schematicky je struktura a činnost matice ve dvou stavech ("je světlo" a "není světlo") znázorněna na následujícím obrázku:

(obrázek použitý z holandské sekce Wikipedie s překladem do ruštiny)

K rotaci polarizace světla dochází ve vrstvě tekutých krystalů v závislosti na použitém napětí.
Čím více se směry polarizace shodují v pixelu (na výstupu tekutých krystalů) a ve filmu s pevnou polarizací, tím více světla nakonec projde celým systémem.

Pokud se ukáže, že směry polarizace jsou kolmé, pak by teoreticky nemělo světlo vůbec procházet - měla by tam být černá obrazovka.

V praxi je nemožné vytvořit takové "ideální" uspořádání polarizačních vektorů; navíc jak kvůli "neideálním" tekutým krystalům, tak ne ideální geometrii sestavy displeje. Na obrazovce TFT proto nemůže být absolutně černý obraz. Na nejlepších LCD obrazovkách může být kontrast bílé/černé přes 1000; v průměru 500 ... 1 000, zbytek - pod 500.

Právě byla popsána činnost matice vyrobené pomocí technologie LCD TN + film. Matrice z tekutých krystalů založené na jiných technologiích mají podobné provozní principy, ale odlišnou technickou implementaci. Nejlepších výsledků podání barev je dosaženo s technologiemi IPS, IGZO a *VA (MVA, PVA atd.).

Podsvícení

Nyní přejdeme k samotnému „spodu“ displeje – podsvícení. I když moderní osvětlení ve skutečnosti lampy neobsahuje.

Navzdory jednoduchému názvu má podsvícení složitou vícevrstvou strukturu.

Je to dáno tím, že podsvícená lampa by měla být plochý zdroj světla s rovnoměrným jasem celé plochy a takových zdrojů světla je v přírodě velmi málo. A ani ty, které existují, nejsou pro tyto účely příliš vhodné z důvodu nízké účinnosti, „špatného“ emisního spektra nebo vyžadují „nevhodný“ typ a velikost doutnavého napětí (například elektroluminiscenční plochy viz dále). Wikipedie).

V tomto ohledu jsou nyní nejrozšířenější čistě „ploché“ světelné zdroje, ale „bodové“ LED podsvícení s využitím dodatečných rozptylových a reflexních vrstev.

Zvažme tento typ podsvícení otevřením displeje telefonu Nokia 105.

Po rozebrání systému podsvícení displeje na jeho střední vrstvu uvidíme v levém dolním rohu jednu bílou LED diodu, která směřuje své záření do téměř průhledné desky přes plochý okraj na vnitřním „řezu“ rohu:

Vysvětlení k obrázku. Uprostřed rámu je displej mobilního telefonu rozdělený do vrstev. Uprostřed v popředí zespodu - matrice pokrytá prasklinami (poškozená při demontáži). V popředí nahoře - střední část systému podsvícení (ostatní vrstvy jsou dočasně odstraněny, aby byla zajištěna viditelnost vyzařující bílé LED a průsvitné "světlovodné" desky).
Za displejem je vidět základní deska telefonu (zelená) a klávesnice (spodní část s kulatými otvory pro přenos stisku tlačítek).

Tato průsvitná deska je jak světlovodem (kvůli vnitřním odrazům), tak prvním rozptylujícím prvkem (kvůli „pupínkům“, které vytvářejí překážky pro průchod světla). Po zvětšení vypadají takto:

Ve spodní části obrázku vlevo od středu je viditelná jasně emitující bílá LED podsvícení.

Tvar bílé podsvícení LED je lépe viditelný na obrázku se sníženým jasem její záře:

Zespodu a nad touto deskou jsou umístěny běžné bílé matné plastové desky, které rovnoměrně rozdělují světelný tok po celé ploše:

Může být podmíněně nazýván "list s průsvitným zrcadlem a dvojlomem". Pamatujete si, že jsme v hodinách fyziky říkali o islandském ráhna, kterým se světlo rozdělilo na dvě části? Je mu podobný, jen s trochou zrcadlových vlastností.

Takto vypadají běžné hodinky, pokud je jejich část pokryta tímto listem:

Pravděpodobným účelem tohoto listu je předběžná filtrace světla polarizací (nepotřebné si ponechte, nepotřebné vyhoďte). Ale je možné, že z hlediska nasměrování světelného toku směrem k matrici má tento film také nějakou roli.

Takto je uspořádána "jednoduchá" podsvícená lampa v displejích a monitorech z tekutých krystalů.

Pokud jde o "velké" obrazovky, jejich zařízení je podobné, ale v podsvícení je více LED.

Starší LCD monitory používaly místo LED podsvícení zářivku se studenou katodou (CCFL).

Struktura AMOLED displejů

Nyní - pár slov o zařízení nového a progresivního typu displejů - AMOLED (Active Matrix Organic Light-Emitting Diode).

Zařízení takových displejů je mnohem jednodušší, protože neexistuje žádné podsvícení.

Tyto displeje jsou tvořeny polem LED diod a každý pixel zde svítí samostatně. Výhodou AMOLED displejů je „nekonečný“ kontrast, výborné pozorovací úhly a vysoká energetická účinnost; a nevýhodou je snížená "životnost" modrých pixelů a technologické potíže při výrobě velkých obrazovek.

Je třeba také poznamenat, že i přes jednodušší strukturu jsou výrobní náklady AMOLED displejů stále vyšší než u TFT LCD displejů.

Všichni jistě používáte počítače a mobilní zařízení a jen málokdo je obecně schopen říci, jak fungují jejich procesory, operační systémy a další komponenty.

V éře mobilních gadgetů má každý dotykovou (také nazývanou chytrou) obrazovku a téměř nikdo neví, co tato dotyková obrazovka je, jak funguje a jaké existují.

co to je

Dotykový displej (obrazovka) je zařízení pro vizualizaci digitálních informací s možností ovládacího efektu dotykem plochy displeje.

Na základě různých technologií reagují různé displeje pouze na určité faktory.

Někteří četli změnu kapacita nebo odpor v oblasti kontaktu, ostatní na změny teploty, některé senzory reagovat pouze na speciální pero aby nedošlo k náhodnému kliknutí.

Zvážíme princip fungování všech běžných typů displejů, jejich oblasti použití, silné a slabé stránky.

Mezi všemi existujícími principy ovládání zařízení pomocí matice citlivé na jakékoli faktory, Podívejme se na následující technologie:

• odporový (4-5 drát);
• matice;
• kapacitní a jeho varianty;
• povrchová akustika;
• optické a další méně obvyklé a praktické.

Obecně je schéma práce následující: uživatel se dotkne plochy obrazovky, senzory předají regulátoru data o změně libovolné veličiny (odpor, kapacita), ten vypočítá přesné souřadnice kontaktního bodu a odešle je.

Ten na základě programu vhodně reaguje na stisknutí.

Odporový

Nejjednodušší dotyková obrazovka je odporová. Reaguje na změny odporu v oblasti dotyku cizího předmětu a obrazovky.

Jedná se o nejprimitivnější a nejrozšířenější technologii. Zařízení se skládá ze dvou hlavních prvků:

• vodivý transparentní substrát (panel) vyrobený z polyesteru nebo jiného polymeru o tloušťce několika desítek molekul;
• světlovodivá membrána vyrobená z polymerního materiálu (obvykle se používá tenká vrstva plastu).

Obě vrstvy jsou potaženy odporovým materiálem. Mezi nimi jsou mikroizolátory ve formě kuliček.

Během fáze se elastická membrána deformuje (ohýbá), přichází do kontaktu s vrstvou substrátu a uzavírá ji.

Regulátor reaguje na zkrat pomocí analogově-digitálního převodníku. Vypočítá rozdíl mezi původním a aktuálním odporem (nebo vodivostí) a souřadnicemi bodu nebo oblasti, kde se tak děje.

Praxe rychle odhalila nedostatky takových zařízení a inženýři začali hledat řešení, která byla brzy nalezena přidáním 5. drátu.

Čtyřdrát

Horní elektroda je napájena 5V a spodní je uzemněna.

Levá a pravá jsou připojeny přímo, jsou indikátorem změny napětí podél osy Y.

Poté jsou horní a spodní část zkratovány a 5V je aplikováno doleva a doprava pro čtení X-souřadnice.

Pětivodičový

Spolehlivost je dána výměnou odporového povlaku membrány za vodivý.

Panel je vyroben ze skla a zůstává potažen odporovým materiálem. a elektrody jsou umístěny v jeho rozích.

Nejprve jsou všechny elektrody uzemněny a membrána je napájena, což je neustále monitorováno stejným analogově-digitálním převodníkem.

V okamžiku dotyku ovladač (mikroprocesor) detekuje změnu parametru a vypočítá bod/oblast, kde se změnilo napětí ve čtyřvodičovém obvodu.

Důležitou výhodou je možnost aplikace na konvexní a konkávní povrchy.

Na trhu jsou také 8vodičové obrazovky. Jejich přesnost je vyšší než u uvažovaných, ale spolehlivost to nijak neovlivňuje a cena se výrazně liší.

Závěr

Uvažované senzory se používají všude kvůli jejich nízké ceně a odolnosti vůči vlivu faktorů prostředí, jako je znečištění a nízké teploty (ale ne pod nulou).

Reagují dobře na dotyk s téměř jakýmkoliv předmětem, ale ne ostré.

Plocha tužky nebo zápalky obvykle nestačí ke spuštění odezvy ovladače.

Takové displeje se nasazují, používají se v sektoru služeb (úřady, banky, obchody), lékařství a školství.

Všude tam, kde jsou zařízení izolována od vnějšího prostředí a pravděpodobnost poškození je minimální.

Nízkou spolehlivost (obrazovka se snadno poškodí) částečně kompenzuje ochranná fólie.

Špatný provoz v chladném počasí, nízká propustnost světla (0,75 a 0,85), zdroje (ne více než 35 milionů kliknutí na terminál, který se neustále používá, docela málo) jsou slabiny technologie.

Matice

Zjednodušená odporová technologie, která vznikla ještě před ní.

Membrána je pokryta řadami vertikální vodiče a substrát horizontální.

Po stisknutí se vypočítá plocha, kde jsou vodiče připojeny a přijatá data se přenesou do procesoru.

Ten již generuje řídící signál a zařízení určitým způsobem reaguje, např. vykoná akci přiřazenou tlačítku).

Zvláštnosti:

• velmi nízká přesnost (počet vodičů je velmi omezený);
• nejnižší cena ze všech;
• implementace funkce multitouch díky dotazování na obrazovce řádek po řádku.

Používají se pouze v zastaralé elektronice a díky dostupnosti progresivních řešení se téměř přestaly používat.

kapacitní

Princip je založen na schopnosti velkokapacitních objektů stát se vodiči střídavého elektrického proudu.

Obrazovka je vyrobena ve formě skleněného panelu s tenkou vrstvou stříkaného odporového materiálu.

Elektrody v rozích displeje přivádějí na vodivou vrstvu malé střídavé napětí.

V okamžiku kontaktu dochází k úniku proudu, pokud má předmět větší elektrickou kapacitu než obrazovka.

Proud je zaznamenáván v rozích obrazovky a informace ze senzorů jsou odesílány do ovladače ke zpracování. Na jejich základě se vypočítá kontaktní plocha.

První prototypy používaly stejnosměrné napětí. Řešení usnadnilo konstrukci, ale často docházelo k haváriím, když uživatel nebyl v kontaktu se zemí.

Tato zařízení jsou velmi spolehlivá, jejich zdroje přesahují odporové zdroje ~ 60krát (asi 200 milionů kliknutí), jsou odolné proti vlhkosti a dokonale tolerují znečištění, které nevede elektrický proud.

Průhlednost je na úrovni 0,9, což je o něco více než u odporových a fungují při teplotách do -15 0 C.

nedostatky:

• nereaguje na rukavici a většinu cizích předmětů;
• vodivý povlak je v horní vrstvě a je velmi citlivý na mechanické poškození.

Používají se ve stejných bankomatech a terminálech pod uzavřeným nebem.

Projektovaná-kapacitní

Na vnitřní povrch je nanesena elektrodová mřížka, která tvoří s lidským tělem kapacitu (kondenzátor). Elektronika (mikrokontrolér a senzory) pracuje na výpočtu souřadnic na a odesílá výpočty do centrálního procesoru.

Mají všechny vlastnosti kapacitní.

Navíc mohou být vybaveny silnou fólií až 1,8 cm, která zvyšuje ochranu proti mechanickému namáhání.

Vodivé znečištění, kde je obtížné nebo nemožné je odstranit, je bez problémů odstraněno softwarovou metodou.

Většina ostatních je instalována v osobních elektronických zařízeních, bankomatech a různých zařízeních skutečně instalovaných na volném prostranství (pod krytem). Apple také upřednostňuje projektované kapacitní displeje.

Povrchová akustická vlna

Je vyroben ve formě skleněného panelu vybaveného piezoelektrickými sondovými měniči umístěnými v protilehlých rozích a přijímači.

Jsou také pár a jsou na opačných rozích.

Generátor vysílá vysokofrekvenční elektrický signál do PET, který přemění sérii impulzů na SAW a reflektory jej distribuují.

Odražené vlny zachytí senzory a pošlou je do sondy, která je přemění zpět na elektřinu.

Signál je odeslán do regulátoru, který jej analyzuje.

Při dotyku se mění parametry vlny, zejména se část její energie pohltí v určitém místě. Na základě těchto informací se vypočítá oblast kontaktu a její síla.

Velmi vysoká průhlednost (nad 95 %) je způsobena absencí vodivých/odporových povrchů.

Někdy, k odstranění oslnění, světelné reflektory spolu s přijímači namontované přímo na obrazovce.

Složitost designu v žádném případě neovlivňuje provoz zařízení s takovou obrazovkou a počet dotyků v jednom bodě je 50 milionůkrát, což mírně převyšuje zdroje odporové technologie (celkem 65 milionůkrát).

Vyrábějí se s tenkým filmem asi 3 mm a zesíleným - 6 mm. Díky této ochraně displej vydrží i mírný úder pěstí.

Slabé stránky:

• špatný výkon v podmínkách vibrací a otřesů (v dopravě, při chůzi);
• nedostatečná odolnost vůči znečištění - jakýkoli cizí předmět ovlivňuje fungování displeje;
• rušení za přítomnosti akustického hluku určité konfigurace;
• přesnost je o něco nižší než u kapacitních, proto jsou pro kreslení nevhodné.

Uživatelé chytrých telefonů, kteří nemluví dobře anglicky, jsou zmateni, když uslyší název „touchscreen“ – co je to za část telefonu? Obvykle se jedná o název jakékoli dotykové obrazovky, bez ohledu na to, na kterém zařízení je nainstalována. V současné době se takové displeje používají nejen pro mobilní gadgety, ale jsou také zabudovány do různých samoobslužných terminálů.

Co je dotyková obrazovka?

Tento výraz pochází ze sloučení 2 anglických slov: touch and screen, což v překladu znamená „dotyková obrazovka“. Takový displej reaguje na dotyk a usnadňuje ovládání zařízení. Je však třeba rozlišovat mezi několika typy zařízení, protože princip jejich fungování není zcela podobný.

V moderních gadgetech, například na iPhone, jsou instalovány kapacitní a projektované kapacitní displeje. Druhý typ lze nazvat pokročilejším, protože je schopen číst určitý počet dotyků současně. Samy o sobě jsou takové dotykové obrazovky skleněné panely s vrstvou odporového materiálu a elektrodami.

Existují i ​​displeje, na kterých je aplikována pružná membrána. Mezi ní a sklem jsou mikroizolátory, jejichž lisování vyvolává změnu odporu. Je fixován ovladačem a převeden na souřadnice, v důsledku čehož je zařízení ovládáno.

Hlavní rozdíl mezi těmito typy technologií je v tom, že kapacitní displej nereaguje na dotyk s žádným předmětem a dokonce ani jednoduchým stylusem, což se o odporovém dotykovém displeji říci nedá. Blokování smartphonu na něm tedy funguje mnohem lépe než na jeho zastaralém „bratři“.

Jak fungují různé obrazovky

Existují pouze 3 typy dotykové obrazovky, z nichž 2 již byly stručně popsány:

• kapacitní;
• mávat;
• odporový.

Vyplatí se začít u nejpoužívanějšího, tedy kapacitního displeje. Jak taková obrazovka na telefonu funguje? Všechno je docela jednoduché. Odporová vrstva slouží jako zásobník náboje, který elektrody propouštějí, přičemž uživatel svým dotykem část energie v určitém bodě vytlačí. Funguje to proto, že proud je i v lidském těle. Když se stupeň nabití sníží, je tato změna fixována mikroobvody a přenesena na ovladač dotykové obrazovky.

Hlavní výhodou takových displejů je, že jsou docela odolné. Po dlouhou dobu neztrácejí svůj původní jas a jsou schopny přenášet jasnější obraz.

Princip činnosti odporové clony byl popsán výše. Pokud tomu rozumíme podrobněji, pak je třeba říci, že pružná membrána je elastická kovová deska, která prochází proudem. Mezi ním a vrstvou vodiče je prázdný prostor. Při interakci s displejem uživatel lehce zatlačí na jeho povrch a v tomto bodě uzavře membránu s vodičem. Pak se vše děje podle stejného schématu: systém čte souřadnice a řidič vydává příkazy OS.

Odporové displeje již nejsou populární, protože jejich funkčnost je ve srovnání s kapacitními dotykovými obrazovkami poněkud omezená. Takové obrazovky lze nalézt pouze ve velmi zastaralých zařízeních nebo různých terminálech, ale méně často.

Co je vlnová dotyková obrazovka? Je to také skleněný povrch se souřadnicovou mřížkou a měniči. Jeden z nich vysílá impulsy, zatímco druhý přijímá signály odražené reflektorem. Náboj tedy „prochází“ měniči a vytváří akustickou vlnu, kterou uživatel přeruší stisknutím. Takto se určuje bod dotyku.

Tento typ displeje je nejlepší volbou pro umělce a grafiky, protože nedeformuje obraz kvůli chybějícímu kovovému povlaku. Je také nejdražší, zatímco mnozí jej odkazují na technologie budoucnosti a věří, že i kapacitní displej půjde v zapomnění a ustoupí vlnové technologii.

Videorecenze: typy dotykové obrazovky