Choć stare telefony komórkowe z wciskanymi klawiszami mogą wzbudzać sentymenty, nieliczni chcieliby zastąpić nimi swoje smartfony. Bez wątpienia ekrany dotykowe są bardzo wygodne i funkcjonalne. Przy ich pomocy łatwo możemy uzyskać dostęp do wszystkich funkcji, którymi możemy sterować za pomocą palca lub specjalnego rysika. Czy zastanawiali się jednak Państwo kiedykolwiek, jak to się dzieje, że ekrany dotykowe działają? Wyjaśniamy, jak zbudowany jest ekran smartfona, jakie są rodzaje ekranów dotykowych oraz na czym polega mechanizm ich działania.
Budowa ekranu smartfona – w jaki sposób działają ekrany dotykowe?
Ekrany smartfonów zostały zaprojektowane tak, by korzystające z nich osoby mogły wchodzić w interakcję z urządzeniem jedynie dotykając je palcem lub rysikiem. W zależności od tego, gdzie i w jaki sposób dotykamy powierzchni ekranu, system otrzymuje odpowiednie instrukcje. Podobne ekrany dotykowe znajdują zastosowanie także w wielu innych urządzeniach, na przykład tabletach, konsolach do gier, wszelkiego rodzaju automatach i biletomatach, nawigacjach samochodowych i jako ekrany kontrolne maszyn przemysłowych. Obsługa tego typu urządzeń jest znacznie prostsza i bardziej intuicyjna niż w przypadku tradycyjnych ekranów sterowanych przy pomocy klawiatur. To sprawia, że bez większych problemów mogą z nich korzystać także osoby, które mają trudności w przypadku tradycyjnych urządzeń. Uniwersalność i wielość zastosowań ekranów dotykowych wynika z faktu, że przyciski wyświetlane na ekranie mogą bardzo łatwo zmieniać swoje funkcje w zależności od zastosowanego oprogramowania. Budowa ekranu smartfona znacząco różni się w zależności od jego typu i wpływa na sposób działania.
Ekrany rezystancyjne (opornościowe)
Ekrany rezystancyjne, nazywane również opornościowymi możemy spotkać przede wszystkim w telefonach komórkowych starszego typu. Jeszcze kilka lat temu był to najpopularniejszy rodzaj ekranów dotykowych. Nadal możemy spotkać je w bardzo wielu urządzeniach elektronicznych codziennego użytku, takich jak systemy nawigacyjne, tablety czy konsole Nintendo. Ze względu na relatywnie niski koszt produkcji bardzo często wykorzystywane są tam, gdzie atrakcyjny pod względem wizualnym interfejs nie jest kluczowy: na przykład w ekranach kontrolnych maszyn przemysłowych. Ich zaletą jest również niewielkie zużycie prądu.
Budowa ekranu rezystancyjnego jest prosta: składa się on ze szklanego ekranu i błony wierzchniej warstwy. Na obydwu tych powierzchniach umieszczone zostały niewielkie elektrody. W momencie, gdy użytkownik telefonu naciska wierzchnią warstwę, umożliwiony zostaje przepływ prądu miedzy elektrodami. Dzięki pomiarowi napięcia urządzenie dokładnie „wie”, w którym miejscu elektrody się stykają i na tej podstawie przesyła konkretne informacje do wyświetlenia. Niestety, dodatkowe warstwy sprawiają, że jakość obrazu często nie jest najlepsza, w dodatku tego typu ekrany nie należą do najbardziej precyzyjnych.
Ekrany pojemnościowe
Inaczej funkcjonują ekrany pojemnościowe, które obecnie są bardzo popularne i powszechnie stosowane w smartfonach, a także monitorach LCD, tabletach, a także wszędzie tam, gdzie ekrany rezystancyjne. W tym przypadku dwie warstwy elektrod zostały zastąpione przez sensory, które wykrywają wszelkie zmiany w natężeniu na podstawie pojemności elektrostatycznej ludzkiego ciała (palca w kontakcie z urządzeniem). W ten sposób możemy łatwo i precyzyjnie sterować urządzeniem, przesuwając po nim palec. Ekrany pojemnościowe dzielą się przede wszystkim na dwa typy: ekrany powierzchniowo-pojemnościowe i pojemnościowo-projekcyjne o nieco innej budowie.
Ekrany powierzchniowo-pojemnościowe
Ekrany powierzchniowo-pojemnościowe (ang. surface capacitive) najczęściej nie są wykorzystywane w smartfonach, lecz znacznie większych panelach, na przykład w monitorach LCD czy różnego rodzaju automatach. Pod szklanym podłożem umieszczone zostają przezroczyste elektrody, które generują potrzebne napięcie. Zostają one rozmieszczone zwykle w rogach urządzenia i emitują pole magnetyczne o niewielkim napięciu. Elektrody umożliwiają odczytanie napięcia we wszystkich czterech narożnikach i na tej podstawie ustalenie miejsca dotknięcia.
Ekrany dotykowe pojemnościowo-projekcyjne
Ekrany pojemnościowo-projekcyjne znajdziesz w popularnych urządzeniach znanych marek, takich jak Iphone czy Ipad. Idealnie sprawdzą się w mniejszych ekranach. Zapewniają przy tym duże możliwości: bardzo szybką reakcję, a także wykorzystanie funkcji multi-touch. Oznacza to, że umożliwiają wykrywanie wielu miejsc dotyku jednocześnie, co znacznie ułatwia obsługę telefonu.
Szklane podłoże w tego typu ekranach posiada zintegrowany układ IC, który pozwala na dokonywanie obliczeń, a na nim warstwę z wieloma elektrodami ułożonymi w specjalny sposób. Z wierzchu ekran zabezpieczony jest przy pomocy warstwy ochronnej, która może być wykonana ze szkła lub plastiku. Mimo bardzo wielu zalet, wysokiej precyzji i jakości obrazu, tego typu ekrany posiadają także wady – nie mogą być obsługiwane przez ubranie, na przykład zimą, w rękawiczkach. Ich działanie może być także zakłócone przez metalowe elementy znajdujące się w pobliżu. Pomimo tych ograniczeń, ekrany dotykowe pojemnościowo-projekcyjne to najczęściej stosowane obecnie w wysokiej jakości smartfonach ekrany. Są ogólnodostępne w sklepach elektroniczych jak i prawie każdym serwisie GSM.
Ekrany dotykowe wykorzystujące efekt akustycznej fali powierzchniowej (Surface accoustic wave (SAW))
Innym rozwiązaniem mogą być ekrany dotykowe wykorzystujące efekt fali akustycznej powierzchniowej (z ang. Surface accoustic wave (SAV)). Potocznie określa się je jako ekrany „z falą powierzchniową”. Zostały zaprojektowane po to, by lepiej przepuszczać światło niż ma to miejsce w przypadku ekranów pojemnościowych, przy zachowaniu niewysokiej ceny. W rogach szklanego podłoża posiadają zamontowane specjalne przetworniki elektryczne, które emitują fale ultradźwiękowe akustyczne. W momencie, gdy dotykamy powierzchni ekranu, palec tłumi emitowane fale, co powoduje niewyczuwalne dla człowieka wibracje. Na tej podstawie rejestrowane są zmiany położenia palca i obliczane wszystkie niezbędne polecenia i informacje. Tego typu ekrany cechuje duża wyrazistość i łatwość w obsłudze. Wykorzystywane są także w kasach, bankomatach i innych automatach w przestrzeni publicznej.
Optyczne ekrany dotykowe na podczerwień (Infrared optical imaging)
Nowoczesną i dynamicznie rozwijaną technologią wykorzystywaną smartfonach, tabletach graficznych i monitorach LCD są optyczne ekrany dotykowe wykorzystujące podczerwień (z ang. Infrared optical imaging). Tę kategorię obejmuje kilka rodzajów ekranów o nieco innym sposobie działania dostosowanym do potrzeb poszczególnych urządzeń. Zawsze jednak wyposażone są one w diody LED na podczerwień umieszczone w dwóch górnych rogach urządzenia oraz niewielkich rozmiarów kamerkę optyczną, która umożliwia śledzenie cieni w momencie dotknięcia urządzenia palcem. Na tej podstawie obliczane są współrzędne punktu dotknięcia i wszystkie polecenia użytkownika. Ta budowa ekranu smartfona cechuje się bardzo wysoką trwałością (dzięki czemu zbita szybka w telefonie nie jest częstym problemem), jednak oznacza konieczność zastosowania szerokiej ramki w urządzeniu.
Ekrany wykorzystujące indukcję elektromagnetyczną
Istnieje również możliwość zastosowania w smartfonach ekranów wykorzystujących indukcję elektromagnetyczną, jednak nie jest to często stosowane rozwiązanie. Ta metoda bazuje na nieco odmiennym mechanizmie niż wszystkie wcześniej opisane typy ekranów dotykowych. Zaletą tego rozwiązania jest wysoka jakość obrazu, dokładność i precyzja. Zmiana siły nacisku powoduje zmianę grubości rysowanej linii, co nie jest możliwe w zwykłych ekranach. To rozwiązanie idealne dla grafików. Niestety, tego typu ekrany są drogie, a w dodatku nie do końca funkcjonalne – mogą być obsługiwane wyłącznie przy pomocy specjalnego stylusa, który różni się znacząco od zwykłych rysików przeznaczonych do innych typów ekranów. Nie ma również możliwości, by skorzystać z ekranu przy pomocy palców. To sprawia, że jest to typ ekranów przeznaczony przede wszystkim do tabletów graficznych, w smartfonach wykorzystywany raczej rzadko.
