به نام خدا
نمایشگرهای لمسی
نمایشگرهای لمسی یکی از تکنولوژی هایی است که با ورود خود باعث تعریف جدیدی از نمایشگرها شد و نقش تعیین کننده ای را در تولید دستگاهای الکترونیک رقم زد.
در این مقاله به بررسی این فناوری میپردازیم.
فناوری صفحه لمسی چیست؟
شاید بتوان صفحه لمسی را اینگونه تعریف کرد: انتقال دستور به دستگاه دیجیتال بدون استفاده از Command Line.
اولین چیزی که یک صفحه Touch Screen به آن نیاز دارد، تشخیص محلی است که ما به آن اشاره میکنیم، حال میخواهد انگشت باشد یا هر چیز نا رسانای دیگری مانند ناخل، قلم پلاستیکی و ...
تاریخچه:
اولین صفحه لمسی توسط E.A Johnson در اواخر سال 1960 میلادی در انگلستان ساخته شد. البته در آن زمان صفحه های لمسی در مرحله تحقیقاتی به سر میبردند.
بعدها، در سال 1971 کار جدی تری روی این فناوری توسط یکی از استادان دانشگاه کنتاکی به نام Sam Hurst صورت گرفت و باعث ساخت سنسوری شد که به آن Elographمیگفتند. سه سال بعد، Sam Hurst با کار بر روی Elograph توانست صفحه لمسی تولید کنید که به طور حقیقی شفاف بود، و در نهایت چند سال بعد توانست تکنولوژی را معرفی کند به نام صفحه نمایش لمسی مقاومتی که امروزه به یک فناوری محبوب و مورد توجه تبدیل شده است.
هم اکنون این نمایشگرها را میتوان به طور گسترده ای در موبایل ها، کیوسک های عمومی، برخی لب تاپ ها، و حتی دستگاه های کپی مشاهده کرد.
انواع نمایشگرهای لمسی:
به طور کلی، یک صفحه لمسی از دو لایه دوبخشی تشکیل شده است که این دولایه توسط جدا کننده ای از هم جدا شده اند.
چهار نوع صفحه لمسی تولید شده است که عبارت اند از:
1. مقاومتی (Resistive)
2. خازِنی (Capacitive)
3. موج آکوستیک (Surface Acoustic Wave)
4. مادون قرمز (Infrared)
که در ادامه هر کدام را بررسی میکنیم.
1. فناوری صفحات لمسی مقاومتی (Resistive Touchscreen):
این نوع صفحه لمسی از یک لایه انعطاف پذیر پلی اتیلن (PET) و یک لایه زیرین سفت شیشه ای تشکیل شده است، هر دو لایه با ITO (ایندیم قلع اکسید) پوشش داده شده اند سپس با یک جدا کنند از هم جدا شده اند. با این حال میتوان جریان الکتریکی را بین این لایه عبور داده و کنترل کرد. پس از آن، این صفحه روی نمایشگر پرس میشود. همراه این صفحه یک کنترلر هم به دستگاه اضافه میشود تا جریان را کنترل کرده و محل لمس شده را تشخیص دهد و برای سیستم عامل بفرستد.
در تصویر زیر محل فرو رفته، محلی است که لمس میشود.
صفحه زیر، به همراه یک چیپ کنترلر همراه است.
و اما ایرادات این نوع صفحه ها، متاسفانه این سیستم تنها 75 درصد از نور مانیتور را منتقل میکند.
صفحات لمسی مقاومتی، به پنج نوع تقسیم میشوند که عبارت اند از 4, 5, 6, 7, 8 wired resistive touchscreen. ناگفته نماند که روش های متفاوتی برای تعیین مختصات لمس شده وجود دارد.
- 4-wired resistive touchscreen
صفحاتی که 4 wired resistive touchscreen هستند، برای دریافت اطلاعات مختصات لمس شده، از هر دو لایه استفاده میکنند. که این فرایند در دو مرحله رخ میدهد.
مختصات محور X نقطه لمس شده، با ولتاژی که بر روی لایه انعطاف پذیر ایجاد میشود، محاسبه میشود، و مختصات محور Y، با ولتاژی که در لایه زیری ایجاد میشود، حساب میشود و به سیسمتم عامل فرستاده میشود.
صفحات 4-wired دوام کمتری دارند، اما با تغییرات آب و هوایی بیشتر سازگاری دارند، دقیق نیستند، و تنها میتوان از آن ها برای تولید تاچ اسکرین های با ابعاد بزرگ استفده کرد. این صفحات ارزان هستند و مصرف کمی دارند، با این ویژگی ها گزینه خوبی برای مکان های عمومی به شمار میروند.
- 8-wired resistive touchscreen
این صفحات در واقع همان 4-wire هستند با این تفاوت که از دو تا 4-wire در ساخت آنها استفاده شده است!
این صفحات از دقت بیشتری برخوردارند و معمولا برای صفحات 10 اینچ یا بزرگتر تولید میشوند.
- 5-wired resistive touchscreen
برخلاف روش تعیین مختصاتی که برای صفحات قبلی ذکر شد، این صفحه ها از لایه انعطاف پذیر برای محاسبه مختصات استفاده نمیکنند. تمام ساز و کار این محاسبه در همان لایه شیشه ای خلاصه میشود، در این صفحه، یک سیم به لایه انعطاف پذیر میرود و چهار سیم به چهار گوشه لایه پایینی متصل میشود. در این سیستم ورق ITO تنها به عنوان یک محاسبه گر ولتاژ عمل میکند، دلیل دقیق بودن این صفحه این است که، با هرگونه تغییر در یکنواختی لایه ها، میتوانیم با این سیستم تعامل کنیم. پس دستگاه از طریق تغییر در یکنواختی حالت، منظور ما را درک میکند.
همانطور که گفته شد، این صفحات دقیق هستند و میتوان از صحت کارشان اطمینان حاصل کرد، اما، کارایی بهتر برابر است با هزینه بیشتر، پس خیلی هم دور از انتظار نیست همچین صفحاتی با این پیچیدگی، قیمت بالاتری داشته باشند.
این صفحات را میتوان در ابعاد 22 اینچ هم تولید کرد.
- 6-wired resistive touchscreen و 7-wired resistive touchscreen
این صفحات هم به نوعی ترکیب 5-wire و 4-wire هستند. در 6-wired resistive touchscreen یک لایه اضافه در پشت پوشش شیشه ای قرار دارد که هدف از آن بهبود عملکرد سیستم است. اما در 7-wired دو خط سنسور در لایه پایینی وجود دارد.
سیستم 7-wired بیشترین سهم را میان انواع صفحات لمسی مقاومتی به خود اختصاص داده است.
در چنین سیستمی میتوان با هر چیزی با صفحه لمسی ارتباط برقرار کرد، هر چیزی که بتوان با آن فشاری ایجاد کرد. (انگشت، خودکار، مداد، هر چیز مستقل از رسانا بودن یا نبودن)
2. فناوری صفحات لمسی خازنی (Capacitive Touchscreen):
این فناوری نسبت به صفحات مقاوتی از محبوبیت بیشتری برخوردار است. این سیستم از یک پنل شیشه ای که توسط یک خازن و ITO پوشش داده است، تشکیل میشود و قادر است 90 درصد نور مانیتور را از خود عبور دهد. در این سیستم تنها یک طرف، با لایه رسانا پوشش داده شده است.
مادامی که مانیتور در حال کار است، یک میدان الکترو استاتیک یک نواخت روی لایه رسانا ایجاد میشود. به محض این که انگشت (یا هر رسانای دیگری) صفحه را لمس کند میدان الکتریکی معطوف به همان نقطه میشود، همین کار باعث ایجاد خازنی دینامیک در آن محل میشود.
برای تشخصی مختصات هم، چیپ کنترلر، آن نقطه را، با توجه به چهار گوشه صفحه، ارزیابی میکند.
از نقاط مثبتی که میتوان به آن اشاره کرد، این است که چنین صفحه ای با دوام است و از آنجا که هنگام ساخت، از یک ماده رسانا استفاده میشود، این سیستم مستقل از رسانای دیگری (انگشت و ...) کار خواهد کرد.
در این فناوری، لایه رسانای ITO روی شبکه ای پیچیده ازالکترودهای افقی و عمودی حک شده است.
جهت افزایش دقت، در صفحه نمایش یک سنسور در هر سطر و ستون تعبیه شده است.
دو نوع صفحه لمسی خازنی وجود دارد:
1. Mutual Capacitance
2. Self Capacitance
3. فناوری موج آکوستیک (Surface Acoustic Wave):
این تکنولوژی شامل دو مبدل با قابلیت دریافت و انقال در هر دو محور X ها و Y ها که بر روی سطح شیشه ای قرار دارد به همراه تعدادی منعکس کننده، میباشد. طرز کار هم به این صورت میباشد که توسط این فرستنده ها امواج تمام سطح شیشه ای را میپوشانند و توسط سنسورهای منعکس کننده، انعکاس امواج دریافت میشوند. در واقع وقتی نقطه ای را لمس میکنیم، امواج جذب انگشت مان میشوند و سنسورها این موضوع را تشخیص داده و مختصات را بدست می آورند.
این سیستم به دلیل اینکه هیچ دخالتی با نمایشگر ندارد و حتی یک لایه هم روی نمایشگر قرار نمیگرید، باعث میشود کیفیت نمایشگر به همان وضوح و شفافیت خود باقی بماند.
4. فناوری انفرارد (Infrared):
ابتدا IR LED ها را بشناسیم. IR LED یک فرستنده مادون قرمز است که در طیف طول موجی 760 نانو متر کار میکند. IR LED ها از موادی همچون گالیم آرسنید آلومینوم ساخته میشوند. اگر آنها را به همراه یک گیرنده مادون قرمز استفاده کنیم، در واقع یک سنسور مادون قرمز را در اختیار داریم.
ظاهر IR LED ها شبیه LED ها است. از آنجا که چشم ما قادر به دیدن نور مادون قرمز نیست، پس نمیتوانیم مانند LED ها متوجه شویم که آیا IR LED کار میکند یا خیر.
این سیستم، مجموعه ای از محورهای X و Y است که با IR LED ها جفت شده اند همچنین باید آشکار ساز تصاویر (Photo Detectors) را هم در این سیستم ذکر کرد.
کار آشکار سازها چیست؟ وقتی نقطه ای را لمس میکنم، تغییری در الگوی نوری منتشر شده توسط IR LED ها ایجاد کردیم، آشکار سازها این تغییر را تشخیص داده و مختصات آن را پیدا میکنند و به سیستم عامل ارسال میکنند.
قابلیت چند لمسی (Multi Touch):
با ظهور فناوری صفحات لمسی و حذف کامل دکمه های فیزیکی از دستگاه ها، نیاز به گسترش و قدرتمندتر کردن این رابط کاربری محبوب احساس میشد.
با قابلیت مالی تاچ (به جای استفاده از کلمه نا آشنای چند لمسی از مالتی تاچ استفاده میکنیم) حتی دکمه های لمسی نیز کمتر شدند. قصد دارید عکسی را که مشاهده میکنید بزرگ یا کوچک کنید. به جای طراحی دو دکمه نرم افزاری که عمل Zoom In و Zoom Out را انجام میدهند، میتوانید دو انگشت خود را روی نمایشگر گذاشته و با کم کردن و یا اضافه کردن فاصله انگشت ها از یک دیگر، هر دو عمل را انجام دهید.
حتما با خود فکر میکنید میتوانِد دوبار بدون وقفه روی نقطه ی مورد نظر ضربه بزنید، درست است، اما اگر به جای عکس در حال مشاهده ی یک صفحه اینترنتی هستید و میخواهید قسمتی را بزرگ کنید که کنار یک لینک قرار دارد، باز هم میتوانید دوبار ضربه بزنید؟
اولین دستگاهی که از این قابلیت پشتیبانی کرد تلفن همراه آیفون، محصول شرکت اپل بود، که در 9 ژانویه 2007 عرضه شد. جدای از طراحی و سیستم عامل و امکانات این دستگاه، هم اکنون نیز از تاچ این دستگاه به عنوان یک انقلاب در صفحات لمسی یاد میشود. نا گفته نماد که نوع تاچ این دستگاه از نوع Mutual Capacitance میباشد.
