Pojemnościowe panele dotykowe – Jak to działa?

Na rynku dostępnych jest kilka technologii wykorzystywanych przy produkcji ekranów dotykowych. Urządzenia obsługiwane za pomocą dotyku są często spotykane w przestrzeni publicznej, a ich użytkownicy mogą mieć codziennie styczność z potencjalnie wieloma różnymi rozwiązaniami, które wyglądają bardzo podobnie. Moduły stosowane w np. Nawigacjach samochodowych będą jednak wyraźnie różnić się od tych instalowanych w bankomatach sposobem działania, odpornością na uszkodzenia, przepuszczalnością światła i żywotnością. Najpopularniejszą obecnie technologią dotykową jest ta stosowana w rozwiązaniach pojemnościowych – znanych również jako CTP. Stosuje się ją między innymi w smartfonach i zaawansowanych wyświetlaczach.

Podstawy i podział

Aby przekrojowo przedstawić technologię dotykową CTP należy zacząć od zrozumienia podstaw jej działania. Funkcjonowanie ekranów pojemnościowych opiera się na wykrywaniu zakłóceń w polu elektrostatycznym zaburzonym przez kontakt z obiektami przewodzącymi prąd – takimi jak palce czy rysik. Wykorzystując przewodność ludzkiego ciała lub dedykowanego przedmiotu przy dotknięciu ekranu, możemy spowodować zmianę pojemności elektrostatycznej między elektrodami przez sprzężenie pojemnościowe. Kontroler panelu wykryje zmianę pola elektrostatycznego i jej lokalizację.

Takie ekrany dzielą się jednak jeszcze na dwie podkategorie: powierzchniowo-pojemnościowe oraz pojemnościowo-projekcyjne.

Rozwiązania powierzchniowe…

Pierwszą odmianą urządzeń dotykowych CTP jest typ powierzchniowo-pojemnościowy. Jedna strona ekranu pokryta jest bezbarwną warstwą przewodzącą (np. tlenkiem cyny indu – ITO). Elektrody generujące napięcie występują jedynie w czterech narożnikach wyświetlacza, ale dzięki wyżej wspomnianej wspólnej warstwie przewodzącej możliwe jest powstanie jednorodnego potencjału elektrycznego na całej powierzchni ekranu. Efektem dotknięcia jego drugiej strony jest wprowadzenie zaburzenia poprzez zmianę elektrycznej pojemności układu. Położenie punktu styku jest możliwe do określenia dzięki pomiarom zmian napięcia w czterech rogach modułu niezależnie.

Wyświetlacze powierzchniowo-pojemnościowe są dość tanie i proste w budowie – dlatego stosowane są często w większych, mniej skomplikowanych urządzeniach. Rozwiązanie korzystające z wielu elektrod, rozłożonych na całej powierzchni ekranu, byłoby w tym przypadku niepraktyczne i drogie. Ten rodzaj modułów jest przez to mniej precyzyjny, może mieć również trudności z obsługą multi-touch.

… i projekcyjne (P-CAP)

Wyświetlacze pojemnościowo-projekcyjne używane są głównie w smartfonach oraz tabletach – w przeciwieństwie do swoich powierzchniowych odpowiedników wykorzystują one wiele elektrod. Pod szklaną warstwą ochronną modułu znajduje się warstwa przewodząca złożona z niewielkich przewodów elektrycznych rozmieszczonych na całej jej powierzchni. Zmiana pojemności elektrostatycznej danych elektrod następuje przez dotknięcie szkła palcem lub rysikiem – urządzenie wykrywa dzięki temu gdzie dokładnie nastąpił punkt styku, przez analizę zmiany pola elektrycznego tuż przy powierzchni ekranu.

Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwa jest instalacja panelu za grubym, nawet kilkunastomilimetrowym hartowanym szkłem ochronnym. Można przy tym zachować dużą dokładność obrazu, a wyświetlacz będzie również w stanie wykrywać dotyk w kilku miejscach równocześnie. To jednak dość kosztowne rozwiązanie w przypadku większych paneli. Istnieje również ryzyko błędów związanych z powstawaniem dużego oporu – dlatego ekrany pojemnościowo-projekcyjne stosuje się przede wszystkim w mniejszych, bardziej zaawansowanych urządzeniach.

Zalety i wady ekranów dotykowych CTP

Standardowe, rezystancyjne urządzenia dotykowe sprawdzają się w niedużych, prostych aplikacjach, wymagających wykrycia pojedynczego punktu dotyku w danej chwili. Z kolei pojemnościowe rozwiązania pozwalają na wykrywanie wielopunktowego dotyku, wysoką czułość i precyzję rozpoznawania pozycji styku, a także dużą odporność na uszkodzenia oraz dobrą widoczność ekranu nawet w warunkach intensywnego oświetlenia.

Wadami technologii dotykowej CTP może być wyższa cena w porównaniu do ich oporowych odpowiedników oraz konieczność obsługi wyłącznie za pomocą dedykowanych narzędzi lub gołych palców (ewentualnie wykorzystania rękawic z funkcją obsługi pojemnościowych ekranów dotykowych). Tego typu moduły stają się również nieco problematyczne w obsłudze w momencie ich bezpośredniego kontaktu z wodą i zabrudzeniami.

Przykładowe aplikacje – nie tylko smartfony

Pierwszy ekran dotykowy CTP został wynaleziony 10 lat wcześniej niż wyświetlacz wykorzystujący system rezystancyjny. Rozwiązania pojemnościowe zyskały jednak na popularności dopiero w 2007 roku, gdy zostały użyte przez firmę Apple w pierwszym modelu iPhone’a. Od tego czasu ta technologia stała się właściwie standardem nie tylko w zastosowaniach mobilnych.

Ekrany pojemnościowe sprawdzą się w przypadku aplikacji, gdzie finalne urządzenia będą wystawione na intensywną eksploatację – to rozwiązania bardzo odporne na uszkodzenia mechaniczne oraz na działanie zakłóceń elektromagnetycznych. Możliwe jest również dodatkowe zabezpieczenie wyświetlacza przez zastosowanie różnego rodzaju powłok. Publicznie dostępne infokioski, panele operatorskie HMI, skomplikowane interfejsy przemysłowe – to tylko kilka przykładów zastosowania takich ekranów.

Chcesz wiedzieć, jakie rozwiązania z wykorzystaniem technologii CTP znajdziesz w ofercie Unisystemu? Jak mogą sprawdzić się w Twoich projektach? Skontaktuj się z nami.