Tento článek je čtvrtým dílem našeho nového seriálu Techbox, ve kterém budeme postupně rozebírat a vysvětlovat fungování základních součástí telefonů a další mobilní elektroniky.
Tip: Techbox: technologie displejů - je lepší TFT nebo AMOLED?
Boom dotykových displejů v mobilních telefonech, tabletech, noteboocích i stolních počítačích v posledních několika letech by mohl vést k domněnce, že se jedná o mladou technologii. Apple iPhone, který odstartoval v roce 2007 tento boom v mobilních telefonech, nebyl ani zdaleka prvním dotykovým mobilním telefonem na světě. Toto prvenství si nepřipsala ani Nokia, Sony Ericsson či jiný velký výrobce.
První dotykový telefon se objevil již v roce 1993 ve Spojených státech, kde telekomunikační společnost BellSouth a IBM společně představily Simon PDA cell phone. Smartphone byl vybavený monochromatickým dotykovým displejem ovládaným digitálním perem a interní ROM 1 MM. Běžel na operačním systému Zaurus OS, který převzal z řady PDA Sharp Zaurus.
Svým uživatelům nabídl funkce jako email, kalkulačka, kalendář, fax, poznámkový blok nebo správce souborů. Na trh se dostal v roce 1994. Byl však velice drahý. Zákazníci za něj tehdy zaplatily 899 dolarů, což dnes odpovídá téměř 1400 dolarů (téměř 36 000 Kč).
O dotykových displejích se píše už v polovině 60. let
Za skutečnými kořeny dotykových displejů však musíme ještě mnohem hlouběji do minulosti. Za praotce dotykových displejů je některými považován E. A. Johnson, který v krátkém článku popsal principy fungování kapacitních dotykových displejů již v roce 1965. V roce 1967 na to navázal delším článkem doplněným o diagramy a fotografiemi a v roce 1968 popsal použitelnost dotykové technologie při řízení letového provozu.
Na počátku 70. let inženýr CERNu (Evropské organizace pro jaderný výzkum) Ben Stumpe za pomocí svého kolegy Franka Becka vyvinul transparentní dotykovou obrazovku, která je založena na Stumpově práci v televizním průmyslu na počátku 60. let. Jeho transparentní dotyková obrazovka vyrobená CERNem byla zařazena do užívání v roce 1973.
Na dotykové technologii se ve stejné době usilovně pracuje i na druhé straně Atlantiku. V roce 1971 přichází s prvním dotykovým senzorem doktor Sam Hurst, instruktor Univerzity v Kentucky. Senzor, který Hurst nazval Elograph, ještě nebyl transparentní jako moderní dotykové obrazovky, ale přesto to byl významný milník.
Hurst si na svém objevu staví své další podnikání a zakládá společnost Elographics. V roce 1974 přichází s první opravdovou dotykovou obrazovkou s transparentním povrchem a v roce 1977 si patentuje pětidrátovou rezistivní technologii, která se používá dodnes. První verze jeho rezistivních displejů se začínají vyrábět v roce 1982.
Do povědomí se dostávají díky školním počítačům
Širší pozornosti se dotykovým obrazovkám dostává už v polovině 70. let, kdy je na Illinoiské Univerzitě vyvinut počítačový terminál Plato IV, který je součástí projektu PLATO. Terminál byl vybaven infračerveným dotykovým panelem, který umožňoval studentům odpovídat na otázky dotykem na displeji. Přestože už před PLATO IV existovaly dotyková zařízení, toto bylo poprvé, kdy byly široce rozšířeny do illinoiských učeben. Od tohoto okamžiku se dotykové obrazovky postupně stávají běžnou součástí každodenního života.
První multidotykové zařízení se objevuje v roce 1982. Jeho autorem je Nimish Mehta z Univesity of Toronto, který vyvinul dotykový tablet, který dokáže přečíst více kontaktních bodů díky videokameře, která komunikuje s počítačem.
V roce 1983 vyvíjí Myron Krueger optický systém, který umožňuje sledovat pohyby rukou, takže uživatelé mohou provádět interakci pomocí gest. O rok později vyvíjí Bob Boie první multidotykový displej, který umožňuje uživatelům manipulovat grafikami svými prsty.
Dotykové displeje nejsou pouze kapacitní a rezistivní
V mobilních telefonech se setkáváme se dvěma technologiemi dotykových displejů – starší rezistivní a mladší kapacitní. Existuje však i další technologie, které se využívají především v průmyslu nebo u různých terminálů. Pro úplnost se však o nich zmíním alespoň v krátkosti.
Většina z těchto technologií využívá snímače, které jsou umístěny z vnější strany obrazovky. Tyto snímače sledují obrazovku a registrují dotyky. Technologie SAW k tomu používá ultrazvukové vlny, které přechází přes displej. Když se displeje dotknete, vlnu narušíte a tato informace je přenesena do řadiče zpracování.
Další technologie používá infračervené záření, kdy infračervené diody vytváří přes obrazovku neviditelnou síť. V jiném případě jsou na okrajích obrazovky umístěny dva nebo více zobrazovacích senzorů a proti nim jsou v zorném poli umístěna infračervená zadní světla. Dotyk prstu je pak zachycen jako stín a jeho přesná poloha je vypočítána triangulací záběrů z více kamer.
Právě díky tomu, že tyto technologie používají přidané snímače z vnějšku obrazovky, nejsou vhodné pro použití v mobilních telefonech a tabletech. Jejich další nevýhodou je i to, že jsou citlivé na znečištění obrazovky.
Rezistivní displeje ovládnete čímkoli
Rezistivní (odporové) displeje jsou vývojově starší technologií používanou v dotykových mobilních telefonech. V současnosti existují dva typy rezistivních displejů – čtyřvodičový a pětivodičový. Oba typy přitom fungují na stejném principu, ale liší se v odolnosti.
Panel rezistivního displeje se skládá z několika vrstev, které ohraničují skleněný panel a pružnou membránu na povrchu displeje. Skleněný panel i dotyková membrána jsou pokryty vodivými vrstvami – spodní elektrovodivou a horní odporovou, které od sebe odděluje pro oko neviditelná síť podpěr, mezi kterými je tenká vzduchová vrstva.
Obě vodivé vrstvy jsou připojeny k řídicímu a vyhodnocovacímu modulu. V okamžiku, kdy displej zapneme, začne spodní elektrovodivou vrstvou procházet elektrický proud. Jakmile se dotkneme displeje, membrána se prohne a horní odporová vrstva se spojí se spodní elektrovodivou, čímž mezi nimi začne procházet elektrický proud. Řídící a vyhodnocovací modul následně vyhodnotí polohu a velikost bodu dotyku.
Díky tomu, že rezistivní displeje mají pružnou svrchní vrstvu, je možné je ovládat téměř čímkoli a to je proti kapacitním displejům jejich hlavní výhoda. Vůbec nezáleží, jestli se displeje dotýkáte holým prstem, rukavicí, stylusem nebo jakýmkoli klacíkem. Další výhodou rezistivních displejů je pak nízká cena, nízká spotřeba energie, vysoká reakční rychlost a větší přesnost.
Jejich hlavní nevýhodou je, že jejich průzračnost je pouze 80 procent. To, co nevadí u monochromatických dotykových terminálů, je u mobilních telefonů, kde je kladen na maximální věrnost barev problém.
Kromě toho však jsou rezistivní displeje náchylné i na mechanické poškození svrchní pružné vrstvy. V případě čtyřvodičové odporové technologie, která je nejvíce rozšířená, se uvádí životnost displeje na pět milionů dotyků v jednom místě.
Problém odolnosti, ale nikoli světelné propustnosti, částečně řeší pětivodičová odporová dotyková technologie. Proti čtyřvodičové se liší zejména tím, že napětí není pouštěno do spodní vrstvy, ale do svrchní vrstvy, která se při stisknutí dotýká stabilní skleněné vodivě pokovené podložky.
Díky tomu není displej tak ovlivněn mechanickým poškozením svrchní pružné vrstvy má životnost 35 milionů dotyků v jednom místě a je nasazován především tam, kde je zapotřebí vyšší odolnosti, jako jsou nejrůznější průmyslové terminály nebo průmyslové kiosky.
Kapacitní displeje ovládly dotykové telefony
Kapacitní dotykový displej pracuje s přirozenou vodivostí lidského těla. Skleněný panel, který je jinak izolant, je v tomto případě potažen tenkou transparentní vodivou vrstvou například indium tin oxidu (ITO).
Jakmile se dotknete displeje, naruší se elektrostatické pole displeje a mezi jeho povrchem a špičkou prstu vznikne kapacita, která uzavře elektrický obvod. Tyto změny jsou měřitelné jako změny kapacitního odporu. Místo dotyku je určeno použitím různých technologií a lokace tohoto místa je odeslána řadiči, který jej dále zpracuje.
Právě nutnost použití prstu nebo jiného elektricky vodivého předmětu je hlavní nevýhodou kapacitních displejů. Stačí si vzít rukavice a už vám displej nebude fungovat. Dá se to řešit pomocí speciálních kapacitních stylusů nebo speciálně upravených rukavic, které mají ve špičkách prstů všitou plošku z vodivých vláken, která přenese proud mezi displejem a prstem.
Naopak hlavními výhodami kapacitních displejů je vysoké rozlišení, vysoká světelná propustnost, která dosahuje 93 procent +/- 2 procenta, nezávislost funkčnosti na prachu a mastnosti a obecně vysoká odolnost. Jestliže rezistentní displej ve čtyřvodičové variantě měl životnost pět milionů dotyků, tak v případě kapacitních displejů je to více než 300 milionů dotyků v jednom místě.
Podtypem kapacitních displejů jsou pak takzvané projekční kapacitní displeje, které vyzařují elektrické pole do prostoru. Můžete je například překrýt nevodivým odolným sklem a ještě více tak zvýšit odolnost displeje nebo dokonce ovládat telefon, aniž byste se displeje přímo dotkli.
Speciální typ bezdotykového kapacitního displeje představilo japonské Sony v březnu 2012 u svého modelu Xperia sola. Technologie floating touch pracuje hned se dvěma typy kapacitních dotykových senzorů.
Prvními z nich jsou vzájemné senzory, které jsou velice citlivé, podporují multitouch, ale mají malý dosah. Druhým typem, jsou pak samostatné senzory, které nepodporují multitouch, ale dokáží detekovat prst až dva centimetry od povrchu displeje. Kombinace obou typů senzorů umožnila u Xperia Sola zachovat multitouch v případě, že dotýkáte displeje, ale doplnit ho o bezdotykové ovládání.
Tip: Sony Xperia sola: nový "bezdotykový" displej pod drobnohledem
Kapacitní displeje stále zvyšují citlivost
Technologie kapacitních displejů se nepřestává vyvíjet. Největší výrobci přicházejí se stále tenčími a přesnějšími dotykovými displeji pro mobilní zařízení. Stále více se přitom prosazuje "in-cell" technologie, kterou používá například Samsung u svých Super AMOLED displejů. V tomto případě je již zcela eliminovaná dotyková vrstva a kapacitátory jsou zabudovány přímo v samotném displeji. To umožnilo ještě zmenšit vzdálenost mezi displejem a prstem uživatele a zpřesnit dotyky a gesta.
Někteří výrobci doplňují kapacitní displej o další supercitlivou vrstvu, díky nimž takovým mobilů nedělá problém ovládání například nehty nebo v rukavicích. Příkladem takových smartphonů jsou například nové Lumie od Nokie.
Zase dobrý díl :-) (po předminulém zbabraném ;-)