Jste zde

Současný stav vývoje rezistivních dotykových ploch / displejů

Antonín Vojáček, 24. Říjen 2010 - 20:37

Rezistivní dotykové panely se již poměrně dlouhou dobu zabydlují v průmyslových zařízeních i spotřební elektronice. Ze všech principů dotykových ploch (displejů) je rezistivní typ stále nejvyužívanější. I když princip se zdá být na první pohled jednoduchý, existuje několik různých struktur a provedení lišící se různými provozními vlastnostmi. Zde je krátký aktuální přehled...

S dotykovým displejem se mnoho lidí pravděpodobně již setkalo. S rostoucí nabídkou multimediální elektroniky v podobě kapesních počítačů / PC tabletů či inteligentních mobilů v oblasti spotřební elektroniky či v podobě grafických ovládacích panelů v průmyslu se tento způsob ovládání využívá čím dál častěji. Proti použití ovládacích tlačítek, klávesnice či myši je výhoda dotykové plochy v přímé interaktivitě s nabízenou aplikací a s tím spojené více intuitivní ovládání elektronických systémů i v případě dosud elektronikou méně znalých obyvatel. Na druhou stranu tento způsob ovládání může být trošku pomalejší, zvláště v případě zadávání nějakých parametrů. Nejlepší kombinace je pak asi kombinace dotykového displeje s klávesnicí. To ale teď nechme stranou.

Dnes již existuje mnoho různých technologií pro realizaci dotykových ploch. Jmenujme například nejznámější z nich: rezistivní, kapacitní, SAW (povrchová akustická vlna), indukční. Každá má své výhody a nevýhody a většina z nich již byla popsána na stránkách HW serveru. Dnes se podívejme na novinky a aktuální stav a vývoj asi doposud nejznámější a nejpoužívanější technologie – rezistivní dotykové plochy.

Krátké připomenutí funkce

„Funkce rezistivních ploch je přeci jasná. Stiskem místa na ploše se změní její odpor, který se snímá a podle toho se vyhodnotí místo dotyku“, si asi řekne každý trošku technicky znalý člověk. Ano, ale v praxi to není tak jednoduché, ostatně jako vždy.

Základem je alespoň dvouvrstvá struktura složená z podložky, distančních „výběžků“ a horní dotykové plochy. Jde tedy o takovou sendvičovou strukturu, kde vnitřní strany jejích ploch nesou elektricky vodivou vrstvu ve formě mřížky (podélné a příčné vodiče). Vzhledem k tomu, že dotyková plocha se z principu své funkce musí umístit před displej, je logicky nutné, aby všechny tyto vrstvy bylo co nejvíce průhledné (transparentní). Tedy i včetně distančních výběžků a vodivé elektrické vrstvy. Ta je dnes stále nejčastěji tvořena materiálem ITO (indium-tin-oxide), i když jsou intenzivně vyvíjeny i další materiály levnější a průhlednější. Dnes se běžně transparentnost pohybuje v rozsahu 80 až 93 %, kde 100% je maximální průhlednost (plocha vůbec nezeslabuje z displeje procházející světlo). Transparentnost však není všechno a protože vrchní plocha jako první přichází do kontaktu s okolním dopadajícím světlem, jsou v praxi důležité i odrazné schopnosti apod.

Při provozu se střídavě napájí podélné a příčné vodiče. Když je vrchní vrstva stlačena, její snímací vodivá vrstva se dotkne spodní napájené vodivé vrstvy a napětí je z horní plochy přenášeno do řídícího obvodu přes A/D převodník. Zde se napětí konvertuje na digitální X-Y souřadnice určující místo dotyku. Rozlišení plochy je pak dáno rozestupy „distančních“ výstupků uvnitř struktury a pak rozlišením A/D převodníku.

Základní sendvičová struktura dotykového panelu tvořeného horním pružným PET filmem (TOP film) a spodní skleněnou plochou (Base glass), které jsou obě z vnitřní strany opatřeny vodivou vrstvou ITO (ITO coating on surface).

Důležité vlastnosti pro volbu dotykové plochy

1. Průhlednost (Light Transmission)
2. Odezva (Response Time)
3. Přesnost dotyku (Touch Accuracy)
3. Požadavky na provozní podmínky (Environment Requirement)
4. Životnost (Lifecycle)
5. Tvrdost povrchu (Surface Hardness)
6. Rozlišení (Resolution)
7. Ovládací prostředek (Input Mode) – ruka, stylus, pero, hrot apod.
8. Velikost (Size)
9. Jednodotekové (Single touch) / vícedotekové (Multi-Touch)

Mimo často zdůrazňované průhlednosti a samozřejmě velikosti je důležité se zbývat i dalšími parametry. Důležitý je například parametr „Input mode“, který říká, jakým prostředkem je možné dotykovou plochu „aktivovat“, tedy zda reaguje na stisk velkou plochou (např. prstem), stiskem malou ploškou (např. stylus nebo jiným hrotem). I když často se využívá víceúčelové provedení, kde plocha reaguje na obě možnosti, ale vyrábí se i specializované plochy, které reagují jen např. na prsty a nebo naopak jen na stylus či jiný předmět s malou dotykovou plochou.

Dále dnes také všichni významní výrobci vyrábějí mimo tzv. jednodotykových ploch, kde lze v jeden moment vždy detekovat jen jeden stisk na ploše (např. ovládání jen jedním prstem), tak i tzv. vícedotykové plochy, kde lze aplikaci například přirozeněji ovládat oběma rukama. Takto lze například realizovat plnou softwarovou klávesnici pro klasické psaní všemi prsty nebo vytváření dvojhmatů.

Příklad reálných parametrů dotykových ploch Fujitsu řady FID1530 (struktura Film - Glass):

Parametr	Hodnota
Rozměr	5.6", 7.0", 12.1"
Tloušťka skla	1,1 mm
Tvrdost povrchu	3H (Tvrdost tužky)
Aktivační síla	0,05 až 0,49 N
Průhlednost	typ. 83%
Zakalení	typ. 6%
Přesnost pozice	typ. ±3.0%
Dotyková životnost	1,000,000 x stisk
Životnost psaní	100,000 slov
Řídící rozhraní	USB, UART
Řídící deska	USB, RS232C

Používané materiály pro rezistivní plochy

Dnes je běžných několik konstrukcí dotykových ploch z pohledu použitých materiálů sklo (glass) vs. plast (plastic) :

PET film – glass (FG)
glass – glass (GG)
PET film- PET film-plastic (FFP)
PET film - PET film-glass (FFG)
glass- PET film-glass (GFG)

První materiál vždy přestavuje provedení horní vrstvy, které se dotýká a detekuje stisk. Poslední slovo pak udává provedení spodní vrstvy (podložky) nebo pomocnou vrstvu. A právě zvolená struktura dost výrazně předurčuje použití dotykové plochy z pohledu odolnosti vůči provozním podmínkám.

Pro běžné použití ve spotřební elektronice si obvykle výrobci vystačí se základní výrobně i cenově nejjednodušší variantou „film-glass“ a to i co se celé kategorie dotykových ploch týče. Poskytuje dobrou průhlednost, ale vyznačuje se dost křehkou konstrukcí, takže není vhodná pro hrubší zacházení. Proto pro dražší přenosnou (venku často využívanou) spotřební elektroniku nebo měřící přístroje, se pak využívá i dražší struktura „glass-glass“, kde horní vrstvu tvoří pružné sklo.

Běžné provedení FG (Film - Glass)

Odolnější a dražší provedení GG (Glass - Glass)

Pro průmyslové aplikace je pak vyžadována hlavně velká odolnost proti poškození při drsnějším používání, odolnost proti vodě / vlhkosti, prachu a nárazům a větší pracovní teplotní rozsah (typicky -20°C až 70°C). Pro tyto účely se obvykle volí provedení „film-film-plastic“ nebo „film-film-glass“. Plastová spodní pomocná vrstva se využívá hlavně tam, kde je vyžadována vysoká mechanická odolnost, protože struktura „film-film-plastic“ je nejvíce odolná proti velkým nárazům a i pádu a také je velmi lehká. Také poskytuje lepší funkci v případě využívání při nízkých teplotách. V případě použití struktury „film-film-glass“ se pak spodní sklo obvykle speciálně vytvrzuje. Ve prospěch této struktury proti předchozí hovoří větší optická transparentnost. Využívá se proto tam, kde je důležitý velký jas a kontrast obrazu a zároveň tolik nevadí vyšší cena použitých materiálů a celková větší hmotnost dotykové plochy.

Pak jsou tu i speciální oblasti a prostředí, které vyžadují velkou mechanickou odolnost proti poškrábání, vlivu okolního prostředí nebo teplotě. Jmenovat lze např. automobilový, letecký, vojenský průmysl apod., kde je velmi důležitá velmi velká odolnost proti poškození, snadná ovladatelnost i schopnost pracovat ve velmi širokém rozsahu teplot -40 až 85 °C či trvale ve velké vlhkosti. Zde se pak využívají struktury film-glass-glass nebo na výrobu nejnáročnější a nejdražší provedení „glass-film-glass (GFG)“. To se také společně se strukturou glass-glass využívá ve zdravotnictví , kde je důležitý požadavek na odolnost svrchní vrstvy proti různým desinfekčním prostředkům.