Резистивный сенсорный экран

Резистивный сенсорный экран — это тип сенсорного дисплея, который определяет координаты касания за счёт изменения электрического сопротивления между двумя проводящими слоями при их механическом контакте. Относится к классу пассивных сенсорных технологий, реагирующих на давление, а не на ёмкость или оптические свойства. Резистивные экраны широко применялись в устройствах с ручным вводом до массового распространения ёмкостных технологий, но до сих пор используются в промышленности, медицине и бытовой технике благодаря низкой стоимости и устойчивости к загрязнениям.

Устройство и принцип работы

Резистивный сенсорный экран состоит из нескольких слоёв, расположенных друг над другом. Основные элементы:

• Верхний гибкий слой — обычно из полиэтилентерефталата (ПЭТ) или поликарбоната, покрытый с внутренней стороны прозрачным проводящим материалом (например, оксидом индия-олова, ITO). Этот слой деформируется при нажатии.
• Нижний жёсткий слой — стеклянная или пластиковая подложка, также покрытая ITO. Между слоями находятся микродистанционные точки (спейсеры), которые предотвращают случайный контакт.
• Токопроводящие линии — по краям каждого слоя нанесены электроды, подключаемые к контроллеру.

Принцип работы основан на законе Ома. К верхнему слою прикладывается напряжение (обычно 5 В) по оси X, к нижнему — по оси Y. Контроллер поочерёдно подаёт напряжение на каждый слой и измеряет ток через точку контакта. Когда пользователь нажимает на экран, верхний слой прогибается и замыкает цепь с нижним. Падение напряжения на электродах пропорционально координатам касания. Для четырёхпроводных экранов используются четыре электрода (два на каждом слое), для пятипроводных — пять (один слой — измерительный, другой — только для подачи напряжения).

Классификация

Резистивные экраны делятся по количеству проводящих линий и способу измерения:

По количеству проводов

• Четырёхпроводные — самый распространённый тип. Верхний слой отвечает за измерение по оси X, нижний — по оси Y. Недостаток: со временем проводящее покрытие верхнего слоя изнашивается, что снижает точность.
• Пятипроводные — верхний слой используется только как зонд, а измерение сопротивления ведётся по нижнему слою. Это повышает долговечность, так как верхний слой не участвует в измерении сопротивления.
• Восьмипроводные — модификация четырёхпроводных с дополнительными линиями для компенсации температурных дрейфов. Применяются в устройствах с высокими требованиями к точности.

По типу привода

• Аналоговые — определяют точные координаты касания (до 0,1 мм). Используются в графических планшетах, КПК.
• Матричные — проводящие линии образуют сетку (матрицу). Координаты определяются по пересечению строк и столбцов. Менее точны, но проще в изготовлении и дешевле.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Низкая стоимость — технология проста в производстве, не требует дорогих материалов.
• Устойчивость к загрязнениям — экран реагирует на давление, поэтому масло, грязь, вода на поверхности не мешают работе (в отличие от ёмкостных экранов).
• Работа с любым предметом — можно нажимать пальцем, стилусом, рукой в перчатке, даже твёрдым предметом (например, карандашом).
• Низкое энергопотребление — контроллер потребляет менее 1 мА в режиме ожидания.
• Высокая помехоустойчивость — не подвержен влиянию электромагнитных полей.

Недостатки

• Низкая прозрачность — слои ITO и спейсеры снижают светопропускание до 75–85% (против 90–95% у ёмкостных экранов).
• Износ верхнего слоя — при интенсивном использовании ПЭТ-плёнка царапается и теряет проводимость. Срок службы — около 1–3 миллионов нажатий.
• Отсутствие мультитач — стандартные резистивные экраны не поддерживают одновременное распознавание нескольких касаний. Существуют модификации с мультитач, но они сложны и дороги.
• Низкая скорость реакции — время отклика составляет 10–30 мс, что медленнее ёмкостных экранов (1–5 мс).
• Чувствительность к давлению — требует точного нажатия, что неудобно для быстрого ввода.

Применение

Резистивные сенсорные экраны используются в устройствах, где важны надёжность, устойчивость к внешним воздействиям и низкая цена:

• Промышленное оборудование — панели управления станками, терминалы сбора данных, контроллеры автоматизации. Работают в условиях пыли, влаги, вибрации.
• Медицинская техника — дисплеи аппаратов УЗИ, мониторов пациентов, лабораторных анализаторов. Возможность работы в перчатках критична для врачей.
• Кассовые аппараты и POS-терминалы — торговые точки, где экраны подвергаются частому нажатию и загрязнению.
• Бытовая техника — микроволновые печи, стиральные машины, кофеварки. Дешёвые и простые в интеграции.
• Портативные устройства — КПК, навигаторы, электронные книги (например, ранние модели PocketBook и Amazon Kindle). В настоящее время вытеснены ёмкостными экранами.
• Военная и авиационная техника — приборы, работающие в условиях низких температур, где ёмкостные экраны теряют чувствительность.

История

Первые резистивные сенсорные экраны были разработаны в 1970-х годах в США. В 1972 году компания Elographics (позже — Elo Touch Solutions) представила первый коммерческий резистивный сенсор. Устройство использовало четырёхпроводную схему и предназначалось для терминалов ввода данных.

В 1980-х годах технология была усовершенствована: появились пятипроводные экраны, увеличившие срок службы. В 1990-х годах резистивные экраны стали стандартом для карманных персональных компьютеров (Palm Pilot, Windows CE) и первых смартфонов (например, Nokia 7710). С 2007 года, после выхода iPhone с ёмкостным экраном, резистивные дисплеи начали вытесняться из потребительской электроники, но сохранили нишевые применения.

В 2010-х годах появились гибридные технологии, совмещающие резистивный и ёмкостный принципы (например, для работы в перчатках). Однако массового распространения они не получили.

Сравнение с другими технологиями

Интересные факты

• Резистивные экраны до сих пор используются в некоторых моделях автомобильных навигаторов, так как не боятся мороза и позволяют вводить данные в перчатках.
• В 2010-х годах компания 3M разработала резистивный экран с поддержкой мультитач за счёт измерения сопротивления в нескольких точках одновременно, но технология не стала массовой.
• В СССР резистивные сенсоры применялись в военной авиации (например, в прицелах вертолётов) с 1980-х годов.
• Срок службы резистивного экрана можно продлить, используя защитную плёнку, но это снижает чувствительность.

Источники

• ГОСТ Р 52070-2003 «Устройства сенсорные. Общие технические условия».
• Elo Touch Solutions. «Resistive Touchscreen Technology Overview» (техническая документация).
• Журнал «КомпьютерПресс», № 5, 2008 г., статья «Сенсорные экраны: технологии и перспективы».
• Б. Г. Соколов, «Сенсорные системы ввода информации», М.: Радио и связь, 2005.
• Патент США US3662105A (1972 г.) — первый резистивный сенсорный экран.