Cấu tạo màn hình cảm ứng, phân loại và nguyên lý hoạt động

Mục lục nội dung

Màn hình cảm ứng là gì? Cấu tạo màn hình cảm ứng, phân loại và nguyên lý hoạt động của màn hình cảm ứng như thế nào, tham khảo bài viết sau đây của WikiMaytinh.

Màn hình cảm ứng là gì?

Một màn hình cảm ứng là một thiết bị hiển thị cho phép người dùng tương tác với một máy tính sử dụng ngón tay hoặc bút cảm ứng. Chúng là một giải pháp thay thế hữu ích cho chuột máy tính hoặc bàn phím để điều hướng GUI. Màn hình cảm ứng được sử dụng trên nhiều loại thiết bị, chẳng hạn như màn hình máy tính và máy tính xách tay, điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính tiền và ki-ốt thông tin. Một số màn hình cảm ứng sử dụng lưới chùm tia hồng ngoại để cảm nhận sự hiện diện của ngón tay thay vì sử dụng đầu vào cảm ứng.

Tiếng Anh: touch screen, touchscreen, touch-screen

Lịch sử màn hình cảm ứng

Ý tưởng về màn hình cảm ứng được EA Johnson mô tả và công bố lần đầu tiên vào năm 1965. Trong những năm 1970, màn hình cảm ứng đầu tiên được phát triển bởi CERN kỹ sư Frank Beck và Bent Stumpe. Sản phẩm vật lý lần đầu tiên được tạo ra và sử dụng vào năm 1973. Màn hình cảm ứng điện trở đầu tiên được phát triển bởi George Samuel Hurst vào năm 1975 nhưng mãi đến năm 1982 mới được sản xuất và sử dụng.

Đặc điểm của màn hình cảm ứng

Màn hình cảm ứng thường được xếp lớp trên đỉnh của màn hình hiển thị điện tử của hệ thống xử lý thông tin. Người dùng có thể cung cấp thông tin đầu vào hoặc điều khiển hệ thống xử lý thông tin thông qua các cử chỉ chạm vào màn hình bằng một hoặc nhiều ngón tay hoặc bằng bút cảm ứng.

Loại màn hình này có thể hỗ trợ người dùng điều khiển thiết bị thông qua các thao tác chạm bằng tay hoặc bút cảm ứng. Lợi thế lớn nhất của công nghệ mới là giúp các thao tác trở nên trực quan, từ đó tăng diện tích hiển thị của thông tin, rút ngắn thời gian tương tác nhiều lần và thay đổi cách nhập liệu truyền thống.

Hiện nay, màn hình cảm ứng được trang bị nhiều nhất là trên smartphone, tuy nhiên cũng có thể được trang bị trên mọi loại thiết bị điện tử khác như TV, laptop, tablet, máy bỏ phiếu điện tử và hệ thống điểm bán hàng (POS)

Những thao tác khi sử dụng màn hình cảm ứng

Không phải tất cả các màn hình cảm ứng đều có các chức năng giống nhau, nhưng các thao tác dưới đây là phổ biến nhất.

Chạm – Một lần chạm vào màn hình bằng ngón tay sẽ mở một ứng dụng hoặc chọn một đối tượng. Khi so sánh với một máy tính truyền thống, một lần nhấn cũng giống như cách nhấn bằng chuột.

Chạm đúp – Chạm đúp có thể có các chức năng khác nhau tùy thuộc vào vị trí sử dụng. Ví dụ: trong trình duyệt, nhấn đúp vào màn hình sẽ phóng to chế độ xem, căn giữa tại vị trí nhấn. Nhấn đúp trong trình soạn thảo văn bản để chọn một từ hoặc một phần của các từ.

Chạm và giữ – Chạm và giữ ngón tay của bạn vào màn hình cảm ứng để chọn hoặc đánh dấu một đối tượng. Ví dụ: bạn có thể chạm và giữ một biểu tượng, sau đó kéo nó vào một nơi khác trên màn hình.

Kéo – Chạm và giữ ngón tay của bạn trên một đối tượng có thể di chuyển, chẳng hạn như một biểu tượng, bạn có thể kéo ngón tay của mình để “kéo” đối tượng đó đến một vị trí khác. Hành động tương tự, được sử dụng với văn bản, cho phép bạn đánh dấu văn bản. Nhấc ngón tay lên khi bạn đã hoàn tất việc di chuyển hoặc tô sáng.

Vuốt – Vuốt ngón tay của bạn trên màn hình sẽ cuộn theo một hướng nhất định hoặc thay đổi các trang. Ví dụ: nhấn ngón tay của bạn ở cuối màn hình và nhanh chóng di chuyển lên (vuốt) sẽ cuộn màn hình xuống.

Chụm – Đặt hai ngón tay trên màn hình ở các vị trí khác nhau rồi chụm hai ngón tay lại với nhau để phóng to. Chụm các ngón tay lại với nhau rồi di chuyển chúng ra xa nhau, thu nhỏ trên màn hình.

Màn hình cảm ứng là thiết bị nhập hay xuất?

Về mặt kỹ thuật, màn hình cảm ứng vừa là một thiết bị nhập (đầu vào) và vừa là thiết bị xuất (đầu ra). Bởi vì nó không chỉ có khả năng tiếp nhận tín hiệu đầu vào mà còn hiển thị kết quả đầu ra.

Bất kỳ thiết bị máy tính nào (kể cả màn hình cảm ứng) nhận đầu vào từ người vận hành thiết bị đều được coi là thiết bị đầu vào. Cách bạn sử dụng ngón tay trên màn hình cảm ứng rất giống với cách bạn sử dụng chuột máy tính trên máy tính để bàn.

Màn hình cảm ứng khác với chuột như thế nào?

Một con chuột máy tính và màn hình cảm ứng có nhiều điểm tương đồng. Nhiều đặc điểm trong số đó đã được đề cập trong phần các thao tác sử dụng màn hình cảm ứng ở trên.

Một trong những điểm khác biệt đáng kể nhất giữa chuột và màn hình cảm ứng là khả năng di chuột. Hầu như tất cả các màn hình cảm ứng chỉ có thể phát hiện đầu vào khi ngón tay của bạn tiếp xúc trực tiếp với màn hình. Tuy nhiên, chuột máy tính sử dụng con trỏ cho phép người dùng xem thông tin bằng cách di chuyển con trỏ qua một đối tượng, nhưng không nhấp vào nó. Ví dụ: liên kết tới WikiMaytinh này hiển thị dòng chữ “Đi tới trang wikimaytinh.com” khi di chuột qua bằng chuột máy tính. Tuy nhiên, người dùng có màn hình cảm ứng không thể nhìn thấy dòng chữ này vì nếu họ đặt ngón tay vào liên kết, liên kết sẽ mở ra.

Một số trang web và ứng dụng có thể mô phỏng tính năng di chuột bằng cách thực hiện lần nhấn đầu tiên để thực hiện tính năng di chuột và nhấn lần thứ hai để mở liên kết hoặc ứng dụng. Ngoài ra, một số thiết bị của Apple sử dụng Force Touch, cung cấp các tính năng tương tự như di chuột.

Các công nghệ cấu tạo màn hình cảm ứng

Không phải tất cả các màn hình cảm ứng đều giống nhau. Các công nghệ khác nhau có thể được sử dụng để cho phép người dùng tương tác với màn hình. Một số công nghệ có thể hoạt động chỉ với ngón tay của bạn và các công nghệ khác có thể cho phép các công cụ khác, chẳng hạn như bút cảm ứng. Dưới đây là mô tả ngắn gọn về từng công nghệ này.

Cảm ứng điện trở

Cảm ứng điện trở là công nghệ cảm ứng dựa trên áp lực của tay, bút cảm ứng hay bất kì vật nhọn nào tác động lên màn hình.

Cấu tạo của loại màn hình cảm ứng này gồm một tấm kính hoặc nhựa acrylic mỏng bao phủ hai lớp tương tác là lớp dẫn xuất điện và lớp cảm biến điện trở. Hai lớp này được phân tách bởi một lớp đệm gồm các điểm và khoảng trống mà mắt thường không thể nhìn thấy được. Trên bề mặt của mỗi lớp tương tác được phủ một hợp chất gọi là ITO (oxit thiếc và Indi), dòng điện với các mức điện thế khác nhau sẽ được truyền qua hai lớp này.

Trong quá trình sử dụng, khi có sự tác động lên màn hình, hai lớp tương tác sẽ “chạm” nhau và mạch điện sẽ được kết nối đồng thời cường độ dòng điện chạy qua mỗi lớp cũng sẽ thay đổi. Lớp phía trên sẽ lấy điện thế từ lớp phía dưới và ngược lại lớp phía dưới sẽ lấy điện thế của lớp phía trên để từ đó bộ điều khiển xác định được tọa độ xy của điểm cảm ứng.

Màn hình cảm ứng điện trở được chia làm ba công nghệ chính là 4,5 và 8 dây, trong đó loại 5 giây được sử dụng nhiều nhất. Bên cạnh đó, người ta còn chế tạo ra loại màn hình có 3 lớp nhằm nâng tuổi thọ của loại màn hình này lên 35 triệu lần chạm thay vì 1 triệu lần chạm như loại 2 lớp truyền thống.

Để có thể nhận biết được tác động của tay người dùng hay bút cảm ứng, các màn hình cảm ứng điện trở cần phải có lớp tương tác mềm phía trên. Điều này khiến nhiều người tỏ ra lo ngại về độ bền của chiếc điện thoại bởi khi thao tác màn hình cảm ứng điện trở đòi hỏi một lực tác động lớn hơn cảm ứng điện dung. Một nhược điểm nữa của loại màn hình này đó là việc ngăn chặn đến 30% lượng ánh sáng từ đèn nền bên dưới do có quá nhiều lớp thành phần bên trong.

Một màn hình cảm ứng điện trở được phủ một lớp dẫn điện và điện trở kim loại có khả năng dò áp lực của ngón tay của bạn hoặc đối tượng khác. Công nghệ này thường là một giải pháp hợp lý hơn so với công nghệ điện dung, nhưng có thể bị hỏng do các vật sắc nhọn chạm vào màn hình.

Với đặc điểm là giá thành rẻ và chịu được môi trường khắc nghiệt, các loại màn hình vẫn còn được sử dụng trong khá nhiều thiết bị cảm ứng nơi công cộng. Riêng ở lĩnh vực điện thoại và smartphone, loại màn hình này chỉ phổ biến trong thời gian trước đây với các sản phẩm như HTC Touch Diamond, Samsung SGH-i900 Omnia, Nokia N97, còn hiện nay hầu như chỉ có ở một số dòng cấp thấp.

Công nghệ màn hình cảm ứng điện trở hiện đã quá lỗi thời và không còn được sử dụng từ khá lâu, do đó phổ biến nhất trên thị trường đang là màn hình cảm ứng điện dung đa điểm kết hợp với tấm nền TFT hoặc IPS, cùng với bề mặt cảm ứng phủ một lớp kính cường lực có khả năng chịu va đập.

Cảm ứng điện dung

Cấu tạo chung

Cấu tạo màn hình cảm ứng điện dung được tạo nên từ nhiều lớp tùy thuộc vào nhà sản xuất, nhưng lớp dưới cùng sẽ buộc là tấm nền hỗ trợ hiển thị. Tấm nền sẽ được phủ một hợp chất làm từ hỗn hợp dẻo, và có cấu tạo tùy vào màn hình mềm hoặc cứng khác nhau. Phía trên tấm nền hiển thị là yếu tố để tạo độ sáng, tiếp đó là tấm nền IPS hoặc TFT, sau đó đến lớp cảm ứng và mặt trên cùng có thể là cường lực hoặc nhựa để bảo vệ màn hình. Lớp bảo vệ ở mặt trên cùng phổ biến nhất hiện nay đa phần đều là Gorilla Glass (Corning sản xuất) và Dragontrail (Asashi Glass sản xuất). Đây là loại kính mỏng, cấu tạo bởi hợp kim kiềm và aluminosilicate với độ bền cao hơn nhiều lần so với kính thông thường, có thể bảo vệ màn hình khỏi các chấn động thiết bị sẽ tiếp xúc trong quá trình sử dụng.

Một màn hình cảm ứng điện dung được bọc bằng một loại vật liệu đặc biệt mà các cửa hàng điện tích được giám sát bởi các mạch ở mỗi góc của màn hình. Khi bạn chạm vào màn hình cảm ứng điện dung, một lượng nhỏ điện tích được rút ra từ điểm tiếp xúc để cho biết vị trí bạn đã chạm vào màn hình.

Để sử dụng màn hình điện dung, bạn phải sử dụng ngón tay trần hoặc bút cảm ứng điện dung được thiết kế đặc biệt. Hầu hết người dùng trải nghiệm loại công nghệ màn hình này khi cố gắng sử dụng màn hình cảm ứng điện thoại thông minh trong khi đeo găng tay và không thể làm gì.

Phân loại cảm ứng điện dung

Cảm ứng điện dung được chia thành 5 phân loại nhỏ bao gồm:

• Cảm biến Discrete sensor (gắn rời)
• Cảm biến Sensor On Lens (tích hợp thẳng vào kính)
• Cảm biến On-cell (trên lớp hiển thị)
• Cảm biến In-cell (trong lớp hiển thị và lớp kính)
• Cảm biến TDDI (được cải tiến từ In-cell)

Cảm biến Discrete sensor (gắn rời)

Có thể bạn đã từng nghe hoặc đọc được cụm từ “hỏng/hư cảm ứng” hoặc “chết cảm ứng” tức là màn hình không còn nhận cảm ứng nữa có thể là do máy bị dính nước hoặc rơi rớt khiến các linh kiện bên trong máy bị lỗi. Các lí do này xuất hiện nguyên nhân do các nhà sản xuất sử dụng cảm biến gắn rời (discrete sensor) – một trong những bước đầu của việc hoàn thiện cảm ứng điện dung. Có nghĩa là lớp cảm biến sẽ được gắn vào bên trên lớp hiển thị (màn hình) rồi người ta đậy lớp kính lên, tức là cảm biến tách rời màn hình và kính. Điều đó dễ dẫn đến tình trạng hỏng cảm ứng.

Cảm biến Sensor On Lens – SoL (tích hợp thẳng vào kính)

Đây là bước tiến tiếp theo của cảm biến gắn rời (cơ bản vẫn là cảm biến rời) mà Sony Xperia V là chiếc điện thoại tiêu biểu cho việc sử dụng nó. So với cảm biến rời có 3 lớp thì SoL chỉ có 2 lớp mà thôi, đó là do việc cảm biến đã được tích hợp vào mặt kính bảo vệ và Rx, Tx cũng theo đó mà sẽ được gắn dưới lớp kính.

Lợi ích của SoL là màn hình mỏng hơn tối đa 1mm, nhưng kèm theo đó cũng là 1 số bất lợi nhất định như việc đòi hỏi chuyên môn cao, ảnh hưởng tới năng suất.

Cảm biến On-cell (trên lớp hiển thị)

On-cell về cơ bản thì vẫn là SoL, tuy nhiên thay vì cảm biến được tích hợp lên mặt kính thì nó sẽ được tích hợp lên bề mặt lớp hiển thị. Lợi ích của kỹ thuậtc này sẽ giúp cho các nhà sản xuất tích hợp thêm những công nghệ khác vào màn hình. Ví dụ. năm 2011, Sharp giới thiệu màn hình có hiển thị 3D với chiếc DC250, Samsung thì phát triển chóng mặt với tấm nền AMOLED. Nhưng những bất cập mà SoL mắc phải thì On-cell cũng không thể khắc phục được.

Cảm biến In-cell (trong lớp hiển thị và lớp kính)

Khác với màn hình On-cell tích hợp cảm biến lên bề mặt lớp hiển thị thì bây giờ cảm biến sẽ được tích hợp vào trong lớp hiển thị ấy và điều này đương nhiên sẽ đòi hỏi kỹ thuật sao hơn nữa. Bù lại chúng ta có màn hình đẹp, độ nhạy tốt, giảm độ phản chiếu, độ sáng tối đa tăng nhưng các nhà sản xuất sẽ phải tinh chỉnh rất nhiều thông số, từ khả năng tải điện dung, thời gian hiển thị cho đến thời gian phản hồi để có được kết quả tốt nhất.

Theo Synaptics, có nhiều cách để thương mại hóa màn hình In-cell nhưng phố biến nhất là TFT- tức đưa cảm biến vào một tấm film transistor.

Cảm biến TDDI (được cải tiến từ In-cell)

TDDI là viết tắt của “Touch and Display Driver IC”, nghĩa là công nghệ này sẽ tích hợp bộ điều khiển cảm ứng (touch controller) và bộ điều khiển màn hình (DDI) vào chung 1 con chip. Nó thừa hưởng mọi tinh hoa của công nghệ màn hình In-cell và khắc phục được nhược điểm lớn nhất của thế hệ trước đó là chi phí sản xuất.

Không những vậy, TDDI không cần quá nhiều không gian để nhận cảm ứng nên giúp các thao tác chạm sẽ chính xác hơn, giảm thời gian phản hồi với thao tác.

Cảm ứng sóng âm

Một SAW ( bề mặt sóng âm thanh ) hoặc màn hình bề mặt sóng liên lạc gửi sóng siêu âm và phát hiện khi màn hình được chạm bằng cách đăng ký thay đổi trong những con sóng. Công nghệ này tiên tiến hơn hai công nghệ kia, nhưng không hoạt động với các vật liệu cứng, và có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài.

Cảm ứng hồng ngoại

Màn hình cảm ứng hồng ngoại sử dụng ma trận chùm tia hồng ngoại được truyền bởi đèn LED với đầu nhận phototransistor. Khi ngón tay hoặc vật thể khác ở gần màn hình, chùm tia hồng ngoại sẽ bị chặn. Sự gián đoạn đó cung cấp cho thiết bị đầu vào vị trí đặt ngón tay của bạn hoặc một đối tượng khác.

Nguyên lí hoạt động của màn hình cảm ứng

Màn hình cảm ứng sẽ gồm 3 thành phần chính để nhận các tín hiệu tác động từ bên ngoài, gồm cảm biến, phần cứng và phần mềm bên trong. Nhiệm vụ chính của màn hình cảm ứng là “xác định” vị trí với tọa độ XY khi có người dùng chạm, vuốt, kéo thả trên bề mặt.

Lớp cảm biến chính là phần ở trên cùng như đã đề cập. Tùy theo loại và nhà sản xuất, màn hình sẽ được thiết kế với cơ chế “tạo lưới” hay “giăng bẫy” để nhận biết tọa độ khi có tác động. Sự thay đổi điện áp, điện dung, điện trở khi có ngón tay chạm vào sẽ là cơ chế chính để màn hình nhận diện chính xác tọa độ XY.

Sau khi cảm biến nhận các tín hiệu “đầu vào”, bộ điều khiển (các mạch điện tử) sẽ “dịch thuật” và gởi thông tin đến phần mềm bên trong smartphone. Mọi thứ được xử lí, tiếp đến trả về kết quả phản hồi cho và ra lệnh cho màn hình cảm ứng phải “nhảy” đúng vị trí trước đó – Độ nhạy của màn hình cảm ứng phụ thuộc vào các yếu tố cả về phần cứng, phần mềm và chất lượng của lớp cảm ứng.

Cùng với sự phát triển của công nghệ, màn hình cảm ứng giờ đây đã có giá thành rẻ hơn nhưng chất lượng và độ bền lại vượt trội hơn hẳn, đồng thời giữa giá rẻ và cao cấp cũng không có sự chênh lệch quá nhiều vào tấm nền. Thay vào đó, nên chọn thiết bị có góc nhìn tốt (tấm nền IPS), độ phân giải cao và màu sắc hài hòa, trung thực.

Màn hình cảm ứng được sử dụng ở đâu?

Ngày nay, màn hình cảm ứng là một trong những loại thiết bị đầu vào phổ biến nhất. Dưới đây là một số địa điểm và ví dụ về nơi có thể sử dụng màn hình cảm ứng.

• Máy tính All in one – tất cả trong một
• Game arcade
• Cây ATM
• GPS trên ô tô
• Camera
• Màn hình cảm ứng trên xe hơi
• Máy tính tiền
• Máy quay kỹ thuật số
• Sách điện tử
• Bảng điện tử
• Máy tập thể dục
• Trạm xăng
• Máy bán hàng tự động
• Máy chơi game cầm tay
• Màn hình giải trí trên chuyến bay, xe khách
• Kiosk
• Laptop
• Màn hình tương tác lớn
• Trang thiết bị y tế
• Máy POS
• Máy may
• Smartphone
• Máy bán vé
• Máy in màn hình cảm ứng

Câu hỏi thường gặp

Màn hình cảm ứng có bàn phím không?

Để nhập các chữ cái và số, màn hình cảm ứng sử dụng bàn phím ảo cho phép người dùng chạm vào các phím ảo bằng ngón tay của họ. Ngoài ra, các thiết bị như điện thoại thông minh và máy tính bảng có nhận dạng giọng nói để nhập thông tin vào thiết bị.

Những máy tính nào hỗ trợ màn hình cảm ứng?

Ngày nay, tất cả các PC đều hỗ trợ khả năng có màn hình cảm ứng và hầu hết các máy tính xách tay đều cho phép người dùng chạy Microsoft Windows 10 sử dụng màn hình cảm ứng. Ngoài ra, nhiều máy tính tất cả trong một có khả năng sử dụng màn hình cảm ứng. Các nhà sản xuất máy tính có sản phẩm có màn hình cảm ứng bao gồm Acer, Dell, HP, Lenovo, Microsoft và các nhà sản xuất PC khác.

Ngoài ra còn có một số Chromebook cao cấp của Google có màn hình cảm ứng. Tuy nhiên, để giúp giảm chi phí, nhiều Chromebook không có màn hình cảm ứng.

Tất cả các máy tính và máy tính xách tay của Apple đều không có màn hình cảm ứng. Tuy nhiên, các thiết bị khác của họ như iPad và iPhone đều hỗ trợ và sử dụng màn hình cảm ứng.

Nguồn: Màn hình cảm ứng là gì? Cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động