Tìm hiểu những khái niệm cơ bản về màn hình cảm ứng, cácchủng loại màn
hình đang được sử dụng đại trà và nguyên lý hoạt động của chúng.
Được sử dụng rộng rãi từ khá lâu trong các máy rút
tiền tự động (ATM), máy tính tiền tại cửa hiệu bán lẻ hay siêu thị, hệ
thống hướng dẫn lái xe gắn trên ô-tô, ki-ốt thông tin tại các địa điểm
công cộng, màn hình trong lĩnh vực y tế hay bảng điều khiển trong sản
xuất công nghiệp, vài năm trở lại đây, màn hình cảm ứng (touch screen)
trở nên phổ biến trên thiết bị điện tử, máy giải trí cầm tay và điện
thoại di động. Đặc biệt, màn hình cảm ứng đã bước sang một trang mới,
được nhiều người dùng quan tâm hơn với sự xuất hiện của khái niệm "cảm
ứng đa chạm" mà chiếc điện thoại thông minh iPhone tiên phong mang đến
cho người dùng những trải nghiệm mới trong tương tác, điều khiển thiết
bị cũng như ứng dụng.
Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu những khái niệm cơ bản về
màn hình cảm ứng, các chủng loại màn hình cảm ứng đang được sử dụng đại
trà và nguyên lý hoạt động của chúng.
Định nghĩa
Nói theo kiểu "bình dân" thì màn hình cảm ứng là
dạng màn hình thể hiện sự "nhạy cảm" và có những "phản hồi" với các
thao tác tiếp xúc, tác động của ngón tay, bút trâm (stylus)... lên bề
mặt màn hình. Màn hình cảm ứng có khá nhiều ưu điểm cũng như lợi thế,
nhưng ưu điểm quan trọng bậc nhất là cung cấp nhiều cách thức thiết kế,
thay đổi giao diện ứng dụng, thiết bị so với một nhóm các nút nhấn vật
lý cố định như trước. Với màn hình cảm ứng, "nhạy cảm" đồng nghĩa với
khả năng phản hồi những tác động nhận được thông qua việc hiển thị
những nội dung đã lập trình sẵn hay kích hoạt một (hay nhóm) tính năng,
tác vụ nào đó trên ứng dụng, thiết bị.
Có thể nói, công nghệ màn hình cảm ứng hội đủ tiềm
năng để thay thế hầu hết tính năng quan trọng của chuột và bàn phím
cũng như các nút nhấn điều khiển. Bạn hãy hình dung, sẽ thật tuyệt vời
nếu một hệ thống không trang bị bàn phím "cứng" mà sử dụng bàn phím
"mềm", hiển thị ngay lập tức trên màn hình bất cứ khi nào người dùng/hệ
thống cần nhập liệu (văn bản, số,...).
Nhiều loại màn hình cảm ứng thậm chí có thể "đọc"
chữ viết tay, bản in, ảnh đồ họa và "hiểu" các thao tác chuyển động của
ngón tay (với màn hình cảm ứng đa chạm). Nhờ sự linh hoạt này, công
nghệ màn hình cảm ứng nói chung và giao diện màn hình cảm ứng nói riêng
hiện được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng để tăng tính tương tác
giữa con người và máy móc. Trong lĩnh vực sản phẩm CNTT và TT, màn hình
cảm ứng chủ yếu xuất hiện trong máy tính bảng (Tablet PC), ĐTDĐ, điện
thoại thông minh (smartphone), máy nghe nhạc kỹ thuật số và máy chơi
game cầm tay (điển hình là Nintendo DS).
Cấu tạo và nguyên lý
Mọi màn hình cảm ứng đều có nhiệm vụ chính là "số
hóa" vị trí tiếp xúc trên màn hình sang giá trị tọa độ X-Y ngay khi
"cảm ứng" được tác động. Màn hình cảm ứng gồm 3 thành phần cơ bản: cảm
biến cảm ứng, bộ điều khiển (phần cứng) và phần mềm điều khiển. Trong
một hệ thống/thiết bị hoàn chỉnh, không chỉ đóng vai trò hiển thị, màn
hình cảm ứng còn là thiết bị đầu vào (input device).
|
|
| Hình 1: Màn hình cảm ứng điện trở |
• Cảm biến cảm ứng: Là một tấm
(panel) thủy tinh hay nhựa acrylic trong suốt, bề mặt được thiết kế các
cảm biến (sensor) để nhận dạng và đáp ứng những tác động từ ngón tay
người dùng hay bút trâm. Thông thường, cảm biến cảm ứng được ghép sát
với màn hình hiển thị để đạt được độ chính xác tuyệt đối về tọa độ của
điểm tiếp xúc. Có nhiều công nghệ được các hãng sản xuất áp dụng để
"giăng lưới" và "bẫy" điểm tiếp xúc trên màn hình cảm ứng. Tuy nhiên,
về cơ bản, khi có bất kỳ tiếp xúc nào lên màn hình cảm ứng thì giá trị
điện áp, điện dung hay điện trở của màn hình (nói chính xác là của cảm
biến cảm ứng) sẽ thay đổi; và bằng những thuật toán xây dựng sẵn, toạ
độ điểm tiếp xúc sẽ được xác định một cách dễ dàng và nhanh chóng.
• Bộ điều khiển: Là một mạch điện
tử dùng để nối cảm biến cảm ứng với thiết bị hay phần mềm điều khiển
màn hình cảm ứng. Bộ điều khiển phần cứng có nhiệm vụ chính là "biên
dịch" thông tin nhận được từ cảm biến cảm ứng sang dạng tín hiệu mà
thiết bị xử lý hiểu được. Sau khi tín hiệu được xử lý xong, thông
thưòng kết quả sẽ xuất trực tiếp ra màn hình tương ứng với "lệnh" tác
động. Tuy nhiên, trong một số trường hợp kết quả sẽ được trả cho bộ
điều khiển để có những phản hồi ngược cho màn hình hiển thị.
• Phần mềm điều khiển: Từng thiết
bị cụ thể sẽ có ứng dụng riêng giúp hệ điều hành cũng như các ứng dụng
khác biết cách xử lý dữ liệu vừa được số hóa từ cảm biến cảm ứng, sau
đó gửi trả dữ liệu đã xử lý cho bộ điều khiển (nếu có). Nếu như có vài
bộ điều khiển được tích hợp trong màn hình thì trên nhiều thiết bị,
phần mềm điều khiển sẽ được cài hẳn vào firmware.
Phân loại
Các hãng sản xuất thường chia màn hình cảm ứng thành
2 loại: màn hình số hóa chủ động (active digitizer tablet) và màn hình
cảm ứng bị động (passive touch screen).
• Màn hình số hóa chủ động: Dù màn
hình đồ họa cảm ứng đã được sử dụng trong các hệ thống thiết kế có sự
hỗ trợ của máy tính (CAD) và ứng dụng đồ họa từ nhiều năm qua, song
công nghệ số hóa chỉ mới được "nhúng" vào màn hình của máy tính bảng
trong thời gian gần đây để điều khiển máy tính với sự chuẩn xác như khi
sử dụng chuột. Bút trâm dùng cho loại màn hình này cũng kiêm chức năng
phát tín hiệu điện từ vào lưới toạ độ X-Y có độ phân giải rất cao -
lưới tọa độ này có kích thước bằng đúng kích thước của khung hình hiển
thị. Màn hình cảm ứng chủ động chủ yếu xuất hiện trên máy tính bảng,
bảng điện tử dùng trong hội họp và giảng dạy, hệ thống CAD/CAM. Nhiều
máy tính bảng hiện nay còn hỗ trợ đồng thời công nghệ màn hình cảm ứng
chủ động lẫn bị động nhằm cải thiện tính chính xác của tính tương tác
giữa bút trâm và màn hình, cũng như mang lại sự đơn giản trong thao tác
điều khiển của ngón tay.
• Màn hình cảm ứng bị động: Là loại
màn hình thường được dùng cho các thiết bị điện tử, máy ATM, máy tính
tiền, ki-ốt thông tin công cộng, máy chơi game cầm tay, thiết bị di
động và đặc biệt là nhiều dòng ĐTDĐ, smartphone do cấu tạo đơn giản, dễ
sản xuất cũng như giá thành tương đối rẻ.
|
Hình 2: Màn hình cảm ứng điện dung |
Màn hình cảm ứng bị động được phân loại trên cơ sở 4
công nghệ của cảm biến cảm ứng là điện trở (resistive), điện dung
(capacitive), hồng ngoại (infrared) và sóng âm thanh bề mặt (surface
acoustical wave). Dĩ nhiên, mỗi công nghệ có ưu và khuyết điểm riêng.
Trong lĩnh vực ĐTDĐ nói chung và smartphone nói riêng, 2 loại màn hình
cảm ứng thường được sử dụng là cảm ứng điện trở và cảm ứng điện dung
(nhiều người còn gọi là màn hình cảm ứng nhiệt).
1. Màn hình cảm ứng điện trở (resistive touchscreen):
Là loại nhạy cảm với "áp lực" tác động lên bề mặt và có thể được điều
khiển bằng bút trâm, ngón tay hay bất kỳ vật nào có đầu nhọn. Màn hình
cảm ứng điện trở sử dụng panel kiếng hay nhựa acrylic gồm 2 lớp tương
tác mỏng: lớp chất dẫn điện và lớp điện trở - 2 lớp này được cách ly
bởi những điểm và khoảng trống mà mắt thường không thể nhìn thấy. Trên
bề mặt mỗi lớp tương tác được phủ một hợp chất gọi là ITO (oxít thiếc
và Indi), trong khi đó dòng điện với mức điện thế khác nhau sẽ được
truyền qua 2 lớp này. Khi có một tác động lên màn hình, 2 lớp tương tác
này "chạm" nhau và mạch điện sẽ được nối, cường độ dòng điện chạy qua
mỗi lớp cũng sẽ thay đổi. Lớp phía trước sẽ lấy điện thế từ lớp dưới và
lớp dưới sẽ lấy điện thế từ lớp trên, qua đó cho phép bộ điều khiển xác
định tọa độ X-Y của vị trí tiếp xúc. Người ta thậm chí còn phân loại
màn hình cảm ứng điện trở dựa trên số lượng dây điện trở sử dụng,
thường là 4/5/8 dây.
Tuy có giá thành sản xuất rẻ nhưng công nghệ màn
hình cảm ứng điện trở có nhược điểm là "ngăn" đến 30% lượng ánh sáng
phát ra từ màn hình CRT hay LCD bên dưới do có quá nhiều lớp thành phần
và vật liệu được phủ lên bề mặt. Ngoài ra, màn hình cảm ứng điện trở
cũng đòi hỏi lực tác động mạnh hơn để kích hoạt cảm biến cảm ứng so với
màn hình cảm biến điện dung. Bù lại, nhờ sự "cứng cáp" của bề mặt nên
màn hình cảm ứng điện trở thường được sử dụng trong các môi trường khắc
nghiệt và công cộng như khách sạn, sân bay, bệnh viện... Trong lĩnh vực
ĐTDĐ và smartphone, màn hình cảm ứng điện trở được sử dụng phổ biến
nhất, ví dụ như HTC Touch Diamond, Samsung SGH-i900 Omnia, Nokia N97.
2. Màn hình cảm ứng điện dung (capacitive touchscreen):
Khác với màn hình cảm ứng điện trở, màn hình cảm ứng điện dung chỉ sử
dụng một lớp tương tác, đó là panel kiếng được phủ kim loại và điều này
trước mắt sẽ cho ánh sáng đi qua nhiều hơn (đến 90%) giúp hình ảnh hiển
thị rõ ràng hơn. Lớp kim loại trên bề mặt sẽ tạo ra một lưới các tụ
điện cho toàn bộ màn hình. Về nguyên lý, màn hình cảm ứng điện dung dựa
trên các thuộc tính điện năng của cơ thể con người để xác định "khi nào
và ở đâu" trên màn hình mà bạn tiếp xúc. Nhờ vậy, màn hình cảm ứng dạng
này có thể được điều khiển bởi những "cái chạm" rất nhẹ từ ngón tay,
tuy nhiên thường thì bạn không thể sử dụng được với bút trâm hay ngón
tay có đeo găng. Đó chính là lý do mà nhiều người gọi màn hình dạng này
là màn hình cảm ứng nhiệt.
Điện áp sẽ được đặt vào các góc của màn hình. Khi
ngón tay chạm vào màn hình, vùng bị tiếp xúc sẽ được nhấn xuống, ngón
tay sẽ "hút" một dòng điện và làm thay đổi giá trị dòng điện, tần số
cũng được tạo ra từ các mạch điện được đặt ở góc hình (khác nhau tùy
hãng sản xuất). Các mạch điện này sẽ tính toán vị trí tọa độ X-Y từ sự
thay đổi giá trị điện dung tại điểm tiếp xúc.
Trở về