タッチスクリーンの仕組み：静電容量式と抵抗式タッチスクリーンの背後にある科学

要約

この記事では、タッチスクリーンの仕組みについて探求します。タッチスクリーン技術の歴史と、抵抗式から静電容量式タッチスクリーンに進化した経緯を掘り下げます。両タイプのタッチスクリーンが外部入力を使用して電気回路を完了する方法と、構造と反応性が異なることを説明します。また、導電性材料の役割と、体の電流との相互作用についても説明します。最後に、タッチスクリーンの制限について、水や断熱体に対する感度を含めて触れます。

タッチスクリーン技術の歴史

初めてのタッチスクリーンは、1965年に英国の航空管制官が飛行計画を効率的に更新するために発明されました。しかし、技術は広範囲に使用するには扱いにくく、高価でした。その後の10年間、エンジニアたちはこの技術をさらに発展させ、代替のタッチスクリーンを試行しました。最終的に、抵抗式タッチスクリーンが市場を支配しました。しかし、2007年にAppleが最初のiPhoneをリリースし、最初のタッチスクリーンと同じ原理で機能するようになりました。現在では、静電容量式と抵抗式のタッチスクリーンが最も一般的なタイプの2つです。

抵抗式タッチスクリーンの仕組み

抵抗式タッチスクリーンには2つの層があります。上層は透明で柔軟な素材（通常はプラスチック）、下層はガラスなどの堅い素材です。これらの層には導電性物質が塗られ、薄い隙間で分離されています。何かが十分に押されると、層が接続され、電気回路が完了します。これにより、電圧が変化し、機械のソフトウェアが反応します。抵抗式タッチスクリーンは反応が鈍いことがありますが、一般的に安価で丈夫なため、産業用や大量生産に好まれます。

静電容量式タッチスクリーンの仕組み

個々のモデルには異なるものがありますが、現在のスマートフォンのタッチスクリーンは、保護用の断熱ガラスの外側と、表示される画像を生成するLCD画面の下部から構成されています。ガラスの外側とLCD画面の間には、いくつかのシートがあります。1つは透明な導電性物質の列で覆われており、交互に電流を運びます。薄い断熱層がこれらの導電性の列を他の列と分離しています。上下に並べられたこれらの行はグリッドを形成し、交差する点はノードと呼ばれます。電話のバッテリーは、最初の行の導体に沿って電子を引き出し、各ノードでいくらかの電子が蓄積され、小さな電場が生成されます。これらのスクリーンは、ノードが電荷を貯蔵するキャパシタのように振る舞うため、静電容量式タッチスクリーンと呼ばれます。抵抗式タッチスクリーンよりも直感的に使用できるため、指を強く押す必要がありません。

導電性材料と体の電流

体は優れた導体であり、常に電流を伝達しています。なぜなら、あなたの体の約60％が水だからです。化学的に純粋な水は断熱体ですが、ほとんどの水は不純物を含んでいます。あなたの中の水は、正電荷または負電荷を持つ原子や分子で満たされています。したがって、アプリをクリックすると、あなたの指は第3の電気線のように機能します。既存の電場と相互作用し、指を通って弱い電流が誘起され、最終的に電話に戻ります。これにより、影響を受けたノードの電荷量が変化します。2番目の行の電圧測定値は、電話のマイクロプロセッサに画面のどの部分がタッチされたかを伝えます。