タッチスクリーンの科学：静電容量式と抵抗式

概要

この記事では、タッチスクリーンの歴史と技術について探求します。静電容量式と抵抗式の2つの最も一般的なタッチスクリーンについて説明します。また、タッチスクリーンの動作原理、導電性材料の役割、手袋や水がタッチスクリーンの機能に干渉する理由についても説明します。

タッチスクリーンの歴史

最初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、その技術は広範囲に使用するには高価で扱いにくいものでした。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みました。最終的に、抵抗式タッチスクリーンが市場を席巻することになりました。

抵抗式タッチスクリーン

抵抗式タッチスクリーンは、上部に透明で柔軟な素材（通常プラスチック）があり、下部にガラスなどの堅い素材がある2つの層から構成されています。これらの層は導電性物質でコーティングされ、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、機械のソフトウェアが反応する電圧の変化が生じます。抵抗式タッチスクリーンは、反応が遅いことがあるものの、一般的に安価で耐久性があるため、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

2007年、Appleが最初のiPhoneを発売し、最初のタッチスクリーンと同じ原理で機能しました：静電容量。現在、静電容量式と抵抗式のタッチスクリーンは、最も一般的なタイプの2つです。両方とも外部入力を使用して電気回路を完了します。導電性材料では、電子が原子の周りを流れ、電流を形成します。絶縁体とは対照的に、導体の電子は弱く結合して容易に流れます。

個々のモデルは異なりますが、現代のスマートフォンのタッチスクリーンは、通常、保護用の絶縁ガラスの外側と、画像を生成するLCDスクリーンが底部にあります。ガラスの外側とLCDスクリーンの間には、いくつかのシートがあります。1つは、透明な導電性材料の行で覆われており、交互に電流を流します。薄い絶縁層がこれらの導電性ラインを他の列と分離します。上下に重ねたラインがグリッドを形成します。交差する点をノードと呼びます。

電話のバッテリーは、最初のラインの上を電子が流れ、すべてのノードにいくつかの電子が蓄積され、小さな電界が作られます。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接的に指とやり取りするため、一般的に使用しやすくなっています。

タッチスクリーンの動作原理

あなたの体は優れた導体であり、常に電流を送信しています。なぜなら、あなたの体の約60％が水だからです。いいえ、化学的に純粋な水は絶縁体ですが、ほとんどの水は不純物が含まれています。あなたの中にある水は、電気的に帯電した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の電気ラインのように機能します。既存の電界と相互作用し、あなたの指を通じ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。そして、2番目のラインの電圧測定は、電話のマイクロプロセッサにどの部分の画面がタッチされたかを伝えます。