Bạn dùng điện thoại di động hay máy tính bảng (tablet) thì chắc không lạ gì với màn hình cảm ứng (touch screen). Những máy tính xách tay hiện đại cũng dùng màn hình cảm ứng.
Nhờ màn hình cảm ứng mà khi xem tin tức, bạn chỉ cần nhấn nhẹ vào biểu tượng (icon) của một cơ quan báo chí, chẳng hạn CNN, hay muốn xem thời tiết thì nhấn vào biểu tượng của The Weather.
Thế thì màn hình cảm ứng hoạt động ra sao và có từ lúc nào?
Kỹ thuật màn hình cảm ứng
Theo tờ Computerworld, có tới 18 kỹ thuật màn hình cảm ứng khác nhau nhưng có hai kỹ thuật được dùng nhiều nhất, đó là màn hình cảm ứng điện trở và màn hình cảm ứng điện dung.
– Màn hình cảm ứng điện trở (resistive touch screen): Đây là màn hình cảm ứng thấy nhiều ở những máy rút tiền ATM hay ở những siêu thị và tiệm ăn. Màn hình cảm ứng điện trở có hai lớp song song, phân cách nhau do những miếng đệm nhỏ. Thường thì lớp ở trong làm bằng kính và lớp ở ngoài là chất dẻo.
Hai lớp đều có một mạng lưới dây dẫn điện và luôn luôn có một dòng điện chạy trên đó. Khi ngón tay ấn vào một điểm trên lớp chất dẻo thì chỗ đó trũng xuống và chạm với lớp ở trong. Cường độ dòng điện thay đổi tại điểm tiếp xúc. Tọa độ của điểm tiếp xúc được tính ra bằng phần mềm và chức năng tại điểm đó được thi hành. Thí dụ bạn dùng màn hình cảm ứng của máy ATM, khi bạn nhấn vào biểu tượng rút tiền thì máy biết là bạn muốn rút tiền.
Màn hình cảm ứng điện trở có lợi là bền và rẻ tiền. Nhưng có hai điều bất lợi. Thứ nhất là rất khó đọc khi có nắng chiếu vào. Lý do là vì có nhiều lớp, mỗi lớp phản chiếu ánh sáng khác nhau. Thứ hai là chỉ nhận biết được một điểm nhấn, không có thể dùng hai ngón để phóng to hay thu nhỏ. Vì lý do này, các điện thoại di động hay máy tính bảng không dùng màn hình cảm ứng điện trở mà dùng màn hình cảm ứng điện dung sau đây.
– Màn hình cảm ứng điện dung (capacitive touch screen): Màn hình cảm ứng điện dung không dùng sức nhấn vào màn hình để hoạt động như màn hình cảm ứng điện trở mà dùng điện lượng (electrical charge) truyền từ màn hình tới ngón tay hay một vật nào có dẫn điện.
Màn hình cảm ứng điện dung có một lớp làm bằng đồng hay ốc-xít thiếc in-đi (indium tin oxide). Lớp này chứa điện tích trong một mạng lưới tĩnh điện làm bằng những sợi dây rất nhỏ. Khi ngón tay chạm vào màn hình, một lượng nhỏ điện tử chạy từ mạng lưới vào ngón tay và điện lượng của màn hình giảm xuống. Dựa vào sự biến đổi này phần mềm của màn hình có thể biết được vị trí của ngón tay và thi hành chức năng tại vị trí đó.
Có hai loại màn hình cảm ứng điện dung, loại thứ nhất là màn hình cảm ứng điện dung bề mặt (surface) như hình minh họa dưới đây. Loại này có cái cảm biến ở mỗi góc và một màng mỏng phủ đều trên mặt.
Loại thứ hai gọi là màn hình cảm ứng điện dung phóng chiếu (projective). Loại này có một mạng lưới chất dẫn điện chạy ngang và dọc và có chíp cảm biến riêng biệt. Trong một giây những chíp cảm biến được đo nhiều lần và độc lập với nhau nên có thể nhận biết được nhiều điểm nhấn cùng một lúc.
Sở dĩ gọi là “phóng chiếu” là vì trường điện từ “phóng chiếu” ra ngoài lớp chất dẫn. Như vậy người ta có thể che lớp chất dẫn bằng một tấm kính mỏng và màn hình vẫn có thể nhận biết được ngón tay đang tới gần. Điều này rất là có ích vì ngón tay không phải chạm trực tiếp vào lớp chất dẫn và như vậy không bị hư hao vì cọ sát và làm cho màn hình cảm ứng điện dung bền hơn.
Một lỗi lầm thường có của người dùng màn hình cảm ứng điện dung là tưởng phải nhấn mạnh vào màn hình. Thật ra chỉ cần để rất nhẹ vào một biểu tượng nào đó với một vật thể dẫn điện. Nếu dùng một vật không dẫn điện thì nhấn mạnh mấy cũng không ăn thua gì. Mùa Đông ở xứ lạnh mà bạn đeo găng thì không xài màn hình cảm ứng điện dung được. Vì găng tay, trừ những loại đặc biệt, không dẫn điện.
Lịch sử của màn hình cảm ứng
Người phát minh ra màn hình cảm ứng dùng ngón tay là ông E.A. Johnson vào năm 1965. Lúc ấy ông làm cho Royal Radar Establishment tại thành phố Malvern, Anh. Ông Johnson diễn tả phát minh của mình trong bài báo: “Touch Display – A Novel Input/Output Device for Computers” đăng trên Electronics Letters.
Bài báo có một sơ đồ mô tả kỹ thuật màn hình cảm ứng mà nhiều điện thoại di động ngày nay dùng. Bây giờ người ta gọi kỹ thuật đó là kỹ thuật màn hình cảm ứng điện dung. Hai năm sau ông Johnson giải thích chi tiết hơn về kỹ thuật này bằng hình ảnh và sơ đồ trong bài: “Touch Displays: A Programmed Man-Machine Interface” đăng trên Ergonomics.
Tiến Sĩ G. Samuel Hurst phát minh màn hình cảm ứng điện trở vào năm 1970. Sáng chế của ông xảy ra một cách tình cờ khi ông làm việc trong phòng thí nghiệm nghiên cứu về vật lý nguyên tử tại Đại Học Kentucky.
Tuy là màn hình cảm ứng điện dung được phát minh trước nhưng công nghệ màn hình cảm ứng điện trở đã nhanh chóng trở thành thông dụng vì bền và giá thành rẻ. Bây giờ thì công nghệ màn hình cảm ứng điện dung lại là số 1.
Vào đầu thập niên 1980 màn hình cảm ứng bắt đầu được dùng nhiều. Công ty Hewlett-Packard lăng xê máy tính có màn hình cảm ứng đầu tiên, HP-150, vào năm 1983.
Một thiết bị đa điểm (multi touch) được phát minh vào năm 1982 tại Đại Học Toronto. Phương pháp lúc đầu là dùng máy quay phim hợp với máy tính để nhận biết những động tác của các ngón tay.
Theo arstechnica.com, màn hình cảm ứng đa điểm đầu tiên được ông Bob Boie sáng tạo tại Bell Labs vào năm 1984. Sự phát minh này mở đường cho công nghệ màn hình cảm ứng đa điểm mà chúng ta hiện đang dùng trên máy điện thoại di động và máy tính bảng.
Năm 1993, IBM hợp tác với BellSouth, một công ty điện thoại, để sản xuất Simon Personal Communicator, một trong những điện thoại di động đầu tiên dùng kỹ thuật màn hình cảm ứng. Cùng năm đó Apple tung ra thị trường Newton PDA (Personal Digital Assistant) cũng dùng màn hình cảm ứng.
Có nhiều phát triển về công nghệ màn hình cảm ứng trong thập niên 2000, nhưng phải đến cuối thập niên thì mới phổ thông trong quần chúng. Theo statista.com, năm 2012 có 1.3 tỷ màn hình cảm ứng được sản xuất trên thế giới, tới năm 2016 thì họ tiên đoán là có tới 2.8 tỷ.
Màn hình cảm ứng trong tương lai
Công nghệ màn hình cảm ứng vẫn còn đang phát triển mạnh, có nhiều chức năng đang được nghiên cứu. Sau đây là một vài chức năng đáng kể.
– Như đã nói ở trên, nếu đeo găng tay thì không dùng màn hình cảm ứng được. Nokia đang nghiên cứu màn hình cảm ứng siêu nhạy cảm cho phép người xử dụng đeo găng tay.
– Màn hình cảm ứng trong tương lai có thể bẻ cong và mỏng như tờ giấy.
– Sony đang phát triển kỹ thuật tiếp xúc nổi (floating touch). Với kỹ thuật này bạn không cần chạm hẳn vào màn hình mà chỉ đưa ngón tay tới gần sát một biểu tượng trên màn hình, biểu tượng đó sẽ hiện ra to và rõ hơn và bạn có thể nhấn vào đó để chọn. Kỹ thuật này rất tiện lợi với những dòng chữ nhỏ hay cho người già mắt kém.
