Aktuelle Situation und Entwicklungstrend von Touchscreens

Ein Touchscreen ist ein Koordinatenpositionierungssystem, das in Verbindung mit einem Display verwendet wird und sich zunehmend als einfaches und komfortables Eingabegerät etabliert. Mit der rasanten Entwicklung von Flachbildschirmen findet der Touchscreen in Kombination mit LCDs breite Anwendung, insbesondere in Geräten wie PDAs (Personal Digital Assistants), modernen Kopierern und Fahrzeugnavigationssystemen. Besonders vielversprechend sind PDAs mit Stifteingabe.

1. Gebräuchlicher Touchscreen

1.1 Resistiver Touchscreen Der Hauptbestandteil eines resistiven Touchscreens ist eine vierlagige, transparente Verbundfolie, die eng an der Displayoberfläche anliegt. Der Aufbau ist in Abbildung 1 dargestellt. Dieselbe Position entspricht unterschiedlichen Ausgangsspannungen. Der Controller empfängt die vom ADC gewandelten Spannungsdaten und berechnet die Position des Berührungspunkts (x, Y). Nach der in Abbildung 1 dargestellten Struktur des resistiven Touchscreens wird der Cursor an der Berührungsposition positioniert. Dies ist das Grundprinzip der resistiven Touchscreen-Technologie. Der Schlüssel zu resistiven Touchscreens liegt in der Materialtechnologie. Gängige transparente leitfähige Beschichtungsmaterialien sind ITO- und Nickel-Gold-Beschichtungen.

1.1.1 Vierdraht-Widerstandssieb

Wenn die beiden transparenten IT0-Leiterschichten des Vierdraht-Resistiv-Touchscreens arbeiten, legt jede Schicht eine konstante Spannung von 5 V an: eine in vertikaler und eine in horizontaler Richtung. Insgesamt werden vier Leitungen benötigt. Der Touchscreen zeichnet sich durch einen niedrigen Preis, flexible Touch-Funktionalität und Unempfindlichkeit gegenüber Schmutz, Staub, Wasser und Licht aus. Zudem bietet er eine hohe Positionsstabilität ohne Drift. Der Vierdraht-Resistiv-Touchscreen ist weit verbreitet und verfügt über einen dedizierten Treiberchip (ADS7843). Sein geringer Stromverbrauch ist ein wichtiger Faktor für die breite Anwendung in PDAs, Mobiltelefonen und anderen tragbaren Geräten.

1.1.2 Grenzen von Widerstandsschirmen

Die äußere Schicht der Verbundfolie des resistiven Touchscreens besteht aus Kunststoff. Zu starker Druck oder die Berührung mit einem scharfen Gegenstand können den Touchscreen zerkratzen und ihn beschädigen. Selbst ein kleiner Kratzer ist für einen Vierdraht-Touchscreen fatal, während ein Fünfdraht-Touchscreen weiterhin einwandfrei funktioniert, solange die äußere leitfähige Schicht nicht in kleine Teile zerfällt und die innere Schicht unbeschädigt ist.

1.1.3 Fünfdraht-Widerstandssieb

Die Basisschicht des Fünf-Draht-Resistiv-Touchscreens legt eine Spannung an die leitfähige Arbeitsfläche des Glases an, während die äußere leitfähige Schicht als reiner Leiter dient. Bei Berührung des Bildschirms misst das System die Position des Berührungspunkts durch zeitaufgelöste Erfassung der Spannungswerte entlang der X- und Y-Achse am Kontaktpunkt der inneren ITO-Schicht. Der Touchscreen zeichnet sich durch hohe Auflösung und schnelle Reaktionszeit aus. Die Oberflächenhärte ist hoch, und die Haltbarkeit ist im Vergleich zum Vier-Draht-Resistiv-Bildschirm deutlich verbessert; er kann bis zu 30 Millionen Berührungen am selben Punkt ausführen. Die Nickel-Gold-Leiterschicht auf der Oberfläche ist äußerst widerstandsfähig gegen Beschädigungen, sodass Kratzer die Nutzung nicht beeinträchtigen. Gleichzeitig ist die Lichtdurchlässigkeit des Fünf-Draht-Resistiv-Touchscreens besser als die des Vier-Draht-Resistiv-Bildschirms, allerdings ist der Fünf-Draht-Resistiv-Touchscreen teurer.

1.2 Kapazitiver Touchscreen

Der kapazitive Touchscreen nutzt Vakuumbeschichtungstechnologie, um die Innenfläche und die Zwischenschicht des Glasbildschirms mit einer IT0-Schicht zu beschichten. Die Außenschicht bildet eine Schutzglasschicht, während die IT0-Beschichtung der Zwischenschicht als Arbeitsfläche dient. Berührt der Benutzer die Metallschicht, entsteht durch das elektrische Feld des menschlichen Körpers eine Kopplungskapazität zwischen Benutzer und Touchscreen-Oberfläche. Der Finger zieht am Berührungspunkt einen sehr kleinen Strom. Dieser Strom wird über die Elektroden an den vier Ecken des Touchscreens verteilt und ist proportional zum Abstand des Fingers zu den Ecken. Der Controller berechnet das Verhältnis der vier Ströme, um die Position des Berührungspunkts zu ermitteln. Der kapazitive Touchscreen kann vollflächig auf dem Display verklebt werden und ist daher robust und bruchfest. Er kann mittels Bondpad-Verfahren verklebt werden und ist wasserdicht. Dieser Touchscreen-Typ zeichnet sich durch hohe Auflösung, schnelle Reaktionszeiten, ein angenehmes haptisches Erlebnis sowie Wasser-, Staub- und UV-Beständigkeit aus und eignet sich daher hervorragend für raue Umgebungen. Das Funktionsprinzip des kapazitiven Bildschirms setzt voraus, dass das zu berührende Objekt leitfähig ist; bei Berührung mit einer behandschuhten Hand oder einem nichtleitenden Objekt erfolgt keine Reaktion.

1.3 Oberflächenwellen-Touchscreen

Bei Berührung des Bildschirms durch den Benutzer werden die ursprünglich getrennten zwei leitfähigen Schichten am Berührungspunkt verbunden. 1.3.1 Struktur des Oberflächenwellen-Touchscreens: Die vier Ränder der Glasplatte des Oberflächenwellen-Touchscreens sind mit einem 450°-Winkel von geringer bis hoher Dichte mit raffinierten Reflexionsstreifen versehen. In der oberen linken und unteren rechten Ecke des Bildschirms befinden sich jeweils vertikale und horizontale Ultraschall-Sendewandler. Die obere rechte Ecke ist mit zwei entsprechenden Ultraschall-Empfangswandlern ausgestattet, die die von den Reflexionsstreifen doppelt reflektierten Ultraschallsignale empfangen. 1.3.2 Eigenschaften des Oberflächenwellen-Touchscreens: Der Oberflächenwellen-Touchscreen ist sehr stabil, unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit, hat eine lange Lebensdauer (50 Millionen Berührungen), eine hohe Lichtdurchlässigkeit und Klarheit, keine Farbverzerrungen oder -drift, benötigt nach der Installation keine Kalibrierung, ist äußerst kratzfest und widersteht verschiedenen rauen Berührungen. Da der Oberflächenwellen-Touchscreen direkt das rechtwinklige Koordinatensystem nutzt, erfolgt die Datenumwandlung verzerrungsfrei und mit extrem hoher Genauigkeit (bis zu 4096 × 4096 Pixel). Allerdings erfordert der Oberflächenwellen-Bildschirm regelmäßige Reinigung und Wartung, da Staub, Öl und sogar Regen an den Rändern die normale Reflexion der Touchscreen-Schallwellen blockieren oder deren Wellenform verändern können, sodass der Empfänger sie nicht mehr korrekt erkennt. Große Wassertropfen, Ölflecken usw. auf dem Touchscreen werden fälschlicherweise als Berührungspunkt interpretiert und verursachen Fehlfunktionen.

1,4-Zoll-Infrarot-Touchscreen

1.4.1 Funktionsprinzip eines Infrarot-Touchscreens: Ein Infrarot-Touchscreen besteht aus einer Leiterplatte mit einer Infrarot-Sende- und einer Infrarot-Empfangsröhre auf der Displayoberfläche. Berührt der Benutzer den Bildschirm, blockiert der Finger die durchdringenden Infrarotstrahlen. Die dadurch entstehende Änderung des Lichtsignals veranlasst die Fotodetektorschaltung, ein elektrisches Signal auszugeben. Durch die Verarbeitung dieses Signals lässt sich die Position des Berührungspunkts auf dem Bildschirm bestimmen. Jedes für Infrarotlicht undurchlässige Objekt kann Infrarotstrahlung aussenden und so die Berührungspositionierung ermöglichen.

1.4.2 Entwicklungstrends von Infrarot-Touchscreens: Infrarot-Touchscreens zeichnen sich durch ihre vollständige Transparenz aus, die die Bildschärfe nicht beeinträchtigt, und sind unempfindlich gegenüber Strom-, Spannungs- und statischen Störungen. Sie eignen sich daher für Umgebungen mit starken elektromagnetischen Feldern. Die Funktionsweise von Infrarot-Touchscreens birgt jedoch auch einige unvermeidbare Anwendungsrisiken. Die Entwicklung der Infrarot-Touchscreen-Technologie konzentriert sich derzeit auf zwei Bereiche: Zum einen die Nutzung neuer Sensoren zur Realisierung der Touchscreen-Funktion (iv), zum anderen die Behebung der Mängel bestehender Touchscreen-Technologien und die Erweiterung ihrer Anwendungsfunktionen. Die Entwicklung von Infrarot-Touchscreens konzentriert sich hauptsächlich auf die Verbesserung der Auflösung und der Störfestigkeit gegenüber Licht. Gleichzeitig erweitert die Integration von Multitouch-Funktionen den Funktionsumfang von Touchscreens.

2. Schlussfolgerung

Mit der Entwicklung der Informationsgesellschaft steigt der Bedarf an vielfältigen Informationen. Informationsübertragungssysteme mit Touchscreens als interaktiver Benutzeroberfläche nutzen fortschrittliche Computertechnologie und verschiedene Darstellungsformen wie Text, Bilder, Musik, Kommentare, Animationen und Videos, um Informationen intuitiv und anschaulich zu vermitteln. Dies bietet hohen Komfort. Die Entwicklung von Touchscreens zeigt den Trend zu Multifunktionalität, Diversifizierung und großen Bildschirmen. Es ist absehbar, dass sich mit der rasanten Weiterentwicklung der Touchscreen-Technologie die Anwendungsbereiche von Touchscreens stetig erweitern und ihre Leistungsfähigkeit kontinuierlich verbessern wird.