Die Bedienung und die Arten von kapazitiven Touchscreens

In diesem Artikel wird auf kapazitive Touchscreens im Detail eingegangen.

Folgende Themen werden in diesem Artikel ausführlich behandelt:

1. Was ist ein kapazitiver Touchscreen?

2. Die Bedienung von kapazitiven Touchscreens

3. Kapazitive Touchscreen-Typen

1. Was ist ein kapazitiver Touchscreen?

Ein kapazitiver Touchscreen ist der Bildschirm eines Geräts, der mit Fingerdruck interagiert. Kapazitive Handheld-Touchscreen-Geräte lassen sich in der Regel über eine Architektur mit Netzwerken oder Computern verbinden, die eine Vielzahl von Komponenten unterstützen kann, darunter Mobiltelefone, persönliche digitale Assistenten und Satellitennavigationssysteme. Die menschliche Berührung ist ein elektrischer Leiter, der das elektrostatische Feld des kapazitiven Touchscreens mit Energie versorgt und aktiviert. Verwendet werden können hingegen spezielle Stylus-Stifte oder Handschuhe, die statische Elektrizität erzeugen. Tablet-PCs, Smartphones und All-in-One-Computer sind Beispiele für kapazitive Touchscreen-Eingabegeräte.

Der kapazitive Touchscreen (ITO) besteht aus einer Glasschicht, die einem Isolator ähnelt und mit einem transparenten Leiter, wie z. B. Indiumzinnoxid, bedeckt ist. Das ITO auf dem Touchscreen wird auf Glasplatten geklebt, die Flüssigkristalle komprimieren. Wenn der Bildschirm aktiviert wird, wird eine elektronische Ladung erzeugt, die den Flüssigkristall in Rotation versetzt.

2. Die Bedienung von kapazitiven Touchscreens

Die Touch-Eingabetechnologie wurde ursprünglich entwickelt, um das Ausgabedisplay mit dem Eingabe-Touchscreen zu kombinieren, um ein komfortableres grafisches Benutzererlebnis zu bieten. Neben der kapazitiven Touch-Technologie gibt es auch andere Technologien, die unterschiedliche technologische Prinzipien verwenden, um Benutzereingaben von Touchscreens zu sammeln. Die Kapazität wird, wie der Name schon sagt, in kapazitiven Touchscreens verwendet, um das Vorhandensein menschlicher Berührung zu erkennen.

Wenn eine bestimmte Spannung gegeben wird, benötigt ein Basiskondensator einige Zeit, um vollständig aufgeladen zu werden, bevor er entladen wird, wenn die Spannungsquelle abgeschaltet und der Kondensator an eine Senke angeschlossen wird. Diese Lade- und Entladezeit wird eingehalten und ist konstanter, wenn keine Änderungen an der Schaltung vorgenommen werden. Diese Lade-Entlade-Periode ändert sich, wenn sich die Kapazität des Stromkreises ändert. Dies ist das grundlegende Konzept von kapazitiven Touchscreens.

Wenn ein menschlicher Finger die Schaltung berührt, erhöht sich die Kapazität und fügt dem System einen weiteren Kondensator hinzu. Der Mensch hat dielektrische Eigenschaften. Dieser zusätzliche Kondensator beeinflusst die Lade- und Entladezeiten der Schaltung sowie deren Gesamtkapazität. Infolgedessen weisen Schwankungen in der Lade- und Entladedauer im gesamten Stromkreis auf Benutzerkontakte hin.

In der Regel handelt es sich dabei um einen dedizierten Mikrocontroller, der den kapazitiven Bildschirm auflädt und gleichzeitig Schwankungen in den Lade- und Entladezeiten der Schaltung untersucht. Wenn dieser Wert von der Norm abweicht, informiert der Mikrocontroller den Hauptcontroller, dass der Benutzer Eingaben gemacht hat. Ein klares, transparentes Touchscreen-Display entsteht durch die Kombination einer leitfähigen Schicht aus Indiumzinnoxid (ITO) und einer Glasisolatorschicht. Wenn ein menschlicher Finger diesen berührt, entsteht ein Kondensator, und die menschliche Haut wirkt als Dielektrikum, was sich auf die Gesamtkapazität der Schaltung auswirkt.

3. Kapazitive Touchscreen-Typen

Im Folgenden sind die verschiedenen Arten von kapazitiven Touchscreens aufgeführt:

Kapazität an der Oberfläche: Auf einer Seite befinden sich dünne spannungsleitende Schichten. Es hat eine niedrige Auflösung und wird häufig in Kiosken verwendet.

Projected Capacitive Touch (PCT): Diese Technologie nutzt Elektrodengittermuster auf geätzten leitfähigen Schichten. Es verfügt über eine zuverlässige Architektur und wird häufig bei Point-of-Sale-Transaktionen eingesetzt.

PCT Mutual Capacitance: Ein Kondensator wird an jedem Netzschnittpunkt durch Spannung verbunden. Es ermöglicht Multi-Touch-Interaktion.

PCT Self Capacitance: Stromzähler steuern die einzelnen Spalten und Zeilen. Es funktioniert gut mit nur einem Finger und liefert ein stärkeres Signal als die gegenseitige PCT-Kapazität.

Kapazitiv auf der

Oberflächenabtastung

wie diese wird verwendet, um Gegenstandsattribute zu messen, ohne tatsächlich mit dem Objekt zu interagieren, da das Dielektrikum in der Nähe als Kapazität für die Schaltung fungiert. Daher wird dieses Konzept verwendet, wenn das zu untersuchende Objekt nicht berührt werden kann. Infolgedessen ist der kapazitive Touchscreen im Wesentlichen eine Kondensatorschaltung, die lädt und entlädt und gleichzeitig Änderungen der Lade- und Entladezeiten überwacht. Die beliebteste Touchscreen-Technologie der Welt hat den resistiven Touchscreen überholt. Laut Statistik treibt die kapazitive Technologie mehr als 90 % aller derzeit in Produktion befindlichen Touchscreens an. Die kapazitive Oberflächentechnologie ist jedoch nur eine von vielen. Die grundlagen der kapazitiven Oberflächen ähneln denen anderer kapazitiver Technologien. Um Berührungsbefehle zu finden, erzeugt es ein konsistentes elektrisches Feld und misst es. Um Berührungsanweisungen zu erkennen, verwendet die "oberflächenkapazitive" Touchscreen-Technologie ein elektrisches Feld und eine leitfähig beschichtete Schicht. Eine Deckschicht ist auf Touchscreens mit einer kapazitiven Oberflächeneigenschaft vorhanden. Diese Deckschicht ist mit einer leitfähigen Substanz überzogen. Wenn diese Option aktiviert ist, legen kapazitive Oberflächen-Touchscreens eine Spannung an die oberste Schicht an. Wenn der Finger mit der Display-Schnittstelle in Berührung kommt oder diese drückt, wird ein Teil der Spannung auf den Finger gezogen.

Vorteile von Surface Capacitive

Touchscreens mit kapazitiver

Oberfläche haben eine lange Lebensdauer. Da sie ein elektrisches Feld zur Erkennung von Berührungsbefehlen verwenden, unterliegen sie nicht dem gleichen frühen Ausfall und der Verschlechterung wie andere Touchscreen-Technologien, wie z. B. resistive. Natürlich ist die Bedienung von resistiven Touchscreens mechanisch. Sie bestehen aus mehreren Schichten, die zusammendrücken, um zu funktionieren. Kapazitive Oberflächen-Touchscreens sind extrem langlebig, da sie keine beweglichen Teile haben.

Je nach Modell können einige kapazitive Oberflächen-Touchscreens mit Handschuhen bedient werden. Ein leitfähiges Objekt, wie z. B. ein nackter Finger, ist normalerweise erforderlich, um einen Berührungsbefehl auf einem kapazitiven Touchscreen auszuführen. Wenn ein leitfähiges Objekt vorhanden ist, kann der kapazitive Touchscreen erkennen, wann und wo die Berührung stattgefunden hat, indem er einen Teil des elektrostatischen Feldes des Geräts zeichnet.

Flächenkapazitive Touchscreens hingegen erlauben häufig die Verwendung von dünnen Handschuhen. Beim Tragen von dünnen Handschuhen wird eine kleine, aber erkennbare Spannung zwischen einem Finger und dem entsprechenden Gerät geleitet. Die meisten anderen kapazitiven Touchscreens erlauben die Verwendung von Handschuhen nicht. Handschuhe, egal wie leicht, stoppen den Stromfluss vom Finger zum Gerät. Glücklicherweise sind bestimmte kapazitive Oberflächen-Touchscreens von diesem Problem nicht betroffen.

Projektive kapazitive Berührung

Kapazitiv erkennt Berührungen, indem sie Variationen im elektrischen Feld (Kapazität) erkennt, während resistiv Berührungen durch Zusammendrücken einer oberen und unteren Schicht erkennt. Bei Smartphones und Tablets werden kapazitive Displays häufig gegenüber resistiven Displays bevorzugt. Projected Capacitive Touch, auch bekannt als PCT oder PCAP, ist eine Art kapazitiver Touch-Sensor-Technologie. In einem herkömmlichen projizierten kapazitiven Touchscreen-Gerät ist eine Glasscheibe mit sich kreuzenden Reihen und Säulen aus leitfähigem Material eingebettet. Je nach Hersteller entstehen diese Matrixgitter, indem Reihen oder Spalten in eine leitende Schicht geätzt oder eine Form aus zwei verschiedenen Schichten aus leitfähigem Material gebildet wird. Die Unterschiede zwischen diesen beiden Ansätzen sind gering und haben wenig Einfluss auf die Leistung des Geräts. Das leitfähige Gitter wird von projizierten kapazitiven Touchscreen-Geräten verwendet, um eine gleichmäßige elektrostatische Ladung über die entsprechenden Zeilen und Spalten aufzuweisen. Da das Gitter aus leitfähigem Material besteht, ermöglicht es eine einfache und uneingeschränkte Bewegung elektrostatischer Ladungen. Diese Ladung wird von projizierten kapazitiven Geräten verwendet, um Kontakte zu erkennen. Projizierte kapazitive Touchscreens erkennen Berührungen auf die gleiche Weise wie herkömmliche kapazitive Touchscreens, indem sie die elektrische Ladung nutzen, die vom eigenen Körper des Benutzers erzeugt wird. Das Gerät erkennt eine elektrostatische Feldverzerrung, die durch den Kontakt mit bloßen Fingern mit der Grenzfläche verursacht wird, als Kapazitätsänderung. Aufgrund des gitterartigen Arrays von sich überschneidenden Zeilen und Spalten kann das Gerät bestimmen, wann und wo die Berührung stattgefunden hat. Wenn der Benutzer die Benutzeroberfläche des Geräts in der Mitte berührt, verzerren sich die Zeilen und Spalten in diesem Bereich. Dieser verzerrte Bereich ermöglicht es dem Gerät, zu bestimmen, wo die Berührung stattgefunden hat.

Einer der Vorteile der projizierten kapazitiven Touchscreen-Technologie sind ihre geringen Kosten. Da die oberste Schicht aus Glas besteht, ist sie kostengünstiger als resistive Touchscreen-Geräte. Ein projizierter kapazitiver Touchscreen kann im Gegensatz zu einem typischen kapazitiven Gerät mit einem behandschuhten Finger oder einem Stift verwendet werden.

Langlebigkeit der projektiv-kapazitiven Berührungssensorik Vorteile: Einer der Hauptvorteile von PCT-Bildschirmen ist ihre Festigkeit und Haltbarkeit. Ein Touchscreen wird in kommerziellen Anwendungen weit verbreitet sein. Schmutz und Fingerabdrücke sind für einen akkuzitiven Touchscreen, der richtig ausgewählt und konstruiert wurde, kein Problem. Da sie keine beweglichen Komponenten, keine Frontbeschichtungen und montierte Optiken/Wandler haben (im Gegensatz zu allen anderen Touch-Technologien), sollten projizierte kapazitive Touchscreens außerdem die gesamte Lebensdauer des Geräts oder Systems überdauern, insbesondere wenn sie sorgfältig ausgewählt und so konzipiert sind, dass sie die Anwendungsanforderungen erfüllen.

Ebenso sollte ein zerkratzter kapazitiver Touchscreen weiterhin normal funktionieren, es sei denn, die auf der Rückseite angebrachte leitfähige Matrix wird beschädigt. Diese Funktion ermöglicht es, elektrische Feldänderungen auch dann weiter zu messen, wenn sie beschädigt sind.

Natürliche Verwendung: Ein kapazitiver Touchscreen ist eine sehr empfindliche Berührungstechnologie, die nur auf einen Finger oder einen leitfähigen Stift reagiert (was "falsche Berührungen" unwahrscheinlich macht). Dies ist einer der Hauptgründe, warum sich die Technologie von der Unterhaltungselektronik bis hin zu kommerziellen und industriellen Anwendungen verbreitet hat. Obwohl unbelebte Gegenstände, die einen optischen oder akustischen Touchscreen berühren, Probleme verursachen können (Regen, Blätter, Krawatten, Manschetten usw.), benötigen kapazitive Touchscreens viel weniger Druck als resistive Touchscreens.

Bildschärfe: Da sie aus klarem, unbeschichtetem Glas mit einer Matrix aus kleinen Leitern auf der Rückseite bestehen, bieten projizierte kapazitive Touchscreens in der Regel eine höhere Bildqualität als die meisten anderen Touch-Technologien. Daher passen kapazitive Panels gut zu OLED und den neuesten High-Definition- und UHD-Displays.

Touchscreen-Technologie Basierend auf gegenseitiger Kapazität

Die Touchscreen-Technologie mit gegenseitiger Kapazität ist in der Technologie für projizierte Kapazität enthalten. Die gegenseitige Kapazität hingegen unterscheidet sich von der herkömmlichen projizierten Kapazität dadurch, dass sie die Kapazität auf einem Raster aus Spalten und Zeilen erzeugt. Wenn zwei Touchscreen-Geräte kontaktiert werden, wird ein Teil des elektrischen Stroms, der zwischen den benachbarten Spalten und Reihen fließt, an den Finger weitergeleitet, wodurch die Kapazität an diesem bestimmten Gitterschnittpunkt reduziert wird.

Touchscreens mit gegenseitiger Kapazität bilden einen Kondensator, wenn Spalten und Zeilen zusammenkommen. Als Ergebnis würden 224 Kondensatoren auf einem Touchscreen mit 14 mal 16 Spalten und gegenseitiger Kapazität angezeigt. Durch das Berühren des Displays wird die Kapazität an der nahegelegenen Kreuzung natürlich reduziert.

Multi-Touch-Befehle werden von Mutual Capacitance

unterstützt

Da die gegenseitige Kapazität auf Rastern erzeugt wird, können Touchscreens mit gegenseitiger Kapazität mehrere Berührungen ermöglichen. Mit anderen Worten, ein Befehl kann durch Tippen oder Berühren von zwei oder mehr Positionen auf einem Touchscreen-Gerät mit gegenseitiger Kapazität ausgelöst werden. Multitouch-Befehle eröffnen eine völlig neue Welt der Befehlsmöglichkeiten. Je nachdem, auf welche Art und Weise der Bildschirm berührt wird, ist beispielsweise ein Vergrößern oder Verkleinern möglich. Natürlich unterstützen neben der gegenseitigen Kapazität auch andere Touchscreen-Technologien Multi-Touch-Befehle. Die Selbstkapazität ermöglicht die gleichzeitige Nutzung von zwei oder mehr Kontaktpunkten.

Die gegenseitige Kapazität bietet, wie alle anderen Arten von Touchscreen-Technologie mit projizierter Kapazität, sowohl eine hohe Berührungsempfindlichkeit als auch eine hohe Berührungsgenauigkeit. Aus diesen und anderen Gründen werden Touchscreens mit projizierter Kapazität häufig gegenüber Touchscreens mit Oberflächenkapazität bevorzugt.

Kapazitive Oberfläche vs. kapazitiv projiziert

Auf verschiedene Weise unterscheiden sich projizierte kapazitive Touchscreens von kapazitiven Oberflächen-Touchscreens. Beide verwenden Kapazität, um Berührungsbefehle zu erkennen, jedoch auf unterschiedliche Weise.

Projizierte kapazitive Touchscreens verfügen über eine intelligente Verarbeitung. Sie verfügen über Berührungssensoren mit hoher Empfindlichkeit zur Erkennung von Berührungsbefehlen. Nachteilig sind hingegen die Kosten für die zu erwartende kapazitive Technologie. Kapazitive Touchscreens sind in der Regel teurer als kapazitive Oberflächen-Touchscreens.