Was sind die verschiedenen Arten von Touchscreens und wie funktionieren sie?
Viele Geräte, die wir heute verwenden, verfügen über Touchscreen-Technologie. Und oft ist es einfacher, mit Ihrem Gerät zu interagieren, indem Sie auf das Display tippen oder wischen – anstatt physische Tasten zu verwenden.
Obwohl wir schon seit einiger Zeit Touchscreens verwenden, denken viele Leute nicht an die Technologie dahinter. Hier ist ein tieferer Einblick in die verschiedenen Arten von Touchscreens und wie sie funktionieren.
Infrarot-Touchscreens
Infrarot ist eine der ältesten Formen der Touchscreen-Technologie. Infrarot-Touchscreens können zwar mit Handschuhen verwendet werden, unterstützen jedoch kein Multi-Touch und haben langsame Reaktionszeiten.
Wie Infrarot-Touchscreens funktionieren
Wie der Name schon sagt, verwenden Infrarot-Touchscreens Infrarotlicht, um eine Berührung zu registrieren. Infrarot-LEDs säumen zwei der Kanten des Displays (eine vertikal und eine horizontal), und die anderen beiden Kanten sind mit Lichtsensoren ausgekleidet. Jede LED entspricht einem Sensor auf einem Infrarot-Touchscreen und die Sensoren werden ständig mit Infrarotlicht bestrahlt.
Sobald Sie Ihren Finger auf das Display legen, verhindern Sie, dass das Licht auf einige der Sensoren trifft. Egal wo Sie Ihren Finger hinlegen, Sie blockieren sowohl das Licht eines X-Achsen-Sensors als auch eines Y-Achsen-Sensors. Anhand dieser Informationen kann das Display lokalisieren, wo der Finger nach unten gedrückt wird.
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Kapazitive Touchscreens
Kapazitive Touchscreens sind älter als Infrarot und die älteste Form dieser Technologie. In den 1960er Jahren entwickelte Eric A. Johnson – der nach anderen Möglichkeiten der Interaktion mit Computern suchte – die kapazitive Touchscreen-Technologie.
So funktionieren kapazitive Touchscreens
Kapazitive Touchscreens verwenden elektrische Kapazitäten, um zu funktionieren. Über den Pixeln sitzen mehrere Materialschichten. Es gibt die oberste Glasschicht, eine Schicht aus leitfähigem Material (typischerweise Indium-Zinn-Oxid), eine weitere Glasschicht, eine weitere leitfähige Schicht und eine untere Glasschicht.
Die Schichten sind durch Glas getrennt, da Glas im Gegensatz zu den Schichten aus Indium-Zinn-Oxid den Strom nicht gut leitet. Dies macht im Grunde einen großen Kondensator.
Die beiden leitfähigen Schichten bestehen aus mikroskopisch verbundenen rautenförmigen Platten. Eine Schicht hat die Platten in Spalten angeordnet (der Einfachheit halber bezeichnen wir dies als Schicht 1) und die andere hat die Platten in Reihen angeordnet (Schicht 2).
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Ein elektrischer Strom wird durch die beiden leitenden Schichten geschickt, wodurch Elektronen aus Schicht 1 fließen und sich in Schicht 2 sammeln. Das Glas dazwischen verhindert, dass die Elektronen zwischen den Schichten springen und einen Stromkreis schließen. Schicht 1 baut eine positive Ladung auf und Schicht 2 baut eine negative Ladung auf. Obwohl die Schichten getrennt sind, interagieren ihre elektrischen Felder immer noch miteinander.
Die aufgebaute Ladung bleibt konstant, und wenn ein leitfähiger Gegenstand die oberste Glasschicht (z. B. einen Finger) berührt, ändert sein elektrisches Feld die Ladung an diesem bestimmten Punkt. Das Gerät registriert diese Ladungsänderung als Berührung. Nicht leitfähige Gegenstände wie Handschuhe und Bleistifte verändern das Feld nicht und können daher nicht auf einem kapazitiven Touchscreen verwendet werden.
Resistive Touchscreens
Mitte der 1970er Jahre erfand Samuel Hurst die resistive Touchscreen-Technologie. Die resistive Technologie ist heute eine der beliebtesten Touchscreen-Technologien der Welt.
Wie resistive Touchscreens funktionieren
Wie kapazitive Touchscreens verwenden auch resistive Touchscreens zwei Schichten Indium-Zinn-Oxid. Bei resistiven Touchscreens sollen die beiden Schichten jedoch eigentlich Kontakt herstellen.
Resistive Touchscreens bestehen aus einem flexiblen oberen Substrat, der ersten leitfähigen Schicht, einem Luftspalt, einer Schicht aus Abstandspunkten, der zweiten leitfähigen Schicht und einem starren unteren Substrat. Die Abstandspunkte sind mikroskopisch kleine Punkte aus gallertartigem Material, die verhindern, dass sich die Schichten gegenseitig berühren, wenn sie nicht gedrückt werden.
Durch beide leitenden Schichten wird ein konstanter Strom geleitet, und wenn ein Finger auf das Display drückt, werden sie an dieser Stelle zusammengedrückt. Wenn dies geschieht, führt dies zu einer Änderung dieses Stroms. Wie bei kapazitiven Touchscreens liest das Gerät die Ladungsänderung als Berührung.
Bei resistiven Touchscreens müssen Sie Kraft auf das Display ausüben, um eine Berührung zu registrieren, während dies bei kapazitiven Touchscreens nicht der Fall ist. Auf der anderen Seite können resistive Touchscreens mit Handschuhen (oder einem beliebigen Gegenstand) verwendet werden.
SAW-Touchscreens (Surface Acoustic Wave)
SAW-Touchscreens (Surface Acoustic Wave) sind nicht so beliebt wie kapazitive oder resistive Touchscreens. Sie bieten jedoch eine bessere Bildschärfe.
SAW-Touchscreens finden Sie in mehreren Bereichen, auch an Geldautomaten.
So funktionieren SAW-Touchscreens
Anstatt zwei Schichten Indium-Zinn-Oxid zu verwenden, verwenden SAW-Touchscreens Schallwellen, um eine Berührung zu registrieren. In einer Ecke des Bildschirms befinden sich zwei Sendewandler. Diese Komponenten emittieren Ultraschallwellen über das gesamte Display.
Ein Wandler feuert Schallwellen auf der X-Achse ab und der andere feuert auf der Y-Achse ab. An der gegenüberliegenden Ecke nehmen zwei Empfangswandler die Schallwellen auf. Wie bei den Sendern gibt es einen Empfänger für die X-Achse und einen für die Y-Achse.
An den Rändern des Displays befinden sich mehrere Schallreflektoren. Diese flachen Platten sind abgewinkelt, um jede Schallwelle um 90 Grad zu reflektieren. Wenn eine Schallwelle auf einen Reflektor trifft, wird sie in Miniwellen aufgeteilt, die über das Display laufen (die Anzahl der Miniwellen entspricht der Anzahl der Reflektoren).
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Jede Miniwelle wandert über das Display, um auf einen anderen Schallreflektor zu treffen und auf einen Empfänger zu prallen. Da die Miniwellen nacheinander auf den Empfänger treffen, kann der Empfänger anhand der Zeit, die es dauert, bis die Welle nach der ersten Schallwelle auf ihn trifft, erkennen, welche Miniwelle zu welchem Reflektor gehört.
Wenn ein weicher Gegenstand wie ein Finger mit dem Display in Kontakt kommt, absorbiert es die Schallwellen an dieser Stelle. Dies bedeutet, dass einige der Schallwellen nicht zum Empfänger gelangen. Da die Empfänger jede Miniwelle berücksichtigen können, können sie erkennen, welche Wellen absorbiert und wo sie abgefangen wurden, und lokalisieren letztendlich, wo der Finger gedrückt wurde.
Touchscreens: So viel passiert unter der Oberfläche
Durch die Innovationen der Touchscreen-Technologie können wir alle mit unseren Geräten viel einfacher denn je interagieren. Alles, was Sie brauchen, ist ein Tippen oder Wischen, um in der Musik zu navigieren, im Internet zu surfen oder mit einem geliebten Menschen zu kommunizieren.
Wir verwenden Touchscreens für unsere Smartphones und Tablets, aber sie haben noch viel mehr zu bieten. Und wie der Einfluss dieser Technologie auf unser Leben zeigt, zählt nur das, was darunter liegt.