Touchscreen-Typen, Geschichte und Funktionsweise

Touchscreens ermöglichen eine intuitivere und direktere Art der Interaktion mit Geräten. Sie sind in unserer modernen Welt allgegenwärtig, von Smartphones bis hin zu Selbstbedienungskassen, und ihre weite Verbreitung hat die Art und Weise verändert, wie wir mit Technologie umgehen.

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Was ist ein Touchscreen?

Ein Touchscreen ist eine Anzeige-Eingabe-Schnittstelle, in der Regel ein transparenter Bildschirm, der es dem Benutzer ermöglicht, mit einem Gerät zu interagieren, indem er Berührungseingaben auf der Bildschirmoberfläche erkennt. Bei den meisten Touchscreens werden die Berührungseingaben anhand der elektrischen Eigenschaften des menschlichen Körpers, insbesondere der Leitfähigkeit unserer Fingerspitzen, erkannt. Diese Leitfähigkeit ermöglicht es dem Gerät, unsere Berührung als Eingabe zu erkennen und zu registrieren.

Zwei weit verbreitete Touchscreen-Technologien, die resistive und die kapazitive, basieren darauf, dass ein Touchpanel über elektronische Displays wie LCDs oderOLEDs gelegt wird, um die Berührungserkennung zu ermöglichen. Benutzer können verschiedene Aktionen ausführen, darunter Auswählen, Scrollen, Zoomen, Zeichnen, Gleiten usw.

Verwandt: LCD vs. OLED

Einer der Hauptvorteile von Touchscreens ist, dass sie herkömmliche Eingabegeräte wie Maus, Tastatur oder physische Tasten überflüssig machen. Das liegt daran, dass Touchscreens es den Nutzern ermöglichen, direkt mit digitalen Inhalten zu interagieren, indem sie mit ihren Fingern oder einem Stift tippen, streichen, drücken, schieben und zoomen. Dies erleichtert das Navigieren in Menüs, das Auswählen von Optionen und das Ausführen anderer Aufgaben auf digitalen Geräten, insbesondere auf kleineren Geräten wie Smartphones und Tablets, bei denen herkömmliche Eingabegeräte unpraktisch sein können.

Touchscreen-Typ-Beispiele

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Geschichte der Touchscreens

Die Geschichte der Touchscreens reicht bis in die 1960er Jahre zurück, als die ersten berührungsempfindlichen Eingabegeräte für den Einsatz in Schalttafeln und anderen Spezialanwendungen entwickelt wurden. In der folgenden Zeitleiste werden wir die wichtigsten Momente und Innovationen in der Entwicklung von Touchscreens von ihren Anfängen bis zum heutigen Tag untersuchen.

Zeitliche Vorschau auf die Geschichte der Touchscreen-Displays

Erfinder / Organisation	Bedeutung	Jahr
Leon D. Harmon, , Bell Telephone Laboratories Inc. (AT&T)	Erster Stylus-Touchscreen.	1960
E.A. Johnson UK Royal Radar Establishment	Erster fingergesteuerter Touchscreen.	1965
Dr. Samuel Hurst Elographics Inc.	Erster resistiver Touchscreen (nicht transparent).	1971
Universität von Illinois	Touchscreen mit Infrarotsensoren und Fototransistoren.	1972
Frank Beck & Bent Stumpe CERN	Erster kapazitiver transparenter Touchscreen.	1973
Dr. Samuel Hurst Elographics Inc.	Erster resistiver transparenter Touchscreen.	1974
Input-Forschungsgruppe „ “ (Wahrnehmungs- und Entscheidungsprozesse) Universität Toronto	Erster Multi-Touchscreen.	1982
IBM	IBM Simon - das erste Mobiltelefon mit einem resistiven Touchscreen, der mit einem Stift bedient wird.	1994
LG	LG KE850 Prada - das erste Mobiltelefon mit einem kapazitiven Touchscreen. Einen Monat später stellte Apple das erste iPhone vor.	2006

1960 -- Erster aufgezeichneter Touchscreen (angetrieben durch einen Stift).

Bell Telephone Laboratories Inc (heute AT&T) veröffentlichte 1960 eine der frühesten Versionen eines Touchscreens, der später im Jahr 1962 unter der US-Patentnummer 3016421A patentiert wurde. Dieser Touchscreen verwendet ein Gitter aus geraden Lichtstrahlen, die direkt auf die Oberfläche gerichtet sind, und ist so konzipiert, dass er nur mit einem Stift und nicht mit dem Finger bedient werden kann. Die Fotodetektoren registrieren eine Berührung, wenn ein Lichtstrahl im Gitter durch die Berührung des Stifts unterbrochen wird.

1965 -- Der erste fingergesteuerte Touchscreen.

Eric Johnson, der am Royal Radar Establishment in Malvern, England, tätig war, entwickelte den ersten Touchscreen, der mit dem Finger bedient werden konnte, um die Verkehrssteuerung zu unterstützen. Seine Arbeit an kapazitiven Touchscreens wurde erstmals 1965 beschrieben, später ergänzte er sie mit Fotos und Diagrammen in einem 1967 veröffentlichten Artikel. Er meldete 1965 ein Patent in Großbritannien (GB3352465) an, und 1969 wurde ihm das US-Patent US3482241A erteilt.

1971 - Der erste resistive Touchscreen.

Dr. Samuel Hurst wird die Entwicklung des ersten resistiven Touchscreens im Jahr 1971 zugeschrieben, der allerdings nicht transparent war. Im Jahr 1974 schuf er einen transparenten Touchscreen.

1972 --Touchscreens mit Infrarotsensoren und Fototransistoren.

Im Jahr 1972 entwickelte die University of Illinois einen Touchscreen für ein Terminalsystem namens PLATO IV, das im Bildungsbereich eingesetzt wurde. Der Touchscreen verfügte über eine Anordnung von 16x16 Infrarotsensoren, bestehend aus LEDs und Fototransistoren an den Rändern des Bildschirms, die es ermöglichten, Berührungen zu erkennen, wenn sich ein Objekt in unmittelbarer Nähe des Bildschirms befand.

1973 -- Erster transparenter kapazitiver Touchscreen.

In den frühen 70er Jahren entwickelten zwei Ingenieure des CERN (Europäische Organisation für Kernforschung), Frank Beck und Bent Stumpe, einen durchsichtigen Touchscreen, der auf Stumpes Arbeit in einer Fernsehfabrik in den frühen 60er Jahren basierte. Das CERN begann 1973 mit der Herstellung dieser Geräte.

1974 -- Erster transparenter resistiver Touchscreen.

Dr. Samuel Hurst entwickelte den ersten resistiven Touchscreen mit einer transparenten Oberfläche und meldete dafür das Patent US3911215A an, das 1975 für das von ihm gegründete Unternehmen Elographics Inc. erteilt wurde.

1982 -- Multi-Touch-Technologie.

Das erste Multi-Touch-Touchscreen-System wurde 1982 von der Input Research Group an der Universität Toronto entwickelt. Dabei wurde eine Milchglasscheibe mit einer dahinter positionierten Kamera verwendet, was den Beginn der Multi-Touch-Technologie markierte.

Anfang der 80er bis Ende der 90er Jahre - Touchscreen-Funktionen und -Entwicklung mit Gesten

In den 80er und 90er Jahren wurden umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt, um die Präzision und Funktionalität der Touchscreen-Technologie zu verbessern und eine Vielzahl von gestenbasierten Funktionen wie Schieben, Streichen, Tippen, Abheben, Multi-Touch und mehr einzubauen.

2000 - Aktuelle Zeit -- Weltweite Verbreitung und Entwicklung von kapazitiven Touchscreens

Touchscreens gibt es schon seit den 60er Jahren, mit erheblichen Verbesserungen in den 80er und 90er Jahren, aber erst in den 2000er Jahren fanden sie in der Unterhaltungselektronik wie Mobiltelefonen, Laptops, Tablets und anderen tragbaren Geräten breite Anwendung. Dies war zum Teil auf die Entwicklung neuer Technologien wie kapazitive Touchscreens zurückzuführen, die präzisere und reaktionsschnellere Toucheingaben ermöglichten.

Eine DisplaySearch-Studie ergab, dass 2018 über 70 % der weltweiten Lieferungen auf kapazitive Touchscreens entfielen, während resistive Touchscreens nur 3 % ausmachten.

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Wie funktionieren Touchscreens?

Die Hauptkomponenten eines Touchscreen-Displays sind der Berührungssensor, der Controller und die Software. Der Berührungssensor, auch als Touchpanel bezeichnet, besteht aus einer berührungsempfindlichen Oberfläche, die Änderungen der elektrischen Eigenschaften wie Strom, Spannung, Kapazität oder Widerstand erkennt. Der Controller, eine Hardwarekomponente, wandelt die vom Touchpanel erfassten elektrischen Veränderungen in Signale um, die zur Interpretation von Berührungsgesten wie Berühren, Gleiten, Zoomen, Wischen usw. verwendet werden. Schließlich kann die Software diese Berührungssignale empfangen, verarbeiten und darauf reagieren, indem sie bestimmte Funktionen ausführt und bei Bedarf Befehle an das Gerät überträgt, wodurch Aktionen wie das Aktivieren eines Motors, das Ändern von Bildschirminformationen, das Herunterfahren von Geräten, das Anpassen der Helligkeit, das Erhöhen der Lautstärke usw. ausgelöst werden.

Wie Touchscreens funktionieren: Schritt für Schritt

1. Aktivierung des Berührungssensors - Der Benutzer interagiert mit der berührungsempfindlichen Oberfläche, wodurch sich deren elektrische Eigenschaften, wie Strom, Spannung, Kapazität oder Widerstand, ändern.
2. Controller-Verarbeitung - Der Hardware-Controller erkennt die elektrischen Veränderungen im Touchpanel, identifiziert bestimmte Touchgesten (Berühren, Schieben, Zoomen, Streichen usw.), wandelt sie in Signale um und sendet sie an die Software.
3. Software-Reaktion - Die Software empfängt die Berührungssignale und verarbeitet sie, um bestimmte Funktionen oder Aufgaben auszuführen.

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Arten von Touchscreens

Die beiden gängigsten Arten von Touchscreens sind die resistiven und die kapazitiven Touchscreens, aber es gibt auch andere Arten von Touchscreens, die jeweils ihre eigenen Merkmale und Funktionen haben.

Touchscreen-Technologien

• Widerstandsfähig
• Kapazitiv
• Projiziert kapazitiv (P-Cap)
• Infrarot
• SAW (Akustische Oberflächenwellen)
• Optische Bildgebung

Erfahren Sie mehr: Arten von LCDs

Resistive Touchscreens

Resistive Touchscreens funktionieren durch die Erkennung von Druck, der auf den Bildschirm ausgeübt wird. Sie bestehen aus zwei flexiblen Schichten, in der Regel aus Polyester und Glas, die mit einer dünnen Schicht aus leitfähigem Material, z. B. Indium-Zinn-Oxid (ITO), überzogen sind. Diese beiden Schichten sind durch winzige Abstandspunkte voneinander getrennt.

Wenn Druck auf den Bildschirm ausgeübt wird, wird die obere flexible Schicht gegen die untere Schicht gedrückt, wodurch ein Kontakt zwischen den beiden leitenden Schichten entsteht. Durch diesen physischen Kontakt wird eine Änderung des elektrischen Widerstands registriert, die der Touchscreen-Controller dann verarbeitet, um den genauen Ort der Berührung zu bestimmen.

Resistive Touchscreens sind relativ preiswert und können mit verschiedenen Eingabegeräten, wie Fingern, Stiften oder Handschuhen, bedient werden. Allerdings sind sie in der Regel weniger empfindlich und klar als andere Touchscreen-Technologien.

Vorteile

Arbeiten Sie mit dicken Handschuhen, Stiften und Stylus-Stiften. Kostengünstig und widerstandsfähig gegen Staub und Feuchtigkeit, wodurch sie sich ideal für den industriellen Einsatz oder den Einsatz im Freien eignen.

Nachteile

Erfordert Druck, um Eingaben zu registrieren. Geringere Klarheit und eingeschränkte Multi-Touch-Unterstützung. Kürzere Lebensdauer bei intensiver Nutzung. Erfordert mehr Designarbeit für den Benutzer (kein integrierter Controller).

Anwendungsfälle

Häufig anzutreffen in industriellen Geräten, Kiosksystemen und Außenanlagen, wo dicke Handschuhe erforderlich sind.

Kapazitive Touchscreens

Ein kapazitiver Touchscreen erkennt und reagiert auf Kapazitätsänderungen, die durch das elektrostatische Feld des Bildschirms verursacht werden, wenn die Oberfläche des Bildschirms berührt wird.

Wenn ein Benutzer den Bildschirm mit einem Finger oder einem Stift aus leitfähigem Material berührt, führt dies zu einer Veränderung der Kapazität des Bildschirms an der Berührungsstelle. Diese Änderung wird vom kapazitiven Touch-Controller erkannt, der dann die Eingabe verarbeitet und den genauen Ort des Berührungsereignisses bestimmt.

Kapazitive Touchscreens werden aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit, Genauigkeit und Reaktionsfähigkeit häufig in Smartphones, Tablets und anderen elektronischen Geräten verwendet. Sie unterstützen auch Multi-Touch-Funktionen, so dass Benutzer Gesten wie Auf- und Zuziehen mit mehreren gleichzeitigen Berührungseingaben ausführen können. Allerdings funktionieren sie möglicherweise nicht gut mit nichtleitenden Materialien, wie Handschuhen oder einem normalen Stift, da diese Materialien nicht mit dem elektrostatischen Feld des Bildschirms interagieren.

Vorteile 

Höhere Klarheit, schnelle Reaktion und Multi-Touch-Unterstützung. Integrierter Controller.

Nachteile

Funktioniert nicht gut mit dicken Handschuhen. Empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und teurer.

Anwendungsfälle

Beliebt bei Smartphones, Tablets und modernen Benutzeroberflächen für Verbrauchergeräte.

Projiziert-kapazitiv (PCAP)

Bei projizierten kapazitiven Touchscreens wird ein Gitter aus Elektroden verwendet, um Berührungseingaben zu erkennen. Die Elektroden, die in der Regel aus transparentem, leitfähigem Material bestehen, befinden sich auf einer dünnen Glas- oder Kunststoffplatte, die das Display abdeckt.

Wenn ein Finger oder ein Stift die Oberfläche des Touchscreens berührt, ändert sich die Kapazität zwischen den Elektroden, was von der Steuerschaltung erkannt wird. Der Controller berechnet dann die Position der Berührung auf der Grundlage der Kapazitätsänderungen und sendet die entsprechende Eingabe an das Gerät.

Projektive kapazitive Touchscreens sind für ihre hohe Genauigkeit, Empfindlichkeit und Langlebigkeit bekannt. Sie werden häufig in Smartphones, Tablets und anderen elektronischen Geräten verwendet. Außerdem unterstützen sie Multi-Touch-Gesten, sodass Benutzer mit zwei oder mehr Fingern gleichzeitig mit dem Gerät interagieren können.

Vorteile

Strapazierfähige Glasoberfläche. Funktioniert durch Schutzfolien hindurch und unterstützt vollständiges Multi-Touch.

Nachteile

Erfordert bloße Haut, spezielle Stifte oder Nitrilhandschuhe. Höhere Kosten und empfindlich gegenüber Störungen.

Anwendungsfälle

Zu finden in medizinischen, hochwertigen Industrie- und Konsumgütern.

Unterschied zwischen kapazitiv und projiziert kapazitiv

Der Hauptunterschied zwischen kapazitiven und projiziert-kapazitiven Touchscreens ist die Art und Weise, wie die Elektroden aufgebaut und angeordnet sind. Projiziert-kapazitive Touchscreens sind in der Regel empfindlicher und genauer und eignen sich daher für High-End-Anwendungen wie Smartphones, Tablets und industrielle Bedienfelder.

Lesen Sie unseren Artikel, in dem die Unterschiede zwischen resistiven und kapazitiven Touchscreens erläutert werden, um mehr über diese beiden führenden Display-Technologien zu erfahren.

IR (Infrarot) Touchscreens

Infrarot-Touchscreens verwenden ein Gitter aus Leuchtdioden (LEDs) und Fotodetektoren, um Berührungseingaben zu erkennen. Die LEDs senden infrarote Lichtstrahlen aus, die in horizontalen und vertikalen Reihen an den Rändern des Bildschirms angeordnet sind. Die Fotodetektoren, die sich gegenüber den LEDs befinden, empfangen kontinuierlich diese Infrarotlichtstrahlen.

Wenn ein Benutzer den Bildschirm berührt, unterbricht sein Finger oder Stift die Infrarot-Lichtstrahlen, was eine Unterbrechung des Gitters verursacht. Das System berechnet dann die Koordinaten des Berührungspunkts auf der Grundlage der spezifischen Strahlen, die unterbrochen wurden. Diese Informationen werden an die Verarbeitungseinheit des Geräts weitergeleitet, die die Berührungseingabe interpretiert und die entsprechende Aktion ausführt.

Infrarot-Touchscreens bieten eine Reihe von Vorteilen, z. B. hohe Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Kratzer, Staub und Wasser. Außerdem können sie mit fast jedem Gegenstand verwendet werden, auch mit Stiften oder behandschuhten Händen, da kein Druck ausgeübt werden muss, um eine Berührung zu registrieren. IR-Bildschirme haben eine unglaubliche Lichtdurchlässigkeit und Bildqualität, da sie keine zusätzliche Glas- oder Filmschicht auf dem Bildschirm haben. Allerdings kann die Funktionalität bei hellem Sonnenlicht schwierig sein, weshalb sie normalerweise in Innenräumen verwendet werden. Sie eignen sich auch am besten für größere Bildschirme, da die Profilhöhe einschränkend sein kann.

Vorteile

Erkennt Eingaben durch Unterbrechung von Infrarotlichtstrahlen, ohne dass Druck oder direkter Kontakt erforderlich ist. Unterstützt verschiedene Eingabetypen mit ausgezeichneter Klarheit.

Nachteile

Durch Staub oder Schmutz beeinträchtigt. Erfordert eine Blende, die zusätzliche Größe erfordert.

Anwendungsfälle

Verwendung in Kiosksystemen, Beschilderungen und großformatigen interaktiven Displays.

SAW (Akustische Oberflächenwellen)

Akustische Oberflächenwellen-Touchscreens (SAW) sind eine Art von Touchtechnologie, die Ultraschallwellen zur Erkennung von Berührungen auf der Bildschirmoberfläche verwendet. Der Bildschirm besteht aus einer Schicht aus Glas oder einem anderen transparenten Material mit einer dünnen Schicht aus reflektierendem Material auf der Oberfläche der Glasschicht.

Die Ultraschallwellen werden von Wandlern in den Ecken des Bildschirms erzeugt und über die Glasoberfläche gesendet. Wenn ein Finger, ein Stift oder ein anderes Objekt den Bildschirm berührt, absorbiert es einen Teil der Ultraschallwellen und verursacht eine Störung im Wellenmuster. Die Wandler erkennen diese Störung und können dann den Ort und die Art der Berührungseingabe berechnen.

SAW-Touchscreens bieten mehrere Vorteile, darunter hohe Klarheit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit. Sie sind außerdem sehr reaktionsschnell und können selbst leichte Berührungen oder Gesten erkennen. Sie sind jedoch teurer als einige andere Arten von Touchscreens und eignen sich möglicherweise nicht für den Einsatz in rauen Umgebungen, in denen große Mengen an Schmutz, Staub oder Wasser ein Problem darstellen.

Vorteile

Präzise mit einer leichten Berührung durch einen Finger oder einen weichen Gegenstand.

Nachteile

Nicht handschuhkompatibel. Empfindlich gegenüber Verunreinigungen und erfordert eine saubere Umgebung.

Anwendungsfälle

Am besten geeignet für Innenkioske, Ticketautomaten und Informationsterminals.

Erfahren Sie mehr: Transmissive vs. Reflektierende vs. Transflektierende Displays

Optisch abbildende Touchscreens

Optische Touchscreens verwenden kameraähnliche Sensoren und Bildverarbeitungsalgorithmen, um Berührungseingaben ähnlich wie bei Infrarot-Touchscreens zu erkennen. Wenn ein Benutzer die Oberfläche des Touchscreens berührt, erkennen die Sensoren die durch den Druck und die Bewegung der Berührung verursachte Veränderung von Licht und Schatten.

Optische Touchscreens sind für ihre Langlebigkeit bekannt, da sie nicht wie andere Touchscreens durch physischen Kontakt abgenutzt werden können. Sie werden häufig in öffentlichen Kiosken, interaktiven Displays und Spieleanwendungen eingesetzt. Sie sind jedoch nicht so reaktionsschnell und empfindlich wie andere Arten von Touchscreens und unterstützen möglicherweise keine Multi-Touch-Gesten.

Vorteile

Funktioniert mit jeder Eingabe. Geeignet für große Displays und bewahrt die Klarheit.

Nachteile

Bei kleinen Eingaben weniger präzise. Wird durch Umgebungslicht beeinflusst und benötigt Platz für Sensoren.

Anwendungsfälle

Verwendung in Konferenzdisplays, Whiteboards und öffentlichen Kiosksystemen.

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Zukunftsaussichten: Wie geht es weiter mit der Touchscreen-Technologie?

Die Touchscreen-Technologie entwickelt sich von der Oberflächeninteraktion hin zur nahtlosen Integration. In-Cell- und On-Cell-Designs reduzieren die Dicke und verbessern die Klarheit, indem die Touch-Schicht direkt in das Display eingebettet wird. Flexible und biegsame Bildschirme erweitern die Gestaltungsmöglichkeiten, insbesondere bei Wearables und Schnittstellen der nächsten Generation.

Mit Blick auf die Zukunft weisen randlose Infinity-Displays und projizierbare Touch-Systeme, die jede Oberfläche in einen Bildschirm verwandeln, auf eine Zukunft hin, in der Displays nicht mehr fest installiert sind. Wenn diese Innovationen ausgereift sind, wird die Herausforderung darin bestehen, Leistung, Haltbarkeit und Kosten in Einklang zu bringen.

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Schlussfolgerung

Touchscreens sind aus der modernen Technologie nicht mehr wegzudenken und kommen in allen Bereichen zum Einsatz, von industriellen Systemen bis hin zu Unterhaltungselektronik. Während kapazitive und resistive Touchscreens bei der Verbreitung führend sind, spielen andere Typen wie Infrarot-, Oberflächenwellen- und optische Bildgebung weiterhin eine wichtige Rolle in speziellen Umgebungen.

Jede Technologie hat ihre eigenen Stärken, die davon abhängen, wie und wo sie eingesetzt wird. Da Touch-Schnittstellen immer anpassungsfähiger und integrierter werden, spielt sie eine immer größere Rolle im Produktdesign, um den sich wandelnden Anforderungen der Nutzer und Branchen gerecht zu werden. Newhaven Display unterstützt Hersteller dabei, diese Möglichkeiten zu erkunden, und liefert Touch-Lösungen, die zuverlässig und funktional sind und auf langfristigen Erfolg ausgelegt sind.

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