Tipi di touchscreen, storia e funzionamento

Gli schermi tattili consentono un modo più intuitivo e diretto di interagire con i dispositivi, sono diventati onnipresenti nel nostro mondo moderno, dagli smartphone alle casse automatiche, e la loro adozione diffusa ha cambiato il modo in cui interagiamo con la tecnologia.

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Che cos'è un touchscreen?

Un touchscreen è un'interfaccia di input del display, in genere uno schermo trasparente, che consente agli utenti di interagire con un dispositivo identificando gli input tattili sulla superficie dello schermo. Per la maggior parte dei touchscreen, gli input tattili vengono rilevati utilizzando le proprietà elettriche del corpo umano, in particolare la natura conduttiva dei nostri polpastrelli. Questa conduttività consente al dispositivo di riconoscere e registrare il nostro tocco come un input.

Due tecnologie touchscreen ampiamente utilizzate, resistiva e capacitiva, prevedono il posizionamento di un pannello touch su display elettronici come LCD oOLED per consentire il rilevamento del tocco. Gli utenti possono eseguire varie azioni, tra cui selezionare, scorrere, ingrandire, disegnare, scorrere, ecc.

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Uno dei principali vantaggi degli schermi tattili è che eliminano la necessità di dispositivi di input tradizionali come il mouse, la tastiera o i pulsanti fisici. Gli schermi tattili, infatti, consentono agli utenti di interagire direttamente con i contenuti digitali toccando, sfiorando, pizzicando, facendo scorrere e zoomando con le dita o con lo stilo. Questo facilita la navigazione nei menu, la selezione delle opzioni e l'esecuzione di altre operazioni sui dispositivi digitali, in particolare su quelli più piccoli come gli smartphone e i tablet, dove i dispositivi di input tradizionali potrebbero non essere pratici.

Esempi di tipi di touchscreen

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Storia degli schermi tattili

La storia dei touchscreen risale agli anni '60, quando vennero sviluppati i primi dispositivi di input tattili da utilizzare nei pannelli di controllo e in altre applicazioni specializzate. Nella timeline che segue, esploreremo i momenti chiave e le innovazioni nello sviluppo dei touchscreen, dagli esordi ai giorni nostri.

Anteprima della cronologia della storia dei display touchscreen

Inventore / Organizzazione	Significato	Anno
Leon D Harmon Bell Telephone Laboratories Inc (AT&T)	Il primo touchscreen con stilo.	1960
E.A. Johnson UK Royal Radar Establishment	Il primo touchscreen azionato dalle dita.	1965
Dr. Samuel Hurst Elographics Inc	Primo touchscreen resistivo (non trasparente).	1971
Università dell'Illinois	Touchscreen realizzato con sensori a infrarossi e fototransistor.	1972
Frank Beck & Bent Stumpe CERN	Il primo touchscreen capacitivo trasparente.	1973
Dr. Samuel Hurst Elographics Inc	Il primo touchscreen resistivo trasparente.	1974
Gruppo di ricerca Input Università di Toronto	Primo schermo multi-touch.	1982
IBM	IBM Simon - il primo telefono cellulare con schermo tattile resistivo azionato con uno stilo.	1994
LG	LG KE850 Prada - il primo telefono cellulare con touchscreen capacitivo. Apple presentò il primo iPhone un mese dopo.	2006

1960 -- Primo touchscreen registrato (azionato da uno stilo).

Bell Telephone Laboratories Inc (ora AT&T) pubblicò una delle prime versioni di un touchscreen nel 1960, che fu poi brevettata nel 1962 con il numero US 3016421A. Questo touchscreen utilizza una griglia di luci diritte che puntano direttamente verso il basso sulla superficie ed è progettato per funzionare solo con uno stilo, non con un dito. I fotorilevatori registrano un tocco quando un raggio di luce nella griglia viene interrotto dal tocco dello stilo.

1965 -- Il primo touchscreen azionato dalle dita.

Eric Johnson, che lavorava presso il Royal Radar Establishment di Malvern, in Inghilterra, sviluppò il primo touchscreen che poteva essere azionato con un dito per facilitare il controllo del traffico. Il suo lavoro sui touchscreen capacitivi fu descritto inizialmente nel 1965 e successivamente approfondito con fotografie e diagrammi in un articolo pubblicato nel 1967. Nel 1965 depositò una domanda di brevetto nel Regno Unito (GB3352465) e nel 1969 gli fu concesso il brevetto statunitense US3482241A.

1971 -- Il primo touchscreen resistivo.

Al dottor Samuel Hurst si attribuisce il merito di aver sviluppato il primo touchscreen resistivo nel 1971, anche se non era trasparente. Nel 1974 ha creato un touchscreen trasparente.

1972 --Schermi a sfioramento con sensori a infrarossi e fototransistor.

Nel 1972, l'Università dell'Illinois sviluppò un touchscreen per un sistema terminale chiamato PLATO IV, che veniva utilizzato in ambito educativo. Il touchscreen era dotato di una serie di sensori a infrarossi 16x16 costituiti da LED e fototransistor sui bordi dello schermo che consentivano di rilevare il tocco quando un oggetto si trovava in prossimità dello schermo.

1973 -- Primo touchscreen capacitivo trasparente.

All'inizio degli anni '70, due ingegneri del CERN (Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare), Frank Beck e Bent Stumpe, crearono uno schermo tattile trasparente basandosi sul precedente lavoro di Stumpe presso una fabbrica di televisori all'inizio degli anni '60. Il CERN iniziò a produrli nel 1973.

1974 -- Primo touchscreen resistivo trasparente.

Il dottor Samuel Hurst ha creato il primo touchscreen resistivo con superficie trasparente, per il quale ha depositato il brevetto US3911215A, concesso nel 1975 alla società da lui fondata, la Elographics Inc.

1982 -- Tecnologia multi-touch.

Il primo sistema touchscreen multi-touch è stato creato nel 1982 dall'Input Research Group dell'Università di Toronto, utilizzando un pannello di vetro smerigliato con una telecamera posizionata dietro di esso, segnando l'inizio della tecnologia multi-touch.

Primi anni '80 - fine anni '90 -- Funzionalità e sviluppo basati sui gesti del touchscreen

Negli anni '80 e '90 sono state condotte ricerche approfondite per migliorare la precisione e la funzionalità della tecnologia touchscreen, incorporando una serie di funzioni basate sui gesti, come lo scorrimento, lo swiping, il tap-click, il lift-off, il multi-touch e altro ancora.

2000 - Ora attuale -- Diffusione e sviluppo globale dei touchscreen capacitivi

Gli schermi tattili esistono dagli anni '60, con miglioramenti significativi negli anni '80 e '90, ma è solo negli anni 2000 che si sono diffusi nell'elettronica di consumo come telefoni cellulari, computer portatili, tablet e altri dispositivi portatili. Ciò è dovuto in parte allo sviluppo di nuove tecnologie, come gli schermi tattili capacitivi, che hanno permesso di ottenere input tattili più precisi e reattivi.

Uno studio di DisplaySearch ha rivelato che nel 2018 i touchscreen capacitivi hanno rappresentato oltre il 70% delle spedizioni globali, mentre quelli resistivi solo il 3%.

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Come funzionano i touchscreen?

I componenti principali di un display touchscreen sono il sensore tattile, il controller e il software. Il sensore tattile, noto anche come pannello tattile, è costituito da una superficie sensibile al tocco che rileva le variazioni delle proprietà elettriche quali corrente, tensione, capacità o resistenza. Il controller, un componente hardware, converte i cambiamenti elettrici rilevati dal pannello tattile in segnali che vengono utilizzati per interpretare i gesti tattili come il tocco, lo scorrimento, lo zoom, lo swipe, ecc. Infine, dopo aver ricevuto questi segnali tattili, il software può elaborarli e reagire ad essi completando funzioni specifiche e, se necessario, trasmettendo istruzioni al dispositivo, attivando azioni come l'attivazione di un motore, la modifica delle informazioni sullo schermo, lo spegnimento delle apparecchiature, la regolazione della luminosità, l'aumento del volume e così via.

Come funzionano i touchscreen: passo dopo passo

1. Attivazione del sensore tattile - L'utente interagisce con la superficie sensibile al tatto, provocando cambiamenti nelle sue proprietà elettriche, come corrente, tensione, capacità o resistenza.
2. Elaborazione del controller - Il controller hardware rileva le variazioni elettriche del touch panel, identifica i gesti tattili specifici (tocco, scorrimento, zoom, scorrimento, ecc.), li converte in segnali e li invia al software.
3. Risposta del software - Il software riceve i segnali tattili e li elabora per eseguire funzioni o compiti specifici.

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Tipi di touchscreen

Sebbene i due tipi di touchscreen più comuni siano quelli resistivi e capacitivi, ne esistono altri, ciascuno con caratteristiche e funzionalità uniche.

tecnologie touchscreen

• Resistivo
• Capacitivo
• Capacitivo proiettato (P-Cap)
• Infrarossi
• SAW (Surface Acoustic Wave)
• Imaging ottico

Per saperne di più: Tipi di LCD

Schermi tattili resistivi

Gli schermi tattili resistivi funzionano attraverso il rilevamento della pressione applicata allo schermo. Sono costituiti da due strati flessibili, solitamente in poliestere e vetro, rivestiti da un sottile strato di materiale conduttivo, come l'ossido di indio-stagno (ITO). Questi due strati sono separati da piccoli punti distanziatori.

Quando si applica una pressione sullo schermo, lo strato flessibile superiore viene spinto verso quello inferiore, creando un contatto tra i due strati conduttivi. Questo contatto fisico registra una variazione della resistenza elettrica, che il controller del touchscreen elabora per determinare la posizione precisa del tocco.

Gli schermi tattili resistivi sono relativamente economici e possono essere utilizzati con vari dispositivi di input, come dita, stilo o guanti. Tuttavia, tendono ad avere una sensibilità e una chiarezza inferiori rispetto ad altre tecnologie touchscreen.

Vantaggi

Funzionano con guanti spessi, penne e stili. Economici e resistenti alla polvere e all'umidità, sono ideali per l'uso industriale o all'aperto.

Svantaggi

Richiede una certa pressione per registrare l'input. Minore chiarezza e supporto multi-touch limitato. Durata inferiore in caso di uso intensivo. Richiede un maggiore impegno di progettazione da parte dell'utente (nessun controller integrato).

Casi d'uso

Comune nei dispositivi industriali, nei chioschi e nelle attrezzature per esterni, dove sono necessari guanti spessi.

Schermi tattili capacitivi

Un touchscreen capacitivo identifica e reagisce alle variazioni di capacità causate dal campo elettrostatico dello schermo quando la superficie dello stesso viene toccata.

Quando l'utente tocca lo schermo con un dito o uno stilo in materiale conduttivo, provoca una variazione della capacità dello schermo nel punto di contatto. Questa variazione viene rilevata dal controller tattile capacitivo, che elabora l'input e determina la posizione esatta dell'evento tattile.

Gli schermi tattili capacitivi sono ampiamente utilizzati in smartphone, tablet e altri dispositivi elettronici grazie alla loro elevata sensibilità, precisione e reattività. Inoltre, supportano le funzionalità multi-touch, consentendo agli utenti di eseguire gesti come il pizzico e lo zoom con più input tattili simultanei. Tuttavia, potrebbero non funzionare bene con materiali non conduttivi, come i guanti o una normale penna, poiché questi materiali non interagiscono con il campo elettrostatico dello schermo.

Vantaggi 

Maggiore nitidezza, risposta rapida e supporto multi-touch. Controller integrato.

Svantaggi

Non funzionano bene con guanti spessi. Sensibili all'umidità e più costosi.

Casi d'uso

Popolare negli smartphone, nei tablet e nelle interfacce dei moderni dispositivi di consumo.

Capacitivo proiettato (PCAP)

Gli schermi tattili capacitivi proiettati utilizzano una griglia di elettrodi per rilevare gli input tattili. Gli elettrodi, in genere realizzati in materiale conduttivo trasparente, sono collocati su un sottile foglio di vetro o plastica che ricopre il display.

Quando un dito o uno stilo tocca la superficie del touchscreen, cambia la capacità tra gli elettrodi, che viene rilevata dal circuito del controller. Il controller calcola quindi la posizione del tocco in base alle variazioni di capacità e invia l'input corrispondente al dispositivo.

I touchscreen capacitivi proiettati sono noti per la loro elevata precisione, sensibilità e durata. Sono comunemente utilizzati in smartphone, tablet e altri dispositivi elettronici. Supportano anche i gesti multi-touch, consentendo agli utenti di interagire con il dispositivo utilizzando due o più dita contemporaneamente.

Vantaggi

Superficie in vetro resistente. Funziona attraverso gli strati protettivi e supporta il multi-touch completo.

Svantaggi

Richiede pelle nuda, stili speciali o guanti in nitrile. Costo elevato e sensibile alle interferenze.

Casi d'uso

Presente in prodotti medici, industriali di alta gamma e di consumo.

Differenza tra capacitivo e proiettivo

La differenza principale tra touchscreen capacitivi e touchscreen capacitivi proiettati è il modo in cui sono costruiti e disposti gli elettrodi. Gli schermi tattili capacitivi proiettati sono in genere più sensibili e precisi, il che li rende adatti ad applicazioni di fascia alta come smartphone, tablet e pannelli di controllo industriali.

Leggi il nostro articolo che spiega le differenze tra touchscreen resistivi e capacitivi per saperne di più su queste due tecnologie di visualizzazione all'avanguardia.

Schermi tattili IR (infrarossi)

Gli schermi tattili a infrarossi utilizzano una griglia di diodi emettitori di luce (LED) e fotorivelatori per rilevare gli input tattili. I LED emettono fasci di luce infrarossa, disposti in array orizzontali e verticali lungo i bordi dello schermo. I fotorilevatori, situati di fronte ai LED, ricevono continuamente questi fasci di luce infrarossa.

Quando l'utente tocca lo schermo, il dito o lo stilo interrompe i fasci di luce infrarossa, causando un'interruzione nella griglia. Il sistema calcola quindi le coordinate del punto di contatto in base ai raggi specifici che sono stati interrotti. Queste informazioni vengono inviate all'unità di elaborazione del dispositivo, che interpreta l'input tattile ed esegue l'azione corrispondente.

I touchscreen a infrarossi offrono diversi vantaggi, tra cui un'elevata durata e resistenza a graffi, polvere e acqua. Inoltre, sono in grado di funzionare con quasi tutti gli oggetti, compresi stilo o mani guantate, poiché non è necessario esercitare pressione per registrare il tocco. Gli schermi IR hanno una trasmissione della luce e una qualità dell'immagine incredibili, poiché non hanno uno strato di vetro o di pellicola aggiuntivo sopra lo schermo. Tuttavia, la loro funzionalità può risultare difficoltosa in presenza di luce solare intensa, per cui di solito vengono utilizzati in ambienti chiusi. Inoltre, funzionano meglio con schermi di dimensioni maggiori perché l'altezza del profilo può essere limitante.

Vantaggi

Rileva l'input interrompendo i raggi infrarossi, senza richiedere pressione o contatto diretto. Supporta vari tipi di input con eccellente chiarezza.

Svantaggi

Influenzato da polvere o detriti. Richiede una cornice, che ne aumenta le dimensioni.

Casi d'uso

Utilizzato in chioschi, segnaletica e display interattivi di grande formato.

SAW (Surface Acoustic Wave)

Gli schermi tattili a onde acustiche superficiali (SAW) sono un tipo di tecnologia tattile che utilizza onde ultrasoniche per rilevare l'input tattile sulla superficie dello schermo. Lo schermo è costituito da uno strato di vetro o altro materiale trasparente, con un sottile strato di materiale riflettente sulla superficie dello strato di vetro.

Le onde ultrasoniche sono generate da trasduttori situati agli angoli dello schermo e inviate attraverso la superficie del vetro. Quando un dito, uno stilo o un altro oggetto tocca lo schermo, assorbe una parte delle onde ultrasoniche, causando un disturbo nel modello delle onde. I trasduttori rilevano questo disturbo e possono quindi calcolare la posizione e il tipo di input tattile.

Gli schermi tattili SAW offrono diversi vantaggi, tra cui un'elevata chiarezza, durata e affidabilità. Sono anche molto reattivi e possono rilevare anche tocchi o gesti leggeri. Tuttavia, sono più costosi di altri tipi di touchscreen e potrebbero non essere adatti per l'uso in ambienti difficili, dove si rischia di essere esposti a sporco, polvere o acqua.

Vantaggi

Preciso con un leggero tocco del dito o di un oggetto morbido.

Svantaggi

Non compatibile con i guanti. Sensibile ai contaminanti e richiede un ambiente pulito.

Casi d'uso

Ideale per chioschi interni, biglietterie automatiche e terminali informativi.

Per saperne di più: Display trasmissivi vs. riflessivi vs. transflessivi

Touchscreen a immagine ottica

Gli schermi tattili a imaging ottico utilizzano sensori simili a fotocamere e algoritmi di elaborazione delle immagini per rilevare gli input tattili, in modo simile agli schermi tattili a infrarossi. Quando l'utente tocca la superficie del touchscreen, i sensori rilevano le variazioni di luce e ombra causate dalla pressione e dal movimento del tocco.

I touchscreen a immagine ottica sono noti per la loro durata, in quanto non sono soggetti all'usura da contatto fisico come altri touchscreen. Sono comunemente utilizzati nei chioschi pubblici, nei display interattivi e nelle applicazioni di gioco. Tuttavia, potrebbero non essere reattivi o sensibili come altri tipi di touchscreen e potrebbero non supportare i gesti multi-touch.

Vantaggi

Funziona con qualsiasi input. Adatto per schermi di grandi dimensioni e preserva la nitidezza.

Svantaggi

Meno preciso per input di piccole dimensioni. Influenzato dalla luce ambientale e richiede spazio per i sensori.

Casi d'uso

Utilizzato in display per conferenze, lavagne bianche e chioschi pubblici.

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Prospettive future: quale sarà il futuro della tecnologia touchscreen?

La tecnologia touchscreen sta passando dall'interazione superficiale all'integrazione perfetta. I design in-cell e on-cell stanno riducendo lo spessore e migliorando la nitidezza grazie all'integrazione dello strato touch direttamente nel display. Gli schermi flessibili e pieghevoli stanno ampliando le possibilità di design, in particolare nei dispositivi indossabili e nelle interfacce di nuova generazione.

Guardando al futuro, i display infiniti senza cornice e i sistemi touch proiettabili che trasformano qualsiasi superficie in uno schermo indicano un futuro in cui i display non saranno più fissi. Man mano che queste innovazioni matureranno, la sfida sarà quella di trovare un equilibrio tra prestazioni, durata e costi.

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Conclusione

I touchscreen sono diventati fondamentali nella tecnologia moderna, alimentando tutto, dai sistemi industriali all'elettronica di consumo. Mentre i touchscreen capacitivi e resistivi sono i più diffusi, altri tipi come quelli a infrarossi, a onde acustiche di superficie e a imaging ottico continuano a svolgere un ruolo importante in ambienti specializzati.

Ogni tecnologia offre una serie di punti di forza, determinati dal modo e dal luogo in cui viene utilizzata. Man mano che le interfacce touch diventano più adattabili e integrate, il loro ruolo nella progettazione dei prodotti continua a crescere per soddisfare le mutevoli esigenze degli utenti e delle industrie. Newhaven Display aiuta i produttori a esplorare queste opzioni, fornendo soluzioni touch affidabili, funzionali e progettate per un successo a lungo termine.

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