Tipos de ecrãs tácteis, história e funcionamento
11 de Abril de 2023
Os ecrãs tácteis permitem uma forma mais intuitiva e direta de interagir com os dispositivos; tornaram-se omnipresentes no nosso mundo moderno, desde os smartphones às máquinas de self-service, e a sua ampla adoção mudou a forma como interagimos com a tecnologia.
Neste artigo:
O que é um ecrã sensível ao toque?
Um ecrã táctil é uma interface de entrada de ecrã, geralmente um ecrã transparente, que permite aos utilizadores interagir com um dispositivo identificando entradas de toque na superfície do ecrã. Na maioria dos ecrãs tácteis, as entradas de toque são detetadas utilizando as propriedades elétricas do corpo humano, especificamente a natureza condutora das pontas dos nossos dedos. Esta condutividade permite que o dispositivo reconheça e registe o nosso toque como uma entrada.
Duas tecnologias de ecrã tátil amplamente utilizadas, resistiva e capacitiva, envolvem a colocação de um painel tátil sobre ecrãs eletrónicos, como LCDs ouOLEDs, para permitir a deteção do toque. Os utilizadores podem realizar várias ações, incluindo selecionar, rolar, ampliar, desenhar, deslizar, etc.
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Uma das principais vantagens dos ecrãs tácteis é que eliminam a necessidade de dispositivos de entrada tradicionais, como o rato, o teclado ou os botões físicos. Isto porque os ecrãs tácteis permitem que os utilizadores interajam diretamente com o conteúdo digital tocando, deslizando, pinçando, deslizando e aplicando zoom com os dedos ou com uma caneta. Isto facilita a navegação em menus, a seleção de opções e a execução de outras tarefas em dispositivos digitais, particularmente em dispositivos mais pequenos, como smartphones e tablets, onde os dispositivos de entrada tradicionais podem não ser práticos.
Exemplos de tipos de ecrãs táteis
História dos ecrãs sensíveis ao toque
A história dos ecrãs tácteis remonta à década de 1960, quando os primeiros dispositivos de entrada baseados no toque foram desenvolvidos para utilização em painéis de controlo e outras aplicações especializadas. Na linha do tempo que se segue, iremos explorar os principais momentos e inovações no desenvolvimento de ecrãs tácteis, desde os seus primórdios até aos dias de hoje.
Antevisão da linha do tempo da história dos ecrãs touchscreen
| Inventor / Organização | Significado | Ano |
|---|---|---|
| Leon D Harmon Bell Telephone Laboratories Inc (AT&T) |
Primeira caneta touchscreen. | 1960 |
| E.A. Johnson UK Royal Radar Establishment |
Primeiro ecrã sensível ao toque acionada pelos dedos. | 1965 |
| Dr. Samuel Hurst Elographics Inc |
Primeiro ecrã sensível ao toque resistivo (não transparente). | 1971 |
| Universidade de Illinois | Ecrã táctil feito com sensores infravermelhos e fototransistores. | 1972 |
| Frank Beck & Bent Stumpe CERN |
Primeiro ecrã sensível ao toque transparente capacitivo. | 1973 |
| Dr. Samuel Hurst Elographics Inc |
Primeira tela sensível ao toque transparente e resistiva. | 1974 |
| Grupo de Investigação Input Universidade de Toronto |
Primeiro ecrã multitoque. | 1982 |
| IBM | IBM Simon - o primeiro telemóvel com ecrã táctil resistivo operado com uma caneta. | 1994 |
| LG | LG KE850 Prada - o primeiro telemóvel com ecrã táctil capacitivo. A Apple revelou o primeiro iPhone um mês depois. | 2006 |
1960 — Primeiro ecrã táctil registado (acionado por caneta).
A Bell Telephone Laboratories Inc (agora AT&T) publicou uma das primeiras versões de um ecrã tátil em 1960, que foi posteriormente patenteada em 1962 sob o número US 3016421A. Esta tela sensível ao toque usa uma grade de luzes retas que apontam diretamente para a superfície e foi projetada para funcionar apenas com uma caneta stylus, não com o dedo. Os fotodetectores registram um toque quando um feixe de luz na grade é interrompido pelo toque da caneta stylus.
1965 — O primeiro ecrã sensível ao toque acionada pelos dedos.
Eric Johnson, que trabalhava no Royal Radar Establishment em Malvern, Inglaterra, desenvolveu o primeiro ecrã tátil que podia ser operado com um dedo para auxiliar no controlo de tráfego. O seu trabalho com ecrãs táteis capacitivos foi inicialmente descrito em 1965 e, mais tarde, ele o aprofundou com fotografias e diagramas num artigo publicado em 1967. Ele registou uma patente no Reino Unido (GB3352465) em 1965, e a patente norte-americana US3482241A foi concedida em 1969.
1971 — O primeiro ecrã sensível ao toque resistiva.
O Dr. Samuel Hurst é creditado pelo desenvolvimento do primeiro ecrã táctil resistivo em 1971, embora não fosse transparente. Em 1974, criou um ecrã sensível ao toque transparente.
1972 --Ecrãs tácteis com sensores infravermelhos e fototransistores.
Em 1972, a Universidade de Illinois desenvolveu um ecrã tátil para um sistema terminal chamado PLATO IV, que era utilizado em ambientes educativos. O ecrã tátil tinha uma matriz de 16x16 sensores infravermelhos compostos por LEDs e fototransístores nas bordas do ecrã, que permitiam detectar o toque quando um objeto estava próximo do ecrã.
1973 -- Primeiro ecrã táctil capacitivo transparente.
No início dos anos 70, dois engenheiros do CERN (Organização Europeia para a Investigação Nuclear), Frank Beck e Bent Stumpe, criaram um ecrã táctil transparente com base no trabalho anterior de Stumpe numa fábrica de TV no início dos anos 60. O CERN começou a fabricá-los em 1973.
1974 -- Primeiro ecrã táctil resistivo transparente.
O Dr. Samuel Hurst criou o primeiro ecrã tátil resistivo que incluía uma superfície transparente, para o qual registou a patente US3911215A, concedida em 1975 para a empresa que fundou, a Elographics Inc.
No início da década de 1980, os ecrãs táteis começaram a ser utilizados em produtos eletrónicos de consumo, particularmente em quiosques e caixas multibanco.
1982 -- Tecnologia multi-toque.
O primeiro sistema de ecrã táctil multitoque foi criado em 1982 pelo Input Research Group da Universidade de Toronto, utilizando um painel de vidro fosco com uma câmara posicionada atrás do mesmo, marcando o início da tecnologia multitoque.
Início dos anos 80 - final dos anos 90 -- Características e desenvolvimento baseados em gestos de ecrã táctil
Ao longo das décadas de 80 e 90, foram realizadas extensas pesquisas para melhorar a precisão e a funcionalidade da tecnologia de ecrã táctil, incorporando uma variedade de características baseadas em gestos, tais como deslizar, deslizar, tocar e clicar, levantar, multi-toque e muito mais.
Celulares
O primeiro ecrã táctil resistivo operado com uma caneta, o IBM Simon, foi lançado pela IBM em 1993. A 12 de dezembro de 2006, a LG anunciou o LG KE850 Prada, o primeiro telemóvel com ecrã táctil capacitivo. A Apple revelou o seu primeiro iPhone com ecrã táctil capacitivo um mês depois, em janeiro de 2007.
2000 - Hora actual -- Difusão e desenvolvimento global de ecrãs tácteis capacitivos
Os ecrãs tácteis existem desde os anos 60, com melhorias significativas durante os anos 80 e 90, mas só na década de 2000 é que passaram a ser amplamente utilizados em eletrónica de consumo, como telemóveis, computadores portáteis, tablets e outros dispositivos portáteis. Isto deveu-se em parte ao desenvolvimento de novas tecnologias, como ecrãs tácteis capacitivos, que permitiram entradas de toque mais precisas e responsivas.
Um estudo da DisplaySearch revelou que, em 2018, os ecrãs tácteis capacitivos representaram mais de 70% das remessas globais, enquanto os ecrãs tácteis resistivos representaram apenas 3%.
Como funcionam os ecrãs táteis?
Os principais componentes de um ecrã tátil são o sensor tátil, o controlador e o software. O sensor tátil, também conhecido como painel tátil, consiste numa superfície sensível ao toque que deteta alterações nas propriedades elétricas, tais como corrente, tensão, capacitância ou resistência. O controlador, um componente de hardware, converte as alterações elétricas detetadas pelo painel tátil em sinais que são usados para interpretar gestos táteis, como tocar, deslizar, ampliar, deslizar, etc. Por fim, ao receber esses sinais táteis, o software pode processá-los e reagir a eles, completando funções específicas e, se necessário, transmitindo instruções ao dispositivo, acionando ações como ativar um motor, alterar informações na tela, desligar equipamentos, ajustar o brilho, aumentar o volume e assim por diante.
Como funcionam os ecrãs tácteis: passo a passo
- Ativação do sensor de toque - O utilizador interage com a superfície sensível ao toque, provocando alterações nas suas propriedades elétricas, como corrente, voltagem, capacitância ou resistência.
- Processamento do controlador - O controlador de hardware deteta as alterações elétricas no painel tátil, identifica gestos de toque específicos (tocar, deslizar, aplicar zoom, deslizar, etc.), converte-os em sinais e envia-os para o software.
- Resposta do software - O software recebe os sinais de toque e processa-os para executar funções ou tarefas específicas.
Tipos de ecrãs sensíveis ao toque
Embora os dois tipos mais comuns de ecrãs tácteis sejam o resistivo e o capacitivo, existem outros tipos de ecrãs tácteis disponíveis, cada um com as suas próprias características e funcionalidades exclusivas.
tecnologias de ecrãs táteis
- Resistivo
- Capacitivo
- Capacitivo concebido (P-Cap)
- Infravermelho
- SAW (Onda Acústica de Superfície)
- Imagem Óptica
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Ecrãs sensíveis ao toque resistivos
Os ecrãs tácteis resistivos operam por meio da deteção da pressão aplicada à tela. Consistem em duas camadas flexíveis, geralmente feitas de poliéster e vidro, que são revestidas com uma fina camada de material condutor, como óxido de índio e estanho (ITO). Estas duas camadas estão separadas por pequenos pontos espaçadores.
Quando é aplicada pressão na tela, a camada flexível superior é empurrada para a camada inferior, criando contacto entre as duas camadas condutoras. Este contacto físico regista uma alteração na resistência elétrica, que o controlador do ecrã tátil processa para determinar a localização precisa do toque.
Os ecrãs tácteis resistivos são relativamente baratos e podem ser operados com vários dispositivos de entrada, como dedos, canetas ou luvas. No entanto, tendem a ter menor sensibilidade e clareza do que outras tecnologias de ecrã táctil.
Vantagens
Trabalhe com luvas grossas, canetas e styluses. Económicos e resistentes ao pó e à humidade, tornando-os ideais para uso industrial ou ao ar livre.
Desvantagens
Requer pressão para registar a entrada. Menor clareza e suporte multitoque limitado. Vida útil mais curta em caso de uso intenso. Requer mais trabalho de design por parte do utilizador (sem controlador integrado).
Casos de uso
Comum em dispositivos industriais, quiosques e equipamentos ao ar livre, onde são necessárias luvas grossas.
Ecrãs sensíveis ao toque capacitivos
Um ecrã táctil capacitivo identifica e reage às alterações na capacitância causadas pelo campo eletrostático do ecrã quando a superfície do ecrã é tocada.
Ao contrário dos ecrãs tácteis resistivos, os ecrãs tácteis capacitivos não dependem da pressão do ecrã para detetar um evento de toque.
Quando um utilizador toca no ecrã com o dedo ou com uma caneta feita de material condutor, isto provoca uma alteração na capacitância do ecrã no ponto de contacto. Esta alteração é detetada pelo controlador de toque capacitivo, que processa então a entrada e determina a localização exata do evento de toque.
Os ecrãs tácteis capacitivos são amplamente utilizados em smartphones, tablets e outros dispositivos eletrónicos devido à sua elevada sensibilidade, precisão e capacidade de resposta. Também suportam recursos multitoque, permitindo aos utilizadores realizar gestos como pinçar e aplicar zoom com várias entradas de toque simultâneas. No entanto, podem não funcionar bem com materiais não condutores, como luvas ou uma caneta normal, uma vez que estes materiais não interagem com o campo eletrostático do ecrã.
Vantagens
Maior nitidez, resposta rápida e suporte multitoque. Controlador integrado.
Desvantagens
Não funcionam bem com luvas grossas. Sensíveis à humidade e mais caras.
Casos de uso
Popular em smartphones, tablets e interfaces de aparelhos de consumo modernos.
Capacitivo Concebido (PCAP)
Os ecrãs tácteis capacitivos projetados usam uma grade de elétrodos para detetar entradas de toque. Os elétrodos, normalmente feitos de material condutor transparente, são colocados numa fina folha de vidro ou plástico que cobre o ecrã.
Quando um dedo ou uma caneta toca na superfície do ecrã táctil, a capacitância entre os elétrodos é alterada, o que é detetado pelo circuito controlador. O controlador calcula então a posição do toque com base nas alterações da capacitância e envia a entrada correspondente para o dispositivo.
Os ecrãs tácteis capacitivos projetados recebem este nome porque projetam um campo elétrico, e o método de deteção é baseado em mudanças na capacitância.
Os ecrãs táteis capacitivos projetados são conhecidos pela sua alta precisão, sensibilidade e durabilidade. São comumente usados em smartphones, tablets e outros dispositivos eletrónicos. Também suportam gestos multitoque, permitindo que os utilizadores interajam com o dispositivo usando dois ou mais dedos simultaneamente.
Vantagens
Superfície de vidro resistente. Funciona através de camadas protetoras e suporta multitoque total.
Desvantagens
Requer pele nua, estiletes especiais ou luvas de nitrilo. Custo mais elevado e sensível a interferências.
Casos de uso
Encontrado em produtos médicos, industriais de alta tecnologia e de consumo.
Diferença entre capacitivo e capacitivo projetado
A principal diferença entre os ecrãs tácteis capacitivos e projetados é a forma como os elétrodos são construídos e dispostos. Os ecrãs tácteis capacitivos concebidos são normalmente mais sensíveis e precisos, o que os torna adequados para aplicações de ponta, como smartphones, tablets e painéis de controlo industriais.
Leia o nosso artigo explicando as diferenças entre ecrãs táteis resistivos e capacitivos para saber mais sobre estas duas tecnologias de visualização líderes de mercado.
Ecrãs tácteis IR (infravermelhos)
Os ecrãs tácteis infravermelhos utilizam uma grelha de díodos emissores de luz (LEDs) e fotodetectores para detetar entradas de toque. Os LEDs emitem feixes de luz infravermelha, que estão dispostos em matrizes horizontais e verticais em torno das extremidades do ecrã. Os fotodetetores, localizados em frente aos LEDs, recebem continuamente estes feixes de luz infravermelha.
Quando um utilizador toca no ecrã, o seu dedo ou caneta interrompe os feixes de luz infravermelha, causando uma quebra na grelha. O sistema calcula então as coordenadas do ponto de toque com base nos feixes específicos que foram interrompidos. Esta informação é enviada para a unidade de processamento do dispositivo, que interpreta a entrada de toque e executa a ação correspondente.
Os ecrãs tácteis infravermelhos oferecem diversas vantagens, incluindo alta durabilidade e resistência a riscos, poeira e água. Têm também a capacidade de trabalhar com quase qualquer objeto, incluindo estiletes ou mãos enluvadas, uma vez que não é necessário aplicar pressão para registar um toque. Os ecrãs de infravermelhos têm uma transmissão de luz e uma qualidade de imagem incríveis, pois não têm uma camada extra de vidro ou película sobre o ecrã. No entanto, a funcionalidade pode ser difícil sob luz solar intensa, por isso, normalmente são usados em ambientes internos. Também funcionam melhor com ecrãs maiores porque a altura do perfil pode ser limitativa.
Vantagens
Deteta a entrada através da interrupção de feixes de luz infravermelha, em vez de exigir pressão ou contacto direto. Suporta vários tipos de entrada com excelente clareza.
Desvantagens
Afetado por poeira ou detritos. Requer uma moldura, o que aumenta o tamanho.
Casos de uso
Utilizado em quiosques, sinalização e ecrãs interativos de grande formato.
SAW (Onda Acústica de Superfície)
Os ecrãs tácteis de ondas acústicas de superfície (SAW) são um tipo de tecnologia de toque que utiliza ondas ultrassónicas para detetar a entrada de toque na superfície do ecrã. A tela é feita de uma camada de vidro ou outro material transparente, com uma fina camada de material refletor na superfície da camada de vidro.
As ondas ultrassónicas são geradas por transdutores localizados nos cantos do ecrã e enviadas através da superfície do vidro. Quando um dedo, uma caneta ou outro objeto toca no ecrã, absorve algumas das ondas ultrassónicas, causando uma perturbação no padrão de ondas. Os transdutores detetam esta perturbação e podem depois calcular a localização e o tipo de entrada de toque.
Os ecrãs tácteis SAW oferecem diversas vantagens, incluindo alta clareza, durabilidade e fiabilidade. São também altamente responsivos e podem detetar até toques ou gestos leves. No entanto, são mais caros do que alguns outros tipos de ecrãs tácteis e podem não ser adequados para utilização em ambientes hostis, onde grandes quantidades de sujidade, pó ou água são uma preocupação.
Vantagens
Preciso com um leve toque do dedo ou de um objeto macio.
Desvantagens
Não é compatível com luvas. Sensível a contaminantes e requer um ambiente limpo.
Casos de uso
Ideal para quiosques internos, máquinas de bilhetes e terminais de informação.
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Ecrãs sensíveis ao toque de imagens ópticas
Os ecrãs tácteis com imagens ópticas utilizam sensores semelhantes aos das câmaras e algoritmos de processamento de imagem para detetar entradas de toque semelhantes às dos ecrãs tácteis infravermelhos. Quando um utilizador toca na superfície do ecrã táctil, os sensores detetam a mudança de luz e sombra causada pela pressão e pelo movimento do toque.
Comparativamente aos ecrãs tácteis capacitivos ou resistivos, os ecrãs tácteis de imagens ópticas não são tão populares ou amplamente utilizados no mercado.
Os ecrãs tácteis de imagens ópticas são conhecidos pela sua durabilidade, pois não são suscetíveis ao desgaste por contacto físico como outros ecrãs tácteis. São comummente utilizados em quiosques públicos, displays interativos e aplicações de jogos. No entanto, podem não ser tão responsivos ou sensíveis como outros tipos de ecrãs tácteis e podem não suportar gestos multitoque.
Vantagens
Funciona com qualquer entrada. Adequado para ecrãs grandes e preserva a nitidez.
Desvantagens
Menos preciso para entradas pequenas. É afetado pela luz ambiente e requer espaço para os sensores.
Casos de uso
Utilizado em ecrãs de conferências, quadros brancos e quiosques públicos.
Perspectivas futuras: o que vem por aí para a tecnologia de ecrãs táteis?
A tecnologia touchscreen está a mudar da interação superficial para uma integração perfeita. Os designs in-cell e on-cell estão a reduzir a espessura e a melhorar a nitidez, incorporando a camada tátil diretamente no ecrã. Os ecrãs flexíveis e dobráveis estão a expandir as possibilidades de design, especialmente em dispositivos vestíveis e interfaces de última geração.
Olhando para o futuro, os ecrãs infinitos sem moldura e os sistemas táteis projetáveis que transformam qualquer superfície numa tela apontam para um futuro em que os ecrãs não serão mais fixos. À medida que essas inovações amadurecem, o desafio será equilibrar desempenho, durabilidade e custo.
Na Newhaven Display, acreditamos que a próxima geração de sistemas táteis dará prioridade à adaptabilidade. Esses ecrãs não só responderão ao toque, mas também serão projetados com base na forma como as pessoas se movem, trabalham e interagem em diferentes ambientes.
Conclusão
Os ecrãs táteis tornaram-se essenciais para a tecnologia moderna, equipando tudo, desde sistemas industriais a eletrónica de consumo. Embora os ecrãs táteis capacitivos e resistivos liderem em termos de adoção, outros tipos, como os infravermelhos, os de ondas acústicas de superfície e os de imagem ótica, continuam a desempenhar papéis importantes em ambientes especializados.
Cada tecnologia oferece o seu próprio conjunto de pontos fortes, moldados pela forma e pelo local onde é utilizada. À medida que as interfaces táteis se tornam mais adaptáveis e integradas, o seu papel no design de produtos continua a crescer para atender às necessidades em constante mudança dos utilizadores e das indústrias. A Newhaven Display ajuda os fabricantes a explorar essas opções, fornecendo soluções táteis que são confiáveis, funcionais e construídas para o sucesso a longo prazo.
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