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Auf dem Markt gibt es verschiedene Technologien für Touchscreens. Berührungsempfindliche Geräte befinden sich häufig im öffentlichen Raum und ihre Benutzer kommen täglich mit potenziell vielen verschiedenen Lösungen in Kontakt, die sehr ähnlich aussehen. Die Module, die z.B. in Navigationssystemen für Autos verwendet werden, unterscheiden sich jedoch deutlich von denen, die in Geldautomaten installiert sind, was Betrieb, Schadensresistenz, Lichtdurchlässigkeit und Lebensdauer betrifft. Die beliebteste Touchtechnologie ist heute die kapazitive Technologie – auch als CTP bekannt. Sie wird u.a. in Smartphones und modernen Displays eingesetzt.
Grundlagen und Aufschlüsselung
Um einen Querschnittsüberblick über die CTP-Touch-Technologie zu geben, ist es notwendig, zunächst die Grundlagen ihrer Funktionsweise zu verstehen. Die Funktionsweise kapazitiver Bildschirme basiert auf der Erkennung von Störungen im elektrostatischen Feld, die durch den Kontakt mit leitfähigen Objekten – wie Fingern oder einem Stift – verursacht werden. Indem wir die Leitfähigkeit des menschlichen Körpers oder eines bestimmten Objekts bei der Berührung des Bildschirms nutzen, können wir durch kapazitive Kopplung eine Änderung der elektrostatischen Kapazität zwischen den Elektroden hervorrufen. Der Panel-Controller erkennt die Änderung des elektrostatischen Feldes und deren Ort.
Diese Bildschirme werden jedoch weiter in zwei Unterkategorien unterteilt: oberflächen-positiv und kapazitiv-projektiv.
Oberflächenlösungen …
Die erste Variante der CTP-Touch-Geräte ist der oberflächenleitende Typ. Eine Seite des Bildschirms ist mit einer farblosen leitfähigen Schicht (z.B. Indium-Zinn-Oxid – ITO) bedeckt. Die spannungserzeugenden Elektroden befinden sich nur an den vier Ecken des Bildschirms, aber dank der bereits erwähnten gemeinsamen leitfähigen Schicht kann auf der gesamten Oberfläche des Bildschirms ein homogenes elektrisches Potenzial erzeugt werden. Die Berührung der anderen Seite führt zu einer Störung, indem sie die elektrische Kapazität des Systems verändert. Die Position des Berührungspunktes kann durch die unabhängige Messung der Spannungsänderungen an den vier Ecken des Moduls bestimmt werden.
Oberflächenemittierende Displays sind relativ billig und einfach zu bauen – deshalb werden sie oft in größeren, weniger komplexen Geräten verwendet. Eine Lösung mit mehreren Elektroden, die über die gesamte Bildschirmoberfläche verteilt sind, wäre in diesem Fall unpraktisch und teuer. Diese Art von Modulen ist daher weniger präzise und kann auch Schwierigkeiten mit Multi-Touch haben.
…und Projektion (P-CAP)
Kapazitiv-projektive Displays werden vor allem in Smartphones und Tablets verwendet – im Gegensatz zu ihren Oberflächen-Pendants verwenden sie mehrere Elektroden. Unter der Glasschutzschicht des Moduls befindet sich eine leitfähige Schicht, die aus kleinen, über die Oberfläche verteilten elektrischen Leitern besteht. Bei Berührung des Glases mit einem Finger oder einem Stift kommt es zu einer Änderung der elektrostatischen Kapazität der betreffenden Elektroden – das Gerät erkennt also, wo genau der Kontaktpunkt stattgefunden hat, indem es die Änderung des elektrischen Feldes direkt an der Oberfläche des Bildschirms analysiert.
Mit dieser Lösung ist es möglich, das Panel hinter dickem, sogar mehreren Millimetern dickem gehärtetem Schutzglas zu installieren. Ein hohes Maß an Bildgenauigkeit kann beibehalten werden, und das Display wird auch in der Lage sein, Berührungen an mehreren Stellen gleichzeitig zu erkennen. Bei größeren Panels ist dies jedoch eine recht teure Lösung. Außerdem besteht die Gefahr von Fehlern aufgrund des hohen Widerstands – deshalb werden kapazitiv projizierte Bildschirme hauptsächlich in kleineren, fortschrittlicheren Geräten verwendet.
Vor- und Nachteile von CTP-Touchscreens
Standard-Resistiv-Touch-Geräte eignen sich gut für kleine, einfache Anwendungen, bei denen jeweils nur ein Berührungspunkt erkannt werden muss. Kapazitive Lösungen hingegen ermöglichen die Erkennung mehrerer Berührungspunkte, eine hohe Empfindlichkeit und eine präzise Erkennung der Berührungsposition sowie eine hohe Beständigkeit gegen Beschädigungen und eine gute Sichtbarkeit des Bildschirms auch bei hellem Licht.
Die Nachteile der CTP-Touch-Technologie können der höhere Preis im Vergleich zu ihren resistiven Gegenstücken und die Notwendigkeit sein, sie nur mit speziellen Werkzeugen oder mit bloßen Fingern (möglicherweise mit kapazitiven Touchscreen-Handschuhen) zu bedienen. Diese Art von Modulen ist auch etwas problematisch zu handhaben, wenn sie in direkten Kontakt mit Wasser und Schmutz kommen.
Beispiele für Anwendungen – nicht nur Smartphones
Der erste CTP-Touchscreen wurde 10 Jahre früher erfunden als ein Display mit einem resistiven System. Kapazitive Lösungen gewannen jedoch erst 2007 an Popularität, als sie von Apple im ersten iPhone-Modell verwendet wurden. Seitdem ist diese Technologie nicht nur bei mobilen Anwendungen zum Standard geworden.
Kapazitive Bildschirme eignen sich gut für Anwendungen, bei denen die Endgeräte intensiver Nutzung ausgesetzt sind – sie sind sehr widerstandsfähig gegen mechanische Beschädigungen und elektromagnetische Störungen. Es ist auch möglich, das Display zusätzlich zu schützen, indem verschiedene Arten von Beschichtungen aufgetragen werden. Öffentliche Informationskioske, HMI-Bedienfelder, komplexe industrielle Schnittstellen – dies sind nur einige Beispiele für die Verwendung solcher Bildschirme.
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