Woher weiß ein Touchscreen, wo Sie ihn berührt haben?

Jeden Tag nutzen wir Smartphones, Tablets, Geldautomaten und Industrieschalttafeln, ohne über eine grundlegende Frage nachzudenken:

Woher weiß ein Touchscreen genau, wo Sie ihn berühren?

Im Gegensatz zu mechanischen Tasten sind kapazitive Touchscreens nicht auf Druck angewiesen.
Sie erkennen subtile Veränderungen elektrischer Felder und wandeln diese in Echtzeit in präzise Positionsdaten um.

Dieser Artikel erklärt das grundlegende Funktionsprinzip der kapazitiven Touch-Technologie und konzentriert sich dabei darauf, wie Berührungen erkannt werden und warum die Leistung in Handschuhen, im Wasser und in Industrieumgebungen variieren kann.

Grundstruktur eines kapazitiven Touchscreens

Ein kapazitiver Touchscreen ist eine mehrschichtige Struktur, die auf dem Anzeigemodul platziert wird.

Die zentrale Sensorschicht ist ein transparenter, leitender Film, typischerweise aus ITO (Indiumzinnoxid) , der zu einem Gitter aus Sensorelektroden strukturiert ist.

In einer vereinfachten Struktur umfasst es:

• Abdeckglas

• Berührungsempfindliche Schicht (ITO-Elektroden)

• Isolier- und Schutzschichten

• Anzeigemodul darunter

Die Sensorschicht bildet eine regelmäßige Matrix aus X-Achsen- und Y-Achsen-Elektroden , die ein stabiles elektrisches Feld über die Oberfläche erzeugt.

Wie Berührung erkannt wird: Änderung des elektrischen Feldes und der Kapazität

Der menschliche Körper ist leitfähig.

Wenn sich ein Finger der Berührungsoberfläche nähert, interagiert er mit dem vorhandenen elektrischen Feld auf der Sensorschicht. Diese Wechselwirkung führt zu einer lokalen Kapazitätsänderung am Kontaktpunkt.

Der Erkennungsprozess funktioniert wie folgt:

• Der Controller scannt kontinuierlich alle X/Y-Elektrodenschnittpunkte.

• Wenn ein Finger die Oberfläche berührt, ändert sich die Kapazität an diesem bestimmten Knoten.

• Der Controller misst diese Änderung und berechnet die genaue Berührungsposition.

Da diese Methode eher auf Störungen des elektrischen Feldes als auf Druck beruht , sind kapazitive Touchscreens:

• Reagieren Sie schnell

• Unterstützt Multi-Touch

• Aktivieren Sie die Gestenerkennung

Dies ist der Hauptgrund dafür, dass kapazitive Berührungen moderne interaktive Displays dominieren.

Warum kapazitiver Touch schnell ist und Multi-Touch unterstützt

Jeder Sensorknoten arbeitet unabhängig.

Dadurch kann der Controller erkennen mehrere Berührungspunkte gleichzeitig , wodurch Funktionen wie Pinch, Zoom, Drehen und Mehrfingergesten möglich sind.

Im Vergleich zur Resistive-Touch-Technologie bieten kapazitive Systeme:

• Schnellere Reaktion

• Höhere Positionsgenauigkeit

• Bessere Langzeitstabilität

• Unterstützung für komplexe Gesten

Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich kapazitiver Touch nicht nur für die Unterhaltungselektronik, sondern auch für industrielle und medizinische Schnittstellen.

Warum Handschuhe und Wasser die Touch-Leistung beeinträchtigen

Da die kapazitive Berührung auf elektrischer Kopplung beruht, hängt die Leistung empfindlich vom Kontaktmedium ab.

Handschuhe

Die meisten Handschuhe sind nicht leitend.
Wenn die Isolierung die elektrische Feldkopplung zwischen Finger und Sensor blockiert, kann der Controller keine ausreichende Kapazitätsänderung erkennen.

Aus diesem Grund versagen herkömmliche kapazitive Bildschirme oft mit dicken Handschuhen.

Wasser und Feuchtigkeit

Wassertropfen können unbeabsichtigte Leiterbahnen auf der Sensoroberfläche erzeugen.
Dies kann Folgendes verursachen:

• Falsche Berührungen

• Positionsdrift

• Reduzierte Genauigkeit

In industriellen Umgebungen ist dies ein wichtiger Designaspekt.

Von den Grundprinzipien zum technischen Design

Während das Erkennungsprinzip universell ist, hängt die tatsächliche Leistung stark von der internen Struktur und dem Prozessdesign ab.

Zu den Schlüsselfaktoren gehören:

• Elektrodenlayout und -führungsmethode

• Isolationsstrategie an Linienkreuzungen

• Signal-Rausch-Verhältnis

• Controller-Tuning

Verschiedene Berührungssensorstrukturen reagieren sehr unterschiedlich auf Handschuhe, Wasser, EMI und dickes Deckglas.

Unter diesen Strukturen sind SITO- und DITO-Architekturen zwei typische technische Lösungen, die in industriellen kapazitiven Touchpanels verwendet werden.

Abschluss

Kapazitive Touchscreens funktionieren, indem sie winzige Kapazitätsänderungen erkennen, die durch elektrische Feldstörungen verursacht werden.
Dieses einfache Prinzip ermöglicht schnelle Reaktion, hohe Genauigkeit und Multi-Touch-Interaktion.

Bei industriellen Anwendungen jedoch eine entscheidende Rolle für Zuverlässigkeit und Leistung spielt die interne Sensorstruktur .

Um zu verstehen, wie sich Berührungssensorstrukturen in Herstellung und Leistung unterscheiden, lesen Sie:
SITO vs. DITO: Strukturunterschiede bei Touch Panels