In de afgelopen jaren hebben touchscreens grote vooruitgang geboekt. Van de eerste systemen met stylus in de jaren 40 tot de tegenwoordig veel voorkomende capacitieve touchscreens. Echter, met deze technologische verbeteringen zijn er ook een breed scala aan keuzes voor gebruikers gekomen.
Er zijn verschillende soorten touchscreens, waarbij capacitieve touchscreens het meest worden gebruikt in commerciële, industriële en consumententoepassingen. Andere touchscreentechnologieën zijn onder meer resistief, oppervlakte-akoestische golf (SAW), infrarood, optische beeldvorming, en nabijveldbeeldvorming, die allemaal voordelen en nadelen hebben, afhankelijk van het gebruik.
In dit artikel zullen we verschillende soorten touchscreens bespreken, hoe ze werken en potentiële voordelen in verschillende omgevingen bekijken.
Capacitief
Capacitieve touchscreens hebben meestal slechts één of twee lagen en gebruiken elektrische capaciteit om aanraking te meten. Capacitieve touchscreens die uit één laag bestaan, maken gebruik van oppervlakte-capacitieve technologie, terwijl capacitieve touchscreens met twee lagen gebruik maken van geprojecteerde capacitieve technologie.
Oppervlakte-capacitieve touch-technologie
Een oppervlakte-capacitief touchscreen bestaat uit een stuk glas dat is bedekt met een geleider. Indium Tin Oxide (ITO), een geleidend metaal, wordt vaak gebruikt als geleider. Deze lagen worden vervolgens beschermd met een beschermlaag. Elektroden worden rond de geleidende laag geplaatst om een gelijke spanning over deze laag te creëren.
Wanneer een vinger (of capacitieve stylus) het scherm aanraakt, resulteert dit in een stroomafname omdat het menselijk lichaam een elektrische geleider is. Deze stroomafname wordt gemeten vanuit elke hoek van het geleidende veld, waarna het touchscreen de x- en y-coördinaten van de aanraking kan identificeren.
Oppervlakte-capacitieve touchscreens hebben doorgaans een hogere mate van contrast en een grotere duurzaamheid in vergelijking met resistieve touchscreens, terwijl ze niet zo technisch complex zijn als projectieve touchscreens. In commerciële of industriële omgevingen worden ze daarom vaak gebruikt in (simpele) industriële bedieningen of in verschillende commerciële omgevingen, variërend van kiosken tot POS-systemen.
Geprojecteerde capacitieve technologie
Geprojecteerde capacitieve touchscreens werken op een vergelijkbare manier, hoewel hun constructie iets anders is. Deze touchscreens bestaan uit een beschermlaag bovenop een sensor aan de onderkant, die is bedekt met een laag ITO. Bovenop zit een isolator, die vervolgens een andere laag ITO heeft die is afgewerkt met een laag glas erbovenop.
De twee ITO-lagen liggen loodrecht op elkaar, wat resulteert in een rasterpatroon met meerdere elektrodekruispunten. Door gebruik te maken van technologie en de stroomafname die wordt gecreëerd door een elektrische geleider (zoals een vinger), kan het systeem vingerbewegingen detecteren en nauwkeurig voorspellen.
De voordelen van geprojecteerde capacitieve technologie ten opzichte van capacitieve technologie zijn dat deze touchscreens in staat zijn om passieve stylussen of vingers in handschoenen te detecteren. Bovendien zijn vocht en stofophoping geen probleem, waardoor deze touchscreens geschikt zijn voor commercieel gebruik in omgevingen zoals restaurants en zware industriële locaties.
Resistief
Resistieve touchscreens worden vaak gebruikt voor commerciële en/of industriële doeleinden. De reden hiervoor is dat deze schermen alleen reageren op aanraking en hun functionaliteit niet verminderen wanneer vloeistoffen of stof het scherm aanraken. Bovendien kunnen ze ook worden gebruikt met een stylus of wanneer handschoenen worden gedragen, wat hun commerciële functionaliteit verder benadrukt.
De twee belangrijkste lagen van een resistief touchscreen zijn de stabiele onderste laag gemaakt van glas en een flexibele bovenste laag gemaakt van Polyethyleen (PET) of PEN (polyethyleennafthalate).
Vervolgens worden deze twee vellen meestal gecoat met ITO. Bovendien worden er afstandspuntjes op de ITO-laag van de glaskant geplaatst om te voorkomen dat ze per ongeluk elkaar raken en een valse aanraking registreren.
Hoe resistieve touchscreens dan een aanraking meten, hangt af van het gebruik van een 4-draads- of 5-draadsconstructie.
4-draads
Het 4-draads touchscreen is de eenvoudigste versie. Het gebruikt twee draden die zijn verbonden met de linkerzijde van de onderste glaslaag en twee draden aan de rechterzijde ervan. Er zijn ook twee draden verbonden met de bovenzijde van de bovenste laag en twee draden naar de onderzijde van deze laag.
Er wordt een elektrische stroom aangebracht op de ITO-laag die op het glas is gestrooid. Wanneer de bovenste laag wordt ingedrukt, raken de resistieve oppervlakken van de glaslaag en de PET/PEN-laag elkaar, wat een circuit creëert en fungeert als een spanningsdeler.
Met behulp van de draden aan de boven- en onderkant wordt de spanning vervolgens gemeten op de bovenste laag om de x-as te bepalen, en hetzelfde wordt gedaan voor de y-as op de onderste laag met behulp van de draden aan de linker- en rechterkant. Afhankelijk van de toepassing kan deze volgorde worden omgekeerd.
Vanwege de kostenbesparing en relatief nauwkeurige meting worden 4-draads touchscreens meestal gebruikt in kleinere touchscreens voor consumentenmassaproductie.
5-draads
Een van de veelvoorkomende valkuilen van 4-draads touchscreens is dat de bovenste ITO-laag verslijt, wat het gebruiksgemak aanzienlijk vermindert. Om deze reden werden 5-draads touchscreens uitgevonden.
Deze touchscreens meten zowel de x-as als de y-as aan de onderste laag, waarbij de eerste vier draden worden gebruikt. Dit kunnen ze omdat ze een speciaal geleidingspatroon gebruiken rond de omtrek van de onderste laag. De vijfde draad is verbonden met de bovenste laag en wordt alleen gebruikt om spanning te meten in de onderste laag.
Door deze constructie zijn 5-draads touchscreens veel duurzamer dan 4-draads touchscreens en worden ze vaker gebruikt voor commerciële of zware industriële toepassingen.
Oppervlakte-akoestische golf (SAW)
Oppervlakte-akoestische golf (SAW) touchscreens zijn een type touchscreen technologie die ultrasone golven gebruikt om aanraking op het oppervlak van een display te detecteren. Ze staan bekend om hun hoge helderheid, duurzaamheid en nauwkeurigheid bij het detecteren van aanrakingen.
SAW touchscreens werken door ultrasone golven over het oppervlak van het display te creëren. Meestal is dit oppervlak een enkel glazen paneel. Deze golven worden gecreëerd door elektrische signalen naar piëzo-elektrische omzetters langs de randen van het scherm te sturen.
Wanneer het scherm wordt aangeraakt door een zacht materiaal dat in staat is om de geluidsgolven te absorberen (zoals een vinger), worden de oppervlakte-akoestische golven verstoord, wat veranderingen in de amplitude en frequentie van de golven veroorzaakt.
Deze veranderingen worden gedetecteerd door ontvangende omzetters die tegenover de verzendende omzetters zijn geplaatst. Door de timing en intensiteit van de ontvangen signalen te analyseren, kan het aanraakscherm nauwkeurig de locatie en kenmerken van de aanraking bepalen.
Een van de belangrijke voordelen van SAW touchscreens is hun uitzonderlijke beeldhelderheid. In tegenstelling tot resistieve touchscreens, die gevoelig kunnen zijn voor degradatie van de beeldkwaliteit vanwege de betrokken lagen, behouden SAW touchscreens de oorspronkelijke beeldhelderheid omdat ze alleen een glazen paneel vereisen.
Daarnaast bieden SAW touchscreens een hoge duurzaamheid en weerstand tegen krassen en verontreinigingen, waardoor ze geschikt zijn voor ruwe omgevingen waar frequent gebruik wordt verwacht.
SAW touchscreens hebben echter ook nadelen in vergelijking met andere touchscreen-technologieën. Zo ondersteunen ze mogelijk multi-touch-functionaliteit niet zo effectief als capacitieve touchscreens. Ook kunnen vloeibare stoffen verstoring van de geluidsgolven veroorzaken.
Beide factoren beperken hun geschiktheid voor bepaalde commerciële en industriële toepassingen die complexe gebaren of interacties vereisen.
Bovendien zijn SAW touchscreens duurder om te produceren dan resistieve of capacitieve touchscreens vanwege de gespecialiseerde componenten en precieze kalibratie die nodig is voor hun werking.
Infrarood
Infrarood touchscreens zijn een type technologie die infrarood gebruikt om aanraking op het oppervlak van een display te detecteren. Ze kunnen worden gebruikt in verschillende interactieve toepassingen, waaronder openbare informatiekiosken, digitale displays of bedieningspanelen in bepaalde industriële omgevingen.
Infrarood touchscreens bestaan normaliter uit een reeks infrarode LED's langs de randen van het display die infrarood licht over het oppervlak van het scherm uitstralen. Aan de tegenovergestelde zijde zijn fotodetectoren geplaatst om eventuele onderbrekingen in het infrarode licht veroorzaakt door aanraking te detecteren. Deze infrarode stralen worden in een matrixpatroon verdeeld over het scherm in zowel de x- als y-richtingen.
Wanneer een gebruiker het scherm aanraakt, blokkeert deze enkele van de uitgezonden infrarode lichtstralen, wat betekent dat de fotodetectoren stoppen met het ontvangen van het licht wat resulteert in dat ze worden uitgeschakeld. De touchscreencontroller interpreteert deze onderbrekingen om de precieze locatie en kenmerken van de aanraakinvoer te bepalen.
Een van de belangrijkste voordelen van infrarood touchscreens is hun duurzaamheid en weerstand tegen slijtage, omdat ze geen fysieke lagen bevatten die in de loop der tijd kunnen degraderen. Bovendien bieden ze uitstekende beeldhelderheid omdat ze normaliter geen extra lagen bovenop het display hebben. Infrarood touchscreens ondersteunen ook multi-touch functionaliteit, waardoor complexe gebaren en interacties mogelijk zijn.
Infrarood touchscreens hebben echter enkele nadelen in vergelijking met andere touchscreentechnologieën.
Ten eerste kunnen ze worden beïnvloed door omgevingslicht en infraroodstoring, wat hun nauwkeurigheid bij het detecteren van aanraking kan beïnvloeden, vooral in fel verlichte omgevingen. Dit maakt ze minder geschikt voor buitenomgevingen of omgevingen waarin de lichtomstandigheden vaak veranderen, zoals maritieme toepassingen.
Daarnaast vereisen ze regelmatige kalibratie om de nauwkeurigheid te behouden, wat in bepaalde toepassingen lastig kan zijn. Een andere beperking is hun gevoeligheid voor valse aanrakingen van objecten zoals vuil, stof of regendruppels die de infrarode stralen kunnen onderbreken.
Beide factoren betekenen dat infrarood touchscreens minder geschikt zijn voor gebruik in industriële omgevingen, terwijl ze kunnen worden gebruikt voor minder kritische commerciële functies zoals touchscreens voor consumenten. Echter, in deze gevallen worden meestal capacitieve touchscreens gebruikt omdat deze kosteneffectiever zijn.
Optische beeldvorming
Deze touchscreens bestaan typisch uit infrarode LED's die rond de randen van het display zijn geplaatst en infrarode lichtstralen over het oppervlak van het scherm in een rasterpatroon uitstralen. Aan de tegenovergestelde zijde van het scherm worden infrarood CMOS-camera's of sensoren geplaatst om de reflecties van het uitgezonden licht op te vangen.
Wanneer een gebruiker het scherm aanraakt, onderbreekt hun vinger of object enkele van de infrarode stralen, wat de reflecties die worden vastgelegd door de camera's of sensoren verandert. De touchscreencontroller analyseert deze veranderingen om de precieze locatie en kenmerken van de aanraking te bepalen.
Het verschil tussen de eerder besproken infraroodtechnologie en optische beeldvormingstechnologie is dat optische beeldvormingstechnologie gebruik maakt van infraroodcamera's of sensoren, terwijl infrarood touchscreens gebruik maken van fotodetectoren.
Als gevolg hiervan bieden optische beeldvorming-touchscreens een hogere beeldhelderheid dan infrarood touchscreens, terwijl ze ook vaker multi-touch technologie ondersteunen.
Ten slotte is het belangrijk op te merken dat optische beeldvorming-touchscreens vergelijkbare nadelen hebben als infrarood touchscreens. Dit betekent dat ze minder geschikt zijn voor zware industriële toepassingen waarbij ruwe omgevingsomstandigheden kunnen worden verwacht.
Nabijveldbeeldvorming (NFI)
Nabijveldbeeldvorming touchscreens werken door een reeks sensoren rond de randen van het scherm te gebruiken, die elektrische velden over het oppervlak uitzenden.
Wanneer een geleidend object, zoals een vinger of stylus, in aanraking komt met deze elektrische velden, verstoort het ze, waardoor de sensoren de precieze locatie en intensiteit van de verstoring kunnen detecteren. Deze gegevens worden vervolgens verwerkt om de coördinaten en acties van de aanraakinvoer te bepalen.
Een van de belangrijke voordelen van NFI-touchscreens is hun vermogen om aanraking met hoge nauwkeurigheid en responsiviteit te detecteren, zelfs onder zware omgevingsomstandigheden of bij het dragen van handschoenen. Bovendien bieden ze multi-touch mogelijkheden en ondersteuning voor verschillende invoermethoden.
NFI-touchscreens kunnen echter hogere productiekosten hebben in vergelijking met capacitieve touchscreens. Ze verbruiken ook meer energie vanwege de constante uitstoot van elektrische velden, wat de levensduur van de batterij in draagbare apparaten kan beïnvloeden, maar dit is minder een probleem in commerciële of industriële toepassingen.
Bovendien kunnen NFI-touchscreens meer vatbaar zijn voor verstoringen van externe elektromagnetische velden. Om deze redenen zijn NFI-touchscreens de laatste jaren niet heel populair geworden.
