Gennem digitalisering er touchskærme blevet en vital del af vores samfund. Uanset om du er produktiv på arbejdet eller sætter farten ned derhjemme, er der en god chance for, at du interagerer med en touchskærme på den ene eller anden måde. Alligevel er det meget sandsynligt, at du ikke kender detaljerne for, hvordan disse skærme fungerer. Så hvordan fungerer touchskærme, og hvilke typer er der?
Der er flere typer touchskærme, blandt hvilke kapacitive touchskærme er de mest almindeligt anvendte kommercielt, industrielt og blandt private forbrugere. Blandt andre touchskærmsteknologier er resistiv, akustisk overfladebølge, infrarød, optisk billeddannelse og nærfeltsbilleddannelse, som alle har fordele og ulemper afhængigt af den nødvendige brug.
I denne artikel vil vi grundigt forklare forskellige typer touchskærme, deres funktioner og potentielle fordele i forskellige brugsformer.
Kapacitive
Kapacitive touchskærme har typisk kun et eller to hovedlag og bruger elektrisk kapacitans til at måle berøring. Kapacitive touchskærme, der består af et lag, bruger overfladekapacitiv berøringsteknologi, mens kapacitive touchskærme med to lag omtales som at bruge projiceret kapacitiv teknologi.
Overfladekapacitiv berøringsteknologi
En overfladekapacitiv touchskærm består af et stykke glas, der er belagt med en leder. Indiumtinoxid (ITO), en ledende metalforbindelse, bruges almindeligvis som en leder. Disse lag beskyttes derefter med et dæksel. Elektroder er placeret rundt om det ledende lag for at skabe ensartet spænding i hele dette lag.
Når en finger (eller kapacitiv stylus) rører skærmen, resulterer dette i et strømtræk, fordi den menneskelige krop er en elektrisk leder. Dette strømtræk måles fra hvert hjørne af det ledende ark, hvorefter touchskærmen kan identificere x- og y-koordinaterne for berøringen.
Overfladekapacitive touchskærme har almindeligvis en højere grad af kontrast og større holdbarhed sammenlignet med resistive touchskærme, mens de ikke er så teknisk komplekse som projektive touchskærme. I kommercielle eller industrielle omgivelser bruges de derfor ofte i (basale) industrielle kontroller eller forskellige typer kommercielle omgivelser lige fra kiosker til POS-systemer.
Projiceret kapacitiv teknologi
Projiceret kapacitiv touchskærme fungerer på samme måde, selvom deres konstruktion er lidt anderledes. Disse touchskærme består af en sensorglasoverflade i bunden, som er dækket af et lag ITO. Ovenpå ligger en isolator, som så har endnu et lag ITO afsluttet med et lag overfladeglas ovenpå.
De to ITO-lag er lagt vinkelret på hinanden, hvilket resulterer i et gittermønster med flere elektrodeskæringer. Gennem brugen af intelligent behandling og strømtræk skabt af en elektrisk leder (såsom en finger), kan systemet detektere og præcist forudsige fingerbevægelser.
Fordelene ved projiceret kapacitiv teknologi sammenlignet med kapacitiv teknologi er, at disse touchskærme kan registrere passive penne eller fingre i handsker. Ydermere er fugt- og støvopbygning ikke et problem, hvilket gør disse touchskærme velegnede til kommerciel brug i miljøer som restauranter såvel som tunge industriområder.
Resistiv
Resistive touchskærme bruges almindeligvis til kommercielle og/eller industrielle formål. Årsagen til dette er, at disse skærme kun reagerer på berøring, og deres funktionalitet reduceres ikke, når væsker eller støv rører skærmen. De kan også bruges med en stylus, eller når de bærer handsker, hvilket yderligere understreger deres kommercielle funktionalitet.
De to vigtigste lag på en resistiv touchskærm er dens stabile bundlag lavet af glas og et fleksibelt toplag lavet af polyethylen (PET) eller PEN (polyethylennaphthalat).
Derefter er disse to plader oftest belagt med ITO. Afstandspunkter er placeret oven på ITO-laget på glassiden for at forhindre, at de ved et uheld rører hinanden og registrerer en falsk berøring.
Hvor resistive touchskærme så måler en berøring, afhænger af, om de bruger en 4-leder eller 5-leder konstruktion.
4-leder
4-leder touchskærmen er den enkleste version. Den bruger to ledninger forbundet til venstre side af det nederste glaslag og to ledninger på dens højre side. Der er også to ledninger forbundet til oversiden af det øverste lag og to ledninger til undersiden af dette lag.
En elektrisk strøm påføres ITO-laget, der blev drysset på glasset. Når det øverste lag presses, rører de resistive overflader af glaslaget og PET/PEN-laget hinanden, hvilket skaber et kredsløb og fungerer som en spændingsdeler.
Ved hjælp af ledninger på toppen og bunden måles spændingen på det øverste lag for at bestemme x-aksens placering, og det samme gøres for y-aksen på det nederste lag ved hjælp af ledningerne i venstre og højre side. Afhængigt af brugen kan denne rækkefølge blive ændret.
På grund af dens omkostningseffektivitet og relativt nøjagtige måling anvendes 4-leder touchskærme oftest i mindre touchskærme, der bruges til forbrugermasseproduktion.
5-leder
En af de almindelige faldgruber ved 4-leder touchskærme er, at det øverste ITO-lag bliver slidt på grund af brug og ælde, hvilket i høj grad reducerer dets anvendelighed. Af denne grund blev 5-leder touchskærme opfundet.
Disse touchskærme måler både x-aksen og y-aksen i det nederste lag med de første fire ledninger. Det kan de gøre, fordi de bruger et særligt ledende mønster rundt om bundlagets omkreds. Den femte ledning er forbundet til det øverste lag og bruges kun til at måle spænding i det nederste lag.
På grund af denne konstruktion er 5-leder touchskærme meget mere holdbare end 4-leder touchskærme og bruges mere almindeligt til kommercielle eller tunge industrielle brugsformer.
Akustiske overfladebølger
Touchskærme med akustiske overfladebølger (SAW) er en type berøringsfølsom teknologi, der bruger ultralydsbølger til at registrere berøringsinput på overfladen af en skærm. De er kendt for deres høje klarhed, holdbarhed og nøjagtighed i at detektere berøringsbevægelser.
SAW-touchskærme fungerer ved at generere ultralydsbølger hen over skærmens overflade. Typisk er denne overflade en enkelt glasplade. Disse bølger skabes ved at sende elektriske signaler til piezoelektriske transducere placeret langs skærmens kanter. Når skærmen berøres af et blødt materiale, der er i stand til at absorbere lydbølgerne (såsom en finger), forstyrres overfladens akustiske bølger, hvilket forårsager ændringer i bølgernes amplitude og frekvens.
Disse ændringer detekteres ved at modtage transducere, der er placeret over for de transmitterende. Ved at analysere timingen og intensiteten af de modtagne signaler kan touchskærm-systemet nøjagtigt bestemme placeringen og karakteristika for berøringen.
En af de vigtigste fordele ved SAW-touchskærme er deres exceptionelle billedklarhed. I modsætning til resistive berøringsskærme, som kan være modtagelige for forringelse af billedkvaliteten på grund af de involverede lag, bevarer SAW-touchskærme den originale skærmklarhed, da de kun kræver et glaspanel.
Derudover tilbyder SAW-touchskærme høj holdbarhed og modstandsdygtighed over for ridser og urenheder, hvilket gør dem velegnede til barske miljøer, hvor hyppig brug forventes.
SAW-touchskærme har også ulemper sammenlignet med andre touchskærm-teknologier. For eksempel understøtter de muligvis ikke multi-touch-funktionalitet så effektivt som kapacitive touchskærme. Flydende stoffer kan også forårsage forstyrrelse af lydbølgerne. Begge disse faktorer begrænser deres egnethed til visse kommercielle og industrielle brugsformer, der kræver komplekse bevægelser eller interaktioner.
SAW-touchskærme har tendens til at være dyrere at fremstille end resistive eller kapacitive touchskærme på grund af de specialiserede komponenter og den præcise kalibrering, der kræves til deres drift.
Infrarød
Infrarøde touchskærme er en type berøringsfølsom teknologi, der bruger infrarøde lysstråler til at registrere berøringsinput på overfladen af en skærm. De kan bruges i forskellige interaktive brugsformer, herunder offentlige informationskiosker, digital skiltning eller kontrolpaneler i visse industrielle omgivelser.
Infrarøde touchskærme består typisk af en række infrarøde LED'er placeret langs skærmens kanter og udsender infrarødt lys hen over skærmens overflade. På den modsatte side er fotodetektorer placeret for at registrere eventuelle afbrydelser i det infrarøde lys forårsaget af berøring. Disse infrarøde stråler er lagt ud på tværs af skærmen i et matrix-mønster i både x- og y-retninger.
Når en bruger rører skærmen, blokerer de nogle af de udsendte infrarøde lysstråler, hvilket betyder, at fotodetektorerne stopper med at modtage lyset, hvilket resulterer i, at de slukker. Touchskærm-controlleren fortolker disse afbrydelser for at bestemme den præcise placering og karakteristika for berøringsinputtet.
En af de primære fordele ved infrarøde touchskærme er deres holdbarhed og modstandsdygtighed over for slid, da de ikke involverer nogen fysiske lag, der kan nedbrydes over tid. Derudover tilbyder de fremragende billedklarhed, da de typisk ikke har yderligere lag oven på skærmen. Infrarøde touchskærme understøtter også multi-touch-funktionalitet, hvilket giver mulighed for mere komplekse bevægelser og interaktioner.
Infrarøde touchskærme har også nogle ulemper sammenlignet med andre touchskærm-teknologier. For det første kan de blive påvirket af omgivende lys og infrarød interferens, hvilket kan påvirke deres nøjagtighed ved detektering af berøringsinput, især i stærkt oplyste omgivelser. Dette gør dem mindre velegnede til udendørs omgivelser eller miljøer, hvor lysforholdene ændrer sig hyppigt, såsom marinebrug.
De kræver også hyppig kalibrering for at opretholde nøjagtigheden, hvilket kan være besværligt i visse brugsformer. En anden begrænsning er deres modtagelighed for falske berøringer fra genstande som snavs, støv eller regndråber, der kan afbryde de infrarøde stråler.
Begge disse faktorer betyder, at infrarøde touchskærme er mindre egnede til brug i industrielle omgivelser, hvorimod de kan bruges til mindre kritiske kommercielle funktioner såsom forbrugervendte touchskærme. Men i disse tilfælde bruges kapacitive touchskærme oftest, fordi de er mere omkostningseffektive.
Optisk billeddannelse
Disse touchskærme består typisk af infrarøde LED'er placeret rundt om skærmens kanter, der udsender infrarøde lysstråler hen over skærmens overflade i et gittermønster. På den modsatte side af skærmen fanger infrarøde CMOS-kameraer eller sensorer refleksionerne af det udsendte lys.
Når en bruger rører ved skærmen, afbryder deres finger eller objekt nogle af de infrarøde stråler, hvilket ændrer de refleksioner, der fanges af kameraer eller sensorer. Touchskærm-controlleren analyserer disse ændringer for at bestemme den præcise placering og karakteristika for berøringsinputtet.
Forskellen mellem den tidligere diskuterede infrarøde teknologi er, at optisk billedteknologi gør brug af infrarøde kameraer eller sensorer, hvorimod infrarøde touchskærme gør brug af fotodetektorer.
Som et resultat understøtter optiske billed-touchskærme højere billedklarhed end infrarøde touchskærme, mens de også oftere understøtter multi-touch-teknologi.
Endelig er det vigtigt at bemærke, at optiske billed-touchskærme har lignende ulemper som infrarøde touchskærme. Det betyder, at de er mindre egnede til tunge industrielle brugsformer, hvor barske miljøforhold kan forventes.
Nærfeltsbilleddannelse
Nærfeltsbilleddannelse-touchskærme fungerer ved at anvende en række sensorer placeret rundt om skærmens kanter, som udsender elektriske felter hen over overfladen.
Når et ledende objekt, såsom en finger eller stylus, interagerer med disse elektriske felter, forstyrrer det dem, hvilket gør det muligt for sensorerne at registrere forstyrrelsens præcise placering og intensitet. Disse data behandles derefter for at bestemme berøringsindgangens koordinater og handlinger.
En af de væsentlige fordele ved NFI-touchskærme er deres evne til at registrere berøring med høj nøjagtighed og reaktionsevne, selv under barske miljøforhold, eller når du bærer handsker. De tilbyder også multi-touch-funktioner og understøttelse af forskellige inputmetoder.
NFI-touchskærme kan dog have højere produktionsomkostninger sammenlignet med kapacitive touchskærme. De kræver også mere strøm på grund af den konstante emission af elektriske felter, hvilket kan påvirke batterilevetiden i bærbare enheder, men er ikke så meget et problem i kommercielle eller industrielle brugsformer.
NFI-touchskærme kan være mere tilbøjelige til interferens fra eksterne elektromagnetiske felter. Af disse grunde er NFI-touchskærme ikke blevet udbredt i de senere år.
