Touchscreen-Technologien erklärt: PCAP-, resistive und SAW-Touch im Vergleich
Jeder hat sie – die Touchscreen-Technologie. In der heutigen Zeit sind Touchscreens allgegenwärtig, sei es in Form von Smartphones oder Tablets. Doch die Welt der Touchscreen-Technologie ist weitaus vielfältiger. Gerade in anspruchsvollen Umgebungen müssen Displays zusätzliche Eigenschaften aufweisen, um den unterschiedlichen Einsatzszenarien gerecht zu werden. Neben Funktionalität und schneller Reaktionsfähigkeit sind hier Robustheit und erweiterte Bedienbarkeit entscheidend.
In diesem Blogbeitrag konzentrieren wir uns auf den Aufbau, die Funktionsweise sowie die Vor- und Nachteile verschiedener Touchscreen-Technologien in anspruchsvollen Umgebungen. Im Mittelpunkt stehen dabei der PCAP-Touch, der resistive Touch und der Surface Acoustic Wave Touch.
Die verschiedenen Touchtechnologien im Detail
PCAP Touch: Der Alleskönner
Ausgeschrieben steht PCAP für „Projective Capacitive Touch“, was so viel bedeutet wie „projizierter kapazitiver Touch“. Die meisten kennen diese Technologie besser unter dem Begriff Smartphone-Touchscreen. Aber wie funktioniert der PCAP-Touch?
Der Aufbau besteht aus mehreren Schichten. Die Hauptschicht wird auch Touch Sensor, Cover Lens oder Cover Glass genannt. Sie besteht aus Glas oder Folie und ist direkt mit dem Touch-Controller verbunden. Durch die Berührung mit dem Finger oder einem leitfähigen Eingabestift ändert sich die elektrische Kapazität auf der Bedienoberfläche. Hinter der Glasscheibe befindet sich ein transparenter Sensor, der diese Veränderung wahrnimmt. Diese Information wird vom integrierten Controller gemessen und registriert, woraufhin die Veränderungen in zweidimensionale Positionsdaten (X,Y) umgewandelt werden. Dieses Verfahren ermöglicht somit eine taktile Positionsbestimmung. Darüber hinaus ist der Sensor in der Lage, mehrere Berührungspunkte gleichzeitig zu erfassen, was als Multi-Touch-Effekt bezeichnet wird. Mit dieser Technologie ist es beispielsweise möglich, in Fotos hinein- und herauszoomen.
Im Alltag wird diese Technologie bei Smartphones, Tablets etc. eingesetzt. Auch im industriellen Kontext findet man den PCAP-Touch, z.B. in der Industrieautomation, in der Lebensmittelindustrie oder im medizinischen Bereich.
Resistiver Touch: Der Drucksensitive
Ob mit dem Finger, einem Eingabestift oder einem Handschuh, der resistive Touch reagiert auf Druck und nicht auf Berührung wie kapazitive Touchscreens.
Der resistive Touchscreen besteht aus zwei leitfähigen Schichten, die durch den Berührungsdruck miteinander verbunden werden. Die untere Schicht besteht in der Regel aus Glas. Diese Schicht wird unter Spannung gesetzt, um über den elektrischen Widerstand die genaue Position des Druckpunktes zu ermitteln. Die daraus resultierende Information wird an das Betriebssystem weitergeleitet und ausgeführt.
Diese Technologie wird in industriellen Panel-PCs zur Steuerung von Maschinen, Informationsterminals oder im Automobilbereich eingesetzt. Allerdings ist zu beobachten, dass resistive Touchscreens zunehmend Marktanteile verlieren. Dies ist vor allem auf die Weiterentwicklung des kapazitiven Touchs hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit zurückzuführen.
4W und 5W bei resistiven Touch
Bei den resistiven Touchscreens wird weiter zwischen 4W und 5W unterschieden. 4W sind 4-Draht resistive Touchscreens. Jede der beiden Schichten hat an zwei gegenüberliegenden Rändern eine aufgedruckte Leiterbahn. Bei einer der beiden Schichten befinden sich die Leiterbahnen oben und unten, bei der zweiten Schicht am linken und rechten Rand. Das eingebaute Steuergerät legt an eine der Schichten eine Gleichspannung an. Dabei wird der Pluspol auf die eine und der Minuspol auf die andere Leiterbahn gelegt. Die Höhe des resultierenden Spannungsflusses hängt davon ab, wie nahe an der positiven oder negativen Sammelschiene abgelesen wird. Bei Berührung kommt die Spannungsschicht mit der Spannungssonde (Gegenschicht) in Kontakt. Das Steuergerät misst dann die Spannung am Berührungspunkt und kann anhand dieser Daten den Berührungspunkt (entweder X oder Y) in der Ebene finden. Um die zweite Ebene (Schicht) zu erhalten, schaltet das Steuergerät die Funktionen um (X statt Y oder umgekehrt). Diese Umschaltung erfolgt mehr als 100 Mal pro Sekunde, um eine schnelle Reaktionszeit ohne Verzögerung zu gewährleisten.
Bei 5-Draht Touchscreens befindet sich die Leiterbahn nur auf der unteren Schicht zur Spannungsmessung und nicht wie bei der 4-Draht Technologie auf beiden Schichten. Die obere Schicht dient lediglich als Spannungssonde, die nur zur Spannungsmessung der unteren Schicht verwendet wird. Wie beim 4-Draht misst der Controller die Spannung auf einer Schicht und überträgt sie auf die andere Schicht. Bei der 5-Draht-Sonde wird die Spannung nur auf die untere Ebene übertragen. Diese verfügt über ein spezielles Leitermuster, das die Schaltfunktion in einer Ebene ermöglicht.
WEROCK setzt bei allen Produkten ausschließlich 5W-Touchscreens ein, da durch die einlagige untere Leitschicht Mikrobeschädigungen der oberen Schicht die Leistung und Genauigkeit nicht beeinträchtigen können.
Surface Acoustic Wave Touch: Der Sensible
Der Surface Acoustic Wave Touch, kurz SAW-Touch, wird nicht wie resistive Touchscreens durch Druck, sondern wie kapazitive Touchscreens durch Berührung ausgelöst. Im Gegensatz zum PCAP-Touch ist der SAW-Touch wesentlich empfindlicher und kann sowohl mit dem Finger als auch mit einem weichen Stift bedient werden. Er basiert auf der Technologie der Ultraschallwellen-Touch-Erkennung und dem Wunsch nach nahezu vollständiger Lichtdurchlässigkeit.
Bestehend aus einer Glasscheibe mit zwei Sende- und zwei Empfangswandlern sowie Schallwellenreflektoren am Rand, erkennt der Acoustic Wave Touch Berührungen ohne merkliche Verzögerung. Dazu erzeugen die Sendewandler Ultraschallwellen, die sich über die gesamte Oberfläche der Platte ausbreiten. Bei Berührung der Touchoberfläche mit dem Finger oder einem weichen Stift wird ein Teil der Welle absorbiert. Die daraus resultierende Veränderung der Ultraschallwelle erfasst die exakte Position und sendet die Information zur Verarbeitung an den Controller. Durch ein Ionenaustauschverfahren kann auch die Glasdicke erhöht oder bis zu drei Glasschichten verwendet werden.
Diese eher exotische Technologie findet ihre Anwendung in öffentlichen Informationskiosken auf Flughäfen, Bahnhöfen oder in Museen. Weitere Einsatzszenarien sind Terminals in Kreditinstituten oder Fahrkartenautomaten im Innenbereich.Vor- und Nachteile der Touchtechnologien
Durch den unterschiedlichen Aufbau der Touchscreen-Technologien unterscheiden sich auch die Einsatzmöglichkeiten. In den folgenden Abschnitten werden die Vor- und Nachteile jeder vorgestellten Technologie erläutert.
Pro und Contra jedes Touchscreens
Vorteile und Nachteile des PCAP-Touch
Der PCAP-Touch bietet eine Reihe von Vorteilen. Ein wesentliches Merkmal ist die durch den transparenten Sensor mögliche Multi-Touch-Bedienung. Dabei kann ein Bildschirm mit bis zu zehn Fingern gleichzeitig bedient werden. Leider ist die Bedienung mit Handschuhen nicht möglich. Lediglich die bloßen Finger oder sehr dünne, leitfähige Handschuhe sind in der Lage, den Projective Capacitive Touch zu bedienen. Dafür punktet der Touchscreen mit einer sehr langen Lebensdauer, da die Bedienoberfläche auch nach Kratzern oder Stößen noch funktioniert. Zudem ist der Touchscreen wasserfest, leichter zu reinigen und resistenter gegen Chemikalien und Schmutz als andere Touchtechnologien. Diese Vorteile schlagen sich auch im Preis nieder, denn PCAP-Touch ist teurer als andere Technologien.
Der Projective Capacitive Touch ist ideal für den Außeneinsatz geeignet. Durch seine sehr hohe Transparenz, Sichtbarkeit und Robustheit trotzt der Touchscreen jeder rauen Umgebung. Multitouch ermöglicht eine einfache Bedienung und erweiterte Funktionen.
Vorteile und Nachteile des resistiven Touch
Im Vergleich zum kapazitiven Touch ist die Bedienung des resistiven Touchscreens nur durch einmaliges Berühren möglich. Dafür punktet die Drucktechnologie bei der Bedienung. Es wird keine Leitfähigkeit benötigt und ermöglicht somit die Bedienung auch mit dicken Handschuhen oder nichtleitenden Eingabestiften. Ein Nachteil dieser Technologie ist der hohe Verschleißanteil und der immer geringer werdende Marktanteil. Dies ist auf Verbesserungen der PCAP-Touchscreens im Bereich der Resistivität zurückzuführen. Die resistive Oberfläche ist aufgrund der sehr dünnen Deckschicht meist empfindlich. Kapazitive Touchscreens haben den Vorteil, dass kratzfeste und dicke Glasscheiben verwendet werden können, was die Langlebigkeit deutlich verbessert. Dennoch ist der resistive Touch vielseitig einsetzbar und bietet durch die geringen Herstellungskosten einen attraktiven Vorteil gegenüber anderen Technologien.
Nach dem Motto „old but still gold“ punktet die resistive Technologie nach wie vor in allen Arbeitsszenarien, in denen Handschuhe oder ähnliches zum Einsatz kommen.
Vorteile und Nachteile des SAW-Touch
Der Surface Acoustic Wave Touch, die dritte vorgestellte Touchscreen-Technologie, wurde für maximale Lichtdurchlässigkeit und detaillierte Grafiken entwickelt. Es ist festzustellen, dass diese Technologie kaum noch große Marktanteile besitzt und durch das Aufkommen und die Verbesserungen des PCAP-Touch zunehmend verdrängt wurde. Die Tendenz des SAW-Touches ist weiter rückläufig. Für den weiteren Einsatz dieser Technologie spricht lediglich die Tatsache, dass der Wave-Touch weniger anfällig für Manipulationen ist. Viele andere Punkte sprechen dagegen. Zum einen ist in der Regel nur Single- und kein Multitouch möglich und in der mittleren bis hohen Preisklasse angesiedelt. Zum anderen können Schmutz, Staub, Wassertropfen und andere Einflüsse die Bedienoberfläche beeinträchtigen.
Für robuste Anwendungen, insbesondere im Außenbereich, sind sie aufgrund verschiedener Eigenschaften (Beeinträchtigung durch Umwelteinflüsse, Single-Touch etc.) nicht zu empfehlen.
Verbesserte Robustheit und Farben mit Optical Bonding
Optical Bonding verbessert die optischen und mechanischen Eigenschaften jedes Touchscreens. Optical Bonding beschreibt eine spezielle Klebetechnik, bei der ein Klebstoff (OCR = flüssiger, transparenter Klebstoff oder OCA = fester, transparenter Klebstoff) verwendet wird, um den Touchscreen mit dem LCD zu verbinden. Dabei soll kein Luftspalt zwischen den beiden Schichten entstehen.
Vorteile dieser Technik sind eine verbesserte Touch-Performance, reduzierte Reflexionen und eine verbesserte Lesbarkeit auch bei starker Sonneneinstrahlung. Zudem wird das Display durch die Versiegelung der Schichten gegen Staub- und Schmutzpartikel abgedichtet. Dadurch kann eine erhöhte Langlebigkeit und Robustheit gewährleistet werden.
WEROCK bietet für alle Rocksmart Panel PCs die Möglichkeit des Optical Bonding an, um alle Displays optimal in rauen Umgebungen einsetzen zu können. Bei unseren Scoria Handhelds ist dies bereits enthalten.
Fazit: Die richtige Wahl für jede Anwendung
Es ist wichtig zu wissen, für welches Anwendungsszenario ich eine Lösung brauche. In Einkaufszentren sind neue interaktive digitale Beschilderungen gefragt. Diese sollen einfach zu bedienen sein, eine hohe Leuchtkraft besitzen und die Lebensdauer erhöhen. Sowohl resistive als auch kapazitive Touchscreens kommen als Lösung in Frage. Menschen, die in der Baubranche tätig sind, arbeiten oft in rauen Umgebungen mit unterschiedlichen Umwelteinflüssen wie Lichtverhältnissen oder Wetterumschwüngen. Hier sind robuste, langlebige Outdoor-Displays gefragt, die auch mit Handschuhen bedient werden können. Für dieses Einsatzszenario sind eher resistive Touchscreens gefragt. Bei medizinischem Personal und der Bedienung mit dünnen Handschuhen und bloßen Fingern wird der kapazitive Touchscreen wieder attraktiv. Dies sind nur einige Szenarien, bei denen jeweils die Problemstellung, die Umgebungskriterien und die Möglichkeiten zu berücksichtigen sind.
Egal für welche Anwendung Sie ein Display benötigen, wir beraten Sie gerne und finden gemeinsam die optimale Lösung. Klicken Sie HIER und treten noch heute mit uns in Kontakt!
