Aufbau und Funktion eines Touchscreen-Displays

Touchscreens erobern den Technik-Markt

Seit Smartphones, Navigationsgeräte und Tablets den technischen Alltag erobert haben, werden auch Touchscreens immer häufiger eingesetzt. Dabei sind diese berührungsempfindlichen Bildschirme keineswegs eine Erfindung des 21. Jahrhunderts. Bereits 1971 entwickelte Dr. Sam Hurst, der Gründer von Elo TouchSystems, den sogenannten Elographen, den Vorläufer der heutigen Touchscreens.

Touchscreens sind Eingabe- und Ausgabegeräte in einem. Dabei ersetzen die Finger oder ein spezieller Eingabestift, der oft als Stylus bezeichnet wird, die Maus und die Tastatur. Ein einfaches Antippen entspricht dem Mausklick, Ziehen oder Wischen entsprechen Drag & Drop. Die Bewegung mit zwei oder mehr Fingern wird als Multi-Touch bezeichnet und häufig zum Zoomen eingesetzt. Diese leichte und intuitive Bedienung ist ein Vorteil der Touchscreens. Für den Benutzer sieht es so aus, als würde er den Rechner mit seinen Bewegungen steuern. Doch auf der berührungsempfindlichen Oberfläche werden mit Hilfe verschiedener Techniken, auf die im Folgenden näher eingegangen wird, die Berührungspunkte ermittelt. Ein Kontroller, der ebenfalls Bestandteil eines Touchscreens ist, leitet diese Signale an das Betriebssystem weiter. Der in das System integrierte Treiber interpretiert diese Signale und setzt zum Beispiel das einmalige Antippen mit einem Mausklick auf dem Bildschirm, der hinter dem Touch-Display liegt, gleich.

Resistive Touchscreens

Die resistive Technik ist ein Verfahren, das auf Druck beruht. Dabei liegen sich eine flexible, druckempfindliche Schicht und eine stabile Schicht gegenüber. Auf den innen liegenden Seiten werden beide Oberflächen mit Indiumzinnoxid, einem leitfähigen Material, beschichtet. Auf beide Seiten wird nun eine geringe Gleichspannung gelegt. Kleine Abstandhalter, sogenannte Spacer-Dots, verhindern, dass sich die unter Strom stehenden Schichten zufällig berühren. Wird hingegen Druck ausgeübt, entsteht ein Kontakt zwischen den leitenden Schichten und als Folge ein elektrischer Widerstand, der auf das Spannungsverhältnis einwirkt. Mit Hilfe zweier Messungen werden die Koordinaten des Berührungspunktes errechnet und vom Kontroller weiterverarbeitet. Je nach Art der Anschlüsse der leitenden Schichten unterscheidet man verschiedene Verfahren, die als Four Wire, Five Wire, Six Wire, Seven Wire und Eight Wire bezeichnet werden.

Resistive Touchscreens kamen schon vor einiger Zeit bei den PDAs zum Einsatz. Ein weiteres bekanntes Beispiel ist Nintendos Spielekonsole 3DS. Auch viele Smartphones, wie das Nokia N97, und viele Navigationsgeräte verfügen über einen resistiven Touchscreen.

Kapazitive Touchscreens

Kapazitive Touchscreens werden ebenfalls sehr häufig verwendet. Sie bestehen aus einem durchsichtigen Glassubstrat, das mit einem leitfähigen Metalloxid beschichtet wurde. Die Ecken des Displays sind mit Elektroden versehen, die mit Hilfe von Wechselspannung ein elektrisches Feld erzeugen. Tippt man mit dem Finger auf das Display, geht ein Teil der Ladung auf die Haut über, eine Störung im elektrischen Feld wird ausgelöst. Die entstehenden Ströme werden an den Ecken gemessen, der Berührungspunkt wird errechnet und vom Kontroller weiterverarbeitet. Dieses Prinzip setzt voraus, dass das Display mit bloßen Fingern berührt wird, weil nur die Haut einen kleinen Teil der Ladung aufnehmen kann. Gewöhnliche Handschuhe oder Stifte funktionieren deshalb nicht.

Apple setzt kapazitive Touchscreens beim iPhone, iPod Touch und dem iPad ein. Auch Motorola, HTC, LG, Nokia und andere Hersteller verwenden diese Technik bei Smartphones. Tablets, zum Beispiel das Galaxy von Samsung, werden immer häufiger mit kapazitiven Touchscreens ausgestattet. Auch der eBook-Reader Kindle Fire ist mit einem kapazitiven Multi-Touchscreen versehen.

Weitere technische Verfahren im Überblick

Induktive Touchscreens arbeiten elektromagnetisch. Sie können nur mit einem speziellen Stift, der ebenfalls eine Spule enthält, bedient werden. Vor allem Grafiktabletts nutzen diese Technik. Optische Touch-Systeme bestehen aus Leuchtdioden und Fotodetektoren, die eine Infrarotmatrix bilden. Bei einer Berührung wird der Lichtstrahl unterbrochen. Nach diesem Prinzip sind viele Messgeräte und Bankterminals aufgebaut. Auch Amazons Kindle Touch ist mit einem optischen Touchscreen ausgestattet. Weiterhin gibt es akustische Systeme, die mit Ultraschall, und Biegewellensysteme, die mit der Messung von Vibrationen arbeiten. Diese Techniken sind jedoch im Alltag nur von geringer Bedeutung.