Attraverso la digitalizzazione, i touchscreen sono diventati una parte vitale della nostra società. Che lei sia produttivo al lavoro o si stia rilassando comodamente a casa sua, c'è una buona probabilità che stia interagendo con uno schermo touchscreen in un modo o nell'altro. Tuttavia, è molto probabile che non conosca i dettagli specifici su come funzionano questi display. Allora, come funzionano i touchscreen e quali tipi esistono?
Ci sono diversi tipi di touchscreen, tra cui i touchscreen capacitivi sono i più comunemente utilizzati nelle applicazioni commerciali, industriali e consumer. Altre tecnologie touchscreen possono essere resistivi, a onde acustiche superficiali, infrarossi, imaging ottici e imaging a campo vicino, ognuna delle quali ha vantaggi e svantaggi a seconda dell’installazione necessaria.
In questo articolo, spiegheremo in dettaglio i diversi tipi di touchscreen, il loro funzionamento interno e i potenziali benefici in diversi contesti.
Capacitivi
I touchscreen capacitivi di solito hanno solo uno o due strati touch principali e utilizzano la capacitività elettrica per misurare il touch. I touchscreen capacitivi che consistono in un solo strato utilizzano la tecnologia touch capacitiva superficiale, mentre i touchscreen capacitivi con due strati sono definiti utilizzando la tecnologia capacitiva proiettata.
Tecnologia Touch Capacitiva Superficiale
Un touchscreen capacitivo superficiale è composto da un vetro rivestito con un conduttore. L'ossido di stagno e indio (ITO), un composto metallico conduttore, è comunemente utilizzato come conduttore. Questi strati sono poi protetti con una copertura. Gli elettrodi sono posizionati intorno allo strato conduttivo per creare una tensione uniforme in tutto questo strato.
Quando un dito (o uno stilo capacitivo) tocca lo schermo, provoca un flusso di corrente poiché il corpo umano è un conduttore elettrico. Questo flusso di corrente viene misurato da ogni angolo del foglio conduttivo, dopodiché il touchscreen può identificare le coordinate x e y del tocco.
I touchscreen capacitivi superficiali hanno comunemente un grado maggiore di contrasto e maggiore durata rispetto ai touchscreen resistivi, pur non essendo tecnicamente complessi come i touchscreen proiettivi. In ambienti commerciali o industriali sono quindi spesso utilizzati nel controllo industriale (di base) o in una varietà di impostazioni commerciali che vanno dai chioschi ai sistemi POS.
Tecnologia Capacitiva Proiettata
I touchscreen capacitivi proiettati funzionano in modo simile, anche se la loro costruzione è leggermente diversa. Questi touchscreen sono composti da una superficie in vetro sensore nella parte inferiore, che è coperta da uno strato di ITO. Sopra questo c'è un isolante, che ha poi un altro strato di ITO rifinito con uno strato di vetro superficiale in cima.
I due strati di ITO sono disposti perpendicolarmente l'uno all'altro, il che produce un motivo a griglia con molteplici intersezioni degli elettrodi. Attraverso l'uso di un elaborato processamento e il flusso di corrente creato da un conduttore elettrico (come un dito), il sistema può rilevare e predire con precisione il movimento del dito.
I vantaggi della tecnologia capacitiva proiettata rispetto alla tecnologia capacitiva sono che questi touchscreen sono in grado di rilevare stilo passivi o dita attraverso guanti. Inoltre, l'accumulo di umidità e polvere non è un problema, il che rende questi touchscreen adatti per un uso commerciale in ambienti come ristoranti e industriali.
Resistivo
I touchscreen resistivi sono comunemente utilizzati per scopi commerciali e/o industriali. Il motivo di ciò è che questi schermi reagiscono solo al tocco preintenzionale e la loro funzionalità non è ridotta quando liquidi o polvere toccano lo schermo. Possono anche essere utilizzati con uno stilo o indossando guanti, il che sottolinea ulteriormente la loro funzionalità commerciale.
I due strati più importanti di un touchscreen resistivo sono il suo stabile strato inferiore in vetro e uno strato superiore flessibile in polietilene (PET) o PEN (ftalato di polietilene).
Successivamente, queste due pellicole sono spesso rivestite con ITO. Punti spaziatori sono posizionati sopra lo strato di ITO del lato in vetro per evitare che si tocchino accidentalmente e registrino un tocco falso.
Se i touchscreen resistivi misurino quindi un tocco dipende se utilizzano una costruzione a 4 fili o 5 fili.
4-Fili
Il touchscreen a 4 fili è la versione più semplice. Utilizza due fili collegati al lato sinistro dello strato inferiore di vetro e due fili sul suo lato destro. Ci sono anche due fili collegati al lato superiore dello strato superiore e due fili al lato inferiore di questo strato.
La corrente elettrica viene applicata allo strato di ITO che è stato sparso sul vetro. Quando lo strato superiore viene premuto, le superfici resistive dello strato di vetro e dello strato PET/PEN si toccano, creando un circuito e agendo come un divisore di tensione.
Utilizzando i fili sopra e sotto, la tensione viene quindi misurata sullo strato superiore per determinare la posizione sull'asse x, e lo stesso viene fatto per l'asse y sullo strato inferiore utilizzando i fili sul lato sinistro e destro. A seconda dell'applicazione, questo ordine può essere invertito.
A causa della sua economicità e della misurazione relativamente accurata, i touchscreen a 4 fili vengono utilizzati più spesso nei touchscreen di piccole dimensioni e per la vendita di massa.
5-Fili
Uno dei problemi comuni dei touchscreen a 4 fili è che lo strato superiore di ITO si consuma a causa dell'usura, riducendo notevolmente la sua usabilità. Per questo motivo, sono stati inventati i touchscreen a 5 fili.
Questi touchscreen misurano sia l'asse x che l'asse y sullo strato inferiore, incorporando i primi quattro fili. Possono farlo perché utilizzano un particolare motivo conduttivo intorno al perimetro dello strato inferiore. Il quinto filo è collegato allo strato superiore e viene utilizzato solo per misurare la tensione nello strato inferiore.
Grazie a questa tecnologia, i touchscreen a 5 fili sono molto più durevoli dei touchscreen a 4 fili e vengono utilizzati più comunemente per progetti commerciali o industriali.
Onde Acustiche Superficiali (SAW)
I touchscreen a onde acustiche superficiali (SAW) sono un tipo di tecnologia touch-sensitive che utilizza onde ultrasoniche per rilevare l'input touchscreen sulla superficie di un display. Sono noti per la loro alta chiarezza, durabilità e precisione nel rilevare i gesti touchscreen.
I touchscreen SAW funzionano generando onde ultrasoniche sulla superficie del display. Tipicamente questa superficie è costituita da un singolo foglio di vetro. Queste onde vengono create trasmettendo segnali elettrici a trasduttori piezoelettrici posizionati lungo i bordi dello schermo. Quando lo schermo viene toccato da un materiale morbido in grado di assorbire le onde sonore (come un dito), le onde acustiche superficiali vengono disturbate, causando cambiamenti nell'ampiezza e nella frequenza delle onde.
Queste alterazioni sono rilevate dai trasduttori riceventi posizionati di fronte a quelli trasmittenti. Analizzando il tempo e l'intensità dei segnali ricevuti, il sistema touchscreen può determinare con precisione la posizione e le caratteristiche del tocco.
Uno dei principali vantaggi dei touchscreen SAW è la loro eccezionale chiarezza dell'immagine. A differenza dei touchscreen resistivi, che possono essere suscettibili di degrado della qualità dell'immagine a causa degli strati coinvolti, i touchscreen SAW mantengono la chiarezza originale del display poiché richiedono solo un pannello di vetro.
Inoltre, i touchscreen SAW offrono una resistenza elevata ai graffi e ai contaminanti, rendendoli adatti per ambienti difficili in cui è previsto un uso frequente.
I touchscreen SAW hanno anche svantaggi rispetto ad altre tecnologie touchscreen. Ad esempio, potrebbero non supportare la funzionalità multi-touch in modo efficace come i touchscreen capacitivi. Inoltre, le sostanze liquide possono causare disturbo delle onde sonore. Entrambi questi fattori limitano la loro idoneità per determinate applicazioni commerciali e industriali che richiedono gesti o interazioni complesse.
I touchscreen SAW tendono ad essere più costosi da produrre rispetto ai touchscreen resistivi o capacitivi a causa dei componenti specializzati e della calibrazione precisa richiesta per il loro funzionamento.
Infrarosso
I touchscreen infrarossi sono un tipo di tecnologia sensibile al tocco che utilizza fasci di luce infrarossa per rilevare gli input touchscreen sulla superficie di un display. Possono essere impiegati in varie applicazioni interattive, tra cui chioschi di informazioni pubbliche, segnaletica digitale o pannelli di controllo in determinati contesti industriali.
I touchscreen infrarossi consistono tipicamente in un'array di LED infrarossi posizionati lungo i bordi del display che emettono luce infrarossa sulla superficie dello schermo. Sul lato opposto, vengono posizionati dei fotodiodi per rilevare eventuali interruzioni nella luce infrarossa causate dal tocco. Questi raggi infrarossi sono disposti sulla superficie dello schermo in un modello a matrice sia nelle direzioni x che y.
Quando un utente tocca lo schermo, blocca alcuni dei raggi infrarossi emessi, il che significa che i fotodiodi smettono di ricevere la luce e si spengono. Il controller del touchscreen interpreta queste interruzioni per determinare la posizione precisa e le caratteristiche dell'input touchscreen.
Uno dei principali vantaggi dei touchscreen infrarossi è la loro durata nel tempo e la resistenza all'usura poiché non coinvolgono strati fisici che possono degradarsi nel tempo. Inoltre, offrono un'eccellente chiarezza dell'immagine poiché tipicamente non hanno strati aggiuntivi sopra il display. I touchscreen infrarossi supportano anche la funzionalità multi-touch, consentendo gesti e interazioni più complessi.
I touchscreen infrarossi presentano anche alcuni svantaggi rispetto ad altre tecnologie touchscreen. Innanzitutto, possono essere influenzati dalla luce ambiente e dall'interferenza infrarossa, il che potrebbe influire sulla loro precisione nel rilevare gli input touchscreen, specialmente in ambienti molto illuminati. Ciò li rende meno adatti per impostazioni esterne o ambienti in cui le condizioni luminose cambiano frequentemente, come le applicazioni marine.
Richiedono inoltre una calibrazione frequente per mantenere l'accuratezza, il che può essere complicato in alcune applicazioni. Un'altra limitazione è la loro suscettibilità a tocchi da parte di oggetti come sporco, polvere o gocce di pioggia che possono interrompere i raggi infrarossi. Entrambi questi fattori significa che i touchscreen infrarossi sono meno adatti per l'uso in ambienti industriali, mentre possono essere utilizzati per funzioni commerciali meno critiche come i touchscreen rivolti al consumatore. Tuttavia, in questi casi, i touchscreen capacitivi sono più spesso utilizzati perché apportano consumi più convenienti.
Imaging Ottico
Questi touchscreen sono tipicamente composti da LED infrarossi posizionati intorno ai bordi del display, che emettono raggi di luce infrarossa sulla superficie dello schermo seguendo un modello a griglia. Sul lato opposto dello schermo, telecamere o sensori CMOS infrarossi catturano i riflessi della luce emessa.
Quando un utente tocca lo schermo, il suo dito o oggetto interrompe alcuni dei raggi infrarossi, alterando i riflessi catturati dalle telecamere o sensori. Il controller del touchscreen analizza questi cambiamenti per determinare la posizione precisa e le caratteristiche dell'input touchscreen.
La differenza rispetto alla tecnologia infrarossa discussa in precedenza è che la tecnologia di imaging ottico utilizza telecamere o sensori infrarossi, mentre i touchscreen infrarossi utilizzano fotodiodi.
Di conseguenza, i touchscreen a imaging ottico supportano una maggiore chiarezza dell'immagine rispetto ai touchscreen infrarossi e più spesso supportano la tecnologia multi-touch.
Infine, è importante notare che i touchscreen a imaging ottico hanno svantaggi simili ai touchscreen infrarossi. Ciò significa che sono meno adatti per applicazioni industriali dove ci si può aspettare condizioni ambientali avverse.
Imaging a Campo Vicino (NFI)
I touchscreen Near Field Imaging (NFI) funzionano utilizzando un array di sensori posizionati intorno ai bordi dello schermo, che emettono campi elettrici sulla superficie.
Quando un oggetto conduttivo, come un dito o uno stilo, interagisce con questi campi elettrici, li disturba, consentendo ai sensori di rilevare la posizione precisa e l'intensità del disturbo. Questi dati vengono quindi elaborati per determinare le coordinate e le azioni dell'input touchscreen.
Uno dei significativi vantaggi dei touchscreen NFI è la loro capacità di rilevare il tocco con alta precisione e reattività, anche in condizioni ambientali avverse o quando si indossano guanti. Inoltre, offrono funzionalità multi-touch e supporto per vari metodi di input.
Tuttavia, i touchscreen NFI possono avere costi di produzione più elevati rispetto ai touchscreen capacitivi. Richiedono anche più energia a causa dell'emissione costante dei campi elettrici, il che potrebbe influenzare la durata della batteria nei dispositivi portatili ma non è un problema significativo nelle applicazioni commerciali o industriali.
I touchscreen NFI possono essere più soggetti a interferenze da campi elettromagnetici esterni. Per questi motivi, i touchscreen NFI non sono stati più comunemente adottati negli ultimi anni.
