Komponentenklassifizierung des kapazitiven Touchscreens

Es gibt zwei Arten kapazitiver Touchscreens: Oberflächenkapazitive Touchscreens und Projektionskapazitive Touchscreens.
Oberflächenkapazitiver Touchscreen:
Der am häufigsten verwendete Typ ist der oberflächenkapazitive Touchscreen. Er verfügt über ein einfaches Funktionsprinzip, ist günstig und hat einen einfach aufgebauten Schaltkreis. Multi-Touch lässt sich damit allerdings nur schwer realisieren.
Projektionskapazitiver Touchscreen:
Der projizierte kapazitive Touchscreen verfügt über die Funktion der Mehrfingerberührung. Beide Arten von kapazitiven Touchscreens haben Vorteile wie hohe Durchlässigkeit, schnelle Reaktionsgeschwindigkeit und lange Lebensdauer. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass sich der Kapazitätswert mit der Temperatur und Luftfeuchtigkeit ändert, was zu schlechter Stabilität und häufigem Drift führt. Es ist notwendig, den Bildschirm häufig zu kalibrieren und für die Berührungspositionierung keine normalen Handschuhe zu tragen.
Projektionskapazitive Bildschirme können in zwei Typen unterteilt werden: selbstkapazitive Bildschirme und gegenseitig kapazitive Bildschirme. Der häufigere gegenseitig kapazitive Bildschirm ist ein Beispiel, das aus einer Antriebselektrode und einer Empfangselektrode besteht. Die Antriebselektrode sendet ein Niederspannungs-Hochfrequenzsignal aus und projiziert es auf die Empfangselektrode, um einen stabilen Strom zu bilden. Wenn der menschliche Körper mit dem kapazitiven Bildschirm in Kontakt kommt, bilden der Finger und der kapazitive Bildschirm aufgrund der Erdung des menschlichen Körpers eine äquivalente Kapazität, und das Hochfrequenzsignal kann durch diese äquivalente Kapazität in die Erdungsleitung fließen. Auf diese Weise verringert sich die vom Empfangsende empfangene Ladungsmenge. Wenn sich der Finger dem Sendeende nähert, verringert sich die Ladung noch deutlicher. Schließlich wird der berührte Punkt anhand der vom Empfangsende empfangenen Stromstärke bestimmt.
Auf der Glasoberfläche wird ITO verwendet, um horizontale und vertikale Elektrodenanordnungen zu erzeugen, die jeweils Kondensatoren mit der Erde bilden. Dieser Kondensator wird allgemein als Eigenkapazität bezeichnet, also die Kapazität zwischen den Elektroden und der Erde. Wenn der Finger den kapazitiven Bildschirm berührt, wird die Kapazität des Fingers der Kapazität des Bildschirmkörpers überlagert, wodurch die Kapazität des Bildschirmkörpers erhöht wird.
Bei der Berührungserkennung erkennt der selbstkapazitive Bildschirm nacheinander die horizontalen und vertikalen Elektrodenanordnungen, bestimmt die horizontalen und vertikalen Koordinaten basierend auf den Kapazitätsänderungen vor und nach der Berührung und kombiniert sie dann zu einer planaren Berührungskoordinate. Die Scanmethode der Selbstkapazität entspricht der separaten Projektion der Berührungspunkte auf dem Touchscreen in X- und Y-Achsenrichtung, der anschließenden Berechnung der Koordinaten in X- und Y-Achsenrichtung und der abschließenden Kombination zu den Koordinaten der Berührungspunkte.
Bei einer einzelnen Berührung sind die Projektionen in X- und Y-Richtung eindeutig, und auch die kombinierten Koordinaten sind eindeutig. Wenn es zwei Berührungen auf dem Touchscreen gibt und diese beiden Punkte nicht in derselben X- oder Y-Richtung liegen, dann gibt es zwei Projektionen in X- und Y-Richtung, und vier Koordinaten werden kombiniert. Offensichtlich sind nur zwei Koordinaten real, und die anderen beiden werden allgemein als „Geisterpunkte“ bezeichnet. Daher können selbstkapazitive Bildschirme keine echte Multi-Touch-Funktion erreichen.
Der gegenseitige Kapazitätsbildschirm besteht ebenfalls aus ITO auf der Glasoberfläche, um horizontale und vertikale Elektroden zu bilden. Der Unterschied zwischen diesem und dem selbstkapazitiven Bildschirm besteht darin, dass die Schnittpunkte der beiden Elektrodensätze einen Kondensator bilden, d. h. diese beiden Elektrodensätze bilden jeweils die beiden Pole des Kondensators. Wenn ein Finger den kapazitiven Bildschirm berührt, beeinflusst dies die Kopplung zwischen den beiden Elektroden in der Nähe des Berührungspunkts und ändert dadurch die Kapazität zwischen diesen beiden Elektroden. Beim Erkennen der gegenseitigen Kapazität senden die horizontalen Elektroden nacheinander Anregungssignale aus und alle vertikalen Elektroden empfangen gleichzeitig Signale. Dadurch können die Kapazitätswerte an den Schnittpunkten aller horizontalen und vertikalen Elektroden ermittelt werden, d. h. die Kapazitätsgröße der gesamten zweidimensionalen Ebene des Touchscreens. Basierend auf den zweidimensionalen Kapazitätsänderungsdaten des Touchscreens können die Koordinaten jedes Berührungspunkts berechnet werden. Daher können die wahren Koordinaten jedes Berührungspunkts berechnet werden, auch wenn sich auf dem Bildschirm mehrere Berührungspunkte befinden.
Der Vorteil des gegenseitigen Kapazitätsschirms besteht darin, dass er weniger Verkabelung erfordert und gleichzeitig die Unterschiede zwischen mehreren Kontakten erkennen und unterscheiden kann. Der selbstkapazitive Schirm kann auch mehrere Kontakte erfassen, aber aufgrund des unscharfen Signals selbst können sie nicht unterschieden werden. Darüber hinaus hat das Induktionsschema des gegenseitigen Kapazitätsschirms die Vorteile hoher Geschwindigkeit und geringen Stromverbrauchs, da er gleichzeitig alle Knoten auf einer Antriebsleitung messen und so die Anzahl der Erfassungszyklen um 50 % reduzieren kann. Diese Doppelelektrodenstruktur hat die Funktion der Selbstabschirmung von externem Rauschen und kann die Signalstabilität bei einem bestimmten Leistungspegel verbessern.
In jedem Fall wird die Berührungsposition bestimmt, indem die Verteilung der Signaländerungen zwischen den X- und Y-Elektroden gemessen und diese geänderten Signalpegel dann mithilfe mathematischer Algorithmen verarbeitet werden, um die XY-Koordinaten des Berührungspunkts zu bestimmen.