Kleine und mittelgroße LCD-Touchlösungen

Ein resistiver LCD-Touchscreen ist ein Anzeigegerät, das Drucksensoren zur Berührungssteuerung nutzt. Seine Kernstruktur besteht aus zwei Schichten leitfähiger ITO-Folie und Abstandshaltern. Bei einer Kraft von 10–50 Gramm berühren sich die obere und untere leitfähige Schicht und bilden einen Spannungsteiler. Der Controller berechnet die Berührungskoordinaten durch Analog-Digital-Wandlung. Er kann mit jedem Objekt bedient werden und ist an raue Umgebungen wie Staub und Öl anpassbar. Er wird häufig in kostensensitiven oder komplexen Umgebungen eingesetzt, beispielsweise in industriellen Fernbedienungen und Bedienterminals für Werkzeugmaschinen.

Verschiedene LCD-Touch-Technologien basieren auf ihren eigenen Prinzipien und technischen Merkmalen. Die resistive Touch-Technologie, eine seit langem bewährte Lösung, verfügt über eine Kernstruktur aus einer leitfähigen ITO-Folie (Indiumzinnoxid), einem PET-Substrat und Isolationspunkten. Bei einer Kraft von 10–50 Gramm berühren sich die obere und untere leitfähige Schicht und bilden einen Spannungsteiler. Der Controller berechnet dann die Berührungskoordinaten durch Analog-Digital-Wandlung. Der Vorteil dieser Technologie liegt darin, dass sie mit jedem beliebigen Objekt berührt werden kann. Sie wird nach wie vor in industriellen Fernbedienungen (2–3 Zoll Bildschirme) und Bedienterminals für Werkzeugmaschinen in staubigen Umgebungen eingesetzt. Ihre Lichtdurchlässigkeit von 85 % und die begrenzte Lebensdauer von 2 Millionen Berührungen haben jedoch zu ihrem allmählichen Verschwinden vom Markt für Unterhaltungselektronik geführt.

Ein kapazitiver LCD-Touchscreen ist ein Anzeigegerät, das die Körperstrommessung zur Berührungssteuerung nutzt. Sein Kern ist eine Matrix aus ITO-Elektroden, die in eine Glasoberfläche geätzt sind. Bei Annäherung eines Fingers ändert sich die Kapazität zwischen den Elektroden (typischerweise im Bereich von 0.5–2 pF). Der Controller ermittelt die Berührungsstelle durch Eigenkapazitäts- oder Gegenkapazitätserkennung. Er verfügt über eine hohe Lichtdurchlässigkeit, unterstützt Multitouch und hochpräzise Bedienung (bis zu 2 mm Berührungsgenauigkeit) und bietet eine schnelle Reaktionszeit. Er erfüllt die Anforderungen an eine schnelle Bildwiederholfrequenz von 120 Hz in Szenarien wie 7–12 Zoll großen medizinischen Diagnosegeräten und zählt damit zu den gängigsten Touch-Technologien auf dem Markt.

Die projiziert-kapazitive Touch-Technologie (PCT) hat sich auf dem Markt etabliert. Dabei wird eine Matrix aus ITO-Elektroden auf eine Glasoberfläche geätzt. Nähert sich ein Finger, ändert sich die Kapazität zwischen den Elektroden (typischerweise im Bereich von 0.5–2 pF). Die Berührungsposition wird durch Eigenkapazität oder gegenseitige Kapazitätserkennung bestimmt. Aktuelle High-End-Lösungen nutzen Panels mit einer Auflösung von 1920 x 1080 Pixeln und einem Seitenverhältnis von 16:9, die 10-Punkt-Touch und eine Berührungsgenauigkeit von 2 mm unterstützen. Bei 7–12 Zoll großen medizinischen Diagnosegeräten können Reaktionsgeschwindigkeiten von bis zu 120 Hz erreicht werden, was den Anforderungen von Ärzten nach schnellen Bildwechseln gerecht wird.

Bei einem In-Cell-LCD-Touchscreen ist die berührungsempfindliche Schicht direkt in das LCD-Display integriert, sodass kein separates Touchpanel an der Bildschirmoberfläche angebracht werden muss (wie bei herkömmlichen externen GFF- oder GG-Touchscreens).

Das Hauptmerkmal dieser Technologie besteht darin, dass der Berührungssensor zwischen der Flüssigkristallpixelschicht und dem Farbfilter des LCD eingebettet oder direkt auf dem Glassubstrat des Anzeigefelds hergestellt wird, sodass sich die Berührungs- und Anzeigefunktionen einige Strukturschichten teilen können.

Die In-Cell-LCD-Touch-Technologie stellt eine bahnbrechende Weiterentwicklung in der Branche dar. Sie integriert Berührungssensoren direkt in die Pixelstruktur des LCDs und macht so die für herkömmliche externe Touchpanels notwendige Glasschicht überflüssig. Dadurch wird die Bildschirmdicke um 0.3 mm reduziert und die Lichtdurchlässigkeit auf 92 % erhöht. Durch die Einbettung der Berührungselektroden in den Farbfilter der Flüssigkristallzelle ist das Gerät wasser- und staubdicht (Schutzart IP67). Allerdings weist diese Technologie geringe Produktionsausbeuten auf und wird derzeit hauptsächlich in hochwertigen 5- bis 8-Zoll-Smart-Home-Bedienfeldern eingesetzt.

Das Kernprinzip der In-Cell-Touch-Technologie besteht darin, Berührungssensoren direkt in die Pixelstruktur des LCD zu integrieren. Dadurch entfällt die separate Glas-Touchschicht, die bei herkömmlichen externen Touch-Lösungen verwendet wird. Bei dieser Technologie werden ITO-Touchelektroden auf der Farbfilterseite oder der Array-Substratseite der LCD-Zelle geätzt, sodass sich Touch- und Anzeigefunktionen denselben Panelbereich teilen. Berührt ein Finger den Bildschirm, ändert sich die Kapazität zwischen den Elektroden. Das im Panel-Treiber-IC integrierte Berührungserkennungsmodul erfasst dieses Signal und ermittelt mithilfe eines Algorithmus die Berührungskoordinaten. Dieses Design erreicht eine tiefe Verschmelzung von Display und Touch, reduziert die Bildschirmdicke und verbessert gleichzeitig die Lichtdurchlässigkeit. Es erfordert jedoch eine extrem hohe Prozesspräzision und ein Gleichgewicht zwischen Interferenzen zwischen Pixelanzeige- und Berührungssignalen.