Na počiatku éry informačných technológií prebiehala komunikácia užívateľa s počítačom prostredníctvom kôpky kariet z tvrdého papiera, v ktorých boli systematickým spôsobom vyrazené diery. Tie potom takzvaný mainframeový počítač spracoval, dekódoval a následne vykonal, čo sa od neho očakávalo. Neskorším pokrokom bolo zjednodušenie zadávania príkazov vďaka vstupným zariadeniam, klávesnici a myši. No skutočne revolučným počinom v uľahčení používania výpočtovej techniky sa stal až dotykový displej.

Obrazovky reagujúce na dotyk prsta, alebo špeciálneho pera, sú dnes štandardne prítomné v bankomatoch, informačných tabuliach, čítačkách elektronických kníh, domácich spotrebičoch i hodinkách. Zariadením typicky spájaným s dotykovým displejom, ktorému vo veľkej miere vďačí za svoju popularitu, však stále zostáva smartfón. Ovládanie dotykovým displejom je intuitívne a hravo ho zvládnu už malé deti. Len málo bežných užívateľov však tuší, ako „touchscreen“ vlastne funguje.

Základné princípy

Pre lepšie porozumenie, základom transformácie ľudského dotyku na elektrický signál interpretovateľný počítačom je dobre oboznámiť sa najprv s technológiou obyčajnej klávesnice. V zásade platí, že každý kláves tvorí elektrický spínač. S každým stlačením takéhoto spínača sa uzavrie jeden elektrický obvod, ktorým začne pretekať prúd. A podľa zmien elektrického prúdu počítač rozoznáva jednotlivé zadané znaky a príkazy.

Vo vnútri klávesnice sa nachádzajú dve vrstvy vodivého plastu, oddelené od seba izolačnou membránou. Pod každým klávesom-spínačom sa nachádza malá diera v izolačnej membráne. Stlačením klávesy sa tak ľahko spoja obe vodivé vrstvy a spustí sa elektrický prúd. Kúsky pružnej gumy pod klávesmi zabezpečia, že sa po uvoľnení vrátia do pôvodnej polohy a tok prúdu sa opäť preruší.

Dotykové displeje musia docieliť podobný efekt (spínačov elektrického prúdu), ale bez klávesov a membrán, ktoré by prekážali v náhľade na zobrazovaný obsah.

Druhy dotykových displejov

Rezistívny (odporový) displej funguje na báze najviac podobnej štandardnej klávesnici. Ide o najbežnejší typ používaný v bankomatoch, supermarketoch a podobných ovládacích paneloch. Tento displej tvoria dve tenké metalické vrstvy, oddelené od seba úzkou vzduchovou medzerou. Cez obe vrstvy prechádza elektrický prúd. Čo sa stane po stlačení vrchnej, flexibilnej, vrstvy je, že sa mierne zohne a spojí sa so spodnou vrstvou. V mieste spojenia sa, podobne ako pri klávesnici, aktivuje elektrický prúd. To zariadeniu stačí na to, aby si dotyk spojilo s príslušnou časťou obsahu zobrazeného na displeji (pod miestom dotyku) a reagovalo očakávanou funkcionalitou (stlačenie tlačidla, hyperlink, písanie textu, atď.).

Dotyk na rezistívnom displeji je možné vykonať akýmkoľvek predmetom (ideálne však prstom alebo dotykovým perom) a ten ho pasívne príjme. Práve toto môže byť za určitých okolností považované za výhodu, napríklad pri dotykoch prstov v rukaviciach. Na niektorých starších typoch je občas prehnutie vrchnej vrstvy dokonca badateľné voľným okom. Proti poškriabaniu je vrchná vrstva chránená tenkým odolným filmom a celý systém sa dá upraviť aj pre potreby viacdotykových operácií. Nevýhodami rezistívneho displeja sú nižšia citlivosť na slabšie dotyky a tiež ťažšia čitateľnosť (kvôli vyššiemu odrazu svetla), preto je vhodný viac pre obrazovky s nízkym rozlíšením.

Kapacitný displej nereaguje na tlak, ale pracuje s elektrickým nábojom prirodzene prítomným v pokožke prsta. Dotyk prsta, ktorý zohráva úlohu elektrického vodiča, mení veličinu zvanú kapacitancia v senzorickej vrstve displeja. Kapacitný displej sa vyskytuje v dvoch variantoch – s povrchovou alebo projektovanou kapacitanciou.

Povrchová kapacitancia vyžaduje priamy dotyk prsta. Jej zmeny sú zaznamenávané nepriamo, podľa relatívnej blízkosti bodu kapacitných výkyvov ku  štyrom rohom elektródovej vrstvy umiestnenej v displeji. Toto riešenie má relatívne dobrú odolnosť, no na úkor kvality rozlíšenia a náchylnosti k falošným signálom. Neumožňuje ani viac dotykov súčasne. Využíva sa v elektronických podpisových zariadeniach (napr. v bankách) i v interaktívnych paneloch rôznych automatov a terminálov.

Projektovaná kapacitancia predstavuje typické riešenie pre moderné smarfóny. Základ jej fungovania tvorí senzorická mriežka, najčastejšie vyrobená zo zmesi oxidu cínu a india (IOT – „indium tin oxide“). Tento materiál spĺňa obe požiadavky, nevyhnutné pre účely dotykového displeja – priehľadnosť a vodivosť elektrického prúdu. Mriežkou, ukrytou v celej ploche displeja, konštantne preteká prúd nízkeho napätia. S priblížením prsta k mriežke vzniká medzi nimi kapacitancia a v mieste dotyku sa menia elektrické charakteristiky prúdu. Tieto zmeny zariadenie interpretuje ako informačný vstup zo strany užívateľa.

Výhodou displejov na báze projektovej kapacitancie je, že sú oveľa citlivejšie. To im dovoľuje fungovať aj pod hrubšou ochrannou vrstvou, prípadne ovládanie v tenších rukaviciach. Zmeny kapacitancie sú tiež priamo a v rýchlych cykloch skenované, výsledkom čoho je vyššia presnosť a možnosť viacnásobného dotyku naraz. Spomínaná senzorická mriežka je majstrovským dielom elektrotechnického inžinierstva, s delikátne presným usporiadaním mikroskopických plôšok pre čo najpresnejšiu lokáciu dotyku.

Integrálnou súčasťou tohto typu displeja je vrchná vrstva z tvrdeného skla. Je to aluminosilikátové sklo špeciálne ošetrené kúpeľom v nitráte draslíka. V priebehu kúpeľa sú zo skla vypudené atómy sodíka a ich miesto zaberú objemovo väčšie atómy draslíka. Výsledkom tohto procesu je viac vyplneného priestoru v celej štruktúre, čo sklo spevňuje.

Infračervený displej pozostáva z hustej siete neviditeľných infračervených lúčov, vyžarovaných tesne na obrazovkou diódami, rozmiestnenými po okrajoch zariadenia. Prerušenie lúčov v určitom bode vyvolá, ako u bezpečnostných alarmov založených na rovnakom princípe, reakciu zaznamenávajúcu presné súradnice prerušenia. Zariadenie si  potom samo „domyslí“, akú funkciu má vykonať. Nespornou výhodou infračerveného displeja je, že zobrazenie neprekrýva žiadna ďalšia pevná vrstva. Na druhej strane môže dochádzať k náhodným interakciám (presušeniam lúčov) a problém predstavujú aj mikročastice prachu, či iných látok.

Povrchové akustické vlny („Surface Acoustic Wave“, skr. SAW) zaručujú detekciu dotyku prstov za pomoci ultrazvukových vĺn. Vysokofrekvenčné vlny vibrujú hore-dolu nad povrchom obrazovky a keď narazia na prekážku prsta, absorbujú časť jeho energie. Táto zmena frekvencie postačuje na presné určenie polohy prsta. Výhody i nevýhody sú rovnaké ako pri infračervenom displeji, no technológia akustických vĺn je o niečo lacnejšia.

Porovnanie

Prečo zvoliť dotykový displej?

I napriek zjavnej popularite dotykových displejov nemusia byť každému hneď zjavné ich výhody. 

Tu je ich krátke zhrnutie:

• - Využitie toho istého priestoru na zobrazenie (výstup) i užívateľskú interakciu (vstup) súčasne umožňuje umiestniť do zariadenia väčšiu obrazovku. Pre porovnanie stačí vedľa seba položiť pôvodný smartfón Blackberry a niektorý z moderných modelov iných značiek, ako Samsung, či iPhone.

• - Dotykový displej má dlhšiu životnosť. Absencia klasických fyzických kláves znamená menšiu kazivosť.

• - Čistenie a údržba dotykového displeja sú neporovnateľne jednoduchšie.

• - Ovládanie je priamočiarejšie a viac intuitívne. A to nielen pri smartfónoch, ale aj pri laptopoch. Činnosti, ako vypĺňanie online formulárov s množstvom kolóniek, idú oveľa plynulejšie, keď sa dá medzi kolónkami pohybovať dotykom prstu na obrazovke. Podobne je tomu so „swipe-ovaním“ pri čítaní dlhšieho textu, alebo pri manuálnom podpisovaní elektronických dokumentov.