タッチパネルディスプレイとは
タッチパネルディスプレイは、表示装置としてのディスプレイと入力装置としてのタッチパネルが一体となった、画面に触れることで操作ができる電子部品です。誰にでも簡単で直感的な操作を可能にするので、様々な機器に搭載されている身近な製品です。
以前は、手袋などをしていると操作ができないという問題がありましたが、近年では、さまざまな方式の開発と改善によって、こういった問題もほとんど解消されています。
タッチパネルディスプレイの使用用途
タッチパネルディプレイは、日常生活に浸透している非常に身近な部品です。例えば、スマートフォンやタブレットには必ずと行ってよいほど搭載されています。
タッチパネルディスプレイは、用途に応じて、指による入力と専用のペンによる入力ができるものもあります。
例えば、ATMの入力など、ボタン操作のような単純な動作や決まった操作を行う場合は指による入力が向いていますが、宅配伝票などにサインなど、繊細で複雑な動作にはペンの入力が適しています。
タッチパネルディスプレイの原理
タッチパネルディスプレイで入力ができる原理は、大きく分けて以下のものがあります。
1. 静電容量方式
人体の静電容量を検知して、その座標を返します。画面表面に微弱な電場を張り巡らせ、パネル表面に指が近づいたときに流れる電流を検出しています。
2. 抵抗膜方式
透明な電極膜を近接させて貼り合わせた構造をしており、パネル表面を押さえると電極同士が接触し電流が流れます。その際の電圧の変動を検出することで押された位置の絶対座標を決定します。感圧式などと呼ばれることもあります。
3. 赤外線方式
パネル表面に平行な赤外線ビームがはられており、指が近づいて遮光された位置を三角測量をもとに検出します。 超音波表面弾性波：パネル表面を超音波（表面弾性波）で振動させておき、指で触れた際の振動数や振幅の変化を検出します。 電磁誘導方式：磁場を発生させる専用のペンでの入力が前提ですが、ペンが近づいた際に電磁誘導で発生する電場の変化を検出する方式で非常に検出精度が高いのが特徴です。
操作性、視認性および薄型化
スマートフォンに代表されるタッチパネルディスプレイは、ATMや自動券売機、自動販売機、カーナビ、製造・検査装置など、数をあげたらキリがないほど、現代社会に欠かせないものになっています。
操作性と視認性の観点から、いくつかの事例を挙げてみます。 まずは、カーナビ用途に広く用いられた、液晶ディスプレイ上に抵抗膜方式のタッチパネルを貼り合わせた構成です。この構成におけるタッチパネルの操作性の特徴として、下記の特徴があります。
- タッチ座標の検出は1箇所（シングルタッチ）に限定
- 物理的に一定程度の圧力が必要
- タッチ手段の導電性が不要（あらゆる手袋の着用が可能）
同じ構成におけるディスプレイの視認性の特徴としては、下記のものが挙げられます。
- パネル透過率（ディスプレイの明るさ）がやや低い
- エアギャップの存在によりニュートンリングが見えやすい
近年、この抵抗膜方式が、投影型静電容量方式（静電容量方式の一種）に置き換わった構成が主流となっており、その操作性の特徴としては、下記の特徴があります。
- 複数の座標の検出（マルチタッチ）が可能
- 指をパネル表面に近づけるだけで座標が検出されるため、感度向上によりタッチレス操作（ホバー入力）も可能
- 多彩な動きの入力（フリック、スワイプ、ピンチアウトなど）が可能
- タッチ手段の導電性が必要（手袋の着用は限定的、爪に反応しにくい）
同じ構成におけるディスプレイの視認性の特徴としては、下記のものが挙げられます。
- パネル透過率（ディスプレイの明るさ）が高い
- エアギャップがないためニュートンリングや不要な表面反射が抑制され、視認性が向上
このような投影型静電容量方式のタッチパネルディスプレイは、カーナビのみならず、現在さまざまな機器に搭載されており、スマートフォンやタブレットなどのモバイル機器は、その代表格と言っていいでしょう。これらのモバイル機器においては、薄型軽量化を追求した結果、タッチパネルの機能をディスプレイに内蔵したタッチパネルディスプレイも実用化されています。
タッチパネルをディスプレイ上に外付けする従来の方式を「アウトセル方式」と呼ぶのに対し、タッチ機能内蔵型は、「インセル方式」と呼ばれます。アウトセル方式からインセル方式への移行に併せて、駆動用のドライバICもディスプレイドライバとタッチドライバが一つに統合され、部品点数や製造工程の簡略化も進展しています。一方、ディスプレイ側でも、液晶ディスプレイから有機ELディスプレイへの置き換えなどにより、さらなる薄型化や視認性および表示性能の向上が図られています。
大型タッチパネルディスプレイ
ディスプレイの大型化に伴い、大きさも用途も豊富なバリエーションが揃っています。テレビや液晶モニタに取り付けることで、タッチパネル化する事ができる製品も登場してきております。
大型のテレビやモニタは、視認性が高く、離れていても多くの人が同時に見ることができる為、大人数での鑑賞用や宣伝、会議など幅広い用途で利用されてきました。
タッチパネル機能が付加されることによって、新たな使い方や従来の使い方を更に便利にすることができます。
利用機会としては、学校などで、電子黒板として利用したり、展示会でのデモンストレーションや会議でのプレゼンテーション、デジタルサイネージなどがあります。
デジタルサイネージは、駅の構内や、デパートなどに設置され、商品の宣伝や案内表示などに利用されていますが、タッチパネル化することにより、商品の説明や、道案内など双方向のコミュニケーションが可能であり、店員や案内係の代わりとして活用することもできます。操作したデータを蓄積できる為、販売促進への活用など新たな価値を生み出しています。
タッチパネルとペン入力
タッチパネルの入力方法としては、指での操作の他にペンでの操作があります。ペンは、入力方式の違いでいくつか種類があります。
- 感圧式：タッチパネルを押した時の圧力を検知する仕組みです。古くから使われてきた方式で、指よりも細かく操作可能な為、操作ミス軽減、操作性向上の利点があります。
- 静電容量式：一般的なスマートフォンは、静電気に反応する仕組みの為、シリコンゴムや導電性繊維のペン先が使われています。ただし、ペン先がある程度の太さがないと静電気が弱く反応しないこともあります。
- 静電容量方式（自己静電発生）：電池を内蔵し静電気を発生させる為、ペン先を細く出来、細かい描写が可能です。電池内蔵の為、交換や充電が必要となります。
- 電磁誘導式：ペン先から発生する磁界を、タッチパネル側のセンサーが検知する仕組みで、タッチパネルと専用ペンの組み合わせとなります。ペン側に電池を内蔵することが不要です。
参考文献 https://www.eizo.co.jp/eizolibrary/other/itmedia02_08/ http://f-connect.co.jp/comparison/ https://www.iodata.jp/product/lcd/option/da-touch/sp.htm https://yamato-signage.com/about/what-is-touch-signage/ http://www.fmworld.net/biz/column/Touchpanel_tab/ https://news.mynavi.jp/article/20161122-pen/ https://daily-gadget.net/2020/01/26/post-10520/