タッチパネルとは
About Touch-Panel
タッチパネルとは
タッチパネルとは、表示装置の画面に対する接触位置を検出し、入力信号として出力する入力装置である。
一般的な表示機器では、液晶ディスプレイと組み合わせて使用され、表示機能と入力機能を一体化したユーザーインターフェースを構成する。
タッチパネルの仕組み
仕組み
接触により変化した値を検出し、座標情報へ変換する。
基本的な処理は以下である。
- 接触によりセンサー値が変化する
- X軸・Y軸の信号を取得する
- コントローラICが座標演算を行う
- ホスト機器へ入力信号を出力する
後述の検出方式により、検出の対象とは異なる。
- 抵抗膜式：抵抗値
- 静電容量式：静電容量
- 赤外線式：光の遮断
構造
タッチパネルの構造は方式により構造は異なるが、一般的な構成要素は以下である。
表面保護層
表面保護層は、外力や傷から内部を守る層である。
材質はガラスまたは樹脂が多い。耐衝撃性、耐摩耗性、透過率が重要となる。
センサー層
センサー層は、接触位置を検出する主要部である。
抵抗膜方式では導電膜が用いられる。静電容量方式では透明電極パターンが形成される。
透明電極層
透明電極にはITO（酸化インジウムスズ）が多用される。
可視光を透過しつつ導電性を持つ。そのため、表示を妨げずに検出機能を持たせられる。
配線層と基板
電極で得た信号は周辺配線に伝達される。
配線はFPCに接続される構成が一般的である。基板はガラス基板やフィルム基板が用いられる。
コントローラIC
コントローラICは検出信号を処理する。
ノイズ除去、座標演算、補正処理を行い、最終的にホスト機器へデータを送信する。
タッチパネルの検出方式
抵抗膜方式
「感圧式」とも呼ばれ、圧力により2枚の導電膜が接触した位置を検出する方式である。
構造
上下に配置された透明導電膜で構成される。
- 上層と下層：ITO膜付きのフィルムorガラス。接触した点を検出する。
- ドットスペーサ：微小な絶縁粒子。未入力時の接触を防ぐ役割。
- 電極：四辺に配置
検出原理
圧力により上下の導電膜が接触する。接触点の電圧分布から座標を算出する。
X方向測定：左右電極に電圧印加
Y方向測定：上下電極に電圧印加
特徴
- 任意の物体で入力可能
- 単点入力が基本
- 構造が単純で低コスト
- 表面フィルムの摩耗が発生
抵抗膜式-断面構造図
静電容量方式
指の電荷変化を検出し、位置を特定する方式である。
構造
透明電極を格子状に配置した構造を持つ。
- ガラス基板
- 透明電極（ITO）
- センサー配線
- 制御IC
検出原理
人体は導体として振る舞う。指が接触すると静電容量が変化する。
その変化量から座標を算出する。
自己容量方式：単電極の容量変化を検出
投影型（相互容量方式）：交差電極間の容量変化を検出
特徴
- 軽い接触で反応
- マルチタッチに対応
- 高透過率で視認性が高い
- 手袋や非導電物では反応しにくい
静電容量式-断面構造図
赤外線方式
赤外線の遮断位置から接触点を検出する方式である。
構造
ディスプレイ周囲に発光部と受光部を配置する。
- 赤外LED（送信）
- フォトセンサ（受信）
- フレーム構造
- 制御回路
検出原理
画面上に赤外線の格子を形成する。物体が光を遮断すると座標が特定される。
X軸：横方向の光遮断
Y軸：縦方向の光遮断
特徴
- 非接触でも検出可能
- 手袋やペンでも操作可能
- 表面にセンサー層が不要
- 外光や汚れの影響を受けやすい
赤外線方式-構造図
産業用タッチパネルにおける重要な選定要素
方式選定は「製品の使用環境」で決定するのが望ましい。
ノイズ耐性（EMI）
静電容量方式は電磁ノイズの影響を受けやすい
インバータ・モーター周辺では誤動作のリスクがある
抵抗膜方式はノイズの影響をほぼ受けない
手袋操作
抵抗膜方式：問題なく操作可能
静電容量方式：専用設計または感度調整が必要
水滴・結露
静電容量方式：誤検知が発生する場合がある
抵抗膜方式：影響が小さい
耐久性
静電容量方式：表面硬度が高く擦過に強い
抵抗膜方式：フィルム構造のため摩耗が発生する
※耐久性は「衝撃」「薬品」「擦過」で評価軸が異なる
光学特性
静電容量方式：透過率が高く表示が鮮明
抵抗膜方式：層構造により若干の曇りが発生する
長期供給
静電容量方式：コントローラICの世代更新が早い
抵抗膜方式：比較的長期供給が安定
産業機器では5年以上の供給継続が前提となるため、重要な判断要素となる。
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