タッチスクリーンは、より直感的で直接的なデバイスとの対話を可能にし、スマートフォンから自動精算機まで、現代社会でユビキタスになっており、その普及によってテクノロジーとの関わり方が変化しています。

タッチスクリーンとは？

タッチスクリーンは、ディスプレイ入力インターフェースであり、一般的には透明なディスプレイスクリーンで、スクリーン表面のタッチ入力を識別することによって、ユーザーがデバイスと対話することを可能にします。タッチスクリーンの大部分は、人体の電気的特性、特に指先の導電性を利用してタッチ入力を検出します。この導電性により、デバイスはタッチを入力として認識し、登録することができます。

タッチパネルは、抵抗膜方式と静電容量方式の2つの方式があり、電子ディスプレイの上にタッチパネルを配置するものです。 LCDまたはOLEDを使用してタッチ検出を可能にします。ユーザーは、選択、スクロール、ズーム、描画、スライドなど、さまざまなアクションを行うことができます。

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タッチスクリーンの主な利点の1つは、マウス、キーボード、物理ボタンなどの従来の入力デバイスが不要になることです。タッチスクリーンでは、指やスタイラスを使ってタップ、スワイプ、ピンチ、スライド、ズームなどの操作を行い、デジタルコンテンツに直接触れることができるためです。特に、スマートフォンやタブレット端末のような小型の端末では、従来の入力デバイスが実用的でない場合があります。

タッチパネルタイプの例

タッチスクリーンの歴史

タッチスクリーンの歴史は、制御盤やその他の特殊なアプリケーションに使用するために初期のタッチベースの入力デバイスが開発された1960年代に遡ります。この年表では、タッチスクリーンの開発初期から現在に至るまで、重要な出来事や革新的な技術をご紹介しています。

タッチパネルディスプレイの歴史を年表で振り返る

1960年-- 初めて記録されたタッチスクリーン（スタイラスで駆動する）。

ベル・テレフォンラボラトリーズ社（現AT&T）は、1960年にタッチスクリーンの初期バージョンの一つを発表し、その後1962年に特許を取得した。 US 3016421Aです。このタッチスクリーンは、表面をまっすぐに照らす直線的な光のグリッドを使用し、指ではなくスタイラスでのみ動作するように設計されています。スタイラスのタッチによってグリッドの光線が遮られると、フォトディテクターがタッチを登録します。

1965年--初めて指で操作するタッチスクリーンを開発。

イギリスのマルバーンにある王立レーダー施設に所属していたエリック・ジョンソンは、交通管制を支援するために、指で操作できるタッチスクリーンを初めて開発しました。静電容量方式のタッチスクリーンに関する彼の研究は、1965年に発表されました。 1967年に発表された論文。で特許を申請した。 1965年に英国特許（GB3352465）、米国特許 US3482241Aは1969年に付与されています。

1971年--初の抵抗膜式タッチパネルを開発。

サミュエル・ハースト博士は、1971年に、透明ではないが、最初の抵抗膜式タッチスクリーンを開発したとされている。1974年には、透明なタッチスクリーンを開発しました。

1972年--赤外線センサーとフォトトランジスタを搭載したタッチスクリーン。

という端末システム用のタッチスクリーンを1972年にイリノイ大学で開発しました。 教育現場で使用されていた「PLATO IV」。このタッチスクリーンは、画面の縁にLEDとフォトトランジスタで構成された16×16の赤外線センサーが配列されており、物体が画面に近づいたときにタッチを検知することができました。

1973年-- 初の透明な静電容量式タッチスクリーン。

70年代初頭、CERN（欧州原子核研究機構）の2人のエンジニア、フランク・ベックとベント・スタンペは、スタンペが1960年代初頭にテレビ工場で行っていた仕事をもとに、シースルーのタッチパネルを作りました。CERNは1973年に製造を開始しました。

1974年--初の透明抵抗膜式タッチパネル。

サミュエル・ハースト博士が、透明な表面を持つ抵抗膜方式タッチパネルを初めて開発し、特許を出願した。 1975年、彼が設立した会社-Elographics Inc.のために付与されたUS3911215A。

1982年-- マルチタッチ技術。

1982年、トロント大学のInput Research Groupが、曇りガラスのパネルとその背後に配置されたカメラを使って、最初のマルチタッチタッチパネルシステムを作り、マルチタッチ技術の始まりとなったのです。

80年代前半～90年代後半-- タッチスクリーンのジェスチャーを使った機能とその開発

80年代から90年代にかけて、タッチスクリーンの精度と機能性を高めるための研究が進められ、スライド、スワイプ、タップクリック、リフトオフ、マルチタッチなど、ジェスチャーを使ったさまざまな機能が盛り込まれた。

2000年～現在--静電容量式タッチパネルの世界的な普及と発展

タッチパネルは60年代から存在し、80年代から90年代にかけて大幅な改良が加えられたが、携帯電話やノートパソコン、タブレット端末などの家電製品に広く使われるようになったのは2000年代に入ってからである。その背景には、静電容量式タッチパネルなどの新技術が開発され、より正確で応答性の高いタッチ入力が可能になったことがあります。

DisplaySearchの調査によると、2018年の世界出荷台数のうち、静電容量式タッチスクリーンが70％以上を占め、抵抗膜式タッチスクリーンはわずか3％であることが明らかになりました。

タッチパネルはどのような仕組みになっているのですか？

タッチスクリーンディスプレイの主な構成要素は、タッチセンサー、コントローラー、ソフトウェアです。タッチセンサーは、タッチパネルとも呼ばれ、電流、電圧、静電容量、抵抗などの電気的特性の変化を検出するタッチセンシティブな表面で構成されています。コントローラーは、ハードウェアコンポーネントであり、タッチパネルによって検出された電気的変化を、タッチ、スライド、ズーム、スワイプなどのタッチジェスチャーを解釈するために使用する信号に変換する。最後に、これらのタッチ信号を受信すると、ソフトウェアはその信号を処理し、特定の機能を完了することで反応し、必要に応じてデバイスに指示を送信し、モーターの作動、画面情報の変更、機器のシャットダウン、明るさの調整、音量の増加などの動作をトリガーすることができます。

タッチパネルのしくみ：ステップバイステップ

1. タッチセンサーの起動 - ユーザーがタッチセンサーの表面に触れることで、電流、電圧、静電容量、抵抗などの電気的特性に変化が生じます。
2. コントローラ処理- ハードウェアコントローラは、タッチパネルの電気的変化を検出し、特定のタッチジェスチャー（タッチ、スライド、ズーム、スワイプなど）を識別して信号に変換し、ソフトウェアに送信します。
3. ソフトウェア応答- ソフトウェアがタッチ信号を受信し、特定の機能またはタスクを実行するために処理します。

タッチパネルの種類

タッチパネルは抵抗膜方式と静電容量方式の2種類が一般的ですが、他にも様々な種類があり、それぞれに特徴や機能性があります。

タッチパネル技術

• 抵抗膜方式
• 静電容量方式
• 投影型静電容量方式（P-Cap)
• 赤外線
• SAW（Surface Acoustic Wave）：表面弾性波
• 光イメージング

もっと詳しく知りたい方はこちら液晶ディスプレイの種類

抵抗膜方式タッチパネル

抵抗膜方式のタッチパネルは、画面にかかる圧力を検知することで動作します。ポリエステルとガラスからなる2つの柔軟な層で構成され、ITO（酸化インジウムスズ）などの導電性材料の薄い層でコーティングされているのが一般的です。この2つの層は、小さなスペーサードットで隔てられています。

スクリーンに圧力をかけると、上部の柔軟な層が下部の層に向かって押し出され、2つの導電層が接触します。この物理的な接触によって電気抵抗が変化し、タッチスクリーンのコントローラーがそれを処理してタッチの正確な位置を特定します。

抵抗膜方式のタッチパネルは比較的安価で、指やスタイラス、手袋など様々な入力デバイスで操作することができます。しかし、他のタッチスクリーン技術に比べ、感度と鮮明度が低い傾向にあります。

静電容量式タッチスクリーン

静電容量式タッチスクリーンは、スクリーンの表面に触れたときに、スクリーンの静電場によって引き起こされる静電容量の変化を識別し、反応する。

ユーザーが導電性素材でできた指やスタイラスでスクリーンに触れると、接触点でスクリーンの静電容量に変化が生じます。この変化を静電容量式タッチコントローラーが検知し、入力を処理してタッチイベントの正確な位置を決定します。

静電容量方式のタッチパネルは、感度、精度、応答性が高いため、スマートフォンやタブレット端末などの電子機器に広く使われています。また、マルチタッチに対応しており、ピンチやズームなどのジェスチャーを複数の同時タッチ入力で行うことができます。しかし、手袋や通常のペンのような非導電性の素材は、スクリーンの静電場と相互作用しないため、うまく動作しない場合があります。

Projected Capacitive (PCAP)

投影型静電容量式タッチスクリーンは、タッチ入力を検出するために電極のグリッドを使用します。電極は通常、透明な導電材料でできており、ディスプレイを覆うガラスやプラスチックの薄いシートに配置されています。

指やスタイラスがタッチスクリーンの表面に触れると、電極間の静電容量が変化し、それをコントローラー回路が検出します。そして、コントローラーは静電容量の変化からタッチした位置を計算し、対応する入力をデバイスに送ります。

投影型静電容量式タッチパネルは、高精度、高感度、高耐久性で知られています。スマートフォンやタブレット端末などの電子機器によく使われています。また、マルチタッチジェスチャーに対応しており、2本以上の指を同時に使って操作することが可能です。

静電容量方式と投影型静電容量方式の違い

静電容量方式と投影型静電容量方式のタッチスクリーンの主な違いは、電極の構成と配置の方法です。一般的に投影型静電容量式タッチスクリーンの方が高感度で正確なため、スマートフォンやタブレット、産業用制御パネルなどのハイエンドアプリケーションに適しています。

を解説した記事をお読みください。 抵抗膜方式と静電容量方式のタッチスクリーンの違いについて、詳しくご紹介します。

IR（赤外線）タッチスクリーン

赤外線タッチパネルは、発光ダイオード（LED）と受光素子を格子状に配置し、タッチ入力を検出する。LEDは赤外線を放出し、画面の縁に水平・垂直方向に配列されています。LEDの反対側にある受光素子は、この赤外線を連続的に受光します。

ユーザーがスクリーンに触れると、指やスタイラスが赤外線ビームを遮り、グリッドに切れ目が生じます。そして、中断された特定のビームをもとに、タッチポイントの座標を計算します。この情報はデバイスの処理ユニットに送られ、処理ユニットはタッチ入力を解釈して対応するアクションを実行します。

赤外線タッチパネルは、傷や埃、水などに強く、耐久性が高いという特長があります。また、タッチを登録するために圧力をかける必要がないため、スタイラスや手袋をした手など、ほとんどすべてのものに対応することができます。IRスクリーンは、スクリーンの上に余分なガラスやフィルムの層を持たないため、驚くべき光透過率と画質を持っています。しかし、明るい日差しの下では機能性が低下するため、一般的には屋内で使用されます。また、高さが制限される場合があるため、大きな画面サイズに最適です。

SAW（Surface Acoustic Wave）：表面弾性波

表面弾性波（SAW）タッチスクリーンは、タッチ技術の一種で、超音波を利用してスクリーン表面のタッチ入力を検出するものである。スクリーンはガラスなどの透明な素材の層で構成され、ガラス層の表面には薄い反射材の層があります。

画面の四隅に設置された振動子から発生した超音波を、ガラスの表面に送り込みます。指やスタイラスなどが画面に触れると、超音波の一部が吸収され、波形の乱れが発生します。トランスデューサはこの乱れを検出し、タッチ入力の場所と種類を計算することができます。

SAWタッチスクリーンは、高い透明度、耐久性、信頼性など、いくつかの利点があります。また、反応性が高く、軽いタッチやジェスチャーでも検知することができます。しかし、他のタッチスクリーンよりも高価であり、大量の汚れ、埃、水などが懸念される過酷な環境での使用には適さない場合があります。

詳しくはこちら 透過型、反射型、半透過型ディスプレイの比較

光学式イメージングタッチスクリーン

光学式画像処理タッチスクリーンは、カメラのようなセンサーと画像処理アルゴリズムを用いて、赤外線タッチスクリーンと同様にタッチ入力を検出する。ユーザーがタッチスクリーンの表面に触れると、センサーはタッチの圧力と動きによって生じる光と影の変化を検出します。

光学式タッチスクリーンは、他のタッチスクリーンのように物理的な接触による摩耗や損傷の影響を受けにくいため、耐久性に優れていることで知られています。公共施設のキオスク端末やインタラクティブ・ディスプレイ、ゲーム用途などによく使われています。しかし、他のタイプのタッチスクリーンと比べると反応や感度が悪く、マルチタッチジェスチャーに対応していない場合があります。

結論

静電容量方式と投影型静電容量方式のタッチスクリーンは、その高い精度と応答性により、タッチスクリーンディスプレイの主要技術として台頭し、抵抗膜方式のタッチスクリーンがそれに続いています。赤外線、表面弾性波、光学式画像処理タッチスクリーンは、それほど広く使われておらず、人気もありませんが、それでも独自の用途があり、小さいながらも専用の市場シェアを維持しています。

タッチパネルは、産業用制御盤からATM、医療機器、家電製品に至るまで、あらゆる場所で見かけることができます。タッチパネルは、私たちとテクノロジーとの関わり方に革命をもたらし、私たちの日常生活に欠かせないものとなっています。