知っておきたいキーワード
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第 95 回静電容量タッチパネル（正会員）高 取 憲 一†
† NLT テクノロジー株式会社 開発本部
"Capacitive Touchscreen" by Kenichi Takatori (Development Division, NLT Technologies, Ltd., Kawasaki)
キーワード：静電容量タッチパネル，表面型，投影型，マルチタッチ，iPhone

まえがき

身の回りにある画面はタッチパネル

静電容が付いたものが増えていますね．スマです．実は，大きく分けて 2 種類ある

ホやタブレットのおかげで最近特に増ってご存知ですか？

えている静電容量タッチパネルのお話

他方の導体（上の板）は電子が普通より量少なくプラスに帯電します（＋ Q）．こ

はじめに静電容量タッチパネルの＋Q「静電容量」に注目します．広辞苑や理化学辞典からまとめると「絶縁された導体（またはコンデンサ）に電荷 Q積，導体間の距離，導体の間の物質に電位V−Qを与えた時，電位が V になる場合のC=Q/V」．
このままでは難しいので，コンデンの時の帯電の電荷（Q）は，導体の面よって変わります．
つまり，導体の材質と周り（図では導体間）の物質が同じでも，導体の形

図 1 コンデンサの二つの板に蓄えられた電荷が変わると蓄えられる電荷が変化し，静電容「量」（C=Q/V）が変わります．

サの例を示します（図 1）．図のコンデ

なぐと，電流（電子の流れ）が一瞬生じさらに，同じ形・材質の導体でも，周ンサの 2 枚の板が導体，いわゆる金属ます．一方の導体（下の板）は電子が普りの物質が変わると「量」が大きくもです．コンデンサを電圧 V の電池につ通より多くマイナスに帯電し（− Q），小さくもなります．

チパネルはディスプレイの前面に置かきないほど細くすることで金属が占めれるか，ディスプレイと一体化されるる面積を小さくして光がよく透過するようにしています．

静電容量タッチパネル
タッチしたことによる静電容「量」

ため，ディスプレイの内容がタッチパの変化を利用するのが，静電容量タッネルを通して見える必要がある点で静電容量タッチパネルは，大きく分チパネルです．このタッチによる静電す．このため，静電容量タッチパネル

けて二つの種類があります．一つは表容「量」の変化を検知するものとしては，導体が透明な電極（代表的には，面型静電容量タッチパネルであり，もは，ノートパソコンのキーボードの前酸化インジウムスズ： ITO）で構成さう一つは投影型静電容量タッチパネルにあるタッチパッドも同じ仲間になりれることが多いです．導体として透明です．これら二つは，構造の複雑さと，ます．タッチパッドと静電容量タッチでない金属を用いる場合もあります

タッチで実現できる性能，使用環境にパネルの大きな違いは，静電容量タッが，その場合，その金属をほぼ視認で違いがあります．

映像情報メディア学会誌 Vol. 67, No. 12, pp. 1069 〜 1071（2013）（61） 1069

知っておきたいキーワード

表面型静電容量タッチパネル

護されています．導体面は単位面積当たりの抵抗であるシート抵抗が数百Ω

静電容量タッチパネルのうち，実用程度の材料が使用されます．導体面の面での歴史が長いのは，表面型静電容

4 隅には配線が接続されており，この量タッチパネル（Surface-capacitive

配線から微弱な交流電圧が印加されまTouchscreen ：以下，表面型）です．

す．4 隅の交流電圧はすべて同じため

これは，「表面容量型」とも呼ばれま（振幅・位相共に），静電容量に変化がす．位置を検出する導体面が格子状にない間は電流が流れません．指でタッパターニングされておらずアナログ的チすると，導体面・絶縁膜・指（人体）な位置検出が可能なため「アナログ容によって新たなコンデンサが形成され量型」とも呼ばれます．特徴は，構造ます．その結果，導体面の静電容量ががシンプルであること，複数の指によ変化し，導体面に電流が流れます．

Yi1i2

Xi3i4

図 3 表面型静電容量タッチパネルの位置検出の例

るマルチタッチには対応していないこ

タッチされたかどうかは，この電流と，水や油などが表面に付着しても影の変化で知ることができます．また，るマルチタッチを実現することは困難

響を受けにくいことなどです．

この電流の変化を 4 隅で測定すると，です．

構造は，きわめてシンプルです（図2）．

タッチした位置によって 4 隅の電流が表面型静電容量タッチパネルは構造

ガラス基板等の上に導体面が形成され異なってきます．これは，タッチしたがシンプルで表面が絶縁膜で保護されており（薄いため，図では示してあり位置とそれぞれの隅までの距離の違いているため，耐久性が強いです．例えません），その上を絶縁膜によって保によって抵抗値が異なるためです．図3

ば，タッチパネルを一定の力で繰り返

図 2 表面型静電容量タッチパネルのように，4 隅での電流を i1, i2, i3,し叩く打鍵試験において，数億回といi4 とすると，タッチした位置の座標

う，他のタッチパネルより高いほぼ永は次の式で求めることができます．

久的な耐久性を示します．また，ガラX = (i2+i3–i1–i4)/(i1+i2+i3+i4)

ス基板として厚いガラス基板を用いる

Y = (i1+i2–i3–i4)/(i1+i2+i3+i4)

ことも容易なため，破壊行為に対するこのようにして，タッチされたかどう耐性も強いです．このため，表面型静かとタッチされた位置を知ることがで

電容量タッチパネルが使用されている

きます．一方，複数のタッチを識別す

場面は，カジノ端末，キオスク端末なることはできないため，複数の指によど，お金に絡む用途も多数みられます．

投影型静電容量タッチパネル

X軸パターンしています．タッチした位置の検出では，一方の電極を駆動電極としてもう原理自体は古くからあったが，近年，一方を受信電極とします（図 5（b）で急速に普及したのが投影型静電容量タ

は Y 軸パターンが受信電極）．この駆ッチパネル（Projected-capacitive

動電極と受信電極の間の静電容量は通Touchscreen）です．スマートフォン

常一定ですが，指のタッチが生じるとやタブレットで用いられています．投

静電容量が変化します（図 5（b）に電影型静電容量タッチパネルは大きく分気力線のイメージで示しました）．受けて 2 種類の方式がありますが，ここでは，スマートフォン等で利用されてY軸パターン
図 4 投影型静電容量タッチパネルの構造例

信電極の電流を測定すると，静電容量の変化により，タッチが生じたことと，いるマルチタッチが容易な相互容量型

どの受信電極周辺がタッチされたかがの投影型静電容量タッチパネルについわかります．これにより，例えば，Yて取り上げます．
代表的な構造を図 4 に示します．一
つの基板の上にダイヤモンド型の透明が形成されます（X 軸パターン）．この座標の位置を知ることができます．X

二つの電極パターンによって，静電容座標の位置を知る場合は，駆動電極と量の変化を検出します．

受信電極の役割を入れ替えて，X 軸パ電極が一方向につらなった構造の電極

これらの電極の組合せの様子を上かターンが受信電極となるようにしまが形成されます（Y 軸パターン）．もうら見た図と断面を図 5 に示します．上す．短時間でこれらの入れ替えを行う

一方の基板にダイヤモンド型の透明電から見ると二つのパターンが組合されことで，X と Y の両方の座標を知るこ

極が 90ﾟ 異なる方向につらなった電極て，斜めになった格子状の模様を形成とができます．また，1070 （62）

映像情報メディア学会誌 Vol. 67, No. 12（2013）

静電容量タッチパネル

電極が複数に分かれているため，複数の指でタッチすると，複数の電極の静電容量が変化したり，一つの電極でも一つの指より数倍大きな静電容量の変化が生じたりします．
これらを観測することによって，複数の指によるマルチタッチを検出することができます．
駆動電極
受信電極
（a）上から見たパターン

受信電極（b）断面と静電容量検出の原理

図 5 投影型静電容量タッチパネルの構造詳細と検出原理

iPhone のタッチパネルです．これらのパターンは，非常に細りタッチパネルに必要とされた基板がかく目で認識することは困難です．

不要となり，それまでの構造より薄型

2007 年に登場した初代 iPhone のタ

iPhone 5 からは，投影型静電容量ッチパネルも投影型静電容量タッチパ

タッチパネルの機能を果たす電極の組カバーガラスの厚みの合計が従来機種

ネルです．しかし，構造が前述の物とを液晶セル（液晶パネル）内に入れる（4s）より 0.9mm 薄くなっているそうは大きく異なっており特徴的なので挙インセル化がされています．これによです）．になっています（液晶パネルと表面のげておきます．
iPhone のタッチパネルは，1 枚のガラス基板の表と裏に透明電極のパターンを設けています．表側と裏側のパターンを図 6 に示します．複雑なパターンとなっていますが，両方を組合せると，きれいな格子状となります．表側のパターンのうち，外枠を破線で示したものは，直接駆動や受信には使われていません．駆動や受信に使われる電極の幅が表側と裏側で違っています．
（a）表側のパターン

これによって，ガラス基板の厚みの影響があっても，X と Y の検出時に静電（b）裏側のパターン

図 6 iPhone の投影型静電容量タッチパネルの構造容量が同じとなるようにしているようむ

す

参び

表面型と投影型という二つの静電容量タッチパネルを紹介いたしました．すっかり身近になったタッチパネルです．さらに興味を持たれた方は，参考文献をご参照ください．
（2013 年 10 月 9 日受付）

考文献1）越石健司，黒沢 理： 要点解説 タッチ
パネル ，工業調査会（2009）
2）越 石 健 司 監 修 ： タ ッ チ パ ネ ル 技 術 開発・市場・アプリケーションの動向 ，オーム社（2012）

たかとりけんいち

高取 憲一
1990 年，東京大学教養学部基礎科学科卒業．同年，
NEC 入社．2001 年〜 2002
年，ベルギー王国ルーヴァン・カトリック大学客員研究員．2005 年，NEC液晶テクノロジー（現，NLT テクノロジー）．
LCD のシミュレーション（液晶配向，光学，TFT モデル等），高性能化（広視野角，高速応答等），高付加価値化（フィールドシーケンシャルカラー，システム内蔵，任意形状，内蔵
タッチパネル等）の研究開発に従事．正会員．

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