タッチパネル
タッチパネルとは、液晶パネルのような表示装置とタッチパッドのような位置入力装置を組み合わせた電子部品であり、画面上の表示を押すことで機器を操作する入力装置である。主に直感的に扱えることを要求する機器に組み込まれる事が多い。タッチスクリーン（）やタッチ画面、接触画面などとも呼ばれる。
タッチパネルは表示と入力の2つの機能を備えており、コンピューターなどの外部から受けた画像情報を液晶ディスプレイなどで表示すると共に、操作者がその画面に表示された絵やピクトグラムなどの点または領域に手で触れたり専用の「スタイラス」などと呼ばれるペンや一般のペンで圧力を加える等により、触れられた画面位置の情報を感知して外部へ情報信号として出力する。外部装置が画面での位置情報に基づいて、操作者が望む適切な動作を行なう。
操作者は画面に表示された部分を押したり滑らせたりするなど、操作が直感的に理解しやすいため、扱いやすい装置を作る事が可能となる。
表示機能を持たず位置入力機能だけの、板状のポインティングデバイス（位置入力装置）は、これらタッチパネルとは区別され、指先で触れるタッチパッドや磁気誘導を利用する専用のペンを用いるペンタブレットと呼ばれる。
従来は1点のみしか検出できなかったが、マルチタッチスクリーンやタッチFLOのような複数の点を検出できるタッチパネルが登場し、マウスやボタン操作に比べて難のあった操作性が大幅に改善され、勝るとも劣らない使い勝手となっている。
タッチパネルは、銀行など金融機関のATM、自動販売機（特に鉄道駅やレストランなどの自動券売機）のような、不特定多数が扱う公共性の高いものを始め、タブレットコンピュータ、スマートフォン、携帯情報端末（PDA）、デジタルオーディオプレーヤー、携帯ゲーム機、コピー機、ファックス、カーナビなど、デジタル情報機器を中心に多方面で使用されている。この装置は使用者が画面の操作手順を見ながら操作できるために、機械操作を誰にでも扱いやすくする事ができるという点で優れている。画面表示を随時切り替えることで、1つの画面上で多様な操作指示に使用できるので、装置全体の小型化が期待できる。マトリクス・スイッチは今では古い方式である。碁盤の目のように配列された電極によるスイッチが並んでおり、操作者がその面の一部を押さえると、上下2層の電極が接触することで電気回路が構成され、縦と横の位置情報を検出する仕組みである。
これを簡略化して以下に示す。
例では5×5であるが、実際には遥かに細かく格子状に並んでいる。タッチパネルからの位置信号を受けた外部装置が、それぞれのスイッチの位置情報に対応した適切な動作を行なう。
構造的には2層構造の透明電極からなり、例えばA - Eまでの水平の帯状電極と、1 - 5までの垂直な帯状電極を向かい合わせに僅かな隙間をあけておいて、上から押した時にだけ接点が生じるようにすれば、上の図の2番目では3からCに電流が流れ「3C」という出力が発生し、3番目の図では「4E」という出力が発生する。これは電子手帳などの初期の携帯用情報機器に利用されたが新たに製造される機器では本方式はほとんど採用されず、物理的接触によらず隙間を設けない他の新しい方式になっている。マトリクス・スイッチに代わるものとして抵抗膜方式が現れた。透明電極を構成する金属薄膜は抵抗を持っている。対向する2枚の抵抗膜のうち1枚に対して電圧をかけておくと、操作した位置に応じた電圧が2枚目に発生する。電圧を検知する事によりアナログ量として操作した場所を検知することができる。
抵抗膜方式には欠点が2つあり、面積が大きくなればなるほど精度が下がる事、もう1つは金属薄膜を2枚必要とするために透明度が劣ることである。前者はマトリクス・スイッチ構造を応用し複数のエリアを独立して検知することで回避でき、後者は抵抗膜方式の本質的な構造によるもので材料を工夫する以外の対処方法はない。なお、圧力さえかけられれば機能するため押さえるものは指でなくとも良い。
小面積の機器では非常に低コストである事から現在も多く採用されている。複合機の操作パネル、低価格の液晶デバイス等に使われる。
表面弾性波方式は抵抗膜方式の欠点である透明度の低さを解決するために開発された。剛性の高いガラスなどの基板の複数の隅に圧電素子を取り付けて振動波を発生させる。板に触れていると固定点となり、振動波はそこで吸収され一部は跳ね返る。跳ね返りを圧電素子の電圧の発生によって検出する。各々の反射時間を計測して指などの接触した場所を検知することができる。超音波方式とも呼ばれる。
抵抗膜方式に比べて視認性に優れ、構造的にも堅牢で寿命が長く出来る。抵抗膜方式同様に、押さえるものは必ずしも指でなくとも良いがある程度制約はある。
面積に対して能動素子が大変少なくて済む事から大画面の機器に使われる。また堅牢な事から公共端末に多用される。
主に赤外線LEDが光源であり、透過型ではこの赤外光を遮断することで位置を検出するが赤外光だけではスイッチの押し下げを感知できない。反射型では操作面の周囲に赤外線LEDとそのセンサーを厚みをつけて配置する為の額縁が必要となる。日光の入る野外やその近くでは使用できないなど多くの制約があり、あまり採用されていない。
光センサーと液晶を一体にしたパネルを使用した物もあり、指やペンの影や反射光を検知する。
シャープのMebiusに光センサー液晶パッドで採用された。
電磁誘導方式では電子ペンと呼ばれる専用のペンが必要となる。元々は画面表示を考慮しないペンタブレットでの位置入力方式だったが、センサー部を液晶画面の下に配置することで、元々高い読み取り精度をそれほど犠牲にすることなくタッチパネルとして実現出来た。電磁誘導方式の最大手のワコムでは静電容量方式と電磁誘導方式を共に備えた製品を開発し出荷を予定している。この併用製品ではペンでも指先でも操作が可能となり、電子ペンを使えば筆圧やサイドスイッチ等を検出できる。この方式により静電タッチの視認性を犠牲にせず、通常ペン入力が不可能な静電タッチ上で高精細な電磁誘導ペンが使えることになる。
静電容量方式のタッチパネルには2つ種類があり表面型と投影型がある。両方とも指先と導電膜の間での静電容量の変化を捉えて位置を検出する。指がセンサーの表面に近づくだけで静電結合が起きる性質を活かして接触する前にカーソルを表示するといった表現や操作も可能である。静電的な導電性がある物体で押さないと反応せず、抵抗膜式では反応する爪やタッチペンでは操作が不能。また、水滴で誤作動が起きる他、水中では反応しない為、防水仕様の携帯電話にこの方式が採用されている場合は水回りでの操作に不便が生じる場合が有る（水中では音量ボタン、撮影ボタン等の物理ボタン以外使えなくなる）。
2008年現在の携帯用情報機器でタッチパネルの90%程度が抵抗膜方式であり、残りは主に静電容量方式が占める。抵抗膜方式は携帯電話に使用する3インチサイズで2米ドル程度と廉価である。投影型静電容量方式も同サイズで安ければ5米ドル程度になり、コストは大きな障害では無くなりつつある。静電容量方式は多点検出が可能なため、「ジェスチャー」のようにある程度複雑な指示が行なえるので、1点検出のみの従来機種との差別化が出来る。
従来、入力に対する即時の反応は、画面表示を随時変化させることにより行うか、音を発することでユーザーにレスポンスを返していたが、最近では、画面を指などで操作した際にスイッチを押したような操作感を与える「触覚フィードバック」と呼ばれる技術が製品に取り入れられ始めている。さらに、物の肌触りを伝える研究も行なわれている。
タッチセンサーと液晶パネルは別部品であるが、特に液晶パネルメーカーが両者の機能を1つに内蔵した製品の開発に取り組んでいる。タッチセンサー付き液晶パネルとして1枚に薄く出来れば携帯機器にとっては大きな差別化要素となる。
タッチパネルの上で操作すると指で押した部分が見えにくくなるという問題があるが、パネル全体を手で保持しながら、パネルのウラ面で操作をするという「背面操作技術」が研究されている。パネルの裏面にタッチセンサを備え、オモテ面に表示されるウラの指の位置を確認しながら操作することで画面に触れずに操作できる。
タッチパネルの世界シェアでは、日本と台湾が世界市場でトップを競っているが、静電容量方式で先行した台湾メーカーが主導権をにぎりつつある。メーカー別では台湾TPK社が業界最大手であり、2007年に静電容量方式を採用したiPhoneが発売されて以降、携帯電話へのタッチパネル搭載がトレンドとなり、そこから派生してデジタルオーディオプレイヤーやデジタルカメラへのタッチパネル搭載商品が発売されるなど、デジタル家電市場でにわかに注目を浴びており、今後タッチパネル市場は、拡大していくものと予想される。
市場を牽引している携帯電話の分野では静電容量方式が主流となりつつある。富士キメラ総研の予測では、2009年には携帯電話で使用される割合で、静電容量方式が抵抗膜方式を追い抜くとしているが、需要に対して供給が追いついていない状況が続いており、現在価格は下げ止まり感がでている。静電容量方式では台湾のTPK(含むCando社)が強みをもっており対応可能なサイズは1インチ～42インチが可能なほか、当社の強みでもある、タッチパネルと液晶パネルとのダイレクトボンディングが業界一位の出荷実績をもち、今後ダイレクトボンディングの需要に対応する形で従来の液晶とタッチパネルの貼合方式を業界のトレンドが大きく変化してきている。例えばホームシアターセットを操作するタッチパネル式学習リモコンの場合、
といった具合である。
など多数。