組み込みデバイスに最適なディスプレイの選び方

組み込みデバイスにディスプレイが必要な場合、ディスプレイはデバイスの最も重要なコンポーネントの1つになります。私はキャリアを通じて、何百というディスプレイ付き組み込みデバイスの開発プロジェクトをサポートしてきました。今回は、ディスプレイ選択時に何を検討するべきか、エキスパートからのヒントと私自身の知見をご紹介したいと思います。

本稿のトピック：

• 組み込みディスプレイの種類
• 市販のディスプレイとカスタムディスプレイを選択する際に検討するべき要素
• 組み込みデバイスに最適なディスプレイを構築／選定する際に検討するべき事柄
• 組み込みディスプレイ・テクノロジーの比較

組み込みディスプレイとは？

組み込みディスプレイとは、組み込みデバイスと接続されるディスプレイのことです。組み込みデバイスは、このディスプレイを介してデバイスの操作や機能に関する情報をユーザーに提供し、ユーザーと対話します。

組み込みタッチスクリーンとは？

組み込みタッチパネルとも呼ばれ、ユーザーはスクリーン表面に触れることでデバイスと対話します。iPhoneを含むスマートフォンがいち早くこのテクノロジーを導入し、以後、コンシューマー向けデバイスのディスプレイで組み込みタッチスクリーンを採用する例が増えています。

組み込みシステム用LCDとは？

組み込みシステムで最も標準的なディスプレイの1つが液晶ディスプレイ（LCD）です。組み込みシステムは、キャラクターLCDとグラフィックLCDという2つのモジュールを用います。前者は文字のみを表示し、最もシンプルかつ安価なLCDテクノロジーです。後者はより高度で、画像も表示することが可能です。

市販の組み込みディスプレイ vs カスタムディスプレイ

組み込みシステムにディスプレイが必要な場合、エンジニアはカスタムディスプレイを設計／生産することも、市販のディスプレイを活用することもできます。

どちらのアプローチにも、メリットとデメリットがあります。

カスタムディスプレイを設計する場合のメリットとデメリット

•  カスタムディスプレイのメリット
  • カスタマイズされた外観を提供できる：組み込みデバイスのデザインにマッチしたディスプレイを作ることが可能です。組み込みデバイスに物理的なボタンとデジタル／タッチスクリーンボタンの両方がある場合、デザインの一貫性は非常に重要です。またカスタムディスプレイは、より統合的かつ満足度の高いユーザーエクスペリエンスをもたらすという長所があります。
  • 不要な機能を省ける：カスタムディスプレイなら、市販のディスプレイにある不要な機能類（ケースやカメラ）を省くことができます。
  • 販売終了になることがない：カスタムディスプレイなら、メーカーと長期的な生産契約を結び、改良を加えながら生産を継続することができます。メーカーとの契約は組み込みデバイスの製品ライフサイクルが終了するまで長期間にわたって続けられますが、市販のディスプレイはそれよりも短期間で販売終了になる場合があります。
  • コストを抑えられる：カスタムディスプレイの場合、当初の設計コストが高い、組み込みデバイスの生産台数が少なければ莫大なコストがかかるといったケースもあります。ただし、デバイスの生産台数が多ければ、生産単価は大きく下がります。
    
    
•  カスタムディスプレイのデメリット
  • 市場投入に時間がかかる：カスタムディスプレイの設計には時間がかかるため、組み込みデバイスの市場投入も遅れることがあります。ディスプレイコントローラのドライバを作ったり、線やボックスを描くといった基本的なグラフィック機能を持たせなければならなかったりします。その後のテストやデバッギングも必要です。結果として生産スケジュールが5～6カ月以上延びケースもあるかもしれません。
  • メカニカルデザインの問題：組み込みディスプレイのベゼルやガラスといったメカニカルデザインは簡単ではありません。市販の高品質ディスプレイのようなルック＆フィールを備えたカスタムディスプレイを作るには相当な手間がかかり、精度も要求されます。
  • 初期費用が高い：カスタムディスプレイを設計／生産するとなれば、ディスプレイと組み込みデバイスの生産プロセスの初期段階で大きなコストが必要になります。

市販のディスプレイを購入する場合のメリットとデメリット

•  市販のディスプレイのメリット
  • 動作実証済み：市販のディスプレイは、テスト済みできちんと動作する各種コンポーネントやグラフィックインターフェースを備えています。
  • 市場投入に時間がかからない：市販のディスプレイはテスト後に改善し、きちんと動作することが実証されているため、組み込みデバイスを早く完成させ、より迅速に市場に投入できます。
  •  コストを削減できる：組み込みデバイスの生産台数が多い場合、カスタムディスプレイの生産単価は十分に安く抑えられます。それ以外の場合は、市販ディスプレイのほうがコストはかかりません。
    「生産台数が少なければ少ないほど、カスタムデザインにするメリットは減る」とフリーのソフトウェア開発者で組み込みシステム専門のコンサルタント、Burkhard Stubert氏は述べています。
    
    
    
•  市販のディスプレイのデメリット
  • 消費者から見た製品の印象：組み込みデバイスと見た目が違ったり、デバイスにマッチしていなかったりする市販のディスプレイは、マイナスの影響を及ぼす恐れがあります。消費者は、完成度が低い製品、プロフェッショナルではない製品といった印象を持つかもしれません。
  • ディスプレイへのサポート体制：市販のディスプレイは継続的に使用するなかでメーカーのサポートが必要になる場合があります。また、変更や改良が行われることもあります。こうした変更やサポート不足が原因で、ディスプレイを組み込みデバイスに統合する際に問題が生じたりします。
  •  陳腐化の恐れ：市販のディスプレイの多くは製品寿命が数年です。消費者がより新しく、優れたディスプレイに変えたいと思うからです。組み込みデバイスの寿命をもっと長く考えている場合には、この点は大きな問題になります。
  
  

カスタムディスプレイを作るか、市販のディスプレイを買うか　―　それぞれのメリットとデメリット

高品質な組み込みディスプレイを選ぶために検討するべき重要な要素

組み込みディスプレイを設計／購入するに当たっては、さまざまな要素を検討する必要があります。たとえば、安全性、ユーザーとデバイスのインタラクション方法、デバイスの使用環境などです。

組み込みディスプレイを選ぶ際に検討するべき要素の例

• 何をするデバイスか？ユーザーとデバイスのインタラクション方法は？
  
  
  組み込みデバイスによっては基本的なディスプレイで事が足り、ユーザーとデバイスのインタラクションがゼロということもあります。たとえば、ディスプレイでバッテリー残量を表示するような場合です。反対に、ユーザーが頻繁にインタラクションできるようなディスプレイを必要とするデバイスもあります。
  
  MoledOps向けのAIサービスインテグレーションを提供しているハイパージャイアント（Hypergiant）のシニア組み込みソフトウェア開発者Brent Horine博士は「ユーザーとディスプレイのインタラクション方法を踏まえて、ディスプレイの洗練度合いを決めている。ディスプレイの大きさや、表示する情報の種類を考える必要がある。まずは、ユーザーがデバイスとどのようにインタラクションするかを分析するべきだ」と語っています。
  
  

• 安全性について

  安全性が重視される組み込みシステムで使われるディスプレイも少なくありません。たとえば、医療機器、車載コンポーネント、その他の重要なインフラの一部などです。このような場合、ディスプレイを含めたシステムのあらゆる側面が、安全要件を満たしていなければなりません。この種の組み込みシステム用のディスプレイを作る／購入するに当たっては、あらゆる側面から安全性を検討する必要があります。

• タッチスクリーンかボタンか？

  タッチスクリーンではなく、物理的なボタンを使って、ユーザーとディスプレイがインタラクションする場合もあります。ボタンには安いという利点が、タッチスクリーンはシンプルなディスプレイに比べて高いという欠点があります。ただし物理的なボタンは摩耗して動かなくなる場合があるほか、最近のユーザーの大半はタッチスクリーンを求める傾向があります。
  
  Stubert氏は次のように述べています。「消費者はスマートフォンでタッチスクリーンに慣れている。タッチスクリーンがないデバイスだと、非常に使いにくく感じ、なぜスマートフォンのように使えないのかと不思議に思うようだ」。
  
  さらにタッチスクリーンなら、エンジニアが後からインタラクション方法をプログラムし直して、変更や機能を加えることも可能だとホーリン氏は指摘します。「組み込みシステムをデプロイした後に物理的ボタンを加えるのは難しい」（Horine氏）
  
  タッチスクリーンの場合、コストの高さ、ユーザーのインタラクション方法、およびユーザーの期待を天秤にかけて考える必要があるでしょう。
  
  組み込みデバイスによっては、スクリーンが複数必要になります。Qtを使って組み込みデバイスに複数のスクリーンを開発する方法の詳細はこちらでご確認ください。こちらでは、卓越したユーザーエクスペリエンスを提供する、3つのスクリーンと2種類のOSを統合した未来の組み込みディスプレイのデモをご紹介しています。

• 市販のディスプレイかカスタムディスプレイか？

  初期段階で決めるべき最も重要な事柄はおそらく、カスタムディスプレイを作るか、組み込みデバイスに合う市販ディスプレイを買うかでしょう。
  
  Horine氏は、デバイスによっては2×1インチのシンプルなLCDで十分だと指摘し、「そうしたディスプレイのメーカーなら簡単に見つかる。あとは、ディスプレイを使うのに必要な機能やインターフェースを作ればいい」と述べています。
  
  上述の通り、カスタム、市販のいずれの組み込みディスプレイにも検討するべきさまざまなメリットとデメリットがあります。 
  
  

• コスト

  重要な検討要素の1つはもちろん、コストでしょう。カスタムディスプレイを作る場合と、市販ディスプレイを買う場合のコストを比較し、さらにその両方のケースでかかる長期的なコストも検討する必要があります。
  
  

• ユーザーの注意力散漫を引き起こさないかどうか

  車両や農業機械、建設機械といったデバイスやそれらの使用環境については、デバイスのディスプレイがユーザーの集中を阻害しないかどうかも重要だとStubert氏は言います。
  
  これらの機械や車両に搭載される一部のディスプレイには、ユーザーがデバイスを制御するための回転ノブやジョイスティックが含まれていることがあります。「タッチスクリーンとは別の入力方法も考えるべきだ。タッチスクリーンだと、タッチする場所を必ず見なければならない。そのように注意力散漫な状態になるのは、乗り物では望ましくない」と同氏は説明しています。
  
  あるボートメーカーが組み込みディスプレイを劇的に改善した事例をこちらでご紹介していますので、ご覧ください
  

• 使用環境への配慮

  組み込みデバイスのなかには、ディスプレイに影響が及ぶような環境下で使用されるものもあります。エンジニアはそうした使用環境も考慮しなければなりません。デバイスとディスプレイが頻繁に濡れないか、多くの機具や乗り物のように、デバイスが大きく揺れることはないか、といった点を検討します。
  
  振動する大型のコンポーネントが含まれる乗り物用の組み込みデバイスの場合、「しっかりとネジ止め、またはぴったりと嵌め込めるディスプレイにして、簡単に外せないようにすることが大切だ」とStubert氏はアドバイスしています。 

• 十分なメモリの必要性

  ディスプレイは組み込みシステムのマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサからのリソースを得ています。たとえば、追加のメモリが必要な場合もあります。マイクロコントローラのメモリに限りがあっても、ディスプレイを使うのに十分なメモリがなければなりません。
  
  

• 消費電力

  組み込みデバイスの多くは、消費できる電力に限りがあります。従って、限りある電力でデバイスを動かしながら、ディスプレイも使えなければなりません。
  
  

• 耐久性

  組み込みデバイスの使用環境によっては、耐久性のないディスプレイがあっという間に摩耗することがあります。ユーザーがどのようにディスプレイを使うか、総合的に見てどのくらい頻繁に触れたり使ったりするかも考えなければなりません。触れる頻度が高ければ、そのような使用方法に対応できることが重要です。

• 製品ライフサイクルとサポート

  市販ディスプレイを買う場合は、メーカーの想定する製品ライフサイクルも検討するべきです。また、製品トラブルに対してメーカーが提供する技術的サポートについても把握しておく必要があります。
  
  

• 開発ツールの有無

  カスタムディスプレイも市販ディスプレイも、ソフトウェアを搭載しています。ソフトウェアの開発ツールやその他の保守リソースを利用できるかどうかも検討事項の1つです。

• 製品寿命

  市販ディスプレイの場合は、メーカーの想定する製品寿命も調べてください。6年以上の生産予定がある組み込みデバイスに、製品寿命が3年のディスプレイではいずれ問題が生じます。
  
  

• 技術的要件と統合

  当然ながら、組み込みデバイスのハードウェアおよびOSとディスプレイの相性についても検討する必要があります。

• 業界要件
  
  組み込みデバイスのユーザーが属する業界に、機器類の運用上の要件がないかどうかも確認します。たとえば、ディスプレイの使用に影響を及ぼすような照明環境（暗い、直射日光が当たるなど）について検討が必要です。

• 可読性、コントラスト、視野角

  ディスプレイは、さまざまな環境で容易に読めるかどうかをテストしてください。ディスプレイと背景のコントラスト、ユーザーがディスプレイを見る角度、それがユーザーエクスペリエンスに及ぼす影響なども検討します。

• 色再現

  ディスプレイがパフォーマンスを発揮する上で、スクリーン上での色再現が重要なら、色再現の精度も考慮しなければなりません。

• 更新速度

  スクリーン上に何かが表示されるのを長々と待っていたい人はいません。テキストやグラフィックの変化をディスプレイが更新する速度も考慮が必要です。

• サイズ

  市販ディスプレイを買う場合は、必要なサイズのディスプレイをメーカーが作っているかどうかを確認します。

顧客に視覚的な感銘を与える組み込みディスプレイ

Qtの組み込み製品の計画と要件ガイドブック（無料）ではエンジニアの皆様向けに、高品質な組み込みディスプレイの詳細をご紹介しています。組み込みディスプレイの主な特徴を比較しているので、ご判断にお役立てください。

★～★★★★★の5段階評価。

組み込みディスプレイの選択後は…？

多くの組み込みデバイスにとってディスプレイは重要なパーツであり、大抵の場合、デザイン全体で最もコストのかかるパーツでもあります。適切なディスプレイの選択は、デバイスの成功に欠かせないプロセスです。ディスプレイを選択した後は、デバイスのユーザーインターフェース・デザインを合理化する方法を身につけなければなりません。

Qtは卓越したUIデザインをお手伝いします

組み込みデバイスに適切なディスプレイを選択した後は、Qt Design Studioが美しいユーザーインターフェースのデザインをお手伝いします。Qt Design Studioは、デザイナーと開発者の間のギャップを埋めて、1つの統合的なフレームワークと1つの共通言語で同時に作業を進められるようにし、フィードバックループを減らして、よりスピーディな反復型開発を可能にします。