(57)【要約】【課題】コンフォーマブルディスプレイにおいて触覚フィードバックを生成するのに用いることができるアクチュエーターを提供すること。【解決手段】コンフォーマブルディスプレイは、マクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーターを備える。このＭＦＣアクチュエーターは、コンフォーマブルディスプレイを直線方向に変位させるように構成されている。このコンフォーマブルディスプレイは、薄く可撓で変形可能なものとすることができる。【選択図】図１Ａ
2019114255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示要素と、
線形マクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーターであって、
第１のラミネート層と、
第２のラミネート層と、
前記第１のラミネート層と前記第２のラミネート層との間に配置されたマクロファイバー複合体アクチュエーターと、
を備える、線形ＭＦＣアクチュエーターと、
を備え、
前記線形ＭＦＣアクチュエーターは、前記表示要素に取り付けられているとともに、支持構造体にも取り付けられている、コンフォーマブルディスプレイ。
【請求項２】
前記線形ＭＦＣアクチュエーターは、前記表示要素を平面方向に並進させるように構成されている、請求項１に記載のコンフォーマブルディスプレイ。
【請求項３】
前記表示要素はポリマー材料を含む、請求項１に記載のコンフォーマブルディスプレイ。
【請求項４】
前記第１のラミネート層及び前記第２のラミネート層はポリマー材料を含む、請求項１に記載のコンフォーマブルディスプレイ。
【請求項５】
第１の表示層と、
第２の表示層と、
前記第１の表示層と前記第２の表示層との間に配置されたマクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーターと、
を備える、コンフォーマブルディスプレイ。
【請求項６】
前記第１の表示層及び前記第２の表示層はポリマー材料を含む、請求項５に記載のコンフォーマブルディスプレイ。
【請求項７】
前記第１の表示層と前記第２の表示層との間に配置された少なくとも２つのＭＦＣアクチュエーターを備える、請求項５に記載のコンフォーマブルディスプレイ。
【請求項８】
前記第１の表示層と前記第２の表示層との間に配置された４つのＭＦＣアクチュエーターを備え、該４つのＭＦＣアクチュエーターは、前記コンフォーマブルディスプレイの４つの対向するコーナーに位置決めされている、請求項５に記載のコンフォーマブルディスプレイ。
【請求項９】
前記コンフォーマブルディスプレイの一方の側部に位置決めされた前記ＭＦＣアクチュエーターのうちの２つは、拡張ＭＦＣアクチュエーターであり、前記コンフォーマブルディスプレイの対向する側部に位置決めされた前記ＭＦＣアクチュエーターのうちの２つは、収縮ＭＦＣアクチュエーターである、請求項８に記載のコンフォーマブルディスプレイ。
【請求項１０】
前記ＭＦＣアクチュエーターは、前記コンフォーマブルディスプレイを平面方向に並進させるように構成されている、請求項５に記載のコンフォーマブルディスプレイ。
【請求項１１】
前記コンフォーマブルディスプレイは平坦である、請求項５に記載のコンフォーマブルディスプレイ。
【請求項１２】
前記コンフォーマブルディスプレイは湾曲している、請求項５に記載のコンフォーマブルディスプレイ。
【請求項１３】
第１の表示層及び第２の表示層をマクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーター上にラミネートすることと、
前記第１の表示層及び前記第２の表示層に、前記マクロファイバー複合体アクチュエーターに隣接して切り抜き部を作製することと、
を含む、請求項５に記載のコンフォーマブルディスプレイを製造する方法。
【請求項１４】
前記ラミネートすることは、前記第１の表示層及び前記第２の表示層を４つのＭＦＣアクチュエーター上にラミネートすることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ラミネートすることは、前記第１の表示層及び前記第２の表示層を前記ＭＦＣアクチュエーター上に付着させること又は直接重合することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の表示層及び前記第２の表示層は、実質的に同じ長さ、幅及び厚さを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１に記載のコンフォーマブルディスプレイに接触することと、
前記接触に応答して前記ＭＦＣアクチュエーターに電圧を印加することと、
前記コンフォーマブルディスプレイの前記平面内の側方変位を介して触覚フィードバックを生成することと、
を含む、コンフォーマブルディスプレイを介して触覚フィードバックを提供する方法。
【請求項１８】
前記接触することは、ユーザーの指からのタッチである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記生成することは、約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚの周波数における振動側方変位である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記生成することは、前記コンフォーマブルディスプレイの前記平面内から外部への２５％未満の変位を生み出すことである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
表面要素と、
線形マクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーターであって、
第１のラミネート層と、
第２のラミネート層と、
前記第１のラミネート層と前記第２のラミネート層との間に配置されたマクロファイバー複合体アクチュエーターと、
を備える、線形マクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーターと、
を備え、
前記線形ＭＦＣアクチュエーターは、前記表面要素に取り付けられているとともに、支持構造体にも取り付けられている、コンフォーマブル表面。
【請求項２２】
前記表面要素はポリマー材料を含む、請求項２１に記載のコンフォーマブル表面。
【請求項２３】
前記第１のラミネート層及び前記第２のラミネート層はポリマー材料を含む、請求項２１に記載のコンフォーマブル表面。
【請求項２４】
前記線形ＭＦＣアクチュエーターは、前記表面要素を平面方向に並進させるように構成されている、請求項２１に記載のコンフォーマブル表面。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーターを備えるコンフォーマブルディスプレイ（conformable display）に関する。ＭＦＣアクチュエーターは、コンフォーマブルディスプレイを直線方向に変位させるように構成されている。コンフォーマブルディスプレイは、薄く可撓で変形可能なものとすることができる。
【背景技術】
【０００２】
様々な触覚作動技術が、タッチスクリーン等のタッチ検知デバイスのディスプレイに振動触知性触覚フィードバックを提供するのに用いられてきた。従来の触覚フィードバックデバイスは、線形共振アクチュエーター（「ＬＲＡ」）デバイス及び偏心回転質量（「ＥＲＭ」）デバイス等の電気アクチュエーター、又はソレノイドを用いる。しかしながら、これらのアクチュエーターは、一般にスケーラブルでなく、触覚アプリケーションにおいて常に十分に動作するとは限らない。これらのデバイスは、多くの場合、非常に大きくて扱いにくく、幾つかの特定の空間制限を満たすのが困難である可能性がある。
【０００３】
タッチ検知デバイスにおける別の従来の触覚フィードバック技術は、電気活性ポリマー（「ＥＡＰ」）デバイスである。しかしながら、この技術の１つの欠点は、ＥＡＰベースのアクチュエーターが触覚アプリケーションに適した効果を提供するには、通常、数千ボルトの電気を必要とするということである。
【０００４】
加えて、触覚作動をコンフォーマブルディスプレイに統合するには、ディスプレイ、ひいては触覚アクチュエーターも、非平坦及び／又は屈曲可能である必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、コンフォーマブルディスプレイにおいて触覚フィードバックを生成するのに用いることができるアクチュエーターが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書において提供されるのは、コンフォーマブルディスプレイであって、表示要素と、線形マクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーターとを備える。前記ＭＦＣアクチュエーターは、第１のラミネート層と、第２のラミネート層と、前記第１のラミネート層と前記第２のラミネート層との間に配置されたマクロファイバー複合体アクチュエーターとを備える。実施の形態では、前記線形ＭＦＣアクチュエーターは、前記表示要素に取り付けられているとともに、支持構造体にも取り付けられている。
【０００７】
更に、本明細書において提供されるのは、コンフォーマブルディスプレイであって、第１の表示層と、第２の表示層と、前記第１の表示層と前記第２の表示層との間に配置されたマクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーターとを備える。
【０００８】
追加の実施の形態では、本明細書において提供されるのは、コンフォーマブルディスプレイを製造する方法であって、第１の表示層及び第２の表示層をマクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーター上にラミネートすることと、前記第１の表示層及び前記第２の表示層に、前記マクロファイバー複合体アクチュエーターに隣接して切り抜き部を作製することとを含む。
【０００９】
更なる実施の形態では、本明細書において提供されるのは、コンフォーマブルディスプレイを介して触覚フィードバックを提供する方法であって、本明細書において説明するようなコンフォーマブルディスプレイに接触することと、前記接触に応答して前記ＭＦＣアクチュエーターに電圧を印加することと、前記コンフォーマブルディスプレイの前記平面内の側方変位を介して触覚フィードバックを生成することとを含む。
【００１０】
更に、提供されるのは、コンフォーマブル表面であって、表面要素と、線形マクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーターであって、第１のラミネート層と、第２のラミネート層と、前記第１のラミネート層と前記第２のラミネート層との間に配置されたマクロファイバー複合体アクチュエーターとを備え、前記線形ＭＦＣアクチュエーターは、前記表面要素に取り付けられているとともに、支持構造体にも取り付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の一実施形態によるマクロファイバー複合体（ＭＦＣ）を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態によるマクロファイバー複合体（ＭＦＣ）の構成要素を示す拡大図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による線形ＭＦＣアクチュエーターを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による線形ＭＦＣアクチュエーターの側面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による、ラインＣを通る線形ＭＦＣアクチュエーターの断面図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による、線形ＭＦＣアクチュエーター（複数の場合もある）を表示要素に取り付けてコンフォーマブルディスプレイを形成したものを示す図である。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態による、線形ＭＦＣアクチュエーター（複数の場合もある）を表示要素に取り付けてコンフォーマブルディスプレイを形成したものを示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態によるＭＦＣアクチュエーターを備えるコンフォーマブルディスプレイを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態によるＭＦＣアクチュエーターを備えるコンフォーマブルディスプレイを示す図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態によるコンフォーマブルディスプレイにおけるＭＦＣアクチュエーターの断面図である。
【図４Ａ】単一の側部のみが装着されている、基板に装着されたＭＦＣの加速度を示すグラフである。
【図４Ｂ】単一の側部のみが装着されている、基板に装着されたＭＦＣの加速度を示すグラフである。
【図４Ｃ】単一の側部のみが装着されている、基板に装着されたＭＦＣの加速度を示すグラフである。
【図５Ａ】ＭＦＣが２つのラミネート層の間に配置されている、本発明の実施形態による線形ＭＦＣアクチュエーターの加速度を示すグラフである。
【図５Ｂ】ＭＦＣが２つのラミネート層の間に配置されている、本発明の実施形態による線形ＭＦＣアクチュエーターの加速度を示すグラフである。
【図５Ｃ】ＭＦＣが２つのラミネート層の間に配置されている、本発明の実施形態による線形ＭＦＣアクチュエーターの加速度を示すグラフである。
【図５Ｄ】図５Ａ〜図５Ｃに示すＭＦＣアクチュエーターの加速度対周波数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本技術の前述の特徴及び態様並びに他の特徴及び態様は、添付図面に示される実施形態の以下の記載からより良く理解することができる。本明細書に組み込まれて本明細書の一部をなす添付図面は、本技術の原理を説明する役割を更に果たす。図面内の構成要素は、必ずしも縮尺どおりではない。
【００１３】
本明細書に用いられるような「触覚フィードバック」、「触覚フィードバック信号」、又は「触覚信号」は、区別なく用いられ、本明細書において説明するようなシステム、コンフォーマブルディスプレイ、又は触覚フィードバックジェネレーターからタッチの感覚を介してユーザーに伝達される振動、テクスチャ、及び／又は熱等の情報を指す。
【００１４】
実施形態では、マクロファイバー複合体を用いて、線形作動、ひいては触覚フィードバックを提供することを組み込んだコンフォーマブルディスプレイ、又は、これに基づくコンフォーマブルディスプレイが本明細書において提供される。
【００１５】
本発明の実施形態によるマクロファイバー複合体（ＭＦＣ）、又はＭＦＣアクチュエーター（図１Ａ及び図１Ｂにおける１０２）は、適切には、接着剤の層１０６（例えば、エポキシ層）の間にサンドイッチされた方形の圧電セラミック（適切にはリボン形状）ロッド１０８と、薄いコンフォーマブルシートに形成された電極及びポリイミド薄膜１０４及び１０４’とを備える（図１Ｂ参照）。電極は、リボン形状ロッドとの間の印加電圧をＭＦＣに直接伝達する交互嵌合パターンで薄膜に取り付けられている。このアセンブリによって、密封された耐久性のある使用可能なパッケージの面内ポーリング、作動及び検知が可能になる。薄い表面コンフォーマブルシートとして形成されたそのようなＭＦＣアクチュエーターは、様々なタイプの構造体に付着（通常、接着剤接合）させるか又は複合構造体に組み込むことができる。電圧が印加された場合、ＭＦＣは、材料を屈曲若しくは歪曲させるか、振動を相殺するか、又は振動を生成する。電圧が印加されていない場合、ＭＦＣは、変形、雑音及び振動を検知する非常に高感度の歪みゲージとして働くことができる。ＭＦＣアクチュエーターは、振動からエネルギーを取り入れる優れたデバイスでもある。これについては、例えば、米国特許第６，６２９，３４１号明細書を参照されたい。この米国特許の開示内容は、ＭＦＣを形成する際に有用な構造及び材料の開示内容を含む全ての目的において、その全内容が、引用することによって本明細書の一部をなすものとする。
【００１６】
実施形態では、ＭＦＣアクチュエーターを備えるコンフォーマブルディスプレイが本明細書において提供される。本明細書に用いられるような「コンフォーマブルディスプレイ」は、実質的に平坦であるとともに、実施形態では、屈曲、変形、成型、又は、平坦で平面的な表面以外の形状を取るように別の方法で変更することができる、画像を提示するスクリーン又は他のデバイスを指す。「コンフォーマブルディスプレイ」及び「コンフォームドディスプレイ」という用語は、本明細書において区別なく用いられる。コンフォーマブルディスプレイは、１）硬質で薄く平坦なディスプレイ、２）硬質で薄く湾曲した（ただし、変形可能でない）ディスプレイ、３）薄く可撓な（すなわち、変形可能な）ディスプレイ、及び４）薄く巻回可能又はそれ自体に重ねて折り畳み可能なディスプレイを含む。「コンフォーマブルディスプレイ」は、印刷又は投影された画像及びタッチ検知技術を有する静的な表面も含むことができる。
【００１７】
本明細書で説明するコンフォーマブルディスプレイに関する所望の目標のうちの１つは、これらのコンフォーマブルディスプレイを、ディスプレイの平面（すなわち、ディスプレイのＸＹ平面）内において、ディスプレイの平面（すなわち、ディスプレイのＺ平面）から最小移動（ディスプレイの厚さの２５％未満の変位）で側方に移動させることができるようにすることである。ＭＦＣアクチュエーター、特に本明細書で説明するような線形ＭＦＣアクチュエーターの使用は、この目標を達成するために用いられる。
【００１８】
図２Ａは、本発明の実施形態による一例示的な線形マクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーター２０２を示している。図２Ｂは、線形ＭＦＣアクチュエーター２０２の側面図を示している。図２Ｃは、図２ＢのラインＣを通る線形ＭＦＣアクチュエーター２０２の断面図を示している。図２Ｃに示すように、線形ＭＦＣアクチュエーター２０２は、第１のラミネート層２０８と、第２のラミネート層２１０と、第１のラミネート層と第２のラミネート層との間に配置されたマクロファイバー複合体（ＭＦＣ）１０２とを備える。
【００１９】
本明細書に用いられるような第１及び第２の「ラミネート層」は、ＭＦＣの上側表面及び下側表面上に配置された薄い構造層を指す。ラミネート層２０８及び２１０は、適切には、数ミクロンから数ミリメートル、更に数十ミリメートル程度の厚さを有する。ラミネート層は、適切には、例えば、様々なアクリル樹脂、シリコーンポリマー（例えば、ポリジメチルシロキサン）等を含むポリマー材料を含む。ラミネート層２０８及び２１０は、ガラス繊維又は他の複合材料も含むことができる。ラミネート層２０８及び２１０は、適切には、Ｚ方向（すなわち、ラミネートの平面内から外部に向かう方向）に硬質であるが、ラミネートの平面方向には可撓であり、これによって、Ｚ方向には（結果として屈曲する形で）相対的にほとんど運動しないが、ＸＹ平面においては十分に変位することが可能になる（図２Ｂ参照）。実施形態では、本明細書で説明するように、アクチュエーターからのＸＹ平面における作動に応答したＺ方向における運動は、例えば数ミクロン程度に、相対的に小さくすることができる。本明細書では、ＭＦＣが、事前にラミネートされた構成、すなわち、ＭＦＣの設計又は製造の際に第１のラミネート層及び第２のラミネート層を既に備える構成で提供される実施形態も包含される。
【００２０】
追加の実施形態では、ラミネート層２０８及び２１０は、例えば、ＭＦＣ上に配置されたゴム又は可撓性材料を備え、可撓性材料の上部に硬い層が追加された２つ以上の材料層を含むことができる。これらの材料層も、このタイプの直線運動を達成することができる。適切には、ラミネート層２０８及び２１０は、実質的に透明であるが、他の実施形態では、不透明とすることもできるし、外見が完全に中実なものとすることもできる。ラミネート層２０８及び２１０の例示的な材料には、ポリマー材料及びプラスチック材料、鋼、銅、アルミニウム等の様々な金属が含まれ、複合体には、カーボンファイバー複合体、熱可塑性プラスチック、木材（天然又は加工済み）等が含まれる。
【００２１】
構造的には、ラミネート層２０８及び２１０は、それらが接着接合された線形ＭＦＣアクチュエーター２０２の上部及び底部の双方に均一で実質的に等しい剛性を提供するために、双方のサイズ（すなわち、平面寸法）及び厚さが実質的に同様であることが望ましい。実施形態では、望ましくない屈曲を制限するとともに、均一な側方運動を提供するために、ラミネート層２０８及び２１０に同じ空間幾何形状（すなわち、平面寸法及び厚さ寸法のサイズ）と、同じ機械的幾何形状（同じ機械的特性）とを持たせることが望ましい。
【００２２】
ラミネート層２０８及び２１０は、Ｚ方向（すなわち、ＭＦＣ１０２の表面から外部に向かう平面、図２Ｂ参照）にも硬いが、Ｘ方向及びＹ方向（すなわち、ＭＦＣ１０２の表面の平面）に直線的な可撓性を有することが可能である。第１のラミネート層２０８及び第２のラミネート層２１０をＭＦＣアクチュエーター１０２上に接着接合又は配置することは、様々な接着剤又は接合剤の使用、及び直接的な重合、熱接着等を含むことができる。追加の実施形態では、堆積プロセスを用いて、ラミネート層２０８及び２１０をＭＦＣ上に堆積させることができる。適切には、ラミネート層２０８及び２１０の全接触表面積（ラミネート層がＭＦＣと接触する全面積）が、接着剤、重合、又は他のメカニズムのいずれかを介してＭＦＣに接着接合される。他の実施形態では、ＭＦＣの一部分（例えば、中央のストリップ）をラミネートせずに残しておくことができるとともに、ラミネート層の残りの部分は、直線運動を提供するように必要な剛性を提供する。
【００２３】
線形ＭＦＣアクチュエーター２０２は、適切には、固定端２０４及び可動端２０６を備える。ただし、これらの端の配置及び向きは、逆にすることもできるし、所望に応じて他の方法で変更することもできる。線形ＭＦＣアクチュエーター２０２の一方の端（例えば、２０４）が固定されている（すなわち、支持構造体、例えば、自動車、テレビセット、ラップトップ、モニター、コンピューター等のフレームに接続されている）とき、残りの自由端（例えば、２０６）は、直線的に（すなわち、ＭＦＣ及びラミネート層の平面内で）動くことができる。
【００２４】
印加電圧に応答したＭＦＣは、拡張若しくは伸長するか（Ｐ１タイプＭＦＣ）、収縮するか（Ｐ２タイプＭＦＣ）、又は剪断を受ける（Ｐ３タイプ）（適切には、数ミクロンの変形のスケール）。単一のラミネート層のみがＭＦＣの上部又は底部に配置されている場合、このラミネート層は、ＭＦＣの拡張、収縮、又は剪断に応答して屈曲又は湾曲する。
【００２５】
一方、Ｚ方向に十分な剛性を有するが、ＸＹ方向に可撓性を有する２つのラミネート層の間にＭＦＣが配置されているとき、ＭＦＣのアクティベーションの結果、直線運動及び変形がもたらされる。すなわち、ＭＦＣが２つのラミネート層の間にあるとき、単一のラミネート層を用いた屈曲は、直線運動に変換される。これによって、自由端２０６は、直線的に動いて固定端２０４から離れることが可能になる。以下に、本明細書における実施形態において用いることができるＭＦＣの幾つかの例示的な特性及び特徴を提供する。
【００２６】
【表１】
2019114255.tif 000003
【００２７】
更なる実施形態では、ラミネート層の厚さを上述のものよりも薄くすることもできるし、より薄い層を互いに積重して、最終の所望の厚さ及び結果を達成することもできる。ＭＦＣの電圧及びブロッキング力は、利用されるラミネート層の厚さ及び数に依存する。例えば、互いに積重された複数の薄いラミネート層を利用するとともに、場合によっては、約３００Ｖ〜約１５００Ｖの範囲の電圧を利用することによって、５０Ｎのブロッキング力を達成することができる。
【００２８】
追加の実施形態では、図２Ｄに示すように、表示要素２２０及び線形マクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーター２０２（複数のＭＦＣアクチュエーター２０２を異なる位置に用いることもできる）を備えるコンフォーマブルディスプレイ２２４が本明細書において提供される。これらのアクチュエーターは、本明細書において説明したように、第１のラミネート層２０８と、第２のラミネート層２１０と、第１のラミネート層と第２のラミネート層との間に配置されたマクロファイバー複合体１０２とを備える。コンフォーマブルディスプレイ２２４は、線形ＭＦＣアクチュエーター２０２（すなわち、固定端２０４）が取り付けられている支持構造体２２２も備える。線形ＭＦＣアクチュエーター２０２の可動端２０６は、表示要素２２０に取り付けられている。実施形態では、取り付けメカニズム２１２は、様々なねじ、ボルト、リベット、ブラッド、釘等を含むことができ、また、接着接合材料は、接合剤、接着剤、はんだポイント等を含む。表示要素２２０も、追加の支持要素２６０（又は複数の支持体）を介して支持構造体２２２に更に取り付けることもできるし、支持要素２６０が、見るための所望の構成で表示要素を保持するメカニズム等を別の方法で提供することもできる。例示的な表示要素２２０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、電子インク（ｅインク）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ナノ結晶ディスプレイ又は量子ドットベースのディスプレイ等を含む。適切には、表示要素２２０は、当該技術においてよく知られているように、スクリーンの外側を形成するポリマー材料を備える。
【００２９】
電力源２５０（例えば、電池、電源コンセント等。ＭＦＣのリード線は図示されていない）から電圧を印加すると、線形ＭＦＣアクチュエーター２０２の自由端２０６は、表示要素２２０を平面方向、すなわち、Ｘ方向及び／又はＹ方向並びに組み合さったＸＹ方向（図２Ｄ参照）に直線的に動かす（支持構造体２２２に取り付けられた固定端２０４は静止したままである）。Ｚ方向（すなわち、表示要素２２０の平面内から外部に向かう方向）の運動はほとんど生じない。なぜならば、単一のラミネート層のみが用いられている場合には、ＭＦＣの変位は、ラミネート層２０８及び２１０を経由して直線運動（屈曲運動ではない）に変換されているからである。線形ＭＦＣアクチュエーター２０２にＰ１タイプＭＦＣを用いると、ＭＦＣは拡張し、その結果、スクリーン要素２２０は正のＸ方向に運動する（Ｙ方向に同時に移動する可能性もある）。線形ＭＦＣアクチュエーター２０２にＰ２タイプＭＦＣを用いると、ＭＦＣは収縮し、その結果、スクリーン要素２２０は負のＸ方向に運動する（Ｙ方向に同時に移動する可能性もある）。線形ＭＦＣアクチュエーター２０２にＰ３タイプＭＦＣを用いると、ＭＦＣは剪断運動を行い、その結果、Ｘ方向及びＹ方向の双方（及び組み合わさったＸＹ方向）に運動する。
【００３０】
追加の実施形態では、ＭＦＣアクチュエーター２０２を表示要素２２０に傾斜して装着することもできるし、複数のＭＦＣアクチュエーター２０２を表示要素２２０に傾斜して装着することもでき、これによって、ＸＹ平面内での全てのＸＹ方向の触覚フィードバックが可能になる（例えば、図２Ｅ参照）。要素は、図２Ｄにおいて上述したものと同じである。
【００３１】
図３Ａ〜図３Ｃは、コンフォーマブルディスプレイ３００を備える更なる実施形態を示している。このコンフォーマブルディスプレイ３００は、第１の表示層３１０と、第２の表示層３１４と、第１の表示層３１０と第２の表示層３１４との間に配置されたマクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーター１０２（図３ＢのＣ−Ｃを通して取得されたコンフォーマブルディスプレイ及びＭＦＣの断面図を示す図３Ｃ参照）とを備える。追加の剛性及び／又は保護を表示層に提供することが所望されている場合には、追加の層（例えば、タッチスクリーン層３３０）も加えることができる。加えて、更なる実施形態では、本明細書において説明するコンフォーマブルディスプレイは、ディスプレイスクリーン又はディスプレイデバイスのタッチスクリーン部分としての機能を果たすことができる。
【００３２】
図３Ａでは、拡張ＭＦＣアクチュエーター３０２及び収縮ＭＦＣアクチュエーター３０４を含む４つのＭＦＣアクチュエーターを有するコンフォーマブルディスプレイ３００が示されている。４つのＭＦＣアクチュエーターを用いるコンフォーマブルディスプレイ３００が示されているが、表示要素の平面（すなわち、ＸＹ平面）内の側方移動は、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個等のＭＦＣアクチュエーターを用いて達成することができる。
【００３３】
図３Ａに示すように、装着孔３０６は、モニター、ラップトップセクション、携帯電話、腕時計、タブレット、自動車のダッシュボード等のフレームを含むことができる支持構造体（図示せず）へのコンフォーマブルディスプレイ３００の取り付け箇所としての機能を果たす。コンフォーマブルディスプレイ３００の両側におけるこれらの取り付け箇所は、ＭＦＣアクチュエーターの運動を制限する固定端としての機能を果たす。ＭＦＣに電圧（電力源（複数の場合もある）及びリード線接続は図示せず）を印加すると、拡張ＭＦＣアクチュエーター（Ｐ１タイプ）３０２は拡張する一方、収縮ＭＦＣアクチュエーター（Ｐ２）タイプ３０４は収縮し、その結果、コンフォーマブルディスプレイ３００は、平面方向（すなわち、コンフォーマブルディスプレイの表示要素の平面内）において正のＸ方向に運動する（図３Ｂ参照）。Ｙ方向での多少の運動も可能である。ＭＦＣアクチュエーター３０２及び３０４が入れ替えられた場合（すなわち、左側に収縮ＭＦＣ、右側に拡張ＭＦＣ）、コンフォーマブルディスプレイ３００は負のＸ方向に動く。ＭＦＣの数及び向きをバランスさせることによって、所望の側方運動を達成することができる。
【００３４】
コンフォーマブルディスプレイ３００は、切り抜き部３１２も備える。これらの切り抜き部は、適切には、ＭＦＣアクチュエーターの長手方向に延在し、ＭＦＣのエッジの近くに位置決めされている。切り抜き部３１２によって、ＭＦＣが当該ＭＦＣに当接する材料を動かす必要なく、コンフォーマブルディスプレイ３００の移動が可能になる。その結果は、表示要素３１０／３１４の平面内で側方に動くとともに、振動、前後の揺動、又は側方ＸＹ運動等の形態で触覚フィードバックをユーザーに提供することができる触覚エリア３０８（図３Ｂ）である。
【００３５】
第１の表示層３１０及び第２の表示層３１４に用いられる例示的な材料は、様々なポリマー材料及びガラスを含み、実質的に透明な層である。例示的なポリマー材料は、多結晶シリコン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート、ポリエーテルサルホン、多環状オレフィン、ポリアクリレート、ポリイミド等を含むが、これらに限定されるものではない。（Choi他「Polymers for flexible displays: From material selection to device applications」（Progress in Polymer Science 33:581-630（2008））を参照されたい。この文献の開示内容は全ての目的において本明細書の一部をなすものとする。）コンフォーマブルディスプレイ上に画像を生成するのに必要とされる発光ダイオード、液晶、量子ドット等を含むコンフォーマブルディスプレイに用いられる追加の要素も、本明細書において説明するディスプレイに組み込むことができるし、別の方法でディスプレイに関連付けることができる。
【００３６】
本明細書において説明するように、実施形態では、コンフォーマブルディスプレイ３００は、適切には、第１の表示層３１０と第２の表示層３１４との間に配置された少なくとも２つのＭＦＣアクチュエーターを備え、これらのＭＦＣは、適切には、均一な移動を容易にするために、コンフォーマブルディスプレイの対向する側部に配置される。例示的な実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第１の表示層と第２の表示層との間に配置された４つのＭＦＣアクチュエーターが利用される。これらの４つのＭＦＣアクチュエーターは、適切には、コンフォーマブルディスプレイ３００の側方移動を最適化するために、コンフォーマブルディスプレイの４つの対向するコーナーに位置決めされる。本明細書において説明するように、同じ側部にあるＭＦＣアクチュエーターのうちの２つは拡張ＭＦＣアクチュエーター３０２（Ｐ１−タイプ）である一方、対向する側部にある２つのＭＦＣアクチュエーターは収縮ＭＦＣアクチュエーター３０４（Ｐ２−タイプ）である。
【００３７】
コンフォーマブルディスプレイ３００の形状及びサイズは、適切には、携帯電話、タブレット、腕時計スクリーン、ラップトップ、テレビ、キオスクスクリーン、銀行ＡＴＭ、コンピューターモニター、ビデオゲームシステム等を問わず、用途の最終的なタイプによって定められる。加えて、本明細書において説明したコンフォーマブルディスプレイは、湾曲したもの又は平坦なものとすることができ、巻回可能又はそれ自体に重ねて折り畳み可能であることを含めて、変形可能又は屈曲可能なものとすることもできる。
【００３８】
本明細書において説明したコンフォーマブルディスプレイ及び線形ＭＦＣアクチュエーターは、携帯電話、腕時計、タブレット、ラップトップ、モニター、テレビ、銀行機械、インタラクティブキオスク、ゲーミングシステム又はゲームセンターマシン、商店での注文用のタッチパッド、自動車及び航空機におけるインタラクティブスクリーン等のクリーン又は表示要素として用途を含む様々な用途において実施することができる。更なる実施形態では、本明細書において説明したコンフォーマブルディスプレイ及び線形ＭＦＣアクチュエーターは、仮想現実システム又は拡張現実システムと統合することもできるし、その一部とすることもできる。
【００３９】
追加の実施形態では、本明細書において説明したラミネートＭＦＣアクチュエーターを利用して、コンフォーマブル表面を作製することができる。本明細書に用いられるような「コンフォーマブル表面」は、実質的に平坦であるとともに、実施形態では、屈曲、変形、成型、又は、平坦で平面的な表面以外の形状を取るように別の方法で変更することができる材料を指す。そのような実施形態では、第１のラミネート層と、第２のラミネート層と、第１のラミネート層と第２のラミネート層との間に配置されたマクロファイバー複合体アクチュエーターとを備える線形マクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーターが表面要素に取り付けられる。本明細書に用いられるような「表面要素」は、表面要素の厚さよりも大幅に大きい幅及び長さを有する実質的に平坦で薄い材料要素を指す。例示的な表面要素は、様々なガラス、ポリマー及びプラスチックを含む。
【００４０】
コンフォーマブルディスプレイ内に含まれるか又はこれに関連付けられるＭＦＣは、センサー材料としての機能を果たすことが知られているので、様々なコンフォーマブルディスプレイは、センサーとして用いることもできる。例えば、検知は、容量性検知、抵抗性検知、赤外線検知、圧電検知等の形態を取ることができる。そのような検知の用途では、コンフォーマブルディスプレイは、タッチスクリーン、スライディングインターフェース、ボタンインターフェース等の一部とすることができる。
【００４１】
追加の実施形態では、コンフォーマブルディスプレイを製造する方法が本明細書において提供される。これらの製造方法は、第１の表示層３１０及び第２の表示層３１４をマクロファイバー複合体（ＭＦＣ）アクチュエーター１０２上にラミネートすることを含む。ラミネートする方法は、接着剤及び接合剤の使用、並びにＭＦＣの表面への直接的な重合を含む。これらの方法は、第１の表示層及び第２の表示層においてマクロファイバー複合体に隣接して切り抜き部（例えば、図３Ａにおける３１２参照）を作製することを更に含む。本明細書において説明したように、ＭＦＣが運動させなければならない隣接する材料の量を制限するとともに、より均一な移動も可能にするために、ＭＦＣに隣接した切り抜き部をコンフォーマブルディスプレイに有することが望ましい。
【００４２】
実施形態では、適切には、均一な変位を可能にするために、４つのＭＦＣアクチュエーターが第１の表示層と第２の表示層との間にラミネートされて、ディスプレイのコーナーに４つのＭＦＣアクチュエーターを有するコンフォーマブルディスプレイが作製される。全体を通して説明したように、実施形態では、均一な移動及び変位を確保するために、第１の表示層及び第２の表示層は、同じ長さ、幅及び厚さを有し、第１の表示層及び第２の表示層とＭＦＣアクチュエーターとの間の全接触表面積が、互いにラミネート又は接着接合される。
【００４３】
本明細書では、コンフォーマブルディスプレイを介して触覚フィードバックを提供する方法も提供される。これらの方法は、適切には、例えば、ユーザーのタッチ（指）、スタイラス、又は他の接触を用いて、本明細書において説明したようなコンフォーマブルディスプレイに接触することを含む。接触に応答して、電圧が印加又はトリガーされ、ＭＦＣアクチュエーターがアクティベートされる。本明細書において説明したように、電圧に応答して、ＭＦＣアクチュエーターは、触覚フィードバックをユーザーに提供する、ディスプレイの平面内でのコンフォーマブルディスプレイの側方変位を生成する。適切には、Ｚ方向、すなわち、ラミネート層及びＭＦＣアクチュエーターの平面内から外部への変位はほとんど（２５％未満程度、すなわち５％〜２５％）観測されない。２５％未満の変位とは、コンフォーマブルディスプレイがその厚さに対して測定されたときのＺ方向に動く距離を指す（すなわち、Ｚ方向における移動は、適切には、コンフォーマブルディスプレイの厚さと比較して２５％未満である）。更なる実施形態では、Ｚ軸加速度が、所望の方向（すなわち、Ｘ方向及び／又はＹ方向）における加速度の２５％未満にされることになる。
【００４４】
実施形態では、生成される触覚フィードバックは、コンフォーマブルディスプレイの側方変位としての振動フィードバックの形態にすることができる。振動フィードバックの周波数は、適切には約１０Ｈｚ〜約５００Ｈｚ、適切には約５０Ｈｚ〜約３００Ｈｚの範囲内であるが、ｋＨｚレンジの振動も実現することができる。
【００４５】
図４Ａ〜図４Ｃは、基板（例えば、ディスプレイスクリーン）に結合したＰ１タイプＭＦＣアクチュエーターの一例を示している。この例では、ＭＦＣの一方の平坦な側部のみがスクリーンに結合している。他方の側部は、いずれの追加の基板にも結合していない。そのような形態では、ＭＦＣは、印加電圧に応答して伸長し、その結果、基板を屈曲させる。これは、時間の関数として、主として（基板及びＭＦの平面内から外部への）Ｚ方向（図４Ｃ）における加速度（Ｇ）で観測され、（基板及びＭＦＣの平面方向における）ＸＹ軸の加速度はほとんど観測されないか又は最小限のものが観測される。それぞれ図４Ａ及び図４Ｂを参照されたい。
【００４６】
対照的に、図５Ａ〜図５Ｃは、本明細書において説明したような線形ＭＦＣアクチュエーター（Ｐ１タイプ）の一実施形態を示している。この実施形態では、ＭＦＣは、２つのラミネート層の間に配置されている。線形ＭＦＣアクチュエーター／ラミネート構成体の加速度（Ｇ）の時間の関数としての測定値は、Ｘ方向、すなわちＭＦＣ及びラミネート層の平面方向における大きな移動と、Ｚ方向における多少の加速度と、Ｙ方向における非常に小さな加速度とを実証している（図５Ａ）。Ｘ方向は最も大きな加速度を有する。なぜならば、その方向は、図２Ｄにおいて説明したようなアクチュエーターによって提供される作動の方向であるからである。Ｚ軸も多少の加速度を有する。なぜならば、アクチュエーターは、表示要素２２０を運動させるときに、多少の加速度を法線方向に生み出すからである。Ｙ軸は最も小さな加速度を有する。なぜならば、アクチュエーターはその方向に運動しないからである。図５Ｄは、図５Ａ〜図５Ｃを作成するのに用いられたピークツーピーク加速度対周波数データを示している。
【００４７】
幾つかの実施形態が、具体的に図示され、及び／又は、本明細書において説明されている。しかしながら、開示した実施形態の変更形態及び変形形態は、本発明の趣旨及び意図した範囲から逸脱することなく、上記教示によって、添付の特許請求の範囲の権利範囲内に包含されることが理解されよう。
【００４８】
本出願は、２０１７年１２月２０日に出願された、米国特許出願第１５／８４８，０２７号明細書の利益を主張し、その開示は引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【外国語明細書】
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