(57)【要約】【課題】局所化触覚効果を提供することができ、ユーザーインターフェース、ゲーミング、自動車、ウェアラブルデバイス、及び民生用電子機器において用途を有する表示デバイスを提供すること。【解決手段】触覚対応デバイスが、表示層と、第１の電極層と、作動層と、電極パッチとを有する。第１の電極層は表示層上に配置される。作動層は単一片の作動可能材料から形成される。作動層の第１の側は第１の電極層上に配置される。作動層の単一片の作動可能材料及び第１の電極層の導電材料は、ほぼ同じ面積を有することができる。電極パッチは、第２の電極層を形成することができ、作動層の反対側の第２の側上に配置することができる。電極パッチは、作動可能材料の一領域に電気的に接続され、単一片の作動可能材料の面積よりも小さくかつ第１の電極層の導電材料の面積よりも小さい面積を有する。【選択図】図１Ｃ
2019003644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示層と、
前記表示層上に配置された導電材料から形成された第１の電極層と、
単一片の作動可能材料から形成された作動層であって、該作動層の第１の側は、前記第１の電極層上に配置されて該第１の電極層に電気的に接続され、前記作動層の前記単一片の作動可能材料及び前記第１の電極層の前記導電材料は、ほぼ同じ面積を有する、作動層と、
第２の電極層を形成し、前記作動層の反対側の第２の側上に配置された電極パッチであって、該電極パッチは、前記作動可能材料の一領域に電気的に接続され、前記単一片の作動可能材料の面積よりも小さくかつ前記第１の電極層の前記導電材料の面積よりも小さい面積を有する、電極パッチと、
触覚駆動信号を前記電極パッチに提供して、該電極パッチが配置された前記作動可能材料の前記領域を作動させるように構成された制御ユニットと、
を備え、
前記作動可能材料は、前記触覚駆動信号が前記領域における前記作動層の前記第１の側と前記第２の側との間に電位差を生成すると、前記電極パッチが配置された前記領域において変形するように構成される、触覚対応表示デバイス。
【請求項２】
前記電極パッチは第１の電極パッチであり、前記電極パッチが配置された前記領域は第１の領域であり、
前記第２の電極層は、前記作動可能材料の複数のそれぞれの領域上に配置されるとともに互いから電気的に絶縁された複数の電極パッチを備え、該複数の電極パッチは前記第１の電極パッチを含み、前記複数のそれぞれの領域は前記第１の領域を含み、
前記制御ユニットは、前記触覚駆動信号を受信する１つ以上の電極パッチのサブセットを前記複数の電極パッチから選択して、前記作動可能材料の前記複数の領域のうちの１つ以上のそれぞれの領域のサブセットを作動させるように構成され、前記１つ以上の選択された電極パッチは前記第１の電極パッチを含み、前記１つ以上の作動される領域は前記第１の領域を含む、請求項１に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項３】
前記触覚駆動信号が前記選択された１つ以上の電極パッチに印加されて、前記作動可能材料の前記１つ以上のそれぞれの領域を作動させるとき、前記１つ以上のそれぞれの領域外の前記作動可能材料の他の領域は作動されない、請求項２に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項４】
前記制御ユニットは、前記複数の電極パッチの選択されていない電極パッチを電気的に接地させて、前記選択されていない電極パッチに対応する前記それぞれの領域が作動することを防止するように構成される、請求項３に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項５】
前記作動層の前記作動可能材料は、前記表示層の前側の全て又はほぼ全てを覆う、請求項２に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項６】
前記作動層の前記作動可能材料は、少なくともフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）、及びクロロフルオロエチレン（ＣＦＥ）を含む電気活性ポリマーであり、５μｍ〜３０μｍの範囲にある厚さを有し、前記作動可能材料は、前記電位差が印加されると、前記１つ以上のそれぞれの領域において１μｍ〜５μｍの範囲で内側に変形して、１つ以上のそれぞれの陥凹部を形成するように構成される、請求項５に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項７】
前記第１の電極層は、前記作動層の前記作動可能材料とほぼ同じ面積を有するとともに少なくとも８０％の透明度レベルを有する単一片の導電材料から形成される、請求項６に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項８】
前記複数の電極パッチは、電極パッチのライン及び２次元アレイのうちの一方として配列される、請求項２に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項９】
前記複数の電極パッチのうちの少なくとも１つの電極パッチは矩形形状を有し、該少なくとも１つの電極パッチの長さ又は幅は１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある、請求項２に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項１０】
前記制御ユニットは、触覚効果を出力する前記触覚対応デバイスの表面上の１つ以上のロケーションを選択することによって、前記１つ以上のロケーションに最も近い１つ以上のそれぞれの電極パッチを選択することにより前記１つ以上の電極パッチを選択するように構成される、請求項２に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項１１】
前記制御ユニットによって選択された前記１つ以上のロケーションは、タッチ入力を受ける前記触覚対応表示デバイスの前記表面上のロケーションを含む、請求項１０に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項１２】
前記制御ユニットによって選択された前記１つ以上のロケーションは、タッチ入力を受けるロケーションを取り囲むロケーションを含む、請求項１０に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項１３】
前記触覚駆動信号を生成するように構成された信号ジェネレーターと、
前記制御ユニットからの制御信号に基づいて、前記選択された１つ以上の電極パッチへの前記触覚駆動信号を多重化するように構成されたマルチプレクサーと、
を更に備える、請求項２に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項１４】
前記第２の電極層上に配置された変形可能容量タッチ検知層、
を更に備える、請求項１に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項１５】
画像を表示するように構成された前側と、該前側に対向する裏側とを有する表示層と、
前記表示層の前記裏側上に配置された導電材料から形成された第１の電極層と、
作動層を形成し、前記第１の電極層の一領域上に配置されるとともに該領域に電気的に接続されたアクチュエーターパッチであって、前記第１の電極層の前記導電材料の面積よりも小さい面積を有する、アクチュエーターパッチと、
第２の電極層を形成し、前記アクチュエーターパッチ上に配置され、前記第１の電極層の前記導電材料の面積よりも小さい面積を有する電極パッチと、
触覚駆動信号を前記電極パッチに提供して前記アクチュエーターパッチを作動させるように構成された制御ユニットと、
を備え、
前記アクチュエーターパッチは、任意の触覚駆動信号が前記アクチュエーターパッチの両側間に電位差を生成すると変形するように構成された作動可能材料を有する、触覚対応表示デバイス。
【請求項１６】
前記アクチュエーターパッチは第１のアクチュエーターパッチであり、前記アクチュエーターパッチが配置された前記領域は第１の領域であり、前記電極パッチは第１の電極パッチであり、
前記作動層は、前記第１の電極層のそれぞれの領域上に配置されるとともに該領域に電気的に接続された複数のアクチュエーターパッチを有し、該複数のアクチュエーターパッチは前記第１のアクチュエーターパッチを含み、前記それぞれの領域は前記第１の領域を含み、
前記第２の電極層は、前記複数のアクチュエーターパッチ上にそれぞれ配置されるとともに該アクチュエーターパッチに電気的に接続された複数の電極パッチを有し、該複数の電極パッチは、互いから電気的に絶縁され、前記第１の電極パッチを含み、
前記複数の電極パッチの各電極パッチは、それぞれのアクチュエーターパッチとほぼ同じ面積を有する、請求項１２に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項１７】
前記表示層は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）層であり、前記作動可能材料は、ポリマーマトリックスに組み込まれた複数の圧電セラミックファイバーを有するマクロファイバー複合材料である、請求項１６に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項１８】
前記第１の電極層は、前記表示層とほぼ同じ面積を有する単一片の電極材料から形成される、請求項１５に記載の触覚対応表示デバイス。
【請求項１９】
第１の電極層を基板上に直接又は表示層の前側上に直接堆積させることと、
作動可能材料の層を前記第１の電極層の全て又はほぼ全ての上に堆積させて、該第１の電極層上に作動層を形成することであって、前記作動可能材料は、前記作動層の両側間の電位差が１つ以上の領域において生成されると、該１つ以上の領域において変形するように構成されることと、
前記作動層の全て又はほぼ全ての上に第２の電極層を堆積させることと、
前記第２の電極層から素材を除去して、１つ以上の電極パッチを形成することであって、該１つ以上の電極パッチのそれぞれは、前記第１の電極層の面積よりも小さい面積を有することと、
を含む、触覚対応表示デバイスを作製する方法。
【請求項２０】
前記第２の電極層から素材を除去するステップは、素材を除去して、互いから電気的に絶縁された複数の電極パッチを形成することを含み、前記第２の電極層の前記素材は、前記作動層の作動可能材料を除去することなく除去され、前記第１の電極層は、前記基板上に直接堆積され、前記方法は、前記基板を前記表示層の前記前側に直接取り付けることを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記作動可能材料を堆積させることは、少なくともフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）、及びクロロフルオロエチレン（ＣＦＥ）を有する溶液を堆積させることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
第１の電極層を表示層の裏側上に直接又は基板上に直接堆積させることと、
１つ以上のアクチュエータースタックを前記第１の電極層上に堆積させることと、
を含み、
前記１つ以上のアクチュエータースタックのそれぞれは、アクチュエーターパッチと、該アクチュエーターパッチ上に配置された電極パッチとを有し、前記アクチュエーターパッチは、該アクチュエーターパッチの両側間に電位差が生成されると変形するように構成された作動可能材料から形成される、触覚対応表示デバイスを作製する方法。
【請求項２３】
１つ以上のアクチュエータースタックを堆積させるステップは、複数のアクチュエータースタックを堆積させることを含み、該複数のアクチュエータースタックのそれぞれは、前記作動可能材料から形成されたそれぞれのアクチュエーターパッチを有し、該アクチュエーターパッチの上に配置されたそれぞれの電極パッチを有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記表示層は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）層であり、前記作動可能材料は、ポリマーマトリックスに組み込まれた複数の圧電セラミックファイバーを有するマクロファイバー複合材料である、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、局所化触覚効果を提供する能力を有する表示デバイスを対象とし、ユーザーインターフェース、ゲーミング、自動車、ウェアラブルデバイス、及び民生用電子機器において用途を有する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器製造業者は、ユーザーに対する表現力豊かなインターフェースを競って作製している。多くのデバイスは、視覚キュー及び聴覚キューを用いて、ユーザーにフィードバックを提供する。幾つかのインターフェースデバイスにおいては、触知性効果（振動、質感及び熱等）もユーザーに提供される。そのような触知性効果は、より包括的に、「触覚フィードバック」又は「触覚効果」と称される場合がある。触覚フィードバックは、ユーザーインターフェースを改善及び単純化するキューを提供することができる。例えば、振動効果又は変形効果は、ユーザーに特定のイベントを通知するために電子デバイスのユーザーにキューを提供するときに有用であり、又は、シミュレートされた環境若しくはバーチャル環境内でより大きな知覚没入感を生成するために現実的なフィードバックを提供することができる。
【０００３】
触覚効果を生成するために、多くのデバイスはアクチュエーターを用いる。触覚効果を生成する例示のアクチュエーター（触覚アクチュエーターとも称される）は、偏心回転質量（「ＥＲＭ」）アクチュエーター、並びに、リニア共振アクチュエーター（「ＬＲＡ」）等の電磁アクチュエーターを含む。他のアクチュエーターは、圧電材料、電気活性ポリマー、又は形状記憶合金等の「スマート材料」を用いるアクチュエーターを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的のうちの１つは、局所化触覚効果を提供することができ、ユーザーインターフェース、ゲーミング、自動車、ウェアラブルデバイス、及び民生用電子機器において用途を有する表示デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下の詳細な説明は、本質的に単に例示のものであり、本発明又は本発明の用途及び使用を限定することを意図するものではない。さらに、前出の技術分野、背景技術、発明の概要又は以下の詳細な説明において提示されるいかなる明示された又は暗示された理論によっても限定するように意図されたものではない。
【０００６】
本発明における実施の形態の１つの態様は、表示層と、第１の電極層と、作動層と、電極パッチと、制御ユニットとを備える触覚対応表示デバイスに関する。前記第１の電極層は、前記表示層上に配置された導電材料から形成される。前記作動層は、単一片の作動可能材料から形成される。前記作動層の第１の側は、前記第１の電極層上に配置されて該第１の電極層に電気的に接続され、前記作動層の前記単一片の作動可能材料及び前記第１の電極層の前記導電材料は、ほぼ同じ面積を有する。前記電極パッチは、第２の電極層を形成し、前記作動層の反対側の第２の側上に配置され、前記電極パッチは、前記作動可能材料の一領域に電気的に接続され、前記単一片の作動可能材料の面積よりも小さくかつ前記第１の電極層の前記導電材料の面積よりも小さい面積を有する。前記制御ユニットは、触覚駆動信号を前記電極パッチに提供して、該電極パッチが配置された前記作動可能材料の前記領域を作動させるように構成される。前記作動可能材料は、前記触覚駆動信号が前記領域における前記作動層の前記第１の側と前記第２の側との間に電位差を生成すると、前記電極パッチが配置された前記領域において変形するように構成される。
【０００７】
一実施の形態では、前記電極パッチは第１の電極パッチであり、前記電極パッチが配置された前記領域は第１の領域である。前記第２の電極層は、前記作動可能材料の複数のそれぞれの領域上に配置されるとともに互いから電気的に絶縁された複数の電極パッチを備える。該複数の電極パッチは前記第１の電極パッチを含み、前記複数のそれぞれの領域は前記第１の領域を含む。前記制御ユニットは、前記触覚駆動信号を受信する１つ以上の電極パッチのサブセットを前記複数の電極パッチから選択して、前記作動可能材料の前記複数の領域のうちの１つ以上のそれぞれの領域のサブセットを作動させるように構成される。前記１つ以上の選択された電極パッチは前記第１の電極パッチを含み、前記１つ以上の作動される領域は前記第１の領域を含む。
【０００８】
一実施の形態では、前記触覚駆動信号が前記選択された１つ以上の電極パッチに印加されて、前記作動可能材料の前記１つ以上のそれぞれの領域を作動させるとき、前記１つ以上のそれぞれの領域外の前記作動可能材料の他の領域は作動されない。
【０００９】
一実施の形態では、前記制御ユニットは、前記複数の電極パッチの選択されていない電極パッチを電気的に接地させて、前記選択されていない電極パッチに対応する前記それぞれの領域が作動することを防止するように構成される。
【００１０】
一実施の形態では、前記作動層の前記作動可能材料は、前記表示層の前側の全て又はほぼ全てを覆う。
【００１１】
一実施の形態では、前記作動層の前記作動可能材料は、少なくともフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）、及びクロロフルオロエチレン（ＣＦＥ）を含む電気活性ポリマーであり、５μｍ〜３０μｍの範囲にある厚さを有し、前記作動可能材料は、前記電位差が印加されると、前記１つ以上のそれぞれの領域において１μｍ〜５μｍの範囲で内側に変形して、１つ以上のそれぞれの陥凹部を形成するように構成される。
【００１２】
一実施の形態では、前記第１の電極層は、前記作動層の前記作動可能材料とほぼ同じ面積を有するとともに少なくとも８０％の透明度レベルを有する単一片の導電材料から形成される。
【００１３】
一実施の形態では、前記複数の電極パッチは、電極パッチのライン及び２次元アレイのうちの一方として配列される。
【００１４】
一実施の形態では、前記複数の電極パッチのうちの少なくとも１つの電極パッチは矩形形状を有し、該少なくとも１つの電極パッチの長さ又は幅は１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある。
【００１５】
一実施の形態では、前記制御ユニットは、触覚効果を出力する触覚対応デバイスの表面上の１つ以上のロケーションを選択することによって前記１つ以上のロケーションに最も近い１つ以上のそれぞれの電極パッチを選択するように前記１つ以上の電極パッチを選択する構成とされている。
【００１６】
一実施の形態では、前記制御ユニットによって選択された前記１つ以上のロケーションは、タッチ入力を受ける前記触覚対応表示デバイスの前記表面上のロケーションを含む。
【００１７】
一実施の形態では、前記制御ユニットによって選択された前記１つ以上のロケーションは、タッチ入力を受けるロケーションを取り囲むロケーションを含むことができる。
【００１８】
一実施の形態では、前記触覚対応表示デバイスは、信号ジェネレーターと、マルチプレクサーとを更に備える。前記信号ジェネレーターは、前記触覚駆動信号を生成するように構成される。前記マルチプレクサーは、前記制御ユニットからの制御信号に基づいて、前記選択された１つ以上の電極パッチへの前記触覚駆動信号を多重化するように構成される。
【００１９】
一実施の形態では、触覚対応表示デバイスは、前記第２の電極層上に配置された変形可能容量タッチ検知層を更に備える。
【００２０】
本発明における実施の形態の１つの態様は、表示層と、第１の電極層と、アクチュエーターパッチと、電極パッチと、制御ユニットとを備える触覚対応表示デバイスに関する。前記表示層は、画像を表示するように構成された前側と、該前側に対向する裏側とを有する。前記第１の電極層は、前記表示層の前記裏側上に配置された導電材料から形成される。前記アクチュエーターパッチは、作動層を形成し、前記第１の電極層の一領域上に配置されるとともに該領域に電気的に接続され、前記アクチュエーターパッチは、前記第１の電極層の前記導電材料の面積よりも小さい面積を有する。前記電極パッチは、第２の電極層を形成し、前記アクチュエーターパッチ上に配置され、前記第１の電極層の前記導電材料の面積よりも小さい面積を有する。前記制御ユニットは、触覚駆動信号を前記電極パッチに提供して前記アクチュエーターパッチを作動させるように構成される。前記アクチュエーターパッチは、任意の触覚駆動信号が前記アクチュエーターパッチの両側間に電位差を生成すると変形するように構成された作動可能材料を有する。
【００２１】
一実施の形態では、前記アクチュエーターパッチは第１のアクチュエーターパッチであり、前記アクチュエーターパッチが配置された前記領域は第１の領域であり、前記電極パッチは第１の電極パッチである。前記作動層は、前記第１の電極層のそれぞれの領域上に配置されるとともに該領域に電気的に接続された複数のアクチュエーターパッチを有し、該複数のアクチュエーターパッチは前記第１のアクチュエーターパッチを含み、前記それぞれの領域は前記第１の領域を含む。前記第２の電極層は、前記複数のアクチュエーターパッチ上にそれぞれ配置されるとともに該アクチュエーターパッチに電気的に接続された複数の電極パッチを有し、該複数の電極パッチは、互いから電気的に絶縁され、前記第１の電極パッチを含む。前記複数の電極パッチの各電極パッチは、それぞれのアクチュエーターパッチとほぼ同じ面積を有する。
【００２２】
一実施の形態では、前記表示層は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）層であり、前記作動可能材料は、ポリマーマトリックスに組み込まれた複数の圧電セラミックファイバーを有するマクロファイバー複合材料である。
【００２３】
一実施の形態では、前記第１の電極層は、前記表示層とほぼ同じ面積を有する単一片の電極材料から形成される。
【００２４】
本発明における実施の形態は、触覚対応表示デバイスを作製する方法に関する。該方法は、第１の電極層を基板上に直接又は表示層の前側上に直接堆積させることを含む。該方法は、作動可能材料の層を前記第１の電極層の全て又はほぼ全ての上に堆積させて、該第１の電極層上に作動層を形成することを更に含み、前記作動可能材料は、前記作動層の両側間の電位差が１つ以上の領域において生成されると、該１つ以上の領域において変形するように構成される。該方法は、前記作動層の全て又はほぼ全ての上に第２の電極層を堆積させることを更に含む。該方法は、前記第２の電極層から素材を除去して、１つ以上の電極パッチを形成することを更に含み、該１つ以上の電極パッチのそれぞれは、前記第１の電極層の面積よりも小さい面積を有する。
【００２５】
一実施の形態では、前記第２の電極層から素材を除去するステップは、素材を除去して、互いから電気的に絶縁された複数の電極パッチを形成することを含み、前記第２の電極層の前記素材は、前記作動層の作動可能材料を除去することなく除去され、前記第１の電極層は、前記基板上に直接堆積され、前記方法は、前記基板を前記表示層の前記前側に直接取り付けることを更に含む。
【００２６】
一実施の形態では、作動可能材料を堆積させることは、少なくともフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）、及びクロロフルオロエチレン（ＣＦＥ）を有する溶液を堆積させることを含む。
【００２７】
本発明における実施の形態の１つの態様は、触覚対応表示デバイスを作製する方法に関する。該方法は、第１の電極層を表示層の裏側上に直接又は基板上に直接堆積させることを含む。該方法は、１つ以上のアクチュエータースタックを前記第１の電極層上に堆積させることを更に含み、前記１つ以上のアクチュエータースタックのそれぞれは、アクチュエーターパッチと、該アクチュエーターパッチ上に配置された電極パッチとを有し、前記アクチュエーターパッチは、該アクチュエーターパッチの両側間に電位差が生成されると変形するように構成された作動可能材料から形成される。
【００２８】
一実施の形態では、１つ以上のアクチュエータースタックを堆積させるステップは、複数のアクチュエータースタックを堆積させることを含み、該複数のアクチュエータースタックのそれぞれは、前記作動可能材料から形成されたそれぞれのアクチュエーターパッチを有し、該アクチュエーターパッチの上に配置されたそれぞれの電極パッチを有する。
【００２９】
一実施の形態では、前記表示層は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）層であり、前記作動可能材料は、ポリマーマトリックスに組み込まれた複数の圧電セラミックファイバーを有するマクロファイバー複合材料である。
【００３０】
一実施の形態では、第２の作動層は電気活性ポリマー層である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】本発明の実施形態による様々な触覚対応表示デバイスの斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による様々な触覚対応表示デバイスの斜視図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態による触覚対応表示デバイスの様々な層の斜視図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による触覚対応表示デバイスの実施形態の側面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による触覚対応表示デバイスの実施形態の側面図である。
【図３】本発明の実施形態による触覚対応表示デバイスの実施形態の側面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による触覚対応表示デバイスの制御ユニット、信号ジェネレーター、及びマルチプレクサーのブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による触覚対応表示デバイスの制御ユニット及びマルチプレクサーのブロック図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による触覚対応表示デバイスの制御ユニット及びマルチプレクサーのブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態による触覚対応表示デバイスの側面図である。
【図６】本発明の一実施形態による触覚対応表示デバイスの制御ユニット、信号ジェネレーター、及びマルチプレクサーのブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態による触覚対応表示デバイスにおける触覚効果を出力する方法のステップを示すフロー図である。
【図８】本発明の一実施形態による触覚対応表示デバイスを作製する方法のステップを示すフロー図である。
【図９】本発明の一実施形態による触覚対応表示デバイスを作製する方法のステップを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の上述の特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付の図面に示されるような本発明の実施形態の以下の説明から明らかであろう。本明細書に組み込まれるとともに本明細書の一部をなす添付の図面は更に、本発明の原理を説明するとともに、当業者が本発明を実施及び使用することを可能にする役割を果たす。図面は一定縮尺ではない。
【００３３】
以下の詳細な説明は、本質的に単に例示のものであり、本発明又は本発明の用途及び使用を限定することを意図するものではない。さらに、前出の技術分野、背景技術、発明の概要又は以下の詳細な説明において提示されるいかなる明示された又は暗示された理論によっても限定する意図はない。
【００３４】
本発明の実施形態は、局所化触覚フィードバック（局所化触覚効果とも呼ばれる）を提供する能力をその表面上に有する表示デバイス又は他の任意のユーザーインターフェースデバイス（例えば、タッチパッド）を提供することに関する。そのような触覚効果は、表示デバイスの全表面上に出力されるのではなく、表面の特定の領域に限定することができるという点で局所化することができる。これらの実施形態は、車両の中央コンソールやダッシュボードの湾曲部に相応するディスプレイ等の、例えばコンフォームドディスプレイ（conformed display）の触覚フィードバックを適用することができる。そのような表示デバイスのソレノイド又は他のタイプの電磁アクチュエーター等のアクチュエーターの使用は、非効率的である場合がある。なぜならば、そのようなアクチュエーターは、サイズ及び電力消費の観点から準最適であるからである。したがって、本発明における実施形態は、例えば、表示デバイスの表面の特定の領域において局所化触覚効果を提供する薄膜アクチュエーターを用いることに関する。そのような局所化触覚効果によって、表示デバイスの全体を動かすよりも電力効率を良くすることができ、様々な情報をユーザーに伝達することを可能にすることができる。本発明の実施形態では、アクチュエーターは、薄く、柔軟で、及び／又は実質的に透明なフィルム又は層を有することができる。この層は作動層と総称される場合がある。触覚フィードバックは、この作動層の変形を通じて提供することができる。
【００３５】
第１の一組の実施形態では、作動層は、表示層（例えば、液晶表示（ＬＣＤ）層）の前部上に配置することができる。作動層は、スマート材料（例えば、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）材料）等の作動可能材料から形成することができる。ＥＡＰ材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）類内のポリマーを含むことができる。そのようなポリマーは、唯一の繰り返し単位としてＰＶＤＦを有するホモポリマーであってもよいし、コポリマー（例えば、ターポリマー）であってもよいし、他の任意のタイプのポリマーであってもよい。より具体的な例では、ＥＡＰ材料は、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）、すなわち、ビニリデン（ＶＤＦ）と、フッ化トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）と、クロロフルオロエチレン（ＣＦＥ）とを有するポリマーであってもよい。一実施形態では、作動可能材料を通して表示層を視認することを可能にするために、ＥＡＰ又は他の作動可能材料は、可視光に対して実質的に透明（例えば、８５％以上の透明度レベル）とすることができる。一実施形態では、作動層用により薄い厚さを選択することによって作動層の透明度を高めることができる。作動層の一例示の厚さは、ミクロンのオーダー（例えば、５μｍ〜３０μｍの範囲）又はミリメートルのオーダーとすることができる。作動層の変形量も、ミクロンのオーダー又はミリメートルのオーダーとすることができ、触知性知覚に十分なものとすることができる。
【００３６】
一実施形態では、表示デバイスの局所化触覚効果は、複数の分離した個別片（separate piece）のＥＡＰ材料又は他の作動可能材料を用いて提供されるのではなく、単一片（single piece）のＥＡＰ材料から形成された作動層を用いて提供される。作動層に単一片の作動可能材料を用いることによって、触覚対応表示デバイスの製造プロセスを簡素化することができる。比較によれば、幾つかの分離した個別片のＥＡＰ材料を表示層の様々な領域上に配置することによって触覚対応デバイスを作製するプロセスは、より多くの数の行程を伴い、概して、より複雑になり、したがって、製造効率を低下させてしまう。
【００３７】
一実施形態では、ＥＡＰ層を形成する単一片のＥＡＰ材料は、その上に電極層を堆積させ、この電極層をＥＡＰ材料のそれぞれの領域に配置された複数の電極パッチにパターン化することによって、１つ以上の局所化触覚効果を提供するように構成することができる。各電極パッチは、その電極パッチが配置されたＥＡＰ材料の領域においてＥＡＰ材料を変形させるのに用いることができる。例えば、ＥＡＰ材料の表面には、触覚フィードバックを提供するようにパターン化されたフォーマットを用いて電極を堆積させることができる。ＥＡＰ材料の反対側には、電気接地電極として機能する別の電極層を配置することができる。双方の電極層も、実質的に透明であってもよい。一実施形態では、ＥＡＰ層及び２つの電極層は、触覚対応層を構成することができる。一実施形態では、この触覚対応層は、表示デバイスの表示層の外装（すなわち、外側）表面に取り付けられた外部又は外側の層とすることができる。一実施形態では、触覚対応層は、表示デバイスの他の層の全てを覆う保護層（例えば、絶縁体層）又は他の層を更に備えることができる。表示デバイスの使用中、触覚対応層は、ユーザーからの接触を受けることができる。
【００３８】
一実施形態では、触覚対応層は、１つ以上の堆積ステップを通じて製造又は別の方法で形成することができる。例えば、ポリマーを適切な溶剤に溶解することによって、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）を含む透明なポリマー等の作動可能材料を溶液状態で配置することができる。この溶液は、その後、対象となる表面又は基板上に堆積させることができる。この表面又は基板は、薄く透明な第１の電極層を（例えば、簡単な方法又はパターン化された方法で）その上に既に有するものであってもよい。一実施形態では、この電極層は、後に接地電極として用いることができる。上記溶液は、フィルムアプリケーター又はスピンコーティングステップを介して基板上に堆積させることができ、その後、或る特定の温度（例えば、８０℃〜１２０℃）でアニールして作動層を形成することができる。次に、透明な第２の電極層を所望のパターンで（例えば、複数の電極パッチとして）作動層上に堆積させることができる。このパターンは、表示デバイスの表面の所望の作動に依存することができる。例えば、表示デバイスの表面を異なるゾーンに分割することができ、各ゾーンに特定のパターンを当てることができる。別の例として、表示デバイスの全表面上で触覚作動を提供するために、第２の電極層をパターン化せずに残しておくことができ、作動層全体を変形させるのに用いることができる。
【００３９】
第２の一組の実施形態では、分離したアクチュエーターパッチを表示デバイスの表示層の裏側（後側とも呼ばれる）上に配置することができる。これらの分離したアクチュエーターパッチは、表示デバイスの局所化触覚フィードバックを提供可能にすることができる。一実施形態では、表示デバイスの表示層は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）タイプの表示層とすることができ、この表示層は、他のタイプの表示層と比較して、その構造内部の層を少なくすることができる。その結果、例えば、アクチュエーターパッチのうちの１つ以上による振動出力に対してＯＬＥＤタイプの表示層はより低い減衰を呈することができる。減衰が低減されることによって、１つ以上のアクチュエーターパッチによって生成された振動が、表示層の裏側から表示層の前部に伝播して、表示層の前面又はその近くに振動触知性触覚効果を生み出すことがより一層可能になる。したがって、ＯＬＥＤタイプの表示層の使用は、表示層の後側へのアクチュエーターパッチの配置を補完することができる。一実施形態では、アクチュエーターパッチのそれぞれは、薄いマイクロファイバー複合（ＭＦＣ）材料又は他のタイプの圧電セラミック材料から作製することができる。ＭＦＣ材料は、ポリマーマトリックス（例えば、接着剤マトリックス）に組み込まれた複数の圧電セラミックファイバーを含むことができる。ＭＦＣ材料は、２つの電極間にサンドイッチすることができる。圧電セラミックファイバーは、２つの電極と電気的に接触してそれらの電極に電気的に接続されるように、ポリマーマトリックスの２つの対向する表面に延在することができる。ＭＦＣ材料及び電極は、ＯＬＥＤタイプの表示層の裏側にともに接合することができる。
【００４０】
一実施形態では、各アクチュエーターパッチは、そのアクチュエーターパッチからの振動を効果的に知覚することができる表示デバイスのエリアに対応する有効作動エリア（領域又はセクションとも呼ばれる）をカバーすることができる。２つのアクチュエーターパッチ間の距離は、各アクチュエーターパッチによってカバーされる有効作動エリアによって制御／確定することができる。例えば、表示デバイスの前面をセクションに分割することができる。これらのセクションは、表示デバイスの前面全体をカバーすることもできるし、ユーザーが自身のユーザーインタラクションの大半を提供する表示デバイスのエリアをカバーすることもできる。それぞれのアクチュエーターパッチは、表示デバイスの表示層の背後において、前面のそれらのセクションに対応するロケーションに配置することができる。その結果、ユーザーは、表示デバイスの表面のそれらのセクションとインタラクトしたときに触覚フィードバックを受け取る。例えば、各アクチュエーターパッチは、前面の対応するセクションの中心の背後に配置することができる。一実施形態では、アクチュエーターパッチのそれぞれは、表示デバイスの前面のそれぞれのセクションを担うことができる。一実施形態では、アクチュエーターパッチの組み合わせ（例えば、必要とされる作動のタイプに応じて、スター形又はホイール形として配列されたアクチュエーターパッチの組み合わせ）は、表示デバイスの前面の特定のセクションを担うことができる。
【００４１】
一実施形態では、アクチュエーターパッチの数及びレイアウトは、表示デバイスの構成及び１つ以上の境界条件に依存することができる。有限要素解析等の技法を用いて、使用するアクチュエーターパッチの最適な数及びそれらの最適なレイアウト（例えば、アクチュエーターパッチ間の最適な距離）を求めることができる。
【００４２】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施形態の２つの触覚対応表示デバイス１００／１００Ａを示している。図１Ａでは、触覚対応表示デバイス１００は、モバイル電話又は他のタイプのポータブルコンピューター等のハンドヘルド表示デバイスとすることができる。図１Ａは、様々なａｐｐ（アプリケーション）がモバイル電話に表示されていることを更に示している。図１Ｂでは、触覚対応表示デバイス１００Ａは、ハンドルの右側にある車両の中央コンソール又はその近くに取り付けられた表示デバイスとすることができる。一実施形態では、触覚対応表示デバイス１００Ａは、中央コンソールの曲面に一致する曲面を有することができる。
【００４３】
図１Ｃは、デバイス１００又は１００Ａ等の触覚対応デバイスの様々な構成要素の斜視図を示している。この図に示すように、触覚対応表示デバイス１００／１００Ａは、表示層１０２と、第１の電極層１０４と、作動層１０６（例えば、絶縁層）と、第２の電極層を形成する複数の電極パッチ１０８１、１０８２、１０８３、１０８４、１０８５、１０８６、１０８７、１０８８、．．．１０８ｎとを備えることができる。表示層１０２は、例えば、液晶表示（ＬＣＤ）層、ＯＬＥＤ層、又は他の任意のタイプの表示層とすることができる。さらに、表示層１０２は、画像がこれを通して示される前側１２２（前面とも呼ばれる）と、表示層１０２の反対側である後側（裏側とも呼ばれる）１１２とを有する。
【００４４】
図１Ｃに示すように、第１の電極層１０４、作動層１０６、及び複数の電極パッチ１０８１、１０８２、１０８３、．．．１０８ｎは、表示層の前側１２２に配置される触覚対応層を形成することができる。図１Ｃでは、複数の電極パッチは、８×８アレイの電極パッチとして配列される（すなわち、ｎ＝６４）。他の実施形態では、複数の電極パッチは、異なって（例えば、一連の同心円のリングとして）配列されてもよい。図１Ｃは、作動層１０６が単一片の作動可能材料（例えば、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）又は別のタイプのスマート材料）から形成されていることを更に示している。一実施形態では、作動層１０６の単一片の作動可能材料は、この単一片の全体にわたって連続的でありかつ実質的に一様である。一実施形態では、作動層１０６の単一片の作動可能材料は、第１の電極層１０４を形成する導電材料と実質的に同じ面積を有する。一実施形態では、電極パッチ１０８１〜１０８ｎの各電極パッチは、単一の作動可能材料の面積よりも小さく、かつ、第１の電極層１０４の導電材料の面積よりも小さい面積を有する。複数の電極パッチ１０８１〜１０８ｎは、電極パッチ間に絶縁材料又はギャップを設けることによって互いから電気的に絶縁することができる。図１Ｃは、作動層１０６の作動可能材料の複数のそれぞれの領域に電気的に接続された複数の電極パッチ１０８１〜１０８ｎを有する一実施形態を示しているが、別の実施形態における触覚対応表示デバイスは、作動可能材料の一領域に電気的に接続された単一の電極パッチのみを有する第２の電極層を有することができる。この電極パッチも、単一片の作動可能材料の面積よりも小さく、かつ、第１の電極層の導電材料の面積よりも小さい面積を有することができる。
【００４５】
図２Ａ及び図２Ｂは、図１Ｃの矢印Ａの方向に見た触覚対応表示デバイス１００／１００Ａの２つの実施形態のそれぞれの側面図を示している。図１Ｃと同様に、図２Ａ及び図２Ｂも、第１の電極層１０４と、作動層１０６と、第２の電極層の１列の電極パッチ１０８１〜１０８８とを示している。第１の電極層１０４、作動層１０６、及び第２の電極層は、表示層１０２の前側１２２に集合的に配置されている。図２Ａでは、第１の電極層１０４は、前側１２２と接触するように、表示層１０２の前側１２２上に直接配置することができる。図２Ｂでは、第１の電極層１０４は、基板１０３（例えば、電気絶縁基板）上に直接配置することができ、そして、基板１０３は、表示層１０２の前側１２２上に直接配置される。本開示において触覚対応デバイスを作製する方法に関して後に論述するように、基板１０３は、１つの実施形態では、第１の電極層１０４、作動層１０６、及び第２の電極層が配置される基板として用いることができる。基板１０３は、その場合、触覚対応表示デバイスを形成するように表示層１０２に取り付けることができる。このため、基板１０３は、第１の電極層１０４、作動層、及び第２の電極層を表示層１０２とは別に形成し、その後、表示層１０２に取り付けることができる。
【００４６】
図２Ａ及び図２Ｂは、表示デバイス１００／１００Ａの様々な構成要素を収容する空間１０１Ａを有するケーシング等のハウジング１０１を更に示している。これらの構成要素には、例えば、制御ユニット１１１及び信号ジェネレーター１１４が含まれる。一実施形態では、表示層１０２は、ハウジング１０１によって収容されるものと考えることができる。一実施形態では、表示層１０２は、ハウジング１０１の一部を形成するものと考えることができる。
【００４７】
図２Ａ及び図２Ｂは、複数の電極パッチ１０８１〜１０８ｎの上を少なくとも部分的に覆って配置された保護層１１０（例えば、絶縁体層）を更に示している。保護層１１０は、ユーザーの指又は他の身体部分からの接触を受ける層とすることができる。保護層１１０は、作動層１０６の或る領域の変形が保護層１１０の変形も引き起こすように十分に柔軟なものとすることができる。一実施形態では、複数の内部タッチセンサー（例えば、容量タッチセンサー）を保護層１１０に組み込むことができる。別の実施形態では、保護層１１０を省略することができる。
【００４８】
一実施形態では、第１の電極層１０４は、インジウムスズ酸化物等の実質的に透明な導電材料を含むことができる。一実施形態では、材料は、５０％以上の透明度を有する場合に実質的に透明であるとみなすことができる。一実施形態では、第１の電極層１０４は、５０％よりも高い透明度レベル（例えば、８０％、８５％、９０％等）を有することができる。
【００４９】
図２Ａ及び図２Ｂは、作動層１０６の第１の側１１６（例えば、後側）が第１の電極層１０４上に配置されかつ電気的に接続されていることを更に示している。したがって、作動層１０６の第１の側１１６は、第１の電極層１０４の導電材料と同じ電位を有することができる。一実施形態では、第１の電極層１０４は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、接地電位に電気的に接続された接地電極とすることができる。そのような実施形態では、作動層の第１の側１１６全体又は第１の側１１６の、少なくとも第１の電極層１０４と接触している部分も接地電位にすることができる。
【００５０】
図２Ａ及び図２Ｂは、複数の電極パッチ１０８１〜１０８ｎのうちの電極パッチ１０８１〜１０８８が第２の電極層を形成し、作動層１０６の反対側の第２の側１２６上に配置されていることを更に示している。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、複数の電極パッチ１０８１〜１０８８は、作動層１０６を形成する単一片の作動可能材料上に配置される。さらに、複数の電極パッチ１０８１〜１０８８は、作動可能材料の複数のそれぞれの領域１０６１〜１０６８に電気的に接続されるとともに、電極パッチ間に絶縁材料又はギャップを設けることによって互いから電気的に絶縁される。この電気的絶縁によって、触覚駆動信号を複数の電極パッチ１０８１〜１０８８のサブセットのみ（例えば、電極１０８２のみ）に印加することが可能になる。
【００５１】
図２Ａ及び図２Ｂでは、信号ジェネレーター１１４は、触覚駆動信号を生成するように構成することができる。この触覚駆動信号は、例えば、ＤＣ信号又は発振信号（例えば、１００Ｈｚ〜２５０Ｈｚの周波数を有する正弦波信号）とすることができる。一実施形態では、信号ジェネレーター１１４は、触覚駆動信号が十分に大きな振幅を有することを確保するように構成することができる電圧ブースター１２４を備える。例えば、表示デバイス１００／１００Ａは、５Ｖの電圧差を提供する電力源（例えば、電池）を有する場合がある一方、ＥＡＰ材料等の作動可能材料は、例えば、十分な量の作動を示すために１ｋＶ〜１０ｋＶの電圧差を必要とする場合がある。電圧ブースター１２４は、例えば、インダクター、ダイオード、及び／又はスイッチを用いて電力源電圧（例えば、５Ｖ）を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲にステップアップする回路を備えることができる。
【００５２】
一実施形態では、制御ユニット１１１は、触覚駆動信号を電極パッチ（例えば、電極パッチ１０８２）に提供して、その電極パッチが配置された作動可能材料の領域（例えば、１０６２）を作動させるように構成することができる。触覚駆動信号が、電極パッチが配置された領域（例えば１０６２）において作動層１０６の第１の側及び第２の側（例えば、１１６及び１２６）の間に電位差を生成すると、作動可能材料は、その領域において変形するように構成することができる。一実施形態では、触覚駆動信号が或る電極パッチ（例えば、１０８２）に印加されて、それぞれの領域（例えば、１０６２）を作動させても、このそれぞれの領域の外側の作動可能材料の他の領域（例えば、１０６１及び１０６３〜１０６８）は、電位差を受けず、したがって、作動されない。例えば、他の電極パッチ（例えば、１０８１及び１０８３〜１０８８）は、接地することもできるし、電気的浮遊状態のままにしておくこともでき、触覚駆動信号を受信しておらず、したがって、作動可能材料の対応する領域を作動しない状態のままとしている。
【００５３】
図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態のように、複数の電極パッチ（例えば、１０８１〜１０８８）が作動可能材料の複数のそれぞれの領域（１０６１〜１０６８）上に配置された一実施形態では、制御ユニットは、触覚駆動信号を受信する１つ以上の電極パッチのサブセット（例えば、１０８２）を選択し、これらの選択された１つ以上の電極パッチに触覚駆動信号を提供して、作動可能材料の複数の領域１０６１〜１０６８のうちの１つ以上のそれぞれの領域のサブセット（例えば、１０６２）を作動させるように構成することができる。触覚駆動信号が、これらの１つ以上のそれぞれの領域において作動層１０６の第１の側１１６及び第２の側１２６の間に電位差を生成すると、作動層１０６の作動可能材料（例えば、ＥＡＰ材料）は、これらの１つ以上のそれぞれの領域において変形するように構成することができる。
【００５４】
例えば、図３は、触覚駆動信号の効果が信号ジェネレーター１１４から電極パッチ１０８２に提供されることを示している。触覚駆動信号は、第１の電位を電極１０８２に印加し、そして、電極１０８２は、第１の電位を、作動層の第２の側１２６における作動可能材料のそれぞれの領域１０６２に印加する。作動可能材料の領域１０６２は、作動層１０６の第１の側１１６において接地電位を更に有する。なぜならば、第１の側１１６は、接地電極として機能している第１の電極層１０４に電気的に接続されているからである。その結果、作動可能材料の領域１０６２において、作動層１０６の第１の側１１６と第２の側１２６との間に電位差が生成される。この電位差は、領域１０６２を、例えば、内側に変形させて陥凹部を形成させる。一実施形態では、変形の量は、１μｍ〜５μｍの範囲とすることができる。一実施形態では、触覚駆動信号を受信するように制御ユニット１１１によって選択されていない電極パッチは、浮遊状態のままにしておくこともできるし、接地することもできる。一実施形態では、触覚対応表示デバイス１００／１００Ａは、複数の信号ジェネレーターを備えることができ、制御ユニット１１１は、第１の信号ジェネレーターから第１の触覚駆動信号を受信する複数の電極パッチの第１のサブセットを選択するとともに、第２の信号ジェネレーターから第２の触覚駆動信号を受信する複数の電極パッチの第２のサブセットを選択するように構成することができる。第１のサブセット及び第２のサブセットは、選択される電極パッチに関して重複が許容される場合もあるし、重複を有しない場合もある。
【００５５】
一実施形態では、信号ジェネレーター１１４から複数の電極パッチ１０８１〜１０８８への電気的接続は、図４Ａに示すように、保護層１１０を通って電極パッチ１０８１〜１０８８に達する薄い及び／又は透明な導電トレースを用いて提供することができる。より具体的には、図４Ａは、信号ジェネレーター１１４の出力がマルチプレクサー１１８に接続されていることを示している。マルチプレクサー１１８は、信号ジェネレーターから、制御ユニット１１１によって選択された１つ以上の電極パッチへの触覚駆動信号を多重化するように構成することができる。制御ユニット１１１は、マルチプレクサー１１８の多重化操作をこのように制御することができる。一実施形態では、マルチプレクサーは、保護層１１０を通ってそれぞれの電極パッチ１０８１〜１０８８に延びるトレース（ワイヤとも呼ばれる）を有することができる。マルチプレクサー１１８が表示層１０２の下方に配置されている場合、トレースは近くの表示層１０２から保護層１１０まで延在することができるハウジング１０１内の小さな空間１０１Ａとすることができる。トレースは、電極パッチ１０８１〜１０８nへ様々な方法で配線することができる。図４Ｂは、例えば、トレースが電極パッチ１０８１〜１０８nへ配線されていることを示す概略図を示している。
【００５６】
上記で論述したように、幾つかの特定の電極パッチは、触覚駆動信号がそれらの電極パッチに配信されていないときは接地することができる。例えば、制御ユニット１１１は、複数の電極パッチのうちの選択されていない電極パッチを電気的に接地して、選択されていない電極パッチに対応する作動可能材料のそれぞれの領域が作動することを防止するように構成することができる。図４Ｃは、１つ以上の電極パッチを第１の電極層１０４の接地電位に電気的に接続するように構成されたマルチプレクサー１２０を示している。マルチプレクサー１２０は、制御ユニット１１１によって制御することができる。
【００５７】
一実施形態では、制御ユニット１１１は、触覚効果を出力する触覚対応デバイスの表面上のロケーションを選択することと、それらの１つ以上の表面ロケーションに最も近い１つ以上の電極パッチを選択することとによって、触覚駆動信号を提供する１つ以上の電極パッチを選択するように構成される。触覚対応表示デバイスの表面は、例えば、電極パッチ１０８１〜１０８ｎを覆う保護層１１０の表面とすることができる。一実施形態では、制御ユニットによって選択される１つ以上のロケーションは、タッチ入力を受け取るロケーションを含む。タッチ入力を受け取るロケーションは、例えば、保護層１１０に組み込まれた任意の容量タッチセンサーによって、及び／又は作動層１０６の作動可能材料自体によって確定することができる。この例では、タッチ入力を受け取るロケーションが、例えば、電極パッチ１０８２の真上である場合、制御ユニットは、触覚駆動信号を受信する電極パッチとして電極パッチ１０８２を選択することができる。その結果、制御ユニット１１１は、例えば、マルチプレクサー１１８を制御して、触覚駆動信号を電極パッチ１０８２のみに配信することができる。
【００５８】
一実施形態では、制御ユニットによって選択される１つ以上のロケーションは、タッチ入力を受け取るロケーションを取り囲むロケーションを含むことができる。この例では、タッチ入力を受け取るロケーションが、例えば、電極パッチ１０８２の真上である場合、制御ユニットは、触覚駆動信号を受信することになる電極パッチとして少なくとも電極パッチ１０８１及び１０８３を選択することができる。その結果、制御ユニット１１１は、例えば、マルチプレクサー１１８を制御して、触覚駆動信号を少なくとも電極パッチ１０８１及び１０８３（ただし、電極パッチ１０８２ではない）に配信することができる。
【００５９】
一実施形態では、触覚対応表示デバイス１００／１００Ａの表面を異なる表面領域（例えば、異なるゾーン）に論理的に分割することができる。これらの表面領域のそれぞれは電極パッチよりも大きい。複数の電極パッチ（例えば、１０８１〜１０８３）及び作動可能材料の複数のそれぞれの領域（例えば、１０６１〜１０６３）は、表面領域の下に位置することもできるし、単一の電極パッチ及び単一のそれぞれの領域のみが、表面領域の下に位置することもできる。この実施形態では、タッチ入力が表面領域のうちの１つにおいて受け取られると、制御ユニット１１１は、その表面領域によって覆われる１つの電極パッチ又は全ての電極パッチを、触覚駆動信号を受信するように選択することができる。上記実施形態のいずれにおいても、制御ユニットは、触覚駆動信号を受信するように選択されていない電極パッチが、浮遊状態のままにされておくことも、（例えば、マルチプレクサー１２０を介して）接地に電気的に接続されることも、別のマルチプレクサー及び信号ジェネレーター（存在する場合）を介して別の触覚駆動信号を受信することも可能にすることができる。
【００６０】
上記で論述したように、本発明における第２の一組の実施形態は、表示デバイスの表示層の裏側又は後側上に配置されている分離したアクチュエーターパッチに関する。例えば、図５は、表示層２０２と、表示層２０２の裏側上に配置された複数のアクチュエーター（作動）パッチ２０６１〜２０６ｎとを有する触覚対応表示デバイス２００を示している。より具体的には、触覚対応表示デバイス２００は、表示層２０２と、第１の電極層２０４と、複数のアクチュエーターパッチ２０６１〜２０６ｎと、複数の電極パッチ２０８１〜２０８ｎと、制御ユニット１１１と、信号ジェネレーター２１４とを備える。一実施形態では、触覚対応表示デバイス２００は、デバイス２００の様々な構成要素を収容するハウジング２０１を有することができる。表示層２０２は、ハウジング２０１内に収容することもできるし、ハウジング２０１の一部を形成することもできる。
【００６１】
一実施形態では、触覚対応デバイス２００は、図５に示すように、第１の電極層２０４が配置される基板２０３（例えば、プラスチック基板）を備えることができる。基板２０３は、当該基板２０３が表示層２０２に取り付けられる前に、第１の電極層２０４と、複数のアクチュエーターパッチ２０６１〜２０６ｎと、複数の電極パッチ２０８１〜２０８ｎとを基板２０３上に最初に配置することを可能にするために、製造中に用いることができる。一実施形態では、基板２０３を触覚対応表示デバイス２００から省略することができる。
【００６２】
図５に示すように、表示層は、画像を表示するように構成された前側２２２と、前側に対向する裏側とを有することができる。一実施形態では、表示層２０２の前側２２２は、図５に示すように、保護層２１０で覆うことができる。保護層２１０は、デバイス２００の前面を提供することができる。別の実施形態では、そのような保護層２１０を省略することができ、表示層２０２の前面２２２は、全体の表示デバイス２００の前面とすることもできる。
【００６３】
一実施形態では、第１の電極層２０４は、表示層の裏側２１２上に直接又は間接的に配置することができる。一実施形態では、第１の電極層２０４は、表示層２０２と実質的に同じ面積を有する単一片の導電材料から形成することができる。一実施形態では、複数のアクチュエーターパッチ２０６１〜２０６ｎを第１の電極層２０４のそれぞれの領域上に配置して、それらの領域に電気的に接続することができる。アクチュエーターパッチ２０６１〜２０６ｎのそれぞれは、第１の電極層２０４の導電材料の面積よりも小さい面積を有することができる。複数の電極パッチ２０８１〜２０８ｎは、複数のアクチュエーターパッチ２０６１〜２０６ｎ上にそれぞれ配置して、それらのアクチュエーターパッチに電気的に接続することができる。電極パッチ２０８１〜２０８ｎのそれぞれは、第１の電極層２０４の導電材料の面積よりも小さい面積を有することができる。さらに、複数の電極パッチ２０８１〜２０８ｎは、互いから電気的に絶縁することができる。一実施形態では、電極パッチのそれぞれ及びそれぞれのアクチュエーターパッチは、実質的に同じ面積を有する。
【００６４】
一実施形態では、複数のアクチュエーターパッチ２０６１〜２０６ｎのうちの一アクチュエーターパッチと、複数の電極パッチ２０８１〜２０８ｎのうちの一電極パッチとの組み合わせは、アクチュエータースタックと呼ばれる場合がある。図５は、複数のアクチュエータースタックを有する一実施形態を示しているが、別の実施形態は、単一のアクチュエータースタックのみを有してもよい。いずれの実施形態においても、単数又は複数のアクチュエータースタックを用いて、デバイス２００の前面にわたって均一に出力されないような触覚効果を提供することができる。
【００６５】
一実施形態では、複数のアクチュエーターパッチ２０６１〜２０６ｎの各アクチュエーターパッチは、任意の触覚駆動信号がアクチュエーターパッチの両側間に電位差を生成すると変形するように構成された作動可能材料を有する。例えば、作動可能材料は、ポリマーマトリックスに組み込まれた複数の圧電セラミックファイバーを有するマクロファイバー複合（ＭＦＣ）材料とすることができる。第１の電極層２０４が接地されている場合、第１の電極層と接触しているＭＦＣ材料の第１の側も、接地電位を有することができる。触覚駆動信号が、ＭＦＣ材料の反対側の第２の側にある電極パッチに印加されると、ＭＦＣ材料を変形させる電位差を生成することができる。一実施形態では、触覚駆動信号が発振信号（oscillating signal）であるとき、ＭＦＣ材料は振動して、触覚対応デバイス２００の前面において振動触知性触覚効果を生成することができる。
【００６６】
図５に示すように、表示層２０２は、アクチュエーターパッチ２０６１〜２０６ｎの前部に配置されることによって、表示層２０２の後側２１２にあるアクチュエーターパッチ２０６１〜２０６ｎから伝播するあらゆる作動（例えば、振動）を減衰させることができ、又はそのような作動を完全に阻止することができる。したがって、一実施形態では、アクチュエーターパッチが表示層２０２の後側上に配置されているとき、ＯＬＥＤ層を表示層２０２として用いることができる。ＯＬＥＤ層が備える内部構成要素を、例えば、ＬＣＤ層よりも少なくすることができ、したがって、ＯＬＥＤ層が呈する減衰は低くなり得る。この特性によって、表示層２０２の後側２１２にあるアクチュエーターパッチ２０６１〜２０６ｎによって生成される振動又は他の作動が表示層２０２の前側に伝播することがより一層可能になる。一実施形態では、ＭＦＣ材料の作動可能材料としての使用及び／又はＯＬＥＤ層の表示層としての使用は、数ボルト又は数十ボルトを用いて作動を生み出すことを可能にすることができ、触覚駆動信号の増幅を回避することができる。その結果、信号ジェネレーター２１４は、電圧ブースターを有しない場合がある。
【００６７】
一実施形態では、制御ユニット２１１は、触覚駆動信号を電極パッチに提供して、この電極パッチが配置されたアクチュエーターパッチを作動させるように構成することができる。複数の電極パッチを有する一実施形態では、制御ユニット２１１は、複数の電極パッチ２０８１〜２０８ｎから、触覚駆動信号を受信する１つ以上の電極パッチ（例えば、２０８１）を選択し、この選択された１つ以上の電極パッチ（例えば、２０８１）に触覚駆動信号を提供して、複数のアクチュエーターパッチのうちの１つ以上のそれぞれのアクチュエーターパッチ（例えば、２０６１）を作動させるように構成することができる。一実施形態では、制御ユニットは、触覚効果を出力する触覚対応デバイスの表面上の１つ以上のロケーションを選択することによって１つ以上の電極パッチを選択し、それらの１つ以上のロケーションに最も近い１つ以上のそれぞれの電極パッチを選択するように構成される。ある例では、選択された１つ以上のロケーションは、タッチ入力を受け取る触覚対応表示デバイス２００の前面上のロケーションを含むことができる。一実施形態では、触覚対応表示デバイス２００／２００Ａの表面を異なる表面領域（例えば、異なるゾーン）に論理的に分割することができる。これらの表面領域のそれぞれは電極パッチよりも大きい。例えば、選択された１つ以上のロケーションは、タッチ入力を受け取るロケーションを取り囲むことができる。タッチ入力が表面領域のうちの１つにおいて受け取られると、制御ユニット２１１は、その表面領域によってカバーされる１つの電極パッチ又は全ての電極パッチを、触覚駆動信号を受信するように選択することができる。
【００６８】
図６は、信号ジェネレーター２１４から複数の電極パッチ２０８１〜２０８ｎのうちの１つ以上の電極パッチのサブセット（例えば、２０８１）に触覚駆動信号を配信することができるマルチプレクサー２１８を示している。マルチプレクサー２１８は、制御ユニット２１１によって制御することができる。一実施形態では、図６に示すように、別のマルチプレクサー２２０が、選択されていない電極パッチを第１の電極層２０４の接地電位に電気的に接続することができる。
【００６９】
図４Ａ、図４Ｂ、及び図６は、信号ジェネレーター１１４／２１４から電極パッチ１０８１〜１０８ｎ又は２０８１〜２０８ｎのサブセットに駆動信号を配信するように構成されたマルチプレクサー１１８／２１８を備える実施形態を示しているが、他の実施形態は、各電極パッチ（例えば、電極パッチ１０８１〜１０８ｎ／２０８１〜２０８ｎのそれぞれ）を信号ジェネレーター（例えば、信号ジェネレーター１１４／２１４）に直接電気的に接続することによって、そのようなマルチプレクサーを省略することができる。これらの後者の実施形態では、駆動信号を多重化することなく、信号ジェネレーターからの駆動信号によって、電極パッチ（例えば、１０８１〜１０８ｎ／２０８１〜２０８ｎ）を同時に作動させることができる。信号ジェネレーターが単一の増幅器を有する場合、この単一の増幅器に電極パッチを電気的に接続することができる。マルチプレクサーを省略することによって、触覚対応デバイスのこれらの実施形態は、触覚対応デバイスの電子機器を実施する複雑度及びコストを低減することができる。幾つかの場合には、これらの触覚対応デバイスは、タッチインターフェースもマルチタッチインターフェースも提供せず、これによって、個々の電極パッチを選択的に作動させるマルチプレクサーの必要性を低減又は除去することができる。幾つかの場合には、これらの触覚対応デバイスにおける電極パッチは、駆動信号によって作動されていないとき、電気的浮遊状態のままにしておくことができ、したがって、これらの電極パッチを接地電位に選択的に接続する別のマルチプレクサーの必要性を取り除くことができる。
【００７０】
図７は、制御ユニット（例えば、制御ユニット１１１又は制御ユニット２１１）が触覚対応表示デバイスにおいて触覚効果を出力させることができる方法３００を示すフロー図を提供する。制御ユニット１１１又は２１１の特徴に関する上記論述と同様に、方法３００は、制御ユニット１１１／２１１が複数の電極パッチから触覚駆動信号を受信する１つ以上の電極パッチを選択するステップ３０２を含むことができる。ステップ３０４において、制御ユニット１１１／２１１は、選択された１つ以上の電極パッチに触覚駆動信号を提供することができる。
【００７１】
図８は、図１における触覚対応表示デバイス（例えば、触覚対応表示デバイス１００／１００Ａ）と同様の触覚対応表示デバイスを製造又は別の方法で形成する一例示の方法４００を示している。一実施形態では、この方法は、基板（例えば、図２Ｂにおける基板１０３）上に直接又は表示層の前側（例えば、図２Ａにおける前側１２２）上に直接、第１の電極層（例えば、電極層１０４）を堆積させるステップ４０２を含む。この第１の電極層は、実質的に透明な導電材料から形成することができる。ステップ４０２は、例えば、表示層とは別に（ステップ４０２〜４０８において）触覚対応層を基板上に事前製作することの一部として、第１の電極層を基板上に堆積させることを伴うことができ、その後引き続き、基板を表示層上に配置することができる。別の実施形態では、基板を事前製作以外の目的に用いることができ、ステップ４０２が行われる前に表示層上に配置することができる。更に別の実施形態では、基板はステップ４０２に関与せず、第１の電極層を表示層上に直接堆積させることができる。
【００７２】
ステップ４０４において、第１の電極層の全て又は実質的に全ての上に作動可能材料の層を堆積させ、作動層（例えば、作動層１０６）を第１の電極層の上に形成することができる。一実施形態では、このステップは、透明なＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）の溶液等の作動可能材料が溶解された溶液を堆積させることを含む。溶液は、フィルムアプリケーター又はスピンコーティングステップを介して基板上に堆積させることができ、その後、或る特定の温度（例えば、８０℃〜１２０℃）でアニールして作動層を形成することができる。
【００７３】
ステップ４０６において、作動層全体の上に又はほぼ全ての作動層上に第２の電極層を堆積させることができる。一実施形態では、第２の電極層も、透明な導電材料を含むことができる。
【００７４】
ステップ４０８において、第２の電極層から素材を除去して１つ以上の電極パッチ（例えば、１０８１〜１０８ｎ）を形成することができ、これらの１つ以上の電極パッチのそれぞれは、第１の電極層（例えば、層１０４）の導電材料の面積よりも小さい面積を有する。一実施形態では、第２の電極層から素材を、互いから電気的に絶縁される複数の電極パッチを形成するように除去することができる。一実施形態では、このステップは、第２の電極層の導電材料を化学エッチングして複数の電極パッチを形成することを含むことができる。一実施形態では、作動層の作動可能材料を除去することなく、第２の電極層の素材が除去されるように、この除去ステップ中にマスク層によりアクチュエーター層を保護することができる。
【００７５】
一実施形態では、ステップ４０２が、第１の電極層、作動層を堆積させることと、１つ以上の電極パッチを基板上に形成することとによる触覚対応層の事前製作の一部である場合、方法４００は、表示層の前側（前面とも呼ばれる）上に基板を配置する別のステップを含むことができる。例えば、基板を表示層の前側に接合することができる。
【００７６】
図９は、図５における触覚対応表示デバイス（例えば、触覚対応表示デバイス２００）と同様の触覚対応表示デバイスを製造又は別の方法で形成する一例示の方法５００を示すフロー図を提供する。一実施形態では、この方法は、表示層の裏側上に直接又は基板上に直接第１の電極層（例えば、電極層２０４）を堆積させるステップ５０２を含む。第１の電極層は、例えば、透明又は不透明である導電材料から形成することができる。ステップ５０２は、表示層とは別の事前製作ステップの一部として第１の電極層及び触覚対応層の他の層を堆積させることを伴うこともできるし（ただし、事前製作が行われない場合であっても基板を用いることができ、第１の電極層が堆積される前に表示層の裏側上に堆積させることができる）、第１の電極層が表示層の裏側上に直接堆積されるようにして、基板の使用を省略することもできる。
【００７７】
ステップ５０４において、１つ以上のアクチュエータースタックを第１の電極層上に堆積させることができる。上記で論述したように、アクチュエータースタックのそれぞれは、アクチュエーターパッチと、その上に配置された電極パッチとを有することができる。アクチュエーターパッチは、電位差がアクチュエーターパッチの両側間で生成されると変形するように構成された作動可能材料から形成することができる。作動可能材料は、例えば、ポリマーマトリックスに組み込まれた複数の圧電セラミックファイバーを有するマクロファイバー複合材料とすることができる。一実施形態では、１つ以上のアクチュエータースタックを事前製作しておくことができ（例えば、アクチュエーターパッチは、それぞれの電極パッチに既に接合されている）、第１の電極層上に同時に堆積させることができる。一実施形態では、アクチュエータースタックは事前製作されず、アクチュエータースタックのアクチュエーターパッチを最初に堆積させることができ、続いて、アクチュエータースタックのそれぞれの電極パッチを堆積させることができる。この実施形態では、ステップ５０４は、複数のアクチュエーターパッチ及び電極パッチを形成するように電極材料及び／又は作動可能材料が除去される除去ステップを伴うことができる。代替的に、ステップ５０４は、そのような除去ステップを伴わない場合がある。
【００７８】
一実施形態では、ステップ５０２が、第１の電極層及び１つ以上のアクチュエータースタックを基板上に堆積させることによる触覚対応層の事前製作の一部である場合、方法５００は、基板を表示層の裏側（後側とも呼ばれる）上に配置する別のステップを含むことができる。例えば、基板は、表示層の裏側に接合することができる。
【００７９】
種々の実施形態を上述してきたが、これらの実施形態は、限定としてではなく本発明の単なる説明及び例として提示されていることを理解すべきである。形式及び細部における種々の変更は本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく本発明内で行うことができることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によってのみ規定されるべきである。本明細書において論考された各実施形態、及び本明細書において引用された各引用文献の各特徴は、他の任意の実施形態の特徴と組み合わせて用いることができることも理解されるであろう。
【００８０】
本願は、２０１７年６月１３日に出願された米国特許出願第１５／６２１，２０１号の利益を主張し、この出願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１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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