(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から与えられる画像信号によって、画面を表示する板状の視覚表示部と、この視覚表示部に対向するように配置され、前記画面上に使用者が知覚可能な触覚を提示する板状の触覚提示部とを備えたディスプレイ装置であって、
前記触覚提示部は、電極と、当該電極を覆う絶縁膜とを備え、外部から前記電極に与えられる電圧信号によって、前記電極と前記使用者との間に静電気力を生じさせ、前記使用者に触覚を提示するように構成され、
前記視覚表示部と前記触覚提示部との間の空隙に充填され、可視光線に対して透明性を有するとともに弾性率が１００ｋＰａ未満の樹脂を更に備えたこと、を特徴とするディスプレイ装置。
【請求項２】
前記触覚提示部が、
支持基板と、前記支持基板上の第１の方向に延在している互いに平行な複数のＸ電極と、前記支持基板上の第２の方向に延在しかつ前記Ｘ電極と互いに絶縁されている互いに平行な複数のＹ電極とを備え、
前記各Ｘ電極のうち外部から入力された対象領域の情報に該当するＸ電極に対して第１の周波数の電圧信号を印加し、前記各Ｙ電極のうち前記対象領域の情報に該当するＹ電極に対して第２の周波数の電圧信号を印加し、前記第１および第２の周波数の差の絶対値によって前記対象領域に電気的なうなり振動を発生させる駆動回路を備えること、
を特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１および第２の周波数がいずれも５００［Ｈｚ］以上であり、
前記第１および第２の周波数の差の絶対値が１０［Ｈｚ］より大きく１０００［Ｈｚ］未満である期間を有すること、を特徴とする請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記視覚表示部に、
操作画面内に対して当該ユーザが行ったタッチ操作の内容を検出するタッチ座標検出部が併設されていること、
を特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記触覚提示部が、操作画面上に表示されている表示オブジェクトに対応する位置に、前記電圧信号の入力によって当該ユーザが知覚可能な静電気力を生成する触覚提示機能を備えていること、を特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記視覚表示部と前記触覚提示部との前記層状空隙で、樹脂が前記視覚表示部の表示領域全体を覆った状態で充填されていること、
を特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記視覚表示部を収容し、前記表示領域全体を露出する開口部を備えるシャーシを有し、
前記樹脂が前記開口部全体を覆いつつ、前記視覚表示部と前記触覚提示部との間の前記層状空隙を充填していること、
を特徴とする請求項６に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記視覚表示部と当該視覚表示部を支持する支持構造体との間を非弾性体で結合されて成ること、を特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記樹脂が、活性エネルギー型硬化樹脂、熱硬化樹脂、湿気硬化樹脂のうちのいずれか、もしくはこれらを複合させた複合型硬化樹脂であること、を特徴とする請求項６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記視覚表示部と前記触覚提示部との間の前記層状空隙に充填されている前記樹脂は、周縁部における弾性率が中央部における弾性率よりも高く設定されていること、
を特徴とする請求項６記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記樹脂が硬化性樹脂であると共に、前記周縁部における硬化率が前記中央部における硬化率よりも高いこと、
を特徴とする請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
外部から与えられる画像信号によって、画面を表示する板状の視覚表示部と、この視覚表示部に対向するように配置され、前記画面上に使用者が知覚可能な触覚を提示する板状の触覚提示部とを備えたディスプレイ装置であって、
前記触覚提示部は、電極と、当該電極を覆う絶縁膜とを備え、外部から前記電極に与えられる電圧信号によって、前記電極と前記使用者との間に静電気力を生じさせ、前記使用者に触覚を提示するように構成され、
前記視覚表示部と前記触覚提示部との間の空隙に充填され、可視光線に対して透明性を有するとともに弾性率が１００ｋＰａ未満の樹脂を更に備えたことで音鳴りが抑制されること、
を特徴とするディスプレイ装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のうちのいずれか１項に記載のディスプレイ装置を情報表示用として内蔵していること、を特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディスプレイ装置および電子機器に関し、特に人間の皮膚に対して有効にテクスチャ感を提示して操作の補助を行うことを可能としうるディスプレイ装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、指で入力可能なタッチパネルが搭載された表示装置は、入力に応じて表示内容や機器の動作を制御するシステムに組み込まれることで、使い勝手の良いインタラクティブな操作性の実現に貢献している。このため、スマートフォンやタブレット端末などのような、タッチパネルが組み込まれた電子機器が急速に普及している。また、パーソナルコンピュータなど、従来から存在する電子機器の中にも、そのようなタッチパネルが組み込まれたものが多くなっている。
【０００３】
それに対して、テレビジョン受信機のリモコン、従来型の携帯電話端末（フィーチャーフォン）などのように、各々独立した操作キーを備えた機器は、操作キーの位置や配置を覚えさえすれば、視覚に頼ることなく操作することが可能である。しかしながら、タッチパネル付き表示装置の表面は一様に硬く、画面上に表示されているどの部分を触っても同じ触覚を持つ。
【０００４】
そのため、タッチパネルのどこを触れば有効な入力が可能であるか、また有効な入力がなされたか否かを、視覚に頼ることなく（当該パネルを見ずに）知覚することは事実上不可能である。このことは、タッチパネル付き表示装置を備えたスマートフォンなどのような電子機器を、視覚に障害のある人が使用できないという問題を引き起こしている。また健常者にとっても、視覚に頼らずにそれらの電子機器を操作することができないということは、当該電子機器を操作する上でのユーザビリティの低下となる。
【０００５】
そのような点を改善し、視覚の他に触覚を併用してユーザビリティを向上させることを意図した技術として、以下の各々がある。特許文献１には、表示装置の前面の特定の位置に電極を埋め込み、当該電極に与えられる電圧信号によって、電極と使用者との間に生じる静電気力により、当該装置表面をなぞった利用者の指に触覚（テクスチャ感、ザラザラ感）を提示する、という技術が記載されている。
【０００６】
この技術によれば、その電極を埋め込んだ箇所に人間の指によって知覚可能なテクスチャ感を与えることによって、視覚障害者であってもそのテクスチャ感を利用して、当該装置に表示されている操作画面の中で入力操作を受け付けている対象である表示オブジェクトの位置がどこにあるかを知覚することはできる。
【０００７】
しかしながら、この技術では、電極に電圧信号を伝えるための配線にまでテクスチャ感が与えられることとなる。特に、多くの箇所にテクスチャ感を与えようとして多くの電極を埋め込むと、複雑な配線が必要となり、必要のない箇所にテクスチャ感が与えられることが多くなる。
【０００８】
さらに、この技術では、あらかじめ電極の埋め込まれている箇所にしかテクスチャ感を提示することができない。表示オブジェクトに対応してテクスチャ感を提示する位置や個数を変更することは、電極の再配置を伴うので、事実上不可能である。
【０００９】
また、特許文献２には、タッチパネルと表示装置とを一体とした可動パネルユニットの側面から、圧電アクチュエータによって振動を与えるという技術が記載されている。特許文献３も、特許文献２と同様に圧電アクチュエータによってタッチパネル付き表示装置に振動を与えるという技術で、その振動の波形に特徴を有するという技術が記載されている。
【００１０】
さらに、特許文献４には、可聴周波数でなく超音波によってタッチパネル付き表示装置に振動を与えるという技術が記載されている。特許文献５も、圧電素子によってタッチパネル付き表示装置に振動を与えるという技術であり、その圧電素子の実装構造に特徴があるという技術が記載されている。
【００１１】
そして、特許文献６には、タッチパネルの下に複数個の圧電フィルムによるアクチュエータを配置したという技術であり、各アクチュエータを振動させるパターンやその周波数などに特徴があるという技術が記載されている。非特許文献１および２には、「フィルムの電荷を制御することで、機械的な振動を使わずに利用者に触感を与える」という技術が記載されている。また、特許文献７には、光学弾性樹脂を利用してタッチパネルと表示装置とを貼り合わせるという技術の一例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１１−２４８８８４号公報
【特許文献２】特開２００７−０３４９９１号公報
【特許文献３】特開２００８−１２３４２９号公報
【特許文献４】特開２０１０−２３１６０９号公報
【特許文献５】特開２０１１−０５３７４５号公報
【特許文献６】特開２０１２−０２７７６５号公報
【特許文献７】特開２００４−０７７８８７号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】” Senseg Technology”、［平成２６年８月１２日検索］、Senseg HQ、インターネット＜URL：http://senseg.com/technology/senseg-technology＞
【非特許文献２】キーマンズネット、「『触覚フィードバック技術』って何だ？」、平成２３年４月６日、［平成２６年８月１２日検索］、株式会社リクルートマーケティングパートナーズ、インターネット＜URL：http://www.keyman.or.jp/at/30004013/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記の特許文献１、あるいは非特許文献１にも記載されているように、支持基板と、支持基板に結合された電極と、当該電極を覆う絶縁膜とを備え、外部から電極に与えられる電圧信号によって、電極と使用者との間に生じる静電気力により使用者に触覚を提示するように構成された触覚提示パネルと視覚ディスプレイとを重ね合わせ、これによってユーザの指に触覚を感じさせ、これをもって操作の補助とするという技術は既に存在する。
【００１５】
しかし、発明者らが実際にそのような触覚提示パネルと視覚ディスプレイとを積層した構造の電子機器を試作してみたところ、ユーザの指に触覚を感じさせることはできたが、同時に音鳴りの問題が発生することも確認された。この音鳴りはユーザが触覚提示パネルを指でなぞっている時、即ちユーザが触覚提示パネル上で指を滑らせているときに発生した。一方、なぞっていない時には発生しなかった。この試作品についての詳細は、後段でさらに説明する。
【００１６】
発明者らにとって、この音鳴りの問題は想定外であった。なぜなら、試作した触覚提示パネルは、支持基板上にスパッタリングによって成膜したＩＴＯ（Indium Tin Oxide, 酸化インジウムスズ）からなる電極と、スピンコート法で形成した有機絶縁膜とを堆積した構造であり、機械的に振動する構造が無く、音鳴り（音響ノイズ）の発生源が存在しないからである。
【００１７】
また、発明者らが音鳴りの問題を想定できなかった要因として、特許文献１や非特許文献１の記載も挙げられる。特許文献１には「本発明の実施形態には物理的な動きがないため、電気振動面は静かである」（同文献の段落０１１１）と記載されており、ノイズの問題が無いという記載になっている。非特許文献１にも「Unlike effects created by mechanical vibration and piezo solutions, Senseg is silent.」と記載されており、特許文献１と同様にノイズの問題が無いという記載になっている。
【００１８】
しかし、この問題点を解決しうる技術は、前述した特許文献１〜７、非特許文献１〜２のいずれにも記載されていない。特許文献１および非特許文献１には、支持基板と、支持基板に結合された電極と、当該電極を覆う絶縁膜とを備え、外部から電極に与えられる電圧信号によって、電極と使用者との間に生じる静電気力により使用者に触覚を提示するように構成された触覚提示装置は「静か」であると記載されており、問題点の存在自体が否定されている。実際には、特許文献１の図１に記載された形の触覚提示部においても、そのような音鳴りの問題が発生している。
【００１９】
特許文献５には、裏面周縁部に圧電素子が取り付けられたタッチパネルと表示素子とを重ね合わせて構成した触覚フィードバック型タッチパネルの実装構造が記載されている。「圧電素子の振動を減衰しないように」タッチパネルに伝達するため、タッチパネル裏面周縁部を支持する枠状の支持部によってタッチパネルを支持し、タッチパネルと表示装置との間に空気層を設けているというものである。即ち、これは「音鳴りの問題を解決する」というものではない。
【００２０】
本発明の目的は、不快な騒音を発生させることを抑制しつつ、人間の皮膚に対して有効にテクスチャ感を提示して、視覚と触覚の相互作用による臨場感の向上、あるいは操作の補助を行うことを可能としうるディスプレイ装置および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明に係るディスプレイ装置は、外部から与えられる画像信号によって、画面を表示する板状の視覚表示部と、この視覚表示部に対向するように配置され、画面上に使用者が知覚可能な触覚を提示する板状の触覚提示部とを備えたディスプレイ装置であって、触覚提示部は、電極と、当該電極を覆う絶縁膜とを備え、外部から電極に与えられる電圧信号によって、電極と使用者との間に静電気力を生じさせ、使用者に触覚を提示するように構成され、視覚表示部と触覚提示部との間の空隙に充填され、可視光線に対して透明性を有するとともに弾性率が１００ｋＰａ未満の樹脂を更に備えたこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、上記した通り、触覚提示部と視覚表示部との間を可視光線に対して透明性を有する樹脂によって充填している構成としたので、画面の表示と触覚の提示の動作をいずれも損なうことなく、指の変形によって生じた機械的振動が大面積の触覚提示パネルに伝わった時に、当該触覚提示パネル全面が振動することを抑制し、また共振の原因となる空間をなくすことができる。
【００２３】
これによって、不快な騒音を発生させることを抑制しつつ、人間の皮膚に対して有効にテクスチャ感を提示して、視覚と聴覚の相互作用による臨場感の向上、あるいは操作の補助を行うことが可能であるという、優れた特徴を持つディスプレイ装置および電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るディスプレイ装置の構成について示す説明図である。
【図２Ａ】図１に示した視覚表示部と触覚提示部とを積層した状態の断面について示す説明図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示した視覚表示部と触覚提示部とを積層したものをさらに筐体に取り付けた状態について示す説明図である。
【図２Ｃ】図２Ａに示した樹脂の弾性率についての発明者らによる実験結果を示す説明図である。
【図２Ｄ】図２Ａに示した支持基板およびＸ電極、Ｙ電極のより詳細な平面形状について示す説明図である。
【図２Ｅ】図２Ａに示したＸ電極およびＹ電極の相互間の接続部分の構造を拡大して示す説明図である。
【図３Ａ】図１および２に示した触覚提示部を平面視した場合の構造について示す説明図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した触覚提示部の駆動方法について示す説明図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示した触覚提示部の断面モデルについて示す説明図である。
【図３Ｄ】図３Ａに示した触覚提示部で、指に働く引力の周波数に対する触覚の変化をユーザが知覚するために必要な電圧信号の振幅の閾値の関係を測定したグラフである。
【図３Ｅ】本発明の第１の実施形態の変形に係るディスプレイ装置の構成について示す説明図である。
【図３Ｆ】図３Ｅに示したディスプレイ装置の断面構造について示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るディスプレイ装置の構造について示す斜視図である。
【図５Ａ】図４に示したディスプレイ装置の断面構造について示す説明図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示した断面構造をさらに詳細に示す説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るディスプレイ装置の構造について示す斜視図である。
【図７】図６に示したディスプレイ装置の断面構造について示す説明図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るディスプレイ装置の構造について示す斜視図である。
【図９】図８に示したディスプレイ装置の断面構造について示す説明図である。
【図１０】図８および９に示した触覚提示部を平面視した場合の構造について示す説明図である。
【図１１】図８〜１０に示したディスプレイ装置の駆動について示す説明図である。
【図１２】本発明の応用形態に係る電子機器の構成について示す説明図である。
【図１３】発明者らが試作した本発明の前提となる技術に係るディスプレイ装置の構造について示す斜視図である。
【図１４】図１３に示したディスプレイ装置の断面構造について示す説明図である。
【図１５】図１３および１４に示した触覚提示部を平面視した場合の構造について示す説明図である。
【図１６】図１３〜１５に示したディスプレイ装置を試作した結果判明した音鳴りについて示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（前提技術）
図１３は、発明者らが試作した本発明の前提となる技術に係るディスプレイ装置９００の構造について示す斜視図である。ディスプレイ装置９００は、視覚表示部９１０と触覚提示部９２０とを積層して構成されている。
【００２６】
このディスプレイ装置９００はいわゆるモジュールであり、このモジュールにプロセッサ、記憶装置、通信装置、電源装置などを組み合わせて、スマートフォンやパーソナルコンピュータなどのような電子機器として製品化される。
【００２７】
図１４は、図１３に示したディスプレイ装置９００の断面構造について示す説明図である。視覚表示部９１０は、画面の表示領域全体を露出する開口部を備えるシャーシ９３０に収容され、その開口部の上から触覚提示部９２０を接着剤９３２（もしくは粘着テープなど）によって貼り付けられるという形で製造される。その際、触覚提示部９２０とシャーシ９３０は、開口部９３１の外縁において貼り付けられる。即ち、視覚表示部９１０と触覚提示部９２０の間に、空隙９３３ができている。
【００２８】
図１５は、図１３および１４に示した触覚提示部９２０を平面視した場合の構造について示す説明図である。触覚提示部９２０は、平面状の支持基板９２１上のｘ方向に延在する複数のＸ電極９２２と、支持基板９２１上でＸ電極９２２と直交するｙ方向に延在する複数のＹ電極９２３と、Ｘ電極９２２の各々に接続されたＸ電極駆動回路９２４と、Ｙ電極９２３の各々に接続されたＹ電極駆動回路９２５と、Ｘ電極駆動回路９２４およびＹ電極駆動回路９２５の各々に接続された制御部９２６とによって構成されている。Ｘ電極９２２およびＹ電極９２３は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide, 酸化インジウムスズ）などのような可視光線に対して透明性を有する導電性材料によって構成されている。
【００２９】
Ｘ電極９２２とＹ電極９２３の間、およびＸ電極９２２やＹ電極９２３とその上から触れられるユーザの指との間は、絶縁膜によってと電気的な絶縁が保たれている。制御部９２６は、電子機器全体の動作を統括するプロセッサ（図示せず）から与えられた触覚を提示しようとする対象領域についての情報に基づいてＸ電極駆動回路９２４およびＹ電極駆動回路９２５を制御する。
【００３０】
Ｘ電極駆動回路９２４およびＹ電極駆動回路９２５は、制御部９２６から入力された制御情報に応じて、Ｘ電極９２２もしくはＹ電極９２３のうちの必要な範囲の電極に、必要な周波数の電圧信号を印加する。
【００３１】
これによって、触覚提示部９２０は、Ｘ電極９２２およびＹ電極９２３の配置された領域のうちの特定の対象領域（１箇所でも複数箇所でもよい）に対して、必要な周波数の電界を発生させ、ユーザが対象領域上の表面を指でなぞったときに、ユーザと電極との間にはたらく静電気力によって指とタッチ表面との摩擦力を変化させ、その領域に対してテクスチャ感を提示することが可能となる。
【００３２】
図１６は、図１３〜１５に示したディスプレイ装置９００を試作した結果判明した音鳴りについて示す説明図である。ここで示す例では、対象領域Ｃに対してテクスチャ感を提示することを意図して、Ｙ電極９２３の中で対象領域Ｃの範囲を通るものに周波数ｆ１＝１０００Ｈｚ、Ｘ電極９２２の中で対象領域Ｃの範囲を通るものに周波数ｆ２＝１２４０Ｈｚの電圧信号を印加する。その他のＸ電極９２２およびＹ電極９２３は接地している。このとき、当該装置表面をユーザがタッチした場合、対象領域Ｃにおいて２４０Ｈｚの静電気力が、ユーザと電極との間に発生する。
【００３３】
これによって、対象領域Ｃにおいてのみ人間が皮膚感覚を通じて知覚できるテクスチャ感が提示され、その他の領域では特別な触覚は特に何も知覚されない状態であることは確認できた。
【００３４】
しかしながら、この対象領域Ｃを指で探り当てようとして、触覚提示部９２０の（ディスプレイ装置９００の）表面を指でなぞっている時に、音鳴りが発生したことも確認された。
【００３５】
図１４および図１６を用いて説明すると、この音鳴りは、対象領域Ｃの上で指を滑らせている場合に発生している。さらに、Ｘ電極９２２にのみ周波数ｆ２＝１２４０Ｈｚの電圧信号が印加されている領域である領域Ｂの上で指を滑らせている場合、およびＹ電極９２３にのみ周波数ｆ１＝１０００Ｈｚの電圧信号が印加されている領域である領域Ａの上で指を滑らせている場合にも発生している。
【００３６】
一方、ユーザが指を滑らす動作をせず、タッチ面上で指を静止させた場合は音鳴りが発生しない。また、ユーザが当該装置に触れていない場合も音鳴りは発生しない。以上の結果より、この音鳴りはユーザと触覚提示部の相互作用により生じていると考えられる。音鳴りの機序として、次の過程のモデルが考えられる。
【００３７】
（１）電極に信号電圧を印加すると、電極とユーザの指との間に、静電気力がはたらく。静電気力は信号電圧の周波数に応じて変動する。
（２）ユーザの指とタッチ面との間にはたらく垂直抗力が静電気力の変動に応じて変動するので、ユーザが指を滑らせたとき、信号電圧の周波数に応じて摩擦力が変動する。
（３）摩擦力の変動は指のせん断方向にはたらく力を変動させ、信号電圧の周波数に応じた指の変形をもたらす。この変形が機械的な振動の起源となる。
（４）指の変形がディスプレイ装置９００表面の触覚提示パネルに伝わり、触覚提示パネルに信号電圧の周波数に応じた撓みが生じる。
（５）触覚提示パネルの面積が大きいため、その撓み（振動）は効率よく、空中に音として放射され、あるいは、空隙９３３において共鳴し増幅され、音鳴りとしてユーザに知覚される。
【００３８】
このように、触覚提示部９２０の動作に起因して、ユーザとの相互作用によって、大きな面積を有する触覚提示部が撓み、また共鳴することで音鳴りが発生すると考えられる。印加される周波数ｆ１＝１０００Ｈｚと周波数ｆ２＝１２４０Ｈｚによって生じる指の変形（振動）、およびそれらのうなりによって対象領域Ｃにおいて発生する２４０Ｈｚの指の変形（振動）動は、それ自体は人間の耳に聞こえるほどの音量とはならないものであるが、これが触覚提示パネルを撓ませることによって空中に伝わる音波が増加し、また空隙９３３における共鳴によって増幅され、音鳴りとして人間の耳に聞こえるものとなっている。
【００３９】
この音鳴りは、展示会の会場などのように、周囲の騒音がある程度以上大きい場所（一般的な目安として約６０〜７０ｄＢ）であれば特に気にならないが、事務所など静粛性が保たれている場所（約５０ｄＢ）であれば気になるというレベルのものである。
【００４０】
また、図１６で示した例では、うなりにより生じる静電気力の周波数は２４０Ｈｚである。１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満の周波数で人間が皮膚感覚を通じてテクスチャ感を知覚でき、特に２００Ｈｚ付近でそれを最も強く知覚できることが、発明者らによる実験で確認されている。しかし、この周波数範囲は一般的な可聴帯域の範囲内に含まれる。人間の皮膚にテクスチャ感を提示するという目的がある以上、この周波数を変更することはできない。
【００４１】
一方、図１３および１４に示したようなシャーシ９３０に視覚表示部９１０を収容してモジュール化すると、その音鳴りのレベルが大きくなる。しかしながら、ディスプレイ装置９００を電子機器に組み込んで製品化するためにはモジュール化は不可避である。また、モジュール化の段階でシャーシを使用しないものとしても、最終製品となるまでの段階で何らかの外装ケースに収容されることはやはり不可避である。
【００４２】
以上で述べた問題点は、視覚表示部９１０に触覚提示部９２０を付属させ、静電気力によってユーザの指に触覚を感じさせるという構造のディスプレイ装置においては、本質的に不可避の問題点であると言える。音鳴りの発生を完全に無くすことまでは必要ではないが、「事務所などにおいて特に気にならずに使用できる」というレベルにまで音鳴りを抑制する必要はある。
【００４３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態の構成について添付図１〜３に基づいて説明する。
第１の実施形態に係るディスプレイ装置１００は、外部から与えられる画像信号によって、画面を表示する板状の視覚表示部１０と、この視覚表示部に対向するように配置され、前記画面上に使用者が知覚可能な触覚を提示する板状の触覚提示部２０とを備えたディスプレイ装置である。ここで、触覚提示部２０は、電極（Ｘ電極２２、Ｙ電極２３）と、当該電極を覆う絶縁膜とを備え、外部から前記電極に与えられる電圧信号によって、電極と使用者との間に静電気力を生じさせ、使用者に触覚を提示するように構成される。ディスプレイ装置１００は、視覚表示部１０と触覚提示部２０との間の空隙に、可視光線に対して透明性を有する樹脂４０を充填して成る。また、視覚表示部１０に、操作画面内に対して当該ユーザが行ったタッチ操作の内容を検出するタッチ座標検出部１１が併設されている。
【００４４】
また、触覚提示部２０が、支持基板２１と、支持基板上の第１の方向に延在している互いに平行な複数のＸ電極２２と、支持基板上の第２の方向に延在しかつＸ電極と互いに絶縁され、概ね直交している互いに平行な複数のＹ電極２３とを備え、各Ｘ電極のうち外部から入力された対象領域の情報に該当するＸ電極に対して第１の周波数の電圧信号を印加し、各Ｙ電極のうち対象領域の情報に該当するＹ電極に対して第２の周波数の電圧信号を印加し、第１および第２の周波数の差の絶対値によって対象領域に電気的なうなり振動を発生させる駆動回路（Ｘ電極駆動回路２４、Ｙ電極駆動回路２５）を備えている。ここで、第１および第２の周波数はいずれも５００［Ｈｚ］以上であり、第１および第２の周波数の差の絶対値が１０［Ｈｚ］より大きく１０００［Ｈｚ］未満である期間を有する。
【００４５】
そして、触覚提示部２０は、操作画面上に表示されている表示オブジェクトに対応する位置に、電圧信号の入力によって当該ユーザが知覚可能な静電気力を発生する触覚提示機能を備えているものである。その一方で、視覚表示部１０と触覚提示部２０との間の層状空隙で、樹脂４０が視覚表示部の表示領域全体を覆っている。さらに、ディスプレイ装置１００は、視覚表示部１０を収容し、表示領域全体を露出する開口部３１を備えるシャーシ３０を有し、樹脂４０が開口部３１全体を覆いつつ、視覚表示部１０と触覚提示部２０との間を充填している。そして、ディスプレイ装置１００は、視覚表示部１０と視覚表示部を支持する支持構造体（筐体５０）との間を非弾性体（ねじ５１）で結合されて成るものである。ここで、樹脂４０は、活性エネルギー型硬化樹脂、熱硬化樹脂、湿気硬化樹脂のうちのいずれか、もしくはこれらを複合させた複合型硬化樹脂とすることができる。
【００４６】
以上の構成を備えることにより、このディスプレイ装置１００は、不快な騒音を発生させることを抑制しつつ、人間の皮膚に対して有効にテクスチャ感を提示することが可能なものとなる。
以下、これをより詳細に説明する。
【００４７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るディスプレイ装置１００の構造について示す斜視図である。ディスプレイ装置１００は、視覚表示部１０と触覚提示部２０とを積層して構成されている。
【００４８】
このディスプレイ装置１００はシャーシ３０に収容されたいわゆるモジュールであり、このモジュールにプロセッサ、記憶装置、通信装置、電源装置などを組み合わせて、スマートフォンやパーソナルコンピュータなどのような電子機器として製品化される。またディスプレイ装置１００の額縁の部分に光学式タッチパネルを配設したり、あるいは視覚表示部１０に光センサアレイ（タッチ座標検出部１１）を配設したりすることで、ユーザによるタッチ操作入力を可能とするタッチパネル付ディスプレイ装置を構成することができる。
【００４９】
図２は、図１に示したディスプレイ装置１００の断面構造について示す説明図である。そのうち図２Ａは、視覚表示部１０と触覚提示部２０とを積層した状態の断面について示す。図２Ｂは、積層したものをさらに筐体５０に取り付けた状態について示す。図２Ｃは、樹脂４０の弾性率についての発明者らによる実験結果を示す。また、図２Ｄは触覚提示部２０のより詳細な平面形状、図２Ｅはその断面形状を各々示す。
【００５０】
図２Ａで、視覚表示部１０は、表示領域全体を露出する開口部３１を備えるシャーシ３０に収容され、その開口部３１で、視覚表示部１０と触覚提示部２０との間が、可視光線に対して透明性を有する樹脂４０によって充填されている。図２Ｂでは、これを筐体５０に収容し、側面から筐体５０とシャーシ３０を貫通するようにねじ５１で固定している。ねじ５１は非弾性体の材質であり、典型的には金属である。筐体５０とシャーシ３０との間の固定手段は、非弾性体であれば、ねじ５１以外の固定手段を利用してもよい。
【００５１】
樹脂４０は、より具体的には光学接着剤（Optical Clear Resin，ＯＣＲ）と呼ばれているものであり、可視光線に対して透明性を有している。これは、紫外線の照射によって凝固する性質を持ち、本実施形態の場合、凝固している状態での弾性率（ヤング率）は約４０ｋＰａである。また、樹脂４０の層の厚さは０．８ｍｍである。
【００５２】
発明者らが弾性率の異なる様々なＯＣＲを用いてディスプレイ装置を試作したところ、弾性率が１００ｋＰａを超えると視覚表示部である液晶ディスプレイに表示ムラが生じることがわかった。ＯＣＲの弾性率と表示ムラとの関係を調べた実験結果を図２Ｃに示す。この結果より、ＯＣＲの弾性率を１００ｋＰａ未満が望ましいことがわかる。また、樹脂４０の厚さを０．２ｍｍより厚くすることが、表示ムラの問題を解決する視点で望ましいことが実験によりわかった。
【００５３】
触覚提示部２０の構造についてより詳細に説明する。図２Ｄは、図２Ａで示した触覚提示部２０の支持基板２１およびＸ電極２２、Ｙ電極２３のより詳細な平面形状について示すものであり、Ｘ電極２２とその配線とを点線で、Ｙ電極２３とその配線とを実線で各々示している。
【００５４】
Ｘ電極２２は、複数の菱形の電極が接続部を介して数珠状に連結された形状である。即ち、一つのＸ電極２２は、左右に隣り合う菱形の電極を接続部を介して電気的に接続し形成され、ｘ方向に延在するという形状である。Ｘ電極２２は、ｙ軸方向に２ｍｍの間隔で配置されている。即ち、Ｘ電極同士のピッチは２ｍｍである。Ｙ電極２３もこれと同様に、複数の菱形の電極が接続部を介して数珠状に連結された形状である。即ち、一つのＹ電極２３は、上下に隣り合う菱形の電極を接続部を介して電気的に接続し形成され、ｙ方向に延在するという形状である。Ｙ電極２３は、ｘ軸方向に２ｍｍの間隔で配置した。即ち、Ｙ電極同士のピッチは２ｍｍである。
【００５５】
Ｘ電極２２およびＹ電極２３は、平面視した時に、菱形の電極の接続部同士が絶縁膜を介して重なりあうように形成されている。また、Ｘ電極２２の菱形の部分の主要部とＹ電極２３の菱形の部分の主要部とは重ならないように形成されている。即ち、Ｘ電極の菱形の部分の主要部とＹ電極の菱形の部分の主要部とが、平面視した時に隣り合う形状となっている。
【００５６】
図２Ｅは、図２Ｄで示したＸ電極２２およびＹ電極２３の相互間の接続部分の構造を拡大して示すものである。図２Ｅの上側は、図２ＤのブロックＤとして示した電極の相互間の接続部を示す平面視図で、図２Ｅの下側は図２Ｅの上側のＡ−Ａ´線における断面図である。
【００５７】
Ｘ電極２２は、菱形の電極をブリッジ電極２７によって直線上に相互に接続して構成されている。またＹ電極２３も、菱形の電極をこれと同一の材料による接続部２８によって直線上に相互に接続して構成されている。ブリッジ電極２７と接続部２８との間は、絶縁膜２９によって絶縁される。
【００５８】
図２Ｅの下側によって、このＸ電極２２およびＹ電極２３の接続部分の断面構造と製造手順について説明する。ガラス基板である支持基板２１上に、まずブリッジ電極２７をＩＴＯなどのような透明導電膜によって形成する。
【００５９】
次いで、ブリッジ電極２７の上に絶縁膜２９を有機材料で形成する。有機材料で形成することによって、絶縁膜２９の膜厚を厚くし易く、Ｘ電極２２とＹ電極２３との間の交差部で形成される本来不要な結合容量を小さくすることができる。絶縁膜２９はブリッジ電極２７とＹ電極２３との間の接続部とを絶縁するようにブリッジ電極を覆い、ブリッジ電極２７とＸ電極２２の菱形部とが接触するように、ブリッジ電極を覆わない形状に形成される。
【００６０】
次いで、Ｘ電極２２、Ｙ電極２３、接続部２８とその他の配線および端子を透明導電膜によって一括して形成する。最後に絶縁膜２９を有機材料で成膜し、端子にコンタクトホールを形成する。支持基板２１に形成された複数の端子はＸ電極２２またはＹ電極２３と配線により接続され、これらはＸ電極駆動回路２４およびＹ電極駆動回路２５に接続される。
【００６１】
図３Ａは、図１および２に示した触覚提示部２０を平面視した場合の構造について示す説明図である。触覚提示部２０は、平面状の支持基板２１上のｘ方向に延在する複数のＸ電極２２と、支持基板２１上でＸ電極２２と直交するｙ方向に延在する複数のＹ電極２３と、Ｘ電極２２の各々に接続されたＸ電極駆動回路２４と、Ｙ電極２３の各々に接続されたＹ電極駆動回路２５と、Ｘ電極駆動回路２４およびＹ電極駆動回路２５の各々に接続された制御部２６とによって構成されている。Ｘ電極２２およびＹ電極２３は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide, 酸化インジウムスズ）などのような可視光線に対して透明性を有する金属材料によって構成されている。
【００６２】
Ｘ電極２２とＹ電極２３とはその交差部で絶縁膜を介して交差し、両者の電気的な絶縁が保たれている。また、Ｘ電極２２とＹ電極２３の上にも絶縁膜が形成され、ユーザが触覚提示部２０の表面を上から指で触った場合に、Ｘ電極２２と指、およびＹ電極２３と指との間を電気的に絶縁している。
【００６３】
制御部２６は、ディスプレイ装置１００を含んだ電子機器全体の動作を統括するプロセッサ（図示せず）から与えられたテクスチャ感を提示しようとする対象領域についての情報に基づいてＸ電極駆動回路２４およびＹ電極駆動回路２５を制御する。Ｘ電極駆動回路２４およびＹ電極駆動回路２５は、制御部２６から入力された制御情報に応じて、Ｘ電極２２もしくはＹ電極２３のうちの必要な範囲の電極に、必要な周波数の電圧信号を印加する。
【００６４】
図３Ｂは、図３Ａに示した触覚提示部２０の駆動方法について示す説明図である。ここで、各々のＸ電極２２およびＹ電極２３には、各電極ごとに異なる記号によって区別するものとする。即ち、図３Ｂに示す例では、支持基板２１上に２８本のＸ電極２２と４６本のＹ電極２３とが形成されているが、それら各々のＸ電極２２を下から上方向にＸ００〜Ｘ２７といい、各々のＹ電極２３を右から左方向にＹ０３〜Ｙ４８という。
【００６５】
また、テクスチャ感を提示しようとする領域を対象領域２７Ａとする。対象領域２７Ａは、Ｘ電極２２ではＸ１１〜Ｘ１４の範囲、Ｙ電極２３ではＹ２４〜Ｙ２７の範囲である。制御部２６は、外部から与えられた対象領域２７Ａの情報に基づいて、Ｘ電極駆動回路２４およびＹ電極駆動回路２５に制御信号を与える。
【００６６】
この制御信号を受けて、Ｘ電極駆動回路２４はＸ１１〜Ｘ１４に周波数ｆ１＝１０００Ｈｚの電圧信号を印加し、Ｙ電極駆動回路２５はＹ２４〜Ｙ２７に周波数ｆ２＝１２４０Ｈｚの電圧信号を印加する。ここで、Ｘ電極駆動回路２４およびＹ電極駆動回路２５は、それらに該当しないＸ電極２２およびＹ電極２３について、電極同士の容量結合によって電圧が誘起されることを防ぐため、図３Ｂに示した例では接地している。または、接地するかわりに直流電圧、もしくは２２４０Ｈｚ以上の周波数の電圧信号を印加してもよい（この点について理由は後述する）。
【００６７】
Ｘ電極２２およびＹ電極２３に上記の信号を印加し、触覚提示部２０の表面を指でなぞるとＸ１１〜Ｘ１４とＹ２４〜Ｙ２７が交差する対象領域２７Ａのみでテクスチャ感が知覚される。この電圧信号を印加する電極を任意に選択することで、任意の所定の領域にテクスチャ感を提示することができる。また、全てのＸ電極および全てのＹ電極を選択することで、Ｘ電極とＹ電極の交差部全てを内包する領域全体にテクスチャ感を提示することもできる。
【００６８】
発明者らは、実験によって、Ｘ１１〜Ｘ１４の電極上の領域から対象領域２７Ａを除いた領域ではテクスチャ感が提示されず、またＹ２４〜Ｙ２７電極上の領域から対象領域２７Ａを除いた領域でもテクスチャ感が提示されないことを確認した。即ち、人間の指は電極に印加する電圧信号の周波数が１０００Ｈｚや１２４０Ｈｚの場合にはテクスチャ感を知覚しない性質であることを、発明者らは確認した。
【００６９】
一方、対象領域２７Ａでは、ｆ１＝１０００Ｈｚの電圧信号が印加されたＸ電極とｆ２＝１２４０Ｈｚの電圧信号が印加されたＹ電極とが互いに隣接しているので、波動の分野で知られるうなりが生じている。以下、うなりによってテクスチャ感が提示される機構について説明する。
【００７０】
図３Ｃは、図３Ａおよび図３Ｂで示した触覚提示部２０の断面モデルについて示す説明図である。前述の通り、複数のＸ電極２２と複数のＹ電極２３とは、平面状の支持基板２１（図３Ｃ上には示されない）上で隣り合うように配置されている。ここで、Ｘ電極２２およびＹ電極２３のうち、対象領域２７Ａ内に配置された２つのＸ電極２２と２つのＹ電極２３とに対向する位置に、指をモデル化した電極２７Ｂが一つ配置されている。人体には接地効果があるので、この電極２７Ｂは抵抗値Ｒを有する抵抗２７Ｃを介して接地されているものとしてモデル化することができる。
【００７１】
今、対象領域２７Ａ内のＸ電極２２に、Ｖ１＝Ａｃｏｓ（２πｆ１ｔ）で表される電圧信号Ｖ１を印加する。電圧信号Ｖ１の振幅はＡ、周波数はｆ１であり、ｔは時刻を表す。また、対象領域２７Ａ内のＹ電極２３に、Ｖ２＝Ａｃｏｓ（２πｆ２ｔ）で表される電圧信号Ｖ２を印加する。電圧信号Ｖ２の振幅は電圧信号Ｖ１の振幅と等しいＡ、周波数はｆ２である。
【００７２】
電極２７Ｂと対象領域２７Ａ内のＸ電極２２の各々との間は静電容量Ｃを有する平行平板コンデンサとしてモデル化することができ、電極２７Ｂと対象領域２７Ａ内のＹ電極２３の各々との間は静電容量Ｃを有する平行平板コンデンサとしてモデル化することができる。
【００７３】
このとき、電極２７Ｂに現れる電圧ＶＰは、抵抗値Ｒが十分高いとき、ＶＰ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２となる。
【００７４】
ひとつのＸ電極２２と指をモデル化した電極２７Ｂとの間に働く静電気力を図３Ａに示すようにＦｅ１とあらわす。Ｆｅ１は、平行平板コンデンサの電極間に働く力として知られている公式を適用すると、次のように求められる。ここでεはＸ電極上の絶縁膜の誘電率、Ｓは平行平板コンデンサの電極面積である。
【００７５】
【数１】
0006555608.tif 000002
【００７６】
同様に、ひとつのＹ電極２３と指をモデル化した電極２７Ｂとの間に働く静電気力を図３Ａに示すようにＦｅ２とあらわすとＦｅ２は次のように求められる。
【００７７】
【数２】
0006555608.tif 000003
【００７８】
静電気力Ｆｅ１と静電気力Ｆｅ２とを人の指先で区別できない程度に電極の間隔が細かいのであれば、Ｆｅ１およびＦｅ２の個々の力を合計した力がマクロ的に指に働くものとみなすことができる。指をモデル化した電極２７Ｂに働くすべての力の合計Ｆは、図３ＡよりＦ＝２（Ｆｅ１＋Ｆｅ２）であるから、前記のＶ１、Ｖ２、数１および数２の値を用いることで、次のように得ることができる。
【００７９】
【数３】
0006555608.tif 000004
【００８０】
数３より、モデル化した電極２７Ｂに働くすべての力の合計Ｆは、値域が［０、Ａ２Ｃ２／（εＳ）］で周波数が（ｆ１＋ｆ２）である周期関数に、値域が［０、２］で、周波数が（ｆ１−ｆ２）の絶対値である周期関数を乗算して得られるものであることがわかる。その包絡線の周波数は（ｆ１−ｆ２）の絶対値となる。
【００８１】
この基本形態では、周波数ｆ１＝１０００Ｈｚ、周波数ｆ２＝１２４０Ｈｚとしているため、その差の絶対値は２４０Ｈｚとなる。このため指に働く引力Ｆは、数３に示すように２４０Ｈｚで変化する。従って、人間が触覚提示部２０の表面を指でなぞると、２４０Ｈｚの周波数で摩擦力の変化が生じる。２４０Ｈｚは人間の皮膚の機械受容器が感度を有する周波数であるので、テクスチャ感の知覚をもたらすことができる。
【００８２】
さらに発明者らは、電圧信号の周波数に対するテクスチャ感の知覚の有無を実験によって確認した。支持基板２１上の全てのＸ電極２２およびＹ電極２３に同一の電圧信号を印加し、テクスチャ感の有無を確認した結果、電圧信号の周波数が５Ｈｚより大きく５００Ｈｚ未満の範囲内にある場合にテクスチャ感が知覚され、電圧信号の周波数がこの範囲内にない場合にはテクスチャ感が知覚されないことが確認された。
【００８３】
また、支持基板２１上の全てのＸ電極２２に周波数ｆ１の電圧信号を印加し、全てのＹ電極２３に周波数ｆ２の電圧信号を印加し、ｆ１とｆ２との差の絶対値に対するテクスチャ感の知覚の有無を実験的に確認した。その結果、ｆ１とｆ２との差の絶対値が１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満の場合テクスチャ感が知覚され、ｆ１とｆ２との差の絶対値が１０Ｈｚ以下または１０００Ｈｚ以上の場合テクスチャ感が知覚されないことが確認された。
【００８４】
これらの結果から、Ｘ電極に印加する電圧信号の周波数をｆ１とし、Ｙ電極に印加する電圧信号の周波数をｆ２とした場合、ｆ１およびｆ２を共に５００Ｈｚ以上とし、ｆ１とｆ２との差の絶対値が１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満となるようにｆ１とｆ２を設定すれば、周波数ｆ１の電圧信号を与えたＸ電極と周波数ｆ２の電圧信号を与えたＹ電極とが交差する領域にテクスチャ感を提示し、他の領域にはテクスチャ感を提示しない触覚提示部２０が実現可能となる。
【００８５】
さらに、数３とその考察に記載した事項から、指に働く引力の周波数がテクスチャ感の知覚に作用していると考えられたので、発明者らは指に働く引力の周波数と触覚の知覚との関係を確認する実験を行った。図３Ｄは、図３Ａ〜４に示した触覚提示部２０で、指に働く引力の周波数に対する触覚の変化をユーザが知覚するために必要な電圧信号の振幅の閾値の関係を測定したグラフである。
【００８６】
図３Ｄのグラフは、支持基板２１上の全てのＸ電極２２と全てのＹ電極２３に、同一の電圧信号を周波数を変えながら印加し、触覚の変化を知覚するのに必要な振幅の閾値を測定した結果である。下軸は全てのＸ電極２２と全てのＹ電極２３に印加した電圧信号の周波数、左軸は触覚の変化を知覚するのに必要な電圧信号の振幅の閾値を示している。
【００８７】
この実験では、操作者の指に働く引力の周波数は印加した電圧信号の周波数ｆ１の２倍となる。この関係を導出するためには、図３Ｃに示した抵抗Ｒ４９の抵抗値を無限大を除いた有限な値、極端にはゼロと置き、Ｘ電極２２およびＹ電極２３に印加する電圧信号の周波数を共にｆ１と置いて静電気力Ｆを求めればよい。図３Ｄでは、指に働く引力の周波数を上軸に示している。即ち、指に働く引力の周波数と知覚に必要な振幅の閾値との関係は図３Ｄの上軸と左軸とによって表される。
【００８８】
図３Ｄのグラフより、指に働く引力の周波数が２００Ｈｚ付近のとき、閾値が最小値となることがわかる。即ち、人間の皮膚の受容器は、指に働く引力の周波数が２００Ｈｚ付近で、最も高い感度でテクスチャ感を知覚するといえる。また、この図３Ｄのグラフより、閾値と周波数の関係のグラフの谷底は指に働く引力の周波数が２００Ｈｚ付近であることだけでなく、グラフの谷の始まりと終わりは各々１０Ｈｚ付近と１０００Ｈｚ付近であることもわかる。
【００８９】
即ち、引力の周波数が１０〜１０００Ｈｚの範囲内でテクスチャ感が知覚される。この範囲外の周波数ではテクスチャ感が知覚されず、摩擦感が知覚される。
【００９０】
以上の実験での作用は、次の通り説明できる。支持基板２１上の所定のＸ電極２２に周波数ｆ１の電圧信号を印加し、所定のＹ電極２３に周波数ｆ１と異なる周波数ｆ２の電圧信号を印加すると、当該Ｘ電極と当該Ｙ電極の交差部を含む対象領域２７Ａでは周波数（ｆ１−ｆ２）の絶対値の引力が指に働く。
【００９１】
このため、周波数（ｆ１−ｆ２）の絶対値を１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満とすれば、所定のＸ電極２２と所定のＹ電極２３の交差部を含んでなる対象領域２７Ａにテクスチャ感を提示することができる。
【００９２】
当該交差部を含んでなる対象領域２７Ａを除いた前記Ｘ電極上の領域では、平行平板コンデンサの電極間に働く力の公式から、周波数ｆ１の２倍の周波数の引力が指にはたらき、当該交差部を含んでなる対象領域２７Ａを除いた前記Ｙ電極上の領域では周波数ｆ２の２倍の周波数の引力が指に働く。
【００９３】
このためｆ１およびｆ２を共に５００Ｈｚ以上とすることで所定のＸ電極と所定のＹ電極の交差部を含んでなる対象領域２７Ａを除く所定のＸ電極上の領域又は所定のＹ電極上の領域では共に１０００Ｈｚ以上の引力が指に働き、テクスチャ感が提示されない。従って、対象領域２７Ａを第１の領域と称し、他の領域を第２の領域と称すと、当該触覚提示部を第１の領域と第２の領域とで、同時に異なる触覚を提示可能なように構成することもできる。
【００９４】
既存の触覚提示装置では、テクスチャ感を提示するための各電極に対して独立した複数の配線を引き回すためのスペースが必要であり、その結果テクスチャ感を提示するための電極同士の間隔が広くなり、触覚提示装置の空間解像度が低い、という問題点を有している。その点、この触覚提示部２０では、テクスチャ感を提示するための電極が配線を兼ねているので、空間解像度を高めることができる。
【００９５】
さらにこの形態によれば、電極の形状が視認されにくくなるため、視覚表示部２０と重ね合わせて利用する場合にも、表示装置本来の表示品位の低下を抑制することができる。そして、既存の触覚提示装置では、配線が引き回された領域に本来不要なテクスチャ感が提示されるという問題を有しているが、この形態によればこの問題も解消される。
【００９６】
以上で説明した例では対象領域２７Ａが１つのみであるが、この例は対象領域が複数箇所である場合にも容易に拡張できる。即ち、Ｘ電極とＹ電極の各々に印加される周波数の差の絶対値が、各々の対象領域においては１０〜１０００Ｈｚの範囲内（望ましくは２００Ｈｚ付近）、対象領域以外においてはその範囲外となるよう、電圧信号を印加する電極番号とその周波数とを決定すればよい。
【００９７】
このように、この触覚提示部２０は、Ｘ電極２２およびＹ電極２３の上の触覚提示面上の任意の領域に、他の領域と異なる触覚を提示することが可能である。その領域の位置あるいは触覚提示の有無は、Ｘ電極２２およびＹ電極２３に印加する電圧信号によって自在に制御可能である。また、その電圧信号の波形および振幅を変更することによって、多様な触覚を提示することが可能である。
【００９８】
第１の実施形態で用いた触覚提示部２０は次の特徴を有する触覚提示装置で構成される。即ち、支持基板２１と、支持基板上の第１の方向に延在している互いに平行な複数のＸ電極２２と、支持基板上の第２の方向に延在しかつＸ電極と互いに絶縁されている互いに平行な複数のＹ電極２３とを備え、各Ｘ電極のうち外部から入力された対象領域２７Ａに該当するＸ電極に対して第１の周波数の電圧信号を印加し、各Ｙ電極のうち対象領域に該当するＹ電極に対して第２の周波数の電圧信号を印加する駆動回路を備えると共に、第１および第２の周波数がいずれも５００［Ｈｚ］以上であり、第１および第２の周波数の差の絶対値が１０［Ｈｚ］より大きく１０００［Ｈｚ］未満である期間を有する触覚提示装置である。
【００９９】
これによって、触覚提示部２０は、Ｘ電極２２およびＹ電極２３の配置された領域のうちの特定の対象領域（１箇所でも複数箇所でもよい）に対してユーザが知覚可能な静電気力を発生させ、その領域に対してテクスチャ感を提示することが可能となる。
【０１００】
以上で説明した触覚提示部２０それ自体の構成は、図１５で説明した試作品と基本的に同一である。しかしながら、本実施形態は、図２Ａ〜Ｅで説明したように、視覚表示部１０と触覚提示部２０との間が、可視光線に対して透明性を有する樹脂４０によって充填されているという構成を採っている。
【０１０１】
この構成を採ることによって、指の変形によって生じた機械的振動が大面積の触覚提示部２０に伝わった際に、当該触覚提示部のパネル全面が振動することを抑制することができる。また、共鳴の原因となる視覚提示部１０と触覚提示部２０との間の空隙を無くすことができる。一方、人間が対象領域を指で触った時に感じられるテクスチャ感を弱めることはない。即ち、触覚提示部２０がテクスチャ感を提示する機能に対しては特に問題はない。本実施形態では、事務所など静粛性が保たれている場所（目安として約５０ｄＢ）であれば特に気にならずに使用できるというレベルにまで、音鳴りの発生を抑制することができた。
【０１０２】
（第１の実施形態の変形）
図３Ｅは、本発明の第１の実施形態の変形に係るディスプレイ装置１５０の構成について示す説明図である。また図３Ｆは、図３Ｅに示したディスプレイ装置１５０の断面構造について示す説明図である。
【０１０３】
このディスプレイ装置１５０は第１の実施形態と共通する部分が多いため、相違点を中心に説明する。第１の実施形態に係るディスプレイ装置１００では、樹脂が視覚表示部の表示領域全体に充填されていたが、これに対してディスプレイ装置１５０では、図３Ｅ〜Ｆに示すように、視覚表示部１０と触覚提示部２０とが対向する領域の一部にのみ樹脂１６０が充填されている。より詳しくは、樹脂１６０は視覚表示部１０と触覚提示部２０とそれぞれの中心付近に充填されている。
【０１０４】
このような構造であっても、触覚提示部を伝搬する振動が吸収され、また共鳴空間が減少することで、指の変形によって生じる振動が空中に音波として放出されることを抑制することが可能である。
【０１０５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、前述した本発明の第１の実施形態の構成からシャーシを省略し、そのかわりに樹脂を、可視光線に対して透明性を有する樹脂によって構成された粘着テープ２４０によって構成している。
この構成によっても、本発明の第１の実施形態と同一の効果が得られ、さらに部品点数を削減して機器の薄型化に適したものとなる。以下、これをより詳細に説明する。
【０１０６】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るディスプレイ装置２００の構造について示す斜視図である。ディスプレイ装置２００は、各々第１の実施形態と同一の視覚表示部１０と触覚提示部２０とを積層して構成されている。視覚表示部１０には、やはり第１の実施形態と同一のタッチ座標検出部１１を配設している。
【０１０７】
図５Ａは、図４に示したディスプレイ装置２００の断面構造について示す説明図である。ディスプレイ装置２００もやはりいわゆるモジュールではあるが、視覚表示部１０がシャーシに収容されたものではないという点で第１の実施形態と異なる。
【０１０８】
そして、視覚表示部１０と触覚提示部２０との間が、可視光線に対して透明性を有する樹脂によって構成された粘着テープ２４０によって接着されている。粘着テープ２４０、別称ＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）は、前述のＯＣＲと同等の可視光線に対しての透明性を有している。
【０１０９】
本発明の第２の実施形態のディスプレイ装置の詳細をより詳細に説明する。図５Ｂは、図５Ａに示した断面構造をさらに詳細に示す説明図である。本発明の第２の実施形態では、視覚表示部１０としてＴＦＴカラー液晶ディスプレイを採用している。視覚表示部１０は下の層から順に、第１偏光板２４１、ＴＦＴ基板２４２、液晶２４３、カラーフィルタ基板２４４、第２偏光板２４５を積層することによって構成されている。
【０１１０】
第２偏光板２４５のさらに上には、低反射フィルム２４６が糊付けされており、その上に粘着テープ２４０（ＯＣＡ）を介して触覚提示部２０が貼り付けられている。触覚提示部２０とカラーフィルタ基板２４４との間に、低反射フィルム２４６や第２偏光板２４５といった弾性体である光学フィルムが存在して、それらが両者の空隙を埋めているという構造である。また、液晶２４３の端部はシール材２４７となっている。
【０１１１】
このような構造を取ることにより、低反射フィルムや偏光板が触覚提示部を伝搬する振動を吸収し、また共鳴空間が減少するので、指の変形によって生じる振動が空中に音波として放出されることを抑制することが可能となる。
【０１１２】
本実施形態のディスプレイ装置２００は、第１の実施形態のディスプレイ装置１００と比べて、粘着テープ２４０の素材の選択において幅が少ないという点で不利ではある。しかしながら、最終製品として組み上げられた機器の薄型化、小型化、軽量化などの点においては有利である。
【０１１３】
ディスプレイ装置は、最終製品として組み上げられる段階までには何らかの外装ケースには必ず収容される。従って、このディスプレイ装置をシャーシに収容された形のモジュールとするか否かは、最終製品の製造上の都合によって選択すればよい。
【０１１４】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、前述した本発明の第１および第２の実施形態の構成に加えて、視覚表示部１０と触覚提示部２０との間に充填されている樹脂３４０が、周縁部３４１における弾性率（ヤング率）が中央部３４２における弾性率よりも高く設定されている構成とした。また、樹脂３４０が硬化性樹脂であると共に、周縁部３４１における硬化率が中央部３４２における硬化率よりも高いものとした。
この構成によっても、本発明の第１〜２の実施形態と同一の効果が得られ、さらに振動吸収性をより高めたものとなる。以下、これをより詳細に説明する。
【０１１５】
図６は、本発明の第３の実施形態に係るディスプレイ装置３００の構造について示す斜視図である。また図７は、図６に示したディスプレイ装置３００の断面構造について示す説明図である。
【０１１６】
ディスプレイ装置３００は、各々第１の実施形態と同一の視覚表示部１０と触覚提示部２０とを積層して構成されている。視覚表示部１０には、やはり第１の実施形態と同一のタッチ座標検出部１１が併設されている。また、第１の実施形態と同様に、視覚表示部１０はシャーシ３０に収容されている。
【０１１７】
ただし、視覚表示部１０と触覚提示部２０との間を充填する樹脂３４０は、周縁部３４１の弾性率（ヤング率）が中央部３４２のそれと比べて高く設定されている。
【０１１８】
この樹脂３４０は、液体状態で視覚表示部１０と触覚提示部２０との間に塗布してから両者を貼り合わせ、紫外線のような活性エネルギー線、熱、湿気などを作用させることによって硬化させるものである。あるいは、紫外線と熱による硬化、紫外線と湿気による硬化のように、複数の硬化作用を組み合わせたものであってもよい。即ち、周縁部３４１と中央部３４２との間で、この硬化工程の進行度（即ち硬化率）を意識的に異なったものとすることによって、異なる弾性率（ヤング率）を有するものとすることができる。
【０１１９】
このような構成は、例えば樹脂３４０が紫外線硬化性のものである場合には、硬化工程における紫外線の照射時間、照射方向（外周から照射、前面から照射など）、および光量などを意識的に変えることによって実現できる。たとえば、周縁部３４１に対して外周から視覚表示部１０と触覚提示部２０との間の隙間に向けて紫外線を照射し、その後で前面から周縁部３４１と中央部３４２の両方に対して紫外線を照射することによって、周縁部３４１における硬化率を中央部３４２よりも高めることができる。
【０１２０】
前述した第１の実施形態で使用した樹脂４０は、弾性率（ヤング率）は約４０ｋＰａのものを使用した。これは、一般的な接着剤の中では、低い（柔らかい）方のヤング率である。振動吸収性を高めるという意味では、樹脂３４０のヤング率は低い方が望ましいが、低くしすぎると視覚表示部１０と触覚提示部２０との間の接着強度が弱くなり、最終製品として機器を組み上げる上で障害となる。
【０１２１】
本実施形態では、上記の構成とすることによって、視覚表示部１０と触覚提示部２０との間の接着強度を周縁部３４１において確保しつつ、中央部３４２において弾性率（ヤング率）を低くして、より振動吸収性を高めることが可能となる。以上の説明では、第１の実施形態の構成を、樹脂の周縁部と中央部とで異なる硬化率を有するものとしたが、もちろん第２の実施形態の構成をそのように改変してもよい。
【０１２２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、前述した本発明の第１〜３の実施形態の構成に加えて、第１および第２の周波数の差の絶対値が１０［Ｈｚ］より大きく１０００［Ｈｚ］未満であり、第１および第２の周波数がいずれも１００００［Ｈｚ］以上であるという構成とした。
この構成によっても、本発明の第１〜３の実施形態と同一の効果が得られ、さらに発生する振動の多くが可聴帯域外のものとなるので、音鳴りの現象による不快感をより軽減しやすくなる。以下、これをより詳細に説明する。
【０１２３】
図８は、本発明の第４の実施形態に係るディスプレイ装置４００の構造について示す斜視図である。また図９は、図８に示したディスプレイ装置４００の断面構造について示す説明図である。ディスプレイ装置４００は、第１の実施形態と同一の視覚表示部１０（タッチ座標検出部１１を含む）と、第１の実施形態と異なる触覚提示部４２０とを積層して構成されている。そして、ディスプレイ装置４００は第１の実施形態と同一のシャーシ３０に収容され、視覚表示部１０と触覚提示部４２０との間が、第１の実施形態と同一の樹脂４０によって充填されている。
【０１２４】
図１０は、図８および９に示した触覚提示部４２０を平面視した場合の構造について示す説明図である。触覚提示部４２０は、第１の実施形態と同一の平面状の支持基板２１、複数のＸ電極２２と、複数のＹ電極２３と、制御部２６とを備え、さらに第１の実施形態と異なるＸ電極駆動回路４２４、Ｙ電極駆動回路４２５とを備える。
【０１２５】
Ｘ電極駆動回路４２４およびＹ電極駆動回路４２５は、制御部２６から入力された制御情報に応じて、Ｘ電極２２もしくはＹ電極２３のうちの必要な範囲の電極に、必要な周波数の電圧信号を印加する。ただし、Ｘ電極駆動回路４２４およびＹ電極駆動回路４２５がＸ電極２２およびＹ電極２３の各々に印加する電圧信号の周波数はいずれも１００００Ｈｚ以上であり、かつ周波数の差の絶対値は１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満（より望ましくは２００Ｈｚ付近）である。
【０１２６】
図１１は、図８〜１０に示したディスプレイ装置４００の駆動について示す説明図である。ここで示す例では、対象領域Ｃに対してテクスチャ感を提示することを意図して、Ｙ電極２３の中で対象領域Ｃの範囲を通るものに周波数ｆ１＝１００００Ｈｚ、Ｘ電極２２の中で対象領域Ｃの範囲を通るものに周波数ｆ２＝１０２４０Ｈｚの電圧信号を印加し、対象領域Ｃにおいて２４０Ｈｚのうなり振動を発生させている。その他のＸ電極９２２およびＹ電極９２３は接地する。もしくは周波数ｆ１およびｆ２と各々１００００Ｈｚ以上の差のある周波数を印加してもよい。
【０１２７】
これによって、対象領域Ｃにおいて人間の指との間で発生するうなり振動は（人間が皮膚感覚を通じて強くテクスチャ感を知覚できる）２４０Ｈｚであるが、Ｘ電極９２２にのみ周波数ｆ２＝１０２４０Ｈｚの電圧信号が印加されている領域である領域Ｂにおいて人間の指との間で発生する引力の周波数はｆ２の２倍の２０４８０Ｈｚ、およびＹ電極９２３にのみ周波数ｆ１＝１００００Ｈｚの電圧信号が印加されている領域である領域Ａにおいて人間の指との間で発生する引力の周波数はｆ１の２倍の２００００Ｈｚである。
【０１２８】
即ち、対象領域Ｃ以外の領域ＡおよびＢで発生する振動の周波数は、いずれも可聴帯域の上限の２０ｋＨｚ以上であるので、これで音鳴りの現象を大きく低減できる。対象領域Ｃでのみ、可聴帯域内である２４０Ｈｚの振動が発生していることになるが、これに起因する音鳴りは樹脂４０によって、第１の実施形態で説明したものと同様の作用で抑制される。即ち、本実施形態によって、音鳴りの現象による不快感を軽減することがより容易となる。
【０１２９】
（応用形態）
図１２は、本発明の応用形態に係る電子機器５００の構成について示す説明図である。電子機器５００は、具体的にはスマートフォン、タブレット型電子ブックリーダー、あるいはノートブック型パーソナルコンピュータなどである。
【０１３０】
電子機器５００は、前述したディスプレイ装置１００、１５０、２００、３００、４００のうちのいずれか一つを情報表示用のモジュールとして組み込んだものである。ここで、視覚表示部１０に付属するタッチ座標検出部１１は、現在の主流である静電容量方式タッチパネルを採用すると触覚提示部２０または４２０との間で機能が両立しなくなるので、光学式タッチパネルなどを使用することが望ましい。
【０１３１】
電子機器５００は、内蔵されたプロセッサ５０１による処理結果がディスプレイ装置１００（１５０、２００、３００、４００）に表示され、その表示に応じてユーザが当該ディスプレイ装置を操作入力する。なお、電子機器５００はプロセッサを内蔵せず、（例えばデスクトップ型パーソナルコンピュータなどのような）外部装置による処理結果を表示し、これに応じた操作入力を当該外部装置に返すというものであってもよい。
【０１３２】
ディスプレイ装置１００（１５０、２００、３００、４００）上に、複数の操作キー５０２が表示され、これに合わせて触覚提示部２０または４２０が、各々の操作キー５０２に対応する位置に複数の孤立したテクスチャ感を提示する。ユーザはこのテクスチャ感によって操作キーの位置を探り当てることができ、視覚に大きく頼ることなくキー入力を行うことが可能となる。
【０１３３】
これまで本発明について図面に示した特定の実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明は、タッチパネルを搭載した電子機器全般に対して適用可能である。特に、個人によって所有もしくは使用され、且つ事務所など静粛性が保たれている場所で使用されることの想定される電子機器、より具体的にはスマートフォン、タブレット端末、ノートブック型パーソナルコンピュータ、携帯型ゲーム機、音楽プレイヤーなどにおける応用に適している。
【符号の説明】
【０１３５】
１００、１５０、２００、３００、４００  ディスプレイ装置
１０  視覚表示部
１１  タッチ座標検出部
２０、４２０  触覚提示部
２１  支持基板
２２  Ｘ電極
２３  Ｙ電極
２４、４２４  Ｘ電極駆動回路
２５、４２５  Ｙ電極駆動回路
２６  制御部
２７  ブリッジ電極
２７Ａ  対象領域
２７Ｂ  電極
２７Ｃ  抵抗
２８  接続部
２９  絶縁膜
３０  シャーシ
３１  開口部
４０、１６０、３４０  樹脂
５０  筐体
５１  ねじ
２４０  粘着テープ
２４１  第１偏光板
２４２  ＴＦＴ基板
２４３  液晶
２４４  カラーフィルタ基板
２４５  第２偏光板
２４６  低反射フィルム
２４７  シール材
３４１  周縁部
３４２  中央部
５００  電子機器
５０１  プロセッサ
５０２  操作キー
【図１】
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【図２Ａ】
0006555608.tif 000006
【図２Ｂ】
0006555608.tif 000007
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
0006555608.tif 000009
【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３Ｄ】
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【図３Ｅ】
0006555608.tif 000015
【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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