(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚を刺激する刺激部位がマトリクス状に形成された触覚表示部が設けられた触覚ディスプレイであり、
前記刺激部位を上下駆動させる高分子材料で形成された長尺形状の高分子アクチュエータと、
該高分子アクチュエータの駆動制御を行う有機材料で形成された有機トランジスタと
を有することを特徴とする触覚ディスプレイ。
【請求項２】
前記各高分子アクチュエータの長尺方向が、前記触覚表示部の表示平面において斜め方向に配置されていることを特徴とする請求項１記載の触覚ディスプレイ。
【請求項３】
前記高分子アクチュエータ各々が、長尺方向の駆動範囲を等しくするスペーサに固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の触覚ディスプレイ。
【請求項４】
刺激部位上部を含む触覚表示部全面がフッ素コートされたシリコンゴムの保護シートで覆われていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の触覚ディスプレイ。
【請求項５】
前記触覚表示部が複数のブロックから構成され、各ブロックが点字１文字分の分解能の刺激部位を有する点字ディスプレイとして形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の触覚ディスプレイ
【請求項６】
触覚を刺激する刺激部位がマトリクス状に形成された触覚表示部が設けられた触覚ディスプレイの製造方法であり、
前記刺激部位を上下駆動させる高分子材料で形成された、触覚表示部毎に設けられた長尺形状の高分子アクチュエータからなるアクチュエータ層を形成するアクチュエータ作成工程と、
該高分子アクチュエータを刺激部位単位に駆動制御を行う有機材料で形成された有機トランジスタからなるトランジスタシートを形成するトランジスタシート作成工程と、
各高分子アクチュエータと、それぞれのアクチュエータを駆動するトランジスタとの位置が対向するように、アクチュエータ層とトランジスタシートとを重ね合わせて結合する貼り合わせ工程と
を有することを特徴とする触覚ディスプレイの製造方法。
【請求項７】
前記アクチュエータ作成工程において、前記各高分子アクチュエータの長尺方向を、前記触覚表示部の表示平面において斜め方向とするよう形成することを特徴とする請求項６記載の触覚ディスプレイの製造方法。
【請求項８】
前記アクチュエータ作成工程において、前記高分子アクチュエータ各々を、長尺方向の駆動範囲を等しくするスペーサに固定することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の触覚ディスプレイの製造方法。
【請求項９】
前記貼り合わせ工程において、トランジスタシートにおける各有機トランジスタのコンタクトパッドと、高分子アクチュエータとを導電体ペーストにより接合することで貼り付けることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の触覚ディスプレイの製造方法。
【請求項１０】
刺激部位上部を含む触覚表示部全面をフッ素コートされたシリコンゴムの保護シートで覆う工程をさらに有することを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の触覚ディスプレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、皮膚に機械的刺激を提示し、人間に２次元または３次元的な情報を伝達するための触覚ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、点字ディスプレイやバーチャルリアリティで用いる形状ディスプレイなど、 感覚代行で使用する触覚ディスプレイの小型化に関する開発が行われている。
間隔代行のためには、触覚の情報提示方法が実際の情報伝達の結果を左右することになる。現在の多くの触覚ディスプレイは、触刺激素子を２次元のマトリクス状に配列した空間情報提示型が採用されている。
通常、能動的な皮膚にたいする触刺激の状態に依存する場合、提示する情報を示すパターン全体を、一括して触覚ディスプレイに提示している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、点字ディスプレイは、２次元マトリクスに配列した、アクチュエータによる機械的な触刺激素子を、上下に駆動させて表示面全体に凹凸を形成するものである。
例えば、触刺激素子がピンアレイで形成されている場合、凹凸した素子が時間的にそのままの状態を保ち、利用者が指で触れることにより、指の皮膚感覚により、表示された情報を認識する。
点字ディスプレイとしては、１ユニットが６ピンないしは８ピンからなるものが、また、パターン情報表示用には複数のピンで構成された２次元型パターン情報提示装置、３次元型パターン情報提示装置が作られている。
【特許文献１】特開２００３−１２２２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示す点字ディスプレイにおいては、ソレノイド型のアクチュエータと無機半導体の制御回路とから構成されている。
このため、上記点字ディスプレイには、触覚刺激を提示するためのアクチュエータの機械的駆動のために要する消費電力が他の電子回路に比較すればかなり大きく、ポータブル型の触覚ディスプレイを設計するためには電力量の大きなバッテリを設ける必要がある。
また、上記点字ディスプレイは、触刺激素子としての触ピンを、マトリクス状に複数配置するため、実際の触知部位よりもそれを駆動する機構を収納する部位の容量が極めて大きくなるり、大きさ・重量とも過大となり、携帯性が良くないという欠点がある。
また、上記点字ディスプレイは、無機材料で形成されており、剛性が強いため、衝撃性に弱い欠点を有している。
さらに、従来の触覚ディスプレイは、無機材料で形成されているため、可とう性が悪く触覚表示部が変形しないので、人間の皮膚に対して装着し難いという欠点がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、携帯性に優れ、かつ衝撃などに耐性を有し、可とう性を有する触覚ディスプレイ及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の触覚ディスプレイは、触覚を刺激する刺激部位がマトリクス状に形成された触覚表示部が設けられた触覚ディスプレイであり、前記刺激部位を上下駆動させる高分子材料で形成された長尺形状の高分子アクチュエータと、該高分子アクチュエータの駆動制御を行う有機材料で形成された有機トランジスタとを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の触覚ディスプレイは、前記各高分子アクチュエータの長尺方向が、前記触覚表示部の表示平面において斜め方向に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の触覚ディスプレイは、前記高分子アクチュエータ各々が、長尺方向の駆動範囲を等しくするスペーサに固定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の触覚ディスプレイは、刺激部位上部を含む触覚表示部全面がフッ素コートされたシリコンゴムの保護シートで覆われていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の触覚ディスプレイは、前記触覚表示部が複数のブロックから構成され、各ブロックが点字１文字分の分解能の刺激部位を有する点字ディスプレイとして形成されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の触覚ディスプレイの製造方法は、触覚を刺激する刺激部位がマトリクス状に形成された触覚表示部が設けられた触覚ディスプレイの製造方法であり、前記刺激部位を上下駆動させる高分子材料で形成された、触覚表示部毎に設けられた長尺形状の高分子アクチュエータからなるアクチュエータ層を形成するアクチュエータ作成工程と、該高分子アクチュエータを刺激部位単位に駆動制御を行う有機材料で形成された有機トランジスタからなるトランジスタシートを形成するトランジスタシート作成工程と、各高分子アクチュエータと、それぞれのアクチュエータを駆動するトランジスタとの位置が対向するように、アクチュエータ層とトランジスタシートとを重ね合わせて結合する貼り合わせ工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の触覚ディスプレイの製造方法は、前記アクチュエータ作成工程において、前記各高分子アクチュエータの長尺方向を、前記触覚表示部の表示平面において斜め方向とするよう形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の触覚ディスプレイの製造方法は、前記アクチュエータ作成工程において、前記各高分子アクチュエータの上下方向の駆動距離を等しくするスペーサに固定することを特徴とする。
【００１４】
本発明の触覚ディスプレイの製造方法は、前記貼り合わせ工程において、トランジスタシートにおける各有機トランジスタのコンタクトパッドと、高分子アクチュエータとを導電体ペーストにより接合することで貼り付けることを特徴とする。
【００１５】
本発明の触覚ディスプレイの製造方法は、刺激部位上部を含む触覚表示部全面をフッ素コートされたシリコンゴムの保護シートで覆う工程をさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の触覚ディスプレイによれば、刺激部位の駆動に高分子アクチュエータを用いているため、アクチュエータを小型化し、かつ刺激部位の駆動機構を簡易とすることができ、駆動機構の構成を全体的に大幅に縮小し、大きさ及び重量を低減させ、また消費電力を大幅に削減することが可能なため、従来例に比較して携帯性を向上させることができる。
また、本発明の触覚ディスプレイによれば、高分子（アクチュエータ部分）及び有機材料（トランジスタ部分）で形成されているため、衝撃に強く、また可とう性に優れており、触覚表示部を変形させることができ、人体への装着を容易とすることができる。
【００１７】
また、本発明の触覚ディスプレイによれば、触覚表示部上部がフッ素加工したシリコンゴムのシートで覆われているため、従来例に比して、耐水性を向上させることができる。
また、本発明の触覚ディスプレイによれば、高分子（アクチュエータ部分）及び有機材料（トランジスタ部分）の温度による収縮及び膨脹の係数がほば等しいため、熱刺激に対して、無機材料で形成したアクチュエータと、有機材料で形成したトランジスタとの組み合わせにより形成したり、高分子材料で形成したアクチュエータと無機材料で形成したトランジスタとの組み合わせに比較し、強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施例による触覚ディスプレイを図面を参照して説明する。図１は同実施例の一構成例としての点字ディスプレイ（触覚ディスプレイの応用として）の構造を示す概念図である。
一実施形態による点字ディスプレイは、主として、フレーム層１００，高分子アクチュエータで構成されているアクチュエータ層２００、及び有機トランジスタから構成されているトランジスタシート３００が結合された構造となっている。図１は、上記点字ディスプレイを上部から見た平面図を示しているが、下層の状態が確認できるよう、フレーム層１００およびアクチュエータ層２００を部分的に取り外した構成を示している。
フレーム層１００を見て判るように、触覚表示部が複数のブロックからなり、各ブロックが点字１文字の分解能の刺激部位がマトリクス状（例えば、刺激部位１つが１ドットとして、縦３×横２ドット）に配置して構成されている。この刺激部位は、後に説明するが高分子アクチュエータにより上下し、指の皮膚を刺激し、情報を神経の刺激として、利用者に知覚させて、情報の伝達を行うものである。
【００１９】
また、上記有機トランジスタは、上記高分子アクチュエータを上下に駆動させる制御を行い、駆動対象の高分子アクチュエータと平面視でほぼ重なる位置に対向して配置されている。この有機トランジスタの回路構成は、例えば、図２に示すようなマトリクス構成となっている。ビットラインＢＬ1〜ＢＬ21とワードラインＷＬ1〜ＷＬ8とが交差する位置に、各高分子アクチュエータを駆動するトランジスタが配置されている。アクチュエータを駆動する際、このアクチュエータに対応する有機トランジスタにて交差するビットラインとワードラインとに信号を与えることにより、有機トランジスタからアクチュエータの電極に対して、高分子アクチュエータを上下駆動するための駆動電圧が印加されることになる。
フレーム層１００には、触覚表示部のブロックにおいて、各刺激部位に対応した位置に孔が開口されている。そして、高分子アクチュエータにより上方へ押し上げられたとき、上記孔から刺激部位がフレーム層表面から突出し、一方、高分子アクチュエータが元の位置に戻ったときに、刺激部位の上部がフレーム層表面とほぼ同一か、または下部に位置することになる。
【００２０】
次に、図３を参照して、刺激部位，高分子アクチュエータ及び有機トランジスタの構成を説明する。図３は、上記ブロックにおける１つの刺激部位に対応した部分の断面構造を示す概念図である。
トランジスタシート３００の構造は、絶縁性の有機薄膜（例えば、PEN；ポリエチレンナフタレート、PI；ポリイミド等の絶縁体）の基板３０１表面に、金属（例えば、Ｃr/Ａu）のゲート電極３０２のパターン形成され、ゲート電極３０２及び露出している基板３０１を覆うゲート絶縁膜３０３が形成され、ゲート電極３０２に対向させ、このゲート電極３０２と同様な幅のチャネル層３０４が上記ゲート絶縁膜３０３表面に形成され、チャネル層３０４のパターンのそれぞれの端部にソース電極３０５Ａ，ドレイン電極３０５Ｂを形成する。
【００２１】
また、基板３０１裏面と、ソース電極３０５Ａ，ドレイン電極３０５Ｂ，チャネル層３０４及び露出したゲート絶縁膜３０３との各々の表面に、それぞれ絶縁性の有機薄膜（例えば、パリレン樹脂）を封止膜３０７，封止膜３０６として形成している。
また、封止膜３０７，基板３０１ゲート及び絶縁膜３０３を貫通するビアホール３０８内に充填された導電体３０９によりソース電極３０５Ａと、裏面の封止膜３０７上のパッド３１０とが接続されている。ここで、ソース電極３０５Ａがパッド３１０を介して、アクチュエータ２０２の裏面電極に接続され、ドレイン電極３０５Ｂがいずれかのビットラインに接続され、ゲート電極３０２がいずれかのワードラインに接続される。
【００２２】
次に、アクチュエータ層２００の構造は、ブロックの内部方向に長尺状に形成された高分子アクチュエータ２０２と、ブロック内において各高分子アクチュエータ２０２の駆動部分の長尺方向の長さが均一になるよう、高分子アクチュエータ２０２上部の一方の端部に貼着されたスペーサ２０１とから構成されている。ここで、高分子アクチュエータ２０２は、電圧の印加により、高分子電解質内の陽イオンが陰極側へ移動し、表裏で膨潤に差が生じて伸縮状に変形することを利用し、駆動させるイオン伝導アクチュエータ、例えばデュポン社のＮａｆｉｏｎ（登録商標）等を加工して形成している。また、高分子アクチュエータ２０２上部の他方の端部に刺激部位として、半球部材２０３（材質として、例えば、ＰＯＭ；ポリアセタール）が球面を上側にして、すなわち触覚表示部の表面から球面部分が突出する構成にて設けられている。
【００２３】
また、高分子アクチュエータ２０２各々は、両面に電極（表面電極，裏面電極）が形成され、ブロックの下辺に対して斜め方向、例えば、４５度の角度方向に、長尺方向が平行になるように形成されている。ここで表面の表面電極には所定の電圧、例えば接地電圧が印加されている。
そして、高分子アクチュエータ２０２の裏面電極と、各高分子アクチュエータ２０２の駆動を制御する有機トランジスタのパッド３１０とが接着用の導電体ペースト４００（例えば、銀（Ａg）ペースト）により電気的に結合される。ここで、各高分子アクチュエータ２０２と、それぞれの高分子アクチュエータ２０２を駆動する有機トランジスタとはほぼ対向した位置に配置されることになる。
【００２４】
次に、フレーム層１００の構造は、プラスチックフィルム（例えば、ＰＥＴ；ポリエチレンテレフタレート）で形成されたフレーム１０１と、このフレーム１０１の上面に貼着された保護シート１０２（フッ素コートされたシリコンゴム、例えば、ＰＤＭＳ；ポリジメチルシラン）とから形成されている。
フレーム層１００の触覚表示部には、ブロック単位で上記刺激部位である半球部材２０３が、高分子アクチュエータ２０２で上下駆動される際、半球部材２０３上部に移動した場合、この半球部材２０３の上部が突出する孔が開口されている。ここで、突出した半球部材２０３の上部が、上記保護シート１０２を押し上げ、フレーム層１００の上面に突出部を形成して、この突出部により利用者に皮膚刺激として知覚させる。
そして、フレーム層１００とアクチュエータ層２００とは、アクチュエータ層２００のスペーサ２０１表面と、フレーム層１００のフレーム１０１とを貼着することにより接合する。
【００２５】
高分子アクチュエータ２０２の平面的な構造としては、図４（ａ）及び（ｂ）に示す形状をしており、図４（ａ）が複数のブロックにより形成された触覚表示部を示し、図４（ｂ）が１つのブロックを拡大した図である。
本実施形態においては、分解能が３×２の６ドット（刺激部位１つが１ドットに対応）であり、高分子アクチュエータ２０２の端部に刺激部位としての半球部材２０３が設けられている。すでに述べたように、高分子アクチュエータ２０２はブロックの底辺に対して４５度の角度方向に対して、長尺方向が平行な長尺形状で形成されている。これにより、高分子アクチュエータ２０２の長尺方向の長さを他の配置に比較して長くすることができ、半球部材２０３の上下の駆動距離（変位）を、設定されたブロックの面積で最大限に取ることができる。
【００２６】
高分子アクチュエータ２０２は、図４（ｃ）に示すように、有機トランジスタがオン（Ｏｎ）して、裏面電極に表面電極より高い電位が印加されると、その電位に応じて上部方向に駆動（変位）し、端部に設けられた半球部材２０３を上部に押し上げ、フレーム１０１の孔から、フレーム１０１表面の上方に、半球部材２０３の上部を突出させる。これにより、半球部材２０３は、保護シート１０２を押し上げ、保護シート１０２表面、すなわち触覚表示部に、指の皮膚が知覚できる凹凸を形成し、触覚により知覚するデータの表示処理を行う。
【００２７】
一方、高分子アクチュエータ２０２は、図４（ｄ）に示すように、有機トランジスタがオフ（Ｏｆｆ）して、裏面電位に表面電位と同様な電位が印加されると、平衡状態に戻り、端部に設けられた半球部材２０３を元の位置に戻し、フレーム１０１の孔から、フレーム１０１表面の上方に半球部材２０３を突出させない位置に変位する。これにより、半球部材２０３は、保護シート１０２の表面を上方に押し上げず、保護シート１０２表面の凹凸を無くして平坦の状態とする。
【００２８】
図５（ａ）に示すトランジスタシート３００全体の平面図に示す平面形状に有機トランジスタは配置されている。図５（ａ）における枠で囲んだ領域の拡大図である図５（ｂ）に示すように、右上部の枠で囲んだ領域の３つの有機トランジスタがそれぞれ図４（ｂ）の左側に配置された高分子アクチュエータ２０２を駆動し、左下部の枠で囲んだ領域の３つの有機トランジスタがそれぞれ図４（ｂ）の右側に配置された高分子アクチュエータ２０２を駆動する。図２で示す回路構成上にて、図５（ｂ）の有機トランジスタの対応関係を示した概念図が図５（ｃ）である。この有機トランジスタのここで、各有機トランジスタの平面構造は図５（ｄ）に示す形状となっており、電流を多く取るために形成されるチャンネル幅（キャリアの流れる方向に対して垂直チャンネルの長さ）を広く、チャンネルの断面積が大きくなるよう構成されている。
また、図５には図示されていないが、歩留まり改善のため、高分子アクチュエータ２０２の１つに対して、有機トランジスタが２つ割り当てられており（図５（ｂ）で記載されている枠内で２列に並んでいる上下２つのトランジスタ）、有機トランジスタの動作チェックの結果、高分子アクチュエータ２０２毎に、一方が動作しない場合に動作しない方を、または双方とも動作する場合に不要な方の有機トランジスタを回路から切り離す。
この有機トランジスタの動作チェックを行う際、ＢＬ（ビットライン）が接続されていると、各有機トランジスタ単体での動作チェックが行えないため、この時点では分離されており、使用する有機トランジスタが決定された後、ＢＬを配線し、動作しないまたは不必要な有機トランジスタを高分子アクチュエータ２０２から切り離す処理を行う。
【００２９】
次に、上述した点字ディスプレイの製造方法を以下に説明する。
＜トランジスタシートの製造方法＞
トランジスタシートにおける各々の有機トランジスタの製造方法を、図６を参照して説明する。図６は、有機トランジスタの製造の各工程毎における、有機トランジスタの断面構造を示す概念図である。
図６（ａ）の工程において、７５μｍの厚さのポリイミドの基板３０１の上面に、約１０−４Ｐａの真空度において、約０.１ｎｍ／秒の成長速度により、ゲート電極の金属材料として、Ｃr：５ｎｍ／Ａu：５０ｎｍの薄膜を真空蒸着により堆積させる。そして、パターニングにおいて、ゲートを形成する以外の金属材料の薄膜を除去し、ゲート電極３０２のパターンを形成する。
【００３０】
次に、図６（ｂ）の工程において、ゲート電極３０２上面及び基板３０１の露出された上面に、スピンコート法により、ゲート電極３０２上部に２４０ｎｍの厚さにポリイミドを塗布し、クリーンオーブンにて、１２０℃（１時間）→１５０℃（１時間）→１８０℃（１時間）の順にベーキング処理を行い、ゲート絶縁膜３０３を形成する。
次に、図６（ｃ）の工程において、上記ゲート絶縁膜３０３表面に、２〜５×１０−５Ｐａの真空度中にて、真空蒸着により１ｎｍ以下／分の成長速度で、チャネル層の材料として、ペンタセタンの薄膜を５０ｎｍ成長させる。
そして、パターニング処理により、ゲート電極３０２のパターンと同様の幅を有し、平面視にて重なる位置にチャネル層３０４のパターンを形成する。
【００３１】
次に、チャネル層３０４上面及び露出されているチャネル層３０４及びゲート絶縁膜３０３上面に対し、ソースドレインの電極の材料として、約１０−４Ｐａの真空度において、約０.１ｎｍ／秒の堆積速度にて真空蒸着を行い、Ａuの薄膜を５０ｎｍの厚さで堆積させる。
そして、パターンニングにより、所定のチャネル長（ソース電極及びドレイン電極の対向する離間距離）となるよう、チャネル層３０４上部における両端部各々に、それぞれソース電極３０５Ａ，ドレイン電極３０５Ｂの電極のパターンを形成する。
【００３２】
次に、図６（ｅ）の工程において、基板３０１の下面に、ＣＶＤ（化学気相成長）法により、パリレンを８μｍの厚さに堆積させ、封止膜３０７を成長させる。
そして、ＣＯ2レーザにより、ソース電極３０５Ａ，ゲート電極３０２及びチャネル層３０４と離間したソース電極３０５近傍に、基板３０１，ゲート絶縁膜３０３及び封止膜３０７を貫通するビアホールの孔３０８を開口する。
次に、図６（ｆ）の工程において、孔３０８内部に導電体として、例えばＡuを充填させ、かつこの充填されたＡuとをソース電極３０５Ａとを結ぶ導電体として、例えばＡuを蒸着させて、導電体３０９を形成する。
そして、封止膜３０７の裏面に、この導電体３０９と電気的に接続されたパッド４００を例えば、Ａuにて形成する。
最終的に、ソース電極３０５Ａ及びドレイン電極３０５Ｂ側の有機トランジスタ表面に、ＣＶＤ（化学気相成長）法により、パリレンを８μｍの厚さに堆積させ、封止膜３０６を成長させる。
【００３３】
＜アクチュエータ層の製造方法＞
以下の説明において、各図の断面の概念図における二点鎖線の枠で囲まれている部分が、説明されている工程（現工程）の箇所を示している。
触覚表示部の１つのブロックにおける高分子アクチュエータの製造過程を説明するが、他のブロックも同様の工程で形成され、これら複数のブロックからなる刺激部位での触覚表示を行うアクチュエータ層２００が形成される。
高分子アクチュエータの材料としては、デュポン社のＮａｆｉｏｎ（登録商標）膜（製品番号ＮＥ−１１１０）などのイオン伝導性のアクチュエータ膜を用いている。
１．上記アクチュエータ膜に対する表面処理を、以下の洗浄処理にて行う。
ａ．７０℃〜８０℃の５％ Ｈ2Ｏ2水溶液に１時間浸潤
ｂ．７０℃〜８０℃のＨ2Ｏ（純水）に１時間浸潤
ｃ．７０℃〜８０℃の１Ｍ（モル）濃度のＨＣｌ水溶液に１時間浸潤
ｄ．７０℃〜８０℃のＨ2Ｏ（純水）に１時間浸潤
【００３４】
２．次工程のメッキの付きをよくするため、アクチュエータ膜表面の粗表面処理（例えば、ヤスリがけなど）を行い、両面の超音波洗浄を１０分行う。
３．室温の［ＡuＣl2（phen）］Ｃl水溶液に、一定時間以上、例えば１２時間浸し、無電界メッキを行い、表面電極及び裏面電極の形成を行う。
４．６０℃のＮａ2ＳＯ3溶液に５時間浸し、メッキ表面の還元処理を行う。
この３及び４の処理を３〜７回繰り返して行う。
５．１Ｍ濃度のＬiＣl（金錯体）水溶液に、一定時間以上、例えば１２時間浸し、イオン交換を行う。
７．図７（ａ）のアクチュエータ膜の平面図に示すように、アクチュエータ膜をパターンニングし、ブロックの内部方向に、長尺上の高分子アクチュエータ２０２を形成する。この高分子アクチュエータ２０２は、図７（ｂ）の点字ディスプレイの断面図に示す位置に設けられ、図７（ａ）に示すように、アクチュエータブロックの内部方向に、ブロックの底辺に対して斜め、例えば４５°の角度方向に平行に長尺方向が対応するように形成する。
【００３５】
８．各高分子アクチュエータ２０２を独立に制御するため、図８（ａ）のアクチュエータ膜の平面図に示すように、裏面のメッキの１部を除去し（裏面電極を分割する絶縁溝を形成し）、それぞれの高分子アクチュエータ２０２の裏面電極を電気的に分離する。
また、高分子アクチュエータ２０２の裏面において、高分子アクチュエータのメッキを除去する位置として、図８（ｂ）の点字ディスプレイの断面図に示すように、ブロック内周に接続されている近傍、すなわち裏面電極と導電体ペースト４００とが結合される結合部と、ブロック内周部とが接続される領域にて行う。一方、表面電極は共通であり、組立後には接地電位に固定される。
【００３６】
９．高分子アクチュエータ２０２の上面において、図９（ａ）のアクチュエータ膜の平面図に示すように、ブロックの外周に接続している部分と逆の端部に、皮膚を刺激する刺激部位として半球部材２０３を、上側に曲部が位置するように、シリコン・アクリル両面貼着シートにて貼着する。
この半球部材２０３の配設は、後に説明するフレーム１０１をスペーサ２０１上面に貼着させた後、フレーム１０１の開口部から行う方法が、位置合わせの精度を向上させることができる。また、図９（ｂ）の点字ディスプレイの断面図に示すように、半球部材２０３は、例えば、半球の直径より十分大きな（球が含まれる大きさ）ＰＯＭの柱状材料を、摩耗処理により例えば直径１.８ｍｍの球状に加工した後に、球の片側からヤスリにより削り半球形状に加工して作成されている。
【００３７】
１０．図１０（ａ）の点字ディスプレイの断面図に示す位置、すなわちトランジスタシート３００上部に配置されている。
また、高分子アクチュエータ２０２の駆動部分以外を覆う形状のスペーサ２０１を、例えば、厚さ１２５μｍの厚さのＰＥＮの薄膜を、図１０（ｂ）のスペーサ２０１の平面図に示すように、カッティングプロッターにより、同一ブロック内の各高分子アクチュエータ２０２の長尺方向の駆動部分の長さを同一と開口部２０１Ａを開口する加工を行い、図１１のスペーサ２０１の平面図に示すように、高分子アクチュエータ２０２の駆動部分（可動部分）に、上記開口部２０１Ａが対応するようにアクチュエータ膜全面に貼着する。
【００３８】
このスペーサ２０１は、アクチュエータ２０２のブロックの辺側における端部の裏面電極と、有機トランジスタのパッド３１０とを接続した際、パッド３１０部分にストレスが掛からないように、パッド３１０とコンタクトを取っている裏面電極の領域にて、高分子アクチュエータ２０２が駆動しないようにするためと、図１１のアクチュエータ膜上面にスペーサ２０１を重ね合わせた状態の平面図に示すように、各ブロック内における高分子アクチュエータ２０２の駆動部分の長さを均一とするため、スペーサ２０１により、高分子アクチュエータ２０２の均一な長さＬを超えている、余分な長さ部分を固定することにより、上下駆動の動作を抑制している。これにより、ブロック内の各高分子アクチュエータ２０２の駆動部分の長さを合わせ、各高分子アクチュエータ２０２の上下駆動（表示面に対して垂直方向）の変位（変位量）をほぼ同一にし、かつこの上下運動を可能とする空間を得るためとに用いられている。本実施形態においては、高分子アクチュエータ２０２の駆動部分の長さＬを、例えば４ｍｍ（図３）としている。
【００３９】
＜フレーム層の製造方法＞
次に、フレーム層１００の作成について説明する。
フレーム１０１は、例えば厚さ５００μｍの厚さのＰＥＴの薄膜をスペーサ２０１に貼着した際、図１２（ｂ）の点字ディスプレイの断面図に示すように、半球部材２０３が高分子アクチュエータ２０２により上方に駆動された場合、自身の表面から上方に半球部材２０３が突出する位置に、図１２（ａ）のフレーム１０１の平面図に示すように、半球部材２０３の直径（１.８ｍｍ）より大きな直径２ｍｍ〜２.１ｍｍの孔１０５を、開口加工、例えばドリルで孔空けをすることにより形成する。ここで、図１３の平面図に示すフレーム１０１とスペーサ２０１との貼着は、シリコン・アクリル両面貼着シートを用いて行う。
【００４０】
このフレーム１０１とスペーサ２０１との貼着の後、すでに述べたように、半球部材２０３を球面が上方を向くように上記孔１０５から落とし込み、高分子アクチュエータ２０２の開放された端部上面に貼着する。この落とし込む際、高分子アクチュエータ２０２の配設する位置には、接着剤を塗布しておく。
そして、高分子アクチュエータ２０２の端部に半球部材２０３を配設した後、フレーム１０１の上面に、シリコン・アクリル両面貼着シートにより、フッ素コートされた１０μｍの厚さのＰＤＭＳの薄膜を貼着する。このＰＤＭＦの薄膜は予めフッ素コートしたガラス上にＣＶＤ等により成膜し、成膜されたＰＤＭＦの薄膜をフレーム１０１上面に転写する。このとき、ガラス上にコートされていたフッ素も同時に転写されることとなり、ＰＤＭＦ上面（すなわち、利用者の皮膚が密着する面）がフッ素コートされた状態で、フレーム１０１上面に貼着される。
【００４１】
そして、上述してきたように、フレーム層１００とアクチュエータ層２００とはすでに接着されているため、トランジスタ層３００とアクチュエータ層２００との接続を行い点字ディスプレイの組立を終了する。
ここで、トランジスタ層３００の各有機トランジスタの裏面に形成されたパッド４００と、この有機トランジスタが駆動する高分子アクチュエータ２０２の裏面電極とを銀ペーストにより電気的及び物理的に接続する。
【００４２】
＜アクチュエータの性能評価＞
次に、上述のように形成した点字アクチュエータの駆動特性の測定結果を図示して説明する。
図１４は作成した有機トランジスタにおけるゲート電圧ＶGS毎に、ドレイン・ソース間電圧ＶDSを変化させた際のドレイン−ソース間電流ＩDSの対応を示しており、横軸がドレイン−ソース間電圧ＶES（Ｖ）、縦軸がドレイン−ソース間電流ＩDS（μＡ）である。ゲート電圧ＶGS（Ｖ）は、「−１０Ｖ」〜「０Ｖ」まで、２Ｖ刻みで変化させている。図１４から解るように、ゲート電圧ＶGSが「０Ｖ」の場合、ドレイン−ソース間電流ＩDSも「０Ａ」であり、オン／オフ動作が正常に行われ、有機トランジスタがスイッチング機能を有し、ゲート電圧ＶGS及びドレイン・ソース間電圧ＶDS各々を変化させることにより、ドレイン−ソース間電流ＩDSが変化することが確認できた変調
【００４３】
また、図１５に示すＩDS−ＶGS特性（ドレイン−ソース電圧ＶDS＝−１０Ｖ）から、本実施形態の有機トランジスタの移動度は１cm/Ｖsと求められた。このＩDS−ＶGS特性から、オフ電流を正の電圧をバイアスとして印加した際の最小電流値とすると、電流値のオン／オフ比は１０６であることが判る。図１５において、横軸がゲート電圧ＶGS（Ｖ）であり、縦軸がドレイン−ソース間電流ＩDS（Ａ）である。
また、図１６はドレイン−ソース間電流ＩDS及び電流値のオン／オフ比と、純水に浸した時間との対応関係を示している。横軸は純水へ直接に浸した時間（分）を示し、右の縦軸はドレイン−ソース間電流ＩDS（Ａ）を示し、左の縦軸は電流値のオン／オフ比を示している。ここで、ゲート電圧ＶGS及びドレイン・ソース間電圧ＶDSは、それぞれ「−４０Ｖ」であり、有機トランジスタのチャンネル幅Ｗとチャンネル長Ｌとの比Ｗ／Ｌは１０である。図１６から判るように、本実施形態の有機トランジスタは、表面にパリレンの保護膜（封止膜３０７及び３０６）が形成されているため、４００分以上純水に浸しておいても、ドレイン−ソース間電流ＩDS及び電流値のオン／オフ比に変化はなく、耐水性に優れており、耐水性が必要な用途に応用できると考えられる。
【００４４】
次に、図１７は、高分子アクチュエータの印加電圧と変位（または変位量）とを示している。本実施形態における高分子アクチュエータは、長尺方向の長さが４ｍｍであり、幅が１ｍｍである。図１７において、横軸が時間（秒）を示し、上側のグラフの縦軸が高分子アクチュエータの裏面電極及び表面電極間に印加された電圧値を示し、下側のグラフの縦軸が高分子アクチュエータの長尺方向において電極と対向する端部の上下駆動における変位（ｍｍ）を示している。この図１７から−３Ｖのときと、３Ｖのときとにおいて、すなわち６Ｖの印加電圧の変化により、約０．３ｍｍの変位があり、十分に皮膚の触覚で検知できる変位が得られることが判る。また、表面電極及び裏面電極間に印加される電圧変化のパルスの周期（図では２Ｈｚ）から、２Ｈz以上の応答速度があり、十分に触覚ディスプレイとしての変化に対応できる。
【００４５】
また、図１８は裏面電極及び表面電極間に印加される電圧と、高分子アクチュエータのに高分子アクチュエータの長尺方向において電極と対向する端部の上下駆動における変位の関係を示した図である。図１８において、グラフの横軸が高分子アクチュエータの裏面電極及び表面電極間に印加された電圧（Ｖ）を示し、縦軸が高分子アクチュエータの上下駆動における変位（ｍｍ）を示している。十分な時間を掛ければ、図１７に対して変位が大きくなることが判る。例えば、時間を十分に掛けた際、３Ｖで０.４ｍｍの変位であり、一方、２Ｈzで動作させた際、３Ｖで０．２５〜０．３ｍｍの変位である。
また、図１９は裏面電極及び表面電極間に印加される電圧と、高分子アクチュエータのに高分子アクチュエータの長尺方向において電極と対向する端部の上下駆動における実用発生力の関係を示した図である。図１９において、グラフの横軸が高分子アクチュエータの裏面電極及び表面電極間に印加された電圧（Ｖ）を示し、縦軸が高分子アクチュエータの上下駆動における実用発生力（ｇｆ）を示している。この図１９から、表示ディスプレイに利用者が指で触れた際に、十分に凹凸の触覚を与えることができる。
【００４６】
次に、図２０は、上述した有機トランジスタと、半球部材を配設した高分子アクチュエータとを、図３に示すように結合して組み立てた状態において測定した、裏面電極及び表面電極間に印加される電圧と、高分子アクチュエータのに高分子アクチュエータの長尺方向において電極と対向する端部の上下駆動における変位の関係を示した図である。図２０において、横軸が時間（秒）を示し、上側のグラフの縦軸が高分子アクチュエータの裏面電極及び表面電極間に印加された電圧値（Ｖ）を示し、下側のグラフの縦軸が高分子アクチュエータの長尺方向において電極と対向する端部の上下駆動における変位（ｍｍ）を示している。上下各々のグラフに記載されている数値は有機トランジスタのゲート電圧ＶGSを示している。
【００４７】
また、図２１は、上記図２０の下側のグラフにおいて、時間間隔を拡大して記載したものであり、横軸が時間（秒）を示し、 縦軸が高分子アクチュエータの長尺方向において電極と対向する端部の上下駆動における変位（ｍｍ）を示している。この図２１から判るように、有機トランジスタのゲート電圧ＶGSを−３０Ｖで印加することで、高分子アクチュエータが上下駆動において１秒で０．２ｍｍの変位し、数値触覚ディスプレイとして、表示部の凹凸を触覚にて認識すること必要な変位を得ることができた。
また、図２２は、ドレイン−ソース間電流ＩDS及び高分子アクチュエータの上下駆動における変位速度と、ゲート電圧ＶGSとの対応関係を示している。横軸はゲート電圧ＶGS（Ｖ）を示し、右の縦軸は高分子アクチュエータの上下駆動における変位速度（ｍｍ／分）を示し、左の縦軸はドレイン−ソース間電流ＩDS（Ａ）を示している。この図２２により、ゲート電圧ＶGSを増加させるに従い、ドレイン−ソース間電流ＩDSが増加、すなわち、高分子アクチュエータの表面電極及び裏面電極間に対する電圧の上昇速度を向上させ、これにより、上下駆動における変位速度が向上されることが判る
【００４８】
次に、図２３は、実際に組み立てた触覚ディスプレイの表示部における一つのブロックの凹凸を示す写真を示す図である。各図におけるスケールバーの長尺方向の長さは１ｍｍである。  
図２３（ａ）における上部の写真が高分子アクチュエータが、裏面電極と上面電極との間に駆動の為の電圧が印加されて上方に駆動（Ｕｐ）され、半球部材により表示部表面に凸部が突出した状態を示し、図２３（ａ）における下部の写真が高分子アクチュエータが、裏面電極と上面電極との間の電圧が等しく、駆動前の位置に戻った（Ｄｏｗｎ）し突出部がなくなった状態を示している。図２３（ｂ）は、ブロックの左側の列が全て凸状態に駆動され、ブロックの右側の列が全て駆動されていない状態を示している。また、図２３（ｃ）は、図２３（ｂ）と異なるパターンの表示状態を示している。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態による触覚ディスプレイの各構成要素の平面形状を示す概念図である。
【図２】図１におけるトランジスタシート３００の回路構成例を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施形態による触覚ディスプレイにおける１ドット分の断面構造を示す概念図である。
【図４】アクチュエータ層２００における高分子アクチュエータの構造例を示す概念図である。
【図５】図１におけるトランジスタシート３００の有機トランジスタの構造例を示す概念図である。
【図６】本実施形態の有機トランジスタを製造する過程を説明する、各製造工程における断面を示した概念図である。
【図７】本実施形態における高分子アクチュエータを製造する過程を説明する概念図である。
【図８】本実施形態における高分子アクチュエータを製造する過程を説明する概念図である。
【図９】本実施形態における高分子アクチュエータを製造する過程を説明する概念図である。
【図１０】本実施形態における高分子アクチュエータを製造する過程を説明する概念図である。
【図１１】本実施形態における高分子アクチュエータを製造する過程を説明する概念図である。
【図１２】本実施形態における高分子アクチュエータを製造する過程を説明する概念図である。
【図１３】本実施形態における高分子アクチュエータを製造する過程を説明する概念図である。
【図１４】製作した本実施形態における有機トランジスタのＶDS−ＩDS特性のグラフを示す図である。
【図１５】製作した本実施形態における有機トランジスタのＶGS−ＩDS特性のグラフを示す図である。
【図１６】製作した本実施形態における有機トランジスタの耐水性のグラフを示す図である。
【図１７】製作した本実施形態における高分子アクチュエータの応答速度及び上下駆動の変位の特性を示す図である。
【図１８】製作した本実施形態における高分子アクチュエータの印加電圧と上下駆動の変位量との関係を示す図である。
【図１９】製作した本実施形態における高分子アクチュエータの印加電圧と、上下駆動における実用反発力との関係を示す図である。
【図２０】組み立てた表示ディスプレイにおける高分子アクチュエータの変位量及び変位速度を示す図である。
【図２１】組み立てた表示ディスプレイにおける高分子アクチュエータの変位速度を示す図である。
【図２２】組み立てた表示ディスプレイにおける高分子アクチュエータの変位速度を示す図である。
【図２３】本実施形態において、実際に作成した触覚ディスプレイの表示部における１ブロックの駆動状態の写真を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００…フレーム層
１０１…スペーサ
１０２…保護シート
１０５…孔
２００…アクチュエータ層
２０１…スペーサ
２０２…高分子アクチュエータ
２０３…半球部材
３００…トランジスタシート
３０１…基板
３０２…ゲート電極
３０３…ゲート絶縁膜
３０４…チャネル層
３０５Ａ…ソース電極
３０５Ｂ…ドレイン電極
３０６，３０７…封止膜
３０８…ビアホール
３０９…導電体
４００…導電体ペースト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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