(57)【要約】  様々な実施の形態は層配列（３１０，３２０，３４０）を提供する。層配列（３１０，３２０，３４０）は、第１透明電極層と、第２透明電極層と、第１透明電極層と第２透明電極層との間のイオンポリマ電解質層とを有する。第１層（３１０）は、提供されるタッチ位置および／または力／圧力（５０１）を検出する。別の層（３２０，４３０）は、別の層の変形（６０１）の形式で触覚フィードバックを出力するための触覚アクチュエータである。
2018530048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層配列であって、
第１透明電極層と、
第２透明電極層と、
前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間のイオンポリマ電解質層と、
を有する、層配列。
【請求項２】
前記第１透明電極層および前記第２透明電極層はそれぞれ、銀ナノワイヤ、酸化インジウムスズ、グラフェンまたは導電性ポリマから選択された材料を含む、請求項１記載の層配列。
【請求項３】
前記イオンポリマ電解質層は、電解質カチオン、電解質溶液またはイオン液体のうちの少なくとも１つと一体化されたイオン交換膜を含む、請求項１または２記載の層配列。
【請求項４】
前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間に提供される作動信号により触覚フィードバックを出力するように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の層配列。
【請求項５】
前記層配列の少なくとも一部の変形または前記層配列の少なくとも一部の振動の形式で前記触覚フィードバックを出力するように構成されている、請求項４記載の層配列。
【請求項６】
タッチ入力を検出するために、該タッチ入力によって誘発される前記層配列の少なくとも一部の変形時に検出信号を生成するように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の層配列。
【請求項７】
前記検出信号は、電圧信号であり、前記層配列は、前記電圧信号に基づいて前記タッチ入力の大きさまたは位置のうちの少なくとも一方を検出するように構成されている、請求項６記載の層配列。
【請求項８】
入力／出力装置であって、
第１層配列と、
第２層配列と、
を有し、
前記第１層配列および前記第２層配列はそれぞれ、第１透明電極層と、第２透明電極層と、前記第１透明電極層と前記第２透明電極層の間のイオンポリマ電解質層と、を有する、入力／出力装置。
【請求項９】
前記第１層配列および前記第２層配列の前記第１透明電極層および前記第２透明電極層はそれぞれ、銀ナノワイヤ、酸化インジウムスズ、グラフェンまたは導電性ポリマから選択された材料を含む、請求項８記載の入力／出力装置。
【請求項１０】
前記第１層配列および前記第２層配列の前記イオンポリマ電解質層は、電解質カチオン、電解質溶液またはイオン液体のうちの少なくとも１つと一体化されたイオン交換膜を含む、請求項８または９記載の入力／出力装置。
【請求項１１】
前記第１層配列は、タッチ入力によって誘発された前記第１層配列の少なくとも一部の変形により検出信号を生成するように構成されており、
前記第２層配列は、該第２層配列の前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間に提供される前記検出信号により触覚フィードバックを出力するように構成されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の入力／出力装置。
【請求項１２】
前記検出信号は、電圧信号であり、前記第１層配列は、前記電圧信号に基づいて前記タッチ入力の大きさまたは位置のうちの少なくとも一方を検出するように構成されている、請求項１１記載の入力／出力装置。
【請求項１３】
前記第２層配列は、該第２層配列の少なくとも一部の変形または前記第２層配列の少なくとも一部の振動の形式で前記触覚フィードバックを出力するように構成されている、請求項１１または１２記載の入力／出力装置。
【請求項１４】
前記第２層配列によって出力される前記触覚フィードバックは、前記第１層配列を介してユーザに伝達される、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の入力／出力装置。
【請求項１５】
前記第１層配列は、第１数の第１サイズの第１セルを含み、
前記第２層配列は、第２数の第２サイズの第２セルを含む、請求項８から１４までのいずれか１項記載の入力／出力装置。
【請求項１６】
前記第１数は前記第２数と等しく、前記第１サイズは前記第２サイズと等しい、または
前記第１数は前記第２数よりも大きく、前記第１サイズは前記第２サイズよりも小さい、請求項１５記載の入力／出力装置。
【請求項１７】
前記第１層配列は、タッチ入力の位置において前記第１セルによって生成された検出信号に基づいて前記タッチ入力の位置を検出するように構成されている、請求項１５または１６記載の入力／出力装置。
【請求項１８】
前記第２層配列は、前記タッチ入力の位置に対応して配置された前記第２セルに触覚フィードバックを出力するように構成されている、請求項１７記載の入力／出力装置。
【請求項１９】
ディスプレイ層をさらに有し、
前記第２層配列は、前記第１層配列と前記ディスプレイ層との間に配置されている、請求項８から１８までのいずれか１項記載の入力／出力装置。
【請求項２０】
１つまたは複数の別の第２層配列をさらに有し、
該別の第２層配列のそれぞれは、第１透明電極層と、第２透明電極層と、前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間のイオンポリマ電解質層とを有する、請求項８から１９までのいずれか１項記載の入力／出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、層配列および入力／出力装置に関する。
【０００２】
背景
触覚技術は、エンドユーザに情報を提供するために、力、振動または動きを加えることによって、ユーザインターフェース設計においてタッチの感覚を再形成する触覚フィードバック技術である。触覚アクチュエータ技術は、特に、タッチスクリーン式装置、例えば、スマートフォンおよび仮想インターフェースが主ドライバである、民生電子機器において、大きな市場潜在性を有する。
【０００３】
様々な既存の触覚アクチュエータ技術が、タッチスクリーンに振動式の触覚フィードバックを提供するために使用されている。リニア共振アクチュエータ（ＬＲＡ）および偏心回転質量体（ＥＲＭ）などの幾つかの公知の触覚アクチュエータは、概して、嵩張り、スケーラブルでなく、触覚技術用途において現実的なフィードバックを欠く。幾つかのその他の触覚アクチュエータ技術は、圧電材料、形状記憶合金（ＳＭＡ）、電気活性高分子（ＥＡＰ）などのスマート材料に基づく。高周波数において大きな力と十分なひずみを生ぜしめることができる、ＥＡＰのサブグループである誘電性エラストマＥＡＰは、触覚フィードバック技術のために広く利用することができる。しかしながら、誘電ＥＡＰ式アクチュエータは、通常、数千ボルトの高い駆動電圧を必要とし、これは、電気的絶縁および保護における安全上の懸念につながる。さらに、局所的な、高現実性かつ表面カバレッジ触覚技術を提供することにおける誘電ＥＡＰの制限は、触覚アクチュエータにおけるその適用を妨げる。
【０００４】
ＥＡＰの別のサブグループであるイオンポリマ−金属複合体（ＩＰＭＣ）は、柔軟なアクチュエータおよびセンサのための将来性のある候補として認識されてきた。ＩＰＭＣは、両面に電極がめっきされたイオンポリマ電解質から成る。例えば、１Ｖ〜５Ｖの範囲の加えられた電圧下で、ＩＰＭＣを横切って加えられた電圧によるイオン移動および再分配の結果、アクチュエータとして働くために、ＩＰＭＣの曲げ変形を生じる。択一的に、変形が物理的にＩＰＭＣに加えられると、例えば、ミリボルトの範囲における出力電圧信号が、センサとして働くために、生成される。その他のＥＡＰ材料と比較して、ＩＰＭＣアクチュエータは、極めて低い加えられた電圧下で大きな曲げ変位を生じ、このような機械的変形は触覚技術用途のために提案されてきた。ＩＰＭＣアクチュエータは、通常、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕまたはカーボン複合体などの貴金属から形成された、柔軟な上部および下部の電極を有する。
【０００５】
ＩＰＭＣ材料のための現在の研究開発は、主に、センサおよびアクチュエータとして使用するためにその性能を最適化することに焦点を合わせている。金、プラチナまたは銀などの不透明金属電極は、センサ、ソフトアクチュエータまたは生物医学的アクチュエータ（例えば、マイクロポンプ）等の目的用途においてよりよい性能を達成するために、ＩＰＭＣ用に一般的に採用されている。
【０００６】
概要
本発明によれば、請求項１に記載の層配列が提供される。本発明による入力／出力装置が請求項８に規定されている。従属請求項は、このような層配列および入力／出力装置のそれぞれの幾つかの例を規定している。
【０００７】
図面の簡単な説明
図面では、同じ参照符号は、概して、異なる図面を通じて同じ部材を示している。図面は、必ずしも実寸ではなく、その代わり、概して、発明の原理を例示することに重点が置かれている。以下の説明では、様々な実施の形態が以下の図面を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】様々な実施の形態による層配列の概略図を示している。
【図２】例えば、図１の層配列の作動の１つの典型的な実施の形態を示している。
【図３】例えば、図１の層配列を有してもよい、１つの典型的な実施の形態による入力／出力装置の概略図を示している。
【図４】例えば、図１の層配列を有してもよい、１つの典型的な実施の形態による入力／出力装置の概略図を示している。
【図５】入力／出力装置の作動の１つの典型的な実施の形態を示している。
【図６】入力／出力装置の作動の１つの典型的な実施の形態を示している。
【図７】１つの典型的な実施の形態による入力／出力装置の概略図を示している。
【図８】１つの典型的な実施の形態による入力／出力装置の概略図を示している。
【０００９】
説明
図１は、様々な実施の形態による層配列の概略図を示している。図１に示したように、層配列１００は、第１透明電極層１０２と、第２透明電極層１０４と、第１透明電極層１０２と第２透明電極層１０４との間のイオンポリマ電解質層１０６とを有する。層配列１００は、この説明において、イオンポリマ−金属複合材（ＩＰＭＣ）において使用される貴金属電極に置き換わるために透明電極材料を使用する、イオンポリマ透明電極複合材（ＩＰＴＥＣ）とも呼ばれる。様々な実施の形態において、層配列１００は、透明ＩＰＭＣとも呼ばれる。
【００１０】
第１および第２透明電極層１０２，１０４はそれぞれ、銀ナノワイヤ（ＡｇＮＷ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、グラフェン、導電性ポリマまたは所望の透明度および導電性を有するその他の適切な材料から選択された材料を含む。イオンポリマ電解質層１０６は、実質的に透明である。イオンポリマ電解質層１０６は、電解質カチオン（例えばＬｉ+、Ｎａ+またはＫ+）、電解質溶液（例えば、水またはエチレングリコール）またはイオン性液体と一体化された、イオン交換膜を含んでもよいまたは意味してもよい。イオン交換膜の例は、ナフィオン（登録商標）、フレミオン（登録商標）またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んでもよいが、これらに限定されない。
【００１１】
１つの典型的な実施の形態では、層配列１００は、第１および第２透明電極層１０２，１０４の間に作動信号が提供されると触覚フィードバックを出力するように構成されている。作動信号は、例えば、層１０２と層１０４との間に提供される電圧または電界であってもよい。したがって、層配列１００は、触覚アクチュエータ１００であるまたは触覚アクチュエータ１００を形成する。触覚アクチュエータ１００は、層配列１００の少なくとも一部の変形の形式において触覚フィードバックを出力するように構成されていてもよい。触覚アクチュエータ１００は、層配列１００の少なくとも一部の振動の形式で触覚フィードバックを出力するように構成されていてもよい。
【００１２】
図２は、例えば、図１の層配列１００の作動の１つの典型的な実施の形態２００を示している。図２に示したように、第１および第２透明電極層１０２，１０４の間に提供される作動信号、例えば、第１透明電極層１０２と第２透明電極層１０４との間に提供される電圧下で、イオンポリマ電解質層１０６および透明電極層１０２，１０４の機械的な曲げ変形が形成され、この機械的な曲げ変形を、表面カバレッジ触覚フィードバックのために利用することができる。図２に示されていない他の実施の形態では、イオンポリマ電解質層１０６および透明電極層１０２，１０４の少なくとも一部の振動が、提供された電圧下で生じてもよい。
【００１３】
層配列１００によって提供された触覚フィードバックは、作動信号のレベル（例えば、大きさ）に依存してもよい。言い換えれば、層配列１００に提供される電圧または電界のレベルは、異なる触覚フィードバック強度（例えば、層配列の異なる変形レベル）を達成するために（例えば、パワーエレクトロニクスを介して）調節／制御されてもよい。典型的な実施の形態では、層配列１００全体は、図２に示したように、第１透明電極層１０２と第２透明電極層１０４との間に提供された電圧下で、変形されかつ曲げられる。その他の実施の形態では、層配列１００の層１０２，１０４，１０６のうちの幾つかのみが、層１０２と層１０４との間に提供された電圧を調節することによって変形されるまたは曲げられる。典型的な実施の形態では、触覚フィードバックの位置が、作動信号に基づいて求められてもよい。
【００１４】
典型的な実施の形態では、層配列１００は、タッチ入力を検出するために、タッチ入力によって誘発される層配列の少なくとも一部の変形、例えば、層配列１００の表面において受け取られたタッチ入力に基づいて、検出信号を生成するように構成されている。したがって、層配列１００は、タッチセンサ１００であるまたはタッチセンサ１００を形成する。
【００１５】
タッチセンサ１００の表面へのタッチ入力は、以下で図５に示されるように、タッチされる層配列１００の少なくとも一部の変形を誘発してもよい。変形は、（例えば、図５に示したように）タッチ入力が受け取られた位置においてまたはその周囲で局所的に誘発されてもよい。変形は、層配列１００の全領域にわたって全体的に誘発されてもよい。様々な実施の形態では、タッチ入力の強度に応じて、層配列１００の１つまたは複数の層が変形されてもよい。例えば、タッチ入力によって提供されるより大きな力／圧力は、全ての層１０２，１０４，１０６の変形を誘発してもよい。これに対して、タッチ入力によって提供されるより小さな力／圧力は、第１透明電極層１０２のみの変形または第１透明電極層１０２およびイオンポリマ電解質層１０６の変形など、幾つかの層のみの変形を誘発してもよい。
【００１６】
タッチセンサ１００の層１０２，１０４，１０６のうちの１つまたは複数は、変形させられたとき、タッチを検出するために検出および測定することができる、検出信号、例えば、電圧信号を生成する。１つの典型的な実施の形態では、タッチセンサ１００の全ての層１０２，１０４，１０６が変形させられたとき、より大きな電圧信号が生成される。第１透明電極層１０２およびイオンポリマ電解質層１０６の表面部分など、層１０２，１０４，１０６のうちの幾つかのみが変形させられたとき、より弱い電圧信号が生成される。生成された電圧信号の強度を測定することにより、タッチセンサ１００は、タッチ入力によって提供された力／圧力のレベル／大きさを測定するまたは求めるように構成されていてもよく、したがって、タッチ力／圧力センサ１００として構成されていてもよい。
【００１７】
１つの典型的な実施の形態では、タッチセンサ１００は、検出信号に基づいてタッチ入力の大きさまたは位置のうちの少なくとも一方を検出するように構成されている。
【００１８】
様々な実施の形態に従って、透明電極は、透明ソリッドステートタッチセンサ／触覚アクチュエータを達成するために従来のＩＰＭＣの柔軟な電極として一体化されている。様々な透明電極材料は、ＩＰＭＣの不透明金属電極と置き換えるために利用することができる。ＩＰＴＥＣと呼ばれる透明電極を備えるイオンポリマは、タッチスクリーンの上部における統合を許容し、（例えば、図２に示したように）提供された電圧下での機械的曲げ変形を、表面カバレッジ触覚フィードバックのために利用することができる。他方では、透明ＩＰＴＥＣを、タッチセンサの表面へのタッチ入力により誘発される変形により生成された電圧信号を検出することによってタッチを検出することができるタッチセンサとして構成することができる。さらに、透明ＩＰＴＥＣは、ＩＰＴＥＣ構造の変形により生成された電圧信号を測定することによってタッチ力または圧力のレベル／大きさを検出することができる力／圧力センサとして構成されてもよい。したがって、上述の層配列１００は、触覚アクチュエータ、またはタッチセンサ、または力／圧力センサ、または触覚アクチュエータ、タッチセンサおよび力／圧力センサとして同時に機能する装置を形成してもよい。
【００１９】
図３は、例えば、図１の層配列を有してもよい、１つの典型的な実施の形態による入力／出力装置３００の概略図を示している。
【００２０】
入力／出力装置３００は、第１層配列３１０および第２層配列３２０を有する。第１層配列３１０および第２層配列３２０はそれぞれ、図１の層構造１００と同じである。第１層配列３１０および第２層配列３２０はそれぞれ、第１透明電極層と、第２透明電極層と、第１および第２透明電極層の間のイオンポリマ電解質層とを有する。第１層配列３１０における第１透明電極層、第２透明電極層およびイオンポリマ電解質層の材料は、それぞれ第２層配列３２０における第１透明電極層、第２透明電極層およびイオンポリマ電解質層の材料と同じであってもまたは異なってもよい。
【００２１】
第１層配列３１０は、第１層配列３１０の表面におけるタッチ入力によって誘発される第１層配列３１０の少なくとも一部の変形時に検出信号を生成するように構成されている。第１層配列３１０は、タッチ位置および／またはタッチによって加えられる力／圧力を検出するためのタッチセンサ層と呼ばれてもよい。第２層配列３２０は、第２層配列の第１透明電極層と第２透明電極層との間に提供される検出信号により触覚フィードバックを出力するように構成されている。典型的な実施の形態では、第１層配列３１０によって生成される検出信号は、電圧信号である。この電圧信号は、第２層配列の第１透明電極層と第２透明電極層との間に提供され、ひいては、第２層配列３２０の少なくとも一部の変形を誘発する。第２層配列３２０は、触覚アクチュエータ層と呼ばれてもよい。
【００２２】
第１層配列３１０は、検出信号に基づいてタッチ入力の大きさまたは位置の少なくとも一方を検出するように構成されている。例えば、第１層配列３１０は、タッチによって誘発される第１層配列３１０の変形レベルに相関させることにより、タッチによって加えられる力の大きさを測定するように構成されていてもよい。タッチによって誘発される第１層配列３１０のより大きな変形レベルは、より高い電圧の検出信号を生成してもよく、タッチによって誘発される第１層配列３１０のより小さな変形レベルは、より低い電圧の検出信号を生成してもよい。
【００２３】
第２層配列３２０は、第２層配列３２０の少なくとも一部の変形または第２層配列３２０の少なくとも一部の振動の形式で触覚フィードバックを出力するように構成されている。
【００２４】
変形レベルまたは振動強度は、検出信号の大きさに基づいて求められてもよい。検出信号または検出信号から求められた信号が、第２層配列３２０の第１透明電極層と第２透明電極層との間に提供されてもよい。典型的な実施の形態では、第２層配列３２０に提供される電圧または電界のレベルは、検出信号のレベルに基づいて異なる触覚フィードバック強度を達成するように（例えば、パワーエレクトロニクスを介して）調節／制御されてもよい。例えば、より高い電圧信号が第２層配列３２０に提供された場合、第２層配列３２０のより高い曲げ／変形レベルが達成されるまたは第２層配列３２０全体の曲げ／変形が達成される。別の例では、より低い電圧信号が第２層配列３２０に提供された場合、第２層配列３２０のより低い変形レベルが達成されるまたは第２層配列３２０の内部層１０２，１０４，１０６のうちの幾つかのみの曲げ／変形が達成される。
【００２５】
１つの典型的な実施の形態では、出力されるべき触覚フィードバックの位置／ポジションは、検出信号に基づいて求められてもよい。例えば、検出信号は、タッチ入力の位置を求めるために使用される。タッチ入力の位置は、第２層配列３２０の変形が形成された位置であるように求められてもよい。１つの実施の形態では、電子制御装置が、第２層配列３２０から触覚フィードバック出力の位置および／またはレベルを求めるために使用されてもよい。
【００２６】
図３に示された１つの典型的な実施の形態では、第１層配列３１０は、第２層配列３２０の上側に配置されており、タッチ入力を受け取るように構成されている。第１層配列３１０の下側層、例えば、第１層配列３１０の透明電極層のうちの１つは、第２層配列３２０の上側層、例えば、第２層配列３２０の透明電極層のうちの１つと接触している。
【００２７】
第２層配列３２０によって出力された触覚フィードバックは、以下で図６を参照して説明するように、第１配列３１０を介してユーザに伝達されてもよい。
【００２８】
１つの典型的な実施の形態では、入力／出力装置３００は、触覚効果を増強するために複数の第２層配列を有してもよい。１つの典型的な実施の形態では、入力／出力装置３００は、１つまたは複数の別の第２層配列（図示せず）を有してもよい。別の第２層配列のそれぞれは、第１透明電極層と、第２透明電極層と、第１および第２透明電極層の間のイオンポリマ電解質層とを含む第２層配列３２０と同じ構造を有してもよい。第２層配列３２０および別の第２層配列は、第１層配列３１０の下側に層ごとに積層されていてもよい。
【００２９】
図４は、１つの典型的な実施の形態による入力／出力装置４００の概略図を示しており、この入力／出力装置４００は、第１層配列３１０および第２層配列３２０を含む入力／出力装置３００と同じである。入力／出力装置４００は、さらに、ディスプレイ層４３０を有しており、第１層配列３１０および第２層配列３２０はディスプレイ層４３０の上側に配置されており、第２層配列３２０は第１層配列３１０とディスプレイ層４３０との間に配置されている。
【００３０】
上記で図１および図２における層配列に関して説明された様々な実施の形態は、入力／出力装置３００，４００にも同様に有効であり、またその逆も有効である。
【００３１】
図４に示したように、ＩＰＴＥＣ構造を備える層配列３１０，３２０は、ディスプレイ層４３０の上側に被さっているまたは一体化されている。上側の層配列３１０は、タッチされたときにマイクロスケールで変形し、これにより、層配列が変形させられたときに検出信号を生成するように構成された、層配列３１０に加えられたタッチ位置および／またはタッチ力／圧力を検出するためのタッチセンサ層３１０として機能する。下側の層配列３２０は、検出信号に基づく作動信号を受け取ることにより触覚効果を提供するように構成された触覚アクチュエータ層３２０として機能する。これにより、ＩＰＴＥＣ構造３１０，３２０は、タッチセンサとして機能することができ、同時に局所的な触覚フィードバックを提供することができる。
【００３２】
層配列３１０，３２０は、例えば、層配列３１０，３２０の厚さを提供するまたは制御することによってまたは層配列３１０，３２０の材料を構成することによって、互いに異なる電気機械的特性を有してもよい。１つの典型的な実施の形態では、第２層配列３２０のイオンポリマ電解質層の厚さは、より良い触覚フィードバックのために第２層配列３２０の作動力を増大させるために、第１層配列３１０のイオンポリマ電解質層の厚さと比較して、より厚いイオン交換膜を提供することによって、増大させられる。１つの典型的な実施の形態では、イオンポリマ電解質層のために使用される電解質カチオン、溶液および／またはイオン液体のタイプは、層配列３１０，３２０の異なる電気機械的特性を得るために、第１層配列３１０と比較して、第２層配列３２０の場合には異なってもよい。
【００３３】
図５は、入力／出力装置、例えば、上記の図３および図４の入力／出力装置３００，４００の作動の１つの典型的な実施の形態を示している。図５に示したように、ユーザが第１層配列３１０の上面にタッチすると、ＩＰＴＥＣタッチセンサ層３１０に加えられる指の圧力／力が、第１層配列３１０の局所的変形を生ぜしめ、タッチによって誘発されるＩＰＴＥＣタッチセンサ層３１０の変形によって生成される電気信号を検出することによって検出される。例えば、指のタッチ５０１の位置におけるタッチセンサ層３１０の部分のみが変形させられてもよく、対応して生成される検出信号は、タッチの位置を示していてもよい。１つの典型的な実施の形態では、タッチセンサ層３１０は、タッチを検出するのみならず、タッチによって誘発される第１層配列３１０の変形レベルに相関させることによって、加えられた力の大きさを測定するためのタッチ力／圧力センサ層としても機能するように使用されてもよい。例えば、より高い変形レベルは、より大きな加えられた力に相関していてもよい。
【００３４】
検出されたタッチによって生成された検出信号は、次いで、図６に示されているように、触覚アクチュエータ層として機能する第２層配列３２０を作動させるために使用されてもよい。検出信号により、第２層配列３２０は、図６に示したように変形させられる。１つの典型的な実施の形態では、検出されたタッチの位置における第２層配列３２０の部分６０１のみが、例えば、第２層配列３２０の主面に対して実質的に垂直な方向に沿った湾曲した曲げまたは突出として、変形させられてもよい。１つの典型的な実施の形態では、検出されたタッチの位置における第２層配列３２０の部分６０１は、振動させられてもよい。第２層配列３２０の上側層、例えば、第１層配列３１０と接触する第１透明電極層は、薄くかつ柔軟であってもよく、これにより、第２層配列３２０から出力された触覚フィードバックは、第１層配列３１０を介してユーザへ伝達される。これは、生ぜしめられた触覚効果が、入力／出力装置３００，４００と相互作用する人間の指に伝達されることを可能にし、これにより、ユーザは、指の位置において変形または振動を感じ得る。１つの典型的な実施の形態では、複数の第２層配列３２０が、第１層配列３１０とディスプレイ層４３０との間に設けられていてもよく、これにより、複数の第２層配列によって形成された触覚アクチュエータ層は、１つの第２層配列によって生ぜしめられる触覚効果と比較して、触覚効果を増強するために使用されている。
【００３５】
図７および図８は、１つの典型的な実施の形態による入力／出力装置７００，８００の概略図を示している。
【００３６】
入力／出力装置７００，８００は、入力／出力装置３００，４００と同じであり、第１層配列３１０と、第２層配列３２０と、ディスプレイ層４３０とを有しており、第２層配列は第１層配列３１０とディスプレイ層４３０との間に配置されている。上記で図１〜図６における層配列１００および入力／出力装置３００，４００に関して説明された様々な実施の形態は、入力／出力装置７００，８００にも同様に有効であり、またその逆も有効である。
【００３７】
ＩＰＴＥＣセンサおよびアクチュエータ層３１０，３２０の実質的な透明性により、ディスプレイ４３０は層３１０，３２０を通して視認可能である。
【００３８】
１つの典型的な実施の形態では、第１層配列３１０は、第１数の第１サイズの第１セルを有してもよく、第２層配列３２０は、第２数の第２サイズの第２セルを有してもよい。第１セルおよび第２セルはそれぞれ、図１のＩＰＴＥＣ構造１００を有してもよく、それぞれＩＰＴＥＣ第１セルおよびＩＰＴＥＣ第２セルと呼ばれてもよい。
【００３９】
図７に示された１つの典型的な実施の形態では、タッチセンサ層３１０は、互いに整列させられかつマトリックス形式で配置されていてもよいＩＰＴＥＣ第１セル７１２の４×４配列を有する。触覚アクチュエータ層３２０は、同様に、互いに整列させられかつマトリックス形式で配置されていてもよいＩＰＴＥＣ第２セル７２２の４×４配列を有する。タッチセンサ層３１０内にマトリックス形式で配置されたＩＰＴＥＣ第１セル７１２は、相互作用（タッチ）の位置が求められることを可能にする。検出されたタッチに応答して、検出された信号の位置に対応する触覚アクチュエータ層３２０の領域に配置された第２セル７２２のみが、他の第２セルから独立して作動し、これにより、所望の位置における所望の触覚効果が生ぜしめられてもよい。１つの典型的な実施の形態では、個々のＩＰＴＥＣセル７１２，７２２にコマンドを入力し、検出信号を測定するために、マルチプレクサが使用されてもよい。
【００４０】
図８に示された典型的な実施の形態では、タッチセンサ層３１０は、互いに整列させられかつマトリックス形式で配置されたＩＰＴＥＣ第１セル８１２の８×８配列を有する。触覚アクチュエータ層３２０は、互いに整列させられかつマトリックス形式で配置されたＩＰＴＥＣ第２セル８２２の４×４配列を有する。第１セル８１２の数は第２セル８２２の数よりも大きく、各第１セル８１２のサイズは各第２セル８２２のサイズよりも小さい。タッチセンサ層３１０に設けられたより多数のより小さな第１セルは、タッチセンサ層３１０の検出分解能を高めるために使用されてもよい。触覚アクチュエータ層３２０は、各第２セル８２２によって提供することができる触覚効果を増大するためにより少ないより大きな第２セル８２２を有する。
【００４１】
図７および図８は、マトリックス形式で配置されたセルの典型的な実施の形態を示しているが、第１層配列の第１セルと、第２層配列の第２セルとは、所望の検出分解能および触覚効果を達成するためにその他のパターンおよび形式で配置されていてもよいことが理解される。
【００４２】
様々な実施の形態によれば、透明ＩＰＴＥＣ構造は、透明タッチセンサ、透明タッチ力／圧力センサ、透明触覚センサまたは組み合わされた透明タッチセンサおよびアクチュエータとして利用され、それぞれ表面の変形を測定し、変形の結果として触覚フィードバックを提供する。実施の形態の透明ＩＰＴＥＣ構造は、民生電子機器および仮想インターフェースなどのタッチスクリーン用途のための表面カバレッジ触覚技術として大きな可能性を有する。
【００４３】
様々な実施の形態は、ＩＰＴＥＣ構造を形成するための透明電極を備えるＩＰＭＣを提供し、入力／出力装置として使用することができかつタッチスクリーン用途のためにディスプレイに配置することができる触覚アクチュエータおよび／またはタッチセンサにおいて透明ＩＰＴＥＣ構造を使用することを提案している。様々な実施の形態のＩＰＴＥＣ構造は、さらに、入力／出力装置を提供するためにディスプレイの上側に一体化することができる完全に透明なタッチセンサ／触覚アクチュエータ層スタックの適用のために使用される。
【００４４】
（例えば、抵抗性タイプまたは容量性タイプの）別個のタッチ検出ユニットによって駆動される振動フィードバックを提供するためにディスプレイの下側に一体化された従来の不透明な触覚アクチュエータと比較して、実施の形態の透明ＩＰＴＥＣ構造は、ディスプレイの上側に被さる、組み合わされたタッチセンサおよび触覚アクチュエータ層を形成するために、使用することができる。これにより、センサおよびアクチュエータの機能は１つのモジュールによって達成され、これは、より単純な一体化方法による、より低コストの、より薄い、よりコンパクトなソリューションにつながる。
【００４５】
従来のタッチスクリーン技術とは対照的に、ＩＰＴＥＣ構造のセンサ機能が働くための外部電圧を提供する必要はない。その代わり、各ＩＰＴＥＣ構造の上側に提供される変形により、生成された電気信号は、高い分解能による、提供された圧力の大きさの測定として利用され得る。さらに、ＩＰＴＥＣ構造の低い駆動電圧は、触覚アクチュエータとして有利であり、これは、高電圧被駆動アクチュエータによって必要とされる電気的絶縁または複雑でコストのかかる電子回路の必要性を排除する。
【００４６】
本発明は、特に、特定の実施の形態に関して示されかつ説明されているが、添付の請求項によって規定された発明の思想および範囲から逸脱することなく、それらの特定の実施の形態において、形式および詳細における様々な変更がなされ得ることは、当業者によって理解されるべきである。つまり、発明の範囲は、添付の請求項によって示されており、したがって、請求項の均等物の意味および範囲に当てはまる全ての変更は、包含されることが意図されている。
【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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【国際調査報告】
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