呈示触觉性感觉的方法以及其装置制造方法
【专利摘要】提供能呈示包含基于电流刺激的触感呈示和基于静电力的触感呈示的复杂的触感的触觉呈示装置。触感呈示装置具备：配置在同一平面上、被绝缘膜覆盖的多个第1电极；配置在所述平面上、将上表面露出到外部的多个第2电极；和控制部，其并行进行第1动作和第2动作，其中该第1动作对所述多个第1电极中的一部分第1电极施加随时间变化的第1电压，通过该一部分第1电极产生变化的电场，该第2动作在所述多个第2电极中的一部分第2电极加上随时间变化的第1电流，从该一部分第2电极介由导体向与该一部分第2电极不同的第2电极流过电流。
【专利说明】呈示触觉性感觉的方法以及其装置
【技术领域】
[0001]本公开涉及对操作者呈示触觉性感觉的方法以及装置。
【背景技术】
[0002]近年来，在便携电话和游戏设备等触控面板操作设备中，通过在视觉辨识显示于液晶画面上的按钮或图标的同时用手指或笔等触摸层叠于画面上的触控面板上的特定部分来操作设备的情况不断增加。
[0003]但是，显示于画面上的按钮或图标仅是图像，不具有物理性、触感性的形状。为此，操作者的基于视觉的显示位置的认知不可或缺，另一方面，也没有按下感等的实际的输入感觉。
[0004]另外，专利文献I记载的用于感觉刺激的方法以及装置通过使用静电力来向操作者呈示触感。另外，专利文献2记载的触感呈示装置以及其驱动方法通过对皮肤表面直接施加电刺激来向操作者呈示触感。
[0005]先行技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I JP特开2009— 87359号公报
[0008]专利文献2 JP特开2005— 85048号公报
[0009]发明的概要
[0010]发明要解决的课题
[0011]专利文献I记载的用于感觉刺激的方法以及装置中，使配置于感觉刺激装置表面的2个平面电极产生电位，通过使手指接近各个电极附近来构成电极一手指一电极的回路。通过在手指一电极间产生静电力来虚拟地产生感觉刺激。但是，由于基于静电力的刺激仅作用于手指表面，因此能表现的触感受到限定。
[0012]专利文献2记载的触感呈示装置以及其驱动方法中，将手指放在电极阵列，通过使接触的皮肤通过电流来刺激皮肤的感觉神经，由此呈示触觉信息。但是，基于电流通电的刺激的能表现的触感也受到限定。
【发明内容】
[0013]本公开目的在于，提供能呈示基于电流刺激的触感呈示和基于静电力的触感呈示所产生的复杂的触感的触觉呈示装置。
[0014]用于解决课题的手段
[0015]本公开所涉及的触感呈示装置具备:配置在同一平面上、被绝缘膜覆盖的多个第I电极；配置在与所述平面同一平面上、将上表面露出到外部的多个第2电极；和控制部，其并行进行第I动作和第2动作，其中该第I动作对所述多个第I电极中的一部分第I电极施加随时间变化的第I电压，通过该一部分第I电极产生变化的电场，该第2动作在所述多个第2电极中的一部分第2电极加上随时间变化的第I电流，从该一部分第2电极介由导体向与该一部分第2电极不同的第2电极流过电流。
[0016]发明的效果
[0017]本公开中的触感呈示装置不会招致利用静电力的静电型触感呈示力的下降，兼顾基于电流刺激的触感呈示和基于静电力的触感呈示，能呈示复杂的触感。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1(1)是本发明的实施方式I所涉及的带触控面板功能触感呈示装置的一部分的俯视图。图1(2)是图1(1)所示的触感呈示装置的在通过“A— A”的平面的纵截面图。
[0019]图2(1)是表示使图1(1)所示的触感呈示装置中的第I电极作为静电型触感呈示电极发挥功能的状态的一例的图。图2(2)是电压源所发生的电压的驱动波形。图2(3)是表示将手指配置在图2(1)的触感呈示装置中的第I电极表面上时的状况的部分截面图。
[0020]图3(1)是使表示图1(1)所示的触感呈示装置中的第2电极作为电流型触感呈示电极发挥功能的状态的一例的图。图3(2)是电流源产生的电流的驱动波形。图3(3)是表示将手指配置在图3(1)的触感呈示装置中的第2电极表面上时的状况的部分截面图。
[0021]图4是表示使图1(1)所示的触感呈示装置中的第I电极作为触摸传感器发挥功能的状态的一例的图。
[0022]图5是表示本发明的实施方式2所涉及的带触控面板功能触感呈示装置中的第I电极的构成的图。
[0023]图6(1)是本发明的实施方式3所涉及的带触控面板功能触感呈示装置的一部分的俯视图。图6(2)是图6(1)所示的触感呈示装置的在通过“A— A”的平面的纵截面图。
[0024]图7(1)是表示兼用电流型触感呈示功能和触摸传感器功能的电极的组合模式的表。图7(2)是表示兼用静电型触感呈示功能和触摸传感器功能的电极的组合模式的表。
[0025]图8是表示在图1所示的静电型触感呈示电极和电流型触感呈示电极配置在同一平面的触感呈示装置中，电流型触感呈示电极和触摸传感器电极、以及静电型触感呈示电极和触摸传感器电极通过空间分割或时间分割来分割功能时的分割组合的表。
[0026]图9是表示在图6所示的静电型触感呈示电极和电流型触感呈示电极配置在不同平面的触感呈示装置中，电流型触感呈示电极和触摸传感器电极、以及静电型触感呈示电极和触摸传感器电极通过空间分割或时间分割来分割功能时的分割组合的表。
[0027]图10是表示电流型触感呈示电极使用无维方式、无源矩阵方式、或有源矩阵方式的表、和静电型触感呈示电极使用无维方式、无源矩阵方式、或有源矩阵方式的表。
[0028]图11是表示实现触感呈示电极的组合的一例的触感呈示装置的构成的图。
[0029]图12(1)是表示图11所示的触感呈示装置中的第I电极作为静电型触感呈示电极而动作的样子的图。图12(2)是表示图11所示的触感呈示装置中的第2电极作为电流型触感呈示电极而动作的样子的图。
[0030]图13是表示实现触感呈示电极的组合的一例的触感呈示装置的构成的图。
[0031]图14(1)是表示图13所示的触感呈示装置中的第I电极作为触摸传感器电极或静电型触感呈示电极而动作的样子的图。图14(2)是表示图13所示的触感呈示装置中的第2电极作为电流型触感呈示电极而动作的样子的图。
[0032]图15A表示静电型触感呈示电极和电流型触感呈示电极配置在同一平面、电流型触感呈示电极和静电型触感呈示电极都作为专用电极发挥功能的触感呈示装置的制造方法的概略。
[0033]图15B表示静电型触感呈示电极和电流型触感呈示电极配置在同一平面、电流型触感呈示电极和静电型触感呈示电极都作为专用电极发挥功能的触感呈示装置的制造方法的概略。与图15A在截面的位置上不同。
[0034]图16A表示静电型触感呈示电极和电流型触感呈示电极配置在同一平面、电流型触感呈示电极和静电型触感呈示电极都作为专用电极发挥功能的触感呈示装置的制造方法的概略。
[0035]图16B表示静电型触感呈示电极和电流型触感呈示电极配置在同一平面、电流型触感呈示电极和静电型触感呈示电极都作为专用电极发挥功能的触感呈示装置的制造方法的概略。与图16A在截面的位置上不同。
[0036]图17A表示静电型触感呈示电极和电流型触感呈示电极配置在不同平面、电流型触感呈示电极和静电型触感呈示电极都作为专用电极发挥功能的触感呈示装置的制造方法的概略。
[0037]图17B表示静电型触感呈示电极和电流型触感呈示电极配置在不同平面、电流型触感呈示电极和静电型触感呈示电极都作为专用电极发挥功能的触感呈示装置的制造方法的概略。与图17A在截面的位置上不同。
[0038]图18A表示静电型触感呈示电极和电流型触感呈示电极配置在不同平面、电流型触感呈示电极和静电型触感呈示电极都作为专用电极发挥功能的触感呈示装置的制造方法的概略。
[0039]图18B表示静电型触感呈示电极和电流型触感呈示电极配置在不同平面、电流型触感呈示电极和静电型触感呈示电极都作为专用电极发挥功能的触感呈示装置的制造方法的概略。与图18A在截面的位置上不同。
【具体实施方式】
[0040]专利文献I记载的用于感觉刺激的方法以及装置，能进行基于静电力的触感呈示。另一方面，专利文献2记载的触感呈示装置以及其驱动方法、能进行基于电流刺激的触感呈示。若将这些装置以及方法的基于电流刺激的触感呈示和基于静电力的触感呈示搭载于I个触感呈示装置，则能同时呈示基于静电力的间接的触感和基于电流刺激的直接的触感这样不同的触感。但是，在基于静电力的触感呈示装置中形成基于电流刺激的触感呈示电极的情况下，利用静电力的触感呈示电极层夹着绝缘膜而配置在基于电流刺激的触感呈示电极层的背面。这种情况下，难以避免静电型触感呈示力的下降。
[0041]为此，在本公开中提供一种触觉呈示装置，不会导致利用静电力的静电型触感呈示力的下降，能兼顾基于电流刺激的触感呈示和基于静电力的触感呈示，呈示复杂的触感。
[0042]下面，参考附图来说明本发明的实施方式。
[0043](实施方式I)
[0044]1.1.触感呈示装置的构成
[0045]图1 (I)是本发明的实施方式I所涉及的带触控面板功能触感呈示装置2的一部分的俯视图，图1(2)是图1(1)所示的触感呈示装置2的在通过AA的平面的纵截面图。[0046]在图1所示的触感呈示装置2中，第I电极101是配置成同一平面状的由IOOnm厚的ITO(氧化铟锡)构成的多个静电型触感呈示电极4。第I电极101的形状是占一边为
0.8mm的正方形的大致四分之三的五角形，以正方形的中心间间距1mm、电极间隔0.2mm排
成同一平面状。
[0047]第2电极102是配置成同一平面状的由IOOnm厚的ITO(氧化铟锡)构成的多个电流型触感呈示电极6。第2电极102的形状是一边为0.8mm的正方形，以正方形的中心间间距2mm、与第I电极101隔开间隔0.2mm地排成同一平面状。
[0048]第I引出电极103是配置在第I电极101的下部、向面内的I个方向引出的多个电极。第2引出电极104是配置在第I电极101的下部、向与第I引出电极103不同的I个方向引出的多个电极。分别由厚度lOOnm、线宽50μπι的ITO(氧化铟锡)构成。
[0049]第3引出电极105是配置在第2电极102的下部、向面内的I个方向引出的多个电极。第4引出电极106是配置在第2电极102的下部、向与第3引出电极105不同的个方向引出的多个电极。分别由厚度IOOnm厚、线宽50μπι的ITO(氧化铟锡)构成。
[0050]绝缘膜107是覆盖第I电极101的上部而配置的由玻璃构成的绝缘体，在第I电极101的表面的厚度为I μ m。基板108是与第I电极101、以及第2电极102的下部相接的由玻璃构成的绝缘体。
[0051]多个第I电极101在各自的下部与第I引出电极103或第2引出电极104电连接。同样地，多个第2电极102在各自的下部与第3引出电极105或第4引出电极106电连接。
[0052]如以下说明那样，图1⑴所示的触感呈示装置2使第I电极101作为静电型触感呈示电极发挥功能，使第2电极102作为电流型触感呈示电极发挥功能，进而使第I电极101作为触摸传感器电极发挥功能。
[0053]在本实施方式的触感呈示装置2中，采用无源矩阵方式。由此，能以第I引出电极103为单位或以第2引出电极104为单位来选择多个第I电极101中的作为静电型触感呈示电极发挥功能的第I电极101。
[0054]另外，能以第3引出电极105为单位或以第4引出电极106为单位来选择多个第2电极102中的作为电流型触感呈示电极发挥功能的第2电极102。
[0055]进而，能以第I引出电极103为单位或以第2引出电极104为单位来选择多个第I电极101中的作为触摸传感器电极发挥功能的第I电极101。
[0056]触感呈示装置2的控制部以时间分割使第I电极101作为静电型触感呈示电极或触摸传感器电极发挥功能。另外，控制部由后述的数据处理部构成。
[0057]另外，上述的各电极的大小和配置间距不过是一例，当然还有其它的构成。
[0058]1.2.触感呈示装置中的静电触感呈示的动作
[0059]图2(1)是表示使图1⑴所示的触感呈示装置2中的第I电极101作为静电型触感呈示电极发挥功能的状态的一例的图。在图2(1)所示的触感呈示装置2中，使用第I电极101中的一部分作为正的静电作用电极111，使用剩下的第I电极101中的一部分作为负的静电作用电极112。对正的静电作用电极111施加规定的电压。
[0060]图2(3)是表示将手指配置在图2(1)的触感呈示装置2中的第I电极101表面上时的状况的部分截面图。如图2(3)所示，覆盖正的静电作用电极111和负的静电作用电极112的上部地形成绝缘膜107，人的手指等的电介质110置于该绝缘膜107上。另外，在正的静电作用电极111与负的静电作用电极112间设定电压源113。
[0061]图2(2)是电压源113所发生的电压的驱动波形。由电压源113对正的静电作用电极111施加正的电压，对负的静电作用电极112施加负的电压。此时，夹着绝缘膜107而在电介质(手指)110发生对置的电场。具体地，在与正的静电作用电极111对置的部分发生负的电荷，在与负的静电作用电极112对置的部分发生正的电荷。由此，在电介质(手指)110的电荷与正的静电作用电极111间、以及电介质(手指)110的电荷与负的静电作用电极112间，静电力起作用，电介质(手指)110在静电作用电极111、112的方向上受到静电力。通过使电压源113的电压随时间变动，电介质(手指)110受到的静电力发生变化，电介质(手指)HO在其表面感受到振动。
[0062]通常，在使手指与物体表面平行移动时，从物体表面的凹凸接受振动，通过该振动的强度以及频率来感受粗糙、光滑等触感。通过利用前述的静电力使手指感受振动，能虚拟地带来粗糙感光滑感。
[0063]具体地，在对正的静电作用电极111施加5?200V、对负的静电作用电极112施加0V、频率20?500Hz的电压时，能得到粗糙的感触。进而，电压越高粗糙的强度越强，电压越低粗糙的强度越弱。若所施加的电压为O?5V，则不会得到粗糙感，而能得到玻璃那样的滑溜触感。另外，在低的频率下能得到粗质的表面的感觉，在高的频率下能得到细质的表面的感觉。如此，在O?200V的电压、O?500Hz的频率下，能表现从玻璃那样的滑溜触感到粗糙的触感。
[0064]1.3.触感呈示装置中的电流触感呈示的动作
[0065]图3(1)是表示使图1⑴所示的触感呈示装置2中的第2电极102作为电流型触感呈示电极发挥功能的状态的一例的图。在图3(1)所示的触感呈示装置2中，使用第2电极102中的一部分作为正的电流作用电极115，使用剩下的第2电极102中的一部分作为负的电流作用电极116。在正的电流作用电极115流过规定的电流。
[0066]图3(3)是表示将手指配置在图3(1)的触感呈示装置2中的第2电极102表面上时的状况的部分截面图。如图3(3)所示，覆盖正的电流作用电极115和负的电流作用电极116的上部地放置人的手指等导体114。另外，在正的电流作用电极115与负的电流作用电极116间设定电流源117。
[0067]图3(2)是电流源117所发生的电流的驱动波形。通过电流源117，从正的电流作用电极115向负的电流作用电极116流过电流。即，在作为导体的手指114流过电流。由此，直接刺激皮肤的感觉神经。通过使电流源117的电流随时间变动，导体(手指)114受到的刺激发生变化，导体(手指)114感受到振动。
[0068]通常，在使手指在与有高低差的表面平行地移动时，从高低差的部分接受振动，通过该振动的强度以及频率，感受到高低差的大小和高低差的间隔等触感。通过利用前述的电流刺激来感受振动，能虚拟地带来高低差弓I起的凹凸感。
[0069]具体地，在对正的电流作用电极115与负的电流作用电极116间施加O?10mA、频率I?1200Hz的电流时，能得到高低差引起的凹凸感。进而，电流越大高低差越大、电流越小高低差越小地感受。若电流不足0.5mA，则感受不到高低差，能得到平坦的玻璃那样的触感。因此，在O?IOmA的电流、I?1200Hz的频率下，能表现从平坦的玻璃那样的触感到划过有高低差的面的触感。[0070]如前述那样，静电用触感呈示电极能带来粗糙感或光滑感。另一方面，电流型触感呈示电极能带来高低差引起的凹凸感。将作为细微的电极的两电极大量混合来一起具有的本实施方式的触感呈示装置，能带来混合了粗糙感和凸凹感的复杂的触感。
[0071]1.4.触感呈示装置中的触控面板的动作
[0072]图4是表示使图1 (I)所示的触感呈示装置2中的第I电极101作为触摸传感器电极发挥功能的状态的一例的图。
[0073]在图4所示的示例中，对多个第2引出电极104中的第2引出电极104B施加驱动电压(触摸驱动)，依次检测各第I引出电极103的电位(触摸传感)。由此，多个第I电极101中的与第2引出电极104B电连接的第I电极101作为驱动电极IOlB而动作，与第I引出电极103连接的第I电极101作为传感电极IOlA而动作。
[0074]在对驱动电极IOlB施加例如交流信号的情况下，能从第I引出电极103得到与驱动电极IOlB与传感电极IOlA间的电容相应的交流信号。在驱动电极IOlB和传感电极IOlA的位置存在和不存在人的手指等的电介质的情况下，驱动电极IOlB与传感电极IOlA间的静电电容不同。由此，通过对驱动电极IOlB施加交流电压，测定传感电极IOlA的波形，能检测驱动电极IOlB与传感电极IOlA间的电容。然后，能基于该电容来检测有无人的手指等的电介质。另外，能根据驱动的第2引出电极104和检测到信号的第I引出电极103的位置来特定人的手指等的电介质的位置。进而，通过将施加交流电压的第2引出电极104依次变更为例如相邻的第2引出电极104，能依次变更作为驱动电极IOlB发挥功能的第I电极101。由此，使配置多个第I电极101的触感呈示装置2作为触控面板而动作，能检测触控面板的触摸面内的人的手指等的电介质的位置。
[0075]1.5.本实施方式的变形例
[0076]在本实施方式中，构成为第I电极101作为触摸传感器的驱动电极、触摸传感器的传感电极、触感呈示用的正的静电作用电极以及触感呈示用的负的静电作用电极而动作。当然，也能使第2电极102作为触摸传感器的驱动电极、触摸传感器的传感电极、触感呈示用的正的电流作用电极以及触感呈示用的负的电流作用电极而动作地，构成第3引出电极105以及第4引出电极106。
[0077]在本实施方式中，第I电极101的形状设为5角形，但为了在静电触感呈示功能或触控面板功能中使用，只要是在与人的手指等间形成静电电容的形状，就没有特别的限定。例如也可以是正方形或长方形、6角形、圆形等。
[0078]另外，第2电极102的形状设为正方形，但为了在电流触感呈示功能中使用，只要能向人的手指等流过电流，就没有特别的限定。例如也可以是长方形、6角形、圆形等。
[0079]另外，构成第I电极101、第2电极102、第I引出电极103、第2引出电极104、第3引出电极105、第4引出电极106的材料设为IOOym厚的ΙΤ0，但只要是电导体就没有限定，这一点是明确的。例如除了 ITO以外，也可以使用ZnO(氧化锌)等的金属氧化物、或Al和Cu、Ag、Au等金属、导电性有机材料等。
[0080]另外，作为绝缘膜107以及基板108使用玻璃，但只要是绝缘材料，在材料上就没有限定。例如也可以使用PET、聚酰亚胺等的有机绝缘体等。另外，作为第I电极101、第2电极102、第I引出电极103、第2引出电极104、第3引出电极105、第4引出电极106、以及绝缘膜107的材料，只要使用ITO或ZnO、玻璃等对可见光线为“透明”的材料，则即使在液晶显示器或有机EL显示器、等离子显示器等图像显示装置的前面配置带触控面板功能触感呈示装置，也不会损害图像显示装置的显示功能。
[0081]在此，所谓“透明”，是指用人的眼睛来看时能视觉辨识图像。因此，即使可见光域的波长的光的透射率低，只要是能视觉辨识显示在显示器的图像的程度即可。
[0082]另外，第I电极101、第2电极102、第I引出电极103、第2引出电极104、第3引出电极105、第4引出电极106，还能用虽然在可见光的波长域不透明但细到人的眼睛不能视觉辨识的程度的Ag等的金属或碳纤维。
[0083]在本实施方式中，覆盖第I电极101的表面的绝缘膜107的厚度设为I μ m，但厚度并不限定于此。
[0084]在正的静电作用电极111与负的静电作用电极112间施加随时间变化的电压的状态下，电介质(手指)110存在于绝缘膜107的表面近旁时、由电介质(手指)110从第I电极101受到的每单位面积的静电力的变化量Af/s，通过以下的数式I来表征。
[0085][数I]
[0086]
【权利要求】
1.一种触感呈示装置，具备: 配置在同一平面上、被绝缘膜覆盖的多个第I电极； 配置在所述平面上、将上表面露出到外部的多个第2电极；和 控制部，其并行进行第I动作和第2动作，其中该第I动作对所述多个第I电极中的一部分第I电极施加随时间变化的第I电压，通过该一部分第I电极产生变化的电场，该第2动作在所述多个第2电极中的一部分第2电极加上随时间变化的第I电流，从该一部分第2电极介由导体向与该一部分第2电极不同的第2电极流过电流。
2.根据权利要求1所述的触感呈示装置，其中， 所述控制部以时间分割或空间分割来进行第3动作和所述第I动作，其中，该第3动作对所述多个第I电极中的一部分第I电极施加随时间变化的第2电压，在该状态下检测在剩下的第I电极中的至少一部分第I电极产生的电压，基于检测到的电压来检测存在于自装置近旁的电介质的位置。
3.根据权利要求1所述的触感呈示装置，其中， 所述控制部以时间分割或空间分割进行第4动作和所述第2动作，其中该第4动作对所述多个第2电极中的一部分第2电极施加随时间变化的第3电压，在该状态下检测在剩下的第2电极中的至少一部分第2电极产生的电压，基于检测到的电压来检测存在于自装置近旁的电介质的位置。
4.根据权 利要求1~3所述的触感呈示装置，其中， 所述触感呈示装置具备: 作为绝缘体的基板； 配置在与所述基板的主表面平行的同一平面上、被绝缘膜覆盖的多个第I电极； 配置在所述平面上、将上表面露出到外部的多个第2电极； 电连接所述多个第I电极和所述控制部、配置在与所述基板的主表面平行的面上的多个第I引出电极；和 电连接所述多个第2电极和所述控制部、配置在与所述基板的主表面平行的面上的多个第2引出电极。
5.根据权利要求4所述的触感呈示装置，其中， 所述基板、所述多个第I电极、所述多个第2电极、所述绝缘膜、所述多个第I引出电极、和所述多个第2引出电极由透明的材料构成。
6.根据权利要求5所述的触感呈示装置，其中， 与图像重叠来呈示与图像对应的触感。
7.—种触感呈不方法， 在同一平面上配置被绝缘膜覆盖的多个第I电极， 在所述平面上配置将上表面露出到外部的多个第2电极， 并行进行第I动作和第2动作，其中该第I动作对所述多个第I电极中的一部分第I电极施加随时间变化的第I电压，通过该一部分第I电极产生变化的电场，该第2动作在所述多个第2电极中的一部分第2电极加上随时间变化的第I电流，从该一部分第2电极介由导体向与该一部分第2电极不同的第2电极流过电流。
8.根据权利要求7所述的触感呈示方法，其中，以时间分割或空间分割来进行第3动作和所述第I动作，其中该第3动作对所述多个第I电极中的一部分第I电极施加随时间变化的第2电压，在该状态下检测在剩下的第I电极中的至少一部分第I电极产生的电压，基于检测到的电压来检测存在于自装置近旁的电介质的位置。
9.根据权利要求7所述的触感呈示方法，其中，
以时间分割或空间分割来进行第4动作和所述第2动作，其中该第4动作对所述多个第2电极中的一部分第2电极施加随时间变化的第3电压，在该状态下检测在剩下的第2电极中的至少一部分第2电极产生的电压，基于检测到的电压来检测存在于自装置近旁的电介质的位置。
【文档编号】G06F3/01GK103765349SQ201380002855
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年6月20日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】和久田大介, 铃木武, 小掠哲义, 平野浩一 申请人:松下电器产业株式会社