JP2012511360A - 神経刺激を提供する装置及び関連方法 - Google Patents

Abstract

装置は、前記装置の外面のうち、光透過性電極に近い部分に接触するユーザに、経皮的神経電気刺激を提供するよう構成された、前記光透過性電極を含む。
【選択図】図３Ｂ

Description

本明細書は、電気的神経刺激を提供する装置および関連方法に関する。

タッチスクリーンディスプレイは、電気消費財の分野で既知である。

本明細書は、装置の外面のうち、光透過性電極に近い部分に接触するユーザに、経皮的神経電気刺激（ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｎｅｒｖｅ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）を提供するよう構成された前記光透過性電極を含む、前記装置を提供する。

さらに、本明細書は、基板と、前記基板に支持された２次元配列の電極と、前記電極のうちの１つ以上に神経刺激電位を選択的に提供するよう構成された刺激回路とを含む装置を提供する。

さらに、本明細書は、光透過性電極を使用して、前記装置の外面のうち、前記光透過性電極に近い部分に接触するユーザに経皮的神経電気刺激を提供するステップを含む方法を提供する。

さらに、本明細書は、基板に支持された２次元配列の電極を動作させる方法であって、前記電極のうちの１つ以上に神経刺激電位（ｎｅｒｖｅ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を選択的に提供するステップを含む、方法を提供する。

さらに、本明細書は、第１の基板層を設けるステップと、前記第１の基板層に複数の凹部領域を形成するステップと、前記第１の基板層上に第１の複数の導電路（ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｔｒａｃｋ）を形成するステップと、前記凹部領域に第２の基板層を設けるステップと、前記第２の基板層上に第２の複数の導電路を形成するステップと、前記第２の基板層上および前記第２の複数の導電路上に、第３の基板層を設けるステップとを含む方法を提供する。

さらに、本明細書は、複数の突起が形成された型を設けるステップと、第１の複数の導電路を前記型上に形成するステップと、前記型のうち、前記突起間の領域上に、第１の基板層を設けるステップと、前記第１の基板層上に第２の複数の導電路を形成するステップと、前記第１の基板層上および前記第２の複数の導電路上に第２の基板層を設けるステップと、前記型を除去するステップと、前記除去された型によって空けられた体積内に、第３の基板層を設けるステップとを含む方法を提供する。

電子デバイスの平面図である。 図１Ａの電子デバイスの概略断面図である。 別の実施形態による、図１Ａの電子デバイスの概略断面図である。 図１の電子デバイスのコンポーネントの簡略平面図である。 図２のコンポーネントの或る領域の拡大図である。 図３Ａに示されている領域の断面図である。 別の実施形態による、図３Ａに示されている領域の断面図である。 図３Ａに示されているコンポーネントの領域の第１の副層の平面図である。 図３Ａに示されているコンポーネントの領域の第１および第２の副層の平面図である。 図２のコンポーネントの一部分の概略平面図である。 図２の電極の一部分を制御する回路の略図である。 図２のコンポーネントを製造する方法を示すフローチャートである。 図２のコンポーネントを製造する別の方法を示すフローチャートである。 生物医学デバイスの略図である。

図面では、同じ参照番号は同じ構成要素を示す。

図１Ａは、電子デバイス１０、この例では移動電話の平面図を示す。移動電話１０は、ディスプレイ１０２、スピーカ１０４、マイクロホン１０６、および筐体１０８を含む。ディスプレイ１０２は、タッチセンシティブディスプレイである。図面では、ディスプレイ１０２は、番号１１０、通話機能１１２、および終話機能１１４を含むいくつかの選択可能オプションを含む、ダイヤル用ユーザインターフェースを表示している。オプションを選択するために、ユーザは、ディスプレイ１０２の外表面１１６（図１Ｂ参照）の所望のオプションに対応する位置に触れる。

図１Ｂは、図１ＡでＡと示されている線での移動電話１０の概略断面図を示す。筐体１０８は、ディスプレイ１０２の側面１１８および裏面１２０を囲む。筐体１０８の内側１２２およびディスプレイ１０２の裏面１２０が、移動電話１０の内部体積１２４を定義する。内部体積１２４は、電池１２６およびプロセッサ１２８を収容する。電池１２６は、プロセッサ１２８およびディスプレイ１０２に電力を供給する。プロセッサ１２８は、ディスプレイ１０２の動作を制御するようになっている。

ディスプレイ１０２は、ディスプレイパネル１３０およびタッチセンシティブ触覚フィードバック（ＴＳＴＦ：ｔｏｕｃｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔａｃｔｉｌｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ）層１３２を含む。

ディスプレイパネル１３０は、ＬＣＤディスプレイパネルを含み、その動作および構造は、当該技術分野において周知である。なお、当然のことながら、代わりに他の種類のディスプレイパネルが使用されてもよい。

ＴＳＴＦ層１３２は、ディスプレイパネル１３０の上面１３４に重なる。ＴＳＴＦ１３２層は、ユーザの指がＴＳＴＦ層１３２の外表面１１６に触れることによる触覚入力を検出するよう動作可能である。さらに、ＴＳＴＦ層１３２は、ＴＳＴＦ層１３２の外表面１１６に触れるユーザの指に触覚フィードバックを提供するよう動作可能である。

図１Ｃは、別の実施形態による、移動デバイス１０の概略断面図を示す。この実施形態では、ＴＳＴＦ層１３２は、ディスプレイパネル１３０が位置する表面とは反対の、デバイス１０の表面上に設けられている。ＴＳＴＦ層は、ＴＳＴＦ層１３２の外表面１１６（図１Ｃでは下面）にユーザの指が触れることによる触覚入力を検出するよう動作可能である。さらに、ＴＳＴＦ層１３２は、ＴＳＴＦ層１３２の外表面１１６に触れるユーザの指に触覚フィードバックを提供するよう動作可能である。

当然のことながら、ＴＳＴＦ層１３２は、移動デバイス１０の任意の外面の中または上に設けられるとよい。例えば、ＴＳＴＦ層は、デバイスの側面に位置し、トラックホイールに取って代わってもよい。さらに、当然のことながら、移動デバイス１０は、２つ以上のＴＳＴＦ層１３２を含んでもよい。例えば、１つのＴＳＴＦ層が、デバイスのディスプレイの上に位置してもよく、もう１つが、デバイス１０の裏に位置してもよい。

図１Ｃのデバイスのユーザは、ディスプレイパネル１３０の領域上に表示される選択可能オプションに対応するＴＳＴＦ層１３２のエリアに触れることによってタッチ入力を提供するとよい。

図２は、ＴＳＴＦ層１３２の簡略平面図を示す。ＴＳＴＦ層１３２は、グリッド配列に配置された複数の電極１３６を含む。各電極１３６は、ユーザの指がＴＳＴＦ層１３２の外表面１１６に触れることによる触覚入力を検出するよう個々に動作可能である。さらに、各電極は、ＴＳＴＦ層１３２の外表面１１６に触れるユーザの指に触覚フィードバックを提供するよう個々に動作可能である。

ＴＳＴＦ層１３２は、光透過性である。よって、可視光がＴＳＴＦ層１３２を通過でき、拡散はほとんど、または全くない。ＴＳＴＦ層１３２の下にあるディスプレイパネル１３０によって表示されるイメージは、ユーザにはっきりと見える。当然のことながら、ＴＳＴＦ層１３２全体が光透過性であるため、その構成部品も光透過性である。よって、電極１３６は光透過性である。当然のことながら、図１Ｃのものなど、ディスプレイパネル１３０の上に位置しないＴＳＴＦ層１３２はそうではなく、光不透過性または半透明であってもよい。

図３Ａは、図２でＢと示されているＴＳＴＦ層１３２の領域を示す。図３Ｂは、図３ＡでＣと示されている線に沿った、ＴＳＴＦ層１３２の領域Ｂの断面図である。複数の電極１３６はそれぞれ、第１の電極素子１３８および第２の電極素子１４０から成る。第１の電極素子１３８は、空き領域１４４を囲む導電領域１４２を有する。導電領域１４２は、環状である。第２の電極素子１４０は、第１の電極素子１３８の空き領域１４４の中心に位置する。第２の電極素子１４０は正方形である。第１および第２の電極素子１３８、１４０は、その中心がほぼ同じ場所にある。

各電極１３６の第１の電極素子１３８はそれぞれ、隣接した２つの電極１３６の第１の電極素子１３８に、第１の接続素子１４６によって接続される。このように、第１の電極素子１３８の縦列１４８は、直列接続されている。この、接続された第１の電極素子１３８の縦列１４８が、ＴＳＴＦ層１３２の全長にわたって延びている。当然のことながら、各縦列１４８の両端にある第１の電極素子１３８は、１つだけの他の第１の電極素子１３８に接続される。

第１の電極素子１３８の各縦列１４８は、両端において第１の電源（図示せず）に接続される。第１の電源は、第１の電極素子１３８の各縦列に個別に電位を提供するよう動作可能である。第１の電源は、電池１２６から得られる電力を提供する。当然のことながら、別の電力源を有するデバイスでは、第１の電源は、その別の電力源から得られる電力を提供するとよい。別の電源は、例えば、充電入力で受信され得るものなど、変換された商用電源とすることもできる。

図３Ｂから明確であるように、第１の電極素子１３８のそれぞれおよび第１の接続素子１４６のそれぞれは、第１の平面にある。図３Ａでは、第１の平面は、ページの平面と平行であり、図３Ｂでは、第１の平面は、ページの平面に対して垂直である。

各電極１３６の第２の電極素子１４０はそれぞれ、隣接した２つの電極１３６の第２の電極素子１４０に、第２の接続素子１５０によって接続される。このように、第２の電極素子１４０の横列１５２は、直列接続されている。この、接続された第２の電極素子１４０の横列１５２が、ＴＳＴＦ層１３２の全幅にわたって延びている。当然のことながら、各横列１４８の両端にある第２の電極素子１４０は、１つだけの他の第２の電極素子１４０に接続される。

各第２の接続素子１５０はそれぞれ、平面部１５４および２つの中間部１５６を含む。第２の電極素子１４０は、第２の接続素子１５０の平面部１５４とは違う平面にある。第２の電極素子１４０は、実質的に第１の平面にある。これは、第１の電極素子１３８がある平面である。当然のことながら、代わりに、第１および第２の素子は同じ平面になくてもよい。第２の接続素子１５０の平面部１５４は、第１の平面に対して実質的に平行な第２の平面に位置する。第２の平面は、第１の平面と比べて、ＴＳＴＦ層１３２の外表面１１６から、より遠い。よって、第２の接続素子１５０は、第１の電極素子１３８の下を通る。

第２の接続素子１５０それぞれの２つの中間部１５６はそれぞれ、第２の接続素子の平面部１５４を第２の電極素子と接続する。中間部１５６は、第１の平面と、第２の平面との間に延びる。

第１の電極素子１３８の各縦列１４８は、両端において第１の電源（図示せず）に接続される。第２の電極素子１４０の各横列１５２は、両端において第２の電源（図示せず）に接続される。第１の電源は、第１の電極素子１３８の各縦列に個別に電位を提供するよう動作可能である。第２の電源は、第２の電極素子１４０の各横列に個別に電位を提供するよう動作可能である。第１および第２の電源は、電池１２６から得られる電力を提供する。当然のことながら、別の電力源を有するデバイスでは、第１および第２の電源は、その別の電力源から得られる電力を提供するとよい。別の電源は、例えば、変換された商用電源とすることもできる。

第１の電極素子１３８の縦列１４８および第２の電極素子１４０の横列１５２は、実質的に互いに垂直である。しかし、代わりに非垂直に配置されてもよい。

電極１３６は、ユーザの指先の神経に電気刺激を提供するよう、個別に動作可能である。当然のことながら、電極はさらに、例えば、次に限定はされないが、手首の皮膚またはそれより上の皮膚など、ユーザの皮膚の任意の位置に電気刺激を提供するよう個別に動作可能であってもよい。

電極１３６間の距離Ｄ２は、ミリメートル未満からミリメートルの範囲であるとよい。距離Ｄ２は、例えば０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲としてもよい。距離Ｄ２は、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲とすると有利である。距離Ｄ２は、例として０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲としてもよい。指先の受容体は、この間隔によって、２つの別々の電極１３６からユーザが電気刺激を検出できるような密度である。電極１３６間のこの間隔Ｄ２において、環状の第１の電極素子１３８の半径Ｄ３は、約Ｄ２／４またはＤ２／４弱、例として１００μｍとしてもよく、第２の電極素子の幅Ｄ４は、約Ｄ２／８またはＤ２／８弱、例として５０μｍとしてもよい。

ＴＳＴＦ層１３２は、第１の副層１５８、第２の副層１６０、および第３の副層１６２の３つの副層を含む。

第１の副層１５８は、均一の厚さのベース部１６４を含む。ベース部１６４の底面１６６は、ＴＳＴＦ層１３２の底面１６６を構成または形成する。ベース部１６４の上面１６８から、実質的に台形の断面を有する複数の隆起１６８が延びている。当然のことながら、代わりに、複数の隆起１６８は例えば、次に限定はされないが、半球状などの別の断面形状を有してもよい。当然のことながら、第２の電極素子１４０の横列１５２を隆起１６８の上面に提供できる限り、隆起１６８の厳密な形状は重要でないと考えられる。

第２の電極素子１４０は、第１の副層１５８の隆起１６８上に提供されずに、細長くない突起の上に第２の電極素子が提供されてもよい。例えば、突起は、第１の副層１５８のベース部１６４から延びる、３次元台形、すなわち截頭四角錐形であってもよい。したがって、この実施形態では、第１の副層１５８は、第２の電極素子１４０を支える２次元配列の突起を有する平らなベース部１６４を含むとよい。第２の副層１６０は、２次元配列の突起を囲んでベース部１６４の領域上に提供されるとよい。第２の副層１６０は、突起の高さくらいにまで延びるとよい。突起同士は、一定または非一定の間隔が空けられるとよい。

隆起１６８は、互いに等距離にある。なお、当然のことながら、代わりに隆起１６８間の間隔は、均一ではなく変化してもよい。例えば、第１の副層１５８が、一定または非一定の間隔を空けた隆起１６８のグループを複数含むよう、隆起１６８が提供されてもよい。このようにして、一定または非一定の間隔を空けた電極１３６のグループが提供されてもよい。隆起１６８は、第１の副層１５８の全長にわたって延びている。

第２の電極素子１４０の横列１５２は、第１の副層１５８の上面上に提供される。第２の電極素子１４０の横列１５２は、隆起１６８の縦軸に対し垂直である。第２の接続素子１５０の平面部１５４は、ベース部１６４の上面１６８の、隆起１６８間の領域に位置する。中間部１５６は、隆起１６８の傾斜辺１７０に位置する。第２の電極素子１４０は、隆起１６８の上面１７２に位置する。図４Ａは、接続された第２の電極素子１４０の横列１５２が上にある、第１の副層１５８の平面図を示す。第２の電極素子１４０の横列１５２は、互いに等距離にある。なお、当然のことながら、代わりに、横列１５２間の間隔は、均一ではなく変化してもよい。例えば、横列１５２は、一定または非一定の間隔を空けられた横列１６８の複数のグループとして提供されてもよい。このように、一定または非一定の間隔を空けた電極１３６のグループが提供されるとよい。

第２の副層１６０は、第１の副層１５８の隆起１６８の間の領域に提供される。第２の副層１６０は、第１の副層１５８のベース部１６４から、第１の副層１５８の隆起１６８の上端１７２の高さくらいまで延びる。したがって、第２の副層１６０は、隆起１６８間の別々の異なる領域１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄを含む。第２の副層１６０の別々の領域１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄは、図３Ｂに示すように、実質的に台形の断面を有する。当然のことながら、代わりに、複数の隆起１６８は例えば、次に限定はされないが、半球状などの別の断面形状を有してもよい。図４Ｂは、第１および第２の副層１５８、１６０、ならびにその上に位置する第２の電極素子１４０の平面図を示す。

第１の電極素子１３８の縦列１４８（図４Ｂには示さず）は、第２の副層１６０の上面１７２に、接続された第２の電極素子１４０の横列１５２に対して垂直方向に設けられる。なお、当然のことながら、代わりに横列１５２および縦列１４８は、互いに垂直でなくてもよく、互いに別の角度で設けられてもよい。

第３の副層１６２は、接続された第１の電極素子１３８の縦列１４８が上に提供された、第２の副層１６０の上に提供される。第３の副層１６２は、平らな上面を有し、これがＴＳＴＦ層１３２の外表面１１６を構成する。

接続された第１の電極素子１３８の縦列１４８は、電導性材料を含む。接続された第２の電極素子１４０の横列１５２は、電導性材料を含む。接続された第１の電極素子１３８の縦列１４８および接続された第２の電極素子１４０の横列１５２は、光透過性材料を含む。適切な材料には、透明薄層として提供される、カーボンナノチューブネットワーク（ＣＮＴＮ：ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）、インジウムチタン酸化物（ＩＴＯ：ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｔａｎｉｕｍ−ｏｘｉｄｅ）フィルム、例えば酸化亜鉛などのワイドバンドギャップ酸化物、および金または銀の薄層が含まれるが、これらに限定はされない。当然のことながら、微視的規模では、これらの材料は光透過性でなくてもよい。しかし、対象の巨視的規模では、これらの材料は、ＴＳＴＦ層１３２を通してディスプレイパネル１３０に表示されるイメージをユーザがはっきりと見ることができるよう十分に透過的である。接続された第１および第２の電極素子１３６、１４０の厚さＤ１（図３Ｂ参照）は、ナノメートル〜ミクロン単位の範囲であるとよい。例として、厚さＤ１は、２０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲であるとよい。当然のことながら、代わりにＤ１の他の値が適切なこともある。

ＴＳＴＦ層１３２の３つの副層１５８、１６０、１６２は、光透過性である。第１および第２の副層１５８、１６０は、電気絶縁性誘電材料を含む。第１および第２の副層１５８、１６０に適切な材料には、シリコーン、ポリイミド、ポリ（メタクリル酸メチル）（アクリルガラス）、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、またはポリエチレンテレフタレートが含まれるが、これらに限定はされない。

副層の材料は、ＴＳＴＦ層１３２と、ディスプレイパネル１３０との間の効果的な屈折率（ＲＩ：ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）マッチングを提供するように選ばれるとよい。さらに、副層の材料は、副層同士の間の効果的な屈折率（ＲＩ）マッチングを提供するように選ばれるとよい。これにより、ＴＳＴＦ層１３２中の光の透過を最適化できる。可能であれば、別々の副層に同じ材料を利用することが有益であると考えられる。適切な材料は、ディスプレイパネルに一般に使用される光学ガラスのＲＩにマッチするよう、約１．５の屈折率を有する傾向にある（シリコーンのＲＩは１．３８〜１．６、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））：ポリ（メタクリル酸メチル））のＲＩ＝１．５９）。

第３の副層１６２は、電気絶縁性である。これは、電極が、確実にユーザの指から電気絶縁されるようにする。こうすることで、ユーザの指がぬれていること、または汚れていることによる、デバイスの動作への影響が軽減されるとよい。第３の副層１６２は、外部環境から電極１３６を保護する特性を有する。こうした特性には、疎水性であること（水との親和性がまったくまたはほとんどない）、自己洗浄性であること、傷が付きにくいこと、ならびに油／グリースをはじくこと（疎油性（ｏｌｅｏｐｈｏｂｉｃ））のうち、いずれか１つ以上が含まれ得るが、これらに限定はされない。自己組織化単分子膜被覆が、第３の副層１６２の外表面１１６上に堆積されてもよい。第３の副層１６２は、疎水性および／または疎油性両方を呈してもよい。これは、指先と、外表面１１６との接点の乾燥した状態を作り、それを維持する。あるいは、またはさらに、外表面１１６は、微視的に、またはナノスケールで、粗くてもよい。これは、外表面１１６上の汚染物質または異物の接触面積を減らす。あるいは、第３の副層１６２は、光触媒および親水処理ができるようになっていてもよい。これは、任意の適切な方法で実現されるとよい。第３の副層１６２は、例えば、シリコーン、ポリイミド、ポリ（メタクリル酸メチル）（アクリルガラス）、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、またはポリエチレンテレフタレートから成るとよい。

ＴＳＴＦ層１３２の全体的な厚さＤ５は、ミクロン〜ミリメートル単位の範囲であるとよい。例として、ＴＳＴＦ層１３２の全体的な厚さＤ５は、５０μｍ〜３００μｍの範囲であるとよい。第１および第２の副層１５８、１６０を合わせた厚さＤ６は、厚さＤ５よりわずかに薄いとよい。なお、当然のことながら、Ｄ６は、必然的にＤ５よりも薄くなければならない。第３の副層１６２は、ミクロン未満〜ミクロン単位の範囲の厚さＤ７であるとよい。第３の副層１６２の厚さＤ７は、ユーザの皮膚との効率的な静電容量結合のための要件によって制限される。Ｄ７の値は、５００ｎｍ〜２μｍの範囲であるとよい。当然のことながら、ＴＳＴＦ層の光透過性の所望の効果、タッチ入力を検出する能力、およびユーザに触覚フィードバックを提供する能力を提供しながら、他の厚さが適切であることもあり得る。

第１および第３の副層１５８、１６２の間に電極１３６を封入することによって、電極は、腐食、摩耗、侵食および同様のことから保護されるとよい。したがって、ＴＳＴＦ層１３２は、比較的耐久性がある。

図３Ｃは、別の実施形態による、図３Ａに示されている領域の断面図である。図３Ｃでは、ＴＳＴＦ層がさらに、ガード電極１７３を含む。図面の他のコンポーネントは、図３Ｂに示されているものと同じであるが、参照番号は省略した。ガード電極１７３は、第１および第２の接続素子の間の寄生静電容量結合を無効にすることによって、ＴＳＴＦ層１３２の入力検出機能性の性能を高めるとよい。

ガード、すなわちグランド電極１７３は、第１および第２の電極素子１４８、１４０が実質的に位置する第１の平面と、第２の接続素子１５０がある平面との間に位置する。こうした実施形態では、第２の副層１６０は、２つのセクションとして提供されてもよい。第１のセクションは、第１の副層１５８から、隆起１６８または突起の高さの約半分まで延びるとよい。ガード電極１７３は、第２の副層１６０の第１のセクションの上に提供されるとよい。第２の副層１６０の第２のセクションは、ガード電極１７３の上に提供されるとよい。ガード電極１７３は、第２の副層１６０によって、第１および第２の電極素子の縦列および横列から電気絶縁される。ガード電極１７３は、ＴＳＴＦ層１３２の、複数の隆起１６８の間の領域に位置する。ガード電極１７３は接地されるとよい。

隆起１６８の代わりに複数の突起を含む実施形態では、ガード電極１７３は、ＴＳＴＦ層１３２の、各突起の間の領域に位置する。これらの実施形態では、ガード電極１７３は、ＴＳＴＦ層１３２の全エリアにわたって提供される単層の導電材料から形成されるとよく、ただし突起を囲む空の領域があるとよい。空の領域は、突起の形状に従って成形されるとよい。ガード電極１７３は接地されるとよい。

別の実施形態によれば、ガード電極は再分割されてもよい。これらの実施形態では、ガード電極に、動的に制御されるとよいオフセット電位が提供されるとよい。

ＴＳＴＦ層１３２は、電極１３６と、ユーザの指先との間の静電容量結合の結果として、タッチ入力を検出するよう動作可能である。再び図３Ｂを参照する。第１の電極素子１３８が、誘電材料の領域によってそれぞれの第２の電極素子１４０から離されていることが分かる。当然のことながら、第１および第２の電極素子１３８、１４０に電位差が印加されると、検出可能な静電容量を有する事実上のコンデンサが形成される。指先がＴＳＴＦ層１３２の外表面１１６に当てられるとき、指先は、誘電材料の領域（第３の副層１６２）によって、第１および第２の電極素子１３８、１４０から離されている。したがって、指先は、電極素子１３８、１４０のうちの少なくとも１つと異なる電位を有するため、その少なくとも１つの電極素子１３８、１４０と、指先との間にコンデンサが形成される。当然のことながら、指先は、複数の電極と同時に静電容量結合し得る。電極１３６と、指先との間の静電容量は、第１および第２の電極素子１３８、１４０、ひいては対応する横列１５２および縦列１４８の間の静電容量の値の変化をもたらす。１つ以上のトランジスタ回路（図示せず）が、各横列および各縦列と切り替え可能なように接続される。これらの回路は、特定の横列および縦列の組み合わせで生じる静電容量の変化を検出するよう動作可能である。トランジスタ回路（図示せず）は、プロセッサ１２８に接続され、プロセッサ１２８は、トランジスタ回路の出力に基づき演算を実行し、指先による接触が生じる横列および縦列の組み合わせを決定するよう構成されている。

あるいは、当然のことながら、トランジスタを含まないシステムが、電極のうちの１つ以上における静電容量の変化を検出するために使用されてもよい。

このように、プロセッサ１２８は、静電容量の変化が生じている少なくとも１つの電極１３６を特定するよう動作可能である。このように、プロセッサは、ＴＳＴＦ層１３２の表面でのタッチ入力の発生を検出し、その位置を、静電容量の変化が生じている単数または複数の電極の位置に少なくとも部分的に基づいて決定するよう動作可能である。

さらに、ＴＳＴＦ層１３２のタッチセンシティブ機能性は、デバイスが指紋スキャニング機能性を提供できるようにしてもよい。指先は、隆起およびくぼみの固有のパターンから成る。したがって、指先がＴＳＴＦ層１３２の外表面１１６と接触するとき、表面１１６と接触するのは指先の隆起のみであり、一方でくぼみは短い距離をおいて離れている。指先の隆起の下にある電極１３６には、くぼみの下の電極１３６とは異なる静電容量の変化が生じる。したがって、ＴＳＴＦ層１３２の電極１３６の離れている距離が、約０．５ｍｍと考えられる指先の隆起間の距離よりも小さければ、ＴＳＴＦ層１３２によるユーザの指紋の検出が可能である。デバイスが指紋スキャニングを実行できるようにするには、約１５０μｍの電極の離隔Ｄ２が適切である。当然のことながら、移動電話などのデバイスで指紋スキャニング機能性を提供することは、セキュリティ能力の大幅な強化を可能にする。こうしたセキュリティ能力は、移動電話の指紋ロックおよびロック解除、デバイスに記憶されている私的な文書の指紋ロックおよびロック解除などの機能を含み得る。さらに、セキュリティ能力は、ディスプレイパネル上に表示され選択可能オプションを表すグラフィックイメージであるとよいセキュアなアイコンアプリケーションなどの機能を含んでもよく、このオプションは、承認および／または許可された指紋による入力後のみ選択／実行することができる。さらに、ＴＳＴＦ層１３２を用いて移動デバイスに指紋スキャニング機能性を組み込むことで、追加の指紋スキャナを提供する必要がなくなる。これにより、指紋スキャニング機能性を含む移動デバイスの製造に関連する、全体的な材料費および材料表が縮小される。

さらに、ＴＳＴＦ層１３２は、移動電話１０のユーザに触覚フィードバックを提供するよう動作可能である。触覚フィードバックは、電極１３６と、指先との間の静電容量結合を利用することによってユーザに提供される。タッチ入力の検出に関して上記で説明したように、指先がＴＳＴＦ層１３２の外表面１１６に当てられると、指先が、指先の下にある単数の電極／複数の電極と静電容量結合する。この静電容量結合の結果、電荷がユーザの指先の神経終末において誘導される。神経終末において誘導される電荷は、第１および第２の電極１３８、１４０の間の電位差に依存する。神経終末において誘導される電荷が十分大きければ、ユーザに触感を提供することができる。ユーザの神経終末において十分に大きな電荷を提供するのに適切な電位差は、約１０Ｖまたは１０Ｖ弱である。これは、経皮的神経電気刺激（ＴＥＮＳ：ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｎｅｒｖｅ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）として既知である。経皮的、または経皮性刺激は、皮膚を経由して、または皮膚を通して生じる。ユーザは、最適な触覚刺激が感じられるまで刺激電位差を増加または減少させることによって、触覚刺激の強さを調整するとよい。これは、例として、移動デバイスのメニューシステムを介してアクセスされるとよい調整機能によって実現されるとよい。

この神経刺激は、いくつかの異なる方法で利用され得る。ユーザにフィードバックを提供するために使用されてもよい。ＴＳＴＦ層１３２を介するタッチ入力の検出に続いて、ＴＳＴＦ層１３２は、タッチ入力が受け取られた電極１３６を作動させてユーザの指先の神経刺激を提供するよう、プロセッサ１２８によって制御される。その結果として、ユーザには、タッチ入力がデバイス１０によって記録されたことが分かる。

ＴＳＴＦ層１３２によって提供される触覚フィードバックは、関係のある電極１３２のみが触覚刺激を提供するよう制御されるという意味で、非常に局所的である。この結果、局所的な触覚フィードバックを提供できないメカニズムと比較して、電力消費が少ない。さらに、ＴＳＴＦ層１３２は、デバイス自体の機械振動を提供する電圧または電磁アクチュエータを使用するデバイスと比較して、よりエネルギー効率が優れていると考えられる。さらに、触覚フィードバックを提供するためにデバイスの機械振動を利用するデバイスは、タッチ入力の検出と、ユーザへの触覚フィードバックの提供とのために、２つの別々のシステムを必要とする。ＴＳＴＦ層１３２は、これらの機能性の両方を同じハードウェアによって提供することができる。その結果、材料表を縮小できる。

触覚刺激は、ディスプレイパネル１３０上に表示されるイメージに従って、ユーザに触覚情報を伝達するためにも使用することができる。例えば、ディスプレイパネル１３０上に選択可能オプション、例えばソフトキーが表示されると、ディスプレイパネル１３０の選択可能オプションの位置に対応するＴＳＴＦ層１３２の電極１３６が作動されるとよい。こうすることで、ユーザの指が、選択可能オプションに対応するＴＳＴＦ層１３２の表面のエリアと接触した状態になると、指先の神経受容体が、作動した電極１３６によって刺激されることになり、その結果、選択可能オプションに対応する場所にユーザの指先があることがユーザに示される。他のエリアには電圧が印加されていないため、別のエリアの指先は刺激されないことになる。

選択可能オプションは、異なる色、明るさまたはパターンの領域によって境界が示される特定の色、明るさまたはパターンの領域としてディスプレイパネル１３０に表示されてもよい。あるいは、例えばインターネットブラウザのリンクの場合は、オプションと周囲の領域との間に、異なる種類の、目に見える定義があってもよい。リンクはディスプレイ上に、例えば単語、フレーズ、文、またはＵＲＬとして表されてもよい。リンクのテキストが特定の色であり、背景が異なる色であってもよい。あるいは、またはさらに、リンクのテキストには下線が引かれてもよい。当然のことながら、テキストに対応する領域で、ＴＳＴＦ層１３２にタッチ入力が印加されると、リンクが選択される。なお、さらに、リンクを囲む背景領域の小さな領域があってもよく、これは、タッチ入力によって選択されると、やはりリンク先に進むことになる。いずれの場合でも、選択可能オプション間の境界がユーザにはっきりと見えるか見えないかにかかわらず、ディスプレイパネル１３０およびＴＳＴＦ層１３２を制御するプロセッサは、やはり境界を定義し、その内側の領域が選択可能オプションに対応し、その外側の領域は選択可能オプションに対応しない。

ユーザの指が、ディスプレイ画面上の選択可能オプションに対応するＴＳＴＦ層の領域と接触していることをユーザに示すよう、選択可能オプションの境界内のディスプレイパネル１３０の領域に対応する、ＴＳＴＦ層１３２の電極１３６が作動されるとよい。このように、境界は、ＴＳＴＦ層１３２のどの電極１３６が作動されるべきかを決定する。当然のことながら、ディスプレイパネル１３０には、２つ以上の選択可能オプションが同時に表示されてもよい。この場合、複数の境界が、作動される電極１３６の複数の領域を定義する。

ディスプレイパネルに表示されるオブジェクトは、選択可能オプションを表さなくてもよい。代わりに、別のオブジェクトを表してもよい。例えば、オブジェクトは、アイコン、スプライトなどであってもよい。この場合の触覚フィードバックは、ユーザがオブジェクトを特定したことをユーザに示してもよく、例としてその結果、ユーザは、オブジェクトをディスプレイ上の別の位置へドラッグすることができると分かる。

さらに、上記の機能性は、例えば、動画がディスプレイパネル１３０に表示されている場合など、動的な状況において実装されてもよい。例えば、波紋の動画がディスプレイパネル１３０によって表示されている場合、いつでも、波紋の細長い波のピーク位置に対応する電極が、指先の受容体の刺激を提供するよう作動されるとよい。その結果として、波紋の細長い波のピークが指先の「下を通る」ように見えるときに、ユーザの指先の受容体が刺激を受け、その結果「触覚の錯覚」が提供される。エネルギー効率を最大化するために、波紋の細長い波のピークの位置に対応し、且つユーザの指先の下にあると検出された当該電極のみが作動されるとよい。

動的な状況においても、境界が定義される。境界は、選択可能な領域を定義しなくてもよいが、その代わりに、例えば上記で説明した細長い波などのオブジェクトを定義するとよい。細長い波の場合、内側境界および外側境界の２つの境界が、作動される領域を定義するとよい。オブジェクトがディスプレイパネル１３０中を移動するとき、単数または複数の境界も移動する。このように、電極が作動される位置は、単数または複数の境界が移動するにつれて変化する。

当然のことながら、単数または複数の境界によって定義される電極１３６の作動のレベルは、均一でなくてもよい。例えば、細長い波のピークに対応する電極が、より高いレベルで作動される一方で、境界により近い当該電極は、より低いレベルで作動されてもよい。いずれの場合でも、当然のことながら、単数または複数の境界によって定義される作動領域外の電極１３６は作動されず、その一方で、単数または複数の境界によって定義される領域内の当該電極は作動される。

ＴＥＮＳは、例えば摩擦、粗さ、輪郭の段など、任意の必要な触覚効果を引き起こすために使用可能である。したがって、物理的なキーまたはボタンに触れるような総合的な錯覚を、残りの表面に対して浮き出た特徴を用いてユーザに伝達するよう、触覚刺激パターンが最適化されてもよい。例えば、より滑らかな表面の領域をより粗い表面の領域が囲む、２つの異なる領域を再現するよう電極を作動させることによって、ＴＳＴＦ層を使用して、浮き出たボタンが再現されてもよい。これらの領域の上を指が移動するときに経験される効果は、浮き出たボタンの上で指を動かしたときのものと似ているとよい。

選択可能オプション（またはディスプレイパネル１３０上の動画）に対応する電極１３６は、必ずしも、ディスプレイパネル１３０上の、選択可能オプションを示す画素の真上にある電極であるとは限らないと考えられる。代わりに、電極は、選択可能オプションのイメージからわずかにずれていてもよい。これは、ユーザがディスプレイ１０２を真上から見ていないこともあり、代わりにディスプレイ１０２の平面から９０度未満の角度から見ていることもあり、その補正となる。プロセッサ１２８は、ユーザが、選択可能オプションのイメージの真上にあると把握するＴＳＴＦ層１３２のエリアの電極であって、実際に真上にある当該電極ではない電極を作動させることによって、このずれを補正するよう動作可能であるとよい。当然のことながら、選択可能オプションのイメージの真上にあるとユーザが把握するエリアと、実際に選択可能オプションの上にあるエリアとは、大幅に重なり合うと考えられる。

ＴＳＴＦ層１３２によって提供される触覚刺激など、高度に画素化された触覚刺激は、ユーザの指がディスプレイ１０２をナビゲートするのを助ける、幅広い一連の有意義な情報を提供するために使用可能である。これは、改善されたユーザ−デバイス対話と、より高いユーザ満足度とをもたらす。情報は、いつくかの方法で、ＴＳＴＦ層１３２を介してユーザに伝達可能である。例えば、電気触覚刺激言語（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｔａｃｔｉｌｅ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｌａｎｇｕａｇｅ）が提供されてもよい。例として、短期間および長期間の刺激の組み合わせがそれぞれ、例えば個別の文字などの異なる所定の意味を有してもよい。

あるいは、電気触覚刺激言語は、利用できる様々なパラメータのうちの１つ以上を利用して、他のメッセージをユーザに伝達してもよい。当該のパラメータには、刺激周波数、パルス構造、パルス列パターン、信号変調振幅、および信号強度が含まれ得るが、これらに限定はされない。

ディスプレイパネルに表示される種々の種類の選択可能オプションが、それに関連する種々の電極作動パターンを有してもよい。例えば、実行されると取り消すことのできないアクションを実行させると考えられる「削除」または「出荷時設定リセット」オプションに対応する電極１３６は、オプションの深刻な結果をユーザに警告するよう設計された、関連の作動パターンを有してもよい。そのようなパターンには、例えば、短期間の非作動によって周期的に隔てられた、短期間の特に強い作動が含まれ得る。例えばウェブページ上のリンクなど、深刻である可能性がより低いオプションには、より弱く連続的な電極作動パターンが関連付けられてもよい。

以下、いくつかの適切な作動パターンについて説明する。第１のパターンは、等しく相当な持続時間にわたり、或る強さの作動と無作動とを、交互に作動させることを含むとよく、方形波に似る。第１のパターンの変形には、異なる周波数の方形波が含まれる。第２のパターンは、異なる持続時間の或る強さの作動と無作動とを、交互に作動させることを含むとよく、統一性のないマーク対スペース比の方形波に似る。第２のパターンの変形には、異なる周波数および／または異なるマーク対スペース比が含まれる。第３のパターンは、完全作動と、無作動との間の段階的な推移を含むとよい。段階的な推移は、上昇および／または下降であるとよい。段階的な推移は、正弦波プロファイルなど、曲線状の傾斜プロファイルを伴ってもよい。第２のパターンの変形には、異なる周波数、および／または異なる傾き、および／または立ち上がりおよび立ち下がりにおける異なる傾斜プロファイルが含まれる。

選択可能オプションの見込まれる重大性に電極作動パターンが関連するのではなく、選択の結果にかかわらず、同じ作動パターンが同じ種類のオプションと関連してもよい。例えば、「はい」オプションは、その選択の結果電話のメモリが削除されようと、または通話を開始させることになろうと、同じ関連する電極作動パターンを有してもよい。こうすることで、ユーザは徐々に、特定の作動パターンと、特定のオプションとを結び付けて考えることができるようになるとよい。

局所的な触覚フィードバックをユーザに提供するＴＳＴＦ層１３２の運用性について、以下、図５を参照して記載する。図５は、１０×６配列の電極１３６を含む、ＴＳＴＦ層１３２の一部分の略図を示す。電極の配列は、接続された第２の電極素子１４０の６つの横列１５２、および接続された第１の電極素子１３８の１０の縦列１４８を含む。図面では、縦列のそれぞれにｘ座標が割り当てられており、左側（第１）の縦列がｘ＝１であり、右側（第１０）の縦列はｘ＝１０である。各横列には、ｙ座標が割り当てられており、図５の最下（第１）の横列はｙ＝１であり、最上（第６）の横列はｙ＝６である。こうすることで、各電極１３６の構成要素である第１および第２の電極素子１３８、１４０の横列および縦列に基づき、各電極１３６を特定することが可能である。第１の電極素子１３８を縦列ｘ＝７に、第２の電極素子１４０を横列ｙ＝３に有する電極１３６は、電極（７，３）として特定されるとよい。概して、配列の任意の場所にある電極を、電極（ｘ，ｙ）として特定できる。

電極１３６のうちの特定の電極、例えば電極（ｘ＝ｉ，ｙ＝ｊ）を作動させるために、−Ｖの電位（デバイス１０内の中間電位に対して）が、縦列ｘ＝ｉの接続された第１の電極素子１３８に印加され、電位＋Ｖ（デバイス１０内の中間電位に対して）が、横列ｙ＝ｊの接続された第２の電極素子１４０に印加される。その結果、電極（ｘ＝ｉ，ｙ＝ｊ）を構成する第１および第２の電極素子１３８、１４０の間の電位差は、２×Ｖである。縦列ｘ＝ｉの第１の電極素子１３８および横列ｙ≠ｊの第２の電極素子を有する各電極（ｘ＝ｉ，ｙ≠ｊ）は、その第１および第２の電極素子１３８、１４０の間に＋Ｖの電位差を有する。縦列ｘ≠ｉの第１の電極素子１３８および横列ｙ＝ｊの第２の電極素子１４０を有する各電極（ｘ≠ｉ，ｙ＝ｊ）は、その第１および第２の電極素子１３８、１４０の間に−Ｖの電位差を有する。

２×Ｖの電位差は、神経刺激の閾値Ｖ_thより上の電気刺激をユーザの指先に提供する。一方、＋／−Ｖの電位差は、閾下の電気刺激を提供する。したがって、作動された電極（ｘ＝ｉ，ｙ＝ｊ）は、ユーザの指の受容体の刺激を生じるが、作動されていない電極はすべて刺激を生じない。Ｖ_thは、１〜１０ボルトの範囲であるとよい。各電極素子に供給される電位の大きさＶは、デバイスのユーザによって調節可能であるとよい。こうすることで、ユーザは、その神経刺激の個別の閾値Ｖ_thに従って、作動される電極の電極素子間の電位差を調節することができる。

当然のことながら、上記の方法を使用して、任意の数の電極１３６が任意の時点で作動されることが可能である。

通常、Ｎ×Ｎ配列の電極を個別に作動できるようにするためには、各電極が電源に接続されることが必要であると考えられる。したがって、Ｎ²セットの接続が必要となることになる。しかし、上記の方法を使用して電極を個別に作動させることによって、２Ｎセットだけの接続が必要とされる。辺長１０ｃｍの正方形の可視表面を有し、電極の間隔が０．５ｍｍのＴＳＴＦ層１３２を有するディスプレイについて考えると、Ｎ＝２００である。したがって、Ｎ²＝４００００であり、２Ｎ＝４００である。結果として、上記の実施形態によるシステムを利用することによって、１００倍少ない（すなわち１／１００の数の）セットの接続が必要となる。これは、大幅に単純化された性質の回路をもたらす。

当然のことながら、代わりに電極１３６は、互いに完全に、電気的に独立していてもよい。このように配列された電極は、アクティブマトリックスアドレッシング技術を使用して個別に作動されるとよい。こうした実施形態では、各電極は、他の電極とコネクタを共有せず、専用の第１および第２のコネクタを提供される。そのような実施形態は、所与の数の電極に対し、より多くのコネクタを有する。

特定の電極を作動させる上記の方法は、ＤＣ電位に関して記載されている。しかし、代わりにＡＣ電位を使用することが有利なこともある。

上述の電極アドレッシング方法は、ＡＣの場合でも機能するが、ＡＣの場合は、作動される単数または複数の電極の単数または複数の横列１５２および単数または複数の縦列１４８に印加される波形の相対位相を変えることによって、作動された電極において生じるピーク強度の変調が可能である。さらに、神経受容体における触覚感度は、印加される刺激の周波数の関数である。したがって、最適な触感を作り出すよう、システムの周波数応答が調整されることが可能である。最適周波数は、１００〜３００Ｈｚの範囲であると考えられる。代わりに、周波数は、１００〜５００Ｈｚの範囲であってもよい。適切な周波数は、１０Ｈｚ〜３ｋＨｚの範囲であると考えられる。周波数は、ユーザ定義可能であるとよい。こうすることで、周波数を、ユーザの触覚感度に従って最適化できる。

図６は、ＴＳＴＦ層１３２の一部分を動作させる回路の略図である。図６は、４×４配列の電極１３６を含むＴＳＴＦ層の一部分を示すが、当然のことながら、これは具体例にすぎない。

接続された第１の電極素子１３８の縦列１４８はそれぞれ、個別の検出副回路１８０および個別の刺激副回路１８２と接続されている。接続された第２の電極素子１４０の横列１５２はそれぞれ、個別の検出副回路１８０および個別の刺激副回路１８２と接続されている。

第１の電極素子１３８の縦列１４８に関係する各検出副回路１８０は、第１の検出ＭＵＸ１８８と接続されている。第２の電極素子１４０の横列１５２に関係する各検出副回路１８０は、第２の検出ＭＵＸ１９０と接続されている。

第１の電極素子１３８の縦列１４８に関係する各刺激副回路１８２は、第１の刺激ＭＵＸ１９２と接続されている。第２の電極素子１４０の横列１５２に関係する各刺激副回路１８２は、第２の刺激ＭＵＸ１９４と接続されている。

第１および第２の検出ＭＵＸ１８８、１９０ならびに第１および第２の刺激ＭＵＸ１９２、１９４は、プロセッサに接続されている。プロセッサは、所望のときに所望の電極にて刺激電位を提供するように、刺激ＭＵＸ、および間接的に刺激回路を制御する。プロセッサは、どの電極がユーザの指先に近いかを決定するために、検出ＭＵＸを制御する。

図７は、図１〜５を参照して記載されたＴＳＴＦ層１３２の例示の実施形態を製造する方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、第１の副層１５８を形成するブランクが設けられる。ブランクは、ＴＳＴＦ層１３２を利用するディスプレイパネル１３０のサイズに実質的に一致するサイズの主要面を有する、既成のシート材料を含む。ブランクの厚さ（すなわち、第１の副層１５８の下面から、完成した副層の複数の隆起１６８の上面１７２までの距離）は、ミクロン〜ミリメートルの範囲であるとよい。ブランクは、例えば、シリコーン、ポリイミド、ポリ（メタクリル酸メチル）（アクリルガラス）、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、またはポリエチレンテレフタレートなどの透明ポリマーを含むとよい。

ステップＳ２において、ブランクに隆起１６８が形成され、第１の副層１５８が作成される。隆起は、ブランクの表面に凹部領域を作成することによって設けられる。凹部領域は、ブランクの表面に、等間隔に設けられる。各凹部領域は、ブランクの表面の全長にわたって延びる。隆起１６８は、ブランクのうち、新たに作成された凹部領域の間にある領域である。

凹部領域は、熱可塑型ナノインプリントリソグラフィー（ホットエンボス加工）、フォトナノインプリントリソグラフィー、電気化学的ナノインプリンティング、またはその他、ナノインプリンティングの任意の適切な方法によって作成されるとよい。

ステップＳ３において、接続された第２の電極素子１４０の横列１５２が、第１の副層１５８の上面に設けられる。接続された第２の電極素子１４０の横列１５２は、第１の副層１５８の上面に等間隔に設けられる。接続された第２の電極素子１４０の横列１５２は、第１の副層１５８の上面の全長にわたって延びる。接続された第２の電極素子１４０の横列１５２の長手方向長は、隆起１６８の長手方向長に対して実質的に垂直である。代わりに、これらは垂直でなくてもよい。

接続された第２の電極素子１４０の横列１５２は、適切に成形されたマスクと組み合わせたＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学蒸着法）によって表面上に提供されるとよい。あるいは、その他任意の適切な技術が使用されるとよい。適切な技術には、物理蒸着法（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング、スプレーコーティング、蒸発、シャドーマスクを用いるエアロゾルデポジション、液体ナノコンポジットもしくは溶液のスピンコーティングの後に続くリソグラフィーもしくは直接描画パターン形成、またはドクターブレーディングなど、他の種類の溶液相堆積処理が含まれるが、これらに限定はされない。

ステップＳ４において、第２の副層１６０が、隆起１６８の間の凹部領域で、第１の副層１５８の上面上に設けられる。第２の副層１６０は、隆起１６８の上面１７２と実質的に同じ高さまで延びる。第２の副層１６０は、隣接した第２の電極素子１４０同士を接続する第２の接続素子１５０を封入する。第２の副層１６０を設けるのに適切であると考えられる技術には、ＰＶＤ蒸着法、ＣＶＤ蒸着法、スパッタリング、噴霧、蒸発、スピンコーティングまたはドクターブレーディングなどの溶液相堆積処理、および加熱積層法が含まれるが、これらに限定はされない。第２の副層は、例えば、透明シリコーンから、または、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリイミド、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、もしくはポリエチレンテレフタレートなど、別の適した材料から成るとよい。

ステップＳ５において、接続された第１の電極素子１３８の縦列１４８が、第２の副層１６０の上面上に設けられる。これらは、第２の電極素子１４０の横列１５２に対して実質的に垂直である。代わりに、これらは垂直でなくてもよい。

接続された第１の電極素子１３８の縦列１４８は、光透過性材料を含む。適切な材料には、透明薄層として提供される、カーボンナノチューブネットワーク（ＣＮＴＮ）、インジウムチタン酸化物（ＩＴＯ）フィルム、例えば酸化亜鉛などのワイドバンドギャップ酸化物、および金または銀の薄層が含まれるが、これらに限定はされない。

接続された第１の電極素子１３８の縦列１４８は、第２の電極素子１４０の横列１５２を提供するために利用されたのと同じ技術を使用して設けられるとよい。

ステップＳ６において、第３の副層１６２が設けられる。第３の副層は、電極素子１３８、１４０、および第２の副層１６０の上面を封入する。第３の副層１６２は、シリコーンから、または、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリイミド、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、またはポリエチレンテレフタレートなど、別の適した材料から成る。第３の副層１６２を提供するのに適切であると考えられる技術には、ＰＶＤ蒸着法、ＣＶＤ蒸着法、スパッタリング、噴霧、蒸発、スピンコーティングまたはドクターブレーディングなどの溶液相堆積処理、および加熱積層法が含まれるが、これらに限定はされない。

図８は、図１〜５を参照して記載されたＴＳＴＦ層１３２の例示の実施形態を製造する別の方法を示す。本方法は、図７を参照して記載されたものと似ているが、主な違いは、第１の副層１５８が異なる方法で設けられることである。ステップＴ１において、隆起を有し第１の副層１５８の所望の構造に対応する型が設けられる。

ステップＴ２において、接続された第２の電極素子１４０の横列１５２が、型の表面に設けられる。これは、前の方法のステップＳ３と同じ方法で実行されるとよい。ステップＴ３において、第２の副層１６０が設けられる。ステップＴ４において、第１の電極素子１３８の縦列１４８が設けられる。ステップＴ５において、第３の副層が設けられる。

ステップＴ６において、型が除去される。ステップＴ７において、第１の副層１５８が、除去された型によって空けられた領域を埋めることによって設けられる。

上記はすべて移動電話に関連して記載されているが、当然のことながら、ＴＳＴＦ層１３２は、タッチスクリーン機能性を必要とする任意のデバイスに含まれるとよい。これらのデバイスには、ＰＤＡ、メディアプレーヤ、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ＧＰＳナビゲーションデバイス、および電子リーダー／書籍が含まれるが、これらに限定はされない。

ＴＳＴＦ層１３２を構成する材料の性質および寸法は、ＴＳＴＦ層１３２が可撓性を有することができるように選択される。その結果として、ＴＳＴＦ層１３２は、可撓性ＯＬＥＤディスプレイ、双安定ディスプレイ、電気泳動およびエレクトロウェッティングディスプレイなど、可撓性ディスプレイパネルでの使用に適切である。

電極素子に適切な材料は、ナノ粒子、ナノワイヤー、およびナノロッドベースの材料、溶液、ならびに複合材である。例として、電極素子は、任意の形状／形態のナノ材料、ゾル−ゲル材料、または、導電特性を呈するその他任意の可撓性の透明な材料を取り入れるとよい。例には、透明薄層として提供される、カーボンナノチューブネットワーク（ＣＮＴＮ）、インジウムチタン酸化物（ＩＴＯ）フィルム、ワイドバンドギャップ酸化物（酸化亜鉛など）、および金または銀の薄層が含まれる。

副層は、可撓性の透明母材（例えば透明可撓性ポリマー）から成る任意の適切な複合材料を含むとよい。

当然のことながら、さらに、上述のコンポーネントおよび構成の変形が適切であることもある。例えば、第１の電極素子１３８はそれぞれ、例えば、次に限定はされないが、第２の電極素子１４０が位置する空の内部領域を有する、正方形、長方形、または六角形などの別の形状を含んでもよい。同様に、第２の電極素子１４０が別の形状を有してもよい。

第１の電極素子１３８が第２の電極素子１４０を囲むことに代えて、第１および第２の電極１３８、１４０は、単に互いに隣接していてもよい。この例では、接続された第１の電極素子１３８の縦列１４８は、第２の副層１６０の表面にわたって延びる、均一幅の、複数本の光透過性導電材料を含むとよい。

当然のことながら、第３の副層１６２が含まれなくても、電極１３６は、やはり経皮的神経電気刺激を提供し、タッチ入力を検出するよう動作可能であるとよい。この実施形態では、ユーザの指先は、電極１３６と直接接触することになる。

当然のことながら、デバイスのタッチ感度機能性は、ＴＳＴＦ層１３２の代わりに、またはＴＳＴＦ層１３２に加えて、ディスプレイパネル１３２によって提供されてもよい。この機能性を提供することができるディスプレイパネルには、静電容量タッチセンシティブディスプレイパネルおよび抵抗型タッチセンシティブディスプレイパネルが含まれるが、これらに限定はされない。

図９は、生物医学デバイス２００の一実施形態の略図を示す。生物医学は、ＴＳＴＦ層１３２、刺激パターン生成器（ＳＰＧ：ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０２、プロセッサ２０４、メモリ２０６、無線送受信機２０８、および電源２１０を含む。

生物医学デバイス２００は、ＴＳＴＦ層１３２が接触している身体部位に、電磁界治療（ＥＦＴ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｔｈｅｒａｐｙ）を提供するよう動作可能であるとよい。ＥＦＴは、次に限定はされないが、創傷の手当て、筋肉の強化、鎮痛および炎症軽減、ならびに骨の成長および修復などの分野で有益であると考えられる。

さらに、生物医学デバイス２００は、神経、筋肉、およびその他の生物医学活動を感知するよう動作可能であるとよい。

ＴＳＴＦ層１３２は、２次元配列の電極１３６を含む。ＴＳＴＦ層１３２は、図２〜５を参照して記載されたとおりであるとよい。ＴＳＴＦ層１３２が、光透過性であるか、光不透過性であるか、または半透明であるかは重要でないこともある。

あるいは、ＴＳＴＦ層１３２の電極１３６は、互いに完全に、電気的に独立していてもよい。このように配列された電極は、アクティブマトリックスアドレッシング技術を使用して個別に作動されるとよい。こうした実施形態では、各電極は、他の電極とコネクタを共有せず、専用の第１および第２のコネクタを提供される。

ＴＳＴＦ層１３２の最上の絶縁層（図示せず）によって、生物医学デバイス２００は、ＴＳＴＦ層１３２が接触している身体部位に、静電容量結合ＥＦＴを提供するよう動作可能であるとよい。あるいは、そのような絶縁層は存在せず、電極とユーザとの間で直接結合があってもよい。

ＴＳＴＦ層１３２の電極１３６は、ＳＰＧ２０２と電気接続されているとよい。ＳＰＧ２０２は、電源２１０から電力を受信する。ＳＰＧは、ＴＳＴＦ層１３２の電極１３６を制御する神経刺激パターンを生成するよう動作可能である。ＳＰＧ２０２は、刺激パターンを生成する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）（図示せず）を含むとよい。さらに、ＳＰＧ２０２は、生成された作動パターンに基づき電極１３６を作動させるのに適した刺激回路（図示せず）を含むとよい。刺激回路は、図６を参照して記載されたものと同じであればよい。

さらに、ＳＰＧ２０２は、ＴＳＴＦ層１３２の電極１３６によって受信された信号を検出するのに適した検出回路（図示せず）を含むとよい。検出回路は、図６を参照して記載されたものと同じであればよい。

プロセッサ２０４は、ＳＰＧ２０２の動作を制御するよう動作可能である。当然のことながら、プロセッサ２０４は、ＳＰＧ２０２と統合されてもよい。ＴＳＴＦ層１３２から、それによって検出された信号は、ＳＰＧ２０２を介して、後から別のデバイスへ伝送するためにメモリ２０６に記憶されるとよい。あるいは、またはさらに、受信された信号は、検出の後、即座に無線送受信機２０８を介して他のデバイス（図示せず）へ伝送されてもよい。

さらに、無線送受信機２０８は、別のデバイスから信号を受信するよう動作可能であるとよい。受信された信号は、ＳＰＧ２０２および／またはプロセッサ２０４の動作を制御する信号を含むとよい。受信された信号は、後からプロセッサ２０４およびＳＰＧ２０２によって実装されるよう、メモリに記憶されるとよい。あるいは、最初にメモリに記憶することなくＳＰＧ２０２によって実装されてもよい。無線送受信機２０８は、例えば、ブルートゥース送受信機、別の種類のＲＦ送受信機、または赤外線送受信機とすることもできるが、これらに限定はされない。あるいは、またはさらに、このデバイスは、別のデバイスとの有線接続を介して、その別のデバイスと信号の受信または送信を行うよう動作可能であってもよい。

電源は、電池、例えば、ペーパー電池、または時計用電池などの小型の軽量電池であるとよい。あるいは、電源は、商用電気システムに接続されてもよい。

ＴＳＴＦ層１３２は、ＴＳＴＦ層を患者の皮膚に貼るために、第３の副層１６２の外表面１１６に、接着薄層を有してもよい。あるいは、ＴＳＴＦ層１３２は、例えば、第１の副層１５８の裏面１６６に貼り付けられる医療用テープを用いてなど、別の方法で、ユーザの皮膚への接触状態を保たれてもよい。

ＳＰＧ２０２、プロセッサ２０４、メモリ２０６、無線送受信機２０８、および電源２１０などの電気コンポーネントならびに回路は、第１の副層１５８の裏面１６６に設けられてもよい。このように、生物医学デバイスは、目立たず独立したものであるとよい。

ＴＳＴＦ層は、本明細書で既に説明したのと同じ材料を含むとよい。その結果として、ＴＳＴＦ層は可撓性であるとよい。よって、ＴＳＴＦ層１３２は、それが貼られるユーザの身体部分の形状に適合するとよい。

生物医学デバイス２００は、ユーザの皮膚の、治療または監視が必要な身体部位上に貼られるとよい。例えば、首にＣＣＦＥＴが必要な患者は、生物医学デバイスを身につけて痛みを軽減することもでき、固定機器にユーザが物理的に接続される必要はない。生物医学デバイス２００は、筋痙攣の検出など、生物医学活動の検出に応答して、ＣＣＦＥＴを提供するよう動作可能であってもよい。さらに、ＴＳＴＦ層１３２の一部分のみの電極１３６の下にある筋肉で筋痙攣が検出されると、生物医学デバイスは、その部分の電極のみを作動させるよう動作可能であるとよい。電極１３６は、図５を参照して記載された形で作動されればよい。

当然のことながら、前述の実施形態は、制限するものとして解釈されてはならない。本願を読むと、他の変形および変更が、当業者には明らかであろう。さらに、本願の開示は、本願明細書で明示的または黙示的に開示された任意の新規な特徴もしくは任意の新規な特徴の組み合わせ、またはその任意の一般化を含むものと理解されるべきであり、本願またはそれから派生する任意の出願の手続遂行中に、任意のそのような特徴および／またはそのような特徴の組み合わせを対象とする新たな請求項が策定されることもある。

Claims (38)

1. 装置の外面のうち、光透過性電極に近い部分に接触するユーザに、経皮的神経電気刺激を提供するよう構成された、前記光透過性電極を含む、前記装置。
2. 前記外面は、疎水性である、請求項１に記載の装置。
3. 前記外面は、疎油性である、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記装置は、電気絶縁層をさらに含み、ユーザが前記電極に直接触れることができないようにするよう、前記電気絶縁層の表面が、前記装置の前記外面の前記部分を構成する、先行するいずれかの請求項に記載の装置。
5. 前記光透過性電極は、互いに電気絶縁された第１の電極素子および第２の電極素子を含む、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
6. 前記第１の電極素子と、前記第２の電極素子との間に神経刺激電位差を提供するよう構成された、刺激回路を含む、請求項５に記載の装置。
7. 前記光透過性電極は、２次元配列の光透過性電極の一部を構成する、先行するいずれかの請求項に記載の装置。
8. 前記２次元配列の光透過性電極は、電気接続された光透過性の第１の電極素子の複数の列と、電気接続された光透過性の第１の電極素子の前記複数の列に交差し且つそれから電気絶縁された、電気接続された光透過性の第２の電極素子の複数の列とを含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記第１および第２の電極素子は、実質的に同じ平面に位置し、光透過性の第１の電極素子は、その列内の隣接した電極素子に、第１の接続素子によって電気接続され、光透過性の第２の電極素子は、その列内の隣接した電極素子に、第２の接続素子によって電気接続され、前記第１の接続素子は、前記第２の接続素子とは異なる平面にある、請求項８に記載の装置。
10. 前記第１の電極素子は、前記第２の電極素子の周囲を、実質的に同じ平面において囲む、請求項８または請求項９に記載の装置。
11. 電気接続された光透過性の第１の電極素子の前記複数の列のうちの１つ以上と、電気接続された光透過性の第２の電極素子の前記複数の列のうちの１つ以上との間に、神経刺激電位差を提供するよう構成された、刺激回路を含む、請求項８〜１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記刺激回路は、電気接続された光透過性の第１の電極素子の前記複数の列のうちの前記１つ以上に第１の電位を提供し、電気接続された光透過性の第２の電極素子の前記複数の列のうちの前記１つ以上に第２の電位を提供し、電気接続された光透過性の第１の電極素子の前記複数の列および電気接続された光透過性の第２の電極素子の前記複数の列の残りのものに、前記第１および第２の電位の中間の電位を印加するよう構成されている、請求項１１に記載の装置。
13. 前記刺激回路は、電気接続された光透過性の第１の電極素子の前記複数の列および電気接続された光透過性の第２の電極素子の前記複数の列の各列に、プロセッサの制御下で、神経刺激電位差を提供するよう構成されている、請求項１１または請求項１２に記載の装置。
14. 前記装置は可撓性である、先行するいずれかの請求項に記載の装置。
15. 前記装置の前記外面の前記部分にユーザが接触するのを検出するよう構成された検出回路を含む、先行するいずれかの請求項に記載の装置。
16. 前記検出回路は、前記電極の一部を形成する第１および第２の電極素子における静電容量の変化を検出することによって、前記装置の前記外面の前記部分にユーザが接触するのを検出するよう構成されている、請求項１５に記載の装置。
17. 刺激回路または前記刺激回路は、前記装置の前記外面のうち、前記電極に近い前記部分にユーザが接触するのを前記検出回路が検出するのに応答して、前記第１および第２の電極素子の間に神経刺激電位差を提供するよう構成されている、請求項１６に記載の装置。
18. 基板と、
    前記基板に支持された２次元配列の電極と、
    前記電極のうちの１つ以上に神経刺激電位を選択的に提供するよう構成された刺激回路と、
    を含む装置。
19. 外面を提供するように前記２次元配列の電極上に位置する電気絶縁層をさらに含む、請求項１８に記載の装置。
20. 前記外面は、疎水性である、請求項１９に記載の装置。
21. 前記外面は、疎油性２０である、請求項１９または２０に記載の装置。
22. 各電極は、第１の電極素子および第２の電極素子を含み、前記第１および第２の電極素子は、互いに電気絶縁されている、請求項１８または１９のいずれか１項に記載の装置。
23. 前記刺激回路は、前記電極のうちの前記１つ以上の第１および第２の電極素子の間に神経刺激電位差を選択的に提供するよう構成されている、請求項１８に記載の装置。
24. 前記２次元配列の電極は、
    列内の他の第１の電極素子それぞれにそれぞれ電気接続されている、第１の電極素子の複数の前記列と、
    列内の他の第２の電極素子それぞれにそれぞれ電気接続されている、電気接続された第２の電極素子の複数の前記列と、
    を含み、電気接続された第２の電極素子の前記複数の列は、電気接続された第１の電極素子の前記複数の列に交差し、前記刺激回路は、電気接続された第１の電極素子の前記複数の列のうちの１つ以上と、電気接続された第２の電極素子の前記複数の列のうちの１つ以上との間に、神経刺激電位差を選択的に提供するよう構成されている、請求項１８〜２３のいずれか１項に記載の装置。
25. 電極の前記第１および第２の電極素子は、実質的に同じ平面に位置し、第１の電極素子は、その列内の隣接した電極素子に、第１の接続素子によって電気接続され、第２の電極素子は、その列内の隣接した電極素子に、第２の接続素子によって電気接続され、前記第１の接続素子は、前記第２の接続素子とは異なる平面にある、請求項２４に記載の装置。
26. 前記刺激回路は、選択的に、電気接続された第１の電極素子の前記複数の列のうちの前記１つ以上に第１の電位を提供し、電気接続された第２の電極素子の前記複数の列のうちの前記１つ以上に第２の電位を提供し、電気接続された第１の電極素子の前記複数の列および電気接続された第２の電極素子の前記複数の列の残りのものに、前記第１および第２の電位の中間の電位を印加するよう構成されている、請求項２４または２５に記載の装置。
27. 前記刺激回路は、電気接続された第１の電極素子の前記複数の列および電気接続された第２の電極素子の前記複数の列の各列に、プロセッサの制御下で、神経刺激電位差を選択的に提供するよう構成されている、請求項２４〜２６のいずれかに記載の装置。
28. 電極の前記第１の電極素子は、前記電極の前記第２の電極素子の周囲を、実質的に同じ平面において囲む、請求項２２〜請求項２７のいずれかに記載の装置。
29. 前記基板および前記２次元配列の電極は可撓性である、請求項２２〜２８のいずれかに記載の装置。
30. 前記電極のうちの１つの近くのユーザを検出するよう構成された検出回路を含む、請求項２２〜２９のいずれかに記載の装置。
31. 前記検出回路は、前記電極の第１および第２の電極素子における静電容量の変化を検出することによって、前記電極のうちの１つの近くのユーザを検出するよう構成されている、請求項２２に従属する場合の請求項３０に記載の装置。
32. 前記刺激回路は、前記装置の前記外面のうち、前記電極に近い前記部分にユーザが接触するのを前記検出回路が検出するのに応答して、前記第１および第２の電極素子の間に神経刺激電位差を選択的に提供するよう構成されている、請求項３１に記載の装置。
33. 請求項１〜３２のいずれかに記載の前記装置と、
    ディスプレイパネルと、
    を含むデバイス。
34. 前記ディスプレイパネル上で電極または前記電極に対応する位置にイメージを表示するとともに、前記装置の外面のうち、電極または前記電極に近い部分に接触するユーザに対して、経皮的神経電気刺激を提供するよう構成された、請求項３３に記載のデバイス。
35. 光透過性電極を使用して、前記装置の外面のうち、前記光透過性電極に近い部分に接触するユーザに、経皮的神経電気刺激を提供するステップを含む、方法。
36. 基板に支持された２次元配列の電極を動作させる方法であって、前記電極のうちの１つ以上に神経刺激電位を選択的に提供するステップを含む、方法。
37. 第１の基板層を設けるステップと、
    前記第１の基板層に複数の凹部領域を形成するステップと、
    前記第１の基板層上に第１の複数の導電路を形成するステップと、
    前記凹部領域に第２の基板層を設けるステップと、
    前記第２の基板層上に第２の複数の導電路を形成するステップと、
    前記第２の基板層上および前記第２の複数の導電路上に、第３の基板層を設けるステップと、
    を含む方法。
38. 複数の突起が形成された型を設けるステップと、
    前記型上に第１の複数の導電路を形成するステップと、
    前記型のうち、前記突起間の領域上に、第１の基板層を設けるステップと、
    前記第１の基板層上に第２の複数の導電路を形成するステップと、
    前記第１の基板層上および前記第２の複数の導電路上に第２の基板層を設けるステップと、
    前記型を除去するステップと、
    前記除去された型によって空けられた体積内に、第３の基板層を設けるステップと、
    を含む方法。

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