JP2015079475A - フィルム状ハプティックデバイス、ハプティックフィードバック電子装置及びハプティックキーボード - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、フィルム状ハプティックデバイス、ハプティックフィードバック電子装置及びハプティックキーボードに関する。
【解決手段】本発明によると、プレート状のベースプレートと、上記ベースプレートの上面の端部に備えられる少なくとも一つのスペーサーと、上記スペーサーの上部に位置して上記スペーサーにより支持され、フィルム状のポリマー層及び上記ポリマー層の両面全体にそれぞれ密着して覆うように備えられる第１、２電極を有するアクチュエーターと、上記アクチュエーターの上面に接着される弾性板と、を含むフィルム状ハプティックデバイスが提供され、振動にかかる消費電力を最小化し、ユーザーがタッチ入力に対する触感をより明確に感じるようにすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、フィルム状ハプティックデバイス及びそれを含む電子装置、並びにハプティックキーボードに関し、より詳細には、フィルム状アクチュエーターを備えるフィルム状ハプティックデバイス及びそれを含む電子装置、並びにハプティックキーボードに関する。

最近、電子装置を簡単かつ便利に使用しようとするユーザーの要求に応じて、電子製品をタッチして入力するタッチ方式のデバイスの使用が一般化しつつある。

現在、ハプティックフィードバックデバイスには、タッチして入力する概念の他に、インタフェースにユーザーの直観的な経験を反映し、タッチに対するフィードバックをより多様化する概念が含まれる。

この際、ハプティックフィードバックデバイスは、空間節約が可能で、操作性及び簡便性に優れるとともに、仕様変更が簡単で、ユーザーの認識が高まるという点の他にも、ＩＴ機器との連動が容易であるなど、多くの長所を有する。

このような長所により、ハプティックフィードバックデバイスは、コンピューター、交通、サービス、医療、モバイルなどで用いられる電子装置に幅広く利用されている。

近年では、ハプティック機能を具現するためのアクチュエーターとしてピエゾ（ｐｉｅｚｏ）方式のアクチュエーターが用いられており、主に、バー（ｂａｒ）状に形成されるアクチュエーターが用いられている。

このようなバー状のアクチュエーターは、電子装置に多数個設けられて電子装置全体を振動させるため、消費電力が多い。また、ユーザーの指が接触したディスプレイの部分のみが振動するのではなく、電子機器全体が振動するため、ユーザーが感じる感覚に満足できないという問題がある。

本発明は上記のような従来技術の問題点を解決するためのものであって、ユーザーの指が接触する部分のみを振動させるフィルム状ハプティックデバイス、ハプティックフィードバック電子装置、及びハプティックキーボードを提供することをその目的とする。

本発明によるフィルム状ハプティックデバイスは、プレート状のベースプレートと、上記ベースプレートの上面の端部に備えられる少なくとも一つのスペーサーと、上記スペーサーの上部に位置して上記スペーサーにより支持され、フィルム状のポリマー層及び上記ポリマー層の両面全体にそれぞれ密着して覆うように備えられる第１、２電極を有するアクチュエーターと、上記アクチュエーターの上面に接着される弾性板と、を含むことができる。

本発明によるフィルム状ハプティックデバイスにおいて、上記ポリマー層は、電歪ポリマー（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）または圧電ポリマー（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）からなることができる。

本発明によるフィルム状ハプティックデバイスにおいて、上記ベースプレートは四角形の形状を有し、上記スペーサーは、上記ベースプレートの対向する両辺に沿って一対が備えられることができる。

本発明によるフィルム状ハプティックデバイスにおいて、上記ベースプレートは四角形の形状を有し、上記スペーサーは、上記ベースプレートの４つの頂点の位置にそれぞれ備えられることができる。

本発明によるフィルム状ハプティックデバイスにおいて、上記スペーサーはゴム材質からなることができる。

本発明によるフィルム状ハプティックデバイスにおいて、上記弾性板は透明材質のカバーガラスであることができる。

本発明によるフィルム状ハプティックデバイスにおいて、上記ベースプレートは、電子装置の内部空間に配置されて映像を提供するディスプレイパネルであることができる。

本発明によるフィルム状ハプティックデバイスにおいて、上記弾性板は、ユーザーのタッチを検知するタッチパネルであることができる。

本発明によるフィルム状ハプティックデバイスにおいて、上記ポリマー層及び第１、２電極は全て透明材質からなることができる。

本発明によるハプティックフィードバック電子装置は、内部空間が形成されるケースと、上記ケース内に収容されるプレート状のベースプレートと、上記ベースプレートの上面の端部に備えられる少なくとも一つのスペーサーと、上記スペーサーの上部に位置して上記スペーサーにより支持され、フィルム状のポリマー層及び上記ポリマー層の両面全体にそれぞれ密着して覆うように備えられる第１、２電極を有するアクチュエーターと、上記アクチュエーターの上面に接着される弾性板と、を含むことができる。

本発明によるハプティックキーボードは、プレート状のベースプレートと、上記ベースプレートの上面の端部に備えられる少なくとも一つのスペーサーと、上記スペーサーの上部に位置して上記スペーサーにより支持され、フィルム状のポリマー層及び上記ポリマー層の両面全体にそれぞれ密着して覆うように備えられる第１、２電極を有するアクチュエーターと、上記アクチュエーターの上面に接着され、ユーザーのキー入力を検知することができるキー入力検知用モジュールと、上記キー入力検知用モジュールの上面に備えられ、上面に入力キーの位置が表示されるキーボードカバーと、を含むことができる。

本発明によるハプティックキーボードにおいて、上記キー入力検知用モジュールは、ユーザーのタッチを検知するタッチパネルであることができる。

本発明によるフィルム状ハプティックデバイス、ハプティックフィードバック電子装置及びハプティックキーボードによると、ユーザーの指が接触する部分のみを振動させるため、消費電力を低下させることができるとともに、ユーザーがタッチ入力に対する触感をより明確に感じることができる。

本発明の一実施例によるハプティックフィードバック電子装置の概略分解斜視図である。 本発明の一実施例によるハプティックフィードバック電子装置の概略的な内部断面図である。 本発明の一実施例によるフィルム状ハプティックデバイス１００の概略分解斜視図である。 本発明の一実施例によるフィルム状ハプティックデバイス１００の概略的な内部断面図である。 電圧が印加された圧電体の概念図である。 本発明によるフィルム状ハプティックデバイスの作動原理を説明するための概念図である。 本発明の一実施例によるハプティックキーボードの概略分解斜視図である。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

ハプティックデバイス及びハプティックフィードバック電子装置
以下、本発明の一実施例によるフィルム状ハプティックデバイス１００及びハプティックフィードバック電子装置２００について詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例によるハプティックフィードバック電子装置２００の概略分解斜視図であり、図２は本発明の一実施例によるハプティックフィードバック電子装置２００の概略的な内部断面図であり、図３は本発明の一実施例によるフィルム状ハプティックデバイス１００の概略分解斜視図であり、図４は本発明の一実施例によるフィルム状ハプティックデバイス１００の概略的な内部断面図である。

図１から図４を参照すると、本発明の一実施例によるハプティックフィードバック電子装置２００は、内部空間が形成されるケース２１０と、上記内部空間に位置するフィルム状ハプティックデバイス１００と、を含むことができる。

また、上記フィルム状ハプティックデバイス１００は、上記ケース２１０内に収容されるプレート状のベースプレート１１０と、上記ベースプレート１１０の上面に備えられる少なくとも一つのスペーサー１２０と、上記スペーサー１２０により支持されるフィルム状のアクチュエーター１３０と、上記アクチュエーター１３０の上面に接着される弾性板１４０と、を含むことができる。

上記ケース２１０は、上部ケース２１０ａ及び下部ケース２１０ｂからなることができ、上記上部ケース２１０ａと上記下部ケース２１０ｂとが結合されて内部空間が形成されることができる。

上記内部空間にはフィルム状ハプティックデバイス１００が配置されることができる。

ここで、フィルム状ハプティックデバイス１００は、振動を要する機構物であって、外部の接触圧力に応じて反応することが求められる上記ハプティックフィードバック電子装置２００の内部構成物である。

上記ベースプレート１１０は、四角形の形状を有し、電子装置の内部空間に配置されて映像を提供するディスプレイパネル１１０であることができる。以下、説明の便宜のために、上記ベースプレート及び上記ディスプレイパネルの図面符号を同様に１１０とする。

ここで、上記ディスプレイパネル１１０としては、ＬＣＤパネル、ＬＥＤパネル、ＰＤＰパネルなどが適用されることができる。しかし、これに限定されず、当業者が適用できる多様な形態のディスプレイパネルが適用されることができる。

上記スペーサー１２０、１２０´は、ゴム材質からなることができ、上記ベースプレート１１０の上面の端部に少なくとも一つが備えられることができる。

また、上記スペーサー１２０は、図１に図示されたように、上記ベースプレート１１０の対向する両辺に沿って一対が備えられることができる。

さらに、上記スペーサー１２０´は、図３に図示されたように、上記ベースプレート１１０の４つの頂点の位置にそれぞれ備えられることができる。

一方、ここで、上記スペーサー１２０、１２０´は、上記ベースプレート１１０と上記アクチュエーター１３０との間の間隙を確保して、上記アクチュエーター１３０の上下振動のための空間を確保するためのものである。

上記アクチュエーター１３０は、フィルム状のポリマー層１３１と、上記ポリマー層１３１の両面全体にそれぞれ密着して覆うように備えられる第１、２電極１３２ａ、１３２ｂと、を備えることができる。

上記ポリマー層１３１は、電圧が印加されると垂直、水平方向に変形される電歪ポリマー（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）または圧電ポリマー（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）からなることができる。しかし、これに限定されず、イオン性ポリマー（Ｉｏｎｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）や誘電性エラストマー（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）などの多様な素材からなることができる。

また、上記アクチュエーター１３０は、上記ディスプレイパネル１１０に表示される画面をユーザーが見られるように、上記ポリマー層１３１及び第１、２電極１３２ａ、１３２ｂが透明材質で製作されることができる。

一方、上記第１、２電極１３２ａ、１３２ｂは、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）及び伝導性高分子などからなることができる。しかし、これに限定されず、上記ポリマー層１３１に電圧を印加することができるものであれば、当業者に公知の多様な素材が用いられることができる。

上記第１、２電極１３２ａ、１３２ｂにはそれぞれバス電極（Ｂｕｓ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ、不図示）が連結されることができ、これを介して電圧が印加されることができる。

上記弾性板１４０は、上記アクチュエーター１３０の上面、即ち、上記第１電極１３２ａの上面に接着されることができる。

これにより、上記第１、２電極１３２ａ、１３２ｂを介して上記ポリマー層１３１に電圧が印加され、図６の（ａ）及び（ｂ）に図示したように、上記ポリマー層１３１が収縮または膨張する。この際、上記弾性板１４０は電圧が印加されても収縮または膨張しないため、上記アクチュエーター１３０と上記弾性板１４０との接合体が上下に変位することになる。これを活用してハプティックフィードバックをユーザーに伝達することができる。

また、これにより、ハプティックフィードバック電子装置２００やハプティックデバイス１００全体が振動するのではなく、上記アクチュエーター１３０と上記弾性板１４０との接合体のみが振動するため、消費電力を最小化することができる。

さらに、ユーザーの指などが直接接触する弾性板１４０が振動するため、感覚をより直接的に伝達することができるという利点がある。

一方、上記弾性板１４０は、透明材質のカバーガラスまたはユーザーのタッチを検知するタッチパネルであることができる。

以下、本発明の一実施例によるフィルム状ハプティックデバイス１００の作動原理について詳細に説明する。

図５の（ａ）及び（ｂ）は電圧が印加された圧電体Ｐの概念図であり、図６の（ａ）及び（ｂ）は本発明によるフィルム状ハプティックデバイス１００の作動原理を説明するための概念図である。

図５の（ａ）及び（ｂ）を参照すると、電歪ポリマーまたは圧電ポリマーからなる圧電体Ｐは、上下方向に電圧が印加されると、分極方向と同じ方向、即ち垂直方向に変位するようになる。したがって、電圧を所定周波数のパルス形態で印加すると、垂直方向への収縮及び膨張を繰り返して、これにより振動を発生させる。

一方、このような圧電体Ｐは、分極方向と同じ方向、即ち、圧電体Ｐに対して垂直方向に変位するが、これと同時に、分極方向に垂直な方向、即ち、圧電体Ｐに対して水平方向にも変位する。しかし、この水平方向の変位は垂直方向の変位に比べ非常に小さいため、ハプティックフィードバックの振動に活用するには足りない。

しかし、本発明によるフィルム状ハプティックデバイス１００は、このような水平方向の変位をハプティックフィードバックの振動に活用できるようにする。

図６の（ａ）及び（ｂ）を参照すると、本発明によるフィルム状ハプティックデバイス１００は、アクチュエーター１３０の上面に弾性板１４０が接着されており、図６の（ａ）のようにポリマー層１３１が収縮するときには、収縮しようとしない上記弾性板１４０との相互作用により上側に屈曲が発生し、図６の（ｂ）のように、ポリマー層１３１が膨張するときには、膨張しようとしない上記弾性板１４０との相互作用により下側に屈曲が発生することになる。

本発明によるフィルム状ハプティックデバイス１００によると、上記ポリマー層１３１がフィルム状に備えられるため、このような屈曲変位を利用して十分な振動を得ることができる。したがって、これをハプティックフィードバックのための振動に活用することができる。

換言すれば、上記ポリマー層１３１に電圧を所定の周波数を有するパルス形態で印加すると、垂直方向の振動が得られ、これをハプティックフィードバックのための振動に活用することができる。

ハプティックキーボード
以下、図面を参照して本発明の一実施例によるハプティックキーボード３００について説明する。但し、上記で説明した構成要素と同一の構成要素については、上記で用いた図面符号を用いて図面に図示し、詳細な説明は省略する。

図７は本発明の一実施例によるハプティックキーボード３００の概略分解斜視図である。

図７を参照すると、本発明の一実施例によるハプティックキーボード３００は、プレート状のベースプレート１１０と、上記ベースプレート１１０の上面に備えられる少なくとも一つのスペーサー１２０と、上記スペーサー１２０により支持されるフィルム状のアクチュエーター１３０と、上記アクチュエーター１３０の上面に接着されるキー入力検知用モジュール３４０と、上記キー入力検知用モジュール３４０の上面に備えられるキーボードカバー３１０と、を含むことができる。

上記キー入力検知用モジュール３４０は、上記アクチュエーター１３０の上面、即ち、上記第１電極１３２ａの上面に接着されることができる。

これにより、上記第１、２電極１３２ａ、１３２ｂを介して上記ポリマー層１３１に電圧が印加されると、図６の（ａ）及び（ｂ）に図示したように、上記ポリマー層１３１が収縮または膨張する。この際、上記キー入力検知用モジュール３４０は電圧が印加されても収縮または膨張しないため、上記アクチュエーター１３０と上記キー入力検知用モジュール３４０との接合体が上下に変位することになる。これを活用してハプティックフィードバックをユーザーに伝達することができる。

また、これによると、ハプティックキーボード３００全体が振動するのではなく、上記アクチュエーター１３０と上記キー入力検知用モジュール３４０及び上記キーボードカバー３１０の接合体のみが振動するため、消費電力を最小化することができる。

さらに、ユーザーの指などが直接接触するキーボードカバー３１０が振動するため、感覚をより直接的に伝達することができるという利点がある。

一方、上記キー入力検知用モジュール３４０は、ユーザーのタッチを検知するタッチパネルであることができる。また、上記キー入力検知用モジュール３４０は、静電方式や圧電低抗体を活用した方式などによりユーザーのキー入力の位置を検知する装置であることができる。しかし、これに限定されず、当業者に公知の多様な方法により具現されることができる。

上記キーボードカバー３１０は、上記キー入力検知用モジュール３４０の上面に付着されることができ、その上面には入力キーの位置が表示されることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１００ フィルム状ハプティックデバイス
１１０ ベースプレート
１２０ スペーサー
１３０ アクチュエーター
１４０ 弾性板
２００ ハプティックフィードバック電子装置
２１０ ケース
３００ ハプティックキーボード
３１０ キーボードカバー
３４０ キー入力検知用モジュール

Claims (12)

1. プレート状のベースプレートと、
   前記ベースプレートの上面の端部に備えられる少なくとも一つのスペーサーと、
   前記スペーサーの上部に位置して前記スペーサーにより支持され、フィルム状のポリマー層及び前記ポリマー層の両面全体にそれぞれ密着して覆うように備えられる第１、２電極を有するアクチュエーターと、
   前記アクチュエーターの上面に接着される弾性板と、を含むフィルム状ハプティックデバイス。
2. 前記ポリマー層は、電歪ポリマー（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）または圧電ポリマー（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）からなる、請求項１に記載のフィルム状ハプティックデバイス。
3. 前記ベースプレートは四角形の形状を有し、
   前記スペーサーは、前記ベースプレートの対向する両辺に沿って一対が備えられる、請求項１または２に記載のフィルム状ハプティックデバイス。
4. 前記ベースプレートは四角形の形状を有し、
   前記スペーサーは、前記ベースプレートの４つの頂点の位置にそれぞれ備えられる、請求項１または２に記載のフィルム状ハプティックデバイス。
5. 前記スペーサーはゴム材質からなる、請求項１から４のいずれか１項に記載のフィルム状ハプティックデバイス。
6. 前記弾性板は透明材質のカバーガラスである、請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルム状ハプティックデバイス。
7. 前記ベースプレートは、電子装置の内部空間に配置されて映像を提供するディスプレイパネルである、請求項１から６のいずれか１項に記載のフィルム状ハプティックデバイス。
8. 前記弾性板は、ユーザーのタッチを検知するタッチパネルである、請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルム状ハプティックデバイス。
9. 前記ポリマー層及び第１、２電極は全て透明材質からなる、請求項１から８のいずれか１項に記載のフィルム状ハプティックデバイス。
10. 内部空間が形成されるケースと、
    前記ケース内に収容されるプレート状のベースプレートと、
    前記ベースプレートの上面の端部に備えられる少なくとも一つのスペーサーと、
    前記スペーサーの上部に位置して前記スペーサーにより支持され、フィルム状のポリマー層及び前記ポリマー層の両面全体にそれぞれ密着して覆うように備えられる第１、２電極を有するアクチュエーターと、
    前記アクチュエーターの上面に接着される弾性板と、を含むハプティックフィードバック電子装置。
11. プレート状のベースプレートと、
    前記ベースプレートの上面の端部に備えられる少なくとも一つのスペーサーと、
    前記スペーサーの上部に位置して前記スペーサーにより支持され、フィルム状のポリマー層及び前記ポリマー層の両面全体にそれぞれ密着して覆うように備えられる第１、２電極を有するアクチュエーターと、
    前記アクチュエーターの上面に接着され、ユーザーのキー入力を検知することができるキー入力検知用モジュールと、
    前記キー入力検知用モジュールの上面に備えられ、上面に入力キーの位置が表示されるキーボードカバーと、を含むハプティックキーボード。
12. 前記キー入力検知用モジュールは、ユーザーのタッチを検知するタッチパネルである、請求項１１に記載のハプティックキーボード。

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