JP6566650B2 - 電子装置及びその情報提供方法 - Google Patents

Description

本発明は電子装置及びその情報提供方法に関し、より詳細には触覚を認識できる電子装置及びその情報提供方法に関する。

人の視覚を通じて情報を認識できる装置を表示装置という。表示装置は液晶表示装置、有機発光表示装置、及びプラズマ表示装置等がある。一般的に表示装置は平面表示パネルを含み、平面表示パネルは映像を表示する。

使用者は視覚を通じて平面表示パネルで表示される映像を認識するが、触覚を通じて平面表示パネルで表示する情報を認識することができない。

米国特許公開第２０１３／０１８６２０８号明細書 特許公開第２００４−０７８６４４号明細書 韓国特許公開第１０−２０１１−０１１８５８４号明細書 韓国特許公開第１０−２０１０−００４６１５２号明細書 韓国特許第１０−１２１９９９６号公報

本発明の目的は触覚情報を表現して使用者が触覚を通じて表現された情報を認識できる電子装置を提供することにある。

また、映像データが有する形状情報、色相情報、及び階調情報に対応する触覚情報を表現する電子装置の情報提供方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態による電子装置は圧力提供部、流体、及び触覚提供層を含む。
前記圧力提供部は、電気信号にしたがって初期圧力を発生させることができる。前記流体は、区画されたアクティブ領域に前記初期圧力によって流体圧力を発生させることができる。前記触覚提供層は前記流体圧力によって突出されることができる。

前記圧力提供部は、前記アクティブ領域の内部に形成され、前記電気信号にしたがって機械的変形が発生する圧電素子を含むことができる。

前記電子装置は、第１電極及び第２電極をさらに含むことができる。前記第１電極は、前記圧電素子の各々の一端に連結されることができる。前記第２電極は、前記圧電素子の各々の他端に連結されることができる。

前記電子装置は、印加された圧力によって水素を吸収及び放出する水素格納合金をさらに含むことができる。

前記電子装置は、基板上に形成され、内部に前記アクティブ領域を定義する隔壁をさらに含むことができる。前記隔壁は、第１隔壁及び第２隔壁を含むことができる。前記第１隔壁は、前記基板と前記水素格納合金との間に配置されて内部に密閉された第１空間を形成することができる。前記第２隔壁は、前記水素格納合金と前記触覚提供層との間に配置されて内部に密閉された第２空間を形成することができる。

前記流体は、非活性気体及び水素を含むことができる。前記非活性気体は、前記第１空間に満たされることができる。前記水素は、前記第２空間に満たされるか、或いは前記水素格納合金に格納されることができる。

本発明の他の実施形態による電子装置で、前記流体は、液体であってもよい。

前記隔壁は、上部から下部に行くほど、幅が小さくなる領域を含むことができる。平面上で前記隔壁上端によって露出された領域は、前記隔壁下端によって露出された領域より小さい。

前記電子装置は、前記流体の表面と前記触覚提供層との間に配置され、前記流体圧力によって移動して前記触覚提供層を突出させる突起をさらに含むことができる。

前記電子装置は、映像データを受信し、前記映像データを触覚データに変換し、前記触覚データを表現部に出力する駆動部をさらに含むことができる。

前記表現部は、前記触覚データに対応する触覚情報を表現し、前記圧力提供部、前記流体、及び前記触覚提供層を含むことができる。

前記駆動部は、モード選択部、高さ算出部、質感算出部、及び触覚データ生成部を含むことができる。

前記モード選択部は、前記映像データが有する形状情報、色相情報、及び階調情報の中で表現する情報を選択することができる。

前記高さ算出部は、前記アクティブ領域の各々に対応する前記触覚提供層の単位領域の高さを決定することができる。

前記質感算出部は、既設定された数からなされた単位領域グループの中で突出された単位領域の数を決定して前記触覚提供層の質感を決定することができる。
前記触覚データ生成部は、前記触覚提供層の高さ及び前記触覚提供層の質感に基づいて前記触覚データを生成することができる。

電子装置の情報提供方法は、映像データが有する情報の中で表現する情報を選択する段階と、前記選択された情報に対応する触覚情報を電子装置の外表面の突出を通じて表現する触覚情報表現段階と、を含むことができる。

前記映像データが有する情報は、形状情報、色相情報、及び階調情報を含むことができる。

前記触覚情報表現段階は、前記単位領域の高さ及び既設定された数からなされた単位領域グループの中で突出された単位領域の数を通じて前記触覚情報を表現することができる。

本発明の実施形態による電子装置によれば、電子装置は触覚情報を表現し、使用者は触覚を通じて表現された情報を認識することができる。

本発明の一実施形態による電子装置の情報提供方法によれば、映像データが有する形状情報、色相情報、及び階調情報に対応する触覚情報を表現することができる。

本発明の一実施形態による表示装置のブロック図である。 図１に図示された表現部を示した分解斜視図である。 本発明の様々な実施形態による表現部の一部を示した斜視図である。 本発明の様々な実施形態による表現部の一部を示した斜視図である。 本発明の様々な実施形態による表現部の一部を示した斜視図である。 本発明の一実施形態による図１の表現部を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による図１の表現部を示した断面図である。 図１に図示された駆動部を示したブロック図である。 人間の顔形状が表現された電子装置を示した図面である。 触覚提供層の高さを通じた色相と階調表現とを説明するための表現部の断面図である。 触覚提供層の質感を通じた色相と階調表現とを説明するための表現部の断面図である。 触覚提供層の質感を通じた色相と階調表現とを説明するための表現部の断面図である。 触覚提供層の質感を通じた色相と階調表現とを説明するための表現部の断面図である。 本発明の一実施形態による電子装置の情報提供方法を示したフローチャートである。

本発明は多様な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるので、特定実施形態を図面に例示し、本文で詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定な開示形態に対して限定しようとすることでなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むこととして理解しなければならない。

以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態をより詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態による電子装置１０００のブロック図である。

図１を参照すれば、電子装置１０００は駆動部１００及び表現部２００を含む。

駆動部１００は表現部２００を駆動する。具体的に、駆動部１００は映像データＭ＿ＤＡＴＡを受信し、映像データＭ＿ＤＡＴＡを触覚データＴ＿ＤＡＴＡに変換する。駆動部１００に対する詳細な内容は後述される。

表現部２００は触覚データＴ＿ＤＡＴＡを受信し、触覚データＴ＿ＤＡＴＡに対応する触覚情報を表現する。使用者は表現部２００で表現された触覚情報を通じて形状、色相、及び階調を認識することができる。

図２は図１に図示された表現部２００を示した分解斜視図である。

図２を参照すれば、表現部２００は基板ＳＢ、隔壁ＷＬ、圧力提供部、流体ＦＤ、及び触覚提供層ＴＳを含む。

基板ＳＢは平坦な絶縁基板である。基板ＳＢはガラス、プラスチック、及びセラミック等からなされてもよい。

隔壁ＷＬは基板ＳＢ上に形成される。隔壁ＷＬは内部にアクティブ領域ＡＲを定義する。アクティブ領域ＡＲは隔壁ＷＬによって空間的に分離される。アクティブ領域ＡＲはマトリックス状に区画される。

圧力提供部は電気信号にしたがって初期圧力を発生させる。圧力提供部は複数の圧電素子ＰＺを含む。

圧電素子ＰＺは基板ＳＢ上に形成される。圧電素子ＰＺはアクティブ領域ＡＲの各々の内部に配置されてもよい。圧電素子ＰＺは印加された電圧によって機械的に変形される。具体的に、圧電素子ＰＺは電圧を受信して基板ＳＢの延長面（板状面）に対して概ね垂直となる第１方向ＤＲ１に体積を膨脹することができる。初期圧力は圧電素子ＰＺの体積膨脹によって第１方向ＤＲ１に発生する。

圧電素子ＰＺは、アルミニウムオルトホスフェート（ＡｌＰＯ_４）、石英、ロッシェル塩、トパーズ、ガリウムオルトホスフェート（ＧａＰＯ_４）、ランタンガリウムシリケート（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコニウム鉛（ＰＺＴ）（Ｐｂ［Ｚｒ_ＸＴｉ_１−Ｘ］Ｏ_３、０＜ｘ＜１）、チタン酸ランタンビスマス（ＢＬＴ）（［Ｂｉ_４−ＸＬａ_Ｘ］Ｔｉ_３Ｏ_１２、０＜ｘ＜１）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、タングステン酸ナトリウム（Ｎａ_２ＷＯ_３）、ニオブ酸ナトリウムバリウム（Ｂａ_２ＮａＮｂ_５Ｏ_５）、ニオブ酸カリウム鉛（Ｐｂ_２ＫＮｂ_５Ｏ_１５）、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮａＮｂ_５Ｏ_５）、及びビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ_３）等から形成されてもよい。

流体ＦＤは圧電素子ＰＺ上に配置され、流体ＦＤはアクティブ領域ＡＲの各々の内部に配置されてもよい。流体ＦＤは初期圧力によって流体圧力を発生させる。具体的に、流体ＦＤは、圧電素子ＰＺの機械的変形によって第１方向ＤＲ１に、触覚提供層ＴＳに流体圧力を発生させる。

触覚提供層ＴＳは隔壁ＷＬ上に配置される。触覚提供層ＴＳは流体ＦＤの流体圧力によって突出される。触覚提供層ＴＳはアクティブ領域ＡＲに対応する複数の単位領域ＵＲを含む。各単位領域ＵＲの突出の可否はアクティブ領域ＡＲの各々に配置された流体ＦＤによって独立的に制御される。

触覚提供層ＴＳはフレキシブルな物質からなされる。触覚提供層ＴＳはプラスチック樹脂や高分子フィルムであってもよい。
使用者は触覚提供層ＴＳを通じて触覚情報を認識することができる。例えば、使用者は、触覚提供層ＴＳに触れて触覚提供層ＴＳの突出を感じることで、触覚情報を認識することができる。

図３乃至図５は本発明の様々な実施形態による表現部２００の一部を示した斜視図である。

図２及び図３を参照すれば、表現部２００は第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２をさらに含む。

第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２は基板ＳＢ上に配置される。第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２はアクティブ領域ＡＲの各々の内部に配置される。
第１電極ＥＬ１は圧電素子ＰＺの各々の一端に連結される。第２電極ＥＬ２は圧電素子ＰＺの各々の他端に連結される。

第１電極ＥＬ１は圧電素子ＰＺの各々の上部に配置されてもよい。第２電極ＥＬ２は圧電素子ＰＺの各々を介して第１電極ＥＬ１と対向するように配置されてもよい。第２電極ＥＬ２は圧電素子ＰＺの各々の下部に配置されてもよい。

第１電極ＥＬ１には第１電圧が印加され、第２電極ＥＬ２には第２電圧が印加される。第１電圧と第２電圧との電圧差によって圧電素子ＰＺは第１方向ＤＲ１に体積を膨張するか、或いは第１方向ＤＲ１と反対方向に収縮することができる。

図２及び図４を参照すれば、表現部２００は第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２をさらに含む。

第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２は基板ＳＢ上に配置される。第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２はアクティブ領域ＡＲの各々の内部に配置される。

第１電極ＥＬ１は圧電素子ＰＺの各々の一端に連結される。第２電極ＥＬ２は圧電素子ＰＺの各々の他端に連結される。

第１電極ＥＬ１は圧電素子ＰＺ各々の側面の一側に配置されてもよい。第２電極ＥＬ２は圧電素子ＰＺの各々を介して第１電極ＥＬ１と対向するように配置されてもよい。第２電極ＥＬ２は圧電素子ＰＺの各々の側面の他側に配置されてもよい。

第１電極ＥＬ１には第１電圧が印加され、第２電極ＥＬ２には第２電圧が印加される。

第１電圧と第２電圧との電圧差によって圧電素子ＰＺは第１方向ＤＲ１に体積を膨張するか、或いは第１方向ＤＲ１と反対方向に収縮することができる。

図２及び図５を参照すれば、表現部２００は第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２をさらに含む。

第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２は基板ＳＢ上に配置される。第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２とは基板ＳＢと平行な平面に対して互いに異なる方向に延長される。

第１電極ＥＬ１は列方向に隣接する圧電素子に連結され、第２電極ＥＬ２は行方向に隣接する圧電素子に連結される。隔壁ＷＬは第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２上に形成される。

第１電極ＥＬ１は圧電素子ＰＺの各々の一端に連結される。第２電極ＥＬ２は圧電素子ＰＺの各々の他端に連結される。

第１電極ＥＬ１は圧電素子ＰＺの各々の上部に配置されてもよい。第２電極ＥＬ２は圧電素子ＰＺの各々を介して第１電極ＥＬ１と対向するように配置されてもよい。第２電極ＥＬ２は圧電素子ＰＺの各々の下部に配置されてもよい。

第１電極ＥＬ１には第１電圧が印加され、第２電極ＥＬ２には第２電圧が印加される。

第１電圧と第２電圧との電圧差によって圧電素子ＰＺは第１方向ＤＲ１に体積を膨張するか、或いは第１方向ＤＲ１と反対方向に収縮することができる。

一方、これに制限されることではなく、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２は圧電素子ＰＺの一端と他端とに各々連結されれるのであれば、図３乃至図５に図示された形態の以外の多様な形態に提供されることができる。以下、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２は図３の構造を有することを一例として説明する。

図６は本発明の一実施形態による図１の表現部２００を示した断面図である。

図６には第１アクティブ領域ＡＲ１と第２アクティブ領域ＡＲ２とを含む２つのアクティブ領域を一例として図示した。第１アクティブ領域ＡＲ１は触覚提供層ＴＳに圧力を加える領域であり、第２アクティブ領域ＡＲ２は触覚提供層ＴＳに圧力を加えない領域である。

図２及び図６を参照すれば、表現部２００は水素格納合金ＨＴをさらに含む。水素格納合金ＨＴは印加された圧力によって水素を吸収及び放出することができる。具体的に、水素格納合金ＨＴは圧力が印加されれば、水素を放出し、圧力が印加されなければ、水素を再び格納することができる。水素格納合金ＨＴの水素放出及び吸収は可逆反応である。
水素格納合金ＨＴから放出された水素は触覚提供層ＴＳに圧力を加え、触覚提供層ＴＳを突出させる役割を果たす。

水素格納合金ＨＴは同種又は異種であってもよく、Ｍｇ_２Ｃｕ、Ｍｇ_２Ｎｉ等のＭｇ系水素格納合金、ＬａＮｉ_５、ＭｍＮｉ_５で代表される希土類金属系水素格納合金、ＴｉＦｅ、ＴｉＣｏ、ＴｉＭｎ、ＴｉＣｒ_２のＴｉ系水素格納合金、及びＺｒＭｎ_２のＺｒ系水素格納合金等から適切に選択されることができる。

水素格納合金ＨＴは１００Ｘ１００Ｘ１０μｍ^３の単位体積を有する時、１．４Ｘ１０^６μｍ^３の最大水素放出量を有する。人間の触覚分解能が約４０μｍであることを鑑みる時、単位体積を有する水素格納合金ＨＴとしても人間に認識可能な範囲の触覚情報を提供することができる。

水素格納合金ＨＴはアクティブ領域ＡＲの各々に対応し、互いに離隔されて複数個で提供される。水素格納合金ＨＴは第１アクティブ領域ＡＲ１に対応する第１水素格納合金ＨＴ１及び第２アクティブ領域ＡＲ２に対応する第２水素格納合金ＨＴ２を含む。
隔壁ＷＬは第１隔壁ＷＬ１及び第２隔壁ＷＬ２を含む。

第１隔壁ＷＬ１は基板ＳＢと水素格納合金ＨＴとの間に配置されて内部に密閉された第１空間ＳＰ１を形成する。

第２隔壁ＷＬ２は水素格納合金ＨＴと触覚提供層ＴＳとの間に配置されて内部に密閉された第２空間ＳＰ２を形成する。

流体ＦＤは気体であってもよい。流体ＦＤは非活性気体及び水素を含む。非活性気体は第１空間ＳＰ１に満たされる。非活性気体は１８族元素で、反応性が非常に低いので、容易に化合物を作らない。水素は第２空間ＳＰ２に満たされるか、或いは水素格納合金ＨＴに格納される。

以下、第１アクティブ領域ＡＲ１と第２アクティブ領域ＡＲ２との駆動メカニズムに対して説明する。

第１アクティブ領域ＡＲ１の第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２とには互いに異なる電圧が印加され、第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２とに印加された電圧の電圧差によって圧電素子ＰＺ１は第１方向ＤＲ１に沿って体積が膨張されることができる。圧電素子ＰＺ１の体積が膨張されれば、第１空間ＳＰ１に満たされた非活性気体は第１水素格納合金ＨＴ１に圧力を加えることになる。第１水素格納合金ＨＴ１は非活性気体が加える圧力によって水素を第２空間ＳＰ２に放出し、水素は触覚提供層ＴＳの対応される単位領域ＵＲ１に圧力を加えることになる。単位領域ＵＲ１は水素が加える圧力によって第１方向ＤＲ１に突出される。使用者は突出された単位領域ＵＲ１が表現する情報を触覚を通じて認識することができる。

第２アクティブ領域ＡＲ２の第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２には互いに同一の電圧が印加されてもよい。第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２とに印加された電圧間に電圧差が発生しないので、圧電素子ＰＺ２は体積が膨張されない。第１空間ＳＰ１に満たされた非活性気体は第２水素格納合金ＨＴ２に圧力を加えなく、第２水素格納合金ＨＴ２は第２空間ＳＰ２に満たされた水素を再び格納する。触覚提供層ＴＳの単位領域ＵＲ２は圧力が加えなく、単位領域ＵＲ２は突出されない。使用者は突出されない単位領域ＵＲ２が表現する情報を触覚を通じて認識することができる。

図７は本発明の他の実施形態による図１の表現部２００を示した断面図である。

図７には第１アクティブ領域ＡＲ１と第２アクティブ領域ＡＲ２とを含む２つのアクティブ領域を一例として図示した。第１アクティブ領域ＡＲ１は触覚提供層ＴＳに圧力を加える領域であり、第２アクティブ領域ＡＲ２は触覚提供層ＴＳに圧力を加えない領域である。

図７を参照すれば、隔壁ＷＬは上部隔壁ＷＬＵと下部隔壁ＷＬＬとを含む。下部隔壁ＷＬＬは基板ＳＢ上に配置される。上部隔壁ＷＬＵは下部隔壁ＷＬＬと触覚提供層ＴＳとの間に配置される。上部隔壁ＷＬＵ及び下部隔壁ＷＬＬは一体に形成される。一方、これに制限されることではなく、隔壁ＷＬは上部隔壁ＷＬＵのみからなされてもよい。
上部隔壁ＷＬＵは、その断面において、上部から下部に行くほど、幅が小さくなる。したがって、平面上で上部隔壁ＷＬＵの上端によって露出された領域は下部隔壁ＷＬＬ下端によって露出された領域より小さい。例えば、下部隔壁ＷＬＬは所定の厚みを有する板状部材が行方向及び列方向に配置されてなる。また、例えば、上部隔壁ＷＬＵは、円柱の延びる方向に沿って概ね半分に円柱を切断した部材が行方向及び列方向に配置されてなる。
流体ＦＤは液体であってもよい。具体的に、流体ＦＤはオイルである。流体ＦＤの表面の高さは圧電素子ＰＺの体積膨張によって調節される。流体ＦＤの最大表面の高さは上部隔壁ＷＬＵの上端を越えない。

表現部２００は突起ＰＤをさらに含む。突起ＰＤは流体ＦＤの表面と触覚提供層ＴＳとの間に配置される。突起ＰＤは流体ＦＤの流体圧力（流体ＦＤの表面の高さの移動）によって移動して触覚提供層ＴＳを突出させる。望ましくは、突起ＰＤは相対的に浮力が大きい物質からなされる。

以下、第２アクティブ領域ＡＲ１と第２アクティブ領域ＡＲ２との駆動メカニズムに対して説明する。

第１アクティブ領域ＡＲ１の第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２とには互に異なる電圧が印加され、第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２とに印加された電圧の電圧差によって圧電素子ＰＺ１は第１方向ＤＲ１に沿って体積が膨張されることができる。圧電素子ＰＺ１の体積が膨張されれば、流体ＦＤの表面の高さは上がることになり、突起ＰＤは触覚提供層ＴＳの対応される単位領域ＵＲ１に圧力を加えることになる。単位領域ＵＲ１は流体ＦＤ及び突起ＰＤが加える圧力によって第１方向ＤＲ１に突出される。使用者は突出された単位領域ＵＲ１が表現する情報を触覚を通じて認識することができる。

第２アクティブ領域ＡＲ２の第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２とには互いに同一の電圧が印加されることができる。第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２とに印加された電圧間に電圧差が発生しないので、圧電素子ＰＺ２は体積が膨張されない。流体ＦＤの表面の高さは維持されるか、或いは下降（圧電素子ＰＺ２の体積が膨張された状態から収縮された場合）するようになり、突起ＰＤは上部隔壁ＷＬＵの上端の下に位置する。触覚提供層ＴＳの単位領域ＵＲ２は圧力を受けず、単位領域ＵＲ２は突出されない。使用者は突出されない単位領域ＵＲ２が表現する情報を触覚を通じて認識することができる。

図８は図１に図示された駆動部１００を示したブロック図である。

図８を参照すれば、駆動部１００はモード選択部１１０、高さ算出部１２０、質感算出部１３０、及び触覚データ生成部１４０を含む。

モード選択部１１０は、外部から映像データＭ＿ＤＡＴＡを受信する。モード選択部１１０は映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する形状情報、色相情報、及び階調情報の中で表現する情報を選択する。

映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する形状情報は、例えば、表示しようとしている物体の輪郭を示す情報、物体の厚みを示す情報等の物体の形状を人が認識可能な情報であり得る。例えば、輪郭を示す情報は、輪郭部分に対応する各画素を所定の第１ビット群で表し、輪郭部分以外に対応する各画素を第１ビット群とは異なる第２ビット群で表す。また、例えば、物体の厚みは、物体の輪郭に対応する各画素の第１ビット群を厚みに応じた所定のビットで表す。例えば、輪郭部分の画素は“０”，“１”，“２”，“３”等の第１ビット群で表し、輪郭部分以外の画素を“４”等の第２ビット群で表す。そして、例えば輪郭部分の厚みが小さい方から大きい方にかけて、順に“０”，“１”，“２”，“３”それぞれに対応させて表す。

映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する色相情報は、色味の違いをビットの値の違いで表した情報である。例えば、赤、黄色、緑色、青色といった色の違いをそれぞれ異なるビットの値で表した情報である。

映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する階調情報は、例えば、各色ごとについての濃淡を所定の段階数で表したビットによって表される。

前述の形状情報、色相情報及び階調情報は一例であり、各情報が適切に表現されるのであればこれに限定されない。

表現部２００は使用者に触覚情報を提供するので、映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する情報と同一の情報を使用者に提供するわけではない。例えば、表現部２００は、使用者の手等の触覚により情報を提供するのであって、通常の映像を画面に表示することにより情報を使用者に提供するわけではない。もし、モード選択部１１０で映像データＭ＿ＤＡＴＡの形状情報を選択した場合、触覚データ生成部１４０は形状情報に関する触覚データＴ＿ＤＡＴＡを生成して表現部２００に出力し、使用者は触覚データＴ＿ＤＡＴＡに対応する触覚情報を認識することができる。この時、表現部２００は触覚提供層ＴＳの高さ又は質感で触覚情報を表現することができる。

例えば、使用者がモード選択部１１０を介して映像データＭ＿ＤＡＴＡの形状情報を選択した場合、触覚データ生成部１４０は、映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する形状情報に基づいて、各単位領域の第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に電圧を印加し、各圧電素子ＰＺの体積が膨張される。なお、映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する形状情報と、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加される電圧との関係とは、予め規定されている。よって、例えば、触覚データ生成部１４０は、映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する形状情報に基づいて、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加すべき電圧を決定し、これを触覚データＴ＿ＤＡＴＡとする。この触覚データＴ＿ＤＡＴＡに基づいて、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に電圧が印加され、各圧電素子ＰＺが機械的に変動して触覚提供層ＴＳの高さ又は質感を変化させる。

使用者がモード選択部１１０を介して映像データＭ＿ＤＡＴＡの色相情報を選択した場合、触覚データ生成部１４０は、映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する色相情報に基づいて、各単位領域の第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に電圧を印加し、圧電素子ＰＺの体積が膨張される。なお、映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する色相情報と、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加される電圧との関係とは、予め規定されている。よって、例えば、触覚データ生成部１４０は、映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する色相情報に基づいて、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加すべき電圧を決定し、これを触覚データＴ＿ＤＡＴＡとする。この触覚データＴ＿ＤＡＴＡに基づいて、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に電圧が印加され、各圧電素子ＰＺが機械的に変動して触覚提供層ＴＳの高さ又は質感を変化させる。

使用者がモード選択部１１０を介して映像データＭ＿ＤＡＴＡの階調情報を選択した場合、触覚データ生成部１４０は、映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する階調情報に基づいて、各単位領域の第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に電圧を印加し、圧電素子ＰＺの体積が膨張される。なお、映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する階調情報と、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加される電圧との関係とは、予め規定されている。よって、例えば、触覚データ生成部１４０は、映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する階調情報に基づいて、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加すべき電圧を決定し、これを触覚データＴ＿ＤＡＴＡとする。この触覚データＴ＿ＤＡＴＡに基づいて、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に電圧が印加され、各圧電素子ＰＺが機械的に変動して触覚提供層ＴＳの高さ又は質感を変化させる。

図９は人間の顔形状が表現された電子装置１０００を示した図面である。

図８及び図９を参照すれば、映像データＭ＿ＤＡＴＡが人間の顔に対する映像情報を有し、モード選択部１１０で映像データＭ＿ＤＡＴＡの形状情報を選択した場合、表現部２００は立体感ある人間の顔形状を表現することができる。使用者は表現部２００で表現された目、鼻、口等の形状と皮膚との粗さを触覚で認知して表現部２００で人間の顔が表現されたことを認知することができる。

一方、再び図８を参照すれば、モード選択部１１０で映像データＭ＿ＤＡＴＡの色相情報又は階調情報を表現する情報として選択した場合、表現部２００は色相情報又は階調情報を表現し、使用者はこれを認知することができる。この時、表現部２００は触覚提供層ＴＳの高さ又は質感を通じて色相情報又は階調情報を表現することができる。
図１０は触覚提供層の高さを通じた色相と階調表現とを説明するための表現部の断面図である。

図１０には表現部２００の構成の中で触覚提供層ＴＳを除外した残りの構成を表現基板５００に単純化して図示した。

図８及び図１０を参照すれば、触覚提供層ＴＳの最大高さを有する単位領域ＵＲ−Ａがレッド色相を表現することとして定義し、触覚提供層ＴＳの最小高さを有する単位領域（ＵＲ−Ｇ、突出されない単位領域）がブルー色相を表現することとして定義する。また、最小高さと最大高さとの間の高さを有する単位領域ＵＲ−Ｂ〜ＵＲ−Ｆは色座標上でレッドとブルーとの間の色相を表現することとして定義する。各色相に応じた触覚提供層ＴＳの高さは、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加された電圧によって膨張する圧電素子ＰＺの体積によって決まる。よって、予め、各色相に応じた触覚提供層ＴＳの高さと、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加される電圧との関係は規定されている。使用者は触覚提供層ＴＳの高さを触覚で認知して色相を認知することができる。図１０の場合、使用者は図面の左側から右側に行くほど、レッドからブルーに色相が変わって行くことを認知することができる。

同様に、触覚提供層ＴＳの最大高さを有する単位領域ＵＲ−Ａがホワイト階調を表現することとして定義し、触覚提供層ＴＳの最小高さを有する単位領域（ＵＲ−Ｇ、突出されない単位領域）がブラック階調を表現することとして定義することができる。また、最小高さと最大高さとの間の高さを有する単位領域ＵＲ−Ｂ〜ＵＲ−Ｆはホワイトとブラックとの間の階調を表現することとして定義することができる。各諧調に応じた触覚提供層ＴＳの高さは、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加された電圧によって膨張する圧電素子ＰＺの体積によって決まる。よって、予め、各諧調に応じた触覚提供層ＴＳの高さと、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加される電圧との関係は規定されている。使用者は触覚提供層ＴＳの高さを触覚で認知して階調を認知することができる。図１０の場合、使用者は図面の左側から右側に行くほど、ホワイトからブラックに階調が変わって行くことを認知することができる。

図１１Ａ乃至図１１Ｃは触覚提供層の質感を通じた色相と階調表現とを説明するための表現部の断面図である。

図１１Ｃ乃至図１１Ｃには３Ｘ３形態に配列された触覚提供層ＴＳの単位領域ＵＲ−Ａ〜ＵＲ−Ｉを一例として示し、丸（circle）表示された単位領域は突出され、丸表示されない単位領域は突出されないこととして定義する。丸表示された単位領域は全て同一の高さに突出されたことを仮定する。例えば、丸で表示された単位領域に対応する圧電素子ＰＺには、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に所定の電圧が印加され体積が膨張される。これにより、触覚提供層ＴＳの丸で表示された単位領域が突出する。

図１１Ａの場合、突出された単位領域の密度が高いので、使用者は触覚的に粗い質感を認知し、図１１Ｃの場合、突出された単位領域の密度が低いので、使用者は触覚的に平坦な質感を認知し、図１１Ｂの場合、使用者は図１１Ａと図１１Ｃとの間の粗さを有する質感を認知することができる。

図８及び図１１Ａ乃至図１１Ｃを参照すれば、突出された単位領域の密度が最大に高い場合をレッド色相を表現することとして定義し、突出された単位領域の密度が最小に低い場合をブルー色相を表現することとして定義することができる。また、突出された単位領域の密度が最小と最大との間である場合、レッドとブルーとの間の色相を表現することとして定義することができる。使用者は触覚提供層ＴＳの粗さを触覚で認知して色相を認知することができる。図１１Ａから図１１Ｃに行くほど、使用者はレッドからブルーに色相が変わって行くことを認知することができる。

同様に、突出された単位領域の密度が最大に高い場合をホワイト階調を表現することとして定義し、突出された単位領域の密度が最小に低い場合をブラック階調を表現することとして定義することができる。また、突出された単位領域の密度が最小と最大との間である場合、ホワイトとブラックとの間の階調を表現することとして定義することができる。使用者は触覚提供層ＴＳの粗さを触覚で認知して階調を認知することができる。図１１Ａから図１１Ｃに行くほど、使用者はホワイトからブラックに階調が変わって行くことを認知することができる。

図２及び図８を参照すれば、高さ算出部１２０はモード選択部１１０から選択された表現する情報Ｍ１を受信する。高さ算出部１２０は表現する情報Ｍ１に基づいてアクティブ領域ＵＲの各々に対応する触覚提供層ＴＳの単位領域ＵＲの高さを決定する。高さ算出部１２０は決定された単位領域ＵＲの高さを第１信号Ｈ１として出力する。
質感算出部１３０はモード選択部１１０から選択された表現する情報Ｍ１を受信する。質感算出部１３０は表現する情報Ｍ１に基づいて触覚提供層の質感を決定する。質感算出部１３０は予め設定された数値から構成された単位領域グループの中で突出された単位領域の数を決定する。質感算出部１３０は予め設定された数値から設定された単位領域グループの中で突出された単位領域の数を第２信号Ｒ１として出力する。

触覚データ生成部１４０は第１信号Ｈ１及び第２信号Ｒ１を受信する。触覚データ生成部１４０は触覚提供層の高さ及び触覚提供層の質感を基づいて触覚データＴ＿ＤＡＴＡを生成する。触覚データ生成部１４０は触覚データＴ＿ＤＡＴＡを図１の表現部２００に出力する。

なお、情報Ｍ１には、前述の映像データＭ＿ＤＡＴＡが有する形状情報、色相情報、及び階調情報等が含まれる。情報Ｍ１に含まれる形状情報、色相情報、及び階調情報等によって、前述の単位領域ＵＲの高さ、突出された単位領域の数等が決定される。形状情報、色相情報、及び階調情報等と、単位領域ＵＲの高さ及び突出された単位領域との関係とは予め規定されている。例えば、選択された情報Ｍ１が形状情報である場合、高さ算出部１２０は、情報Ｍ１が有する形状情報に基づいて、各単位領域ＵＲの高さを決定し、第１信号Ｈ１を出力する。第１信号Ｈ１に基づいて第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に電圧が印加され、圧電素子ＰＺの体積が膨張される。なお、情報Ｍ１が有する形状情報と、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加される電圧との関係とは、予め規定されている。

また、例えば、選択された情報Ｍ１が形状情報である場合、質感算出部１３０は、形状情報に基づいて単位領域グループの中で突出される単位領域の場所を決定し、第２信号Ｒ１を出力する。第２信号Ｒ１に基づいて第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に電圧が印加され、圧電素子ＰＺの体積が膨張される。なお、情報Ｍ１が有する形状情報と、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２に印加される電圧との関係とは、予め規定されている。
情報Ｍ１が色相情報、及び階調情報等である場合も同様である。

図１２は本発明の一実施形態による電子装置の情報提供方法を示したフローチャートである。

図２及び図１２を参照すれば、電子装置の情報提供方法は、映像データが有する情報の中で表現する情報を選択する段階（Ｓ１）及び選択された情報に対応する触覚情報を電子装置の外表面の突出を通じて表現する触覚情報表現段階（Ｓ２）を含む。
映像データが有する情報は形状情報、色相情報、及び階調情報を含むことができる。
図２に図示された電子装置２００の触覚提供層ＴＳは複数の単位領域ＵＲを含み、単位領域ＵＲは圧電素子ＰＺと流体ＦＤとによって突出される。
触覚情報表現段階（Ｓ２）は単位領域ＵＲの高さ及び既設定された数からなされた単位領域グループの中で突出された単位領域の数を通じて触覚情報を表現することができる。
電子装置２００が形状情報、色相情報、及び階調情報を表現し、使用者がこれを認識するメカニズムに対しては図８乃至図１１Ｃを参照して説明したので、具体的な説明は省略する。

上記では、各アクティブ領域ＡＲにそれぞれ圧電素子ＰＺが設けられている。しかし、各アクティブ領域ＡＲに対応して複数の圧電素子ＰＺが配置されてもよい。各圧電素子ＰＺは、それぞれに対応する電気信号を受けて機械的に、それぞれ第１方向ＤＲ１に変形する。各アクティブ領域ＡＲに複数の圧電素子ＰＺが配置されることで、１つのアクティブ領域ＡＲ内においても第１方向ＤＲ１方向の変形量を圧電素子ＰＺ毎に異ならせることができる。よって、より細やかな触覚を使用者に提供することができる。

上記では、圧電素子ＰＺが第１方向ＤＲ１に体積を膨脹することで、触覚提供層ＴＳが流体圧力を受けて突出する。しかし、圧電素子ＰＺが第１方向ＤＲ１と反対方向に体積を縮小することで、触覚提供層ＴＳが初期位置よりも凹んでもよい。この場合、圧電素子ＰＺは、初期位置において、体積を膨張する方向と縮小する方向との中間の体積に設計される。そして、初期位置の圧電素子ＰＺが流体ＦＤを介して触覚提供層ＴＳと接触することで、触覚提供層ＴＳが初期位置（初期高さ）となっている。この状態で、圧電素子ＰＺが電気信号を受けて、第１方向ＤＲ１と反対方向に体積を縮小する。このとき、流体ＦＤは第１方向ＤＲ１と反対方向に引き寄せられる。これに伴い、触覚提供層ＴＳもまた第１方向ＤＲ１と反対方向に引き込まれる。このように各圧電素子ＰＺが第１方向ＤＲ１と、第１方向ＤＲ１の反対方向とに膨張又は縮小することで、触覚提供層ＴＳが初期位置よりも突出又は凹むため、使用者によりきめ細やかな立体感のある触覚を提供することができる。例えば、一例であるが、圧電素子ＰＺは、通常時は所定の高さ位置Ｔ１に位置しており、プラスの電気信号の印加を受けて第１方向ＤＲ１に膨張し、逆にマイナスの電気信号の印加を受けて第１方向ＤＲ１と反対方向に縮小し得る。

一方、本発明は記載された実施形態に限定されることでなく、本発明の思想及び範囲を逸脱しなく、多様に修正及び変形ができることはこの技術分野で通常の知識を有する者には明確である。したがって、そのような変形例又は修正例らは本発明の特許請求の範囲に属することである。

１０００ 電子装置
１００ 駆動部
２００ 表現部
ＳＢ 絶縁基板
ＷＬ 隔壁
ＰＺ 圧電素子
ＦＤ 流体
ＴＳ 触覚提供層
ＥＬ１ 第１電極
ＥＬ２ 第２電極

Claims (10)

1. 電気信号にしたがって初期圧力を発生させる圧力提供部と、
   区画されたアクティブ領域に前記初期圧力によって流体圧力を発生させる流体と、
   前記流体圧力によって突出される触覚提供層と、
   印加された圧力によって水素を吸収及び放出する水素格納合金とを含み、
   前記圧力提供部は、前記アクティブ領域の内部に形成され、前記電気信号にしたがって機械的変形が発生する圧電素子を含み、
   前記圧電素子は、初期位置において、体積を膨張する方向と縮小する方向との中間の体積に設計され、
   前記圧電素子の駆動により、各単位領域は、初期位置よりも突出するか、または凹むことができ、
   単位領域ごとに、初期位置に比べた、突出するか、または凹む寸法を制御するとともに、隣接する複数の単位領域からなる単位領域グループごとに、突出または凹む単位領域の密度、または、突出または凹むパターンを制御することで、色相または階調を表現する電子装置。
2. 前記圧電素子の駆動により、各単位領域は、初期位置よりも突出することで使用者により突出された単位領域として認識されるようにするか、または、初期位置よりも凹むことで使用者により凹んだ単位領域として認識されるようにすることができることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 電気信号にしたがって初期圧力を発生させる圧力提供部と、
   区画されたアクティブ領域に前記初期圧力によって流体圧力を発生させる流体と、
   前記流体圧力によって突出される触覚提供層と、を含み、
   前記圧力提供部は、前記アクティブ領域の内部に形成され、前記電気信号にしたがって機械的変形が発生する圧電素子を含み、
   印加された圧力によって水素を吸収及び放出する水素格納合金をさらに含むことを特徴とする電子装置。
4. 基板上に形成され、内部に前記アクティブ領域を定義する隔壁をさらに含み、
   前記隔壁は、
   前記基板と前記水素格納合金との間に配置されて内部に密閉された第１空間を形成する第１隔壁と、
   前記水素格納合金と前記触覚提供層との間に配置されて内部に密閉された第２空間を形成する第２隔壁と、を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子装置。
5. 前記流体は、
   前記第１空間に満たされた非活性気体と、
   前記第２空間に満たされるか、或いは前記水素格納合金に格納された水素と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の電子装置。
6. 前記流体は液体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子装置。
7. 基板上に形成され、内部に前記アクティブ領域を定義する隔壁をさらに含み、
   前記隔壁は、上部から下部に行くほど、幅が小さくなる領域を含むことを特徴とする請求項６に記載の電子装置。
8. 前記流体の表面と前記触覚提供層との間に配置され、前記流体圧力によって移動して前記触覚提供層を突出させる突起をさらに含む請求項７に記載の電子装置。
9. 映像データを受信し、前記映像データを触覚データに変換し、前記触覚データを表現部に出力する駆動部をさらに含み、
   前記表現部は、前記触覚データに対応する触覚情報を表現し、前記圧力提供部、前記流体、及び前記触覚提供層を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
10. 前記駆動部は、
    前記映像データが有する形状情報、色相情報、及び階調情報の中で表現する情報を選択するモード選択部と、
    前記アクティブ領域の各々に対応する前記触覚提供層の単位領域の高さを決定する高さ算出部と、
    既設定された数からなる単位領域グループの中で突出された単位領域の数を決定して前記触覚提供層の質感を決定する質感算出部と、
    前記触覚提供層の高さ及び前記触覚提供層の質感に基づいて前記触覚データを生成する触覚データ生成部と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の電子装置。