JPWO2014002450A1 - 触感的な感覚を呈示する方法およびその装置 - Google Patents

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Abstract

電流刺激による触感呈示と静電気力による触感呈示とを含む複雑な触感の呈示を可能とする触覚呈示方法を提供する。触覚呈示方法は、同一平面上に、絶縁膜で覆われた複数の第１の電極を配置し、同一平面上に、上面を外部に露出した複数の第２の電極を配置し、前記複数の第１の電極のうちの一部の第１の電極に時間的に変化する第１の電圧を印加し、その一部の第１の電極により変化する電界を発生する第１の動作と、前記複数の第２の電極のうちの一部の第２の電極に時間的に変化する第１の電流を加え、その一部の第２の電極から導体を介して、その一部の第２の電極とは異なる第２の電極へ電流を流す第２の動作と、を並行して行う。

Description

本開示は、操作者に対し触感的な感覚を呈示する方法及び装置に関する。
近年、携帯電話やゲーム機器等のタッチパネル操作機器において、液晶画面上に表示されたボタンやアイコンを視認しながら、同時に指やペン等で画面上に積層されたタッチパネル上の特定部分を触ることにより機器を操作することが増加している。
しかしながら、画面上に表示されるボタンやアイコンは画像のみであり物理的・触感的な形状を有しない。そのため、操作者は、視覚による表示位置の認識が不可欠であり、一方、押下感等の実際の入力感覚を持つことはない。
なお、特許文献１に記載の感覚刺激のための方法および装置は、静電気力を用いることにより、操作者に触感を呈示する。また、特許文献２に記載の触感呈示装置及びその駆動方法は、皮膚表面に直接電気的な刺激を印加することにより、操作者に触感を呈示する。
特開２００９−８７３５９号公報 特開２００５−８５０４８号公報
特許文献１に記載の感覚刺激のための方法および装置は、感覚刺激装置表面に配置された２つの平面電極に異なる電位を発生させ、それぞれの電極付近に指を近接させることにより、電極−指−電極の回路を構成する。指−電極間に静電気力が発生することで、擬似的に感覚刺激を発生させている。しかしながら、静電気力による刺激は指表面にのみ作用するため、表現可能な触感が限定される。
特許文献２に記載の触感呈示装置およびその駆動方法は、電極アレイに指をのせ、接触した皮膚に電流を通電させ皮膚の感覚神経を刺激することにより、触覚情報を呈示している。しかしながら、電流通電による刺激も表現可能な触感が限定される。
本開示は、電流刺激による触感呈示と静電気力による触感呈示とによる複雑な触感の呈示を可能とする触覚呈示装置を提供することを目的とする。
本開示に係る触感呈示装置は、
同一平面上に配置された、絶縁膜で覆われた複数の第１の電極と、
同一平面上に配置された、上面を外部に露出した複数の第２の電極と、
前記複数の第１の電極のうちの一部の第１の電極に時間的に変化する第１の電圧を印加し、その一部の第１の電極により変化する電界を発生する第１の動作と、前記複数の第２の電極のうちの一部の第２の電極に時間的に変化する第１の電流を加え、その一部の第２の電極から導体を介して、その一部の第２の電極とは異なる第２の電極へ電流を流す第２の動作と、を並行して行う制御部と、
を備える
触感呈示装置である。
本開示における触感呈示装置は、静電気力を利用する静電型触感呈示力の低下を招くことなく、電流刺激による触感呈示と静電気力による触感呈示とを両立させ、複雑な触感を呈示することができる。
図１（１）は、本発明の実施の形態１に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置の一部の平面図である。図１（２）は、図１（１）に示す触感呈示装置の「Ａ−Ａ」を通る平面での縦断面図である。 図２（１）は、図１（１）に示す触感呈示装置における第１の電極を静電型触感呈示電極として機能させた状態の一例を示す図である。図２（２）は、電圧源が発生する電圧の駆動波形である。図２（３）は、図２（１）の触感呈示装置における第１の電極表面上に指を配置した際の状況を示す一部断面図である。 図３（１）は、図１（１）に示す触感提示装置における第２の電極を電流型触感呈示電極として機能させた状態の一例を示す図である。図３（２）は、電流源が発生する電流の駆動波形である。図３（３）は、図３（１）の触感提示装置における第２の電極表面上に指を配置した際の状況を示す一部断面図である。 図１（１）に示す触感呈示装置における第１の電極をタッチセンサとして機能させた状態の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置における第１の電極の構成を示す図である。 図６（１）は、本発明の実施の形態３に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置の一部の平面図である。図６（２）は、図６（１）に示す触感呈示装置の「Ａ−Ａ」を通る平面での縦断面図である。 図７（１）は、電流型触感呈示機能とタッチセンサ機能とを兼用する電極の組み合わせパターンを示す表である。図７（２）は、静電型触感呈示機能とタッチセンサ機能とを兼用する電極の組み合わせパターンを示す表である。 図１に示すような、静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが同一平面に配置される触感呈示装置において、電流型触感呈示電極とタッチセンサ電極とが、及び、静電型触感呈示電極とタッチセンサ電極とが、空間分割若しくは時分割により機能を分割する際の、分割組み合わせを示す表である。 図６に示すような、静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが別平面に配置される触感呈示装置において、電流型触感呈示電極とタッチセンサ電極とが、及び、静電型触感呈示電極とタッチセンサ電極とが、空間分割若しくは時分割により機能を分割する際の、分割組み合わせを示す表である。 電流型触感呈示電極が、無次元方式、パッシブマトリックス方式、若しくはアクティブマトリックス方式を用いることを示す表と、静電型触感呈示電極が、無次元方式、パッシブマトリックス方式、若しくはアクティブマトリックス方式を用いることを示す表である。 触感呈示電極の組み合わせの一例を実現する触感呈示装置の構成を示す図である。 図１２（１）は、図１１に示す触感呈示装置における第１の電極が、静電型触感呈示電極として動作する様子を示す図である。図１２（２）は、図１１に示す触感呈示装置における第２の電極が、電流型触感呈示電極として動作する様子を示す図である。 触感呈示電極の組み合わせの一例を実現する触感呈示装置の構成を示す図である。 図１４（１）は、図１３に示す触感呈示装置における第１の電極が、タッチセンサ電極若しくは静電型触感呈示電極として動作する様子を示す図である。図１４（２）は、図１３に示す触感呈示装置における第２の電極が、電流型触感呈示電極として動作する様子を示す図である。 静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが同一平面に配置される触感呈示装置であって、電流型触感呈示電極と静電型触感呈示電極とが何れも専用電極として機能する触感呈示装置の製造方法の概略を示している。 静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが同一平面に配置される触感呈示装置であって、電流型触感呈示電極と静電型触感呈示電極とが何れも専用電極として機能する触感呈示装置の製造方法の概略を示している。図１５Ａとは、断面の位置が異なる。 静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが同一平面に配置される触感呈示装置であって、電流型触感呈示電極と静電型触感呈示電極とが何れも専用電極として機能する触感呈示装置の製造方法の概略を示している。 静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが同一平面に配置される触感呈示装置であって、電流型触感呈示電極と静電型触感呈示電極とが何れも専用電極として機能する触感呈示装置の製造方法の概略を示している。図１６Ａとは、断面の位置が異なる。 静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが別平面に配置される触感呈示装置であって、電流型触感呈示電極と静電型触感呈示電極とが何れも専用電極として機能する触感呈示装置の製造方法の概略を示している。 静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが別平面に配置される触感呈示装置であって、電流型触感呈示電極と静電型触感呈示電極とが何れも専用電極として機能する触感呈示装置の製造方法の概略を示している。図１７Ａとは、断面の位置が異なる。 静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが別平面に配置される触感呈示装置であって、電流型触感呈示電極と静電型触感呈示電極とが何れも専用電極として機能する触感呈示装置の製造方法の概略を示している。 静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが別平面に配置される触感呈示装置であって、電流型触感呈示電極と静電型触感呈示電極とが何れも専用電極として機能する触感呈示装置の製造方法の概略を示している。図１８Ａとは、断面の位置が異なる。
特許文献１に記載の感覚刺激のための方法および装置は、静電気力による触感呈示を可能とするものである。一方、特許文献２に記載の触感呈示装置およびその駆動方法は、電流刺激による触感呈示を可能とするものである。これら装置及び方法による、電流刺激による触感呈示と静電気力による触感呈示とを、一つの触感呈示装置に搭載すれば、静電気力による間接的な触感と電流刺激による直接的な触感との異なる触感を同時に呈示することができる。しかしながら、静電気力による触感呈示装置に電流刺激による触感呈示電極を形成した場合、静電気力を利用する触感呈示電極層は、絶縁膜をはさみ電流刺激による触感呈示電極層の背面に配置されることになる。この場合、静電型触感呈示力の低下が避けられない。
そこで、本開示では、静電気力を利用する静電型触感呈示力の低下を招くことなく、電流刺激による触感呈示と静電気力による触感呈示とを両立させ、複雑な触感の呈示を可能とする触覚呈示装置を提供している。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
１．１．触感呈示装置の構成
図１（１）は、本発明の実施の形態１に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置２の一部の平面図であり、図１（２）は、図１（１）に示す触感呈示装置２の、ＡＡを通る平面での縦断面図である。
図１に示す触感呈示装置２において、第１の電極１０１は、同一平面状に配置された１００ｎｍ厚のＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる複数の静電型触感呈示電極４である。第１の電極１０１の形状は、一辺が０．８ｍｍである正方形の略４分の３を占める五角形であり、正方形の中心間ピッチ１ｍｍ、電極間隔０．２ｍｍで同一平面状に並べられている。
第２の電極１０２は、同一平面状に配置された１００ｎｍ厚のＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる複数の電流型触感呈示電極６である。第２の電極１０２の形状は、一辺が０．８ｍｍである正方形であり、正方形の中心間ピッチ２ｍｍ、第１の電極１０１と間隔０．２ｍｍ隔てて同一平面状に並べられている。
第１の引き出し電極１０３は、第１の電極１０１の下部に配置され、面内の一方向に引き出された複数の電極である。第２の引き出し電極１０４は、第１の電極１０１の下部に配置され、第１の引き出し電極１０３とは異なる一方向に引き出された複数の電極である。それぞれ、厚さ１００ｎｍ、線幅５０μｍのＩＴＯ（酸化インジウムスズ）から構成されている。
第３の引き出し電極１０５は、第２の電極１０２の下部に配置され、面内の一方向に引き出された複数の電極である。第４の引き出し電極１０６は、第２の電極１０２の下部に配置され、第３の引き出し電極１０５とは異なる一方向に引き出された複数の電極である。それぞれ、厚さ１００ｎｍ厚、線幅５０μｍのＩＴＯ（酸化インジウムスズ）から構成されている。
絶縁膜１０７は、第１の電極１０１の上部を覆うようにして配置されたガラスよりなる絶縁体であり、第１の電極１０１の表面における厚みが１μｍである。基板１０８は、第１の電極１０１、及び、第２の電極１０２の下部に接する、ガラスよりなる絶縁体である。
複数の第１の電極１０１は、それぞれの下部において第１の引き出し電極１０３若しくは第２の引き出し電極１０４に電気的に接続されている。同様に、複数の第２の電極１０２は、それぞれの下部において第３の引き出し電極１０５若しくは第４の引き出し電極１０６に電気的に接続されている。
以下に説明するように、図１（１）に示す触感呈示装置２は、第１の電極１０１を静電型触感呈示電極として機能させ、第２の電極１０２を電流型触感呈示電極として機能させ、更に、第１の電極１０１をタッチセンサ電極として機能させる。
本実施形態の触感提示装置２では、パッシブマトリックス方式を採用している。これにより、複数の第１の電極１０１のうち静電型触感呈示電極として機能させる第１の電極１０１を第１の引き出し電極１０３の単位または第２の引き出し電極１０４の単位で選択することができる。
また、複数の第２の電極１０２のうち電流型触感呈示電極として機能させる第２の電極１０２を第３の引き出し電極１０５の単位または第４の引き出し電極１０６の単位で選択することができる。
更に、複数の第１の電極１０１のうちタッチセンサ電極として機能させる第１の電極１０１を第１の引き出し電極１０３の単位または第２の引き出し電極１０４の単位で選択することができる。
触感呈示装置２の制御部は、第１の電極１０１を、静電型触感呈示電極またはタッチセンサ電極として、時分割で機能させる。なお、制御部は後述するデータ処理部により構成される。
なお、上述の各電極の大きさや配置ピッチは一例に過ぎず、もちろん別のものであってもよい。
１．２．触感呈示装置における静電触感呈示の動作
図２（１）は、図１（１）に示す触感呈示装置２における第１の電極１０１を、静電型触感呈示電極として機能させた状態の一例を示す図である。図２（１）に示す触感呈示装置２において、第１の電極１０１のうちの一部が正の静電作用電極１１１として使用されており、残りの第１の電極１０１のうちの一部が負の静電作用電極１１２として使用されている。正の静電作用電極１１１には規定の電圧が印加される。
図２（３）は、図２（１）の触感呈示装置２における第１の電極１０１表面上に指を配置した際の状況を示す一部断面図である。図２（３）に示すように、正の静電作用電極１１１と負の静電作用電極１１２との上部を覆うように絶縁膜１０７が形成されており、人間の指等の誘電体１１０は、その絶縁膜１０７上に置かれる。なお、正の静電作用電極１１１と負の静電作用電極１１２との間には、電圧源１１３が設定されている。
図２（２）は、電圧源１１３が発生する電圧の駆動波形である。電圧源１１３により、正の静電作用電極１１１には正の電圧が、負の静電作用電極１１２には負の電圧が印加される。このとき、絶縁膜１０７を挟んで誘電体（指）１１０には、対向する電界が発生する。具体的には、正の静電作用電極１１１に対向する部分には負の電荷が、負の静電作用電極１１２に対向する部分には正の電荷が発生する。このことにより、誘電体（指）１１０の電荷と正の静電作用電極１１１との間、及び、誘電体（指）１１０の電荷と負の静電作用電極１１２の間には、静電気力が働き、誘電体（指）１１０は、静電作用電極１１１、１１２の方向に静電気力を受ける。電圧源１１３の電圧を時間的に変動させることにより、誘電体（指）１１０が受ける静電気力は変化し、誘電体（指）１１０はその表面で振動を感じることになる。
通常、指を物体表面に平行に移動させると、物体表面の凹凸から振動を受け、その振動の強度及び周波数により、ざらざら、すべすべなどの触感を感じる。前述の静電気力を利用して指に振動を感じさせることにより、擬似的にざらざら感やすべすべ感を与えることができる。
具体的には、正の静電作用電極１１１に５〜２００Ｖ、負の静電作用電極１１２に０Ｖ、周波数２０〜５００Ｈｚの電圧を印加すると、ざらざらする感触を得ることができる。更に、高い電圧である程ざらざらの強度が強く、低い電圧である程ざらざらの強度が弱い。印加される電圧が０〜５Ｖであれば、ざらざら感を得ることはなく、ガラスのような滑らかな触感を得ることができる。また、低い周波数では荒い表面の感覚が得られ、高い周波数では細かな表面の感覚が得られる。このように、０〜２００Ｖの電圧、０〜５００Ｈｚの周波数において、ガラスのような滑らかな触感から、ざらざらの触感までを表現することができる。
１．３．触感呈示装置における電流触感呈示の動作
図３（１）は、図１（１）に示す触感提示装置２における第２の電極１０２を、電流型触感呈示電極として機能させた状態の一例を示す図である。図３（１）に示す触感提示装置２において、第２の電極１０２のうちの一部が正の電流作用電極１１５として使用されており、残りの第２の電極１０２のうちの一部が負の電流作用電極１１６として使用されている。正の電流作用電極１１５には規定の電流が流される。
図３（３）は、図３（１）の触感提示装置２における第２の電極１０２表面上に指を配置した際の状況を示す一部断面図である。図３（３）に示すように、正の電流作用電極１１５と負の電流作用電極１１６との上部を覆って、人間の指等の導体１１４が置かれる。なお、正の電流作用電極１１５と負の電流作用電極１１６との間には、電流源１１７が設定されている。
図３（２）は、電流源１１７が発生する電流の駆動波形である。電流源１１７により、正の電流作用電極１１５から負の電流作用電極１１６に電流が流れる。即ち、導体である指１１４に電流が流れる。このことにより、皮膚の感覚神経が直接刺激される。電流源１１７の電流を時間的に変動させることにより、導体（指）１１４が受ける刺激は変化し、導体（指）１１４は振動を感じることになる。
通常、指を段差のある表面に平行に移動させると、段差の部分から振動を受け、その振動の強度及び周波数により、段差の大きさや段差の間隔などの触感を感じる。前述の電流刺激を利用して振動を感じさせることにより、擬似的に段差による凹凸感を与えることができる。
具体的には、正の電流作用電極１１５と負の電流作用電極１１６の間に０〜１０ｍＡ、周波数１〜１２００Ｈｚの電流を印加すると、段差による凹凸感を得ることができる。更に、大きい電流である程段差は大きく、小さい電流である程段差は小さく感じられる。電流が０．５ｍＡ未満であれば、段差を感じることはなく、平らなガラスのような触感を得ることができる。従って、０〜１０ｍＡの電流、１〜１２００Ｈｚの周波数において、平らなガラスのような触感から、段差を有する面をなぞった触感までを表現することができる。
前述のように、静電用触感呈示電極は、ざらざら感やすべすべ感を与えることができる。一方、電流型触感呈示電極は、段差による凹凸感を与えることができる。微細な電極である両電極を多数混合して併せ持つ本実施形態の触感呈示装置は、ざらざら感と凸凹感とを混合させた複雑な触感を与えることができる。
１．４．触感呈示装置におけるタッチパネルの動作
図４は、図１（１）に示す触感呈示装置２における第１の電極１０１を、タッチセンサ電極として機能させた状態の一例を示す図である。
図４に示す例では、複数の第２の引き出し電極１０４のうちの、第２の引き出し電極１０４Ｂに、ドライブ電圧（タッチ駆動）を印加し、各第１の引き出し電極１０３の電位を順次検出する（タッチセンス）。これにより、複数の第１の電極１０１のうち、第２の引き出し電極１０４Ｂに電気的に接続された第１の電極１０１がドライブ電極１０１Ｂとして動作し、第１の引き出し電極１０３に接続された第１の電極１０１がセンス電極１０１Ａとして動作する。
ドライブ電極１０１Ｂに例えば交流信号を印加した場合、ドライブ電極１０１Ｂとセンス電極１０１Ａの間の容量に応じた交流信号が第１の引き出し電極１０３から得られる。ドライブ電極１０１Ｂとセンス電極１０１Ａの位置に人間の指等の誘電体が存在する場合と存在しない場合とで、ドライブ電極１０１Ｂとセンス電極１０１Ａの間の静電容量が異なる。このため、ドライブ電極１０１Ｂに交流電圧を印加し、センス電極１０１Ａの波形を測定することにより、ドライブ電極１０１Ｂとセンス電極１０１Ａの間の容量を検出することができる。そして、この容量に基づいて、人間の指等の誘電体の有無を検出することができる。また、駆動した第２の引き出し電極１０４と信号を検出した第１の引き出し電極１０３の位置により人間の指等の誘電体の位置を特定することが可能になる。さらに、交流電圧を印加する第２の引き出し電極１０４を例えば隣接する第２の引き出し電極１０４に順次変更することにより、ドライブ電極１０１Ｂとして機能させる第１の電極１０１を順次変更することができる。これにより、複数の第１の電極１０１が配置された触感呈示装置２をタッチパネルとして動作させ、タッチパネルのタッチ面内における人間の指等の誘電体の位置を検出することができる。
１．５．本実施形態の変形例
本実施形態では、第１の電極１０１が、タッチセンサのドライブ電極、タッチセンサのセンス電極、触感提示用の正の静電作用電極、及び触感提示用の負の静電作用電極として動作するように構成されている。もちろん、第２の電極１０２が、タッチセンサのドライブ電極、タッチセンサのセンス電極、触感提示用の正の電流作用電極、及び触感提示用の負の電流作用電極として動作するように、第３の引き出し電極１０５及び第４の引き出し電極１０６が構成されることも可能である。
本実施形態において、第１の電極１０１の形状は５角形としたが、静電触感呈示機能またはタッチパネル機能に使用するためには、人間の指等との間に静電容量を形成するものであれば、特に限定されない。例えば、正方形や長方形、６角形、円形などでもよい。
また、第２の電極１０２の形状は正方形としたが、電流触感呈示機能に使用するためには、人間の指等に電流を流すことができれば特に限定されない。例えば、長方形、６角形、円形などでもよい。
また、第１の電極１０１、第２の電極１０２、第１の引き出し電極１０３、第２の引き出し電極１０４、第３の引き出し電極１０５、第４の引き出し電極１０６を構成する材料は、１００μｍ厚のＩＴＯとしたが、電気的に導体であればこれに限定されないことは明らかである。例えばＩＴＯの他に、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などの金属酸化物や、ＡｌやＣｕ、Ａｇ、Ａｕなどの金属、導電性有機材料などを使用してもよい。
また、絶縁膜１０７および基板１０８としてガラスを用いたが、絶縁材料であれば特に材料は限定されない。例えば、ＰＥＴ、ポリイミド等の有機絶縁体などを用いてもよい。また、第１の電極１０１、第２の電極１０２、第１の引き出し電極１０３、第２の引き出し電極１０４、第３の引き出し電極１０５、第４の引き出し電極１０６、及び、絶縁膜１０７の材料として、ＩＴＯやＺｎＯ、ガラスなどの可視光線に対して「透明」な材料を用いれば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイなどの画像表示装置の前面にタッチパネル機能つき触感提示装置を配置しても、画像表示装置の表示機能を損なうことがない。
ここで、「透明」とは人間の目で見たときに画像を視認することができるという意味である。したがって、可視光域の波長の光の透過率が低くともディスプレイに表示される画像を視認できる程度であれば良い。
また、第１の電極１０１、第２の電極１０２、第１の引き出し電極１０３、第２の引き出し電極１０４、第３の引き出し電極１０５、第４の引き出し電極１０６は、可視光の波長域で透明でなくとも人間の目に視認できない程度に細いＡｇなどの金属やカーボン繊維を用いることも可能である。
本実施形態において、第１の電極１０１の表面を覆う絶縁膜１０７の厚みは１μｍとしたが、厚みはこれに限定されない。
正の静電作用電極１１１と負の静電作用電極１１２の間に時間的に変化する電圧が印加されている状態において、誘電体（指）１１０が絶縁膜１０７の表面近傍に存在しているときにおける、誘電体（指）１１０が第１の電極１０１から受ける単位面積あたりの静電気力の変化量Δｆ／Ｓは、以下の数１の式により表される。
Figure 2014002450
数１の式において、Δｆは誘電体（指）１０１が受ける力の変化量、Ｓは第１の電極１０１が構成する平面への誘電体（指）１０１の投影面積、つまり、誘電体（指）１０１と第１の電極１０１とが構成する容量の面積、εｒは絶縁膜１０７の比誘電率、ε０は真空中の誘電率、ΔＶは第１の電極１０１と誘電体（指）１１０の間に発生する電位差の最大値（正の静電作用電極１１１と負の静電作用電極１１２の間の電位差であり、正の静電作用電極１１１（負の静電作用電極１１２）の電位の時間的変化量でもある）、ｈは第１の電極１０１と誘電体（指）１１０の間の距離である。使用中においては、通常、誘電体（指）１１０は絶縁膜１０７の表面に接触しているので、ｈは、第１の電極１表面側の絶縁膜７の厚みとなる。数１の式より、単位面積当たりの力の変化量Δｆ／Ｓは電圧差ΔＶの２乗に比例し、絶縁膜１０７の厚みｈの２乗に反比例することがわかる。本実施形態において、絶縁膜１０７の厚みｈが１μｍ、電圧ΔＶが０〜２００Ｖにおいて触感提示機能が得られた。ΔＶ／ｈ＞５［Ｖ／μｍ]をみたせば十分な単位面積当たりの力の変化量Δｆ／Ｓが得られる。例えば、絶縁膜１０７の厚みが１０μｍであれば、電圧ΔＶが５０Ｖ以上の範囲において触感提示機能が得られる。
１．６．まとめ
本実施形態の触感呈示装置は、静電型触感呈示電極と、電流型触感呈示電極とが同一平面上に配置されている。このことにより、本実施形態の触感呈示装置は、静電型触感呈示力の低下を招くことなく、電流刺激による触感呈示と静電気力による触感呈示とが両立され、よって複雑な触感の呈示を可能としている。
（実施の形態２）
２．１．アクティブマトリックス方式の構成及び動作
本発明の実施の形態１に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置２は、パッシブマトリックス方式を採用している。これにより、複数の第１の電極１０１のうち静電型触感呈示電極として機能させる第１の電極１０１を第１の引き出し電極１０３の単位または第２の引き出し電極１０４の単位で選択している。また、実施の形態１に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置２は、複数の第１の電極１０１のうちタッチセンサ電極として機能させる第１の電極１０１を第１の引き出し電極１０３の単位または第２の引き出し電極１０４の単位で選択している。更に、実施の形態１の触感呈示装置２の制御部は、第１の電極１０１を、静電型触感呈示電極またはタッチセンサ電極として、時分割で機能させる。
これに対して、本発明の実施の形態２に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置２は、アクティブマトリックス方式を採用している。つまり、実施の形態２の触感呈示装置２の制御部は、第１の電極１０１を、静電型触感呈示電極またはタッチセンサ電極として、アクティブマトリックス方式で時分割で機能させる。以下、実施の形態２に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置２について、実施の形態１に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置２との差異を中心に説明する。
図５は、実施の形態２に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置２における第１の電極１０１の構成を示す図である。図５に示す実施の形態２に係る触感呈示装置２における第１の電極１０１には、第１の引き出し電極１０３、及び、第２の引き出し電極１０４が接続している。更に、図５に示すように、第１の引き出し電極１０３、及び、第２の引き出し電極１０４は、いずれも、複数の信号線を含む。複数の信号線は、半導体回路７１〜７４に接続する。
このような、第１の引き出し電極１０３、第２の引き出し電極１０４、及び、半導体回路７１〜７４を介して、実施の形態２の触感呈示装置２の制御部は、第１の電極１０１を、静電型触感呈示電極またはタッチセンサ電極として、時分割で機能させる。
実施の形態２における、第１の引き出し電極１０３、第２の引き出し電極１０４、及び、半導体回路７１〜７４の構成について説明する。
本実施形態では、第１の引き出し電極１０３は、Ｙ方向選択線（タッチ駆動）２１、Ｙ方向選択線（触感正）２２、Ｙ方向選択線（タッチセンス）２３、Ｙ方向選択線（触感負）２４の４本の選択線を含む。
第２の引き出し電極１０４は、ドライブ線（タッチ駆動）３１、Ｘ方向選択線（タッチ駆動）３２、ドライブ線（触感正）３３、Ｘ方向選択線（触感正）３４、ドライブ線（タッチセンス）３５、Ｘ方向選択線（タッチセンス）３６、ドライブ線（触感負）３７、Ｘ方向選択線（触感負）３８の８本の導線を含む。半導体回路７は、４つの同一の半導体回路７１〜７４を含む。
半導体回路７１は、Ｘ方向選択線（タッチ駆動）３２、ドライブ線（タッチ駆動）３１、Ｙ方向選択線（タッチ駆動）２１の交点に配置されている。半導体回路７２は、Ｘ方向選択線（触感正）３４、ドライブ線（触感正）３３、Ｙ方向選択線（触感正）２２の交点に配置されている。半導体回路７３は、Ｘ方向選択線（タッチセンス）３６、ドライブ線（タッチセンス）３５、Ｙ方向選択線（タッチセンス）２３の交点に配置されている。半導体回路７４は、Ｘ方向選択線（触感負）３８、ドライブ線（触感負）３７、Ｙ方向選択線（触感負）２４の交点に配置されている。各半導体回路７１〜７４は第１の電極１０１に接続されている。
図５に示す半導体回路７１〜７４のうち、所定の機能に関する半導体回路をＯＮ状態とすることにより、第１の電極１０１を、タッチセンサのドライブ電極１０１Ｂ、タッチセンサのセンス電極１０１Ａ、触感提示機能の正の静電作用電極１１１、触感提示機能の負の静電作用電極１１２のうちのいずれかの電極として、機能させることが可能になる。
具体的に、第１の電極１０１をタッチセンサのドライブ電極１０１Ｂとして機能させる場合を説明する。まず、タッチセンサのドライブ電極１０１Ｂとして機能させる第１の電極１０１に対応するＸ方向選択線（タッチ駆動）３２とＹ方向選択線（タッチ駆動）２１をＯＮ電圧にし、これらの選択線２１、３２の交点に位置する半導体回路７１を充電する。次に、Ｘ方向選択線（触感正）３４、Ｘ方向選択線（タッチセンス）３６、Ｘ方向選択線（触感負）３８をＯＮ電圧にした後、Ｙ方向選択線（触感正）２２、Ｙ方向選択線（タッチセンス）２３、Ｙ方向選択線（触感負）２４をＯＦＦ電圧にし、半導体回路７２、７３、７４の電荷を放電する。こうすることにより、ドライブ線（タッチ駆動）３１の電圧が第１の電極１０１に現れるとともに、この第１の電極１０１の電圧が、ドライブ線（触感正）３３、ドライブ線（タッチセンス）３５、ドライブ線（触感負）３７の電圧に左右されなくなる。
さらには、一定時間経過後、半導体回路７１〜７４を該当する第１の引き出し電極１０３および第２の引き出し電極１０４を用いて再充電もしくは放電することにより、各第１の電極１０１において異なる機能を持たせることが可能になる。
前述の例では、半導体回路７１〜７４のうちの半導体回路７１について示したが、半導体回路７３の場合、当該半導体回路７３を半導体回路７１同様に動作させることにより、第１の電極１０１に表れる電荷・電位をドライブ線３５を介して制御部に導くことができる。また、半導体回路７２の場合、当該半導体回路７２を半導体回路７１同様に動作させることにより、触感提示用のドライブ電圧（触感正）をドライブ線３３を介して制御部から第１の電極１０１に印加することができる。また、半導体回路７４の場合、当該半導体回路７４を半導体回路７１同様に動作させることにより、触感提示用のドライブ電圧（触感負）をドライブ線３７を介して制御部から第１の電極１０１に印加することができる。
図５に示す構成では、１つの第１の電極１０１に対して４個の半導体回路７１〜７４が接続されている。そして、１個の第１の電極１０１が、タッチセンサのドライブ電極、タッチセンサのセンス電極、触感提示用の正の静電作用電極、及び触感提示用の負の静電作用電極のうちのいずれかの電極として時分割で機能するようになっている。しかしながら、１つの第１の電極１０１が前記４種類の電極としての機能をすべて果たすことが必要なわけではない。例えば、複数の第１の電極１０１のうちの半数がタッチセンサのドライブ電極としての機能と触感提示用の正の静電作用電極としての機能を果たし、残りの半数がタッチセンサのセンス電極としての機能と触感提示用の負の静電作用電極としての機能を果たすようにしてもよい。この場合、複数の第１の電極１０１全体でタッチセンサとしての機能と触感提示デバイスとしての機能を果たすことが可能となる。この場合、１つの第１の電極１０１に対して半導体回路７１は２個だけでよくなり、半導体回路７１の面積の縮小化と低価格化が可能になる。
第１の電極１０１をタッチセンサとして機能させるか、触感提示デバイスとして機能させるかは、第１の電極１０１に与える信号の違いにより決まる。本実施形態では、第１の電極１０１に与える信号を、第１の電極１０１の下部に設けた４つの半導体回路７１〜７４により切り換える。しかし、これに限らない。例えば、制御部において第１の電極１０１に与える信号を切り替えることも可能である。その場合、１つの第１の電極１０１に対して４つの半導体回路７１〜７４を設ける必要はない。つまり、制御部から供給されるドライブ電圧等を第１の電極１０１に対して与えるか否かを制御するための半導体回路を１個だけ設ければよい。これにより、半導体回路７の面積の縮小化と低価格化が可能になる。
２．１．本実施形態の変形例
本実施形態では、第１の電極１０１が、タッチセンサのドライブ電極、タッチセンサのセンス電極、触感提示用の正の静電作用電極、及び触感提示用の負の静電作用電極として動作するように構成されている。もちろん、第２の電極１０２が、タッチセンサのドライブ電極、タッチセンサのセンス電極、触感提示用の正の電流作用電極、及び触感提示用の負の電流作用電極として動作するように、第３の引き出し電極１０５及び第４の引き出し電極１０６が構成されることも可能である。
（実施の形態３）
図６（１）は、本発明の実施の形態３に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置２の一部の平面図であり、図６（２）は、図６（１）に示す触感呈示装置２の、ＡＡを通る平面での縦断面図である。
図６及び図１に示すように、実施の形態３に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置は、実施の形態１に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置と略同様の構成を備える。但し、実施の形態１に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置では、第１の電極１０１と第２の電極１０２が同一平面状に配置されるのに対して、実施の形態３に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置では、第２の電極１０２と第１の電極１０１が、別の平面に配置される。
即ち、図６（２）に示す実施の形態３に係る触感呈示装置基板２では、まず、基板１０８上面に複数の第１の電極（静電型触感呈示電極）１０１が配置される。複数の第１の電極（静電型触感呈示電極）１０１及び基板１０８を覆うようにして、絶縁膜１０７が配置される。更に、その絶縁膜１０７上面に、第２の電極（電流型触感呈示電極）１０２が配置される。
第１の引き出し電極１０３が第１の電極１０１の下部に配置され、面内の一方向に引き出された複数の電極であること、及び、第２の引き出し電極１０４が第１の電極１０１の下部に配置され、第１の引き出し電極１０３とは異なる一方向に引き出された複数の電極であることは、実施の形態１の触感呈示装置と同様である。
また、第３の引き出し電極１０５が第２の電極１０２の下部に配置され、面内の一方向に引き出された複数の電極であること、及び、第４の引き出し電極１０６が第２の電極１０２の下部に配置され、第３の引き出し電極１０５とは異なる一方向に引き出された複数の電極であることも、実施の形態１の触感呈示装置と同様である。
更に、複数の第１の電極１０１が夫々の下部において第１の引き出し電極１０３若しくは第２の引き出し電極１０４に電気的に接続されていること、及び、複数の第２の電極１０２が夫々の下部において第３の引き出し電極１０５若しくは第４の引き出し電極１０６に電気的に接続されていることも、実施の形態１の触感呈示装置と同様である。
なお、実施の形態３に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置２の製造方法については後で説明する。
その他、実施の形態３に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置２は、実施の形態１に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置と略同様の構成を備え、パッシブマトリックス方式のタッチパネル機能つき触感呈示装置として動作する。
更に、図６に示す実施の形態３に係るタッチパネル機能つき触感呈示装置２において、第１の引き出し電極１０３、第２の引き出し電極１０４、第３の引き出し線１０５、第４の引き出し電極１０６、及び、半導体回路７１〜７４（図示せず）を適切に構成することにより、アクティブマトリックス方式のタッチパネル機能つき触感呈示装置として動作させることができる。
（実施の形態４）
実施の形態１乃至実施の形態３にて説明したように、触感呈示装置における静電型触感呈示電極、及び、電流型触感呈示電極は、パッシブマトリックス方式として構成することができるし、アクティブマトリックス方式として構成することもできる。更に、図１０に示すように、静電型触感呈示電極及び電流型触感呈示電極は、無次元方式として構成することもできる。ここで、無次元方式とは、全ての電極にて、同じ電圧若しくは電流が印加され、どの電極も同じ触感を呈示する方式である。
また、実施の形態１乃至実施の形態３にて説明したように、タッチパネル機能つき触感呈示装置におけるタッチセンサ電極も、パッシブマトリックス方式として構成することができるし、アクティブマトリックス方式として構成することもできる。
また、実施の形態１乃至実施の形態３における、電極（第１の電極１０１、第２の電極１０２）は、触感呈示電極の機能とタッチセンサ電極の機能を兼ね備えるものである。実施の形態１乃至実施の形態３においては、触感呈示電極の機能とタッチセンサ電極の機能とは、時分割により切り替わることを説明したが、触感呈示電極と、タッチセンサ電極とが、空間分割されて配置されていてもよい。図７（１）は、電流型触感呈示機能とタッチセンサ機能とを兼用する電極の組み合わせパターンを示す表であり、図７（２）は、静電型触感呈示機能とタッチセンサ機能とを兼用する電極の組み合わせパターンを示す表である。図７（１）（２）及び図１０に示すように、触感呈示電極は、無次元方式、パッシブマトリックス方式、及び、アクティブマトリックス方式として構成され得る。タッチセンサ電極は、パッシブマトリックス方式、及び、アクティブマトリックス方式として構成され得る。
図７（１）（２）に示すように、触感呈示電極の機能とタッチセンサ電極の機能を兼ね備える電極において、触感呈示電極と、タッチセンサ電極とは、空間分割されて配置され得る。触感呈示電極とタッチセンサ電極の何れかがアクティブマトリックス方式で構成される場合には、各電極は半導体回路（ＴＦＴ）７を備える必要がある。このようにアクティブマトリックス方式で構成される場合には、一つの電極において触感呈示電極の機能とタッチセンサ電極の機能とが時分割で提供され得る。
４．１．静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが同一平面に配置される触感呈示装置における組み合わせ
図８は、図１に示すような、静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが同一平面に配置される触感呈示装置において、電流型触感呈示電極とタッチセンサ電極とが、及び、静電型触感呈示電極とタッチセンサ電極とが、空間分割若しくは時分割により機能を分割する際の、分割の組み合わせを示す表である。
例えば、図８における番号（１）は、電流型触感呈示電極が専用電極として機能し、静電型触感呈示電極がタッチセンサ電極と空間分割により機能を分割する、触感呈示装置における組合せを示している。「露出電極」の項では、電流型触感呈示電極が露出されていることを示しており、「非露出電極」の項では、タッチセンサ電極を兼ねる電圧（静電）型触感呈示電極が非露出である（即ち、絶縁膜で覆われている）ことを示している。
また、例えば、図８における番号（３）は、電流型触感呈示電極が専用電極として機能し、静電型触感呈示電極がタッチセンサ電極と空間分割及び時分割により機能を分割する、触感呈示装置における組合せを示している。
また、例えば、図８における番号（６）は、静電型触感呈示電極が専用電極として機能し、電流型触感呈示電極がタッチセンサ電極と空間分割及び時分割により機能を分割する、触感呈示装置における組合せを示している。
また、例えば、図８における番号（９）は、電流型触感呈示電極がタッチセンサ電極と空間分割により機能を分割し、静電型触感呈示電極がタッチセンサ電極と空間分割及び時分割により機能を分割する、触感呈示装置における組合せを示している。
また、例えば、図８における番号（１２）は、電流型触感呈示電極がタッチセンサ電極と時分割により機能を分割し、静電型触感呈示電極がタッチセンサ電極と空間分割及び時分割により機能を分割する、触感呈示装置における組合せを示している。
また、例えば、図８における番号（１５）は、電流型触感呈示電極がタッチセンサ電極と空間分割及び時分割により機能を分割し、静電型触感呈示電極がタッチセンサ電極と空間分割及び時分割により機能を分割する、触感呈示装置における組合せを示している。
更に、例えば、図８における番号（１６）は、電流型触感呈示電極が専用電極として機能し、静電型触感呈示電極が専用電極として機能する、触感呈示装置における組合せを示している。この組み合わせの場合、触感呈示装置は、タッチパネル機能を備えない。
４．２．静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが別平面に配置される触感呈示装置における組み合わせ
次に、図９は、図６に示すような、静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが別平面に配置される触感呈示装置において、電流型触感呈示電極とタッチセンサ電極とが、及び、静電型触感呈示電極とタッチセンサ電極とが、空間分割若しくは時分割により機能を分割する際の、分割の組み合わせを示す表である。
図９に示す表は、図８に示す表と略同様のものであるが、図９に示す表には、電流型触感呈示電極が専用電極として機能し、静電型触感呈示電極が専用電極として機能する、触感呈示装置における組合せは示していない。
４．３．１．触感呈示装置における触感呈示電極の組み合わせの例（１）
図１１は、触感呈示電極の組み合わせの一例を実現する触感呈示装置の構成を示す図である。図１１に示す触感呈示装置は、図８に示す番号（１６）の組合せを実現するものであり、更に、図１０に示すアクティブマトリックス方式を使用するものである。つまり、第１の電極１０１が静電型触感呈示電極としてのみ用いられ、第２の電極１０２が電流型触感呈示電極としてのみ用いられるものである。図１１（１）は、触感呈示装置の、第１の電極１０１、第２の電極１０２、第１の引き出し電極１０３、第２の引き出し電極１０４、第３の引き出し電極１０５、及び、第４の引き出し電極１０６の構成を示す平面図である。図１１（２）は、図１１（１）に示す触感呈示装置の（ａ）及び（ｂ）における縦断面図である。図１１（３）は、データ処理部５０、静電触感ドライバ部５２、及び電流触感ドライバ部５４を含めた触感呈示装置のブロック構成図である。
図１１（１）及び図１１（２）に示されるように、第１の電極１０１及び第２の電極１０２の下部には、半導体回路（ＴＦＴ）７が設けられている。また、図５でも示したように、第１の引き出し電極１０３、第２の引き出し電極１０４、第３の引き出し電極１０５、及び、第４の引き出し電極１０６は、複数の信号線により構成されている（αからの矢印参照）。更に、図１１（３）に示すように、第１の引き出し電極１０３及び第２の引き出し電極１０４は、静電触感ドライバ部５２に接続し、第３の引き出し電極１０５及び第４の引き出し電極１０６は、電流触感ドライバ部５４に接続する。よって、データ処理部５０は、静電触感ドライバ部５２によって、第１の引き出し電極１０３及び第２の引き出し電極１０４を介して第１の電極１０１に与える信号を制御する。同様に、データ処理部５０は、電流触感ドライバ部５４によって、第３の引き出し電極１０５及び第４の引き出し電極１０６を介して第２の電極１０２に与える信号を制御する。
ここで、データ処理部５０は、入力される信号やデータの処理を行い、各種制御信号や制御データを出力することによって、触感呈示装置を構成する各部や外部装置の制御を行う制御部である。このデータ処理部５０は、本実施形態に係る機能を実現するためのプログラムをプロセッサで実行することにより各機能を実現する。なお、データ処理部５０は、本実施形態に係る機能を実現することが可能なハードワイヤードな素子により構成してもよい。
なお、図１１（３）に示すように、データ処理部５０は、外部画像表示部５６に係るデータの処理も行う。従って、図１１に示す触感呈示装置は、外部画像表示部５６と組み合わせて利用され得るものである。
また、図１１（３）に示すように、データ処理部５０は、外部接触検知部５８に係るデータの処理も行う。外部接触検知部５８は、外部のタッチセンサ装置であり、操作者の身体の一部が近接した場合にその位置を検出する接触位置検出部を備えるものである。この機能を備えることにより、接触した身体の一部に対応する電極にのみに電気信号を出力することができる。係る態様では、触感により提示される情報量を減ずることなく、消費電力を小さくすることができる。
この外部接触検知部５８における接触位置検出部は、接触位置を触感的な感覚を呈示する装置に対して面方向に走査し、検出する走査機構で構成するものであってもよい。この走査機構は、接触位置をレーザ光の変化より検出するＸＹレーザスキャナを備えたものであってもよい。また、外部接触検知部５８における接触位置検出部は、接触位置を触感的な感覚を呈示する部分の物性の変化より検出する検出機構で構成するものであってもよいし、接触位置を触感的な感覚を呈示する部分の圧力の変化より検出する圧力センサを備えるものであってもよい。
次に、図１２（１）は、図１１に示す触感呈示装置における第１の電極１０１が、静電型触感呈示電極として動作する様子を示す図である。図１２（２）は、図１１に示す触感呈示装置における第２の電極１０２が、電流型触感呈示電極として動作する様子を示す図である。
図１２（１）に示す触感呈示装置において、斜線のハッチングの付された第１の電極１０１と、点々のハッチングの付された第１の電極１０１との間で、周期的な電圧が印加される。従って、これらの間に誘電体（指）が存在すれば、誘電体（指）にざらざらした触感が与えられ得る。
また、図１２（２）に示す触感呈示装置において、細かい目のハッチングの付された第２の電極１０２と、粗い目のハッチングの付された第２の電極１０２との間で、周期的な電流が流される。従って、これらの間に導体（指）が存在すれば、導体（指）に凸凹感が与えられ得る。
４．３．２．触感呈示装置における触感呈示電極の組み合わせの例（２）
図１３は、触感呈示電極の組み合わせの一例を実現する触感呈示装置の構成を示す図である。図１３に示す触感呈示装置は、図８に示す番号（３）の組合せを実現するものであり、更に、図１０に示すアクティブマトリックス方式を使用するものである。つまり、第１の電極１０１が、静電型触感呈示電極として若しくはタッチセンサ電極として空間分割で及び時分割で用いられ、第２の電極１０２が電流型触感呈示電極としてのみ用いられるものである。図１３（１）は、触感呈示装置の、第１の電極１０１、第２の電極１０２、第１の引き出し電極１０３、第２の引き出し電極１０４、第３の引き出し電極１０５、及び、第４の引き出し電極１０６の構成を示す平面図である。図１３（２）は、図１３（１）に示す触感呈示装置の（ａ）及び（ｂ）における縦断面図である。図１３（３）は、データ処理部５０、静電触感ドライバ部５２、電流触感ドライバ部５４、及び静電接触検知部６０を含めた触感呈示装置のブロック構成図である。
図１３（１）及び図１３（２）に示されるように、第１の電極１０１及び第２の電極１０２の下部には、半導体回路（ＴＦＴ）７が設けられている。また、図５でも示したように、半導体回路（ＴＦＴ）７に接続する第１の引き出し電極１０３、第２の引き出し電極１０４、第３の引き出し電極１０５、及び、第４の引き出し電極１０６は、複数の信号線により構成されている（αからの矢印参照）。なお、半導体回路（ＴＦＴ）７に接続しない第１の引き出し電極１０３、第２の引き出し電極１０４は単数の信号線により構成されている（βからの矢印参照）。更に、図１３（３）に示すように、第１の引き出し電極１０３及び第２の引き出し電極１０４は、静電触感ドライバ部５２及び静電接触検知部６０に接続し、第３の引き出し電極１０５及び第４の引き出し電極１０６は、電流触感ドライバ部５４に接続する。よって、データ処理部５０は、静電触感ドライバ部５２及び静電接触検知部６０によって、第１の引き出し電極１０３及び第２の引き出し電極１０４を介して第１の電極１０１に与える信号を制御する。同様に、データ処理部５０は、電流触感ドライバ部５４によって、第３の引き出し電極１０５及び第４の引き出し電極１０６を介して第２の電極１０２に与える信号を制御する。
なお、図１３（３）に示すように、データ処理部５０は、外部画像表示部５６に係るデータの処理も行う。従って、図１３に示す触感呈示装置は、外部画像表示部５６と組み合わせて利用され得るものである。
次に、図１４（１）は、図１３に示す触感呈示装置における第１の電極１０１が、タッチセンサ電極若しくは静電型触感呈示電極として動作する様子を示す図である。図１４（２）は、図１３に示す触感呈示装置における第２の電極１０２が、電流型触感呈示電極として動作する様子を示す図である。
図１４（１）に示す触感呈示装置において、クロスハッチングの付された第１の電極１０１は、他の第１の電極１０１に対して、空間分割によりタッチセンサ電極として動作する。
また、図１４（１）に示す触感呈示装置において、（略中央に位置する）左下がり斜線のハッチングの付された第１の電極１０１と、右下がり斜線のハッチングの付された第１の電極１０１との間で、周期的な電圧が印加される。従って、これらの間に誘電体（指）が存在すれば、誘電体（指）にざらざらした触感が与えられ得る。更に、これら斜線のハッチングの付された第１の電極１０１は、時分割によりタッチセンサ電極としても動作する。
また、図１４（２）に示す触感呈示装置において、細かい目のハッチングの付された第２の電極１０２と、粗い目のハッチングの付された第２の電極１０２との間で、周期的な電流が流される。従って、これらの間に導体（指）が存在すれば、導体（指）に凸凹感が与えられ得る。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態に係る触感呈示装置の製造方法について説明する。
５．１．静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが同一平面に配置される触感呈示装置の製造方法
図１５Ａ及び図１５Ｂ並びに図１６Ａ及び図１６Ｂは、静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが同一平面に配置される触感呈示装置であって、電流型触感呈示電極と静電型触感呈示電極とが何れも専用電極として機能する触感呈示装置の製造方法の概略を示している（図８に示す表の番号（１６）参照）。なお、図１５Ａ及び図１６Ａは、第１の電極１０１に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図を示しており、図１５Ｂ及び図１６Ｂは、第２の電極１０２に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図を示している（但し、図１５Ａ（ｊ’）は、第２の電極１０２に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図を示しており、図１６Ａ（ｇ’）は、第１の電極１０１に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図を示している）。
図１５Ａ及び図１５Ｂに示す方法では、下部の基板１０８ａに係る部分をまず作成し（（ａ）〜（ｄ））、続いて上部の保護用基板１０８ｂに係る部分を作成し（（ｅ）〜（ｉ））、最後に両者を貼り合わせている（（ｊ））。まず、基板１０８ａ上に第２の引き出し電極１０４、及び第４の電極１０６を配置し（（ａ）、（ｂ））、一部の第２の引き出し電極１０４上に半導体回路７を配置する（（ｃ））。基板１０８ａ、第２の引き出し電極１０４、第４の引き出し電極１０６、及び半導体回路７を覆って層間絶縁膜１０９が設けられる。更に、第１の引き出し電極１０３、及び第３の引き出し電極１０５を半導体回路７上に配置する（（ｄ））。
一方、保護用基板１０８ｂにはビア２０２を形成し（（ｅ）、（ｆ））、保護用基板１０８ｂの上面にビア２０２と接続する第１の電極１０１及び第２の電極１０２を、保護用基板１０８ｂの下面にビア２０２と接続する接続電極２０４を、夫々配置する（（ｇ））。保護用基板１０８ｂ上面に配置された第１の電極１０１を覆って絶縁膜１０７が設けられる（（ｈ））。最後に、保護用基板１０８ｂ下面に接着剤２０６が塗布され（（ｉ））、位置合わせをした上で基板１０８ａの上面と保護用基板１０８ｂ下面が接着される（（ｊ））。なお、図１５Ａ（ｊ’）は、第２の電極１０２に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図である。第２の電極１０２に接続するビア２０２が接続電極２０４、第３の引き出し電極１０５、半導体回路７、及び第４の引き出し電極１０６と接続していることを示している。
図１６Ａ及び図１６Ｂに示す方法では、触感呈示装置が下部の基板１０８ａに係る部分から順次上方に向かって作成されている（（ａ）〜（ｇ））。まず、基板１０８ａ上に第２の引き出し電極１０４、及び第４の電極１０６を配置し（（ａ）、（ｂ））、一部の第２の引き出し電極１０４上に半導体回路７を配置する（（ｃ））。基板１０８ａ、第２の引き出し電極１０４、第４の引き出し電極１０６、及び半導体回路７を覆って層間絶縁膜１０９が設けられる。更に、第１の引き出し電極１０３、及び第３の引き出し電極１０５を半導体回路７上に配置する（（ｄ））。
第１の引き出し電極１０３、及び第３の引き出し電極１０５を覆って絶縁層１０８ｃが設けられる（（ｅ））。このとき、第２の引き出し電極１０４、半導体回路７、及び第１の引き出し電極１０３の上部には、適宜、ビア２０２用の穴が設けられている。絶縁層１０８ｃの設置の後、半導体回路７等と接続するビア２０２、並びに、ビア２０２と接続する第１の電極１０１及び第２の電極１０２が配置される（（ｆ））。最後に、第１の電極１０１を覆って絶縁膜１０７が設けられる（（ｇ））。なお、図１６Ａ（ｇ’）は、第２の電極１０２に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図である。第２の電極１０２に接続するビア２０２が第３の引き出し電極１０５、半導体回路７、及び第４の引き出し電極１０６と接続していることを示している。
５．２．静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが別平面に配置される触感呈示装置の製造方法
図１７Ａ及び図１７Ｂ並びに図１８Ａ及び図１８Ｂは、静電型触感呈示電極と電流型触感呈示電極とが別平面に配置される触感呈示装置であって、電流型触感呈示電極と静電型触感呈示電極とが何れも専用電極として機能する触感呈示装置の製造方法の概略を示している（図８に示す表の番号（１６）参照）。なお、図１７Ａ及び図１８Ａは、第１の電極１０１に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図を示しており、図１７Ｂ及び図１８Ｂは、第２の電極１０２に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図を示している（但し、図１７Ａ（ｊ’）は、第２の電極１０２に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図を示しており、図１８Ａ（ｈ’）は、第１の電極１０１に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図を示している）。
図１７Ａ及び図１７Ｂに示す方法では、下部の基板１０８ａに係る部分をまず作成し（（ａ）〜（ｄ））、続いて上部の保護用基板１０８ｂに係る部分を作成し（（ｅ）〜（ｉ））、最後に両者を貼り合わせている（（ｊ））。まず、基板１０８ａ上に第２の引き出し電極１０４、及び第４の引き出し電極１０６を配置し（（ａ）、（ｂ））、一部の第２の引き出し電極１０４上に半導体回路７を配置する（（ｃ））。基板１０８ａ、第２の引き出し電極１０４、第４の引き出し電極１０６、及び半導体回路７を覆って層間絶縁膜１０９が設けられる。更に、第１の引き出し電極１０３、及び第３の引き出し電極１０５を半導体回路７上に配置する（（ｄ））。
一方、保護用基板１０８ｂにはビア２０２を形成し（（ｅ）、（ｆ））、保護用基板１０８ｂの上面にビア２０２と接続する第１の電極１０１を、保護用基板１０８ｂの下面にビア２０２と接続する接続電極２０４を、夫々配置する（（ｇ））。保護用基板１０８ｂ上面に配置された第１の電極１０１を覆って絶縁膜１０７が設けられる（（ｈ））。絶縁膜１０７の上面に、ビア２０２と接続する第２の電極１０２が配置され、保護用基板１０８ｂ下面に接着剤２０６が塗布される（（ｉ））。最後に、位置合わせをした上で基板１０８ａの上面と保護用基板１０８ｂ下面が接着される（（ｊ））。なお、図１７Ａ（ｊ’）は、第２の電極１０２に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図である。第２の電極１０２に接続するビア２０２が、接続電極２０２、第３の引き出し電極１０５、半導体回路７、及び第４の引き出し電極１０６と接続していることを示している。
図１８Ａ及び図１８Ｂに示す方法では、触感呈示装置が下部の基板１０８ａに係る部分から順次上方に向かって作成されている（（ａ）〜（ｈ））。まず、基板１０８ａ上に第２の引き出し電極１０４、及び第４の引き出し電極１０６を配置し（（ａ）、（ｂ））、一部の第２の引き出し電極１０４上に半導体回路７を配置する（（ｃ））。基板１０８ａ、第２の引き出し電極１０４、第４の引き出し電極１０６、及び半導体回路７を覆って層間絶縁膜１０９が設けられる。更に、第１の引き出し電極１０３、及び第３の引き出し電極１０５を半導体回路７上に配置する（（ｄ））。
第１の引き出し電極１０３、及び第３の引き出し電極１０５を覆って絶縁層１０８ｃが設けられる（（ｅ））。このとき、第２の引き出し電極１０４、半導体回路７、及び第１の引き出し電極１０３の上部には、適宜、ビア２０２用の穴が設けられている。絶縁層１０８ｃの設置の後、半導体回路７等と接続するビア２０２、並びに、ビア２０２と接続する第１の電極１０１が配置される（（ｆ））。第１の電極１０１及び絶縁層１０８ｃを覆って絶縁膜１０７が設けられる（（ｇ））。最後に、絶縁膜１０７の上面に、ビア２０２と接続する第２の電極１０２が配置される（（ｈ））。なお、図１８Ａ（ｈ’）は、第２の電極１０２に接続するビア２０２を通る縦断面での縦断面図である。第２の電極１０２に接続するビア２０２が、第３の引き出し電極１０５、半導体回路７、及び第４の引き出し電極１０６と接続していることを示している。
（発明の一態様の概要）
（１）本発明の第１の態様の触感呈示方法は、
同一平面上に、絶縁膜で覆われた複数の第１の電極を配置し、
同一平面上に、上面を外部に露出した複数の第２の電極を配置し、
前記複数の第１の電極のうちの一部の第１の電極に時間的に変化する第１の電圧を印加し、その一部の第１の電極により変化する電界を発生する第１の動作と、前記複数の第２の電極のうちの一部の第２の電極に時間的に変化する第１の電流を加え、その一部の第２の電極から導体を介して、その一部の第２の電極とは異なる第２の電極へ電流を流す第２の動作と、を並行して行う。
静電気力による触感呈示電極は擬似的なざらざら感やすべすべ感を与えるものである。一方、電流刺激による触感呈示電極は擬似的な凹凸感を与えるものである。微細な電極である両電極を多数混合して用いる本態様の触感呈示方法は、ざらざら感と凸凹感とを混合させた複雑な触感を与えることができる。
（２）本発明の第２の態様の触感呈示方法は、本発明の第１の態様の触感呈示方法において、
前記複数の第１の電極のうちの一部の第１の電極に時間的に変化する第２の電圧を印加し、その状態において残りの第１の電極のうちの少なくとも一部の第１の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第３の動作と、
前記第１の動作とを、時分割で又は空間分割で行ってもよい。
これにより、静電型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極を用いることができ、実施する装置全体の構成を小型化・簡素化できる触覚呈示方法を提供することができる。
（３）本発明の第３の態様の触感呈示方法は、本発明の第２の態様の触感呈示方法において、
前記第１の動作を発生させる前記第１の電極の場所と、
前記第２の動作を発生させる前記第２の電極の場所とが、
前記第３の動作で検出される自装置近傍に存在する誘電体の位置に基づき決定されてもよい。
これにより、静電型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極を用いることができ、実施する装置全体の構成を小型化・簡素化できる触覚呈示方法を提供することができる。
（４）本発明の第４の態様の触感呈示方法は、本発明の第１の態様の触感呈示方法において、
前記複数の第２の電極のうちの一部の第２の電極に時間的に変化する第３の電圧を印加し、その状態において残りの第２の電極のうちの少なくとも一部の第２の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第４の動作と、
前記第２の動作とを、時分割で又は空間分割で行ってもよい。
これにより、電流型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極を用いることができ、実施する装置全体の構成を小型化・簡素化できる触覚呈示方法を提供することができる。
（５）本発明の第５の態様の触感呈示方法は、本発明の第４の態様の触感呈示方法において、
前記第１の動作を発生させる前記第１の電極の場所と、
前記第２の動作を発生させる前記第２の電極の場所とが、
前記第４の動作で検出される自装置近傍に存在する誘電体の位置に基づき決定されてもよい。
これにより、電流型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極を用いることができ、実施する装置全体の構成を小型化・簡素化できる触覚呈示方法を提供することができる。
（６）本発明の第６の態様の触感呈示方法は、本発明の第１の態様の触感呈示方法において、
前記複数の第１の電極のうちの一部の第１の電極に時間的に変化する第２の電圧を印加し、その状態において残りの第１の電極のうちの少なくとも一部の第１の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第３の動作と、
前記第１の動作とを、時分割で又は空間分割で行い、
前記複数の第２の電極のうちの一部の第２の電極に時間的に変化する第３の電圧を印加し、その状態において残りの第２の電極のうちの少なくとも一部の第２の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第４の動作と、
前記第２の動作とを、時分割で又は空間分割で行ってもよい。
これにより、静電型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極と、電流型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極とを用いることができ、実施する構成全体を更に小型化・簡素化できる触覚呈示方法を提供することができる。
（７）本発明の第７の態様の触感呈示方法は、本発明の第６の態様の触感呈示方法において、前記第１の動作を発生させる前記第１の電極の場所と、
前記第２の動作を発生させる前記第２の電極の場所とが、
前記第３の動作と、
前記第４の動作とで
検出される自装置近傍に存在する誘電体の位置に基づき決定されてもよい。
これにより、静電型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極と、電流型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極とを用いることができ、実施する構成全体を更に小型化・簡素化できる触覚呈示方法を提供することができる。
（８）本発明の第８の態様の触感呈示方法は、本発明の第１乃至第７の態様の触感呈示方法において、
画像と重畳して、画像に対応した触感を提示するものであってもよい。
これにより、静電型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極と、電流型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極とを用いることができ、実施する構成全体を更に小型化・簡素化できる触覚呈示方法を提供することができる。
（９）本発明の第９の態様の触感呈示方法は、本発明の第１乃至第８の態様の触感呈示方法において、
前記時間的に変化する第１の電圧の電圧強度およびその周期およびその間隔と、
前記時間的に変化する第１の電流の電流強度およびその周期およびその間隔とが
呈示する触感に従って決定されてもよい。
これにより、静電型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極と、電流型触感呈示とタッチセンサとを兼用する電極とを用いることができ、実施する構成全体を更に小型化・簡素化できる触覚呈示方法を提供することができる。
本開示のタッチパネル機能つき触感提示装置は、スマートフォンやスマートパッドなどの携帯情報端末、自動車や家電製品の操作パネル、及び、盲人用の案内板等に適用することができる。
２・・・タッチパネル機能つき触感呈示装置、
４・・・静電型触感呈示電極、
６・・・電流型触感呈示電極、
７・・・半導体回路、
２１・・・Ｙ方向選択線（タッチ駆動）、
２２・・・Ｙ方向選択線（触感正）、
２３・・・Ｙ方向選択線（タッチセンス）、
２４・・・Ｙ方向選択線（触感負）、
３１・・・ドライブ線（タッチ駆動）、
３２・・・Ｘ方向選択線（タッチ駆動）、
３３・・・ドライブ線（触感正）、
３４・・・Ｘ方向選択線（触感正）３４、
３５・・・ドライブ線（タッチセンス）、
３６・・・Ｘ方向選択線（タッチセンス）、
３７・・・ドライブ線（触感負）、
３８・・・Ｘ方向選択線（触感負）、
５０・・・データ処理部、
５２・・・静電触感ドライバ部、
５４・・・電流触感ドライバ部、
５６・・・外部画像表示部、
５８・・・外部接触検知部、
６０・・・静電接触検知部、
１０１・・・第１の電極、
１０２・・・第２の電極、
１０３・・・第１の引き出し電極、
１０４・・・第２の引き出し電極、
１０５・・・第３の引き出し電極、
１０６・・・第４の引き出し電極、
１０７・・・絶縁膜、
１０８ａ・・基板、
１０８ｂ・・保護用基板、
１０８ｃ・・絶縁層、
１０９・・・層間絶縁膜、
１１０・・・誘電体、
１１１・・・正の静電作用電極、
１１２・・・負の静電作用電極、
１１３・・・電圧源、
１１４・・・導体、
１１５・・・正の電流作用電極、
１１６・・・負の電流作用電極、
１１７・・・電流源、
２０２・・・ビア、
２０４・・・接続電極、
２０６・・・接着剤。

Claims (9)

  1. 同一平面上に、絶縁膜で覆われた複数の第１の電極を配置し、
    同一平面上に、上面を外部に露出した複数の第２の電極を配置し、
    前記複数の第１の電極のうちの一部の第１の電極に時間的に変化する第１の電圧を印加し、その一部の第１の電極により変化する電界を発生する第１の動作と、前記複数の第２の電極のうちの一部の第２の電極に時間的に変化する第１の電流を加え、その一部の第２の電極から導体を介して、その一部の第２の電極とは異なる第２の電極へ電流を流す第２の動作と、を並行して行う
    触感提示方法。
  2. 前記複数の第１の電極のうちの一部の第１の電極に時間的に変化する第２の電圧を印加し、その状態において残りの第１の電極のうちの少なくとも一部の第１の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第３の動作と、
    前記第１の動作とを、時分割で又は空間分割で行う
    請求項１に記載の触感呈示方法。
  3. 前記第１の動作を発生させる前記第１の電極の場所と、
    前記第２の動作を発生させる前記第２の電極の場所とが、
    前記第３の動作で検出される自装置近傍に存在する誘電体の位置に基づき決定されることを特徴とする
    請求項２に記載の触感呈示方法。
  4. 前記複数の第２の電極のうちの一部の第２の電極に時間的に変化する第３の電圧を印加し、その状態において残りの第２の電極のうちの少なくとも一部の第２の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第４の動作と、
    前記第２の動作とを、時分割で又は空間分割で行う
    請求項１に記載の触感呈示方法。
  5. 前記第１の動作を発生させる前記第１の電極の場所と、
    前記第２の動作を発生させる前記第２の電極の場所とが、
    前記第４の動作で検出される自装置近傍に存在する誘電体の位置に基づき決定されることを特徴とする
    請求項４に記載の触感呈示方法。
  6. 前記複数の第１の電極のうちの一部の第１の電極に時間的に変化する第２の電圧を印加し、その状態において残りの第１の電極のうちの少なくとも一部の第１の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第３の動作と、
    前記第１の動作とを、時分割で又は空間分割で行い、
    前記複数の第２の電極のうちの一部の第２の電極に時間的に変化する第３の電圧を印加し、その状態において残りの第２の電極のうちの少なくとも一部の第２の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第４の動作と、
    前記第２の動作とを、時分割で又は空間分割で行う
    請求項１に記載の触感呈示方法。
  7. 前記第１の動作を発生させる前記第１の電極の場所と、
    前記第２の動作を発生させる前記第２の電極の場所とが、
    前記第３の動作と、
    前記第４の動作とで
    検出される自装置近傍に存在する誘電体の位置に基づき決定されることを特徴とする
    請求項６に記載の触感呈示方法。
  8. 画像と重畳して、画像に対応した触感を提示することを特徴とする、請求項１乃至７のうちのいずれか一に記載の触感提示方法。
  9. 前記時間的に変化する第１の電圧の電圧強度およびその周期およびその間隔と、
    前記時間的に変化する第１の電流の電流強度およびその周期およびその間隔とが
    呈示する触感に従って決定されることを特徴とする
    請求項１乃至８のうちのいずれか一に記載の触感呈示方法。
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