WO2021053998A1 - 触覚装置 - Google Patents

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坂本　道昭
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株式会社ジャパンディスプレイ
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Definitions

  • the present invention relates to a tactile device technology.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-170266 describes a tactile device that perceives a tactile sensation by generating stimulating ultrasonic waves from a plurality of ultrasonic elements arranged in an array.
  • An object of the present invention is to provide a technique for improving the performance of a tactile device.
  • the tactile device is arranged on the substrate provided with the first surface, the organic piezoelectric film provided on the first surface side of the substrate and having piezoelectric characteristics, and arranged on the first surface side of the substrate.
  • a plurality of driving circuits arranged between the substrate and the organic piezoelectric film and applying a driving voltage to the organic piezoelectric film during the piezoelectric driving period for driving the organic piezoelectric film.
  • the organic piezoelectric membrane is partitioned into a plurality of cells.
  • the plurality of electrodes are arranged across the plurality of cells in a plan view, and a common electrode to which a reference potential is supplied during the piezoelectric drive period, and a plurality of electrodes arranged in each of the plurality of cells in a plan view. It has a drive electrode and.
  • the plurality of drive circuits include a first drive circuit capable of supplying a first drive signal during the piezoelectric drive period and a second drive circuit capable of supplying a second drive signal different from the first drive signal during the piezoelectric drive period. ,including.
  • the plurality of drive electrodes include a first drive electrode connected to the first drive circuit and a second drive electrode electrically separated from the first drive electrode and connected to the second drive circuit. ,including.
  • the first drive electrode and the second drive electrode are arranged in each of the plurality of cells.
  • FIG. 5 is an enlarged plan view showing another example of a drive electrode to which a drive signal is supplied in a plurality of cells included in the tactile device, which is different from FIG. It is explanatory drawing which shows an example of the waveform of the drive signal applied to each cell in the drive system shown in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a polarization state of the organic piezoelectric film shown in FIG. 7. It is an enlarged sectional view which shows the modification with respect to FIG. It is an enlarged sectional view which shows the other modification with respect to FIG. It is explanatory drawing which shows the modification with respect to FIG.
  • the technology described below can be used in combination with a display device that displays images and videos, or a touch panel.
  • the tactile device is a device that transmits information to the user by stimulating the user's tactile receptor by vibration. Therefore, it can be used independently without being combined with a display device or a touch panel.
  • the tactile device in order to make the configuration of the tactile device easy to understand, an embodiment that is not combined with the functions of the display device and the touch panel will be described.
  • one unit of an oscillator that generates vibration that stimulates the user's sense of touch may be expressed as a "cell".
  • a plurality of driving electrodes are arranged in one cell.
  • the unit corresponding to each of the plurality of drive electrodes may be referred to as a "secondary cell”.
  • the vibration of one "cell” is composed of the vibration of any one or more of the plurality of "secondary cells" included in the "cell".
  • the tactile device is not a device that displays an image or video, the user can convert the tactile sensation perceived based on the vibration provided by the plurality of cells into information.
  • the user can acquire the information output from the tactile device by integrating the vibrations of each of the plurality of cells of the tactile device.
  • the unit expressed as "cell” can be read as “oscillator”.
  • the unit expressed as "sub-cell” can be read as “sub-oscillator”.
  • the "oscillator” includes a plurality of "sub-oscillators", and the degree of vibration of the "oscillator” is defined by turning on or off each of the plurality of "sub-oscillators".
  • in plan view means the case where the substrate 10 shown in FIG. 3 described later is viewed from the front surface 10f side.
  • in plan view is used as a term for specifying the planar positional relationship of various parts included in the finished product of the tactile device. Therefore, when the finished product of the tactile device is viewed from the front surface 10f side, the visible member and the invisible portion (for example, the cell PX shown in FIG. 2 and the drive electrode 12 shown in FIG. 6) are planar.
  • the term “in plan view” is also used to indicate the positional relationship.
  • FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view schematically showing the layout of a plurality of types of tactile receptors under the skin surface of a living body.
  • Living organisms such as humans and animals perceive mechanical deformation and vibration through receptors called mechanoreceptors.
  • mechanoreceptors As shown in FIG. 1, there are Merkel disc 2, Meissner corpuscle 3, Rufini corpuscle 4, Pacinian corpuscle 5, and the like as tactile receptors that transmit the tactile sensation of the skin via nerves.
  • the Meissner corpuscle 3 is widely distributed near the boundary between the epidermis and the dermis (for example, at a depth of about 0.7 to 2 mm from the skin surface SS).
  • Pacinian corpuscle 5 is distributed at the deepest position among the above four receptors, and is mainly distributed in the dermis layer and subcutaneous tissue. In the example shown in FIG. 1, the Pacinian corpuscle 5 exists at a depth of about 4 to 5 mm from the skin surface SS.
  • Merkel board 2 Meissner corpuscle 3, Rufini corpuscle 4, and Pacinian corpuscle 5 each have different response characteristics to the tactile sensation.
  • the Merkel board 2 has a slow rate of adaptation to force and is susceptible to sustained pressure.
  • the Meissner corpuscle 3 has a high adaptation speed to force and easily reacts to vibrations and the like.
  • the Bulbous corpuscle 4 has a slow rate of adaptation to force and is susceptible to mechanical changes in the part of the skin in contact with the object.
  • Pacinian corpuscle 5 has the fastest adaptation speed to force among the above four receptors, and is easily responsive to changes in pressure and vibration.
  • the living body perceives tactile sensation through various receptors as described above. Therefore, if the vibration stimulus can be applied by focusing on one or more of a plurality of types of receptors having different characteristics and distributed at different depths, the tactile sensation perceived by the user. Variations can be increased. If the variation of the tactile sensation obtained from the tactile device can be increased, the amount of information that can be identified by the user of the tactile device can be increased. From the above, the inventor of the present application has investigated a technique for freely stimulating any of a plurality of receptors by controlling the source of vibration stimulus.
  • FIG. 2 is a plan view of the tactile device of the present embodiment.
  • each of the plurality of cell PXs is schematically shown by a chain double-dashed line.
  • each of the plurality of cell PXs is a unit of an oscillator that generates vibration that stimulates the user's sense of touch, and it does not matter whether or not the plurality of cell PXs are visible.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the tactile device TD1 can apply a driving voltage to the substrate 10, the organic piezoelectric film 20, the electrode layers EL1 and EL2 in which a plurality of electrodes are arranged, and the organic piezoelectric film 20. It has a drive circuit layer DRCL on which a drive circuit is formed. Further, in the example shown in FIG. 3, the tactile device TD1 has a cover member 30 that covers the organic piezoelectric film 20.
  • the tactile device TD1 includes a housing 40 (see FIG. 2) that houses each of the above-mentioned members. In FIG. 3, the housing 40 is not shown. The cover member 30 is exposed from the housing 40 at the opening of the housing 40.
  • the tactile device TD1 can apply a driving voltage to the substrate 10, the organic piezoelectric film 20, the electrode layers EL1 and EL2 in which a plurality of electrodes are arranged, and the organic piezoelectric film 20. It has a drive circuit layer DRCL on which a drive circuit is formed. Further, in the example shown in FIG. 3, the tactile device TD1 has a cover member 30 that covers the organic piezoelectric film 20.
  • the tactile device TD1 includes a housing 40 (see FIG. 2) that houses each of the above-mentioned members. In FIG. 3, the housing 40 is not shown. The cover member 30 is exposed from the housing 40 at the opening of the housing 40.
  • the substrate 10 has a front surface 10f and a back surface 10b on the opposite side of the front surface 10f.
  • the substrate 10 is a plate-shaped member that supports each member included in the tactile device TD1.
  • a material similar to that of the display device such as glass or resin, can be used.
  • the substrate 10 is not required to have visible light transmission. Therefore, it is possible to select a material that is opaque to visible light, and the degree of freedom in material selection is high as compared with a substrate for a display such as a liquid crystal display device.
  • the organic piezoelectric film 20 shown in FIG. 3 is arranged on the front surface 10f side of the substrate 10 and covers the entire or most of the front surface 10f.
  • the organic piezoelectric film 20 has a piezoelectric characteristic that its shape is displaced when a voltage is applied. The amount of displacement of the organic piezoelectric film 20 changes depending on the magnitude of the applied voltage.
  • an AC voltage including a pulse voltage
  • the organic piezoelectric film 20 vibrates according to the period of the applied voltage.
  • a polymer such as polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PVDF) can be exemplified.
  • the PVDF film When the PVDF film is subjected to a polling process (for example, a process of applying a voltage in an environment of about 50 ° C.), the PVDF film is polarized in the voltage applying direction. As a result, the organic piezoelectric film 20 having piezoelectric characteristics can be obtained. The details of the polling process will be described later.
  • a polling process for example, a process of applying a voltage in an environment of about 50 ° C.
  • the electrode layers EL1 and EL2 are conductive layers in which a plurality of electrodes for applying a voltage for driving the organic piezoelectric film 20 are arranged.
  • the organic piezoelectric film 20 is arranged between the electrode layer EL1 and the electrode layer EL2.
  • the electrode layer EL1 faces the electrode layer EL2 via the organic piezoelectric film 20.
  • a voltage is applied between the electrode layer EL1 and the electrode layer EL2 in the thickness direction of the organic piezoelectric film 20. A voltage can be applied to.
  • a plurality of drive electrodes 12 are formed in each of the plurality of cells PX (see FIG. 1) in the electrode layer EL1. Further, a common electrode 11 (see FIG. 7) arranged across the plurality of cells PX is formed in the electrode layer EL1.
  • the drive circuit layer DRCL includes a transistor as a switch for supplying a drive potential to the drive electrode formed on the electrode layer EL1, and a plurality of wirings for supplying the potential to the drive electrode via the transistor.
  • a thin film transistor Thin Film Transistor
  • Two transistors are connected to each of the plurality of drive electrodes formed on the electrode layer EL1. A configuration example of the drive circuit will be described later.
  • the electrode layer EL2 is covered with the cover member 30.
  • the cover member 30 is a protective film that protects the organic piezoelectric film 20 and the electrode layer EL2.
  • the cover member 30 is made of, for example, the same material as the substrate 10 or a material different from the substrate 10. However, when the cover member 30 is provided, the user perceives the operation of the organic piezoelectric film 20 through the cover member 30. Therefore, it is preferable that the cover member 30 does not easily interfere with the operation of the organic piezoelectric film 20 and the transmission of vibration from the organic piezoelectric film 20.
  • the tactile device TD1 has a wiring board CB1 connected to the board 10.
  • the wiring board CB1 is connected to a plurality of transistors formed in the drive circuit layer DRCL, a plurality of drive electrodes formed in the electrode layer EL1, and a common electrode formed in the electrode layer EL2.
  • the wiring board CB1 is formed with, for example, a power supply circuit, a control circuit for controlling the drive of the organic piezoelectric film 20, and the like.
  • the technique described below may be applied to a tactile device that does not have the cover member 30 or the housing 40.
  • various circuits formed on the wiring board CB1 may be formed on the board 10. In this modification, the wiring board CB1 may not be connected to the board 10.
  • FIGS. 4 and 5 illustrates the relationship between the magnitude of the voltage applied to each of the vibrators arranged in a plurality of adjacent cells and the distance from the vibration source to the focal point where the vibration is perceived. It is explanatory drawing which shows.
  • the upper part of FIGS. 4 and 5 shows the magnitude of the voltage applied to each of the plurality of oscillators arranged adjacent to each other as a bar graph, and the lower part shows the vibration from each oscillator.
  • the state of propagation is schematically shown.
  • FIG. 4 shows an example of a driving method when the distance from the vibration source to the focal point where vibration is perceived (hereinafter, referred to as focal length) is short.
  • FIG. 5 shows an example of a driving method when the focal length is long.
  • a pulse voltage having a pulse waveform that repeats intermittently is applied to the plurality of cell PXs.
  • the upper bar graphs of FIGS. 4 and 5 show the maximum value of the pulse voltage.
  • the phase (delay time) of the pulse voltage affects the focal length.
  • the phase or delay time of the pulse voltage is different, the description is based on the premise that the pulse voltage of the same frequency is applied in the same phase (delay time).
  • the pulse voltage described above is applied to the drive electrodes arranged in each cell PX. Since the pulse voltage applied to the drive electrode corresponds to the drive signal for driving the organic piezoelectric film 20 shown in FIG. 3, the pulse voltage applied to the drive electrode will be referred to as a drive signal below.
  • the tactile device TD1 of the present embodiment is configured so that each of the cells PX shown in FIG. 2 can be driven independently.
  • Each of the plurality of cells PX corresponds to an oscillator that generates vibrations having the same or different vibration energies.
  • the plurality of oscillators (Cell PX) propagates vertically from the plane in which it is arranged. In this case, the vibration can be propagated almost evenly over a wide area.
  • the focal length is short and the focal range is wide.
  • the vibration propagated by such a drive method is suitable as a method for propagating the vibration perceived by the Merkel board 2 and the Meissner corpuscle 3 shown in FIG.
  • drive signals having different voltages are applied to each of the plurality of oscillators arranged adjacent to each other.
  • the maximum value of the drive signal applied to the oscillator arranged in the cell PX1 is the smallest, and the oscillators arranged in the plurality of cells PX2 adjacent to the cell PX1.
  • the maximum value of the drive signal applied to is the next smallest.
  • the drive signal applied to the oscillator becomes larger. The maximum value increases in order.
  • the vibration of each oscillator itself propagates in the vertical direction from the surface on which the plurality of oscillators are arranged.
  • the maximum value of the drive signal applied to the adjacent oscillators is different, there is a position where the propagated vibration (ultrasonic vibration) is amplified. Therefore, in the case of the drive method shown in FIG. 5, the focal length can be lengthened by adjusting the ratio of the maximum values of the drive signals applied to each oscillator. Further, the focal range is narrow as an example shown in FIG. Therefore, the vibration propagated by the drive method shown in FIG. 5 is suitable as a method for propagating the vibration perceived by the Pacinian corpuscle 5 shown in FIG.
  • the strength of the vibration generated at the initial stage is stronger when the focal length is long and when compared with the case where the focal length is short.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view showing a part of the plurality of cells shown in FIG. 2 in an enlarged manner.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • FIG. 8 is a circuit block diagram showing a configuration example of a drive circuit that drives one of the plurality of cells shown in FIG.
  • the front surface 10f of the substrate 10 shown in FIG. 3 is partitioned into a plurality of cell PXs (see FIG. 2) in a plan view, and the organic piezoelectric film 20 is arranged across the plurality of cell PXs.
  • the organic piezoelectric film 20 is partitioned into a plurality of cell PXs corresponding to a plurality of oscillators.
  • the plurality of electrodes included in the tactile device TD1 include a common electrode 11 and a plurality of driving electrodes 12.
  • the common electrode 11 is arranged across the plurality of cells PX in a plan view, and a reference potential is supplied during the piezoelectric drive period described later.
  • Each of the plurality of drive electrodes 12 is arranged at a position overlapping each of the plurality of cells PX in a plan view.
  • each of the plurality of cells PX of the tactile device TD1 includes a plurality of drive electrodes 12.
  • the drive electrodes 12A, 12B, and 12C are arranged in the cells PX1 and PX2, respectively.
  • the drive electrodes 12A, 12B, and 12C are separated from each other.
  • the plurality of drive electrodes 12 are electrically separated from the drive electrode 12A, and are arranged at positions overlapping the same cell as the drive electrode 12A, and the drive electrodes 12A and 12B.
  • a drive electrode 12C that is electrically separated from and located at a position that overlaps the same cells as the drive electrodes 12A and 12B.
  • the drive electrode 12A is connected to the drive circuit DR1.
  • the drive electrode 12B is connected to the drive circuit DR2.
  • the drive electrode 12C is connected to the drive circuit DR3.
  • Each of the drive circuits DR1, DR2, and DR3 is a power conversion circuit that converts DC power into pulse power by using a transistor that is a switching element.
  • Each of the drive circuits DR1, DR2, and DR3 includes two transistors.
  • the drive circuit DR1 includes transistors Tr1 and Tr2.
  • the drive circuit DR2 includes transistors Tr3 and Tr4.
  • the drive circuit DR3 includes transistors Tr5 and Tr6.
  • the transistors Tr1 and Tr2 are arranged at positions where they overlap with the drive electrode 12A.
  • the transistors Tr3 and Tr4 are arranged at positions where they overlap with the drive electrode 12B.
  • transistors Tr5 and Tr6 are arranged at positions overlapping the drive electrode 12C shown in FIG. Will be done.
  • the positions of the transistors Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, and Tr6 are simply shown, but each of the transistors Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, and Tr6 is 10f on the front surface of the substrate 10.
  • the thin film transistor is formed by laminating a semiconductor layer and a conductor layer on the front surface 10f side of the substrate 10.
  • the semiconductor layer includes a source region, a drain region, and a channel region located between the source region and the drain region of the semiconductor layer.
  • the conductor layer includes a gate arranged via a gate insulating film at a position overlapping the channel region.
  • an example in which an n-channel transistor is used is shown as an example of the thin film transistor.
  • the conductive type of the transistor is not limited to the n type, and may be the p type. When a p-type transistor is used, the positions of the source and drain of the transistor are opposite to each other with the gate shown in FIG. 8 as the center.
  • Each of the drive circuits DR1, DR2, and DR3 shown in FIG. 8 has a circuit structure in which a high-side switch connected to a relatively high potential and a low-side switch connected to a relatively low potential are connected in series. To be equipped.
  • each of the transistors Tr1, Tr3, and Tr5 corresponds to a high-side switch
  • each of the transistors Tr2, Tr4, and Tr6 corresponds to a low-side switch.
  • the high-side switch and the low-side switch operate as a pair on-off. When one of the pair of high-side switch and low-side switch is in the on state, the other switch is in the off state.
  • pulse power is output from each of the drive circuits DR1, DR2, and DR3.
  • the on / off operation of each of the transistors Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, and Tr6 is controlled by a gate signal input from the control circuit CMD to the gate of each transistor.
  • Each source of the transistors Tr1, Tr3, and Tr5, which are high-side switches, is connected to the high-side terminal HT to which a higher potential than the low-side terminal LT is supplied. For example, a potential of 100 V (volt) is supplied to the high side terminal HT.
  • each of the transistors Tr2, Tr4, and Tr6, which are low-side switches are connected to the low-side terminal LT to which a potential lower than that of the high-side terminal HT is supplied.
  • the low-side terminal LT is grounded, and for example, a ground potential (ground potential) is supplied.
  • Each of the drive electrodes 12A, 12B, and 12C is connected between the high-side switch and the low-side switch connected in series, and the common electrode 11 is connected to the low-side terminal LT.
  • the potential of the high-side terminal HT for example, 100V
  • the potential of the low-side terminal LT for example, 0V
  • the potential supplied to the drive electrode 12 is defined according to the resistance value between the source and drain of the high side switch.
  • the high side switch when the high side switch is on, 90V is supplied to the drive electrode 12A, 50V is supplied to the drive electrode 12B, and 33V is supplied to the drive electrode 12C.
  • a drive signal of a pulse potential is supplied to each of the drive electrodes 12A, 12B, and 12C.
  • the 90V, 50V, and 33V voltages described above correspond to the maximum voltage (amplitude) of each drive signal, respectively.
  • the drive signal can be applied to the organic piezoelectric film 20 between the drive electrode 12 and the common electrode 11 by repeatedly turning the high-side switch and the low-side switch on and off.
  • the organic piezoelectric film 20 is a functional film having a piezoelectric effect in which its shape changes with a change in applied voltage. For example, when a voltage is applied, the organic piezoelectric film 20 contracts in the direction in which the voltage is applied. When the voltage is turned off from the voltage applied state, it expands to return to its original shape. Therefore, when a drive signal is applied to the organic piezoelectric film 20, the organic piezoelectric film 20 generates vibration according to the waveform of the drive signal.
  • the degree of deformation of the organic piezoelectric film 20 and the strength of vibration are proportional to the applied voltage. That is, when the amplitude of the drive signal is large, the organic piezoelectric film 20 is greatly deformed and strong vibration is generated. When the amplitude of the drive signal is small, the deformation of the organic piezoelectric film 20 is small, and relatively weak vibration is generated. Therefore, as in the present embodiment, it is possible to increase the variation in the strength of the vibration generated by increasing the variation in the voltage value applied to the organic piezoelectric film 20. Further, in the present embodiment, the phases of the drive signals applied to each of the plurality of cells PX shown in FIG. 6 are the same, but as a modification, drive signals having different phases are applied to each cell. You can also do it.
  • FIG. 9 is an enlarged plan view showing an example of a drive electrode to which a drive signal is supplied in a plurality of cells included in the tactile device.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a waveform of a drive signal applied to each cell in the drive method shown in FIG.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view showing another example of the drive electrode to which the drive signal is supplied in the plurality of cells included in the tactile device, which is different from FIG. FIG.
  • FIGS. 9 and 10 is an example of a drive method aimed at a tactile receptor located at a long focal length
  • the drive method shown in FIGS. 11 and 12 is a drive method aimed at a tactile receptor located at a short focal length.
  • 9 and 11 are enlarged plan views of the electrode layer EL1 shown in FIG. 7, but in order to make it easier to identify the drive electrode 12 to which the drive signal is applied, the drive electrode 12 to which the drive signal is applied is hatched. It is attached.
  • the plurality of cell (oscillator) PXs are a cell (first oscillator) PX1, a cell (second oscillator) PX3, and a cell (third) located between the cell PX1 and the cell PX3. 3 oscillators) PX2.
  • a drive signal is applied to the piezoelectric drive period DP1 (see FIG. 10) as follows.
  • the drive signal DS1 is applied to the drive electrodes 12A of the cells PX1, PX2, and PX3, respectively.
  • a drive signal DS2 having a potential lower than that of the drive signal DS1 is applied to the drive electrodes 12B of the cells PX2 and PX3.
  • a drive signal DS3 having a lower potential than the drive signal DS1 is applied to the drive electrode 12C of the cell PX3.
  • the drive signal DS2 is not applied to the drive electrode 12B of the cell PX1.
  • the drive signal DS3 is not applied to the drive electrodes 12C of the cells PX1 and PX2, respectively.
  • the strength of vibration generated in each of the plurality of cells PX can be controlled in the same manner as the drive method described with reference to FIG. Specifically, among the plurality of cell PXs shown in FIG. 9, in the cell PX1, no drive signal is applied to the drive electrodes 12B and 12C. Therefore, the vibration generated in the cell PX1 is weaker (smaller) than the vibration generated in the surrounding cells PX2 and PX3. Further, the vibration generated in each of the plurality of cells PX2 adjacent to the cell PX1 is stronger (larger) than the vibration generated in the cell PX1 and weaker (smaller) than the vibration generated in the cell PX3.
  • the vibration generated in each of the plurality of cells PX3 adjacent to the outside of the cell PX2 is stronger (larger) than the vibration generated in the cells PX1 and PX2.
  • the vibration (ultrasonic wave) propagated to a position away from the vibration source. It is possible to form a focal point in which vibration) is amplified.
  • the drive signal DS1 (see FIG. 10) having the largest maximum voltage (amplitude) is applied.
  • the organic piezoelectric film 20 (see FIG. 7) is driven by the driven electrode 12A.
  • the vibration generated in the cell PX1 is relatively weak as compared with the vibration generated in the surrounding cell PX, but a strong vibration is obtained as compared with the case where the pulse voltage is not applied to the drive electrode 12A.
  • the vibrations generated in cells PX1, PX2 and PX3 are strong as a whole, and even if they are attenuated during propagation, they vibrate to receptors such as Pacinian corpuscle 5 located far from the skin surface SS shown in FIG. Can propagate stimuli.
  • the plurality of cell (oscillator) PXs are a cell (first oscillator) PX1, a cell (second oscillator) PX3, and a cell (third) located between the cell PX1 and the cell PX3. 3 oscillators) PX2.
  • a drive signal is applied to the piezoelectric drive period DP2 (see FIG. 12) as follows. That is, the drive signal DS1 (see FIG.
  • a drive signal DS3 (see FIG. 12) is applied to the drive electrodes 12C of the cells PX1, PX2, and PX3.
  • the drive method shown in FIGS. 11 and 12 similarly to the drive method described with reference to FIG. 4, it is possible to control so that the strength of vibration generated in each of the plurality of cell PXs is uniform. it can. Specifically, among the plurality of cell PXs shown in FIG. 11, in each of the cells PX1, PX2, and PX3, the drive signal DS3 is applied to the drive electrode 12C, and the drive signal is not applied to the drive electrodes 12A and 12B. In this case, the vibration can be propagated almost evenly over a wide area.
  • the drive signal DS3 having the smallest maximum voltage (amplitude) among the three drive electrodes 12A, 12B, and 12C arranged in the cells PX1, PX2, and PX3, respectively.
  • the organic piezoelectric film 20 (see FIG. 7) is driven by the drive electrode 12C to which (see FIG. 12) is applied.
  • the vibration generated by each of the plurality of cell PXs is weaker (smaller) than the vibration generated by the cell PX1 in the drive method described with reference to FIG.
  • the areas of the drive electrodes 12A, 12B, and 12C arranged in each of the plurality of cells PX in the plan view are different from each other.
  • the area of the drive electrode 12A is larger than the area of the drive electrode 12B and the area of the drive electrode 12C.
  • the area of the drive electrode 12B is larger than the area of the drive electrode 12C.
  • the area of each of the drive electrodes 12A, 12B, and 12C increases in proportion to the value of the maximum voltage (amplitude) of the applied signal.
  • the impedance of the drive electrode 12 can be reduced, so that the electric power for driving the organic piezoelectric film 20 (see FIG. 7). Loss can be reduced.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view schematically showing the polarization state of the organic piezoelectric film shown in FIG. 7.
  • 14 and 15 are enlarged cross-sectional views showing a modification of FIG. 13.
  • the organic piezoelectric film 20 shown in FIG. 13 is formed by subjecting a polymer material film to a polling treatment (polarization treatment).
  • the polling process is a process in which an electric field is applied to the polymer material film from the outside to electrically polarize the polymer material film.
  • the chains of the monomers having electric dipoles are arranged along the arrangement direction of the plurality of driving electrodes 12.
  • the electric field required for the polling process can be applied by using the plurality of drive electrodes 12 and the common electrode 11.
  • a potential of, for example, about 50 to 100 V is applied to each of the plurality of drive electrodes 12 shown in FIG. 13, and a ground potential (0 V) is applied to the common electrode 11.
  • a potential of, for example, about 50 to 100 V is applied to each of the plurality of drive electrodes 12 shown in FIG. 13, and a ground potential (0 V) is applied to the common electrode 11.
  • the tactile device TD2 shown in FIG. 14 is different from the tactile device TD1 shown in FIG. 13 in that the organic piezoelectric film 20 includes a region 23 in which the organic piezoelectric film 20 is not polarized between the cells PX1 and PX2 adjacent to each other.
  • the tactile device TD2 has cell PX1 and cell PX2.
  • the organic piezoelectric film 20 includes a region 21 that overlaps with the plurality of drive electrodes 12 of the cell PX1, a region 22 that overlaps with the plurality of drive electrodes 12 of the cell PX2, and a region 23 between the region 21 and the region 22. ..
  • the organic piezoelectric film 20 is polarized in the thickness direction of the organic piezoelectric film 20, and in the region 23, the organic piezoelectric film 20 is not polarized.
  • the organic piezoelectric film 20 of the tactile device TD2 includes an electric dipole divided for each cell PX, and there is a non-polarized portion between each cell PX.
  • the organic piezoelectric film 20 is not polarized in the region 23 between the cell PX1 and the cell PX2, even if a voltage is applied to the cell PX1 or the cell PX2, the organic piezoelectric film 20 in the region 23 Is hard to vibrate. Therefore, for example, the organic piezoelectric film 20 of the cell PX2 is not easily affected by the vibration generated in the adjacent cell PX1.
  • the layout of the electrodes in the electrode layer EL1 is different from that of the tactile device TD1 shown in FIG.
  • the electrodes 13 are arranged between the plurality of drive electrodes 12 of the cell PX1 and the plurality of drive electrodes 12 of the cell PX2 in the electrode layer EL1.
  • the electrode 13 is an electrode that is electrically separated from the plurality of drive electrodes 12.
  • the electrode 13 is arranged between the drive electrode 12A and the drive electrode 12B, and the electrode 13 is arranged so as to surround each of the plurality of cells PX in a plan view.
  • a potential of, for example, about 50 to 100 V is applied to each of the plurality of drive electrodes 12, and a ground potential (0 V) is applied to the common electrode 11 and the electrode 13.
  • a ground potential (0 V) is applied to the common electrode 11 and the electrode 13.
  • the tactile device TD3 shown in FIG. 15 is provided with a region 23 in which the organic piezoelectric film 20 is polarized so as to have the opposite polarity to each cell PX between the cells PX1 and PX2 adjacent to each other. It is different from the tactile device TD1 shown in FIG. Specifically, the tactile device TD3 has cells PX1 and PX2.
  • the organic piezoelectric film 20 includes a region 21 that overlaps with the plurality of drive electrodes 12 of the cell PX1, a region 22 that overlaps with the plurality of drive electrodes 12 of the cell PX2, and a region 23 between the region 21 and the region 22. ..
  • the organic piezoelectric film 20 is polarized in the thickness direction of the organic piezoelectric film 20, and in the region 23, the organic piezoelectric film 20 has a polarity opposite to the polarization polarity in the region 21 and the region 22. Polarizes to.
  • the organic piezoelectric film 20 is polarized in the opposite polarity to each cell PX in the region 23 between the cell PX1 and the cell PX2, even if a voltage is applied to the cell PX1 or the cell PX2. , The organic piezoelectric film 20 in the region 23 is more difficult to vibrate. Therefore, for example, the organic piezoelectric film 20 of the cell PX2 is not easily affected by the vibration generated in the adjacent cell PX1.
  • the electrode layout of the electrode layer EL1 of the tactile device TD3 is the same as the electrode layout of the electrode layer EL1 of the tactile device TD2 shown in FIG.
  • a potential of, for example, about 50 to 100 V is applied to each of the plurality of drive electrodes 12, and a ground potential (0 V) is applied to the common electrode 11.
  • a potential of about ⁇ 10 to 30 V is applied to the electrode 13.
  • the electrode 13 is a layer different from the plurality of driving electrodes 12 (for example,). It may be arranged in the layer between the electrode layer EL1 shown in FIG. 7 and the drive circuit layer DRCL). In this case, a part of the plurality of driving electrodes 12 arranged in the electrode layer EL1 and a part of the electrodes 13 arranged in a layer different from the electrode layer EL1 may be placed and overlapped in the thickness direction.
  • Electrodes 13 may be arranged between each.
  • each of the sub-cells sandwiched between each of the plurality of drive electrodes 12 and the common electrode 11 becomes a sub-vibration element that vibrates independently of each other.
  • the drive signal is applied only to the drive electrode 12A, and the drive electrode is used.
  • the tactile device TD2 shown in FIG. 14 and the tactile device TD3 shown in FIG. 15 are the same as the tactile device TD1 shown in FIG. 13 except for the above-mentioned differences. Therefore, the duplicate description will be omitted.
  • the tactile device shown in FIG. 6 has been described by exemplifying an embodiment in which drive electrodes 12A, 12B, and 12C having different flat areas are arranged in each of a plurality of cells PX.
  • the number, shape, and layout of the drive electrodes 12 included in the plurality of cell PXs are various variations. For example, if the number of drive electrodes 12 included in the plurality of cell PXs is at least two, vibrations of different intensities can be generated in the cells PX adjacent to each other. Further, if the number of drive electrodes 12 included in the plurality of cell PXs is 4 or more, the strength of vibration can be controlled more finely.
  • the drive signal DS1 is applied to the cell PX1
  • the drive signals DS1 and DS2 are applied to the cell PX2
  • the drive signals DS1, DS3, and DS3 are applied to the cell PX3
  • the drive signal application method there is also a method in which the drive signals DS1 and DS3 are applied and the drive signal DS2 is not applied. By combining this variation, the strength of vibration can be controlled more finely.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing a modified example with respect to FIG.
  • the delay time until the drive signal DS1 is applied to the drive electrode 12A of the cell PX1 is longer than the delay time until the drive signal DS1 is applied to the drive electrode 12A of the cells PX2 and PX3. long.
  • the delay time until the drive signal DS1 is applied to the drive electrode 12A of the cell PX3 is shorter than the delay time until the drive signal DS1 is applied to the drive electrode 12A of the cells PX1 and PX2.
  • the drive signal By controlling the timing of applying the vibration, the strength of the vibration can be controlled more finely.
  • the timing of applying the drive signal to each of the plurality of cells PX1, PX2, and PX3 is the same (in other words, when the delay times are the same), the control is simplified.
  • each of the plurality of driving electrodes and the common electrode face each other via the organic piezoelectric film 20 has been taken up and described.
  • the common electrode and the plurality of drive electrodes may be arranged so as to face each other without interposing the organic piezoelectric film 20, and the organic piezoelectric film 20 may be arranged so as to cover the drive electrodes.
  • the present invention can be used for a tactile device.

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Abstract

触覚装置は、第１面を備える基板と、前記基板の前記第１面側に配置され、圧電特性を備える有機圧電膜と、前記基板の前記第１面側に配置される複数の電極と、前記基板と、前記有機圧電膜との間に配置され、前記有機圧電膜を駆動する圧電駆動期間に、前記有機圧電膜に駆動電圧を印加する複数の駆動回路と、を有する。平面視において、前記有機圧電膜は、複数のセルに区画される。前記複数の電極は、平面視において、前記複数のセルに跨って配置され、前記圧電駆動期間に基準電位が供給される共通電極と、平面視において、前記複数のセルのそれぞれに配置される複数の駆動電極と、を有する。前記複数の駆動回路は、前記圧電駆動期間に第１駆動信号を供給可能な第１駆動回路と、前記圧電駆動期間に第１駆動信号と異なる第２駆動信号を供給可能な第２駆動回路と、を含む。前記複数の駆動電極は、前記第１駆動回路に接続される第１駆動電極と、前記第１駆動電極と電気的に分離され、かつ、前記第２駆動回路に接続される第２駆動電極と、を含む。前記複数のセルのそれぞれには、前記第１駆動電極および前記第２駆動電極が配置される。

Description

触覚装置
　本発明は、触覚装置の技術に関する。
　特許文献１（特開２０１４－１７０２６６号公報）には、アレイ状に配置された複数の超音波素子から刺激超音波を発生させることで、触覚を知覚させる触覚装置が記載されている。
特開２０１４－１７０２６６号公報
　使用者の触覚受容器を刺激することにより、使用者に情報を伝達する技術がある。この触覚伝達技術を用いた触覚装置として、例えば、振動素子を振動させ、この振動により使用者の触覚受容器を刺激する触覚装置がある。本願発明者は、振動を利用する触覚装置において、使用者が識別可能な情報量を増大させる技術について検討した。
　本発明の目的は、触覚装置の性能を向上させる技術を提供することにある。
　本発明の一態様である触覚装置は、第１面を備える基板と、前記基板の前記第１面側に配置され、圧電特性を備える有機圧電膜と、前記基板の前記第１面側に配置される複数の電極と、前記基板と、前記有機圧電膜との間に配置され、前記有機圧電膜を駆動する圧電駆動期間に、前記有機圧電膜に駆動電圧を印加する複数の駆動回路と、を有する。平面視において、前記有機圧電膜は、複数のセルに区画される。前記複数の電極は、平面視において、前記複数のセルに跨って配置され、前記圧電駆動期間に基準電位が供給される共通電極と、平面視において、前記複数のセルのそれぞれに配置される複数の駆動電極と、を有する。前記複数の駆動回路は、前記圧電駆動期間に第１駆動信号を供給可能な第１駆動回路と、前記圧電駆動期間に第１駆動信号と異なる第２駆動信号を供給可能な第２駆動回路と、を含む。前記複数の駆動電極は、前記第１駆動回路に接続される第１駆動電極と、前記第１駆動電極と電気的に分離され、かつ、前記第２駆動回路に接続される第２駆動電極と、を含む。前記複数のセルのそれぞれには、前記第１駆動電極および前記第２駆動電極が配置される。
生体の皮膚表面の下にある複数種類の触覚受容器のレイアウトを例示的に示す拡大断面図である。 一実施の形態である触覚装置の一例を示す表示面側の平面図である。 図２のＡ－Ａ線に沿った断面図である。 互いに隣り合う複数のセルに配置される振動子のそれぞれに印加される電圧の大きさと、振動発生源から振動が知覚される焦点までの距離との関係を模式的に示す説明図である。 図４に示す駆動方法とは別の駆動方法における互いに隣り合う複数のセルに配置される振動子のそれぞれに印加される電圧の大きさと、振動発生源から振動が知覚される焦点までの距離との関係を模式的に示す説明図である。 図２に示す複数のセルのうちの一部を拡大して示す拡大平面図である。 図６のＡ－Ａ線に沿った拡大断面図である。 図６に示す複数のセルのうちの一つを駆動する駆動回路の構成例を示す回路ブロック図である。 触覚装置が備える複数のセルにおいて、駆動信号が供給される駆動電極の一例を示す拡大平面図である。 図９に示す駆動方式において、各セルに印加される駆動信号の波形の一例を示す説明図である。 触覚装置が備える複数のセルにおいて、駆動信号が供給される駆動電極の図９とは別の一例を示す拡大平面図である。 図１１に示す駆動方式において、各セルに印加される駆動信号の波形の一例を示す説明図である。 図７に示す有機圧電膜の分極状態を模式的に示した拡大断面図である。 図１３に対する変形例を示す拡大断面図である。 図１３に対する他の変形例を示す拡大断面図である。 図１０に対する変形例を示す説明図である。
　以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一または関連する符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
　以下で説明する技術は、画像や映像を表示する表示装置、あるいは、タッチパネルと組み合わせて利用することができる。ただし、触覚装置は、振動により使用者の触覚受容器を刺激することにより、使用者に情報を伝達する装置である。したがって、表示装置やタッチパネルと組み合わせず、独立して利用することができる。以下の実施の形態では、触覚装置の構成を判り易くするため、表示装置やタッチパネルの機能と組み合わせない実施態様を取り上げて説明する。
　本願明細書において、使用者の触覚を刺激する振動を発生させる振動子の一単位を「セル」と表現する場合がある。本願の触覚装置の場合、一つのセルには、複数の駆動電極が配置される。この複数の駆動電極のそれぞれに対応する単位を「副セル」と呼ぶ場合がある。一つの「セル」の振動は、「セル」に含まれる複数の複数の「副セル」のうち、いずれか一つ以上の振動により構成される。触覚装置は、画像や映像を表示する装置ではないが、使用者は、複数のセルから提供される振動に基づいて知覚される触感を情報に変換することができる。言い換えれば、使用者は、触覚装置の複数のセルのそれぞれの振動を統合することにより、触覚装置から出力された情報を取得することができる。また、以下の説明において、「セル」と表現される単位は、「振動子」と読み替えることができる。また、「副セル」と表現される単位は、「副振動子」と読み替えることができる。「振動子」は、複数の「副振動子」を備え、複数の「副振動子」のそれぞれのオンまたはオフにより、「振動子」の振動の程度が規定される。
　本願明細書において、「平面視において」と記載する場合、後述する図３に示す基板１０を前面１０ｆ側から視た場合を意味する。また、「平面視において」は、触覚装置の完成品が備える各種の部分の平面的な位置関係を特定するための用語として用いている。このため、触覚装置の完成品を前面１０ｆ側から視た時に、視認可能な部材の他、視認できない部分（例えば、図２に示すセルＰＸや図６に示す駆動電極１２等）の平面的な位置関係を示す場合にも、「平面視において」という用語を用いる。
　＜触覚受容器＞
　まず、人間や動物などの生体が触感を知覚するメカニズムについて説明する。図１は、生体の皮膚表面の下にある複数種類の触覚受容器のレイアウトを例示的に示す拡大断面図である。人間や動物などの生体は、機械受容器と呼ばれる受容器を介して力学的な変形や振動を知覚する。神経を介して皮膚の触感を伝達する触覚受容器として、図１に示すように、メルケル盤２、マイスナー小体３、ルフィニ小体４、およびパチニ小体５などがある。マイスナー小体３は、表皮と真皮との境界付近（例えば、皮膚表面ＳＳから０．７～２ｍｍ程度の深度）に多く分布する。ルフィニ小体４は、主に真皮に分布する。パチニ小体５は、上記４つの受容器のうちでは最も深い位置に分布し、主に真皮下層や皮下組織に分布する。図１に示す例では、パチニ小体５は、皮膚表面ＳＳから４～５ｍｍ程度の深度に存在する。
　メルケル盤２、マイスナー小体３、ルフィニ小体４、およびパチニ小体５のそれぞれは、触感に対する反応特性が互いに異なる。メルケル盤２は、力に対する順応速度が遅く、持続的な圧力に反応し易い。マイスナー小体３は、力に対する順応速度が速く、振動などに反応し易い。ルフィニ小体４は、力に対する順応速度が遅く、物体と接した皮膚の部分の機械的な変化に反応し易い。パチニ小体５は、力に対する順応速度が上記４つの受容器の中で最も速く、圧力の変化や振動などに反応し易い。
　生体は、上記のような様々な受容器を介して触感を知覚する。このため、互いに異なる特性を有し、互いに異なる深度に分布する複数種類の受容器のいずれか一つ以上の受容器に焦点を合わせて振動刺激を付与することができれば、使用者が知覚する触感のバリエーションを増加させることができる。触覚装置から得られる触感のバリエーションが増やせれば、触覚装置の使用者が識別可能な情報量を増大させることができる。上記より、本願発明者は、振動刺激の発生源を制御することにより、複数の受容器のいずれかを自在に刺激する技術について検討した。
　皮膚表面ＳＳから比較的浅い距離に位置するメルケル盤２やマイスナー小体３に対しては、相対的に弱い力を知覚することが可能である。一方、皮膚表面ＳＳから遠い位置に存在するパチニ小体５が印加された力に反応するためには、強い力を印加する必要がある。したがって、複数の受容器のいずれかを自在に刺激するためには、強い振動と弱い振動を自在に生成できる機構が必要である。
　＜触覚装置の構成概要＞
　次に、触覚装置の構成の概要について説明する。図２は、本実施の形態の触覚装置の平面図である。複数のセルＰＸの平面的なレイアウト例を示すため、図２では、複数のセルＰＸのそれぞれを二点鎖線で模式的に示している。ただし、複数のセルＰＸのそれぞれは、上記したように、使用者の触覚を刺激する振動を発生させる振動子の一単位であり、複数のセルＰＸが視認可能か否かは問わない。図３は、図２のＡ－Ａ線に沿った断面図である。
　図３に示すように、触覚装置ＴＤ１は、基板１０と、有機圧電膜２０と、複数の電極が配置される電極層ＥＬ１およびＥＬ２と、有機圧電膜２０に駆動電圧を印可することが可能な駆動回路が形成された駆動回路層ＤＲＣＬと、を有する。また、図３に示す例では、触覚装置ＴＤ１は、有機圧電膜２０を覆う、カバー部材３０を有する。触覚装置ＴＤ１は、上記した各部材を収容する筐体４０（図２参照）を備えている。図３では筐体４０の図示を省略している。カバー部材３０は、筐体４０の開口部において、筐体４０から露出する。
　図３に示すように、触覚装置ＴＤ１は、基板１０と、有機圧電膜２０と、複数の電極が配置される電極層ＥＬ１およびＥＬ２と、有機圧電膜２０に駆動電圧を印可することが可能な駆動回路が形成された駆動回路層ＤＲＣＬと、を有する。また、図３に示す例では、触覚装置ＴＤ１は、有機圧電膜２０を覆う、カバー部材３０を有する。触覚装置ＴＤ１は、上記した各部材を収容する筐体４０（図２参照）を備えている。図３では筐体４０の図示を省略している。カバー部材３０は、筐体４０の開口部において、筐体４０から露出する。
　基板１０は、前面１０ｆと、前面１０ｆの反対側にある背面１０ｂと、を有する。基板１０は、触覚装置ＴＤ１が備える各部材を支持する板状部材である。基板１０として、例えば、ガラスや樹脂など、表示装置と同様の材料を用いることができる。また、触覚装置ＴＤ１の場合、基板１０に可視光透過性が要求されない。したがって、可視光に対して不透明な材料を選択することも可能であり、液晶表示装置のようなディスプレイ用の基板と比較して材料選択の自由度が高い。
　図３に示す有機圧電膜２０は、基板１０の前面１０ｆ側に配置され、前面１０ｆの全体または大部分を覆う。有機圧電膜２０は、電圧が印可されると、その形状が変位する圧電特性を備える。有機圧電膜２０の変位量は、印可される電圧の大きさにより変化する。有機圧電膜２０に、交流電圧（パルス電圧も含む）を印加すると、印加電圧の周期に応じて有機圧電膜２０が振動する。有機圧電膜２０は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと記載する）などのポリマーを例示することができる。ＰＶＤＦ膜にポーリング処理（例えば、５０℃程度の環境下で電圧を印可する処理）を施すと、ＰＶＤＦ膜は、電圧の印可方向に分極する。これにより、圧電特性を備えた有機圧電膜２０が得られる。なお、ポーリング処理の詳細については後述する。
　電極層ＥＬ１およびＥＬ２は、有機圧電膜２０を駆動するための電圧を印加するための複数の電極が配置される導電層である。本実施の形態では、電極層ＥＬ１と電極層ＥＬ２との間に有機圧電膜２０が配置される。言い換えれば、電極層ＥＬ１は、有機圧電膜２０を介して電極層ＥＬ２と対向している。このように、電極層ＥＬ１が、有機圧電膜２０を介して電極層ＥＬ２と対向する場合、電極層ＥＬ１と電極層ＥＬ２との間に電圧を印加することにより、有機圧電膜２０の厚さ方向に電圧を印加することができる。詳細は後述するが、触覚装置ＴＤ１の場合、電極層ＥＬ１には、複数のセルＰＸ（図１参照）のそれぞれに、複数個ずつ配置される駆動電極１２（図７参照）が形成される。また、電極層ＥＬ１には、複数のセルＰＸに跨って配置される共通電極１１（図７参照）が形成される。
　駆動回路層ＤＲＣＬは、電極層ＥＬ１に形成された駆動電極に駆動電位を供給するためのスイッチとしてのトランジスタと、トランジスタを介して駆動電極に電位を供給する複数の配線と、を備える。本実施の形態では、スイッチとして、基板１０の前面１０ｆ側に半導体層を堆積させることにより形成される、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor）を用いる。電極層ＥＬ１に形成される複数の駆動電極のそれぞれには、２個トランジスタが接続される。駆動回路の構成例については後述する。
　電極層ＥＬ２は、カバー部材３０に覆われる。カバー部材３０は、有機圧電膜２０や電極層ＥＬ２を保護する保護膜である。カバー部材３０は、例えば基板１０と同じ材料、あるいは基板１０とは異なる材料で形成されている。ただし、カバー部材３０を設ける場合、使用者は、カバー部材３０を介して有機圧電膜２０の動作を知覚する。したがって、カバー部材３０は、有機圧電膜２０の動作、および有機圧電膜２０からの振動の伝達を阻害し難いものであることが好ましい。
　また、図３に示すように、触覚装置ＴＤ１は、基板１０に接続される配線基板ＣＢ１を有する。配線基板ＣＢ１は、駆動回路層ＤＲＣＬに形成される複数のトランジスタ、電極層ＥＬ１に形成される複数の駆動電極、および電極層ＥＬ２に形成される共通電極に接続される。配線基板ＣＢ１には、例えば、電源回路や、有機圧電膜２０の駆動を制御する制御回路などが形成されている。
　なお、図示は省略するが、本実施の形態に対する変形例として、カバー部材３０や筐体４０を有していない触覚装置に以下で説明する技術を適用する場合がある。また、配線基板ＣＢ１に形成された各種の回路を基板１０上に形成する場合がある。この変形例では、配線基板ＣＢ１が基板１０に接続されない場合がある。
　＜駆動方式の詳細＞
　次に、図２に示す触覚装置ＴＤ１が備える電極のレイアウトおよび有機圧電膜２０の駆動方法の詳細について説明する。図４および図５のそれぞれは、互いに隣り合う複数のセルに配置される振動子のそれぞれに印加される電圧の大きさと、振動発生源から振動が知覚される焦点までの距離との関係を模式的に示す説明図である。図４および図５の上段に示す図は、隣り合って配列される複数の振動子のそれぞれに印加される電圧の大きさを棒グラフとして示し、下段に示す図は、各振動子からの振動の伝搬の様子を模式的に示している。また、図４は、振動発生源から振動が知覚される焦点までの距離（以下、焦点距離と記載する）が短い場合の駆動方法の例を示す。図５は、焦点距離が長い場合の駆動方法の例を示している。
　なお、複数のセルＰＸには、後述する図１０や図１２に示すように、断続的に繰り返すパルス波形を備えるパルス電圧が印加される。図４および図５の上段の棒グラフでは、パルス電圧の最大値を示している。また、セルＰＸに周期的なパルス電圧が印加される場合、パルス電圧の位相（遅延時間）が焦点距離に影響を与える。以下では、理解のし易さのため、複数のセルＰＸのそれぞれに対して、同じ周波数のパルス電圧を同じ位相（遅延時間）で印加した場合について説明する。以下の説明において、特にパルス電圧の位相または遅延時間が異なっていることを記載していない場合には、同じ周波数のパルス電圧を同じ位相（遅延時間）で印加することを前提とした説明である。上記したパルス電圧は、各セルＰＸに配置される駆動電極に印加される。駆動電極に印加されるパルス電圧は、図３に示す有機圧電膜２０を駆動する駆動信号に相当するので、以下では、駆動電極に印加されるパルス電圧のことを、駆動信号と記載する。
　本実施の形態の触覚装置ＴＤ１は、図２に示すセルＰＸのそれぞれを、独立して駆動することができるように構成されている。複数のセルＰＸのそれぞれは、互いに同じ、あるいは互いに異なる振動エネルギーの振動を発生させる振動子に相当する。図４に示すように、隣り合って配列される複数の振動子（図４に示すセルＰＸ１～ＰＸ４）のそれぞれに、同じ電圧の駆動信号が、同じタイミングで印加される場合、複数の振動子（セルＰＸ）が配列される面から垂直方向に伝搬する。この場合、広い面積にほぼ均等に振動を伝搬することができる。図４に示す駆動方式の場合、焦点距離が短く、かつ焦点の範囲が広い。このような駆動方式により伝搬される振動は、図１に示すメルケル盤２やマイスナー小体３により知覚される振動を伝搬させる方法として適している。
　図５に示す駆動方法の例では、隣り合って配列される複数の振動子のそれぞれに、互いに異なる電圧の駆動信号が印加される。詳しくは、図５に示す複数の振動子のうち、セルＰＸ１に配置される振動子に印加される駆動信号の最大値は最も小さい、セルＰＸ１と隣り合う複数のセルＰＸ２に配置される振動子に印加される駆動信号の最大値が次に小さい。以下、セルＰＸ２の外側の隣にある複数のセルＰＸ３、セルＰＸ３の外側の隣にある複数のセルＰＸ４の順に、セルＰＸ１からの距離が遠くなるにしたがって、振動子に印加される駆動信号の最大値が順に大きくなる。このような駆動方式の場合、各振動子の振動自体は、複数の振動子が配列される面から垂直方向に伝搬する。ただし、隣り合う振動子に印加される駆動信号の最大値が異なるので、伝搬された振動（超音波振動）が増幅される位置がある。このため、図５に示す駆動方式の場合、各振動子に印加される駆動信号の最大値の比率を調整することにより、焦点距離を長くすることが可能である。また、焦点の範囲は、図４に示す例として狭い。したがって、図５に示す駆動方式により伝搬される振動は、図１に示すパチニ小体５により知覚される振動を伝搬させる方法として適している。
　また、図１に例示する使用者の体内を振動が伝搬する時、伝搬距離が長くなる程、振動の強さが減衰する。したがって、振動の減衰を考慮すると、焦点距離が長い場合、焦点距離が短い場合とを比較すると、初期に発生させる振動の強さが強いことが好ましい。以下では、本実施の形態の触覚装置ＴＤ１が備える振動子の詳細な構造と、様々な焦点距離の振動を発生させる駆動方法について説明する。
　図６は、図２に示す複数のセルのうちの一部を拡大して示す拡大平面図である。図７は、図６のＡ－Ａ線に沿った拡大断面図である。図８は、図６に示す複数のセルのうちの一つを駆動する駆動回路の構成例を示す回路ブロック図である。
　図３に示す基板１０の前面１０ｆは、平面視において、複数のセルＰＸ（図２参照）に区画され、かつ、有機圧電膜２０は、複数のセルＰＸに跨って配置される。言い換えれば、有機圧電膜２０は複数の振動子に相当する複数のセルＰＸに区画される。触覚装置ＴＤ１が備える複数の電極は、共通電極１１と、複数の駆動電極１２とを含む。共通電極１１は、平面視において、複数のセルＰＸに跨って配置され、後述する圧電駆動期間に、基準電位が供給される。複数の駆動電極１２のそれぞれは、平面視において、複数のセルＰＸのそれぞれと重なる位置に配置される。
　共通電極１１と、複数の駆動電極１２とは、有機圧電膜２０を介して互いに対向する。言い換えれば、有機圧電膜２０は、共通電極１１と駆動電極１２との間に挟まれている。この構造の場合、有機圧電膜２０の厚さ方向に電圧が印加される。また、図６に示すように、触覚装置ＴＤ１の複数のセルＰＸのそれぞれは、複数の駆動電極１２を備えている。例えば、図６に示す例では、セルＰＸ１、およびＰＸ２のそれぞれは、駆動電極１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃが配置されている。駆動電極１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃのそれぞれは互いに分離されている。言い換えれば、複数の駆動電極１２は、駆動電極１２Ａと、駆動電極１２Ａと電気的に分離され、かつ、駆動電極１２Ａと同じセルに重なる位置に配置される駆動電極１２Ｂと、駆動電極１２Ａおよび１２Ｂと電気的に分離され、かつ、駆動電極１２Ａおよび１２Ｂと同じセルに重なる位置に配置される駆動電極１２Ｃと、を含む。このように一つのセルＰＸに複数の駆動電極１２が配置される構造では、複数のセルＰＸのそれぞれに印加される電圧を細かく設定することが可能である。
　図８に示すように、複数の駆動電極１２のうち、駆動電極１２Ａは、駆動回路ＤＲ１に接続される。駆動電極１２Ｂは、駆動回路ＤＲ２に接続される。駆動電極１２Ｃは、駆動回路ＤＲ３に接続される。駆動回路ＤＲ１、ＤＲ２およびＤＲ３のそれぞれは、スイッチング素子であるトランジスタを用いて、直流電力をパルス電力に変換する電力変換回路である。駆動回路ＤＲ１、ＤＲ２、およびＤＲ３のそれぞれは、二つのトランジスタを備える。駆動回路ＤＲ１は、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２を備える。駆動回路ＤＲ２は、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４を備える。駆動回路ＤＲ３は、トランジスタＴｒ５およびＴｒ６を備える。
　図７に示すように、駆動回路層ＤＲＣＬにおいて、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２は、駆動電極１２Ａと重なる位置に配置される。駆動回路層ＤＲＣＬにおいて、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４は、駆動電極１２Ｂと重なる位置に配置される。また、図７とは異なる断面に位置するため、図示されていないが、図６に示す駆動電極１２Ｃと重なる位置には、駆動電極１２Ｃに接続されるトランジスタＴｒ５およびＴｒ６（図８参照）が配置される。図７では、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、およびＴｒ６の位置を簡易的に示しているが、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、およびＴｒ６のそれぞれは、基板１０の前面１０ｆ側に形成される薄膜トランジスタである。薄膜トランジスタは、基板１０の前面１０ｆ側に半導体層および導体層を積層することにより形成される。半導体層は、半導体層のソース領域、ドレイン領域、およびソース領域とドレイン領域の間に位置するチャネル領域を含む。導体層は、チャネル領域と重なる位置にゲート絶縁膜を介して配置されるゲートを含む。図８に示す例では、薄膜トランジスタの一例として、ｎチャネル型のトランジスタを用いる例を示している。ただし、トランジスタの導電型はｎ型には限定されず、ｐ型の場合もある。ｐ型トランジスタを用いる場合、トランジスタのソースとドレインの位置が図８に示すゲートを中心として互いに反対側になる。
　図８に示す駆動回路ＤＲ１、ＤＲ２およびＤＲ３のそれぞれは、相対的に高い電位に接続されるハイサイドスイッチと、相対的に低い電位に接続されるロウサイドスイッチと、が直列接続された回路構造を備える。図８に示す例では、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、およびＴｒ５のそれぞれがハイサイドスイッチに相当し、トランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、およびＴｒ６のそれぞれがロウサイドスイッチに相当する。このハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとは、対になってオン－オフ動作する。一対のハイサイドスイッチおよびロウサイドスイッチのうち、一方のスイッチがオン状態の時には、他方のスイッチはオフ状態になる。一対のハイサイドスイッチおよびロウサイドスイッチがオン－オフ動作（以下、スイッチング動作と記載する）を行うことにより、駆動回路ＤＲ１、ＤＲ２、およびＤＲ３のそれぞれからパルス電力が出力される。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、およびＴｒ６のそれぞれのオンオフ動作は、制御回路ＣＭＤから各トランジスタのゲートに入力されるゲート信号により制御される。
　ハイサイドスイッチであるトランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、およびＴｒ５のそれぞれのソースは、ロウサイド端子ＬＴよりも高い電位が供給されるハイサイド端子ＨＴに接続される。ハイサイド端子ＨＴには、例えば１００Ｖ（ボルト）の電位が供給される。一方、ロウサイドスイッチであるトランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、およびＴｒ６のそれぞれは、ハイサイド端子ＨＴよりも低い電位が供給されるロウサイド端子ＬＴに接続される。ロウサイド端子ＬＴは、接地されており、例えば接地電位（グランド電位）が供給される。
　駆動電極１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃのそれぞれは、直列接続されたハイサイドスイッチとロウサイドスイッチの間に接続され、共通電極１１は、ロウサイド端子ＬＴに接続される。ハイサイドスイッチがオンされ、ロウサイドスイッチがオフになっている時、ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチの間は、ハイサイド端子ＨＴの電位（例えば１００Ｖ）とロウサイド端子ＬＴの電位（例えば０Ｖ）の中間電位になる。駆動電極１２に供給される電位は、ハイサイドスイッチのソース－ドレイン間の抵抗値に応じて、規定される。例えば、本実施の形態の例では、ハイサイドスイッチがオンの時、駆動電極１２Ａには９０Ｖが供給され、駆動電極１２Ｂには５０Ｖが供給され、駆動電極１２Ｃには３３Ｖが供給される。後述するように、駆動電極１２Ａ，１２Ｂ、および１２Ｃのそれぞれには、パルス電位の駆動信号が供給される。上記した９０Ｖ、５０Ｖ、および３３Ｖの電圧は、それぞれ各駆動信号の最大電圧（振幅）に相当する。
　一方、ロウサイドスイッチがオンされ、ハイサイドスイッチがオフになった時、ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとの間に残った電荷が引き抜かれるが、駆動電極１２と共通電極１１との間には、殆ど電流が流れない。このため、駆動電極１２と共通電極１１との間には電圧が印加されない。
　上記の通り、ハイサイドスイッチがオンの時には、駆動電極１２に所定（例えば９０Ｖ、５０Ｖまたは３３Ｖ）の電位が供給され、ハイサイドスイッチがオフの時には、駆動電極１２と共通電極１１との間に電圧が印加されない。したがって、ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとを繰り返しオンオフ動作させることにより、駆動電極１２と共通電極１１との間の有機圧電膜２０に、駆動信号を印加することができる。有機圧電膜２０は、印加される電圧の変化に伴ってその形状が変化する圧電効果を備えた機能性膜である。例えば、有機圧電膜２０は、電圧が印加されると、その電圧の印加方向に収縮する。電圧印加状態から電圧がオフになると、元の形状に戻るように膨張する。したがって、有機圧電膜２０に駆動信号を印加すると、有機圧電膜２０は、駆動信号の波形に倣って、振動を発生させる。
　また、有機圧電膜２０の変形の程度および振動の強さは、印加される電圧に比例する。すなわち、駆動信号の振幅が大きい場合、有機圧電膜２０は大きく変形し、強い振動が発生する。駆動信号の振幅が小さい場合、有機圧電膜２０の変形は小さく、相対的に弱い振動が発生する。したがって、本実施の形態のように、有機圧電膜２０に印加される電圧値のバリエーションを増やすことにより発生する振動の強さのバリエーションを増やすことができる。また、本実施の形態では、図６に示す複数のセルＰＸのそれぞれに印加される駆動信号の位相は、同じ位相であるが、変形例として、各セルに、互いに異なる位相の駆動信号を印加することもできる。
　次に、図９～図１２を用いて、短い焦点距離に位置する触覚受容器の狙った駆動方式の一例と、長い焦点距離に位置する触覚受容器の狙った駆動方式の一例と、をそれぞれ説明する。図９は、触覚装置が備える複数のセルにおいて、駆動信号が供給される駆動電極の一例を示す拡大平面図である。図１０は、図９に示す駆動方式において、各セルに印加される駆動信号の波形の一例を示す説明図である。図１１は、触覚装置が備える複数のセルにおいて、駆動信号が供給される駆動電極の図９とは別の一例を示す拡大平面図である。図１２は、図１１に示す駆動方式において、各セルに印加される駆動信号の波形の一例を示す説明図である。図９および図１０に示す駆動方法は、長い焦点距離に位置する触覚受容器の狙った駆動方式の一例であり、図１１および図１２に示す駆動方法は、短い焦点距離に位置する触覚受容器の狙った駆動方式の一例である。図９および図１１は、図７に示す電極層ＥＬ１の拡大平面図であるが、駆動信号が印加される駆動電極１２を識別し易くするため、駆動信号が印加される駆動電極１２にハッチングを付している。
　図９および図１０に示す焦点距離が長い振動を生成する駆動方式では、複数のセルＰＸに互いに異なる電圧の駆動信号が印加される。図９に示す例では、複数のセル（振動子）ＰＸは、セル（第１振動子）ＰＸ１、セル（第２振動子）ＰＸ３、およびセルＰＸ１とセルＰＸ３との間に位置するセル（第３振動子）ＰＸ２を有する。有機圧電膜２０（図７参照）を駆動する複数の圧電駆動期間のうち、圧電駆動期間ＤＰ１（図１０参照）には、以下のように駆動信号が印加される。すなわち、セルＰＸ１、ＰＸ２、およびＰＸ３のそれぞれの駆動電極１２Ａに駆動信号ＤＳ１が印加される。セルＰＸ２、およびＰＸ３のそれぞれの駆動電極１２Ｂには駆動信号ＤＳ１より電位が低い駆動信号ＤＳ２が印加される。セルＰＸ３の駆動電極１２Ｃには駆動信号ＤＳ１より電位が低い駆動信号ＤＳ３が印加される。セルＰＸ１の駆動電極１２Ｂには駆動信号ＤＳ２が印加されない。セルＰＸ１およびＰＸ２のそれぞれの駆動電極１２Ｃには駆動信号ＤＳ３が印加されない。
　図９および図１０に示す駆動方法の場合、図５を用いて説明した駆動方式と同様に、複数のセルＰＸのそれぞれで生成される振動の強さを制御することができる。詳しくは、図９に示す複数のセルＰＸのうち、セルＰＸ１では、駆動電極１２Ｂおよび１２Ｃに駆動信号が印加されない。このため、セルＰＸ１で生成される振動は、周囲のセルＰＸ２およびＰＸ３において生成される振動と比較して弱い（小さい）。また、セルＰＸ１と隣り合う複数のセルＰＸ２のそれぞれで生成される振動は、セルＰＸ１で生成される振動より強く（大きく）、かつ、セルＰＸ３で生成される振動より弱い（小さい）。また、セルＰＸ２の外側の隣にある複数のセルＰＸ３のそれぞれで生成される振動は、セルＰＸ１およびセルＰＸ２で生成される振動より強い（大きい）。このように、セルＰＸ１からの距離が遠くなるにしたがって、生成される振動が強く（大きく）なるように制御されている場合、振動の発生源から離れた位置に、伝搬された振動（超音波振動）が増幅される焦点を形成することができる。
　また、図９および図１０に示す駆動方法では、セルＰＸ１に配置される３つの駆動電極１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃのうち、最大電圧（振幅）が最も大きい駆動信号ＤＳ１（図１０参照）が印加される駆動電極１２Ａにより有機圧電膜２０（図７参照）が駆動される。この場合、セルＰＸ１で生成される振動は、周囲のセルＰＸで生成される振動と比較すると相対的に弱いが、駆動電極１２Ａにパルス電圧を印加しない場合と比較すると強い振動が得られる。したがって、セルＰＸ１、ＰＸ２およびＰＸ３で生成される振動は、全体として強いので、伝搬中に減衰したとしても、図１に示す皮膚表面ＳＳから遠い位置にあるパチニ小体５などの受容器に振動刺激を伝搬することができる。
　図１１および図１２に示す焦点距離が短い振動を生成する駆動方式では、複数のセルＰＸに互いに同じ電圧の駆動信号が印加される。図１１に示す例では、複数のセル（振動子）ＰＸは、セル（第１振動子）ＰＸ１、セル（第２振動子）ＰＸ３、およびセルＰＸ１とセルＰＸ３との間に位置するセル（第３振動子）ＰＸ２を有する。有機圧電膜２０（図７参照）を駆動する複数の圧電駆動期間のうち、圧電駆動期間ＤＰ２（図１２参照）には、以下のように駆動信号が印加される。すなわち、セルＰＸ１、ＰＸ２、およびＰＸ３のそれぞれの駆動電極１２Ａには駆動信号ＤＳ１（図１０参照）が印加されない。また、セルＰＸ１、ＰＸ２、およびＰＸ３のそれぞれの駆動電極１２Ｂには駆動信号ＤＳ２（図１０参照）が印加されない。また、セルＰＸ１、ＰＸ２、およびＰＸ３のそれぞれの駆動電極１２Ｃには駆動信号ＤＳ３（図１２参照）が印加される。
　図１１および図１２に示す駆動方法の場合、図４を用いて説明した駆動方式と同様に、複数のセルＰＸのそれぞれで生成される振動の強さが一様になるように制御することができる。詳しくは、図１１に示す複数のセルＰＸのうち、セルＰＸ１、ＰＸ２、およびＰＸ３のそれぞれでは、駆動電極１２Ｃに駆動信号ＤＳ３が印加され、駆動電極１２Ａおよび１２Ｂには駆動信号が印加されない。この場合、広い面積にほぼ均等に振動を伝搬することができる。
　また、図１１および図１２に示す駆動方法では、セルＰＸ１、ＰＸ２、およびＰＸ３のそれぞれに配置される３つの駆動電極１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃのうち、最大電圧（振幅）が最も小さい駆動信号ＤＳ３（図１２参照）が印加される駆動電極１２Ｃにより有機圧電膜２０（図７参照）が駆動される。この場合、複数のセルＰＸのそれぞれで生成される振動は、図９を用いて説明した駆動方式において、セルＰＸ１で生成される振動よりも弱い（小さい）。このように、弱い振動を広範囲で一様に発生させることにより、図１に示すメルケル盤２やマイスナー小体３を効果的に刺激することができる。
　また、本実施の形態の例では、複数のセルＰＸのそれぞれに配置される駆動電極１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃのそれぞれの平面視における面積は、互いに異なる。図９に示す例では、平面視において、駆動電極１２Ａの面積は、駆動電極１２Ｂの面積、および駆動電極１２Ｃの面積より大きい。また、駆動電極１２Ｂの面積は、駆動電極１２Ｃの面積より大きい。駆動電極１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃのそれぞれの面積は、印加される信号の最大電圧（振幅）の値に比例して大きくなっている。このように、印加される電圧の最大値に比例して駆動電極１２の面積が大きくなっている場合、駆動電極１２のインピーダンスを低減できるので、有機圧電膜２０（図７参照）を駆動する電力のロスを低減できる。
　＜有機圧電素子の分極＞
　次に、図７に示す有機圧電膜２０の圧電特性について説明する。図１３は、図７に示す有機圧電膜の分極状態を模式的に示した拡大断面図である。また、図１４および図１５は、図１３に対する変形例を示す拡大断面図である。
　図１３に示す有機圧電膜２０は、高分子材料膜にポーリング処理（分極処理）を施すことにより形成される。ポーリング処理は、高分子材料膜に外部から電界を印加して、高分子材料膜を電気的に分極させる処理である。図１３に模式的に示すように、ポーリング処理後の有機圧電膜２０は、電気双極子を有するモノマーの鎖が、複数の駆動電極１２の配列方向に沿って配列される。ポーリング処理に必要な電界は、複数の駆動電極１２および共通電極１１を用いて印加することができる。
　複数の駆動電極１２および共通電極１１を用いたポーリング処理では、図１３に示す複数の駆動電極１２のそれぞれに、例えば５０～１００Ｖ程度の電位を印加し、共通電極１１に接地電位（０Ｖ）を印加する。図１３に示すように、セルＰＸ１の駆動電極１２ＡとセルＰＸ２の駆動電極１２Ｂとの離間距離が小さい場合には、有機圧電膜２０はほぼ一様に電気双極子を有するモノマーが配列される。図８を用いて説明したように、駆動回路ＤＲ１、ＤＲ３、およびＤＲ３のそれぞれが、直列接続されたハイサイドスイッチおよびロウサイドスイッチを備えている場合、ハイサイドスイッチのゲート－ソース間の電圧を制御することにより、有機圧電膜２０に任意の電圧を印加することができる。
　また、図１４に示す触覚装置ＴＤ２は、互いに隣り合うセルＰＸ１およびＰＸ２の間に有機圧電膜２０が分極していない領域２３を備えている点で、図１３に示す触覚装置ＴＤ１と相違する。詳しくは、触覚装置ＴＤ２は、セルＰＸ１およびセルＰＸ２を有する。有機圧電膜２０は、セルＰＸ１の複数の駆動電極１２と重なる領域２１と、セルＰＸ２の複数の駆動電極１２と重なる領域２２と、領域２１と領域２２との間にある領域２３と、を備える。領域２１および領域２２のそれぞれにおいて、有機圧電膜２０は、有機圧電膜２０の厚さ方向に分極し、領域２３において、有機圧電膜２０は、分極しない。言い換えれば、触覚装置ＴＤ２の有機圧電膜２０は、セルＰＸ毎に分割された電気双極子を備え、各セルＰＸの間には、分極されない部分が存在する。
　触覚装置ＴＤ２の場合、セルＰＸ１とセルＰＸ２との間の領域２３は、有機圧電膜２０が分極していないので、セルＰＸ１またはセルＰＸ２に電圧を印加しても、領域２３の有機圧電膜２０は振動し難い。このため、例えばセルＰＸ２の有機圧電膜２０は、隣のセルＰＸ１で発生した振動の影響を受け難い。
　また、触覚装置ＴＤ２は、電極層ＥＬ１における電極のレイアウトが図１３に示す触覚装置ＴＤ１と相違する。触覚装置ＴＤ２の場合、電極層ＥＬ１において、セルＰＸ１の複数の駆動電極１２と、セルＰＸ２の複数の駆動電極１２との間には、電極１３が配置されている。電極１３は、複数の駆動電極１２とは電気的に分離された電極である。図１４では、駆動電極１２Ａと駆動電極１２Ｂとの間に電極１３が配置されるが、電極１３は平面視において、複数のセルＰＸのそれぞれの周囲を囲むように配置されている。触覚装置ＴＤ２の場合、ポーリング処理を行う工程において、複数の駆動電極１２のそれぞれには、例えば５０～１００Ｖ程度の電位を印加し、共通電極１１および電極１３に接地電位（０Ｖ）を印加する。これにより、領域２３では、有機圧電膜２０が分極し難い状態になり、図１４に示すような分極構造が得られる。
　また、図１５に示す触覚装置ＴＤ３は、互いに隣り合うセルＰＸ１およびＰＸ２の間に有機圧電膜２０が各セルＰＸと反対の極性を持つように分極している領域２３を備えている点で、図１３に示す触覚装置ＴＤ１と相違する。詳しくは、触覚装置ＴＤ３は、セルＰＸ１およびセルＰＸ２を有する。有機圧電膜２０は、セルＰＸ１の複数の駆動電極１２と重なる領域２１と、セルＰＸ２の複数の駆動電極１２と重なる領域２２と、領域２１と領域２２との間にある領域２３と、を備える。領域２１および領域２２のそれぞれにおいて、有機圧電膜２０は、有機圧電膜２０の厚さ方向に分極し、領域２３において、有機圧電膜２０は、領域２１および領域２２における分極の極性とは反対極性に分極する。
　触覚装置ＴＤ３の場合、セルＰＸ１とセルＰＸ２との間の領域２３は、有機圧電膜２０が各セルＰＸとは反対極性に分極しているので、セルＰＸ１またはセルＰＸ２に電圧を印加しても、領域２３の有機圧電膜２０は更に振動し難い。このため、例えばセルＰＸ２の有機圧電膜２０は、隣のセルＰＸ１で発生した振動の影響を受け難い。
　また、触覚装置ＴＤ３の電極層ＥＬ１の電極レイアウトは、図１４に示す触覚装置ＴＤ２の電極層ＥＬ１の電極レイアウトと同様である。触覚装置ＴＤ３の場合、ポーリング処理を行う工程において、複数の駆動電極１２のそれぞれには、例えば５０～１００Ｖ程度の電位を印加し、共通電極１１に接地電位（０Ｖ）を印加する。また、電極１３には、－１０～３０Ｖ程度の電位を印加する。これにより、領域２３では、有機圧電膜２０が領域２１および２２とは反対極性に分極し易い状態になり、図１５に示すような分極構造が得られる。
　図１４に示す触覚装置ＴＤ２および図１５に示す触覚装置ＴＤ３では、電極１３が電極層ＥＬ１に配置される例を説明したが、電極１３は、複数の駆動電極１２とは別の層（例えば、図７に示す電極層ＥＬ１と駆動回路層ＤＲＣＬとの間の層）に配置される場合もある。この場合、電極層ＥＬ１に配置される複数の駆動電極１２のうちの一部分と、電極層ＥＬ１とは異なる層に配置される電極１３の一部分とが厚さ方向に置いて重なっていてもよい。
　また、図１４に示す触覚装置ＴＤ２および図１５に示す触覚装置ＴＤ３では、隣り合うセルＰＸの間に電極１３を配置する実施形態を用いて説明したが、変形例として、複数の駆動電極１２のそれぞれの間に、電極１３が配置されている場合がある。この場合、複数の駆動電極１２のそれぞれと共通電極１１との間に挟まれた、副セルのそれぞれが、互いに独立して振動する副振動素子となる。例えば、図６に示すセルＰＸ１の駆動電極１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃの間に、分極されない、あるいは反対極性に分極する領域が存在する場合において、駆動電極１２Ａのみに駆動信号が印加され、駆動電極１２Ｂおよび１２Ｃに駆動信号が印加されなければ、駆動電極１２Ａと重なる副セルのみが振動子、駆動電極１２Ｂおよび１２Ｃと対向する副セルは振動し難い。図１４に示す触覚装置ＴＤ２および図１５に示す触覚装置ＴＤ３は、上記した相違点を除き、図１３に示す触覚装置ＴＤ１と同様である。このため重複する説明は省略する。
　また、図６に示す触覚装置は、複数のセルＰＸのそれぞれに、平面積の異なる駆動電極１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃが配置される実施態様を例示的に取り上げて説明した。しかし、複数のセルＰＸに含まれる駆動電極１２の数や形状、あるいはレイアウトには、種々の変形例がある。例えば、複数のセルＰＸに含まれる駆動電極１２の数が、少なくとも２個以上あれば、互いに隣り合うセルＰＸにおいて異なる強さの振動を発生させることができる。また、複数のセルＰＸに含まれる駆動電極１２の数が、４個以上であれば、更に細かく振動の強さを制御することができる。
　また、図１０に示す例では、セルＰＸ１に駆動信号ＤＳ１を印加し、セルＰＸ２に駆動信号ＤＳ１およびＤＳ２を印加し、セルＰＸ３に駆動信号ＤＳ１、ＤＳ３、およびＤＳ３を印加する例を説明した。ただし、駆動信号の印加方法のバリエーションとして、駆動信号ＤＳ１およびＤＳ３を印加し、駆動信号ＤＳ２を印加しない方法もある。このバリエーションを組み合わせれば、振動の強さを更に細かく制御することができる。
　また、図１０および図１２を用いて説明した駆動方法の例では、セルＰＸ１、ＰＸ２、およびＰＸ３に印加される駆動信号の遅延時間（位相）が全て同じである場合を取り上げて説明した。ただし、駆動方法の変形例として、図１６に示すように、複数のセルＰＸ１、ＰＸ２、およびＰＸ３のそれぞれに互いに異なる遅延時間で駆動信号を印加する場合がある。図１６は、図１０に対する変形例を示す説明図である。図１６に示す駆動方法の場合、セルＰＸ１の駆動電極１２Ａに駆動信号ＤＳ１が印加されるまでの遅延時間は、セルＰＸ２およびＰＸ３の駆動電極１２Ａに駆動信号ＤＳ１が印加されるまでの遅延時間より長い。また、セルＰＸ３の駆動電極１２Ａに駆動信号ＤＳ１が印加されるまでの遅延時間は、セルＰＸ１およびＰＸ２の駆動電極１２Ａに駆動信号ＤＳ１が印加されるまでの遅延時間より短い。このように、複数のセルＰＸ１、ＰＸ２、およびＰＸ３のそれぞれに駆動信号を印加するタイミングが互いに異なっている場合、振動が伝搬するタイミングが変化する。
　図９および図１０を用いて説明したように、複数のセルＰＸのそれぞれに配置される複数の駆動電極１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃに対する駆動信号の印加の有無に加え、上記したように、駆動信号を印加するタイミングを制御することにより、振動の強さを更に細かく制御することができる。一方、図１０に示すように、複数のセルＰＸ１、ＰＸ２、およびＰＸ３のそれぞれに駆動信号を印加するタイミングが一致する場合（言い換えれば遅延時間が等しい場合）には、制御が単純化される。
　また、図７に示す例では、複数の駆動電極のそれぞれと共通電極とが有機圧電膜２０を介して互いに対向している実施態様を取り上げて説明した。しかし、触覚装置ＴＤ１の厚さ方向における電極のレイアウトには種々の変形例がある。例えば、共通電極と複数の駆動電極のそれぞれとが有機圧電膜２０を介さずに互いに対向するように配置され、駆動電極を覆うように有機圧電膜２０が配置されていてもよい。ただし、有機圧電膜２０の厚さ方向に電圧を印加した方が、有機圧電膜２０の振動方向を制御し易い。
　以上、代表的な実施の形態および変形例について、図面を用いて説明したが、上記した技術は、さらに様々な変形例に適用可能である。例えば、上記した複数の変形例を互いに組み合わせて適用してもよい。
　本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
　本発明は、触覚装置に利用可能である。
２　メルケル盤
３　マイスナー小体
４　ルフィニ小体
５　パチニ小体
１０　基板
１０ｂ　背面
１０ｆ　前面
１１　共通電極
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ　駆動電極
１３　電極
２０　有機圧電膜
２１，２２，２３　領域
３０　カバー部材
４０　筐体
ＣＢ１　配線基板
ＣＭＤ　制御回路
ＤＰ１，ＤＰ２　圧電駆動期間（圧電駆動期間）
ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３　駆動回路
ＤＲＣＬ　駆動回路層
ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３　駆動信号
ＥＬ１，ＥＬ２　電極層
ＨＴ　ハイサイド端子
ＬＴ　ロウサイド端子
ＰＸ，ＰＸ１，ＰＸ２，ＰＸ３，ＰＸ４　セル（振動子）
ＳＳ　皮膚表面
ＴＤ１，ＴＤ２，ＴＤ３　触覚装置
Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６　トランジスタ

Claims (18)

  1. 　第１面を備える基板と、
    　前記基板の前記第１面側に配置され、圧電特性を備える有機圧電膜と、
    　前記基板の前記第１面側に配置される複数の電極と、
    　前記基板と、前記有機圧電膜との間に配置され、前記有機圧電膜を駆動する圧電駆動期間に、前記有機圧電膜に駆動電圧を印加する複数の駆動回路と、
    　を有し、
    　平面視において、前記有機圧電膜は、複数のセルに区画され、
    　前記複数の電極は、
    　平面視において、前記複数のセルに跨って配置され、前記圧電駆動期間に基準電位が供給される共通電極と、
    　平面視において、前記複数のセルのそれぞれに配置される複数の駆動電極と、
    　を有し、
    　前記複数の駆動回路は、
    　前記圧電駆動期間に第１駆動信号を供給可能な第１駆動回路と、
    　前記圧電駆動期間に第１駆動信号と異なる第２駆動信号を供給可能な第２駆動回路と、
    　を含み、
    　前記複数の駆動電極は、
    　前記第１駆動回路に接続される第１駆動電極と、
    　前記第１駆動電極と電気的に分離され、かつ、前記第２駆動回路に接続される第２駆動電極と、
    　を含み、
    　前記複数のセルのそれぞれには、前記第１駆動電極および前記第２駆動電極が配置される、触覚装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記第１駆動信号の最大電圧は、前記第２駆動信号の最大電圧と異なる、触覚装置。
  3. 　請求項２において、
    　平面視において、前記第１駆動電極の面積は、前記第２駆動電極の面積と異なる、触覚装置。
  4. 　請求項１において、
    　前記第１駆動回路および前記第２駆動回路のそれぞれは、薄膜トランジスタを含む、触覚装置。
  5. 　請求項４において、
    　前記第１駆動回路および前記第２駆動回路のそれぞれは、
    　基準電位より高い第１電位が供給される電源線に接続されるハイサイドトランジスタと、
    　前記基準電位が供給される基準電位線に接続され、かつ、前記ハイサイドトランジスタと直列に接続されるロウサイドトランジスタと、
    　を含み、
    　前記第１駆動電極および前記第２駆動電極のそれぞれは、前記ハイサイドトランジスタと前記ロウサイドトランジスタとの間に接続される、触覚装置。
  6. 　請求項１において、
    　前記複数のセルは、第１セル、第２セル、および前記第１セルと前記第２セルとの間に位置する第３セルを有し、
    　前記複数の駆動回路は、前記圧電駆動期間に、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号のそれぞれより電位が低い第３駆動信号を供給可能な第３駆動回路を含み、
    　前記複数の駆動電極は、前記第１および第２駆動電極と電気的に分離され、かつ、前記第１および第２駆動電極と同じセルに配置され、前記第３駆動回路に接続される第３駆動電極を含み、
    　前記有機圧電膜を駆動する複数の前記圧電駆動期間のうち、第１圧電駆動期間には、
    　前記第１、第２、および第３セルのそれぞれの前記第１駆動電極に前記第１駆動信号が印加され、
    　前記第２および第３セルのそれぞれの前記第２駆動電極に前記第１駆動信号より電位が低い前記第２駆動信号が印加され、
    　前記第２セルの第３駆動電極に前記第１駆動信号より電位が低い第３駆動信号が印加され、
    　前記第１セルの前記第２駆動電極には前記第２駆動信号が印加されず、
    　前記第１および第３セルのそれぞれの前記第３駆動電極には前記第３駆動信号が印加されない、触覚装置。
  7. 　請求項６において、
    　前記複数の圧電駆動期間のうち、第２圧電駆動期間には、
    　前記第１、第２および第３セルのそれぞれの前記第１駆動電極には前記第１駆動信号が印加されず、
    　前記第１、第２および第３セルのそれぞれの前記第２駆動電極には前記第２駆動信号が印加されず、
    　前記第１、第２および第３セルのそれぞれの前記第３駆動電極には前記第３駆動信号が印加される、触覚装置。
  8. 　請求項１において、
    　前記共通電極は、前記複数の駆動電極のそれぞれと、前記有機圧電膜を介して対向するように配置される、触覚装置。
  9. 　請求項１において、
    　前記複数のセルは、第１セル、および第２セルを有し、
    　前記有機圧電膜は、
    　前記第１セルの前記複数の駆動電極と重なる第１領域と、
    　前記第２セルの前記複数の駆動電極と重なる第２領域と、
    　前記第１領域と前記第２領域との間にある第３領域と、
    　を備え、
    　前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて、前記有機圧電膜は、前記有機圧電膜の厚さ方向に分極し、
    　前記第３領域において、前記有機圧電膜は、分極しない、触覚装置。
  10. 　請求項１において、
    　前記有機圧電膜は、
    　前記第１駆動電極と対向する第１領域と、
    　前記第２駆動電極と対向する第２領域と、
    　前記第１領域と前記第２領域との間にある第３領域と、
    　を備え、
    　前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて、前記有機圧電膜は、前記有機圧電膜の厚さ方向に分極し、
    　前記第３領域において、前記有機圧電膜は、前記第１領域および前記第２領域における分極の極性とは反対極性に分極する、触覚装置。
  11. 　請求項２において、
    　前記第１駆動回路および前記第２駆動回路のそれぞれは、薄膜トランジスタを含む、触覚装置。
  12. 　請求項３において、
    　前記第１駆動回路および前記第２駆動回路のそれぞれは、薄膜トランジスタを含む、触覚装置。
  13. 　請求項２において、
    　前記複数のセルは、第１セル、第２セル、および前記第１セルと前記第２セルとの間に位置する第３セルを有し、
    　前記複数の駆動回路は、前記圧電駆動期間に、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号のそれぞれより電位が低い第３駆動信号を供給可能な第３駆動回路を含み、
    　前記複数の駆動電極は、前記第１および第２駆動電極と電気的に分離され、かつ、前記第１および第２駆動電極と同じセルに配置され、前記第３駆動回路に接続される第３駆動電極を含み、
    　前記有機圧電膜を駆動する複数の前記圧電駆動期間のうち、第１圧電駆動期間には、
    　前記第１、第２、および第３セルのそれぞれの前記第１駆動電極に前記第１駆動信号が印加され、
    　前記第２および第３セルのそれぞれの前記第２駆動電極に前記第１駆動信号より電位が低い前記第２駆動信号が印加され、
    　前記第２セルの第３駆動電極に前記第１駆動信号より電位が低い第３駆動信号が印加され、
    　前記第１セルの前記第２駆動電極には前記第２駆動信号が印加されず、
    　前記第１および第３セルのそれぞれの前記第３駆動電極には前記第３駆動信号が印加されない、触覚装置。
  14. 　請求項３において、
    　前記複数のセルは、第１セル、第２セル、および前記第１セルと前記第２セルとの間に位置する第３セルを有し、
    　前記複数の駆動回路は、前記圧電駆動期間に、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号のそれぞれより電位が低い第３駆動信号を供給可能な第３駆動回路を含み、
    　前記複数の駆動電極は、前記第１および第２駆動電極と電気的に分離され、かつ、前記第１および第２駆動電極と同じセルに配置され、前記第３駆動回路に接続される第３駆動電極を含み、
    　前記有機圧電膜を駆動する複数の前記圧電駆動期間のうち、第１圧電駆動期間には、
    　前記第１、第２、および第３セルのそれぞれの前記第１駆動電極に前記第１駆動信号が印加され、
    　前記第２および第３セルのそれぞれの前記第２駆動電極に前記第１駆動信号より電位が低い前記第２駆動信号が印加され、
    　前記第２セルの第３駆動電極に前記第１駆動信号より電位が低い第３駆動信号が印加され、
    　前記第１セルの前記第２駆動電極には前記第２駆動信号が印加されず、
    　前記第１および第３セルのそれぞれの前記第３駆動電極には前記第３駆動信号が印加されない、触覚装置。
  15. 　請求項２において、
    　前記複数のセルは、第１セル、および第２セルを有し、
    　前記有機圧電膜は、
    　前記第１セルの前記複数の駆動電極と重なる第１領域と、
    　前記第２セルの前記複数の駆動電極と重なる第２領域と、
    　前記第１領域と前記第２領域との間にある第３領域と、
    　を備え、
    　前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて、前記有機圧電膜は、前記有機圧電膜の厚さ方向に分極し、
    　前記第３領域において、前記有機圧電膜は、分極しない、触覚装置。
  16. 　請求項３において、
    　前記複数のセルは、第１セル、および第２セルを有し、
    　前記有機圧電膜は、
    　前記第１セルの前記複数の駆動電極と重なる第１領域と、
    　前記第２セルの前記複数の駆動電極と重なる第２領域と、
    　前記第１領域と前記第２領域との間にある第３領域と、
    　を備え、
    　前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて、前記有機圧電膜は、前記有機圧電膜の厚さ方向に分極し、
    　前記第３領域において、前記有機圧電膜は、分極しない、触覚装置。
  17. 　請求項２において、
    　前記有機圧電膜は、
    　前記第１駆動電極と対向する第１領域と、
    　前記第２駆動電極と対向する第２領域と、
    　前記第１領域と前記第２領域との間にある第３領域と、
    　を備え、
    　前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて、前記有機圧電膜は、前記有機圧電膜の厚さ方向に分極し、
    　前記第３領域において、前記有機圧電膜は、前記第１領域および前記第２領域における分極の極性とは反対極性に分極する、触覚装置。
  18. 　請求項３において、
    　前記有機圧電膜は、
    　前記第１駆動電極と対向する第１領域と、
    　前記第２駆動電極と対向する第２領域と、
    　前記第１領域と前記第２領域との間にある第３領域と、
    　を備え、
    　前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて、前記有機圧電膜は、前記有機圧電膜の厚さ方向に分極し、
    　前記第３領域において、前記有機圧電膜は、前記第１領域および前記第２領域における分極の極性とは反対極性に分極する、触覚装置。
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