觸覺提示裝置、電子設備及觸覺提示裝置的驅動方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及觸覺提示裝置、電子設備及觸覺提示裝置的驅動方法。一種觸覺提示裝置，包括：面板，所述面板包括支撐基板、形成在所述支撐基板上的沿預定方向延伸的多個電極、以及覆蓋所述多個電極的絕緣層；以及驅動所述面板的驅動單元，其中，通過由所述驅動單元對所述電極施加電壓信號，基于在所述電極和操作者之間產(chǎn)生的靜電力，對操作者提示觸覺，其中，所述絕緣層的接觸所述操作者的接觸面具有預定范圍的表面粗糙度Ra，其中，施加于與對所述操作者提示觸覺的區(qū)域相對應的電極的電壓是與所述接觸面的表面粗糙度Ra相對應的電壓。
【專利說明】
觸覺提示裝置、電子設備及觸覺提示裝置的驅動方法
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2015年3月26日在日本提交的專利申請No. 2015-064753、W及2016年1 月7日在日本提交的專利申請No. 2016-001986的優(yōu)先權，運些專利申請的全部內(nèi)容通過引 用并入本文。
技術領域
[0003] 本發(fā)明設及觸覺提示裝置、電子設備及觸覺提示裝置的驅動方法，更具體地，本發(fā) 明設及提示觸覺的觸覺提示裝置、包括該觸覺提示裝置的觸摸面板或視覺障礙者用終端等 的電子設備、W及用于適當?shù)靥崾居|覺的驅動方法。
【背景技術】
[0004] 顯示裝置安裝有可通過用手指等進行觸摸來進行輸入操作的觸摸面板時，通過將 該顯示裝置內(nèi)置在根據(jù)輸入操作來控制顯示內(nèi)容和裝置操作的系統(tǒng)中，有助于實現(xiàn)能夠容 易使用的互動操作性。因此，內(nèi)置有觸摸面板的智能電話、平板終端、筆記本型個人計算機 等信息設備迅速地普及。
[0005] 另一方面，其上安裝有觸摸面板的顯示裝置的表面均等地較硬，當觸摸顯示在屏 幕上的任意部分時，獲得相同的觸覺。因此，在不觀察觸摸面板的情況下實際上難W感知觸 摸面板的通過觸摸操作能夠進行有效輸入的部分、W及是否進行了有效的輸入。因此，難W 在不觀察顯示裝置的屏幕的情況下僅依靠觸覺來操作該裝置。
[0006] 相對于此，例如，電視接收機的遙控器、常規(guī)的移動電話終端(功能手機）、個人計 算機的鍵盤等分別包括獨立的操作鍵，因此僅依靠觸覺能夠感知操作鍵的位置，并且當按 壓運些操作鍵時通過觸覺也能夠感知操作鍵的按壓。因此，在記住操作鍵的位置和配置的 情況下，不難僅依靠觸覺對操作鍵進行操作。
[0007] 根據(jù)運樣的背景，對顯示裝置施加觸覺的技術被研究。例如，運些技術包括:使用 壓電裝置、偏屯、馬達等使顯示裝置W機械方式振動的方法；當使用手指滑移裝置時通過使 用靜電力改變操作者的手指與裝置之間的摩擦力來提示觸覺(紋理感)的、所謂的利用電氣 振動現(xiàn)象的方法；W及通過使電流流經(jīng)手指來驅動使用者的手指的皮膚機械感受器的神經(jīng) 軸突的方法。
[000引在運些方法中，關于利用電氣振動現(xiàn)象的方法，例如，在日本專利OPI公開 No . 2011-248884中，提出了一種觸覺提示裝置，該觸覺提示裝置包括:導電面;設置在所述 導電面上的絕緣面；W及控制器，所述控制器被配置成使得信號與接觸所述裝置的使用者 禪合，由此，使在所述絕緣面上滑動的所述使用者的至少一根手指感知觸覺。
[0009]利用電氣振動現(xiàn)象的觸覺提示裝置包括電極和保護該電極的絕緣層，并且當操作 者的手指在絕緣層上移動時通過W下的機械對操作者提示觸覺。
[0010] (1)當對電極施加電壓信號時，靜電力施力化電極和操作者的手指之間。靜電力始 終是引力，并且該靜電力根據(jù)電壓信號的頻率發(fā)生改變。
[0011] (2)由于施加在操作者的手指和絕緣層表面之間的法向反作用力根據(jù)靜電力的變 化而發(fā)生變化，因此，當使用者在絕緣層表面上滑動其手指時，摩擦力根據(jù)電壓信號的頻率 發(fā)生改變。
[0012] (3)摩擦力的改變使施加在手指的剪切方向上的力發(fā)生改變，并根據(jù)電壓信號的 頻率引起手指的變形。運種變形(機械振動）由使用者的手指的機械感受器檢測，因此感知 粗糖的紋理感。
[0013] 為了能夠如上所述感知粗糖的紋理感，需要W將適當?shù)撵o電力施加在電極和操作 者的手指之間的方式對電極施加適當?shù)碾妷骸Ｈ欢?，不容易施加適當?shù)碾妷?，當為了使紋理 感容易被感知而增大施加于電極的電壓時，在保護電極的絕緣膜由于磨損等消失的情況 下，對操作者的手指施加高電壓，存在不適當?shù)碾娏髁鹘?jīng)操作者的手指的擔憂，從安全性的 觀點來說是不期望的。另一方面，當減小施加于電極的電壓時，不能感知充分的紋理感。
[0014] 特別地，常規(guī)的觸覺提示裝置的接觸面(絕緣層的表面)是平坦的，在平坦的接觸 面的情況下，手指與接觸面緊密接觸并難W滑動，因此難W感知紋理感。因此，必須進一步 提高施加于電極的電壓，并難W確保安全性。因此，存在難W實現(xiàn)紋理感容易感知W及施加 于電極的電壓的減小運兩者的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，其主要的目的是提供能夠容易感知紋理感并有 效地減小施加于電極的電壓的觸覺提示裝置、包括該觸覺提示裝置的電子設備W及觸覺提 示裝置的驅動方法。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，觸覺提示裝置包括:面板，所述面板包括支撐基板、形成 在所述支撐基板上的電極、W及覆蓋所述電極的絕緣層；W及驅動所述面板的驅動單元，通 過由所述驅動單元對所述電極施加電壓信號，基于在所述電極和操作者之間產(chǎn)生的靜電 力，對操作者提示觸覺，所述絕緣層的接觸所述操作者的接觸面具有預定范圍的表面粗糖 度Ra, W及施加于所述電極的電壓是與所述接觸面的表面粗糖度Ra相對應的電壓。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，觸覺提示裝置包括:面板，所述面板包括支撐基板、形成 在所述支撐基板上并沿預定方向延伸的多個電極、W及覆蓋所述多個電極的絕緣層；W及 驅動所述面板的驅動單元，通過由所述驅動單元對所述電極施加電壓信號，基于在所述電 極和操作者之間產(chǎn)生的靜電力，對所述操作者提示觸覺，所述絕緣層的接觸所述操作者的 接觸面具有預定范圍的表面粗糖度Ra, W及施加于與對所述操作者提示觸覺的區(qū)域相對應 的電極上的電壓是與所述接觸面的表面粗糖度Ra相對應的電壓。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，觸覺提示裝置包括:面板，所述面板包括支撐基板、形成 在所述支撐基板上的電極、W及覆蓋所述電極的絕緣層；W及驅動所述面板的驅動單元，通 過由所述驅動單元對所述電極施加電壓信號，基于在所述電極和操作者之間產(chǎn)生的靜電 力，對所述操作者提示觸覺，在所述絕緣層的接觸所述操作者的接觸面的表面粗糖度Ra與 所述操作者能夠感知觸覺的最小電壓（下文，稱為檢測闊值電壓)之間具有相關性，W及所 述接觸面具有檢測闊值電壓比表面粗糖度Ra為0.0 Owii時的檢測闊值電壓低的表面粗糖度 Ra O
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種電子設備，包括在觸摸面板式顯示設備的正面 或背面的如上所述的觸覺提示裝置。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種觸覺提示裝置的驅動方法，所述觸覺提示裝置 包括:面板，所述面板包括支撐基板、形成在所述支撐基板上的電極、W及覆蓋所述電極的 絕緣層；W及驅動所述面板的驅動單元，通過使用所述驅動單元對所述電極施加電壓信號， 基于在所述電極與操作者之間產(chǎn)生的靜電力，對所述操作者提示觸覺，所述方法包括:所述 絕緣層的接觸所述操作者的接觸面的表面粗糖度Ra設定為預定范圍，W及所述驅動單元執(zhí) 行:對所述電極施加與所述接觸面的表面粗糖度Ra相對應的電壓信號。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種觸覺提示裝置的驅動方法，所述觸覺提示裝置 包括:面板，所述面板包括支撐基板、形成在所述支撐基板上并沿預定方向延伸的多個電 極、W及覆蓋所述多個電極的絕緣層；W及驅動所述面板的驅動單元，通過使用所述驅動單 元對所述電極施加電壓信號，基于在所述電極與操作者之間產(chǎn)生的靜電力，對所述操作者 提示觸覺，所述方法包括:所述絕緣層的接觸所述操作者的接觸面的表面粗糖度Ra設定為 預定范圍，W及所述驅動單元執(zhí)行：指定與對所述操作者提示觸覺的區(qū)域相對應的電極W 及對所指定的電極施加與所述接觸面的表面粗糖度Ra相對應的電壓信號。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的觸覺提示裝置、電子設備W及觸覺提示裝置的驅動方法，能夠容易 地感知紋理感，并且能夠有效地減小施加于電極的電壓。
[0023] 其理由如下。觸覺提示裝置的接觸面的表面粗糖度設定為預定范圍，并且在接觸 面的表面粗糖度和能夠感知紋理感的電壓之間具有相關性，因此，將與表面粗糖度相對應 的電壓(等于或大于與表面粗糖度相對應的電壓的電壓)施加于電極來驅動電極。另外，接 觸面具有使檢測闊值電壓比表面粗糖度為0.OOMi時的檢測闊值電壓小的表面粗糖度。
【附圖說明】
[0024] 圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的觸覺提示裝置的示例的平面圖；
[0025] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的觸覺提示裝置的剖視圖，示出了沿圖1所示的 線A-A剖開的剖面；
[0026] 圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的觸覺提示裝置的另一示例的平面圖；
[0027] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的觸覺提示裝置的剖視圖，表示沿圖3中所示的 線B-B剖開的剖面；
[0028] 圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的觸覺提示裝置的評估方法的圖；
[0029] 圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的觸覺提示裝置的評估結果的表；
[0030] 圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的觸覺提示裝置的表面粗糖度和檢測闊值 電壓之間的關系的圖；
[0031] 圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的觸覺提示裝置中的表面粗糖度、檢測闊 值電壓、W及操作者所感知的觸覺之間的關系的表；
[0032] 圖9是表示通過四名測試對象進行的、根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的觸覺提示裝 置的評估結果的表；
[0033] 圖10是表示作為針對30歲到34歲的男性的測試結果的、根據(jù)本發(fā)明的第一實施方 式的觸覺提示裝置的表面粗糖度和檢測闊值電壓之間的關系的圖；
[0034] 圖11是表示作為針對35歲到39歲的男性的測試結果的、根據(jù)本發(fā)明的第一實施方 式的觸覺提示裝置的表面粗糖度和檢測闊值電壓之間的關系的圖；
[0035] 圖12是表示作為針對20多歲的女性的測試結果的、根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的 觸覺提示裝置的表面粗糖度和檢測闊值電壓之間的關系的圖；
[0036] 圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的觸覺提示裝置的示例的平面圖；
[0037] 圖14是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的觸覺提示裝置的另一示例的平面圖；
[0038] 圖15是表示根據(jù)本發(fā)明的第一示例的觸覺提示裝置的結構的說明圖；
[0039] 圖16是表示圖15中所示的觸覺提示裝置的驅動方法的圖；
[0040] 圖17是表示圖15和圖16中所示的觸覺提示裝置的剖面模型的示意圖；
[0041] 圖18是表示根據(jù)本發(fā)明的第二示例的觸覺提示裝置的電極的具體形狀的平面圖；
[0042] 圖19是將圖18中由A表示的X電極和Y電極的連接部分的結構放大所得到的平面 圖；
[0043] 圖20是表示圖18中由A表示的X電極和Y電極的連接部分的結構的剖視圖，表示沿 圖19中所示的線C-C剖開的剖面；
[0044] 圖21是表示根據(jù)本發(fā)明的第=示例的觸覺提示裝置的X電極驅動電路的詳細的結 構的說明圖；
[0045] 圖22是表示圖21中所示的X電極驅動電路的操作的時序圖；
[0046] 圖23是表示包括根據(jù)本發(fā)明的第四示例的觸覺提示裝置的電子設備的示例的透 視圖；
[0047] 圖24是表示包括根據(jù)本發(fā)明的第四示例的觸覺提示裝置的移動單元的示例的透 視圖；W及
[0048] 圖25是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的變形例的觸覺提示裝置的剖視圖。
【具體實施方式】
[0049] 如上所述，雖然提出了利用電氣振動現(xiàn)象的觸覺提示裝置，但是常規(guī)的觸覺提示 裝置的接觸面平坦，在平坦的接觸面的情況下，手指與接觸面緊密接觸并且難W滑動，因此 難W基于靜電力感知紋理感。為了使紋理感容易感知，必須對電極施加等于或大于IOOV的 高電壓。因此，驅動電路復雜，并且，在保護電極的絕緣膜由于磨損等一些事故而消失的情 況下，不適當?shù)碾娏髁鹘?jīng)手指，因此存在不能確保裝置的安全性的問題。
[0050] 針對該問題，本申請的發(fā)明人制作了具有互不相同的形式的接觸面的各種觸覺提 示裝置，并檢查在各觸覺提示裝置中操作者能夠感知紋理感的檢測闊值電壓。其結果，發(fā) 現(xiàn):通過對接觸面實施防眩光處理(通過使絕緣層的接觸面變粗糖），可非常容易地檢查被 提示的觸覺，換言之，操作者能夠非常容易地感知被提示的觸覺刺激(第一發(fā)現(xiàn)）。
[0051] 作為進一步進行試驗獲得的結果，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn):通過防眩光處理使接觸 面的表面粗糖度適度增大是使操作者容易感知觸覺刺激的因素。換言之，發(fā)現(xiàn):在接觸面的 表面粗糖度與作為針對該表面粗糖度操作者能夠感知紋理感的最低電壓的檢測闊值電壓 之間存在特殊的相關性(第二發(fā)現(xiàn)）。在本說明書中使用的表面粗糖度是在JIS B 0031和 JIS B 0061的附錄等中定義的算術平均粗糖度(根據(jù)需要，表示為表面粗糖度Ra)。該算術 平均粗糖度通過將粗糖度曲線在中屯、線處折疊并W微米(WH)為單位表示由粗糖度曲線和 中屯、線獲得的面積除W長度L得到的值來獲得。此外，可W取代算術平均粗糖度，使用在JIS B 0601的附錄等中定義的最大高度(表面粗糖度Ry)、十點平均粗糖度(表面粗糖度Rz)等。 該最大高度通過從粗糖度曲線中僅提取基準長度、并W微米為單位表示提取的部分的峰頂 線和谷底線之間的間隔來獲得。另外，十點平均粗糖度通過從粗糖度曲線中僅提取基準長 度、并W微米(WH)為單位表示提取的部分中的、從最高的峰頂?shù)降谖宸屙數(shù)臉烁叩慕^對值 的平均值、W及從最低谷底到第五谷底的標高的絕對值的平均值之和來獲得。
[0052] 然后，基于第一發(fā)現(xiàn)，通過將接觸面的表面粗糖度設定于適當?shù)姆秶?，并基于第?發(fā)現(xiàn)，通過對電極施加與表面粗糖度相對應的電壓(換言之，等于或大于從上述的特殊的相 關性中必然導出的、與表面粗糖度相對應的檢測闊值電壓的電壓）、或者通過將接觸面配置 成具有使檢測闊值電壓比表面粗糖度為0.0 Omi時的檢測闊值電壓低的表面粗糖度，能夠容 易感知紋理感，并且能夠有效地減小對電極施加的電壓，由此能夠實現(xiàn)安全性的確保和紋 理感的觸覺敏感度的提高運兩者。
[0053] W下，將更具體地說明使本申請的發(fā)明人得到第一發(fā)現(xiàn)和第二發(fā)現(xiàn)的試驗的內(nèi) 容。
[0054] [第一實施方式]
[0055] 在W下的試驗中，制作接觸面平坦的樣本、W及在接觸面上形成有各種表面粗糖 度的微小的凹凸的樣本，對運些樣本測量檢測闊值電壓，并將檢測闊值電壓相互比較并研 討。
[0056] (樣本的試制作）
[0057] 圖1是表示作為試制品的觸覺提示裝置10的面板IOa的示例的平面圖。在制作觸覺 提示裝置10時，在使用玻璃等透明絕緣材料形成的支撐基板上，形成沿與X軸平行的方向 (在此，圖中的水平方向）延伸的多個X電極(在圖中，XO~X31的32個X電極）、W及沿與巧由平 行的方向（在此，圖中的豎直方向）延伸的多個Y電極(在圖中，YO~Y51的52個Y電極）dX電極 和Y電極使用氧化銅錫（ITO)形成，并且形成為對于可見光透明。另外，在X電極和Y電極之間 形成絕緣層，使得X電極和Y電極在其交叉部中通過絕緣層彼此絕緣。另外，在X電極和Y電極 的上層形成另一絕緣層。該絕緣層16的表面用作由操作者的手指觸摸的接觸面17。
[0058] 圖2表示沿圖1中所示的線A-A剖開的剖視圖。在觸覺提示裝置10中，X電極12和Y 電極13交替配置在支撐基板11上，并且在X電極12和Y電極13之間形成絕緣層(未示出KX電 極12和Y電極13彼此交叉的部分的詳細結構將在下述的第二示例中進行說明。覆蓋X電極12 和Y電極13的絕緣層16使用丙締酸樹脂形成，其表面粗糖度Ra為0.OOwh(幾乎平坦）。絕緣層 16的表面用作接觸面17。該樣本的結構和制造方法與本申請的發(fā)明人的在先申請(專利申 請No.2013-213009)中所公開的相同并在下述的示例中詳細描述。
[0059] 圖3是作為試制品的另一觸覺提示裝置10的面板IOa的平面圖，圖4是沿圖3中所示 的線B-B剖開的剖視圖。
[0060] 該觸覺提示裝置10具有多個與圖1及圖2中所示的觸覺提示裝置10共同的元件，共 同的元件的說明將省略。如圖4所示，主要的差別在于，在絕緣層16的更上層中形成具有對 可見光的反射防止功能的防眩層(絕緣層)15,該防眩層15的表面用作接觸面17。
[0061] 該防眩層15通過利用涂層材料15b噴涂在絕緣層16的表面上并進行涂層的干燥和 硬化處理來形成，所述涂層材料1加為分散有使用預定尺寸的二氧化娃等絕緣性材料形成 的粒子15a的樹脂等絕緣性溶液。然后，通過改變粒子15a相對于涂層材料15b的含量比例； 噴涂方法;粒子15a的材料、尺寸和形狀;涂層材料15b的材料、粘度等，將防眩層15的性質和 狀態(tài)(表面粗糖度)相互不同的多個觸覺提示裝置10制作為試制品。
[0062] (樣本的評估）
[0063] 圖5表示制作為試制品的各觸覺提示裝置10的評估方法的概要。在多個X電極12及 多個Y電極13中，對Y20~Y32的13個Y電極13施加正弦形狀的AC電壓信號，并將剩余的Y電極 13和所有的X電極12接地。在電壓信號的電壓振幅充分高的情況下，當使用手指滑移接觸面 17(在接觸面17上滑動手指)時，在施加電壓信號的區(qū)域(施加陰影的區(qū)域）中感知粗糖的紋 理感。從運種狀態(tài)，逐漸減小施加于Y電極13的電壓信號的電壓振幅，并記錄在施加了電壓 信號的區(qū)域與其他的區(qū)域之間觸覺的差異被認為可識別的最低電壓。在此記錄的電壓設為 正弦形狀的AC電壓信號的峰一峰值。該值是通常視作正弦形狀的AC電壓信號的振幅的值的 2倍的值。該電壓是檢測闊值電壓，對制作為試制品的多個觸覺提示裝置10分別測量檢測闊 值電壓。
[0064] 圖6表示多個觸覺提示裝置10的評估結果。參考標號1的樣本是如圖1及圖2所示的 表面粗糖度Ra為0.OOwii的樣本(接觸面17平坦的樣本），參考標號2至9的樣本是如圖3及圖4 所示的分別具有由防眩層15構成的接觸面17的樣本。在無防眩層15且接觸面17平坦的樣本 (參考標號1的樣本）中，檢測闊值電壓的平均值是178.4V，但是，在其中分別設有防眩層15 的樣本(參考標號2至9的樣本）中，檢測闊值電壓在67.8V~127.6V的范圍中。因此，證實防 眩層15對驅動電壓的減小是有效的。
[0065] 由此可知，未對電極施加電壓信號的區(qū)域的觸覺、換言之、觸覺提示裝置10的接觸 面17的材料狀態(tài)的觸覺對通過對電極施加電壓信號所提示的觸覺的敏感度有較大影響。換 言之，由此可知，未對電極施加電壓信號的背景區(qū)域的觸覺對通過對電極施加電壓信號所 提示的觸覺的敏感度有較大的影響。
[0066] 例如，在參考標號1的樣本中，在未對電極施加電壓信號的區(qū)域中，手指與接觸面 之間的接觸面積變得較大，因此，感受到手指黏著到接觸面的感覺(Sticky:黏）。另外，對電 極施加了電壓信號的區(qū)域的觸覺同樣黏著，難W識別兩個觸覺之間的差異。另一方面，在設 有防眩層15的、參考標號2至9的樣本中，觸覺提示裝置10的接觸面17的材料狀態(tài)的觸覺光 滑且干燥，在材料狀態(tài)的觸覺光滑且干燥的情況下，對電極施加了電壓信號的區(qū)域的粗糖 感容易感知。
[0067] 作為運種現(xiàn)象產(chǎn)生的理由，可考慮W下的兩個原因。
[0068] (1)當手指從未對電極施加電壓信號的區(qū)域經(jīng)過對電極施加了電壓信號的區(qū)域連 續(xù)地滑動時，背景的光滑和干燥觸覺使粗糖的觸覺加強。
[0069] (2)即使在通過對設置于材料狀態(tài)為黏著的接觸面17的下層的電極、W及設置在 具有光滑和干燥的觸覺的接觸面17的下層的電極施加相同的電壓信號，來W相同的方式改 變基于靜電力的引力的情況下，具有光滑和干燥的觸覺的接觸面17容易感受到粗糖感。在 材料狀態(tài)為黏著的接觸面17上，操作者甚至在在接觸面17上滑動手指的中途無意中停止滑 動。因此，根據(jù)施加在操作者的手指和絕緣層表面之間的法向反作用力產(chǎn)生的摩擦力包括 靜摩擦系數(shù)所貢獻的分量。另一方面，在材料狀態(tài)具有光滑和干燥的觸覺的接觸面17上，手 指在接觸面17上順楊地滑動。因此，在基于施加在操作者的手指和絕緣層表面之間的法向 反作用力產(chǎn)生的摩擦力中不包括靜摩擦系數(shù)所貢獻的分量，并且動摩擦系數(shù)所貢獻的分量 占主導地位。
[0070] 對圖6中所示的表中表示的、設有防眩層15的參考標號2~9的樣本中獲得的檢測 闊值電壓進行檢查，得知在表面粗糖度Ra的大小和檢測闊值電壓之間存在特殊的相關性。 換言之，在表面粗糖度Ra大于0.0206皿的情況下，檢測闊值電壓逐漸減小，在表面粗糖度Ra 為0.0503WI1的樣本(參考標記4的樣本）中檢測闊值電壓最小。另外，在表面粗糖度Ra大于 0.0503皿的情況下，檢測闊值電壓逐漸增大。由此可知，檢測闊值電壓相比根據(jù)防眩層15的 有無而發(fā)生變化，更多地根據(jù)接觸面17的表面粗糖度Ra發(fā)生變化，在檢測闊值電壓中存在 最小值。
[0071] 圖7是表示圖6中所示的所有的樣本的表面粗糖度Ra和檢測闊值電壓之間的關系 的圖。可知，通過將表面粗糖度Ra設置為大于O.OUim，獲得檢測闊值電壓減小的效果。另外， 可知，在表面粗糖度Ra大于0.05皿的情況下，檢測闊值電壓傾向于增大。檢測闊值電壓增大 的現(xiàn)象產(chǎn)生的理由可認為如下。在表面粗糖度Ra變得過大的情況下，接觸面17的材料狀態(tài) 的表面的觸覺粗糖，難W區(qū)分表面的觸覺與提示的觸覺的粗糖感。另外，在表面粗糖度Ra變 大時，手指隨接觸面17的凹凸而發(fā)生變形，并被接觸面17的凸部卡住而難W滑動，因此難W 感知觸覺的變化。
[0072] 參照圖7中所示的圖，在期望設計具有比參考標號1的觸覺提示裝置的檢測闊值電 壓低的檢測闊值電壓的觸覺提示裝置、例如檢測闊值電壓等于或小于150V的觸覺提示裝置 的情況下，優(yōu)選將表面粗糖度Ra設定于0.0 lWIi~0.3WI1的范圍。另外，在期望設計具有比作 為參考標號1的觸覺提示裝置的檢測闊值電壓的178.4V低的檢測闊值電壓的觸覺提示裝置 的情況下，優(yōu)選將表面粗糖度Ra設定于0.0 l皿~0.4]im的范圍。
[0073] 表面粗糖度Ra、檢測闊值電壓W及操作者感到的觸覺之間的關系的進一步調(diào)查的 結果示于圖8中。在使用包括粒子15a的溶液狀的涂層材料15b形成的防眩層15中，不能將表 面粗糖度Ra設置得過大，因此，在圖8中，不設置防眩層15,對于使用表面粗糖度Ra為0.4皿 ~3.2皿的部件作為絕緣層16的樣本(圖中的邸一115)也記載了操作者感到的觸覺。
[0074] 在施加于電極的電壓信號的電壓振幅為零的條件下，表面粗糖度Ra為0.OOwii時感 到黏著，在表面粗糖度Ra為0.0206WI1至0.4WI1的情況下感到光滑和干燥感，在表面粗糖度Ra 等于或大于0.8皿的情況下，感到粗糖感。在表面粗糖度Ra等于或大于0.祉m的情況下，除滑 移手指的感覺是粗糖的W外，還感到摩擦力很大，因此，不能期待減小檢測闊值電壓的效 果。另外，在表面粗糖度Ra超過0.祉m的情況下，材料狀態(tài)的觸覺的印象不好。因此，優(yōu)選將 表面粗糖度Ra設定為小于0.祉m。
[0075] 另外，在圖8中，對于表面粗糖度Ra為0.0564皿的樣本(參考標號5的樣本)也記載 了具有黏著感。黏著感可能由于環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、指尖的水分量、手指的按壓力等產(chǎn)生。 在產(chǎn)生運種黏著感的情況下，檢測闊值電壓立即增大，因此，表面粗糖度Ra優(yōu)選設定為比 0.0加11大。
[0076] 基于上述的測試結果及圖7中所示的圖，為了維持能夠容易感知紋理感的狀態(tài)的 同時有效地減小檢測闊值電壓，重要的是將表面粗糖度Ra設定于大于0.0 lWIi且小于0.8皿 的范圍、更優(yōu)選地設定于大于0.05WI1且小于0.如m的范圍。表面粗糖度Ra的該范圍可解釋 為：由于操作者觸摸的絕緣層的接觸面與操作者的手指之間的接觸面積相對變大使得比操 作者的手指黏著于接觸面的狀態(tài)更粗糖、并且比操作者的手指隨所述接觸面的凹凸而發(fā)生 變形的狀態(tài)更精細的范圍。另外，由于接觸面17的表面粗糖度Ra和檢測闊值電壓之間具有 特殊的相關性，重要的是，將施加于電極的信號電壓的電壓振幅設為與接觸面17的表面粗 糖度Ra相對應的電壓。
[0077] 因此，在本發(fā)明的一個實施方式中，W使接觸面17的表面粗糖度Ra在上述預定范 圍中的方式形成防眩層15,將與接觸面17的表面粗糖度Ra相對應的電壓施加于電極，更優(yōu) 選地，等于或大于與接觸面17的表面粗糖度Ra相對應的檢測闊值電壓的電壓(雖然上限未 特別限定，但是從減小施加電壓來確保安全性的觀點出發(fā)，為等于或小于常規(guī)裝置的施加 電壓的電壓)被控制成施加于電極來驅動觸覺提示裝置10。由此，實現(xiàn)安全性的確保和紋理 感的感知度的提高運兩者。
[0078] 在此，只要接觸面17的表面粗糖度Ra在上述預定范圍內(nèi)、并且使用與接觸面17的 表面粗糖度Ra相對應的電壓(等于或大于與接觸面17的表面粗糖度Ra相對應的檢測闊值電 壓的電壓)驅動觸覺提示裝置，則可適當改變觸覺提示裝置10的結構和控制方法。
[0079] 例如，在本實施方式中，雖然在最上層配置了使用包括粒子15a的涂層材料15b形 成的防眩層15,但是可W在接觸面17上形成表面粗糖度為上述預定范圍的凹凸，并且可省 略防眩層15。
[0080] 另外，使用Si02等形成作為X電極12和Y電極13的上層的絕緣層16,并通過使用氨 氣酸等的濕蝕刻將絕緣層16蝕刻為非均勻，由此能夠在接觸面17上形成具有期望的表面粗 糖度的凹凸。另外，通過噴砂等部分地剝除絕緣膜16的表面，從而能夠在接觸面17上形成具 有期望的表面粗糖度的凹凸。
[0081] 在本實施方式中，雖然在X電極12和Y電極13的上層中形成絕緣層16,但是在涂層 材料15b具有一定程度的粘度并且能夠確保與涂層材料15b的薄部相對應的厚度的情況下， 如圖25所示，可W省略絕緣層16,并在X電極12及Y電極13的上層中直接形成防眩層15。
[0082] 在圖4中所示的情況下，雖然將粒子15a記載為具有均勻直徑的球體，但是，只要表 面粗糖度在上述預定范圍內(nèi)，可W將具有非均勻直徑的球體混合，并且球體可W具有扁平 的形狀、圓柱狀、局部尖銳的形狀等。另外，在圖4中所示的情況下，雖然接觸面17具有平緩 的凹凸，但也可W使用使凸部的前端尖銳得到的形狀。
[0083] 另外，通過將樹脂片材浸入溶液中，在該樹脂片材表面上形成防眩層，并將該樹脂 片材粘貼到絕緣層16,能夠在接觸面上形成防眩層。
[0084] 本申請的發(fā)明人利用追加的測試對象進行與上面參照圖5至圖8說明的樣本的評 估相同的評估。圖6至圖8中所示的檢測闊值電壓和信號電壓為零時的觸覺是W40多歲的男 性為測試對象時獲得的結果。追加的測試對象是包括30到34歲的男性、35歲到39歲的男性、 20多歲的女性的S個人。
[0085] 圖9表示包括40多歲的男性和追加的S名測試對象的共計四個人的檢測闊值電 壓。作為全部四人共同的特征，不具有防眩層15并且接觸面17平坦的樣本(參考標號1的樣 本)的檢測闊值電壓比其他的分別設有特定防眩層15的樣本(參考標號2至9)的檢測闊值電 壓高?；谠摻Y果，發(fā)現(xiàn)防眩層15對驅動電壓的減小有效。
[0086] 另外，當表面粗糖度Ra大于0.0206皿時，檢測闊值電壓逐漸減小，40多歲的男性和 30歲到34歲的男性的情況下表面粗糖度Ra為0.0503WI1的參考標號4的樣本、35歲到39歲的 男性的情況下表面粗糖度Ra為0.093皿的參考標號6的樣本、W及在20多歲的女性的情況下 表面粗糖度Ra為0.1375皿的參考標號7的樣本中，檢測闊值電壓最小。在表面粗糖度Ra比針 對各測試對象獲得最小的檢測闊值電壓的表面粗糖度大的情況下，檢測闊值電壓逐漸增 大?；赪上的結果，發(fā)現(xiàn)，針對所有的測試對象檢測到的檢測闊值電壓根據(jù)表面粗糖度Ra 發(fā)生變化，并且存在其最小值。
[0087] 通過繪制追加的S名測試對象的、表面粗糖度Ra和檢測闊值電壓之間的關系并賦 予其近似曲線得到的圖示于圖10、圖11、圖12。圖10表示30歲到％歲的男性的檢測闊值電 壓，圖11表示35歲到39歲的男性的檢測闊值電壓，圖12表示20多歲的女性的檢測闊值電壓。 由運些圖可知，通過將表面粗糖度Ra設為大于0.OlMi,獲得減小檢測闊值電壓的效果，并 且，在表面粗糖度Ra比檢測闊值電壓為最低的表面粗糖度Ra大的區(qū)域中，檢測闊值電壓傾 向于提高。該傾向在圖7中所示的、表面粗糖度Ra和40多歲的男性的檢測闊值電壓之間的關 系中也可看出。換言之，在所有四名測試對象的評估結果中，可確認出相同的傾向。
[0088] 參照圖7和圖10至圖12中所示的近似曲線，檢測闊值電壓為最小的表面粗糖度Ra 依次為0.05皿、0.03mi、0.075皿、0.0如m，并且識別到在四個人的檢測闊值電壓中的個人 差，但是，為了減小檢測闊值電壓，優(yōu)選將表面粗糖度Ra設為大于0.03WI1。
[0089] 關于參照圖8說明的信號電壓為零時的觸覺，包括40多歲的男性和追加的S名測 試對象共計四人的評估結果如下。S名測試對象在表面粗糖度Ra為0.4WI1的情況下感到光 滑和干燥，并且在表面粗糖度Ra等于或大于0.祉m的情況下感到粗糖感。剩余的一名測試對 象在表面粗糖度Ra為0.4WI1的情況下感到光滑和干燥感，在表面粗糖度Ra為0.祉m的情況下 感到光滑和干燥感W及粗糖感運兩者，并且在表面粗糖度Ra等于或大于1.6WI1的情況下感 到粗糖感。從運些結果，多個測試對象在表面粗糖度Ra超過0.祉m的情況下感到粗糖感。如 上所述，在表面粗糖度Ra等于或大于0.祉m的情況下，除滑移的手指的感覺是粗糖感W外， 還感到摩擦力較大，因此，不能期望減小檢測闊值電壓的效果。另外，觸覺的印象不好。因 此，表面粗糖度Ra優(yōu)選設定為小于0.祉m。
[0090] 基于對四名測試對象的評估結果得知，為了維持能夠容易感知紋理感的狀態(tài)的同 時有效地減小檢測闊值電壓，期望的表面粗糖度Ra在大于0.0 lWIi且小于0.祉m的范圍中，更 優(yōu)選在大于0.03皿且小于0.祉m的范圍中。
[0091] [第二實施方式]
[0092] 雖然上述第一實施方式中的觸覺提示裝置的面板由支撐基板、形成在該支撐基板 上并沿預定方向延伸的多個電極、W及覆蓋多個電極的絕緣層構成，但是電極不需要形成 為多個電極。因此，在本實施方式中，制作具有一個電極的觸覺提示裝置作為試制品。
[0093] 首先，本申請的發(fā)明人制作如圖13所示的觸覺提示裝置10的面板IOa作為試制品。 該觸覺提示裝置10的面板IOa由支撐基板11、形成在該支撐基板11上的一個電極11a、向該 電極Ila輸出電壓信號的驅動單元19、W及覆蓋所述電極Ila的絕緣層16構成，該絕緣層16 的表面用作接觸面17。
[0094] 另外，本申請的發(fā)明人制作了如圖14所示的觸覺提示裝置10的面板10a。該觸覺提 示裝置10的面板IOa由支撐基板11、形成在該支撐基板11上的一個電極11a、向該電極Ila輸 出電壓信號的驅動單元19、覆蓋所述電極Ila的絕緣層16、W及絕緣層16的更上層上具有對 可見光的反射防止功能的防眩層15構成，該防眩層15的表面用作接觸面17。另外，制作防眩 層15的性質和狀態(tài)(表面粗糖度)彼此不同的多個觸覺提示裝置10作為試制品。
[OOM]對運些面板IOa進行如下評估。在驅動單元19所輸出的電壓信號的電壓振幅充分 高的情況下，當手指在接觸面17上滑移(在接觸面上滑動手指)時，感到粗糖的紋理感。從該 狀態(tài)，施加于電極Ila的電壓信號的電壓振幅逐漸減小，記錄最低的電壓，在該最低電壓，認 為能夠識別觸覺與當施加于電極Ila的電壓信號的振幅為OV時的觸覺的差異。該電壓是檢 測闊值電壓，對作為試制品制作的多個觸覺提示裝置10分別測量檢測闊值電壓。
[0096] 其結果與參照圖7說明的結果相同。換言之，通過對接觸面施加防眩光處理(將絕 緣層的接觸面形成為粗糖），能夠非常容易地獲得提示的觸覺。換言之，提示的觸覺刺激能 夠被操作者非常容易地感知。另外，由于通過防眩光處理使接觸面的表面粗糖度適當?shù)卦?大，因此操作者能夠容易地感知觸覺刺激。換言之，在接觸面的表面粗糖度與作為針對該表 面粗糖度操作者能夠感知紋理感的最低電壓的檢測闊值電壓之間看到特殊的相關性。更具 體地，應當了解，通過將表面粗糖度Ra設為大于0.01皿，能夠獲得減小檢測闊值電壓的效 果。另外，可知，檢測闊值電壓的最小值在0.05WI1的表面粗糖度Ra附近。另外，發(fā)現(xiàn)表面粗糖 度Ra大于0.0 lWIi且小于0.2392曲!的范圍所對應的檢測闊值電壓比表面粗糖度Ra為0.00曲1 的情況的檢測闊值電壓小。
[0097] 如上所述，通過適當提高表面粗糖度從而操作者容易感知觸覺刺激的理由如下面 (1)~(3)中所述。在第一實施方式中操作者能夠容易感知觸覺刺激的理由如下。
[0098] (1)表面粗糖度Is小且平坦的情況：
[0099] 接觸面和操作者的手指的表皮相互緊密接觸，分子間力強烈地施加在接觸面和表 皮之間。此時，在存在適當?shù)臐駳獾那闆r下，產(chǎn)生氨鍵，因此分子間力變強?？紤]作為操作者 移動其手指時施加在表皮和接觸面之間的摩擦力的因素的法向反作用力，具有作為法向反 作用力的一個要素的靜電力，W及具有作為其他的要素的分子間力。由于分子間力大，靜電 力的比例小，并且即使在控制靜電力使其改變的情況下法向反作用力的變化率也很小。因 此，摩擦的變化率小，并且操作者難W感知觸覺刺激。
[0100] (2)表面粗糖度Is比（1)大并且適當?shù)那闆r下：
[0101] 在表皮和接觸面之間局部地產(chǎn)生間隙，由于該間隙，施加在接觸面和表皮之間的 分子間力急劇地減小。雖然具有作為摩擦力的一個要素的靜電力，并且具有作為其他要素 的分子間力，但是，由于靜電力的比例增大，靜電力的強度能夠容易出現(xiàn)于摩擦的變化中。
[0102] (3)表面粗糖度Is比（2)更大的情況：
[0103] 當操作者移動其手指時，其表皮隨接觸面的凹凸發(fā)生變形，伴隨著該變形的摩擦 力增大。由于該摩擦力大，因此根據(jù)靜電力的變化而發(fā)生變化的摩擦力的變化率小。因此， 操作者難W感到紋理感。
[0104] W下，對具有上述結構的觸覺提示裝置10(特別是，根據(jù)第一實施方式的觸覺提示 裝置10)的具體結構、驅動方法W及利用方式的示例進行說明。
[0105] [示例]J
[0106] 首先，參照圖15至圖18說明本發(fā)明的第一示例。在本示例中，對施加于觸覺提示裝 置10的X電極和Y電極的電壓信號的頻率的具體示例進行說明。
[0107] 圖15是表示根據(jù)本發(fā)明的第一示例的觸覺提示裝置10的結構的說明圖。在觸覺提 示裝置10的面板部分中，在具有平坦形狀的支撐基板11上，形成有沿X軸方向延伸的多個X 電極12和沿Y方向延伸的多個Y電極13。
[0108] X電極12和Y電極13在其交叉部經(jīng)由絕緣層（圖中未示出）相互交叉，并通過該絕緣 層維持它們之間的電絕緣性。另外，在X電極12和Y電極13上形成有絕緣層和/或防眩層（圖 中未示出），并且，通過該絕緣層和/或防眩層，維持使用手指觸摸觸覺提示裝置10的接觸面 時的、X電極12和手指W及Y電極13和手指之間的電絕緣性。
[0109] X電極12分別與X電極驅動電路(驅動單元)20連接，Y電極13分別與Y電極驅動電路 (驅動單元)30連接，X電極驅動電路20和Y電極驅動電路30與控制單元40連接。控制單元40 基于從外部（例如，控制安裝有該觸覺提示裝置10的電子設備的操作的處理器)輸入的信 息，指定與向操作者提示觸覺的區(qū)域相對應的電極，將用于驅動指定的電極的控制信號輸 出至X電極驅動電路20和Y電極驅動電路30，X電極驅動電路20和Y電極驅動電路30基于控制 信號，將具有與絕緣層或防眩層的表面粗糖度相對應的電壓振幅的電壓信號施加于X電極 12及Y電極13。通過采用該結構，觸覺提示裝置10能夠向期望的區(qū)域提示紋理感。在權利要 求書中，將輸出控制信號的控制單元40和基于控制信號對電極施加電壓的電極驅動電路統(tǒng) 稱作驅動單元。
[0110] 圖16是表示圖15中所示的觸覺提示裝置10的驅動方法的說明圖。在此，使用不同 的符號使X電極12和Y電極13相互區(qū)別。在圖16中所示的示例中，當在支撐基板11上形成有 28個X電極12和46個Y電極13時，將X電極12從下向上分別稱作XOO~X27,將Y電極13從右向 左分別稱作Y03~Y48。在此，將要提示紋理感的區(qū)域設為對象區(qū)域50。對象區(qū)域50在X方向 上在Xll~X14的范圍內(nèi)，在Y方向上在Y24~Y27的范圍內(nèi)?？刂茊卧?0基于從外部供給的對 象區(qū)域50的信息，對X電極驅動電路20和Y電極驅動電路30施加控制信號。
[0111] 當接收到控制信號時，X電極驅動電路20對Xll~X14施加具有第一頻率(在此，頻 率fi = 1000化）的AC電壓信號，Y電極驅動電路30對Y24~Y27施加具有第二頻率(頻率f2 = 1240Hz)的AC電壓信號。另外，在圖16中所示的情況下，為了防止由于電極之間的電容禪合 引起的電壓的施加，X電極驅動電路20和Y電極驅動電路30將不是上述電極的X電極12和Y電 極13接地、或者對其施加 DC電壓。
[0112] 在上述的結構中，在從Xll~X14的X電極12上設置的區(qū)域中去除對象區(qū)域50得到 的區(qū)域中，不提示與施加于電極的電壓信號相對應的紋理感(僅提示材料狀態(tài)的紋理感）。 另外，在從Y24~Y27的Y電極13上設置的區(qū)域中去除對象區(qū)域50得到的區(qū)域中，不提示與對 電極施加的電壓信號相對應的紋理感(僅提示材料狀態(tài)的紋理感）。由此可確認，人的手指 具有在施加于電極的電壓信號的頻率為1000 Hz或1240Hz的情況下不感知與電壓信號相對 應的紋理感的特性。
[0113] 另一方面，在對象區(qū)域50中，由于施加有fi = 1000化的電壓信號的X電極12和施加 有f2 = 1240化的電壓信號的Y電極13彼此相鄰，因此產(chǎn)生在波運動的領域中已知的擊打，利 用該擊打來提示紋理感。因此，在本示例中，W在與施加到各電極的電壓信號的頻率下不提 示與電壓信號相對應的紋理感，而使用由擊打限定的頻率提示與電壓信號相對應的紋理感 的方式，設定施加于各電極的電壓信號的頻率，能夠根據(jù)觸覺來確定對象區(qū)域50。
[0114] 圖17是表示圖15和圖16中所示的觸覺提示裝置10的剖面模型的示意圖。如上所 述，多個X電極12和多個Y電極13彼此相鄰地設置在平面狀的支撐基板11上。在X電極12和Y 電極13中，在與配置在對象區(qū)域50內(nèi)的兩個X電極12和兩個Y電極13相對的位置上，設置有 一個將手指模型化的電極51。
[0115] 由于人體具有一定程度的接地效果，因此該電極51能夠被模型化為經(jīng)由具有電阻 值R的電阻器52接地。
[0116] 在此，對設置在對象區(qū)域50內(nèi)的X電極12施加由Vi = AcosU時It)表示的電壓信號 VI。電壓信號Vi的振幅是A，頻率是fi，t表示時刻。另外，對設置在對象區(qū)域50內(nèi)的Y電極13施 加由V2 = Acos(2抽2t)表示的電壓信號V2。電壓信號V2的振幅是與電壓信號Vi的振幅相等的 八，頻率是'2。
[0117] 在電極51和在對象區(qū)域50內(nèi)設置的各X電極12之間，可模型化為具有靜電電容C的 平行平板電容器。
[0118] 另外，在電極51和在對象區(qū)域50內(nèi)設置的各Y電極13之間，可模型化為具有靜電電 容C的平行平板電容器。
[0119] 此時，當電阻值R充分高時，電極51上出現(xiàn)的電壓Vp可使用式1表示。
[0120]
…(1)
[0121] 當施加在一個X電極12和將手指模型化得到的電極51之間的靜電力為Fei時，靜電 力Fel可通過使用作為施加在平行平板電容器的電極之間的力已知的公式，表示為式2。
[0122] #此，e甚奮由常掛，S甚平斤平板電容器的電極面積。
[0123]
…松
[0124] 同樣地，當施加在一個Y電極13和將手指模型化得到的電極51之間的靜電力為Fe2 時，靜電力Fe2可表示為式3。
[0125]
…軌
[0126] 在電極之間的間隔如此細小W至于靜電力Fel和靜電力Fe2不能被人的指尖區(qū)分的 情況下，可認為通過對靜電力Fel及靜電力Fe2求和而得到的力宏觀地作用于手指。
[0127] 參照圖17,施加在將手指模型化得到的電極51上的所有的力的總和F是F = 2(Fei+ Fe2)，因此，通過使用上述的Vl、V2、式2及式3，可使用式4表示。
[012 引
…(4)
[0129] 根據(jù)式4可知，施加在模型化的電極51上的全部的力的總和F通過將值域為[0、 A2C2AeS)]且頻率為(fi+f2)的絕對值的周期函數(shù)乘W值域為[0、2]且頻率為的絕 對值的周期函數(shù)來求出。其包絡線的頻率是的絕對值。
[0130] 在本示例中，由于頻率fi = 1000化、頻率f2 = 1240化，其差的絕對值是240Hz。因此， 施加在手指的引力的頻率如式4所示，變化到240Hz。因此，在人使用其手指滑移觸覺提示裝 置10的接觸面17的情況下，在240Hz的頻率下發(fā)生摩擦力的變化。由于240Hz是人的皮膚機 械感受器具有敏感度的頻率，因此能夠感知紋理感。
[0131] 另外，對支撐基板11上設置的所有的X電極12施加具有頻率fi的電壓信號，對所有 的Y電極13施加具有頻率f2的電壓信號，通過試驗檢查針對頻率fi和頻率f2之差的絕對值， 紋理感的感知是否存在。其結果確認出，在頻率fi和頻率f2之差的絕對值大于10化且小于 1000化的情況下，感知到紋理感，在頻率fi和頻率f2之差的絕對值小于10化或大于1000化的 情況下，不能感知紋理感。
[0132] 另外，對X電極12和Y電極13施加相同的電壓信號，且在改變電壓信號的頻率的同 時通過試驗檢查紋理感的感知是否存在。其結果確認出，在電壓信號的頻率在大于甜Z且小 于500Hz的范圍內(nèi)的情況下可感知紋理感，在電壓信號的頻率不在該范圍內(nèi)的情況下不能 感知紋理感。
[0133] 根據(jù)該結果，在施加于X電極12的電壓信號的頻率設為fi、施加于Y電極13的電壓 信號的頻率設為f2的情況下，通過設定頻率fi及頻率f2,使頻率fi和頻率f2等于或大于 500Hz，頻率fi和頻率f2之差的絕對值大于10化且小于1000化，可W實現(xiàn)觸覺提示裝置10,該 觸覺提示裝置10向施加了頻率fi的電壓信號的X電極12和施加了頻率f2的電壓信號的Y電極 13相互交叉的區(qū)域提示與電壓信號相對應的紋理感，而對其他的區(qū)域不提示與電壓信號相 對應的紋理感(僅提示接觸面17的材料狀態(tài)的紋理感）。
[0134] 在此，對X電極12及Y電極13施加的電壓信號的頻率不限于上述的記載，但可根據(jù) 接觸面17的表面粗糖度、檢測闊值電壓等適當進行變更。另外，在上述的描述中，對X電極12 及Y電極13施加了具有正弦形狀的AC電壓信號，但是可W施加具有間斷地反復接通和斷開 的脈沖形狀的電壓信號。
[0135] [示例2]
[0136] 接下來，參照圖18至圖20對本發(fā)明的第二示例進行說明。在本示例中，對觸覺提示 裝置10的X電極和Y電極的具體的形狀及觸覺提示裝置10的制造方法進行說明。
[0137] 圖18是表示圖15中所示的觸覺提示裝置10的支撐基板11、X電極12、Y電極13的具 體形狀的平面圖。在圖18中，X電極12及其配線使用虛線表示，Y電極13及其配線使用實線表 /J、- O
[0138] X電極12具有多個菱形的電極通過連接部連接成串珠狀的形狀。換言之，一個X電 極12具有左側和右側相鄰的菱形的電極通過連接部電連接的形狀。運些X電極12在Y軸方向 上W2mm的間隔設置。換言之，X電極12的間距為2mm。同樣地，Y電極13具有多個菱形的電極 通過連接部連接成串珠狀的形狀。換言之，一個Y電極13具有上側和下側相鄰的菱形的電極 通過連接部電連接的形狀。運些Y電極13在X軸方向上W2mm的間隔設置。換言之，Y電極的間 距為2mm。
[0139] X電極12及Y電極13形成為使得在平面圖中菱形的電極的連接部隔著絕緣膜相互 重疊。另外，X電極12的菱形部分的主要部和Y電極13的菱形部分的主要部形成為相互不重 疊。換言之，形狀形成為X電極12的菱形部分的主要部和Y電極13的菱形部分的主要部在平 面圖中彼此相鄰。
[0140] 圖19及圖20是將圖18中所示的X電極12及Y電極13的連接部的結構放大得到的圖， 圖19是示出了表示為圖18的框A的電極的相互的連接部的平面圖，圖20是沿圖19的線C-C 剖開的剖視圖。
[0141] X電極12被構成為使得菱形的電極通過橋電極12a相互連接。另外，Y電極13被構成 為使得菱形的電極通過使用與Y電極13的材料相同的材料的連接部13a相互連接。橋電極 12a和Y電極13的連接部1 ：3a被絕緣層14絕緣。
[0142] 參照圖20說明X電極12及Y電極13的連接部的剖面結構和制造順序。首先，在使用 玻璃等透明絕緣材料形成的支撐基板11上，使用ITO等透明導電性材料形成橋電極12a。
[0143] 接下來，在橋電極12a上使用有機材料形成絕緣層14。通過使用有機材料形成絕緣 層14,能夠將絕緣層14的膜厚形成得較厚，由此能夠減小形成在X電極12和Y電極13之間的 交叉部上的本來不需要的禪合電容。為了使Y電極13的連接部13a和橋電極12a相互絕緣，絕 緣層14形成為W下形狀:在Y軸方向（圖中的深度方向）上覆蓋橋電極12a，但是W使橋電極 12a和X電極12的菱形部相互接觸的方式在X軸方向（圖的左右方向）上不覆蓋橋電極12a的 端部。接下來，使用口0等透明導電性材料一起形成X電極12、Y電極13、連接部13a、其他的配 線及端子18。
[0144] 接下來，使用有機材料將絕緣層16成膜，并在其上進行溶液狀的涂層材料15b的噴 涂，涂層材料15b包括使用預定尺寸的二氧化娃等形成的粒子15a，使涂覆后的涂層干燥，并 形成防眩層15。此時，通過改變相對于涂層材料15b的粒子15a的含量比例，噴涂方法，粒子 15a的材料、尺寸、形狀，涂層材料15b的材料、粘度等，形成防眩層15使得防眩層15的表面粗 糖度Ra在大于0.0 l皿(更優(yōu)選地，0. 〇5]im)且小于0. Sjim的范圍內(nèi)。之后，在端子18部分中形 成接觸孔。
[0145] 形成在支撐基板11上的多個端子18通過配線與X電極12或Y電極13連接。然后，將 柔性印刷電路(FPC)的一端通過各向異性導電膜(ACF)附接到端子18，F(xiàn)PC的另一端連接到 安裝有X電極驅動電路20及Y電極驅動電路30的印刷電路板。
[0146] 通過W上的工序，能夠制造圖18至圖20中所示的結構的觸覺提示裝置10。上述的 觸覺提示裝置10的X電極12及Y電極13的形狀、W及觸覺提示裝置10的制造方法僅是示例， 能夠適當?shù)刈兏?br>[0147] [示例引
[0148] 接下來，參照圖21和圖22說明本發(fā)明的第S示例。在本示例中，說明觸覺提示裝置 10的電極驅動電路的具體結構及其操作方法。
[0149] 圖21是表示圖15中所示的觸覺提示裝置10的X電極驅動電路20的詳細的結構的說 明圖。Y電極驅動電路30和X電極驅動電路20具有相同的結構，因此，在此，僅說明X電極驅動 電路20的結構。
[0150] X電極驅動電路20包括數(shù)據(jù)輸入端子21a、時鐘輸入端子21b、W及啟動脈沖輸入端 子21c，作為輸入端子。運些輸入端子與控制單元40連接，并接收由控制單元40生成的控制 信號。
[0151] 另外，X電極驅動電路20包括輸出將要施加于X電極12的電壓信號的多個輸出端子 22,作為輸出端子。在圖21所示的示例中，輸出端子22的數(shù)量是50個，并且分別表示為AO~ A49。
[0152] 另外，X電極驅動電路20除運些輸入/輸出端子W外，還包括:生成頻率fi的AC電壓 的AC電壓生成單元23a;生成頻率f2的AC電壓的AC電壓生成單元23b; W及生成頻率f5的AC電 壓的AC電壓生成單元23c。頻率fi、頻率f 2、頻率f 5分別是1000化、1240Hz、3000化。
[0153] 另外，X電極驅動電路20包括50位的移位寄存器24。移位寄存器24包括50個輸出端 子(QO~Q49)，運些輸出端子分別連接到各具有2位的數(shù)據(jù)寄存器25。各2位數(shù)據(jù)寄存器25與 數(shù)據(jù)輸入端子21a和總線連接。
[0154] 從各2位數(shù)據(jù)寄存器25輸出的輸出信號與2輸入4輸出解碼器26連接。2輸入4輸出 解碼器26接收2位的輸入信號作為輸入，并根據(jù)該輸入信號向四個輸出端子中的一個端子 輸出高電平的電壓信號。所輸入的2位信號和高電平的電壓信號所輸出到的輸出端子具有1 對1的關系。
[0155] 在本示例中不使用2輸入4輸出解碼器26的輸出端子中的一個輸出端子，剩余的S 個輸出端子與開關晶體管27的柵極電極連接。將與運=個輸出端子分別連接的開關晶體管 27 稱作 SW 巧 ljSW3。
[0156] 開關晶體管27的輸出端子與放大器28的輸入端連接。開關晶體管27的輸入端子 SWl~SW3分別與AC電壓生成單元23a~23c的輸出端子連接。換言之，具有頻率的AC 電壓分別輸入到輸入端子SWl~SW3"2輸入4輸出解碼器26具有根據(jù)來自2位數(shù)據(jù)寄存器25 的輸出選擇性地切換運些頻率的電壓中的向放大器28輸出的AC電壓的功能。
[0157] 然后，由放大器28放大的AC電壓從輸出端子22輸出到X電極12。換言之，X電極驅動 電路20實現(xiàn)W下的電路的功能:根據(jù)從控制部40經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入端子21a輸入的信號，選擇頻 率的信號中的一個AC電壓信號，并經(jīng)由輸出端子22將所選擇的信號輸出到X電極 12。
[0158] 圖22是表示圖21中所示的X電極驅動電路20的操作的時序圖。圖中表示的乂 LK"是 從控制單元40經(jīng)由時鐘輸入端子2化輸入的時鐘波形電壓。"D[l:0r是從控制單元40經(jīng)由 數(shù)據(jù)輸入端子21a輸入的2位數(shù)據(jù)信號。"ST"是從控制單元40經(jīng)由啟動脈沖輸入端子21c輸 入的啟動脈沖波形電壓。
[0159] 在此，從控制單元40經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入端子21a輸入的D[1:0]是2進制表示，因此可具 有包括"00"、"or、"10"、"11"的四種值。移位寄存器24對于CLK的每個上升沿鎖存ST的值， 并將鎖存的值輸出至移位寄存器的輸出端子Q0。然后，使QO的值延遲CLK的一個周期，并輸 出到輸出端子Q1。另外，使Ql的值延遲化K的一個周期，并輸出到輸出端子Q2。W運種方式， 移位寄存器24向輸出端子QO~Q49依次輸出與CLK的上升沿同步的脈沖波形電壓。
[0160] 當脈沖波形電壓輸出到移位寄存器24的輸出端子時，與上升沿同步地，將2位數(shù)據(jù) 寄存器25的寄存器值更新為此時的數(shù)據(jù)D [ 1:0 ]的值，并輸出到2位數(shù)據(jù)寄存器25的輸出端 子。
[0161] 2輸入4輸出解碼器26接收輸出到2位數(shù)據(jù)寄存器25的端子的信號，使開關晶體管 SWl至SW3中的一個開關晶體管27接通，并根據(jù)此向輸出端子22輸出頻率的電壓信 號中的一個AC電壓信號。
[0162] X電極驅動電路20使頻率fi與數(shù)據(jù)D[ 1:0] =00相關聯(lián)，使頻率f2與數(shù)據(jù)D[ 1:0] = Ol 相關聯(lián)，使頻率fs與D[l:0] = 10相關聯(lián)。因此，在圖22中所示的時刻tl，向輸出端子22的AO 輸出具有頻率fs的電壓信號，在時刻t2,向輸出端子22的Al輸出具有頻率f2的電壓信號，在 時刻t3時，向輸出端子22的A2輸出具有頻率fi的電壓信號。各電壓信號的振幅為70V。在此， 不使用 D[1:0] = 11。
[0163] 向輸出端子22輸出的電壓信號的頻率不發(fā)生變化，直至向啟動脈沖輸入端子21c 輸入下一個脈沖波形電壓并更新2位數(shù)據(jù)寄存器25的寄存器值。
[0164] 在圖22中，示出移位寄存器24的50個輸出端子QO至Q49中的輸出端子QO~Q2的輸 出波形作為示例，而未示出其他的輸出波形。同樣地，對于X電極驅動電路20的50個輸出端 子22A0~A49的電壓信號，也示出AO~A2作為示例，而未示出其他的電壓信號。上述的電極 驅動電路的結構和驅動方法是示例，并且可適當變更。
[01化][示例4]
[0166] 接下來，參照圖23和圖24說明本發(fā)明的第四示例。在本示例中，對上述的實施方式 及第一至第=示例中所示的觸覺提示裝置10的使用形式的示例進行說明。
[0167] 圖23是表示根據(jù)本發(fā)明的應用的電子設備100的結構的透視圖。電子設備100例如 是智能電話、平板終端、電子書閱讀器、筆記本個人計算機等。
[0168] 電子設備100包括觸摸面板式顯示設備101，在觸摸面板式顯示設備101的正面或 背面設置上述的觸覺提示裝置10。在此，在采用靜電電容式觸摸面板作為觸摸面板式顯示 設備101的情況下，不能同時實現(xiàn)其功能與觸覺提示裝置10的功能，優(yōu)選使用光學式觸摸面 板等。
[0169] 在電子設備100中，在觸摸面板式顯示設備101上顯示由內(nèi)置的處理器103執(zhí)行的 處理的結果，根據(jù)該顯示，用戶執(zhí)行觸摸面板式顯示設備101的操作輸入。此外，可構成為使 得:在電子設備100中不內(nèi)置處理器，觸摸面板式顯示設備101顯示由外部設備執(zhí)行的處理 結果，使與其相對應的操作輸入返回到該外部裝置。
[0170] 在觸摸面板式顯示設備101上，顯示多個操作鍵102,與此相應，觸覺提示裝置110 在與操作鍵102相對應的位置上提示多個獨立的紋理感。用戶能夠根據(jù)該紋理感檢測操作 鍵102的位置，在不觀察操作鍵102的情況下進行鍵盤輸入。W運種方式，例如，視覺有障礙 的用戶能夠利用電子設備100。
[0171] 另外，該電子設備100可用作安裝在汽車、自行車、二輪汽車、飛機、火車、或輪船等 移動單元上的導航設備。圖24是表示根據(jù)本發(fā)明的應用的移動單元200的結構的透視圖。移 動單元200包括用戶（駕駛員）乘坐的駕駛員座椅201、其內(nèi)安裝有圖23中所示的電子設備 100作為導航設備的儀表盤202、W及例如方向盤、加速器、制動器的轉向機制203等。
[0172] 該電子設備100與圖23中所示的示例相同，在與操作鍵102相對應的位置上提示多 個獨立的紋理感。用戶能夠根據(jù)紋理感進行操作鍵輸入。作為被提示作為處理結果的路徑 信息，對顯示在地圖上的路徑提示紋理感，能夠使該路徑的顯示在視覺上醒目。因此，用戶 能夠注意車輛前方的同時進行導航設備的操作，因此能夠繼續(xù)安全駕駛。
[0173] 本發(fā)明不限于上述的實施方式和示例，在不背離本發(fā)明的主旨的情況下，能夠適 當?shù)刈兏|覺提示裝置10的結構、制造方法、驅動方法、使用方法等。
[0174] 例如，在第一實施方式和示例中，描述了包括在X軸方向上延伸的X電極12和在Y軸 方向上延伸的Y電極13的結構，但是也可W采用僅包括在一個方向上延伸的電極的結構。
[0175] 本發(fā)明可用于提示觸覺的觸覺提示裝置及包括該觸覺提示裝置的諸如觸摸面板、 視覺障礙者用終端等的電子設備、W及觸覺提示裝置的驅動方法。
[0176] 本文列舉的所有示例和條件語言旨在用于教導的目的，W幫助閱讀者理解本發(fā)明 的原理W及本發(fā)明人促進進一步發(fā)展現(xiàn)有技術的概念，并且應當被解釋為不限于運些具體 列舉的示例和的條件，說明書中的運些示例的結構不設及表示本發(fā)明的優(yōu)點和缺點。雖然 本發(fā)明的實施方式已進行了詳細描述，但應該理解的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的 情況下能夠對其進行各種變更、替換和變型。
【主權項】
1. 一種觸覺提示裝置，包括： 面板，所述面板包括支撐基板、形成在所述支撐基板上的電極、以及覆蓋所述電極的絕 緣層；以及 驅動所述面板的驅動單元， 其中，通過由所述驅動單元對所述電極施加電壓，基于在所述電極和操作者之間產(chǎn)生 的靜電力，對所述操作者提示觸覺， 其中，所述絕緣層的接觸所述操作者的接觸面具有預定范圍的表面粗糙度Ra，以及 其中，施加于所述電極的電壓是與所述接觸面的表面粗糙度Ra相對應的電壓。2. 根據(jù)權利要求1所述的觸覺提示裝置，其中， 所述電極是形成在所述支撐基板上并沿預定方向延伸的多個電極，所述絕緣層覆蓋所 述多個電極； 其中，施加在與對所述操作者提示觸覺的區(qū)域相對應的電極上的電壓是與所述接觸面 的表面粗糙度Ra相對應的電壓。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的觸覺提示裝置， 其中，在所述表面粗糙度Ra與在所述表面粗糙度Ra下所述操作者能夠感知觸覺的檢測 閾值電壓之間具有相關性，以及 其中，施加于所述電極的電壓是等于或大于與所述接觸面的表面粗糙度Ra相對應的所 述檢測閾值電壓的電壓。4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的觸覺提示裝置，其中，所述絕緣層具有如下結構： 將具有使所述接觸面具有所述預定范圍的表面粗糙度Ra的尺寸的粒子分散于絕緣材料中。5. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的觸覺提示裝置， 其中，所述絕緣層由覆蓋所述多個電極的下絕緣層、以及覆蓋所述下絕緣層的上絕緣 層構成，以及 其中，所述上絕緣層具有如下的結構：將具有使所述接觸面具有所述預定范圍的表面 粗糙度Ra的尺寸的粒子分散于絕緣材料中。6. 根據(jù)權利要求4所述的觸覺提示裝置， 其中，所述絕緣層是對可見光具有反射防止功能的防眩層。7. 根據(jù)權利要求5所述的觸覺提示裝置，其中，所述上絕緣層是對可見光具有反射防止 功能的防眩層。8. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的觸覺提示裝置，其中，所述預定范圍是所述表面 粗糙度Ra大于0. Ο?μπι且小于0.8μηι的范圍。9. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的觸覺提示裝置，其中，所述預定范圍是所述表面 粗糙度Ra大于0.03μηι且小于0.8μηι的范圍。10. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的觸覺提示裝置，其中，所述表面粗糙度Ra的所述 預定范圍是比由于所述接觸面與所述操作者的手指之間的接觸面積相對變大使得所述操 作者的手指黏著于所述接觸面的狀態(tài)更粗糙、并且比所述操作者的手指隨所述接觸面的凹 凸而發(fā)生變形的狀態(tài)更精細的范圍。11. 一種觸覺提示裝置，包括： 面板，所述面板包括支撐基板、形成在所述支撐基板上的電極、以及覆蓋所述電極的絕 緣層；以及 驅動所述面板的驅動單元， 其中，通過由所述驅動單元對所述電極施加電壓，基于在所述電極和操作者之間產(chǎn)生 的靜電力，對所述操作者提示觸覺， 其中，在所述絕緣層的接觸所述操作者的接觸面的表面粗糙度Ra與所述操作者能夠感 知觸覺的檢測閾值電壓之間具有相關性，以及 其中，所述接觸面具有檢測閾值電壓比表面粗糙度Ra為Ο.ΟΟμπι時的檢測閾值電壓低的 表面粗糙度Ra。12. -種電子設備，包括在觸摸面板式顯示設備的正面或背面上的根據(jù)權利要求1至11 中任一項所述的觸覺提示裝置。13. 根據(jù)權利要求12所述的電子設備，其中，所述觸摸面板是光學式觸摸面板。14. 一種觸覺提示裝置的驅動方法，所述觸覺提示裝置包括： 面板，所述面板包括支撐基板、形成在所述支撐基板上的電極、以及覆蓋所述電極的絕 緣層；以及 驅動所述面板的驅動單元， 通過使用所述驅動單元對所述電極施加電壓，基于在所述電極與操作者之間產(chǎn)生的靜 電力，對所述操作者提示觸覺， 所述方法包括： 所述絕緣層的接觸所述操作者的接觸面的表面粗糙度Ra設定為預定范圍，以及 所述驅動單元執(zhí)行： 對所述電極施加與所述接觸面的表面粗糙度Ra相對應的電壓。15. 根據(jù)權利要求14所述的方法， 其中，所述電極是形成在所述支撐基板上并沿預定方向延伸的多個電極，所述絕緣層 覆蓋所述多個電極； 其中，所述驅動單元執(zhí)行： 指定與對所述操作者提示觸覺的區(qū)域相對應的電極；以及 對所指定的電極施加與所述接觸面的表面粗糙度Ra相對應的電壓。16. 根據(jù)權利要求14或15所述的方法， 其中，在所述表面粗糙度Ra與在所述表面粗糙度Ra下所述操作者能夠感知觸覺的檢測 閾值電壓之間具有相關性，以及 其中，所述驅動單元對所指定的電極施加等于或大于與所述接觸面的表面粗糙度Ra相 對應的檢測閾值電壓的電壓。17. 根據(jù)權利要求14至16中任一項所述的方法，其中，所述預定范圍是所述表面粗糙度 Ra大于0. Ο?μπι且小于0.8μηι的范圍。18. 根據(jù)權利要求14至16中任一項所述的方法，其中，所述預定范圍是所述表面粗糙度 Ra大于0.03μηι且小于0.8μηι的范圍。19. 根據(jù)權利要求14至16中任一項所述的方法，其中，所述表面粗糙度Ra的所述預定范 圍是比由于所述接觸面與所述操作者的手指之間的接觸面積相對變大使得所述操作者的 手指黏著于所述接觸面的狀態(tài)更粗糙、并且比所述操作者的手指隨所述接觸面的凹凸而發(fā) 生變形的狀態(tài)更精細的范圍。
【文檔編號】G06F3/0488GK106020576SQ201610179818
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】芳賀浩史, 杉本大輔
【申請人】Nlt科技股份有限公司