JP2023018249A

JP2023018249A - 表示装置及び電子機器

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Publication number: JP2023018249A
Application number: JP2021122228A
Authority: JP
Inventors: 文久伊藤; Fumihisa Ito; 幸弘松井; Yukihiro Matsui
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2023-02-08
Anticipated expiration: 2041-07-27
Also published as: JP7644560B2; US20240329743A1; WO2023008050A1

Abstract

【課題】フォースフィードバック機能と触覚機能を両立させることが可能であり、高い強度を備える表示装置及び電子機器を提供すること。
【解決手段】本発明に係る表示装置は、ディスプレイパネルと、タッチパネルと、スペーサーと、触覚用パネルと、圧電アクチュエータとを具備する。タッチパネルは、ディスプレイパネル上に配置され、ディスプレイパネル側の第１主面と、第１主面とは反対側の第２主面を有する。触覚用パネルは、スペーサー上に配置され、第２主面と間隙を介して対向する第３主面と、第３主面とは反対側の第４主面を有する。圧電アクチュエータは、第３主面上に配置され、振動を発生する。第２主面から第４主面までの厚みを第１厚みとし、第２主面から第３主面までの厚みを第２厚みとすると、第１厚みは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下かつ、第２厚みに０．３ｍｍを加算した厚み以上、第２厚みに１ｍｍを加算した厚み以下である。
【選択図】図４

Description

本発明は、触覚提示が可能な表示装置及び電子機器に関する。

スマートフォンやカーナビゲーション等には、タッチパネルが操作されると振動を生じ、入力を受け付けたことを通知するフォースフィードバック機能を備えるものがある。近年では、通知のための振動だけでなく、振動に様々なバリエーションをもたせることで表示物の感触を表現したり、操作位置を把握したりできるような触覚技術も検討、開発されてきている。

このような触覚技術は、触覚用パネルに接合された圧電アクチュエータを超音波帯域の周波数で振動させることにより実現可能である。超音波帯域の振動により触覚用パネルに定在波が形成され、触覚用パネルを指等で触れると触感を感知することができ、圧電アクチュエータに供給する信号パターンを変えることで、様々なバリエーションの触感を表現することができる。このため、タッチパネル上で触覚を表現するには、この触覚用パネルが別途必要となる。

ここで、液晶ディスプレイ等の表示パネルは表面の保護のため、強化カバーガラスが搭載されおり、強度確保のために厚みが０．２～１．０ｍｍのガラスが用いられている。この他にも例えば特許文献１には、液晶ディスプレイ前面にアーチ型ディスプレイパネルを設けることで表示パネルとしての強度を向上させた液晶ディスプレイ補強構造が開示されている。また、特許文献２には、液晶ディスプレイの背面に放熱板を設け、冷却機能と強度向上を兼ねたディスプレイパネル装置が開示されている。

特開２００５－２１５０８７号公報特開２００６－５３５２９号公報

さらに、圧電アクチュエータの超音波駆動による触覚機能では、圧電アクチュエータを触覚用パネルの端に配置し、定在波をパネル全面に発生させることで実現できる。しかしながら、圧電アクチュエータを用いて低周波駆動のフォースフィードバック機能を持たせるには、同じ位置では低周波の振動がパネルの途中で減衰して機能できないため、圧電アクチュエータ触覚用パネルの背面直下に配置しなければならない。したがって、1つの圧電アクチュエータによって超音波駆動による触覚機能と低周波駆動によるフォースフィードバック機能を実現することはできない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、フォースフィードバック機能と触覚機能を両立させることが可能であり、高い強度を備える表示装置及び電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る表示装置は、ディスプレイパネルと、タッチパネルと、スペーサーと、触覚用パネルと、圧電アクチュエータとを具備する。
上記タッチパネルは、上記ディスプレイパネル上に配置され、上記ディスプレイパネル側の第１主面と、上記第１主面とは反対側の第２主面を有する。
上記スペーサーは、上記第２主面上に配置されている。
上記触覚用パネルは、上記スペーサー上に配置され、上記第２主面と間隙を介して対向する第３主面と、上記第３主面とは反対側の第４主面を有する。
上記圧電アクチュエータは、上記第３主面上に配置され、振動を発生する。
上記第２主面から上記第４主面までの厚みを第１厚みとし、上記第２主面から上記第３主面までの厚みを第２厚みとすると、上記第１厚みは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下かつ、上記第２厚みに０．３ｍｍを加算した厚み以上、上記第２厚みに１ｍｍを加算した厚み以下である。

上記表示装置は、上記圧電アクチュエータに超音波帯域の振動を生じさせる超音波駆動信号と、上記圧電アクチュエータに低周波帯域の振動を生じさせる低周波駆動信号を上記圧電アクチュエータに供給する駆動部をさらに具備してもよい。

上記スペーサーは、弾性率が１．０×１０^６Ｐａ以上６．０×１０^６Ｐａ以下の材料からなるものであってもよい。

上記第２厚みは０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であってもよい。

上記触覚用パネルは、長辺の幅が短辺の幅の１倍以上２．５倍以下である矩形形状を有するものであってもよい。

上記触覚用パネルは、樹脂又はガラスからなるものであってもよい。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電子機器は、ディスプレイパネルと、タッチパネルと、スペーサーと、触覚用パネルと、圧電アクチュエータとを具備する。
上記タッチパネルは、上記ディスプレイパネル上に配置され、上記ディスプレイパネル側の第１主面と、上記第１主面とは反対側の第２主面を有する。
上記スペーサーは、上記第２主面上に配置されている。
上記触覚用パネルは、上記スペーサー上に配置され、上記第２主面と間隙を介して対向する第３主面と、上記第３主面とは反対側の第４主面を有する。
上記圧電アクチュエータは、上記第３主面上に配置され、振動を発生する。
上記第２主面から上記第４主面までの厚みを第１厚みとし、上記第２主面から上記第３主面までの厚みを第２厚みとすると、上記第１厚みは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下かつ、上記第２厚みに０．３ｍｍを加算した厚み以上、上記第２厚みに１ｍｍを加算した厚み以下である。

以上のように本発明によれば、フォースフィードバック機能と触覚機能を両立させることが可能であり、高い強度を備える表示装置及び電子機器を提供することが可能である。

本発明の実施形態に係る表示装置の側面図である。上記表示装置の表面側の平面図である。上記表示装置の裏面側の平面図である。上記表示装置の断面図である。上記表示装置を分解して示す模式図である。上記表示装置が備える圧電アクチュエータの断面図である。上記表示装置の動作を示す模式図である。上記表示装置のサイズを示す模式図である。上記表示装置のサイズを示す模式図である。上記表示装置の第１厚みと第２厚みの関係を示すグラフである。比較例に係る表示装置の模式図である。本発明の変形例に係る表示装置の模式図である。

以下、本実施形態に係る表示装置について説明する。

［表示装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置１００の側面図である。図２は表示装置１００を表面側から見た平面図、図３は表示装置１００を裏面側から見た平面図である。図４は表示装置１００の断面図であり、図２及び図３におけるＡ－Ａ線での断面図である。図５は図４に示す表示装置１００を分解して示す模式図である。

これらの図に示すように、表示装置１００はディスプレイパネル１０１、タッチパネル１０２、スペーサー１０３、触覚用パネル１０４及び圧電アクチュエータ１０５を備える。図２及び図３に示すように、表示装置１００は平板状であり、厚み方向に垂直な方向から見て矩形形状を有する。本開示の各図において、表示装置１００の長手方向をＸ方向、短手方向をＹ方向、厚み方向をＺ方向とする。

ディスプレイパネル１０１は画像を表示するパネルであり、液晶又は有機ＥＬ（electro-luminescence）等を利用したディスプレイパネルである。ディスプレイパネル１０１の構成は特に限定されず、一般的構成を有するディスプレイとすることができる。

タッチパネル１０２はディスプレイパネル１０１上に配置され、ユーザの指等による表示装置１００へのタッチを検出する。図５に示すようにタッチパネル１０２はタッチパネル本体１１１とカバーガラス１１２を備える。タッチパネル本体１１１は配列されたタッチセンサを備える。タッチセンサは静電容量方式のものが好適である。カバーガラス１１２はタッチパネル本体１１１に接合され、タッチパネル本体１１１を保護する。

以下、タッチパネル１０２の主面のうち、ディスプレイパネル１０１側の主面を第１主面１０２ａとし、第１主面１０２ａとは反対側の主面を第２主面１０２ｂとする。タッチパネル１０２の、タッチパネル本体１１１側の主面が第１主面１０２ａであり、カバーガラス１１２側の主面が第２主面１０２ｂである。

スペーサー１０３はタッチパネル１０２の第２主面１０２ｂ上に配置され、タッチパネル１０２と触覚用パネル１０４を離間させる。スペーサー１０３は図２及び図３に示すように帯状形状を有し、表示装置１００の長辺に沿って１つずつが配置される。スペーサー１０３は弾性率が１．０×１０^６Ｐａ以上６．０×１０^６Ｐａ以下の材料からなるものが好適であり、具体的にはウレタンゴム、ポリウレタン又はＰＥＴ（polyethylene terephthalate）等からなるものが好適である。

触覚用パネル１０４はスペーサー１０３上に配置され、ユーザに触覚を提示する。図１に示すように、触覚用パネル１０４はタッチパネル１０２等の他の部材より長い長辺を有し、他の部材からはみ出した部分１０４ａを有する。この部分１０４ａには圧電アクチュエータ１０５が接合され、圧電アクチュエータ１０５によって振動を生じる。触覚用パネル１０４はガラス又は樹脂等の光透過性材料からなる。触覚用パネル１０４のタッチパネル１０２側の面を第３主面１０４ｂとし、第３主面１０４ｂとは反対側の主面を第４主面１０４ｃとする。

触覚用パネル１０４はスペーサー１０３によってタッチパネル１０２とは離間されており、第３主面１０４ｂはタッチパネル１０２の第２主面１０２ｂと間隙を介して対向する。以下、第２主面１０２ｂと第３主面１０４ｂの間の間隙を間隙Ｒとする。

圧電アクチュエータ１０５は、触覚用パネル１０４に接合され、振動を発生させる。図１に示すように圧電アクチュエータ１０５は触覚用パネル１０４の部分１０４ａにおいて第３主面１０４ｂに接合されている。図６は、圧電アクチュエータ１０５の断面図である。同図に示すように圧電アクチュエータ１０５は、圧電体１２１、第１電極１２２及び第２電極１２３を備える。圧電体１２１はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料からなる。

第１電極１２２は、第１内部電極１２４及び第１外部電極１２５を備える。第１内部電極１２４は導電性材料からなり、圧電体１２１中に複数層が設けられている。第１外部電極１２５は導電性材料からなり、第１内部電極１２４と接続されている。第２電極１２３は、第２内部電極１２６及び第２外部電極１２７を備える。第２内部電極１２６は導電性材料からなり、圧電体１２１中に複数層が設けられている。第２外部電極１２７は導電性材料からなり、第２内部電極１２６と接続されている。

図５に示すように、第１内部電極１２４と第２内部電極１２６は交互に配置され、圧電体１２１を介して対向する。なお、第１内部電極１２４及び第２内部電極１２６の層数は３層ずつに限られない。図２及び図３に示すように、第１電極１２２には第１配線１２８が接続され、第２電極１２３には第２配線１２９が接続されている。第１配線１２８及び第２配線１２９は図示しない駆動部に接続され、駆動部から出力された駆動信号を第１電極１２２及び第２電極１２３に伝達する。

この駆動信号により、第１電極１２２と第２電極１２３の間に電圧が印加されると、逆圧電効果により圧電体１２１に変形が生じ、振動が発生する。ここで、表示装置１００では、制御部が超音波駆動信号を圧電アクチュエータ１０５に供給することにより、圧電アクチュエータ１０５に超音波帯域（２０ｋＨｚ以上）の振動を生じさせることができる。また、制御部が低周波波駆動信号を圧電アクチュエータ１０５に供給することにより、圧電アクチュエータ１０５に低周波帯域（３００Ｈｚ以下）の振動を生じさせることができる。

なお、圧電アクチュエータ１０５は図５に示すように、第１電極１２２と第２電極１２３を、圧電体１２１を介して交互に積層した積層構造を有するものであってもよく、他の構造を有するものであってもよい。

［表示装置の動作について］
表示装置１００の動作について説明する。図７は表示装置１００の動作を示す模式図である。同図に示すように、ユーザが指Ｆを触覚用パネル１０４の第４主面１０４ｃに接触させた状態で圧電アクチュエータ１０５（図１参照）を振動させると、振動は触覚用パネル１０４に伝達され、触覚用パネル１０４が振動する。これにより指Ｆは触覚を感知することができる。圧電アクチュエータ１０５は超音波帯域で振動させてもよく、低周波数帯域で振動させてもよい。

ここで、触覚用パネル１０４とタッチパネル１０２は間隙Ｒによって離間しているため、触覚用パネル１０４の振動がタッチパネル１０２によって減衰されることが防止されている。また、指Ｆによる触覚用パネル１０４への接触は、タッチパネル１０２により検出される。さらに、ディスプレイパネル１０１によって表示される画像は、タッチパネル１０２及び触覚用パネル１０４を介して視認可能である。

［各部のサイズについて］
表示装置１００の各部のサイズについて説明する。図８及び図９は、表示装置１００の各部のサイズを示す模式図である。図９に示すように、第２主面１０２ｂから第４主面１０４ｃまでの厚み、即ち間隙Ｒと触覚用パネル１０４の合計の厚みを第１厚みＤ１とする。また、第２主面１０２ｂから第３主面１０４ｂまでの厚み、即ち間隙Ｒの厚みを第２厚みＤ２とする。また、カバーガラス１１２の厚みを第３厚みＤ３とし、触覚用パネル１０４の厚みを第４厚みＤ４とする。

図１０は、第１厚みＤ１と第２厚みＤ２の好適な範囲を示すグラフであり、第１厚みＤ１と第２厚みＤ２の好適な範囲を網掛けで示す。同図に示すように第２厚みＤ２は０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下が好適である。また、図１０において第２厚みＤ２に０．３ｍｍを加算した第１厚みＤ１を「Ｄ１＝Ｄ２＋０．３」として示し、第２厚みＤ２に１ｍｍを加算した第１厚みＤ１を「Ｄ１＝Ｄ２＋１」として示す。第１厚みＤ１は、図１０において網掛けで示すように、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下かつ、第２厚みＤ２に０．３ｍｍを加算した厚み（Ｄ２＋０．３）以上、第２厚みＤ２に１ｍｍを加算した厚み（Ｄ２＋１）以下が好適である。

これは、第１厚みＤ１が０．５ｍｍ未満又は第２厚みＤ２に０．３ｍｍを加算した厚み（Ｄ２＋０．３）未満である場合、触覚用パネル１０４が振動するとタッチパネル１０２に接触し、振動が減衰するためである。また、第１厚みＤ１が１．５ｍｍを超え、又は第２厚みＤ２に１ｍｍを加算した厚み（Ｄ２＋１）を超える場合、触覚用パネル１０４の振動が影響を受けると共に、タッチパネル１０２によるタッチ検出が困難となるためである。

第３厚みＤ３（図９参照）は、０ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が好適であり、第４厚みＤ４は０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好適である。図１１は比較として、触覚用パネルを有しない表示装置２００を示す断面図である。同図に示すように表示装置２００はディスプレイパネル２０１とタッチパネル２０２を備え、タッチパネル２０２はタッチパネル本体２１１とカバーガラス２１２を備える。図１１に示すようにカバーガラス２１２の厚みを第５厚みＤ５とする。第５厚みＤ５は表示装置２００の強度確保のために０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とする必要がある。

これに対し表示装置１００（図９参照）は、触覚用パネル１０４を備えることにより、触覚用パネル１０４の厚みである第４厚みＤ４と間隙Ｒの厚みである第２厚みＤ２がタッチパネル１０２上に追加されるため、表示装置１００の強度が向上する。このため、カバーガラス１１２の厚みである第３厚みＤ３を０ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に薄くすることが可能である。さらに、圧電アクチュエータ１０５を用いて低周波駆動のフォースフィードバック機能を生じさせるには、低周波の振動が触覚用パネル１０４の伝達中に減衰しないように、第４厚みＤ４を０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とするとよい。

触覚用パネル１０４の平面形状としては、図８に示すように、触覚用パネル１０４の長辺に沿った幅を幅Ｗとし、触覚用パネル１０４の短辺に沿った幅を幅Ｈとすると、長さＷは長さＨの１倍以上２．５倍以下が好適である。また、スペーサー１０３の幅Ｓの合計は幅Ｈの０．４％以上１０％以下が好適であり、幅Ｈは５０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下、幅Ｓは１ｍｍ以上５ｍｍ以下が好適である。

［表示装置による効果］
表示装置１００では上記のように、タッチパネル１０２上に間隙Ｒを介して触覚用パネル１０４が配置されている。このため、圧電アクチュエータ１０５によって触覚用パネル１０４に超音波振動が生じても、触覚用パネル１０４がタッチパネル１０２と接触せず、接触による振動の阻害が生じない。さらに、触覚用パネル１０４及び間隙Ｒが、外部からの物理的衝撃がタッチパネル１０２及びディスプレイパネル１０１へ伝達されることを防止するため、カバーガラス１１２の厚みである第３厚みＤ３（図９参照）を薄くするか、無くすことができる。これにより、触覚提示機構を付加しても表示装置１００の全体の厚みを抑えることができる。

さらに、触覚用パネル１０４の厚みである第４厚みＤ４を０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることにより、触覚用パネル１０４の低周波振動の減衰を防止することができる。このため、図１に示すように触覚用パネル１０４の端部近傍に配置した圧電アクチュエータ１０５に低周波振動を生じさせることでフォースフィードバック機能を実現することができる。したがって、表示装置１００では、触覚用パネル１０４の超音波振動による触感機能と触覚用パネル１０４の低周波振動によるフォースフィードバック機能を１つの圧電アクチュエータ１０５によって実現することが可能である。

［変形例］
図１２は、本発明の変形例に係る表示装置１００の模式図である。同図に示すようにタッチパネル１０２は、カバーガラス１１２（図１参照）を備えず、タッチパネル本体１１１のみを備えるものであってもよい。この構造ではタッチパネル本体１１１がカバーガラスを兼ねる。図１２に示すように、タッチパネル本体１１１の厚みを第6厚みＤ６とすると、第６厚みＤ６は０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることができる。この構造においても触覚用パネル１０４の厚みである第４厚みＤ４と間隙Ｒの厚みである第２厚みＤ２がタッチパネル１０２上に追加され、表示装置１００の強度が向上しているため、第６厚みＤ６を０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に薄くすることが可能である。

１００…表示装置
１０１…ディスプレイパネル
１０２…タッチパネル
１０２ａ…第１主面
１０２ｂ…第２主面
１０３…スペーサー
１０４…触覚用パネル
１０４ｂ…第３主面
１０４ｃ…第４主面
１０５…圧電アクチュエータ
１１１…タッチパネル本体
１１２…カバーガラス

Claims

ディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネル上に配置され、前記ディスプレイパネル側の第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面を有するタッチパネルと、
前記第２主面上に配置されたスペーサーと、
前記スペーサー上に配置され、前記第２主面と間隙を介して対向する第３主面と、前記第３主面とは反対側の第４主面を有する触覚用パネルと、
前記第３主面上に配置され、振動を発生する圧電アクチュエータと
を具備し、
前記第２主面から前記第４主面までの厚みを第１厚みとし、前記第２主面から前記第３主面までの厚みを第２厚みとすると、前記第１厚みは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下かつ、前記第２厚みに０．３ｍｍを加算した厚み以上、前記第２厚みに１ｍｍを加算した厚み以下である
表示装置。
請求項１に記載の表示装置であって、
前記圧電アクチュエータに超音波帯域の振動を生じさせる超音波駆動信号と、前記圧電アクチュエータに低周波帯域の振動を生じさせる低周波駆動信号を前記圧電アクチュエータに供給する駆動部をさらに具備する
表示装置。
請求項１又は２に記載の表示装置であって、
前記スペーサーは、弾性率が１．０×１０^６Ｐａ以上６．０×１０^６Ｐａ以下の材料からなる
表示装置。
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の表示装置であって、
前記第２厚みは０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である
表示装置。
請求項１から４のうちいずれか１項に記載の表示装置であって、
前記触覚用パネルは、長辺の幅が短辺の幅の１倍以上２．５倍以下である矩形形状を有する
表示装置。
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の表示装置であって、
前記触覚用パネルは、樹脂又はガラスからなる
表示装置。
ディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネル上に配置され、前記ディスプレイパネル側の第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面を有するタッチパネルと、
前記第２主面上に配置されたスペーサーと、
前記スペーサー上に配置され、前記第２主面と間隙を介して対向する第３主面と、前記第３主面とは反対側の第４主面を有する触覚用パネルと、
前記第３主面上に配置され、振動を発生する圧電アクチュエータと
を具備し、
前記第２主面から前記第４主面までの厚みを第１厚みとし、前記第２主面から前記第３主面までの厚みを第２厚みとすると、前記第１厚みは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下かつ、前記第２厚みに０．３ｍｍを加算した厚み以上、前記第２厚みに１ｍｍを加算した厚み以下である
電子機器。