凹凸形成装置および情報入力装置
【課題】明確な凸形状を形成させるとともに、凸形状の形成位置の位置ずれを抑制し、かつ、凸形状の形状、大きさおよび位置を変化させることが可能な凹凸形成装置および情報入力装置を提供する。
【解決手段】この凹凸形成パネル１０（凹凸形成装置）は、上部電極１１ａ（第１電極）と下部電極１１ｃ（第２電極）と、絶縁性を有し、上部電極１１ａと下部電極１１ｃとに挟み込まれているエラストマ層１１ｂとを含む凹凸形成層１１（変形部）と、下部電極１１ｃと絶縁体層１２を介して対向するように配置された複数の固定端形成電極１３（第３電極）とを備え、下部電極１１ｃと固定端形成電極１３とによって固定端を形成するとともに、上部電極１１ａおよび下部電極１１ｃにより、エラストマ層１１ｂを伸長させて固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている。
【解決手段】この凹凸形成パネル１０（凹凸形成装置）は、上部電極１１ａ（第１電極）と下部電極１１ｃ（第２電極）と、絶縁性を有し、上部電極１１ａと下部電極１１ｃとに挟み込まれているエラストマ層１１ｂとを含む凹凸形成層１１（変形部）と、下部電極１１ｃと絶縁体層１２を介して対向するように配置された複数の固定端形成電極１３（第３電極）とを備え、下部電極１１ｃと固定端形成電極１３とによって固定端を形成するとともに、上部電極１１ａおよび下部電極１１ｃにより、エラストマ層１１ｂを伸長させて固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、凹凸形成装置および情報入力装置に関し、特に、変形部が変形することにより凹凸形状を形成する凹凸形成装置および情報入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、変形部が変形することにより凹凸形状を形成する凹凸形成装置および情報入力装置などが知られている（たとえば、特許文献１〜４参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、一対の電極と、電気的刺激により体積が増減する高分子ゲル層（エラストマ層）と、高分子ゲル層の下端面に設けられた膨潤液保持層とを備え、一対の電極間に高分子ゲル層と膨潤液保持層とが挟み込まれるように、装置の全面にわたって一様に設けられた凹凸形成パネルが開示されている。この凹凸形成パネルでは、任意の位置の高分子ゲル層に電圧が印加されると、電圧が印加された位置の高分子ゲルが膨潤液を吸収または排出することにより、高分子ゲルの体積が増減するので、任意の高分子ゲル層の厚みが変化する。これにより、パネルの任意の部分に凹凸形状を形成するように構成されている。
【０００４】
また、上記特許文献２には、複数のセルによって区分けされたパネルシートと、パネルシートのセルの側面にそれぞれ設けられた磁石と、磁石の移動を制御する制御部とを備えたタッチパネル装置が開示されている。このタッチパネル装置では、隣り合うセルの磁石の極を制御部により変化させることによって、磁石同士に斥力または引力が生じる。これにより、セル同士の位置関係が変化して、パネルシートの任意の部分に凹凸形状を形成するように構成されている。
【０００５】
また、上記特許文献３には、一対の電極および一対の電極に挟み込まれた起歪層（エラストマ層）を含む動作部（変形部）と、動作部の両端を支持するフレーム部（固定端）とを備えた電気信号変位変換装置が開示されている。この電気信号変位変換装置では、電気信号が起歪層に伝えられることにより、起歪層が歪み、固定端によって両端を支持されている動作部は厚み方向に変位する。これによって、一定形状の凸形状が装置上の決められた位置に生じる。これにより、電気信号変位変換装置に凹凸形状を形成するように構成されている。
【０００６】
また、上記特許文献４には、一対のシートと、一対のシートに挟み込まれた可逆的に伸張制御可能な素子と、素子に信号を伝えるための端子とを備えた凹凸表示装置が開示されている。この凹凸表示装置では、任意の素子に信号が伝えられることにより、素子がシートに対して垂直な方向に変形してシートを盛り上げることによって、装置の任意の部分の厚みを変化させる。これにより、装置の任意の部分に凹凸形状を形成するように構成されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２０３０２５号公報
【特許文献２】特開２００６−２８５７８５号公報
【特許文献３】特開平８−１１４４０８号公報
【特許文献４】特開平６−３３２６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の凹凸形成パネルでは、高分子ゲルが装置の全面にわたって一様に設けられているため、電圧が印加された位置の高分子ゲルの体積変化に伴って、その周辺の高分子ゲルも影響を受けて体積変化する。このため、明確な凸形状を形成させることができないという問題点があると考えられる。
【０００９】
また、上記特許文献２に記載のタッチパネル装置では、同じ極を持つ磁石同士に働く斥力により、磁石の移動方向と垂直な方向である装置の面方向への変位が発生するため、セルの位置がずれる場合がある。これにより、セルが複数個集まって凸形状を形成する場合には、凸形状の形成位置がずれる場合があるいう問題点があると考えられる。
【００１０】
また、上記特許文献３に記載の電気信号変位変換装置では、動作部の両端をフレーム部によって固定する必要があるため、一定形状の凸形状を装置上の決められた位置にしか生じさせることしかできず、凸形状の形状、大きさおよび位置を変化させることができないという問題点がある。
【００１１】
また、上記特許文献４では、素子について可逆的に伸長制御可能と記載されているのみであり、素子の具体的な構造ならびに動作の詳細が記載されていない。このため、凹凸形成の詳細が開示されていない。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、明確な凸形状を形成させるとともに、凸形状の形成位置の位置ずれを抑制し、かつ、凸形状の形状、大きさおよび位置を変化させることが可能な凹凸形成装置および情報入力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１３】
この発明の第１の局面による凹凸形成装置は、第１電極と、第１電極と対向するように設けられた第２電極と、絶縁性を有し、第１電極と第２電極とに挟み込まれているエラストマ層とを含む変形部と、変形部の第２電極と絶縁体層を介して対向するように配置された複数の第３電極とを備え、第２電極と第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、第２電極と第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、第１電極および第２電極に電圧を印加することにより、エラストマ層を伸長させて固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている。
【００１４】
この第１の局面による凹凸形成装置では、上記のように、第２電極と第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、第２電極と第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、第１電極および第２電極に電圧を印加することにより、エラストマ層を伸長させて固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成する。このように構成することによって、凸形状の形成領域の周辺を取り囲むように固定端を設けることにより、凸形状の形成領域は明確な凸部を形成するように凸形状に変形することができるので、変形部において明確な凸形状を形成させることができる。また、固定端を形成することによって、凹凸形成装置の固定端に挟まれた領域に凸部が形成されるので、固定端により凸形状の形成位置の位置ずれを抑制することができる。また、第３電極の電荷を与える位置を変化させることにより、第２電極と第３電極とが静電引力によって引き合う位置が変化する。この結果、凹凸形成装置において固定端の位置を変化させることができるので、変形部において凸形状の形状、大きさおよび位置を変化させることができる。
【００１５】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、第３電極は、マトリクス状に設けられている。このように構成すれば、固定端を凹凸形成装置の任意の位置に設けることができるので、変形部において任意の位置に凸形状を形成させることができる。
【００１６】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、絶縁体層の硬度は、エラストマ層の硬度よりも大きくなるように構成されている。このように構成すれば、固定端の形成時に第２電極と第３電極とを静電引力により引き合わせた場合にも、第２電極と第３電極との間に挟み込まれている絶縁体層が変形するのを抑制することができるので、絶縁体層の変形に起因して固定端の位置がずれるのを抑制することができる。この結果、凸形状の形成位置の位置ずれを、より確実に、抑制することができる。
【００１７】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、第２電極は、第３電極とそれぞれ対向するように複数設けられている。このように構成すれば、全面に形成された第２電極と比べて、第２電極の総面積を小さくすることができる。これにより、全面に形成された第２電極に電圧を印加する場合と比べて、第１電極および第２電極による凸形状を形成するための消費電力と、第２電極および第３電極による固定端を形成するための消費電力とを小さくすることができる。
【００１８】
この発明の第２の局面による情報入力装置は、第１電極と、第１電極と対向するように設けられた第２電極と、絶縁性を有し、第１電極と第２電極とに挟み込まれているエラストマ層とを含む変形部と、変形部の第２電極と絶縁体層を介して対向するように配置された複数の第３電極とを含み、第２電極と第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、第２電極と第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、第１電極および第２電極に電圧を印加することにより、エラストマ層を伸長させて固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている凹凸形成装置と、凹凸形成装置に重ねて配置される表示装置とを備え、凹凸形成装置は、表示装置に表示される入力用画像に応じて凹凸形成装置の変形部を凹凸形状に変形させることによって、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成されている。
【００１９】
この発明の第２の局面による情報入力装置では、上記のように、第２電極と第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、第２電極と第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、第１電極および第２電極に電圧を印加することにより、エラストマ層を伸長させて固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている。このように構成することによって、凸形状の形成領域の周辺を取り囲むように固定端を設けることにより、凸形状の形成領域は明確な凸部を形成するように凸形状に変形することができるので、変形部において明確な凸形状を形成させることができる。また、固定端を形成することによって、固定端に挟まれた領域に凸部が形成されるので、固定端により凸形状の形成位置の位置ずれを抑制することができる。また、第３電極の電荷を与える位置を変化させることにより、第２電極と第３電極とが静電引力によって引き合う位置が変化する。この結果、固定端の位置を変化させることができるので、変形部において凸形状の形状、大きさおよび位置を変化させることができる。また、凹凸形成装置に重ねて配置される表示装置に表示される入力用画像に応じて変形部を凹凸形状に変化させることにより、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成することによって、表示装置が表示する入力用画像（テンキーの画像や再生または停止ボタンなどの画像、チャンネル選択ボタンの画像など）に応じた入力用凸部を形成することができる。
【００２０】
この場合において、好ましくは、凹凸形成装置は、表示装置の上方に配置された場合に、表示装置に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により構成されている。このように構成すれば、凹凸形成装置を表示装置の上方に重ねた状態で入力用画像を視認することができるので、使用者が触れる側に凹凸形成装置を配置することが可能になる。これにより、凹凸形成装置の変形部により形成された入力用凸部の凸形状を使用者がより明確に感じ取ることができるので、確実な入力操作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示した斜視図である。また、図２〜図５は、図１に示した本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの詳細な構造を示した図である。図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態によるリモートコントローラ１００の構成について説明する。なお、本実施形態では、情報入力装置の一例であるリモートコントローラ１００に本発明を適用した場合について説明する。
【００２３】
本発明の第１実施形態によるリモートコントローラ１００は、図１および図２に示すように、凹凸形成パネル１０と、表面保護膜２０と、入力用画像を表示する表示装置３０と、それらを収納する筐体４０とを備えている。リモートコントローラ１００には、図１に示すように、表面保護膜２０の表面から上方に突出するように入力用凸部１０１が形成されている。なお、凹凸形成パネル１０は、本発明の「凹凸形成装置」の一例である。
【００２４】
ここで、第１実施形態では、リモートコントローラ１００の凹凸形成パネル１０は、図２に示すように、平面的に見て、表示装置３０と同一の長方形形状を有し、表示装置３０の上方に重ねて配置される。また、凹凸形成パネル１０は、表示装置３０に表示される入力用画像に応じて凹凸形状に変化されるように構成されている。
【００２５】
また、リモートコントローラ１００の表面保護膜２０は、図２に示すように、平面的に見て、凹凸形成パネル１０と同一の長方形形状を有し、凹凸形成パネル１０の上方に重ねて配置される。
【００２６】
ここで、第１実施形態では、表面保護膜２０は、表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料で、かつ、後述する凹凸形成パネル１０の凹凸形成層１１が凸形状に変形するのに伴って弾性変形可能な材料により構成されている。
【００２７】
また、リモートコントローラ１００の表示装置３０は、図２に示すように、平面的に見て、凹凸形成パネル１０および表面保護膜２０と同一の長方形形状を有する。この表示装置３０は、たとえば、テンキーの画像、再生または停止ボタンなどの画像、チャンネル選択ボタンの画像などの必要とされる入力情報に応じた入力用画像を表示するように構成されている。
【００２８】
ここで、第１実施形態では、リモートコントローラ１００の凹凸形成パネル１０は、図２および図５に示すように、凹凸形成層１１と、絶縁体層１２と、複数の固定端形成電極１３と、固定端形成電極１３が設けられている基板１４とを含む。なお、凹凸形成層１１および固定端形成電極１３は、それぞれ本発明の「変形部」および「第３電極」の一例である。
【００２９】
また、凹凸形成パネル１０の凹凸形成層１１は、図２および図５に示すように、上部電極１１ａと、エラストマ層１１ｂと、下部電極１１ｃとを有する。また、凹凸形成層１１を構成する上部電極１１ａ、エラストマ層１１ｂおよび下部電極１１ｃは、それぞれ凹凸形成パネル１０と同一の長方形形状を有している。
【００３０】
ここで、第１実施形態では、エラストマ層１１ｂは、絶縁性を有し、電圧印加により必要量の伸びが得られるエラストマからなる層である。このエラストマ層１１ｂは、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料からなり、たとえば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、またはシリコン樹脂などからなる。また、上部電極１１ａおよび下部電極１１ｃは、導電性を有し、エラストマ層１１ｂが凸形状に変形するのに伴って弾性変形することが可能な材料で、かつ、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料により構成されており、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などの透明導電膜からなる。また、エラストマ層１１ｂは、図２および図５に示すように、上部電極１１ａおよび下部電極１１ｃとそれぞれ上面および下面の全面で接触することにより、上部電極１１ａと下部電極１１ｃとに挟み込まれている。なお、上部電極１１ａおよび下部電極１１ｃは、本発明の「第１電極」および「第２電極」の一例である。
【００３１】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０の絶縁体層１２は、図２および図５に示すように、凹凸形成層１１の下部電極１１ｃおよび固定端形成電極１３とそれぞれ上面および下面の全面で接触することにより、下部電極１１ｃと固定端形成電極１３とに挟み込まれている。また、絶縁体層１２は、図２および図５に示すように、凹凸形成パネル１０と同一の長方形形状を有しており、凹凸形成層１１のエラストマ層１１ｂよりも小さい厚みを有する。
【００３２】
また、第１実施形態では、絶縁体層１２は、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料からなり、たとえば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、またはシリコン樹脂などからなる。また、絶縁体層１２は、凹凸形成層１１のエラストマ層１１ｂよりも硬度の大きい材料からなる。たとえば、同一モノマーからなる樹脂であっても、絶縁体層１２に用いる材料をエラストマ層１１ｂに用いる材料よりも架橋度を大きくすることにより、絶縁体層１２を凹凸形成層１１のエラストマ層１１ｂよりも硬度を大きくすることが可能である。
【００３３】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０の固定端形成電極１３が上面に設けられた基板１４は、図２および図５に示すように、上面には固定端形成電極１３を介して絶縁体層１２が設けられており、下面には表示装置３０が設けられていることにより、絶縁体層１２と表示装置３０とに挟み込まれている。これにより、基板１４の上面に設けられた固定端形成電極１３と、絶縁体層１２の上面に設けられた凹凸形成層１１の下部電極１１ｃとは、絶縁体層１２を介して対向するように配置されることになる。また、凹凸形成パネル１０の基板１４は、ガラス基板などの絶縁性を有し、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料からなる。
【００３４】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０の固定端形成電極１３は、図２〜図５に示すように、凹凸形成パネル１０の基板１４の全面にわたってマトリクス状に複数設けられている。ここで、複数の固定端形成電極１３は、一般的に知られた、いわゆるアクティブマトリクス方式により設けられている。具体的には、基板１４は、複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１４ａを有し、固定端形成電極１３は、Ｘ方向に延びるゲート線１４ｂおよびＹ方向に延びるデータ線１４ｃとＴＦＴ１４ａを介して接続されている。ゲート線１４ｂにアドレス信号が印加されると、ゲート線１４ｂと接続されたＸ方向の全ての固定端形成電極１３が接続されているＴＦＴ１４ａはオン状態になる。このとき、それぞれのデータ線１４ｃに印加された電圧は、アドレス信号の印加されたゲート線１４ｂと接続された固定端形成電極１３のそれぞれに、オン状態のＴＦＴ１４ａを介して印加される。一方、アドレス信号が印加されないゲート線１４ｂに接続されるＴＦＴ１４ａはオフ状態になっていることにより、そのオフ状態のＴＦＴ１４ａに接続される固定端形成電極１３には、電圧が印加されたデータ線１４ｃからの電圧は印加されない。したがって、任意のゲート線１４ｂにアドレス信号を印加し、かつ、任意のデータ線１４ｃに所定の電圧を印加することにより、マトリクス状に配列された固定端形成電極１３のうち、任意の固定端形成電極１３に電圧を印加することが出来るように構成されている。
【００３５】
また、第１実施形態では、固定端形成電極１３は、導電性を有し、かつ、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料で構成されており、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などの透明導電膜からなる。
【００３６】
図５〜図９は、本発明の第１実施形態による凹凸形成パネルの変形の状態を説明するための、図３の２００−２００線に沿った断面図である。次に、図５〜図９を参照して、本発明の第１実施形態における凹凸形成パネル１０の変形動作を説明する。
【００３７】
凹凸形成パネル１０の凹凸形成層１１は、図５に示すように、電圧無印加時は平板形状を有している。ここで、図６に示すように、凹凸形成層１１の下部電極１１ｃに負の電荷を与え、任意の固定端形成電極１３に正の電荷を与えると、下部電極１１ｃと任意の固定端形成電極１３とは、絶縁体層１２を挟んで静電引力により引き合わされる。これにより、下部電極１１ｃのうち正の電荷を与えられた固定端形成電極１３と対向する部分は、移動することができなくなるので、下部電極１１ｃのうち固定端形成電極１３と対向する部分と固定端形成電極１３とにより、固定端が構成される。その後、上部電極１１ａに正の電荷を与えると、上部電極１１ａと下部電極１１ｃとは、エラストマ層１１ｂを挟んで静電引力により引き合わされる。ここで、エラストマ層１１ｂは電圧印加により必要量の伸びが得られるエラストマからなるので、上部電極１１ａと下部電極１１ｃとが引き合わされるのに伴い、凹凸形成パネル１０の面方向であるＸ方向およびＹ方向（図３参照）に伸張しようとする。このとき、下部電極１１ｃの固定端形成電極１３と対向する部分は、固定端形成電極１３と固定端を構成しており移動することができないので、エラストマ層１１ｂは伸張が制限される。これにより、エラストマ層１１ｂが座屈変形することによって凸形状に変化する。これに伴い、エラストマ層１１ｂとそれぞれ上面および下面の全面で接触している、上部電極１１ａおよび下部電極１１ｃの固定端を構成していない部分は、エラストマ層１１ｂと同様に凸形状に変化する。この結果、図７に示すように、凹凸形成層１１の任意の位置に凸形状が形成される。
【００３８】
また、上部電極１１ａ、下部電極１１ｃおよび固定端形成電極１３の電荷を解除した後に、再度別の位置の固定端形成電極１３に正の電荷を与えるとともに、下部電極１１ｃに負の電荷を与え、その後、上部電極１１ａに正の電荷を与えると、形成された凹凸形成層１１の凸形状（図８参照）は、上部電極１１ａ、下部電極１１ｃおよび固定端形成電極１３の電荷を解除する前の凸形状（図７参照）とは形状、大きさおよび位置が変化する。
【００３９】
また、使用者が、凹凸形成層１１の凸形状を押圧すると、図９に示すように、凸形状は変形する。しかし、押圧を解除すると、図８に示すような押圧する前の凸形状と同様の凸形状が凹凸形成層１１上に復元される。
【００４０】
次に、本発明の第１実施形態におけるリモートコントローラ１００の入力用凸部１０１の形成動作を説明する。
【００４１】
表示装置３０の入力用画像が表示されると同時に、信号が凹凸形成パネル１０の基板１４上のゲート線１４ｂおよびデータ線１４ｃに伝達される。そして、入力用画像が表示されている位置に対応する凹凸形成パネル１０の位置に凸形状を形成するために、その凸形状の形成領域の外縁部に位置する固定端形成電極１３に正の電荷が与えられる。この状態で、下部電極１１ｃに負の電荷を与えると、入力用画像が表示されている位置に対応する凹凸形成パネル１０の凸形状の形成領域の外縁部を取り囲むように固定端が形成される。その後、上部電極１１ａに正の電荷を与えると、入力用画像が表示されている位置に対応する凹凸形成パネル１０の位置に、凸形状が形成される。これにより、図１に示すように、リモートコントローラ１００上の入力用画像が表示されている位置に、所定の形状の入力用凸部１０１が形成される。
【００４２】
第１実施形態では、上記のように、固定端形成電極１３を、凹凸形成パネル１０の基板１４の全面にわたってマトリクス状に複数設けるとともに、固定端形成電極１３と、凹凸形成層１１の下部電極１１ｃとを、対向するように配置する。このように構成することによって、凸形状の形成領域の外縁部を取り囲むように固定端を設けることにより、凸形状の形成領域は明確な凸部を形成するように凸形状に変形することができるので、凹凸形成層１１において明確な凸形状を形成させることができる。また、固定端を形成することによって、凹凸形成パネル１０の固定端に挟まれた領域に凸部が形成されるので、固定端により凸形状の形成位置の位置ずれを抑制することができる。また、固定端形成電極１３の正の電荷を与える位置を変化させることにより、固定端形成電極１３と下部電極１１ｃとが静電引力によって引き合う位置が変化する。この結果、凹凸形成パネル１０において固定端の位置を変化させることができるので、凹凸形成層１１において凸形状の形状、大きさおよび位置を変化させることができる。
【００４３】
また、第１実施形態では、上記のように、絶縁体層１２は、凹凸形成層１１のエラストマ層１１ｂよりも硬度の大きい材料からなることによって、固定端の形成時に下部電極１１ｃと固定端形成電極１３とを静電引力により引き合わせた場合にも、下部電極１１ｃと固定端形成電極１３との間に挟み込まれている絶縁体層１２が変形するのを抑制することができるので、絶縁体層１２の変形に起因して固定端の位置がずれるのを抑制することができる。この結果、凸形状の形成位置の位置ずれを、より確実に、抑制することができる。
【００４４】
また、第１実施形態では、上記のように、凹凸形成パネル１０を、表示装置３０に表示される入力用画像に応じて凹凸形状に変化させるように設けることによって、表示装置３０が表示する入力用画像に応じた入力用凸部１０１を形成することができる。
【００４５】
また、第１実施形態では、上記のように、凹凸形成層１１の上部電極１１ａ、エラストマ層１１ｂおよび下部電極１１ｃと、絶縁体層１２と、固定端形成電極１３と、基板１４と、表面保護膜２０とを、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料からなるように構成することによって、凹凸形成パネル１０を表示装置３０の上方に重ねた状態で入力用画像を視認することができるので、使用者が触れる側に凹凸形成パネル１０を配置することが可能になる。これにより、凹凸形成パネル１０の凹凸形成層１１により形成された入力用凸部１０１の凸形状を使用者がより明確に感じ取ることができるので、確実な入力操作を行うことができる。
【００４６】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示した分解斜視図である。図１１〜図１４は、図１０に示した本発明の第２実施形態によるリモートコントローラの詳細な構造および動作を示した図である。図１０〜図１４を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、凹凸形成パネル１１０の基板１４上にマトリクス状に複数設けられている固定端形成電極１３と対向するように、凹凸形成パネル１１０の凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃがマトリクス状に複数設けられている例について説明する。
【００４７】
本発明の第２実施形態による凹凸形成パネル１１０の凹凸形成層１１１は、図１０および図１２に示すように、上部電極１１ａと、エラストマ層１１ｂと、複数の下部電極１１１ｃと、下部電極１１１ｃが設けられている基板１１１ｄとを有する。
【００４８】
ここで、第２実施形態では、凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃは、図１０〜図１２に示すように、凹凸形成パネル１１０の基板１４上にマトリクス状に複数設けられている固定端形成電極１３と対向するように、マトリクス状に複数設けられている。具体的には、図１１に示すように、Ｙ方向に延びる配線１１１ｅが基板１１１ｄ上の全面にわたって設けられている。そして配線１１１ｅ上の一定間隔ごとに下部電極１１１ｃが接続されている。これにより、凹凸形成層１１１の基板１１１ｄの全面にわたって、下部電極１１１ｃがマトリクス状に複数設けられることになる。
【００４９】
また、第２実施形態では、下部電極１１１ｃが設けられた基板１１１ｄは、表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料で、かつ、凹凸形成層１１１のエラストマ層１１ｂが凸形状に変形するのに伴って変形可能な材料により構成されている。
【００５０】
図１３および図１４は、本発明の第２実施形態による凹凸形成層の変形の状態を説明するための、図１１の３００−３００線に沿った拡大断面図である。次に、図１３および図１４を参照して、本発明の第２実施形態における凹凸形成パネル１１０の変形動作を説明する。
【００５１】
凹凸形成パネル１１０の凹凸形成層１１１は、図１３に示すように、電圧無印加時は平板形状を有している。ここで、図１４に示すように、凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃに負の電荷を与え、凹凸形成層１１１の上部電極１１ａに正の電荷を与えると同時に、任意の固定端形成電極１３に正の電荷を与える。これにより、上部電極１１ａと下部電極１１１ｃとが静電引力により引き合うと同時に、下部電極１１１ｃと対向する正の電荷が与えられた固定端形成電極１３と、下部電極１１１ｃとが静電引力により引き合う。この際、上部電極１１ａと下部電極１１１ｃとが引き合うことによって、下部電極１１１ｃが正の電荷が与えられた固定端形成電極１３と対向する位置からずれた場合であっても、下部電極１１１ｃと対向する正の電荷が与えられた固定端形成電極１３と、下部電極１１１ｃとに働く静電引力により、下部電極１１１ｃには元の位置に戻る力が働く。これにより、正の電荷が与えられた固定端形成電極１３と対応する位置に下部電極１１１ｃが配置されることによって、凹凸形成層１１１において、凸形状の形成と固定端の形成とを同時に行うことが可能である。この結果、図１４に示すように、凹凸形成パネル１１０に凸形状が形成される。
【００５２】
第２実施形態では、上記のように、凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃを、凹凸形成パネル１１０の基板１４上にマトリクス状に複数設けられている固定端形成電極１３と対向するように、マトリクス状に複数設けることによって、第１実施形態における全面に形成された下部電極１１ｃと比べて、下部電極１１１ｃの総面積を小さくすることができる。これにより、全面に形成された下部電極１１ｃに電圧を印加する場合と比べて、上部電極１１ａおよび下部電極１１１ｃによる凸形状を形成するための消費電力と、下部電極１１１ｃおよび固定端形成電極１３による固定端を形成するための消費電力とを小さくすることができる。
【００５３】
なお、第２実施形態のその他の構成、動作および効果は、上記第１実施形態と基本的に同様である。
【００５４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５５】
たとえば、上記第１実施形態および第２実施形態では、本発明の情報入力装置の一例としてリモートコントローラ１００を示したが、本発明はこれに限らず、リモートコントローラ以外の情報入力装置にも適用可能である。
【００５６】
また、上記第１実施形態および第２実施形態では、図２および図１０に示すように、凹凸形成パネル１０および１１０が表示装置３０の上方に重ねて配置されている例を示したが、本発明はこれに限らず、凹凸形成パネルが表示装置の下方に配置されていてもよい。
【００５７】
また、上記第１実施形態では、固定端形成電極１３を凹凸形成パネル１０の全面にわたってマトリクス状に複数設ける例を示すとともに、上記第２実施形態では、凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃを、凹凸形成パネル１１０の全面にわたってマトリクス状に複数設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、固定端形成電極および下部電極をマトリクス状以外のたとえば千鳥配列をなすように配置してもよい。
【００５８】
また、上記第２実施形態では、凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃをマトリクス状に複数設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、凹凸形成層の上部電極もマトリクス状に複数設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示した分解斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による基板上に設けられた固定端形成電極の構成を示した平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による基板上に設けられた固定端形成電極の構成を示した拡大平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による凹凸形成パネルの構成を示した、図３の２００−２００線に沿った断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による、固定端を形成した後の凹凸形成パネルの変形前の状態を示した、図３の２００−２００線に沿った拡大断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による、固定端を形成した後の凹凸形成パネルの変形後の状態を示した、図３の２００−２００線に沿った拡大断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による、固定端を変化させた場合における凹凸形成パネルの変形後の状態を示した、図３の２００−２００線に沿った拡大断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態による、固定端を変化させた場合における変形後の凹凸形成パネルおよび表面保護膜を使用者が押圧した状態を模式的に示した、図３の２００−２００線に沿った拡大断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示した分解斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による凹凸形成層の構成を示した平面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による凹凸形成層の構成を示した、図１１の３００−３００線に沿った断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による凹凸形成パネルの変形前の状態を示した、図１１の３００−３００線に沿った拡大断面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態による、固定端を形成した後の凹凸形成パネルの変形後の状態を示した、図１１の３００−３００線に沿った拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０、１１０ 凹凸形成パネル（凹凸形成装置）
１１、１１１ 凹凸形成層（変形部）
１１ａ 上部電極（第１電極）
１１ｂ エラストマ層
１１ｃ、１１１ｃ 下部電極（第２電極）
１２ 絶縁体層
１３ 固定端形成電極（第３電極）
３０ 表示装置
１００ リモートコントローラ
１０１ 入力用凸部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、凹凸形成装置および情報入力装置に関し、特に、変形部が変形することにより凹凸形状を形成する凹凸形成装置および情報入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、変形部が変形することにより凹凸形状を形成する凹凸形成装置および情報入力装置などが知られている（たとえば、特許文献１〜４参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、一対の電極と、電気的刺激により体積が増減する高分子ゲル層（エラストマ層）と、高分子ゲル層の下端面に設けられた膨潤液保持層とを備え、一対の電極間に高分子ゲル層と膨潤液保持層とが挟み込まれるように、装置の全面にわたって一様に設けられた凹凸形成パネルが開示されている。この凹凸形成パネルでは、任意の位置の高分子ゲル層に電圧が印加されると、電圧が印加された位置の高分子ゲルが膨潤液を吸収または排出することにより、高分子ゲルの体積が増減するので、任意の高分子ゲル層の厚みが変化する。これにより、パネルの任意の部分に凹凸形状を形成するように構成されている。
【０００４】
また、上記特許文献２には、複数のセルによって区分けされたパネルシートと、パネルシートのセルの側面にそれぞれ設けられた磁石と、磁石の移動を制御する制御部とを備えたタッチパネル装置が開示されている。このタッチパネル装置では、隣り合うセルの磁石の極を制御部により変化させることによって、磁石同士に斥力または引力が生じる。これにより、セル同士の位置関係が変化して、パネルシートの任意の部分に凹凸形状を形成するように構成されている。
【０００５】
また、上記特許文献３には、一対の電極および一対の電極に挟み込まれた起歪層（エラストマ層）を含む動作部（変形部）と、動作部の両端を支持するフレーム部（固定端）とを備えた電気信号変位変換装置が開示されている。この電気信号変位変換装置では、電気信号が起歪層に伝えられることにより、起歪層が歪み、固定端によって両端を支持されている動作部は厚み方向に変位する。これによって、一定形状の凸形状が装置上の決められた位置に生じる。これにより、電気信号変位変換装置に凹凸形状を形成するように構成されている。
【０００６】
また、上記特許文献４には、一対のシートと、一対のシートに挟み込まれた可逆的に伸張制御可能な素子と、素子に信号を伝えるための端子とを備えた凹凸表示装置が開示されている。この凹凸表示装置では、任意の素子に信号が伝えられることにより、素子がシートに対して垂直な方向に変形してシートを盛り上げることによって、装置の任意の部分の厚みを変化させる。これにより、装置の任意の部分に凹凸形状を形成するように構成されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２０３０２５号公報
【特許文献２】特開２００６−２８５７８５号公報
【特許文献３】特開平８−１１４４０８号公報
【特許文献４】特開平６−３３２６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の凹凸形成パネルでは、高分子ゲルが装置の全面にわたって一様に設けられているため、電圧が印加された位置の高分子ゲルの体積変化に伴って、その周辺の高分子ゲルも影響を受けて体積変化する。このため、明確な凸形状を形成させることができないという問題点があると考えられる。
【０００９】
また、上記特許文献２に記載のタッチパネル装置では、同じ極を持つ磁石同士に働く斥力により、磁石の移動方向と垂直な方向である装置の面方向への変位が発生するため、セルの位置がずれる場合がある。これにより、セルが複数個集まって凸形状を形成する場合には、凸形状の形成位置がずれる場合があるいう問題点があると考えられる。
【００１０】
また、上記特許文献３に記載の電気信号変位変換装置では、動作部の両端をフレーム部によって固定する必要があるため、一定形状の凸形状を装置上の決められた位置にしか生じさせることしかできず、凸形状の形状、大きさおよび位置を変化させることができないという問題点がある。
【００１１】
また、上記特許文献４では、素子について可逆的に伸長制御可能と記載されているのみであり、素子の具体的な構造ならびに動作の詳細が記載されていない。このため、凹凸形成の詳細が開示されていない。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、明確な凸形状を形成させるとともに、凸形状の形成位置の位置ずれを抑制し、かつ、凸形状の形状、大きさおよび位置を変化させることが可能な凹凸形成装置および情報入力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１３】
この発明の第１の局面による凹凸形成装置は、第１電極と、第１電極と対向するように設けられた第２電極と、絶縁性を有し、第１電極と第２電極とに挟み込まれているエラストマ層とを含む変形部と、変形部の第２電極と絶縁体層を介して対向するように配置された複数の第３電極とを備え、第２電極と第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、第２電極と第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、第１電極および第２電極に電圧を印加することにより、エラストマ層を伸長させて固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている。
【００１４】
この第１の局面による凹凸形成装置では、上記のように、第２電極と第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、第２電極と第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、第１電極および第２電極に電圧を印加することにより、エラストマ層を伸長させて固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成する。このように構成することによって、凸形状の形成領域の周辺を取り囲むように固定端を設けることにより、凸形状の形成領域は明確な凸部を形成するように凸形状に変形することができるので、変形部において明確な凸形状を形成させることができる。また、固定端を形成することによって、凹凸形成装置の固定端に挟まれた領域に凸部が形成されるので、固定端により凸形状の形成位置の位置ずれを抑制することができる。また、第３電極の電荷を与える位置を変化させることにより、第２電極と第３電極とが静電引力によって引き合う位置が変化する。この結果、凹凸形成装置において固定端の位置を変化させることができるので、変形部において凸形状の形状、大きさおよび位置を変化させることができる。
【００１５】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、第３電極は、マトリクス状に設けられている。このように構成すれば、固定端を凹凸形成装置の任意の位置に設けることができるので、変形部において任意の位置に凸形状を形成させることができる。
【００１６】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、絶縁体層の硬度は、エラストマ層の硬度よりも大きくなるように構成されている。このように構成すれば、固定端の形成時に第２電極と第３電極とを静電引力により引き合わせた場合にも、第２電極と第３電極との間に挟み込まれている絶縁体層が変形するのを抑制することができるので、絶縁体層の変形に起因して固定端の位置がずれるのを抑制することができる。この結果、凸形状の形成位置の位置ずれを、より確実に、抑制することができる。
【００１７】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、第２電極は、第３電極とそれぞれ対向するように複数設けられている。このように構成すれば、全面に形成された第２電極と比べて、第２電極の総面積を小さくすることができる。これにより、全面に形成された第２電極に電圧を印加する場合と比べて、第１電極および第２電極による凸形状を形成するための消費電力と、第２電極および第３電極による固定端を形成するための消費電力とを小さくすることができる。
【００１８】
この発明の第２の局面による情報入力装置は、第１電極と、第１電極と対向するように設けられた第２電極と、絶縁性を有し、第１電極と第２電極とに挟み込まれているエラストマ層とを含む変形部と、変形部の第２電極と絶縁体層を介して対向するように配置された複数の第３電極とを含み、第２電極と第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、第２電極と第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、第１電極および第２電極に電圧を印加することにより、エラストマ層を伸長させて固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている凹凸形成装置と、凹凸形成装置に重ねて配置される表示装置とを備え、凹凸形成装置は、表示装置に表示される入力用画像に応じて凹凸形成装置の変形部を凹凸形状に変形させることによって、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成されている。
【００１９】
この発明の第２の局面による情報入力装置では、上記のように、第２電極と第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、第２電極と第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、第１電極および第２電極に電圧を印加することにより、エラストマ層を伸長させて固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている。このように構成することによって、凸形状の形成領域の周辺を取り囲むように固定端を設けることにより、凸形状の形成領域は明確な凸部を形成するように凸形状に変形することができるので、変形部において明確な凸形状を形成させることができる。また、固定端を形成することによって、固定端に挟まれた領域に凸部が形成されるので、固定端により凸形状の形成位置の位置ずれを抑制することができる。また、第３電極の電荷を与える位置を変化させることにより、第２電極と第３電極とが静電引力によって引き合う位置が変化する。この結果、固定端の位置を変化させることができるので、変形部において凸形状の形状、大きさおよび位置を変化させることができる。また、凹凸形成装置に重ねて配置される表示装置に表示される入力用画像に応じて変形部を凹凸形状に変化させることにより、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成することによって、表示装置が表示する入力用画像（テンキーの画像や再生または停止ボタンなどの画像、チャンネル選択ボタンの画像など）に応じた入力用凸部を形成することができる。
【００２０】
この場合において、好ましくは、凹凸形成装置は、表示装置の上方に配置された場合に、表示装置に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により構成されている。このように構成すれば、凹凸形成装置を表示装置の上方に重ねた状態で入力用画像を視認することができるので、使用者が触れる側に凹凸形成装置を配置することが可能になる。これにより、凹凸形成装置の変形部により形成された入力用凸部の凸形状を使用者がより明確に感じ取ることができるので、確実な入力操作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示した斜視図である。また、図２〜図５は、図１に示した本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの詳細な構造を示した図である。図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態によるリモートコントローラ１００の構成について説明する。なお、本実施形態では、情報入力装置の一例であるリモートコントローラ１００に本発明を適用した場合について説明する。
【００２３】
本発明の第１実施形態によるリモートコントローラ１００は、図１および図２に示すように、凹凸形成パネル１０と、表面保護膜２０と、入力用画像を表示する表示装置３０と、それらを収納する筐体４０とを備えている。リモートコントローラ１００には、図１に示すように、表面保護膜２０の表面から上方に突出するように入力用凸部１０１が形成されている。なお、凹凸形成パネル１０は、本発明の「凹凸形成装置」の一例である。
【００２４】
ここで、第１実施形態では、リモートコントローラ１００の凹凸形成パネル１０は、図２に示すように、平面的に見て、表示装置３０と同一の長方形形状を有し、表示装置３０の上方に重ねて配置される。また、凹凸形成パネル１０は、表示装置３０に表示される入力用画像に応じて凹凸形状に変化されるように構成されている。
【００２５】
また、リモートコントローラ１００の表面保護膜２０は、図２に示すように、平面的に見て、凹凸形成パネル１０と同一の長方形形状を有し、凹凸形成パネル１０の上方に重ねて配置される。
【００２６】
ここで、第１実施形態では、表面保護膜２０は、表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料で、かつ、後述する凹凸形成パネル１０の凹凸形成層１１が凸形状に変形するのに伴って弾性変形可能な材料により構成されている。
【００２７】
また、リモートコントローラ１００の表示装置３０は、図２に示すように、平面的に見て、凹凸形成パネル１０および表面保護膜２０と同一の長方形形状を有する。この表示装置３０は、たとえば、テンキーの画像、再生または停止ボタンなどの画像、チャンネル選択ボタンの画像などの必要とされる入力情報に応じた入力用画像を表示するように構成されている。
【００２８】
ここで、第１実施形態では、リモートコントローラ１００の凹凸形成パネル１０は、図２および図５に示すように、凹凸形成層１１と、絶縁体層１２と、複数の固定端形成電極１３と、固定端形成電極１３が設けられている基板１４とを含む。なお、凹凸形成層１１および固定端形成電極１３は、それぞれ本発明の「変形部」および「第３電極」の一例である。
【００２９】
また、凹凸形成パネル１０の凹凸形成層１１は、図２および図５に示すように、上部電極１１ａと、エラストマ層１１ｂと、下部電極１１ｃとを有する。また、凹凸形成層１１を構成する上部電極１１ａ、エラストマ層１１ｂおよび下部電極１１ｃは、それぞれ凹凸形成パネル１０と同一の長方形形状を有している。
【００３０】
ここで、第１実施形態では、エラストマ層１１ｂは、絶縁性を有し、電圧印加により必要量の伸びが得られるエラストマからなる層である。このエラストマ層１１ｂは、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料からなり、たとえば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、またはシリコン樹脂などからなる。また、上部電極１１ａおよび下部電極１１ｃは、導電性を有し、エラストマ層１１ｂが凸形状に変形するのに伴って弾性変形することが可能な材料で、かつ、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料により構成されており、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などの透明導電膜からなる。また、エラストマ層１１ｂは、図２および図５に示すように、上部電極１１ａおよび下部電極１１ｃとそれぞれ上面および下面の全面で接触することにより、上部電極１１ａと下部電極１１ｃとに挟み込まれている。なお、上部電極１１ａおよび下部電極１１ｃは、本発明の「第１電極」および「第２電極」の一例である。
【００３１】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０の絶縁体層１２は、図２および図５に示すように、凹凸形成層１１の下部電極１１ｃおよび固定端形成電極１３とそれぞれ上面および下面の全面で接触することにより、下部電極１１ｃと固定端形成電極１３とに挟み込まれている。また、絶縁体層１２は、図２および図５に示すように、凹凸形成パネル１０と同一の長方形形状を有しており、凹凸形成層１１のエラストマ層１１ｂよりも小さい厚みを有する。
【００３２】
また、第１実施形態では、絶縁体層１２は、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料からなり、たとえば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、またはシリコン樹脂などからなる。また、絶縁体層１２は、凹凸形成層１１のエラストマ層１１ｂよりも硬度の大きい材料からなる。たとえば、同一モノマーからなる樹脂であっても、絶縁体層１２に用いる材料をエラストマ層１１ｂに用いる材料よりも架橋度を大きくすることにより、絶縁体層１２を凹凸形成層１１のエラストマ層１１ｂよりも硬度を大きくすることが可能である。
【００３３】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０の固定端形成電極１３が上面に設けられた基板１４は、図２および図５に示すように、上面には固定端形成電極１３を介して絶縁体層１２が設けられており、下面には表示装置３０が設けられていることにより、絶縁体層１２と表示装置３０とに挟み込まれている。これにより、基板１４の上面に設けられた固定端形成電極１３と、絶縁体層１２の上面に設けられた凹凸形成層１１の下部電極１１ｃとは、絶縁体層１２を介して対向するように配置されることになる。また、凹凸形成パネル１０の基板１４は、ガラス基板などの絶縁性を有し、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料からなる。
【００３４】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０の固定端形成電極１３は、図２〜図５に示すように、凹凸形成パネル１０の基板１４の全面にわたってマトリクス状に複数設けられている。ここで、複数の固定端形成電極１３は、一般的に知られた、いわゆるアクティブマトリクス方式により設けられている。具体的には、基板１４は、複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１４ａを有し、固定端形成電極１３は、Ｘ方向に延びるゲート線１４ｂおよびＹ方向に延びるデータ線１４ｃとＴＦＴ１４ａを介して接続されている。ゲート線１４ｂにアドレス信号が印加されると、ゲート線１４ｂと接続されたＸ方向の全ての固定端形成電極１３が接続されているＴＦＴ１４ａはオン状態になる。このとき、それぞれのデータ線１４ｃに印加された電圧は、アドレス信号の印加されたゲート線１４ｂと接続された固定端形成電極１３のそれぞれに、オン状態のＴＦＴ１４ａを介して印加される。一方、アドレス信号が印加されないゲート線１４ｂに接続されるＴＦＴ１４ａはオフ状態になっていることにより、そのオフ状態のＴＦＴ１４ａに接続される固定端形成電極１３には、電圧が印加されたデータ線１４ｃからの電圧は印加されない。したがって、任意のゲート線１４ｂにアドレス信号を印加し、かつ、任意のデータ線１４ｃに所定の電圧を印加することにより、マトリクス状に配列された固定端形成電極１３のうち、任意の固定端形成電極１３に電圧を印加することが出来るように構成されている。
【００３５】
また、第１実施形態では、固定端形成電極１３は、導電性を有し、かつ、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料で構成されており、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などの透明導電膜からなる。
【００３６】
図５〜図９は、本発明の第１実施形態による凹凸形成パネルの変形の状態を説明するための、図３の２００−２００線に沿った断面図である。次に、図５〜図９を参照して、本発明の第１実施形態における凹凸形成パネル１０の変形動作を説明する。
【００３７】
凹凸形成パネル１０の凹凸形成層１１は、図５に示すように、電圧無印加時は平板形状を有している。ここで、図６に示すように、凹凸形成層１１の下部電極１１ｃに負の電荷を与え、任意の固定端形成電極１３に正の電荷を与えると、下部電極１１ｃと任意の固定端形成電極１３とは、絶縁体層１２を挟んで静電引力により引き合わされる。これにより、下部電極１１ｃのうち正の電荷を与えられた固定端形成電極１３と対向する部分は、移動することができなくなるので、下部電極１１ｃのうち固定端形成電極１３と対向する部分と固定端形成電極１３とにより、固定端が構成される。その後、上部電極１１ａに正の電荷を与えると、上部電極１１ａと下部電極１１ｃとは、エラストマ層１１ｂを挟んで静電引力により引き合わされる。ここで、エラストマ層１１ｂは電圧印加により必要量の伸びが得られるエラストマからなるので、上部電極１１ａと下部電極１１ｃとが引き合わされるのに伴い、凹凸形成パネル１０の面方向であるＸ方向およびＹ方向（図３参照）に伸張しようとする。このとき、下部電極１１ｃの固定端形成電極１３と対向する部分は、固定端形成電極１３と固定端を構成しており移動することができないので、エラストマ層１１ｂは伸張が制限される。これにより、エラストマ層１１ｂが座屈変形することによって凸形状に変化する。これに伴い、エラストマ層１１ｂとそれぞれ上面および下面の全面で接触している、上部電極１１ａおよび下部電極１１ｃの固定端を構成していない部分は、エラストマ層１１ｂと同様に凸形状に変化する。この結果、図７に示すように、凹凸形成層１１の任意の位置に凸形状が形成される。
【００３８】
また、上部電極１１ａ、下部電極１１ｃおよび固定端形成電極１３の電荷を解除した後に、再度別の位置の固定端形成電極１３に正の電荷を与えるとともに、下部電極１１ｃに負の電荷を与え、その後、上部電極１１ａに正の電荷を与えると、形成された凹凸形成層１１の凸形状（図８参照）は、上部電極１１ａ、下部電極１１ｃおよび固定端形成電極１３の電荷を解除する前の凸形状（図７参照）とは形状、大きさおよび位置が変化する。
【００３９】
また、使用者が、凹凸形成層１１の凸形状を押圧すると、図９に示すように、凸形状は変形する。しかし、押圧を解除すると、図８に示すような押圧する前の凸形状と同様の凸形状が凹凸形成層１１上に復元される。
【００４０】
次に、本発明の第１実施形態におけるリモートコントローラ１００の入力用凸部１０１の形成動作を説明する。
【００４１】
表示装置３０の入力用画像が表示されると同時に、信号が凹凸形成パネル１０の基板１４上のゲート線１４ｂおよびデータ線１４ｃに伝達される。そして、入力用画像が表示されている位置に対応する凹凸形成パネル１０の位置に凸形状を形成するために、その凸形状の形成領域の外縁部に位置する固定端形成電極１３に正の電荷が与えられる。この状態で、下部電極１１ｃに負の電荷を与えると、入力用画像が表示されている位置に対応する凹凸形成パネル１０の凸形状の形成領域の外縁部を取り囲むように固定端が形成される。その後、上部電極１１ａに正の電荷を与えると、入力用画像が表示されている位置に対応する凹凸形成パネル１０の位置に、凸形状が形成される。これにより、図１に示すように、リモートコントローラ１００上の入力用画像が表示されている位置に、所定の形状の入力用凸部１０１が形成される。
【００４２】
第１実施形態では、上記のように、固定端形成電極１３を、凹凸形成パネル１０の基板１４の全面にわたってマトリクス状に複数設けるとともに、固定端形成電極１３と、凹凸形成層１１の下部電極１１ｃとを、対向するように配置する。このように構成することによって、凸形状の形成領域の外縁部を取り囲むように固定端を設けることにより、凸形状の形成領域は明確な凸部を形成するように凸形状に変形することができるので、凹凸形成層１１において明確な凸形状を形成させることができる。また、固定端を形成することによって、凹凸形成パネル１０の固定端に挟まれた領域に凸部が形成されるので、固定端により凸形状の形成位置の位置ずれを抑制することができる。また、固定端形成電極１３の正の電荷を与える位置を変化させることにより、固定端形成電極１３と下部電極１１ｃとが静電引力によって引き合う位置が変化する。この結果、凹凸形成パネル１０において固定端の位置を変化させることができるので、凹凸形成層１１において凸形状の形状、大きさおよび位置を変化させることができる。
【００４３】
また、第１実施形態では、上記のように、絶縁体層１２は、凹凸形成層１１のエラストマ層１１ｂよりも硬度の大きい材料からなることによって、固定端の形成時に下部電極１１ｃと固定端形成電極１３とを静電引力により引き合わせた場合にも、下部電極１１ｃと固定端形成電極１３との間に挟み込まれている絶縁体層１２が変形するのを抑制することができるので、絶縁体層１２の変形に起因して固定端の位置がずれるのを抑制することができる。この結果、凸形状の形成位置の位置ずれを、より確実に、抑制することができる。
【００４４】
また、第１実施形態では、上記のように、凹凸形成パネル１０を、表示装置３０に表示される入力用画像に応じて凹凸形状に変化させるように設けることによって、表示装置３０が表示する入力用画像に応じた入力用凸部１０１を形成することができる。
【００４５】
また、第１実施形態では、上記のように、凹凸形成層１１の上部電極１１ａ、エラストマ層１１ｂおよび下部電極１１ｃと、絶縁体層１２と、固定端形成電極１３と、基板１４と、表面保護膜２０とを、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料からなるように構成することによって、凹凸形成パネル１０を表示装置３０の上方に重ねた状態で入力用画像を視認することができるので、使用者が触れる側に凹凸形成パネル１０を配置することが可能になる。これにより、凹凸形成パネル１０の凹凸形成層１１により形成された入力用凸部１０１の凸形状を使用者がより明確に感じ取ることができるので、確実な入力操作を行うことができる。
【００４６】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示した分解斜視図である。図１１〜図１４は、図１０に示した本発明の第２実施形態によるリモートコントローラの詳細な構造および動作を示した図である。図１０〜図１４を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、凹凸形成パネル１１０の基板１４上にマトリクス状に複数設けられている固定端形成電極１３と対向するように、凹凸形成パネル１１０の凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃがマトリクス状に複数設けられている例について説明する。
【００４７】
本発明の第２実施形態による凹凸形成パネル１１０の凹凸形成層１１１は、図１０および図１２に示すように、上部電極１１ａと、エラストマ層１１ｂと、複数の下部電極１１１ｃと、下部電極１１１ｃが設けられている基板１１１ｄとを有する。
【００４８】
ここで、第２実施形態では、凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃは、図１０〜図１２に示すように、凹凸形成パネル１１０の基板１４上にマトリクス状に複数設けられている固定端形成電極１３と対向するように、マトリクス状に複数設けられている。具体的には、図１１に示すように、Ｙ方向に延びる配線１１１ｅが基板１１１ｄ上の全面にわたって設けられている。そして配線１１１ｅ上の一定間隔ごとに下部電極１１１ｃが接続されている。これにより、凹凸形成層１１１の基板１１１ｄの全面にわたって、下部電極１１１ｃがマトリクス状に複数設けられることになる。
【００４９】
また、第２実施形態では、下部電極１１１ｃが設けられた基板１１１ｄは、表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料で、かつ、凹凸形成層１１１のエラストマ層１１ｂが凸形状に変形するのに伴って変形可能な材料により構成されている。
【００５０】
図１３および図１４は、本発明の第２実施形態による凹凸形成層の変形の状態を説明するための、図１１の３００−３００線に沿った拡大断面図である。次に、図１３および図１４を参照して、本発明の第２実施形態における凹凸形成パネル１１０の変形動作を説明する。
【００５１】
凹凸形成パネル１１０の凹凸形成層１１１は、図１３に示すように、電圧無印加時は平板形状を有している。ここで、図１４に示すように、凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃに負の電荷を与え、凹凸形成層１１１の上部電極１１ａに正の電荷を与えると同時に、任意の固定端形成電極１３に正の電荷を与える。これにより、上部電極１１ａと下部電極１１１ｃとが静電引力により引き合うと同時に、下部電極１１１ｃと対向する正の電荷が与えられた固定端形成電極１３と、下部電極１１１ｃとが静電引力により引き合う。この際、上部電極１１ａと下部電極１１１ｃとが引き合うことによって、下部電極１１１ｃが正の電荷が与えられた固定端形成電極１３と対向する位置からずれた場合であっても、下部電極１１１ｃと対向する正の電荷が与えられた固定端形成電極１３と、下部電極１１１ｃとに働く静電引力により、下部電極１１１ｃには元の位置に戻る力が働く。これにより、正の電荷が与えられた固定端形成電極１３と対応する位置に下部電極１１１ｃが配置されることによって、凹凸形成層１１１において、凸形状の形成と固定端の形成とを同時に行うことが可能である。この結果、図１４に示すように、凹凸形成パネル１１０に凸形状が形成される。
【００５２】
第２実施形態では、上記のように、凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃを、凹凸形成パネル１１０の基板１４上にマトリクス状に複数設けられている固定端形成電極１３と対向するように、マトリクス状に複数設けることによって、第１実施形態における全面に形成された下部電極１１ｃと比べて、下部電極１１１ｃの総面積を小さくすることができる。これにより、全面に形成された下部電極１１ｃに電圧を印加する場合と比べて、上部電極１１ａおよび下部電極１１１ｃによる凸形状を形成するための消費電力と、下部電極１１１ｃおよび固定端形成電極１３による固定端を形成するための消費電力とを小さくすることができる。
【００５３】
なお、第２実施形態のその他の構成、動作および効果は、上記第１実施形態と基本的に同様である。
【００５４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５５】
たとえば、上記第１実施形態および第２実施形態では、本発明の情報入力装置の一例としてリモートコントローラ１００を示したが、本発明はこれに限らず、リモートコントローラ以外の情報入力装置にも適用可能である。
【００５６】
また、上記第１実施形態および第２実施形態では、図２および図１０に示すように、凹凸形成パネル１０および１１０が表示装置３０の上方に重ねて配置されている例を示したが、本発明はこれに限らず、凹凸形成パネルが表示装置の下方に配置されていてもよい。
【００５７】
また、上記第１実施形態では、固定端形成電極１３を凹凸形成パネル１０の全面にわたってマトリクス状に複数設ける例を示すとともに、上記第２実施形態では、凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃを、凹凸形成パネル１１０の全面にわたってマトリクス状に複数設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、固定端形成電極および下部電極をマトリクス状以外のたとえば千鳥配列をなすように配置してもよい。
【００５８】
また、上記第２実施形態では、凹凸形成層１１１の下部電極１１１ｃをマトリクス状に複数設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、凹凸形成層の上部電極もマトリクス状に複数設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示した分解斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による基板上に設けられた固定端形成電極の構成を示した平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による基板上に設けられた固定端形成電極の構成を示した拡大平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による凹凸形成パネルの構成を示した、図３の２００−２００線に沿った断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による、固定端を形成した後の凹凸形成パネルの変形前の状態を示した、図３の２００−２００線に沿った拡大断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による、固定端を形成した後の凹凸形成パネルの変形後の状態を示した、図３の２００−２００線に沿った拡大断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による、固定端を変化させた場合における凹凸形成パネルの変形後の状態を示した、図３の２００−２００線に沿った拡大断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態による、固定端を変化させた場合における変形後の凹凸形成パネルおよび表面保護膜を使用者が押圧した状態を模式的に示した、図３の２００−２００線に沿った拡大断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示した分解斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による凹凸形成層の構成を示した平面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による凹凸形成層の構成を示した、図１１の３００−３００線に沿った断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による凹凸形成パネルの変形前の状態を示した、図１１の３００−３００線に沿った拡大断面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態による、固定端を形成した後の凹凸形成パネルの変形後の状態を示した、図１１の３００−３００線に沿った拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０、１１０ 凹凸形成パネル（凹凸形成装置）
１１、１１１ 凹凸形成層（変形部）
１１ａ 上部電極（第１電極）
１１ｂ エラストマ層
１１ｃ、１１１ｃ 下部電極（第２電極）
１２ 絶縁体層
１３ 固定端形成電極（第３電極）
３０ 表示装置
１００ リモートコントローラ
１０１ 入力用凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、前記第１電極と対向するように設けられた第２電極と、絶縁性を有し、前記第１電極と前記第２電極とに挟み込まれているエラストマ層とを含む変形部と、
前記変形部の前記第２電極と絶縁体層を介して対向するように配置された複数の第３電極とを備え、
前記第２電極と前記第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、前記第２電極と前記第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加することにより、前記エラストマ層を伸長させて前記固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている、凹凸形成装置。
【請求項２】
前記第３電極は、マトリクス状に設けられている、請求項１に記載の凹凸形成装置。
【請求項３】
前記絶縁体層の硬度は、前記エラストマ層の硬度よりも大きくなるように構成されている、請求項１または２に記載の凹凸形成装置。
【請求項４】
前記第２電極は、前記第３電極とそれぞれ対向するように複数設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の凹凸形成装置。
【請求項５】
第１電極と、前記第１電極と対向するように設けられた第２電極と、絶縁性を有し、前記第１電極と前記第２電極とに挟み込まれているエラストマ層とを含む変形部と、前記変形部の前記第２電極と絶縁体層を介して対向するように配置された複数の第３電極とを含み、前記第２電極と前記第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、前記第２電極と前記第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加することにより、前記エラストマ層を伸長させて前記固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている凹凸形成装置と、
前記凹凸形成装置に重ねて配置される表示装置とを備え、
前記凹凸形成装置は、前記表示装置に表示される入力用画像に応じて前記凹凸形成装置の変形部を凹凸形状に変形させることによって、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成されている、情報入力装置。
【請求項６】
前記凹凸形成装置は、前記表示装置の上方に配置された場合に、前記表示装置に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により構成されている、請求項５に記載の情報入力装置。
【請求項１】
第１電極と、前記第１電極と対向するように設けられた第２電極と、絶縁性を有し、前記第１電極と前記第２電極とに挟み込まれているエラストマ層とを含む変形部と、
前記変形部の前記第２電極と絶縁体層を介して対向するように配置された複数の第３電極とを備え、
前記第２電極と前記第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、前記第２電極と前記第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加することにより、前記エラストマ層を伸長させて前記固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている、凹凸形成装置。
【請求項２】
前記第３電極は、マトリクス状に設けられている、請求項１に記載の凹凸形成装置。
【請求項３】
前記絶縁体層の硬度は、前記エラストマ層の硬度よりも大きくなるように構成されている、請求項１または２に記載の凹凸形成装置。
【請求項４】
前記第２電極は、前記第３電極とそれぞれ対向するように複数設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の凹凸形成装置。
【請求項５】
第１電極と、前記第１電極と対向するように設けられた第２電極と、絶縁性を有し、前記第１電極と前記第２電極とに挟み込まれているエラストマ層とを含む変形部と、前記変形部の前記第２電極と絶縁体層を介して対向するように配置された複数の第３電極とを含み、前記第２電極と前記第３電極とにそれぞれ異なる電荷を与えることにより、前記第２電極と前記第３電極とを静電引力により引き合わせることによって固定端を形成するとともに、前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加することにより、前記エラストマ層を伸長させて前記固定端に挟まれた領域に凸部を形成するように構成されている凹凸形成装置と、
前記凹凸形成装置に重ねて配置される表示装置とを備え、
前記凹凸形成装置は、前記表示装置に表示される入力用画像に応じて前記凹凸形成装置の変形部を凹凸形状に変形させることによって、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成されている、情報入力装置。
【請求項６】
前記凹凸形成装置は、前記表示装置の上方に配置された場合に、前記表示装置に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により構成されている、請求項５に記載の情報入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−１８１１９８（Ｐ２００９−１８１１９８Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７９１９（Ｐ２００８−１７９１９）
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【Ｆターム（参考）】
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