JP2012108402A

JP2012108402A - 画像表示デバイス

Info

Publication number: JP2012108402A
Application number: JP2010258581A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Hamamura; 尚宏濱村; Tomohisa Azuma; 智久東
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2012-06-07

Abstract

【課題】省スペース・省エネルギーにて触覚フィードバックを実現する。
【解決手段】基板１０４には支持板１０８が固定され、支持板１０８にはディスプレイ１０６が固定される。支持板１０８と基板１０４の間には通過孔１１０が設けられる。支持板１０８の裏側にはシム板１１２と圧電体１１４から構成される圧電アクチュエータ１１６が設置される。シム板１１２の一部は通過孔１１０を通ってディスプレイ１０６の表面側に出され、折り曲げられる。シム板１１２の屈曲部１２２には透明パネル１１８が接着される。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示デバイスに関し、特に、触覚フィードバック機能を備える画像表示デバイス、に関する。

携帯情報端末やデジタルカメラ、現金自動預け払い機（ＡＴＭ：Automated Teller Machine）、カーナビゲーションシステムなど、タッチパネルを搭載する電子機器は多い。タッチパネルは、厚さが数ｍｍ程度であるため、電子機器を小型化する上で好適である。しかも、ソフトウェアによって入力インタフェースを定義できるため、限られたスペースで多彩な入力を実現できるというメリットがある。

機械式ボタンを押すときには、ボタンからの反発力が伝わるため、ユーザは入力の受け付けを触感により確信できる。しかし、タッチパネルには、ストローク感がない。人工的に触感を作り出すための技術としては、さまざまな方法が提案されている。

特開２００６−１６５３１８号公報特開２００５−２２２３２６号公報特開２０１０−１５２８８９号公報

中でも、圧電アクチュエータによる触感生成方法は広く多く採用されている。圧電アクチュエータは交流電圧によって振動するため、電気信号により人工的な触覚を生成できる。圧電アクチュエータは１ｍｍ以下の厚みにて実現できるため、電子機器の小型化という観点からは望ましい。特許文献１や特許文献２では、ディスプレイの周辺部に圧電アクチュエータを配置している。しかし、このような配置方法の場合、ディスプレイの周りに圧電アクチュエータ用の領域を確保しなければならない。

一方、特許文献３では、ディスプレイの裏に圧電アクチュエータを設置し、ディスプレイ自体を振動させている。ディスプレイの周りに圧電アクチュエータ用の領域は不要となるため、限られたスペースでなるべく大きなディスプレイを使用しやすくなる。しかし、ディスプレイ自体を振動させるためには、比較的強力な圧電アクチュエータが必要となる。この結果、圧電アクチュエータのコストや消費電力が大きくなりやすい。また、ディスプレイ自体の振動は、ディスプレイの故障を誘発する可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みて完成された発明であり、その主たる目的は、省スペース・省エネルギーにて触覚フィードバックを実現可能な画像表示デバイスを提供することである。

本発明に係る画像表示デバイスは、ディスプレイと、ディスプレイを覆う透明パネルと、透明パネルに連結され、透明パネルを振動させる圧電アクチュエータを備える。透明パネルと圧電アクチュエータは、連結部材を介して接続される。圧電アクチュエータは、ディスプレイではなく、透明パネルを振動制御対象とするため、圧電アクチュエータの負担が軽減される。圧電アクチュエータとディスプレイが固定的に接続されない構造となっている。

この画像表示デバイスは、ディスプレイをその表面に固定する支持板を備える。圧電アクチュエータの圧電体は、支持板の裏面側に設置される。支持板の裏面、いいかえれば、ディスプレイの裏面側に圧電体を設置することにより、限られたスペースにおいてなるべく大きなディスプレイを採用しやすくなる。

連結部材の一端はディスプレイと略平行に折り曲げられ、その折り曲げられた端部上に透明パネルが固定される構造とされている。このような略平面構成の連結部材を使用することにより、平面的な透明パネルへ振動が伝わりやすくなる。

透明パネルはタッチパネルとして形成されてもよい。そして、透明パネルに対する接触を契機として、制御回路が圧電アクチュエータを駆動してもよい。

本発明によれば、省スペース・省エネルギーにて触覚フィードバックを実現させやすくなる。

画像表示デバイスの側断面図である。画像表示デバイスの分解斜視図である。支持板と基板の関係を示す平面図である。シム板を通したときの状態を示す平面図である。圧電体の収縮時における振動状態を示す模式図である。圧電体の伸張時における振動状態を示す模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、画像表示デバイス１００の側断面図である。ここでいう画像表示デバイス１００とは、携帯情報端末、カーナビゲーションシステム、ＴＶなど画像表示機能を備える電子デバイスであればよい。本実施形態における画像表示デバイス１００は携帯情報端末であるとして説明する。

同図向かって右方向にｘ軸、上方向にｚ軸、紙面垂直方向にｙ軸を設定する。特に断らない限り、厚み方向というときにはｚ軸方向を意味するものとする。画像表示デバイス１００の基板１０４には、収納領域１０２が形成される。収納領域１０２は、ディスプレイ１０６や支持板１０８等を収納するための領域である。本実施形態におけるディスプレイ１０６は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）である。ディスプレイ１０６は、有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）など、他方式による薄型ディスプレイとして形成されてもよい。

支持板１０８は基板１０４に固定され、ディスプレイ１０６は支持板１０８に固定される。詳細は図２から図４に関連して後述するが、支持板１０８と基板１０４の間の通過孔１１０には、金属製のシム板（Shim Plate）１１２（連結部材）が通される。シム板１１２は、１００〜５００μｍ程度の厚みのステンレス板として形成される。シム板１１２の一端には、圧電体１１４が固定される。シム板１１２と圧電体１１４により、「圧電アクチュエータ１１６」が形成される。圧電体１１４を貼られたシム板１１２を透明パネル１１８と接続できるように、十分な長さのシム板１１２を使用する。あるいは、組み立て時の作業性を考慮して、複数の部品から１枚のシム板１１２を組み立ててもよい。

圧電体１１４は、ジルコン・チタン酸鉛（PZT）、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム等により形成される。シム板１１２は、接地電位に設定される。導電性のシム板１１２に交流電圧を印加することにより、圧電体１１４を振動させることができる。圧電アクチュエータ１１６は、バイモルフ（Bimorph）構造またはユニモルフ(Unimorph)構造を有する。本実施形態における圧電アクチュエータ１１６は、３００（Ｖ）以下の電圧により数μｍ〜数１００μｍ程度の変位が得られるものとして説明する。

圧電アクチュエータ１１６は、制御回路１２０に接続される。制御回路１２０は、圧電アクチュエータ１１６に交流電圧を供給することにより、圧電アクチュエータ１１６を振動させる。具体的な振動の態様については図５、図６に関連して後述する。

シム板１１２の一部は、通過孔１１０からｚ軸正方向に伸びたあと、ディスプレイ１０６の表面（ｘｙ平面）に略平行となるように折り曲げられる。この屈曲部１２２の上に透明パネル１１８が貼り付けられる。本実施形態における透明パネル１１８はタッチパネルであり、制御回路１２０は透明パネル１１８とも接続される。ユーザの透明パネル１１８への接触を検出したとき、制御回路１２０は圧電アクチュエータ１１６を駆動することにより、透明パネル１１８を振動させる。このような仕組みにより触覚フィードバックを実現する。

図２は、画像表示デバイス１００の分解斜視図である。長方形形状の支持板１０８は、４辺中央にそれぞれ突出部１２４を有する。支持板１０８の上に、ディスプレイ１０６が貼り付けられる。支持板１０８の下には、４つの圧電アクチュエータ１１６ａ〜１１６ｄが設置される。各圧電アクチュエータ１１６は、支持板１０８の横からｚ軸正方向に伸びる。そして、圧電アクチュエータ１１６の屈曲部１２２が、透明パネル１１８に接着される。まとめると、ディスプレイ１０６と支持板１０８は固定されて第１パーツとなり、圧電アクチュエータ１１６ａ〜１１６ｄと透明パネル１１８も固定されて第２パーツとなる。第１パーツと第２パーツは互いに固定されない。第１パーツは基板１０４に固定される。屈曲部１２２とディスプレイ１０６は略平行となるため、ディスプレイ１０６と透明パネル１１８も略平行となる。

図３は、支持板１０８と基板１０４の関係を示す平面図である。基板１０４には、厚み方向に収納領域１０２が設けられる。この収納領域１０２に支持板１０８が載せられる。支持板１０８の４つの突出部１２４により、支持板１０８は基板１０４に固定される。また、基板１０４の４隅には隙間ができる。これが、通過孔１１０となる。通過孔１１０を介して、シム板１１２は支持板１０８の裏面から表面に出る。図４は、シム板１１２を通したときの状態を示す平面図である。次に、圧電アクチュエータ１１６の振動態様について説明する。

図５および図６は、圧電アクチュエータ１１６の振動態様を示す模式図である。圧電体１１４はｄ３１モードにて振動する。圧電体１１４に交流電圧を供給すると、圧電体１１４は平面方向に収縮する。図５は圧電体１１４が収縮したときの状態を示す。圧電体１１４が収縮すると、シム板１１２が、基板１０４に対して盛り上がる方向に変形するため、透明膜１１８と接続される屈曲部１２２が内側に向かう。透明パネル１１８はｚ軸正方向に盛り上がる。図６は圧電体１１４が伸張したときの状態を示す。圧電体１１４が伸張すると、屈曲部１２２が外側に向かうため、透明パネル１１８はｚ軸負方向に押し込まれる。

制御回路１２０が交流電圧を圧電体１１４に供給することにより、図５、図６に関連して説明した動作が繰り返される。ユーザが透明パネル１１８に触れたときに交流電圧を供給することにより、ユーザに触覚を与えることができる。

以上、実施形態に基づいて画像表示デバイス１００を説明した。画像表示デバイス１００においては、圧電体１１４がディスプレイ１０６の横ではなく裏に設置される。このため、限られたスペースでなるべく大きなディスプレイを使用しやすくなる。また、特許文献３のようにディスプレイ１０６を振動させるのではなく、ディスプレイ１０６の上の透明パネル１１８を振動させている。ディスプレイ１０６と透明パネル１１８は固定的に接続されない。透明パネル１１８はディスプレイ１０６よりも剛性が小さいため、パワーの小さな圧電アクチュエータ１１６であっても透明パネル１１８を効率的に振動させることができる。いわば、透明パネル１１８という薄皮一枚を振動制御対象としている。この結果、省スペース・省エネルギーにて触覚フィードバックを生成できる。また、透明パネル１１８の表面から強い衝撃が加わっても、透明パネル１１８と圧電体１１４は、シム板１１２とその屈曲部１２２を介して間接的に接続されているため、衝撃がシム板１１２のばね性によって吸収される。更に、収納領域１０２には圧電アクチュエータ１１６が動作可能な空間が確保されるため、圧電体１１４自体が透明膜１１８やディスプレイ、基板１０４等の部材に直接的に挟まれない構造となっている。圧電体１１４に直接的な衝撃が加わらないので、破損防止しやすい。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

１００画像表示デバイス、１０２収納領域、１０４基板、１０６ディスプレイ、１０８支持板、１１０通過孔、１１２シム板、１１４圧電体、１１６圧電アクチュエータ、１１８透明パネル、１２０制御回路、１２２屈曲部、１２４突出部。

Claims

ディスプレイと、
前記ディスプレイを覆う透明パネルと、
前記透明パネルに連結され、前記透明パネルを振動させる圧電アクチュエータと、
を備えることを特徴とする画像表示デバイス。
前記圧電アクチュエータと前記ディスプレイが固定的に接続されない構造を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示デバイス。
前記ディスプレイをその表面に固定する支持板を更に備え、
前記圧電アクチュエータの圧電体は、前記支持板の裏面側に設置され、前記支持板の表面側にある前記透明パネルと連結部材を介して接続されることによりその振動を前記透明パネルに伝達することを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示デバイス。
前記連結部材の一端は前記ディスプレイと略平行に折り曲げられ、その折り曲げられた端部上に前記透明パネルが固定される構造を有することを特徴とする請求項３に記載の画像表示デバイス。
前記透明パネルはタッチパネルとして形成され、
前記透明パネルに対する接触を契機として、前記圧電アクチュエータを駆動する制御回路を更に備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の画像表示デバイス。
前記圧電アクチュエータは、基板に設けられた収納領域に収納されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の画像表示デバイス。