KR100882803B1 - 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치 - Google Patents

능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치에 관한 것으로, 이미지를 시각적으로 디스플레이하는 평판 디스플레이 소자와 정전기력을 이용하여 촉감을 생성하는 촉감 생성 소자를 집적화함으로써, 이미지를 눈으로 보면서 손가락에 부착된 탐지기를 통해 이미지에 따른 다양한 질감을 동시에 느낄 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 이미지를 눈으로 보면서 촉감을 동시에 느낄 수 있으므로 디스플레이 장치의 성능을 획기적으로 개선할 수 있으며, 픽셀 단위의 정전기력 발생에 따라 이미지 신호에 따른 다양한 질감을 정확하게 구현해낼 수 있는 효과가 있다.
능동구동, 디스플레이, 시감, 촉감, 질감, 정전기력, 펄스, 트랜지스터, 인버터, 탐지기

Description

능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치{ACTIVE DRIVING TYPE VISUAL-TACTILE DISPLAY APPARATUS}
도 1은 본 발명에 따른 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 촉감 생성 소자의 세부 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 촉감 생성 소자의 단위 픽셀 회로 및 배선구조와 이에 대응하는 평면 모식도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 촉감 생성 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 인버터를 사용한 촉감 생성 소자의 단위 픽셀 회로도이다.
도 6은 본 발명의 촉감 생성 소자로부터 발생되는 정전기력을 탐지하기 위한 탐지기의 상세 구성도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 평판 디스플레이 소자(FPD parts)
200: 촉감 생성 소자(Haptic parts)
300: 탐지기(detector)
UC : 단위 픽셀(Unit Cell)
Tr1 , Tr2 , Tr3: 제 1 내지 제 3 트랜지스터
C1 : 커패시터
E : 투명전극
V1 , V2 : 1차, 2차 어드레스 전압(address voltage)
V3 : 스캔 펄스 전압(scanning pulse voltage)
V4: 역스캔 펄스 전압(anti scanning pulse voltage)
본 발명은 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이미지를 시각적으로 디스플레이하는 평판 디스플레이 소자와 정전기력을 이용하여 촉감을 생성하는 촉감 생성 소자가 집적화된 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이는 현상 또는 사물의 소리와 영상을 디지털 신호화하여 가상의 정보를 전달하는 장치이다. 하지만, 인간의 감성은 시각과 청각뿐만 아니라 미각, 후각, 촉각의 오감으로 구성되어 있기 때문에 이중에서 나머지 감각들에 대한 정보 전달 및 교류의 필요성이 끊임없이 제기되어 왔다. 이중에서 특히 촉각에 대한 정보 전달이나 이를 정량화하는 방법은 매우 낙후되어 있다. 그럼에도 불구하고 촉각 감성의 정량화, 정보화 및 인간 감성과의 상관관계 분석이 이루어져 여러 산업분야에 적용된다면 소비자의 취향을 충족시킬 수 있는 고부가가치의 정보전달매체의 생산이 가능해질 것으로 기대된다.
현재 인간의 오감을 이용하여 정보매체와 인간 상호간의 정보를 주고받으려는 다양한 방법이 연구되고 있는데, 예들 들어 정보매체의 기본 기능인 시각과 청각의 정보 제공 이외에 영화를 보면서 의자를 움직이게 하여 진동과 촉감을 느끼게 하거나 냄새를 분사해 후각을 자극하여 정보를 주고받는 방식들이다. 이중 촉각을 이용하는 것을 햅틱스(haptics)라고 하는데, 그리스어의 "haptesthai(만진다)"에서 유래된 것으로 촉각이나 힘을 컴퓨터가 만드는 가상환경의 데이타와 연동시키는 학문을 나타낸다. 실제적으로 인간은 시각이나 청각보다 촉각에 빠르게 반응하지만, 촉각은 힘과 진동, 그리고 온도 등에 섬세하게 반응하는 감각으로 기술화, 집적화되기 어려운 실정이다.
종래에 물체의 표면 질감을 구현하는 방법으로 기계적인 자극제(mechanical stimulator array)를 사용한 경우가 대부분이었다. 예를 들어, 피부 내의 기계적 자극의 수용기(mechanoreceptor)를 자극시키기 위해 직류(DC) 모터, 압전(piezoelectric) 소자, 형상기억합금 작동장치(shape memory alloy actuator), 초음파 진동장치(ultrasonic vibrator), 공기 제트(air jet) 분사, 공기압으로 움직이는 작동장치(pneumatic actuator), Peltier 소자, 표면 탄성파(surface acoustic wave) 소자, 방사상의 음향 압력(acoustic radiation pressure)을 이용한 소자, 압력 밸브 소자, 이온 전동성의 고분자 젤 박막(ionic conducting polymer gel film) 등을 사용하였다. 이러한 연구 방향 외에도 전자기적인 힘을 이용한 연구들도 있었는데 기계적인 압력을 직접 가하지 않고 정전기력(electrostatic force)을 이용하거나 전자기 마이크로 코일(electromagnetic micro-coil), 전기자극(electrostimulation), DC 전류(direct current) 등으로부터 인력과 척력, 마찰력을 유발시켜서 피부의 자극을 유도하였다.
이 중에서 정전기력을 이용하여 인공적인 질감을 만들어내서 감촉을 느끼게 하는 방법은 간단한 구조로 촉감을 유발할 수 있고 전류와 같이 인체에 직접적인 영향을 주는 요소가 없기 때문에 오래전부터 연구되고 있으며, 이에 대하여 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
기본적으로 면적 A의 원판형 전극과 면적이 큰 다른 전극(가령, 접촉하려고 하는 손가락의 피부에 장착된 탐지용 전도 박막) 사이에 작용하는 정전기력(Fe)은 다음의 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
Fe =εoεrAV2/(2d2)
여기서, εo는 진공의 유전율, εr은 두 전극사이에 존재하는 유전체의 유전 상수, d는 두 전극 사이의 거리, V는 두 전극 사이에 인가된 전압을 나타낸다.
상기 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 유전체의 유전상수(εr)가 높고, 전극 면적(A)과 인가된 전압(V)이 크고, 두 전극 사이의 거리(d)가 작을수록 정전 기력(Fe)이 커지는 것을 알 수 있다.
이와 같은 두 전극 사이의 정전기력에 의해 원판형 전극 표면의 마찰계수가 μ인 경우 정전기력으로부터 유발된 전단력(shear force, Ft)은 μFe가 되며, 따라서 원판형 전극에 가해지는 전압의 크기와 극성(polarity)을 시간에 따라 조절하면 다양한 전단력의 변화와 촉감을 유발할 수 있게 된다.
이와 같은 촉감 유발 원리를 이용하여, 최근 4인치 실리콘 웨이퍼에 7×7의 전극 어레이(electrode array)를 형성하고 간단한 도형의 형태로 전압을 인가하여 촉감 인식이 가능하도록 한 정전기적 촉감 점자 디스플레이(Braille display) 장치가 개시되어 있다.
하지만, 상기 촉감 점자 디스플레이 장치는 단순히 점자들로 표현된 시각정보를 촉각으로 인지하기 위한 것으로, 엄밀히 말해 시각과 촉감을 동시에 느낄 수 있도록 구현된 것은 아니며, 각 전극에 대한 배선의 어려움과 분해능의 한계로 인해 픽셀 단위로 정전기력을 발생시킬 수 없어 물질의 질감을 표현하기에는 충분하지 못하다는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 이미지를 시각적으로 디스플레이하는 평판 디스플레이 소자와 정전기력을 이용하여 촉감을 생성하는 촉감 생성 소자를 집적화하여 이미지 신호에 따라 정전기력 의한 질감이 동시에 느껴질 수 있도록 구현함으로써, 시각과 촉각 인지가 동시에 가능한 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이미지 신호에 따른 다양한 질감을 정확하게 구현해낼 수 있는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치는, 이미지를 시각적으로 디스플레이하는 평판 디스플레이 소자와, 상기 이미지에 따른 촉감을 생성하는 촉감 생성 소자가 집적화되어 이루어지되, 상기 촉감 생성 소자의 각 단위 픽셀은, 스캔 펄스 전압이 게이트에 인가되는 제1, 2 트랜지스터와, 상기 스캔 펄스 전압과 극성이 반대인 역스캔 펄스 전압이 게이트에 인가되는 제3 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터의 드레인과 상기 제2, 3 트랜지스터의 드레인 사이에 연결되어 상기 제1 내지 제3 트랜지스터의 온오프에 의해 양단에 소정의 전위차가 발생되는 커패시터와, 상기 커패시터에 연결되어 탐지기가 접근하면 상기 커패시터에 발생된 전위차에 해당하는 정전기력을 유발하는 투명전극을 포함하며, 상기 탐지기가 상기 투명전극 위에 접근하여 상기 투명전극과 상기 탐지기 사이에 정전기력이 유발된 상태에서, 상기 탐지기가 상기 촉감 생성 소자의 각 단위 픽셀 위에서 움직임에 따라 상기 유발된 정전기력과 표면 마찰에 의해 전단력이 발생되어 시각 정보와 함께 촉감 정보가 인지되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치(1)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치(1)는, 이미지를 시각적으로 디스플레이하는 평판 디스플레이 소자(FPD parts)(100)와 상기 이미지에 따른 촉감 정보 전달을 위해 정전기력을 유발하는 촉감 생성 소자(haptic parts)(200)가 집적화된 것이다. 여기에서, 서로 다른 기판상 에 상기 평판 디스플레이 소자(100)와 촉감 생성 소자(200)를 따로 제작하여 집적화하거나, 또는 하나의 기판 위에 상기 평판 디스플레이 소자(100)를 제작하고 그 위에 상기 촉감 생성 소자(200)를 증착하여 집적화할 수도 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 어두운 부분에 요철의 느낌이 나는 담벽 이미지가 입력된 경우, 사용자는 담벽의 요철을 눈으로 보는 것과 동시에 손가락에 부착된 탐지기(300)를 통해 그 요철의 느낌을 촉감으로 느낄 수 있는 것이다.
이와 같은 촉감 생성을 위해, 본 발명에서는 픽셀의 휘도(L)와 정전기력을 유발하는 정전압(V) 사이의 상관관계(V-L relation)를 이용하여, 픽셀의 밝기가 225인 가장 밝은 경우에 사용자가 촉감을 느낄 수 있는 문턱 전압(VA)을 대응시키고, 밝기가 0인 가장 어두운 경우에 마찰력을 가장 크게 느낄 수 있는 최대 전압(VB)을 대응시켜, 밝은 부분과 어두운 부분에서의 촉감이 다르게 느껴질 수 있도록 촉감 생성 소자(200)와 탐지기(300)를 구성하였다. 여기에서, 상기 문턱 전압값(VA)은 사용자가 착용한 탐지기(300)의 두께, 재질, 종류 등에 따라 달라진다.
한편, 보고 만지는 감각을 보다 정확하게 구현해내기 위해서는 상기와 같은 휘도(L)와 정전기력을 유발하는 전압(V) 사이의 상관관계 외에 다양한 질감을 구현할 수 있는 수단이 필요하며, 이에 대하여 도 2를 참조하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 촉감 생성 소자(200)의 세부 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 촉감 생성 소자(200)의 각 단위 픽셀(UC)은, 제 1 내지 제 3 트랜지스터(Tr1, Tr2, Tr3), 커패시터(C1), 투명전극(E)에 의해 정전기력을 발생시키며, 손가락에 부착된 탐지기(300)를 통해 상기 각 단위 픽셀(UC)에서 발생하는 정전기력이 탐지되어 촉감 인지가 이루어지도록 구성되어 있다.
특히, 본 발명의 촉감 생성 소자(200)는, 종래의 촉감 디스플레이 장치가 시각 정보를 전달할 수 없었던 문제점을 개선하기 위해, 얇고 투명한 전도성 산화 박막(transparent conductive oxide)으로 투명전극(E)을 형성하여 시각 정보 전달과 함께 촉각 정보 전달이 이루어지도록 구성되어 있으며, 각 구성요소의 연결관계에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
상기 제 1, 2 트랜지스터(Tr1, Tr2)의 게이트에는 스캔 펄스 전압(V3)이 인가되고, 소스에는 1차 어드레스 전압(V1)과 2차 어드레스 전압(V2)이 각각 인가되며, 드레인에는 상기 커패시터(C1) 및 상기 제 3 트랜지스터(Tr3)의 드레인이 공통으로 연결된다. 그리고, 제 3 트랜지스터(Tr3)의 게이트에는 상기 스캔 펄스 전압(V3)과 극성이 반대인 역스캔 펄스 전압(V4)이 인가되고, 소스에는 상기 스캔 펄스 전압(V3)이 인가되며, 상기 커패시터(C1)는 상기 제 1, 2 트랜지스터(Tr1, Tr2)의 드레인 사이에 연결된다.
상기 촉감 생성 소자(200)에서 촉감을 유발하는 과정은 크게 다음의 세가지과정으로 나눌 수 있다.
첫번째로, 트랜지스터(Tr1, Tr2, Tr3)를 이용하여 커패시터(C1)의 양단에 전압을 인가하여 전위차를 발생하는 과정, 즉, 쓰기 과정(writing process)과, 두번째로, 그 다음의 쓰기 과정까지 축전된 상태를 유지하는 과정(sustaining process)과, 세번째로, 탐지기(300)를 투명전극(E) 위에 접근시켜서 촉감 생성 소자(200)와 탐지기(300) 간에 정전기력을 유발하는 과정(detecting process)이다.
첫번째의 쓰기 과정은, 스캔 펄스 전압(V3)을 제 1 트랜지스터(Tr1)와 제 2 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 인가하여 온상태로 만들고, 동시에 1차 어드레스 전압(V1)과 2차 어드레스 전압(V2)을 제 1, 2 트랜지스터(Tr1, Tr2)의 소스에 각각 인가하여 커패시터(C1)의 양단에 |V1- V2|의 전위차를 발생시키는 과정이다. 여기에서, 상기 커패시터(C1)의 양단에 발생한 전위차 |V1 - V2|는 이후에 촉감 생성 소자(200)를 동작시키는 구동 전압으로 사용된다.
두번째의 축전된 상태를 유지하는 과정(sustaining process)은 스캔 펄스 전압(V3)이 전위차 0인 접지상태가 되도록 하여 제 1, 2 트랜지스터(Tr1, Tr2)를 오프상태로 하는 과정이다. 여기에서, 상기 역스캔 펄스 전압(V4)은 스캔 펄스 전압(V3)의 반대 신호를 나타낸다. 다시 말해서, 스캔 펄스 전압(V3)이 전압 V인 경우 역스캔 펄스 전압(V4)은 접지상태가 되고, 스캔 펄스 전압(V3)이 접지상태인 경우에 역스캔 펄스 전압(V4)은 전압 V가 된다.
즉, 쓰기 과정(writing process)에서 제 1, 2 트랜지스터(Tr1, Tr2)는 온상태가 되는 반면에 제 3 트랜지스터(Tr3)은 오프 상태가 되고, 축전된 상태를 유지하는 과정(sustaining process)에서 제 1, 2 트랜지스터(Tr1, Tr2)는 오프상태, 제 3 트랜지스터(Tr3)는 온상태가 된다.
세번째의 정전기력을 유발하는 과정(detecting process)은 제 3 트랜지스터(Tr3)가 온인 상태에서, 탐지기(300)를 투명전극(E) 위에 접근시켜 투명전극(E)과 탐지기(300) 사이에 폐회로가 형성되어 정전기력이 유발되는 과정이다. 이 때, 투명전극(E)과 탐지기(300) 사이의 전위차는 커패시터(C1)에 발생한 전위차 |V1- V2|와 같다.
이와 같이 정전기력이 유발된 상태에서, 각 단위 픽셀(UC) 위에서 탐지기(300)가 움직이면 정전기력(Fe )과 표면 마찰계수(μ)를 곱한 만큼의 전단력(μFe )이 발생하게 되며, 각 단위 픽셀(UC) 마다 전압의 크기와 극성(polarity)을 시간에 따라 조절하면 전단력의 변화에 의해 다양한 촉감을 구현할 수 있게 되는 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 촉감 생성 소자(200)의 단위 픽셀(UC)의 회로 및 배선구조와 이에 대응하는 평면 모식도를 나타낸 도면이다.
도 3의 우측 평면 모식도를 참조하면, 촉감 생성 소자(200)의 단위 픽셀(UC) 은, 배선 회로(301)를 통해 1차 어드레스 전압(V1)이 인가되는 제 1 트랜지스터(Tr1)의 영역과, 배선 회로(302)를 통해 2차 어드레스 전압(V2)이 인가되는 제 2 트랜지스터(Tr2)의 영역과, 배선 회로(303)를 통해 역스캔 펄스 전압(V4)이 인가되는 제 3 트랜지스터(Tr3)의 영역과, 커패시터 영역(304), 투명전극 영역(305)으로 이루어져 있다.
여기에서, 각 배선 회로(301, 302, 303)가 겹쳐지는 영역은 절연층으로 차단하였고, 제1 내지 제 3 트랜지스터(Tr1, Tr2, Tr3) 상의 게이트 절연층 및 반도체층과 커패시터(C1) 상의 유전체층은 도면의 단순화를 위해 나타내지 않았다.
특히, 본 발명의 촉감 생성 소자(200)의 단위 픽셀(UC)에 있어서, 투명전극 영역(305) 부분은 가능한 넓게 설계하는 것이 바람직한데, 그 이유는 탐지기(300)와의 접촉시 가능한 큰 정전기력을 얻을 수 있도록 하기 위해서이다.
도 4는 본 발명에 따른 촉감 생성 소자(200)의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 각 단위 픽셀은 세 개의 p형 트랜지스터(Tr1, Tr2, Tr3)와 한 개의 커패시터(C1) 및 투명전극(E)으로 이루어져 있으며, p형 트랜지스터로는 비정질 실리콘 트랜지스터나 유기물 펜타센 트랜지스터 등을 사용한다.
도 4를 참조하면, 가장 먼저 첫번째 행, 첫번째 열의 단위 픽셀(UC11)을 동작시키기 위하여, 0에서 tp까지의 시간 동안에, 제 1 스캔 펄스 전압(V3(1))에 -V의 전압이 인가되고, 제 1 역스캔 펄스 전압(V4(1))에 0V의 전압이 인가되어, 제 1, 2 트랜지스터(Tr1, Tr2)는 온상태가 되고, 제 3 트랜지스터(Tr3)는 오프상태가 된다.
이와 동시에 제1의 1차 어드레스 전압(V1(1))에 -Vi 전압이 인가되고, 제1의 2차 어드레스 전압(V2(1))에 0V의 전압이 인가되어, 쓰기 과정(writing process) 동안 커패시터(C1)의 양단에 Vi의 전위차가 걸리고 투명전극(E)과 연결된 전극 쪽에는 음(-)의 전하가 축적된다.
이와 동시에 첫번째 행, 두번째 열의 단위 픽셀(UC12)의 쓰기 과정이 이루어진다. 즉, 제2의 1차 어드레스 전압(V1(2))과 제2의 2차 어드레스 전압(V2(2))에 각각 0V와 -Vj의 전압을 인가하여 커패시터(C1)를 충전하고 투명전극(E)과 연결된 전극 쪽에는 양(+)의 전하가 쌓인다.
한편, tp에서 2tp까지의 시간 동안에, 두번째 행, 첫번째 열의 단위 픽셀(UC21)과 두번째 행, 두번째 열의 단위 픽셀(UC22)을 동작시키기 위하여 제 2 스캔 펄스 전압(V3(2))에 -V의 전압을 인가하고, 제 2 역스캔 펄스 전압(V4(2))에 0V의 전압을 인가하여, 제 1, 2 트랜지스터(Tr1, Tr2)는 온상태가 되고, 제 3 트랜지스터(Tr3)는 오프 상태가 된다.
그리고, 제1의 1차 어드레스 전압(V1(1)), 제1의 2차 어드레스 전압(V2(1)), 제2의 1차 어드레스 전압(V1(2)), 제2의 2차 어드레스 전압(V2(2))에 각각 0V, -Vk, -Vl, 0V 전압이 인가되어 단위 픽셀(UC21, UC22)내의 커패시터(C1)를 각각 충전한다.
이 과정 동안에 단위 픽셀(UC11, UC12) 내의 제 1, 2 트랜지스터(Tr1, Tr2)는 오프상태, 제 3 트랜지스터(Tr3)는 온상태가 되어, 커패시터(C1)의 한쪽은 접지에, 다른쪽은 투명전극(E)에 연결된다.
이 때, 탐지기(300)를 투명전극(E) 위에 갖다 대면, 커패시터(C1), 투명전극(E)과 탐지기(300) 사이에 폐회로가 형성되어, 투명전극(E)과 탐지기(300) 양단에 전하가 축적되고 정전기력이 발생된다.
다시 말해서, 행의 개수를 N개로 가정하면 시간이 0부터 Ntp까지 소요되는 동안 N번째 행의 단위 픽셀까지 스캔 펄스 전압이 한번씩 순차적으로 인가된다.
그런 다음, Ntp부터 다시 처음으로 돌아가 반복하여 동작하게 되는데, 이 경우 각각의 단위 픽셀에 인가되는 어드레스 전압들이 이전과 반대로 인가되도록 각 행의 1차 어드레스 전압(V1(m))과 2차 어드레스 전압(V2(m))의 데이타 파형들을 설계한다. 이것은 각 프레임(frame)마다 투명전극의 극성(polarity)을 바꾸어 정전기력에 진동을 만들고, 좀 더 마찰력의 강약을 쉽게 조절하도록 하기 위해서이다.
도 5는 인버터를 사용한 촉감 생성 소자(200')의 단위 픽셀 회로도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 인버터(INVT)를 사용하는 경우에 도 2에 도시된 역스캔 펄스 전압(V4) 인가를 위한 배선이 필요없는 장점을 지닌다.
상기 인버터(INVT)는 p형 트랜지스터들로 구성된 일반적인 e형-인버터이며, 스캔 펄스 전압(V3)을 입력 전압(Vin)으로 사용하고 출력 전압(Vout)을 제 3 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전극에 연결하였다. 따라서, 제 3 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전압의 신호는 스캔 펄스 전압(V3)과 반대가 되므로 도 2의 역스캔 펄스 전압(V4)과 정확히 동일한 기능을 갖는다.
도 6은 본 발명의 촉감 생성 소자(200)로부터 발생되는 정전기력을 탐지하기 위한 탐지기(300)의 상세 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 탐지기(300)는 손가락에 착용할 수 있는 형태로, 전극 어레이가 포함된 패드부(310)와 연결부(330)로 이루어져 있다.
상기 패드부(310)의 전극 어레이는 지그재그 모양으로 두 종류의 전극(320A, 320B)을 배치한 것으로, 상기 전극(320A, 320B)은 안전상의 이유로 절연물질로 코팅된 상태를 유지하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전극(320A, 320B)에는 도 6에 도시된 바와 같이 시간적으로 서로 극성이 반대인 +V, -V의 전압이 각각 인가되며, 이에 따라 시간과 공간적으로 바로 인접한 전극의 극성은 항상 반대가 된다.
이와 같이 패드부(310)의 전극(320A, 320B)에 +V, -V의 전압을 각각 인가하는 이유는, 촉감 생성 소자(200)에 인가되는 전압과 유사한 전압 파형을 인가하여, 도 1에서 설명한 문턱 전압(VA)에 대한 촉감 생성 소자(200)의 전압 상승을 보상하고 투명전극(E)과의 정전기력을 증가시키기 위해서이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치(1)는, 이미지를 시각적으로 디스플레이하는 평판 디스플레이 소자(100)와 정전기력을 이용하여 촉감을 생성하는 촉감 생성 소자(200)가 집적화된 것으로, 이미지를 눈으로 보면서 손가락에 부착된 탐지기(300)을 통해 이미지에 따른 다양한 질감을 동시에 느낄 수 있는 잇점이 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치는 이미지 신호에 따라 정전기력 의한 질감을 동시에 느낄 수 있도록 구성되어 있으며, 이에 따라 사용자는 이미지를 눈으로 보면서 촉감을 동시에 느낄 수 있으므로 디스플레이 장치의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치는 픽셀 단위로 정전기력을 발생시킬 수 있도록 구성되어 있으므로, 이에 따라 이미지 신호에 따른 다양한 질감을 정확하게 구현해낼 수 있는 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 이미지를 시각적으로 디스플레이하는 평판 디스플레이 소자와, 상기 이미지에 따른 촉감을 생성하는 촉감 생성 소자가 집적화되어 이루어지되,
    상기 촉감 생성 소자의 각 단위 픽셀은, 스캔 펄스 전압이 게이트에 인가되는 제1, 2 트랜지스터와, 상기 스캔 펄스 전압과 극성이 반대인 역스캔 펄스 전압이 게이트에 인가되는 제3 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터의 드레인과 상기 제2, 3 트랜지스터의 드레인 사이에 연결되어 상기 제1 내지 제3 트랜지스터의 온오프에 의해 양단에 소정의 전위차가 발생되는 커패시터와, 상기 커패시터에 연결되어 탐지기가 접근하면 상기 커패시터에 발생된 전위차에 해당하는 정전기력을 유발하는 투명전극을 포함하며,
    상기 탐지기가 상기 투명전극 위에 접근하여 상기 투명전극과 상기 탐지기 사이에 정전기력이 유발된 상태에서, 상기 탐지기가 상기 촉감 생성 소자의 각 단위 픽셀 위에서 움직임에 따라 상기 유발된 정전기력과 표면 마찰에 의해 전단력이 발생되어 시각 정보와 함께 촉감 정보가 인지되는 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 탐지기는 손가락에 착용할 수 있는 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 투명전극은 투명한 전도성 산화 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1, 2 트랜지스터의 소스에는 1차 어드레스 전압과 2차 어드레스 전압이 각각 인가되는 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 스캔 펄스 전압이 상기 제 1, 2 트랜지스터의 게이트에 인가되고, 상기 1차 어드레스 전압과 상기 2차 어드레스 전압이 상기 제 1, 2 트랜지스터의 소스에 각각 인가됨에 따라, 상기 커패시터의 양단에 소정의 전위차가 발생되는 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랜지스터의 소스에는 상기 스캔 펄스 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 스캔 펄스 전압이 접지에 연결되어 상기 제 1, 2 트랜지스터가 오프되고, 상기 역스캔 펄스 전압이 상기 제 3 트랜지스터의 게이트에 인가되어 상기 제 3 트랜지스터가 온인 상태에서, 상기 커패시터의 양단에 상기 소정의 전위차가 유지되는 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 3 트랜지스터가 온인 상태에서 상기 탐지기가 상기 투명전극 위에 접근되면, 상기 투명전극과 상기 탐지기 사이에 상기 커패시터에 발생된 전위차에 해당하는 정전기력이 유발되는 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  10. 삭제
  11. 제 5항에 있어서, 상기 촉감 생성 소자의 각 단위 픽셀에 인가되는 상기 스캔 펄스 전압 및 상기 역스캔 펄스 전압과 상기 1차 어드레스 전압 및 상기 2차 어드레스 전압의 크기와 극성에 따라 상기 전단력이 변화되는 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 촉감 생성 소자 내의 공간적으로 인접한 각 단위 픽셀에 서로 다른 극성의 전압이 인가됨에 따라 상기 전단력과 함께 진동이 발생되는 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 탐지기는 전극 어레이가 포함된 패드부와 연결부를 포함하며,
    상기 패드부에는 서로 다른 종류의 전극이 지그재그로 배열되고,
    상기 서로 다른 종류의 전극에는 서로 다른 극성의 전압이 각각 인가되는 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 서로 다른 종류의 전극에 서로 다른 극성의 전압이 인가됨에 따라 상기 투명전극과 상기 탐지기 양단에 유발되는 정전기력이 증가되는 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 패드부는 절연물질로 코팅된 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 촉감 생성 소자의 각 단위 픽셀은 p형 또는 n형 트랜지스터로 구성된 인버터를 더 포함하며,
    상기 인버터는 상기 스캔 펄스 전압을 입력받아 극성을 반전시켜 상기 제 3 트랜지스터의 게이트에 인가하는 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 트랜지스터는 p형 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치.
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