KR100979113B1 - 실물 입체 디스플레이 장치 - Google Patents

실물 입체 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

실물 입체 디스플레이 장치가 개시된다. 영상신호를 입력 받고 상기 영상 신호에 따라 색상제어신호 및 변위제어신호를 생성하는 제어부; 상기 색상제어신호에 따른 빛을 출사하는 발광부; 상기 변위제어신호에 따른 구동전압을 생성하는 구동회로부; 상기 구동전압에 따라 구동하여 변위를 생성하는 액추에이터부; 상기 액추에이터부의 동작에 따라 이동하며, 상기 발광부에서 출사된 빛이 분산되어 출사되는 표면부를 포함하는 실물 입체 디스플레이 장치는 고집적 소형화가 가능하며, 영상 및 형상의 디스플레이와, 표면의 변위 또는 압력을 감지하여 양방향 정보 전달이 가능하다.
영상, 변위, 색상, 액추에이터

Description

실물 입체 디스플레이 장치 {Real Volumetric Display apparatus}
본 발명은 3차원 형상 및 색상을 디스플레이 하는 실물 입체 디스플레이 장치에 관한 것이다.
종래 3차원 디스플레이 장치(3D display)는 양안 시차를 이용한 입체안경 방식, 시분할 방식 또는 광학적 홀로그램 효과를 이용한 방식 등 시각적 효과에 의해 가상의 3차원 입체감을 사용자에게 제공하는 방식이 주를 이루고 있었다.
최근에는 가상의 3차원 입체감을 제공하는 방식이 아닌, 실제 공간적으로 발광을 하는 입체 디스플레이(volumetric display)의 개발이 빠르게 진행되고 있다. 이와 같은 입체 디스플레이 방법에는 잉크젯 헤드 모듈을 이용한 액체의 순간적인 분사로 입체 디스플레이를 구현하는 방법 또는 고속으로 회전하는 팔(arm)에 LED를 장착하여 입체 디스플레이를 구현하는 방법 등이 있다. 또한 집속된 레이저 플라즈마를 이용하여 공기 중에 입체 디스플레이를 구현하거나, 고속으로 회전하는 반구면에 레이저를 투사하여 입체 디스플레이를 구현하기도 한다. 미국등록특허 제5,801,666호에는 7만개의 광섬유 말단에 형광염료를 부착하여 입체 디스플레이를 구현하는 방법이 개시되어 있다.
이러한 종래의 입체 디스플레이 장치들은 착시현상에 의한 가상의 것이거나 가상은 아니더라도 실제로 만질 수는 없는 것으로서, 사람의 촉감을 자극하면서 3차원의 영상을 구현하여 물건이 실재하는 것처럼 표현하는 것은 불가능하다는 한계가 있었다.
이에, 이러한 입체 디스플레이의 한계를 극복하여 보다 실제적인(realistic) 디스플레이를 구현하고자 물체의 형상을 표현하는 형상 디스플레이(shape display), 색상을 표현하는 영상 디스플레이(image display) 및 촉감을 감지하는 촉감장치(haptic device)를 결합한 형태의 ‘실물 입체 디스플레이 장치'가 개발되고 있다.
종래 형상 디스플레이와 촉감센서를 결합한 장치의 경우, 기계식으로 촉감 표면(haptic surface)은 구현했으나 물체가 가지고 있는 색상 표현은 전혀 불가능하고 어레이의 간격이 너무 커서 실제 물체를 섬세하게 표현하는 데는 한계가 있다. 또한, 최근 개발되고 있는 만질 수 있는 형태의 형상 디스플레이 장치의 경우, 초소형으로 제작될 수 있는 구조가 아니라는 한계점을 가지고 있다.
또한 최근 개발되고 있는 실물 입체 디스플레이 장치의 경우. 한 개의 입체 화소(voxel= volumetric pixel)당 다각면의 디스플레이를 하기 위하여, 1개의 구동장치와 나선형 신호선을 필요로 하기 때문에 수백만개의 입체 화소를 1mm이하의 간격으로 구현하기에는 경제적, 기술적인 면에서 매우 어렵다.
이와 같이, 종래의 실물 입체 디스플레이 기술은 최신의 전자 기판기술이나 공정기술과 부합하지 아니하고 각 입체 화소별로 기계적인 메커니즘이 복잡하게 요구되어 고화질 입체 디스플레이 구현에는 부적합하다는 문제점이 있다.
본 발명은 단순하면서도 소형화된 입체화소를 구성하고 이를 고집적화(highly integrate)한 실물 입체 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 영상 및 형상의 디스플레이와, 표면의 변위 또는 압력을 감지할 수 있는 실물 입체 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 영상신호를 입력 받고 상기 영상 신호에 따라 색상제어신호 및 변위제어신호를 생성하는 제어부; 상기 색상제어신호에 따른 빛을 출사하는 발광부; 상기 변위제어신호에 따른 구동전압을 생성하는 구동회로부; 상기 구동전압에 따라 구동하여 변위를 생성하는 액추에이터부; 상기 액추에이터부의 동작에 따라 이동하며, 상기 발광부에서 출사된 빛이 분산되어 출사되는 표면부를 포함하는 실물 입체 디스플레이 장치가 제공된다.
이때, 상기 발광부에서 출사된 빛을 집속하여 상기 액추에이터부로 전달하는 렌즈부를 더 포함할 수 있으며, 상기 액추에이터부는 상기 발광부에서 출사된 빛이 이동하는 경로가 될 수 있다.
또한, 상기 액추에이터부는 피에조 액추에이터(PZT) 또는 정전 폴리머(Electro-Active Polymer) 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 정전 폴리머는 수축 및 팽창을 통하여 상기 변위를 생성하며, 상기 정전 폴리머를 지지하기 위한 안내 구멍 내에 삽입될 수 있다.
상기 표면부는 상기 액추에이터부에 의하여 생성된 상기 변위에 따라 이동하는 광투과부; 및 상기 발광부에서 출사된 빛을 분산시켜 출사시키는 광분산부를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 발광부에서 출사되는 빛이, 상기 발광부에서 상기 변위제어신호에 따른 거리만큼 떨어진 상기 표면부에 이르는 과정 중에 발생하는 상기 빛의 세기 감소를 보상하는 보상색상제어신호를 생성할 수 있다.
그리고, 상기 구동회로부에서 발생한 상기 구동전압이 상기 액추에이터부로 인가되는 것을 제어하는 스위치를 더 포함하며, 상기 스위치는 상기 액추에이터부의 개수에 상응하여 포함될 수 있으며, 상기 구동회로부 하나에 대하여 상기 스위치 복수개가 포함될 수 있다.
그리고, 상기 액추에이터부는 상기 표면부에 가해지는 압력 또는 상기 표면부의 변위를 감지하여 촉감 전기 신호로 변환하며, 상기 제어부는 상기 촉감 전기 신호에 따른 제어신호를 생성하고, 상기 실물 입체 디스플레이 장치는 상기 제어신호에 따라 동작할 수 있으며, 상기 액추에이터부는 상기 표면부에 가해지는 압력 또는 상기 표면부의 변위를 감지하여 촉감 전기 신호로 변환하는 감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 촉감 전기 신호에 따른 제어신호를 생성하고, 상기 실물 입체 디스플레이 장치는 상기 제어신호에 따라 동작할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고집적 소형화가 가능한 실물 입체 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 양방향 정보 전달이 가능한 실물 입체 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 어떤 구성요소로부터 다른 구성요소로 "입력된다" 거나 "전달된다" 등으로 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접 입력되거나 또는 직접 전달될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소를 거쳐 입력되거나 또는 전달될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 어떤 구성요소로부터 다른 구성요소에 "직접 입 력된다" 거나 "직접 전달된다" 라고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소를 거치지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치의 구성에 대하여 살펴보도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치는 제어부(110), 구동회로 부(120), 발광부(130), 액추에이터부(140) 및 표면부(150)를 포함할 수 있다.
제어부(110)는 영상 신호를 입력 받고, 입력된 영상 신호에 따라 색상제어신호 및 변위제어신호를 생성한다. 이때, 제어부(110)로 입력되는 영상 신호는 본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치에서 디스플레이 하고자 하는 영상 및 형상을 나타내는 신호로, 2차원의 영상 신호의 형태로 입력될 수도 있고, 그 외에 다양한 형태의 신호로 입력될 수 있다.
제어부(110)는 이와 같이 입력된 영상 신호에 따라서, 색상제어신호 및 변위제어신호를 생성하게 된다. 즉, 제어부(110)는 디스플레이 하고자 하는 영상 및 형상의 컬러를 나타내는 색상제어신호 및 디스플레이 하고자 하는 영상 및 형상의 높낮이를 나타내는 변위제어신호를 생성하게 된다. 이때, 색상제어신호는 RGB 값으로 나타내어 질 수 있으며, 변위제어신호는 기저면으로부터의 높이(H)에 대한 값으로 나타내어 질 수 있다. 물론, 이외에도 색상제어신호는 색상을 대표하는 값, 변위제어신호는 변위를 대표하는 값이기만 한다면 어떠한 형태이던지 본 발명의 목적 범위 내에서 색상제어신호 및 변위제어신호에 포함될 수 있다.
본 실시예에 따르면 제어부(110)는 후술할 발광부(130)에서 출사된 빛이 액추에이터부(140)를 지나 표면부(150)에 이르는 과정 중에 발생할 수 있는 빛의 세기 감소를 보상하기 위한 보상색상제어신호를 생성할 수 있으므로, 본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치는 발광부(130)로부터 출사된 빛의 세기 감소까지도 고려하여 정확한 색상 구현이 가능하다.
이때, 발광부(130)에서 출사된 빛이 표면부(150)에 다다르기까지 발생할 수 있는 빛의 세기 감소값은 빛이 이동한 거리에 비례한다. 즉, 발광부(130)에서 출사된 빛의 세기는 이동한 거리에 반비례하게 된다. 따라서, 제어부(110)는, 전술한 바와 같이 빛의 세기가 이동한 거리에 반비례하는 특성을 이용하고, 발광부(130)에서 표면부(150)까지의 거리를 고려하여, 제어부(110)는 빛의 세기 감소분을 보상하기 위한 보상색상제어신호를 생성한다. .
제어부(110)는 전술한 바와 같이 입력된 영상신호에 따라 변위제어신호를 생성하는데, 변위제어신호는 액추에이터부(140)에서 변위를 생성하도록 하는 신호이다.
본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치는 구동회로부(120)에서 생성된 구동 전압이 액추에이터부(140)에 인가됨에 따라, 액추에이터부(140)가 구동전압만큼 구동하여 변위를 발생시키고, 이와 같이 생성된 변위에 따라 표면부(150)가 상하로 이동함으로써, 형상의 디스플레이가 가능하다.
제어부(110)에서 생성하는 변위제어신호는 구동회로부(120)에서 구동전압이 생성되도록 하는 신호로써, 액추에이터부(140)에서 생성할 변위값에 상응하도록 생성된다.
본 실시예에 따르면, 액추에이터부(140)의 구동에 의하여 발생하는 변위(H)는 구동회로부(120)에서 액추에이터부(140)에 인가하는 전압 값의 제곱에 비례할 수 있다. 즉, 하기와 같은 관계식이 성립한다.
[관계식 1]
V2 ∝ 변위(H)
(변위(H))1/2 ∝ V
따라서, 제어부(110)는 액추에이터부(140)에서 생성할 변위(H)의 제곱근에 비례하는 구동전압이 생성되도록 하는 변위제어신호를 생성하여야 한다.
전술한 바와 같이, 제어부(110)에서 영상 신호에 따라 색상제어신호 및 변위제어신호를 생성하고, 발광부(130)는 색상제어신호에 따른 파장의 값을 갖는 빛을 출사하게 된다.
발광부(130)는 색상제어신호 즉, RGB값에 상응하는 파장의 빛을 출사할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 발광부(130)는 일반 평판디스플레이일 수 있으며, 색상제어신호에 따라 각 픽셀이 발광을 하게 된다. 발광부(130)는 LCD, PDP 또는 LED 등 일 수 있다. 발광부(130)에서 출사된 빛은 액추에이터부(140)를 거쳐 표면부(150)에 이르러 사용자에게 시각 정보를 제공할 수 있다. 또한 발광부(130)에서 출사된 빛은 바로 표면부(150)로 전달되어 사용자에게 시각 정보를 제공할 수도 있다.
구동회로부(120)는 변위제어신호에 상응하는 구동전압을 생성한다. 즉, 구동회로부(120)는 전술한 관계식 1을 이용하여, 액추에이터부(140)를 구동시키기 위한 구동 전압을 변위제어신호에 상응하여 생성하게 된다. 액추에이터부(140)에 따라 다르지만 구동회로부(120)는 통상적으로 고전압을 발생시키고 수백만 개의 액추에이터를 가동해야 하므로 고집적 전력전자회로로 이루어진다.
하나의 구동회로부(120)는 복수개의 액추에이터부(140)를 구동시키기 위한 구동전압을 생성할 수 있는데, 이때 각각의 액추에이터부(140)로 구동 전압이 인가되는 것을 제어하기 위하여 액추에이터부(140) 각각에 대하여 스위치가 더 포함될 수 있다.
즉, 액추에이터부(140)의 개수와 동일한 개수의 스위치가 포함되며, 이러한 복수개의 액추에이터부(140)의 동작을 제어하기 위하여 하나의 구동회로부(120)가 본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치에 포함될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치는 하나의 구동회로부(120)와 복수개의 스위치를 사용하여, 같은 열 또는 같은 행의 모든 액추에이터를 제어할 수 있다. 만약, 같은 열의 모든 액추에이터에 하나의 구동회로부(120)가 구동 전압을 각각 인가한다면, 행 숫자만큼의 구동회로부(120)가 필요하게 된다.
본 실시예에 따르면, 구동회로부(120)는 한 개의 전원으로써, 한 열(row)로 나열된 m개의 액추에이터부(140)에 인가되는 전압을 순차적으로 제어할 수 있도록 각각의 액추에이터부(140)마다 스위치를 구비하고, 행(column) 방향으로도 n개의 액추에이터부(140) 각각에 구동 전압을 인가할 수 있도록 각 액추에이터부(140)마다 스위치를 구비함으로써, m × n개의 액추에이터부(140)에 인가되는 구동전압을 m + n개의 구동회로부(130)부를 통하여 제어할 수 있다.
액추에이터부(140)는 구동회로부(120)에서 생성한 구동전압에 따라 구동하여 변위를 생성하며, 발광부(130)에서 출사된 빛이 이동하는 경로가 될 수도 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 액추에이터부(140)는 광학적으로 투명한 광전송로를 구비 하면서도, 구동전압에 따라 변위를 발생시킬 수 있는 구조를 갖는다.
본 실시예에 따르면, 액추에이터부(140)는 피에조(PZT) 또는 정전 폴리머(Electro-Active Polymers)일 수 있다. 액추에이터부(140)는 피에조 또는 정전 폴리머 만을 포함하거나, 피에조 및 정전 폴리머 모두를 포함할 수 있다.
정전 폴리머로 이루어진 액추에이터부(140)의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 탄성과 유연성이 좋은 절연된 폴리머 양 측면에 전기장을 인가하면 대전된 전하에 의해 정전기력이 발생하고 이 압력에 의해 대전판과 직각인 방향으로 변위가 발생하게 된다. 즉, 정전 폴리머로 이루어진 액추에이터부(140)는 수축 및 팽창을 통하여 변위를 생성한다.
이와 같이, 정전 폴리머로 이루어진 액추에이터부(140)의 경우, 유연성이 좋은 반면 길게 제작될 경우 구조적으로 취약하므로 이를 고려하여 골격을 보강해주어야 한다. 이에, 본 실시예에 따르면, 정전 폴리머를 지지하기 위하여, 원형이나 판형으로 여러 겹으로 쌓거나 안내 구멍(guided hole) 속에 넣는 방법을 사용한다. 이에 대해서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.
피에조로 이루어진 액추에이터부(140)의 경우에는, 발광부(130)에서 출사된 빛이 이동하는 경로로 광섬유를 사용하고, 이를 내마모성이 좋은 금속 또는 세라믹으로 감싸 액추에이터부(140)를 형성한다. 액추에이터부(140)는 복수개의 피에조 액추에이터 쌍을 포함하며, 이들을 상하 운동 시켜 변위를 생성한다.
본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치의 경우, 구동회로부(120)의 전원이 꺼져도 액추에이터부(140)의 현재 변위를 그대로 유지하는 오프 세이프(Off safe)모드와 구동회로부(140)의 전원이 꺼지면 액추에이터부(140)의 변위가 기준변위(zero state)로 돌아가는 온 세이프(On safe) 모드로 동작할 수 있다. 이때, 오프 세이프 모드는 액추에이터부(140)로 피에조를 사용한 경우이고, 온 세이프 모드는 정전 폴리머를 사용하는 경우에 해당한다.
또한, 액추에이터부(140)의 변위가 1mm 전후로 작은 경우는, 정전 폴리머를 사용하고, 액추에이터부(140)의 변위가 수십 cm로 큰 경우, 피에조(PZT)를 이용한 기구 형태의 액추에이터부(140)를 사용한다.
이와 같이, 액추에이터부(140)는 사용자의 목적에 따라 정전 폴리머를 사용하거나, 피에조를 사용하여 구성할 수 있다.
액추에이터부(140)는 전술한 바와 같이, 발광부(130)에서 출사된 빛이 이동하는 경로가 될 수 있는데 이때, 본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치는 발광부(130)에서 출사된 빛을 집속하여 액추에이터부(140)로 전달하기 위한 렌즈부를 더 포함할 수 있다.
표면부(150)는 액추에이터부(140)의 동작에 따라 이동하며, 표면부(150)에서발광부(130)로부터 입사된 빛이 분산되어 출사된다. 본 실시예에 따르면, 표면부(150)는 도 5에 도시된 바와 같이, 액추에이터부(140)에 의하여 생성된 변위에 따라 이동하는 광투과부(151) 및 발광부(130)에서 출사된 빛을 분산시켜 출사시키는 광분산부(152)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치의 표면은 먼지나 습기 등으로 오염될 수 있고, 반복된 동작이나 사용자의 접촉에 의해 쉽게 마모될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해서 단단한 표면부(150)를 포함하고 있다. 표면부(150)는 단순한 원형, 사각형, 육각형의 기둥 형태일 수도 있고, 물고기 비늘이나 갑옷 같은 형상의 구조물이 복합적으로 연결된 형태 일수도 있다.
표면부(150)의 광분산부(152)는 액추에이터부(140)를 거쳐 입사된 빛을 180도에 가깝게 분산시킨다. 이와 같은, 광분산부(152)를 통하여 보다 효율적인 실물 입체 디스플레이가 가능하다.
표면부(150)는 탄성이 있고 유연한 고무 재질 등으로 형성될 수 있으며, 이와 같이 고무 재질로 형성된 표면부(150)의 경우, 견고하지는 않지만 방수나 방진 기능을 가질 수 있다는 장점이 있다.
이와 같은 구성을 갖는, 본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치는 한 개의 화소(pixel)로 한 개의 입체 화소(voxel)를 구성하여, 한 개의 입체 화소가 한가지의 컬러색만 단순히 구현하도록 한다. 또한 본 실시예에 따르면, 특별한 배선 없이 평면형의 프린트 기판(PCB)를 통한 배선이 가능해지고, 발광부(130)로 평면형 디스플레이 장치를 이용하고, 높이방향으로 변위가 가변하는 액추에이터부(140)만을 추가하여 간단한 구성을 통하여 실물 입체 디스플레이가 가능하다.
본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치의 액추에이터부(140)는 표면부(150)에 가해지는 압력 또는 표면부(150)의 변위를 감지하여 촉감 전기 신호로 변환할 수 있다. 즉, 디스플레이 장치의 표면에 사용자가 접촉함으로써, 표면 부(150)에 압력이 가해지거나, 표면부(150)에 변위가 발생하는 경우, 액추에이터부(140)는 촉감 센서로 기능하여, 변위 또는 압력을 감지하여 촉감 전기 신호로 변환 할 수 있다. 이와 같은 변위 또는 압력을 감지하기 위하여 액추에이터부(140) 자체를 이용하거나 별도의 감지부가 액추에이터부(140)에 더 포함될 수 있다.
액추에이터부(140)는 직접 압력 또는 변위를 감지하기 위하여, 외부 변위 또는 압력에 의한 액추에이터부(140)의 가변 커패시턴스 특성을 이용할 수 있다. 또한, 별도의 감지부를 액추에이터부(140)에 포함시키는 경우, 평행판 공극으로 이루어진 감지부를 부착하여 변위 또는 압력을 감지할 수 있다. 이러한 압력 또는 변위의 감지(촉감 감지) 방법은 당업자에게 자명한바 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
이와 같이, 액추에이터부(140)는 변위 또는 압력을 감지하여 촉감 전기 신호로 변환하며, 촉감 전기 신호는 제어부(110)로 입력된다. 제어부(110)는 촉감 전기 신호에 따른 제어신호를 생성하고, 이러한 제어 신호에 따라 실물 입체 디스플레이 장치의 동작이 제어된다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치는, 영상 및 형상을 포함하는 실물 입체 디스플레이가 가능할 뿐 아니라, 촉감 센서로 사용되어 실물 입체 디스플레이 장치의 동작을 제어할 수 있으므로, 양방향성 입체정보전달소자로 동작이 가능하다.
본 실시예에 따르면, 전술한 촉감 감지의 기능은 입체 디스플레이 기능과 동시에 수행될 수도 있고, 촉감 감지 기능 또는 입체 디스플레이 기능 중 어느 하나 의 기능이 수행 될 수도 있다.
이하, 도 2를 참조하여 피에조 타입의 액추에이터부(140)를 포함하는 실물 입체 디스플레이 장치의 구조를 살펴보도록 한다. 도 2는 피에조 타입의 액추에이터부(140)를 포함하는 실물 입체 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 피에조 타입의 액추에이터부(140)의 경우, 전술한 바와 같이 기계적인 구성을 통하여 변위를 발생시키고, 발광부(130)에서 출사된 빛을 액추에이터부(140)에 입사되도록 하기 위하여, 렌즈부(160)을 더 포함하고 있다.
이와 같이, 액추에이터부(140)의 아래쪽 끝에 렌즈부(160)가 포함되며, 발광부(130)에 연결된 렌즈부(160)와 함께 쌍을 이루어, 액추에이터부(140)의 길이 방향 운동과 관계 없이 액추에이터부(140)가 빛을 수광할 수 있도록 한다.
이와 같은 피에조 액추에이터 타입의 액추에이터부(140)의 경우, 변위를 렌즈부(160)간의 간격을 통하여 계측하며, 렌즈부(160) 간의 간격은 광학펄스나 초음파를 인가하여 왕복 시간을 측정함으로써, 산출할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 발광부(130)의 위치에 따른 실물 입체 디스플레이 장치의 다양한 구현예를 살펴보도록 한다. 도 3은 발광부(130)의 위치에 따른 실물 입체 디스플레이 장치의 다양한 구현예를 도시한 예시도 이다.
좌측에 도시된 제1 실시예를 살펴보면, 구동 회로부(121)의 표면에 발광부(131)가 형성되어 있으며, 발광부(131)의 위로 액추에이터부(141)가 형성되어 있다. 그리고, 광분산부(151)를 포함하는 표면부가 형성되어 있다. 이때, 발광부가 구동회로부(121)와 바로 연결되어 형성되므로, 액추에이터부(141)는 발광부(131)에서 출사된 빛의 이동 경로가 된다. 따라서, 액추에이터부(141)는 광학적으로 투명한 물질로 형성되어야 한다.
우측에 도시된 제2 실시예의 경우, 제1 실시예와 달리, 발광부(132)가 광분산부(152)를 포함하는 표면부의 바로 아래에 형성되어 있다. 이와 같은 경우, 액추에이터부(142)가 광전달 경로 기능을 가지지 않고 변위만 발생시키거나 변위 또는 압력만 감지하기만 하면 되므로 투명할 필요가 없다. 다만, 이와 같은 경우, 도3의 우측에 도시된 바와 같이, 유연한 배선 재료로 발광부(132)에 필요한 전기 신호를 제공해야 한다는 단점이 있다.
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140)에 대하여 살펴보도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140)의 구동 원리를 나타낸 도면이다.
정전 폴리머로 이루어진 액추에이터부(140)의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 탄성과 유연성이 좋은 절연된 폴리머 양 측면에 구동 전압을 인가하면, 대전된 전하에 의해 정전기력이 발생하고, 이 압력에 의해 대전판과 직각인 방향으로 변 위(도 4에 도시된 화살표 방향)가 발생하게 된다. 즉, 정전 폴리머로 이루어진 액추에이터부(140)는 수축 및 팽창을 통하여 변위를 생성한다.
이와 같은 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140)의 경우, 유연성이 좋은 반면 길게 제작될 경우 구조적으로 취약하므로, 액추에이터부(140)의 지지를 위하여 안내 구멍 내에 원통형의 정전 폴리머 액추에이터를 삽입하기도 한다.
도 5는 본 실시예에 따른 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140)를 안내 구멍 내에 삽입한 상태를 도시한 도면이다.
도 5의 좌측에는 액추에이터부(140)가 팽창한 경우를 도 5의 우측에는 액추에이터부(140)가 수축한 경우를 도시하고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 안내 구멍 내에 원통형 액추에이터부(140)가 삽입되어 지지되므로, 액추에이터부의 구조적 취약점을 보완할 수 있다.
액추에이터부(140)의 팽창시, 광투과부(151) 및 광분산부(152)를 포함하는 표면부(150)는 액추에이터부(140)의 변위에 따라 위로 이동하며, 액추에이터부(140)의 수축시, 표면부(150)는 액추에이터부(140)의 변위에 따라 아래로 이동하게 된다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 원통형 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140) 제조 과정 및 이러한 원통형 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140)의 대량 집적 실시예를 살펴보도록 한다. 도 6은 본 실시예에 따른 원통형 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140) 제조 과정을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 실시예에 따른 원통형 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140)의 대략 집적 실시예를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 6을 참조하여 살펴보면, 원기둥 형태의 막대에 반사성 내전극층을 도포하고, 이 바깥쪽에 정전 폴리머를 도포한 후, 또 다른 전극층을 도포한다. 그리고 나서 원기둥 형태의 막대을 물리적 또는 화학적인 방법으로 제거하면 통 내부를 통해 빛이 전송될 수 있어, 속이 투명한 수백만개의 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140)를 대량으로 생산해낼 수 있다. 이러한 과정을 통하여, 생산된 원통형의 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140)는 도 7에 도시된 바와 같이, PCB 회로에 대량으로 집적될 수 있다. 이때, 안내 구멍을 이용하여 복수개의 액추에이터부(140)를 대량으로 집적할 수도 있다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이의 실제 구현예에 대하여 살펴보도록 한다. 도 8은 피에조 타입의 액추에이터부(140)를 포함하는 실물 입체 디스플레이 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
발광부(130)에서 출사된 빛이 렌즈부(160)를 통하여 액추에이터부(140)로 수광되며, 액추에이터부(140)에서 발생한 변위에 따라 표면부(150)가 이동하며, 표면부(150)에서 발광부(130)에서 출사된 빛이 분산됨으로써, 영상 및 형상의 디스플레이가 가능해진다. 즉, 이러한 표면부(150)의 이동이 본 발명의 일 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이의 디스플레이 화면(170)에 전달됨으로써, 액추에이터부(140) 에서 생성된 변위에 따른 형상 및 발광부(130)에서 출사되어 액추에이터부(140)를 지나 표면부(150)에서 분산된 빛에 의한 영상이 디스플레이 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실물 입체 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 피에조 액추에이터 타입의 액추에이터부(140)를 포함하는 실물 입체 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 3은 발광부(130)의 위치에 따른 실물 입체 디스플레이 장치의 다양한 구현예를 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 폴리머 액추에이터 타입의 액추에이터부(140)의 구동 원리를 나타낸 도면.
도 5는 본 실시예에 따른 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140)를 안내 구멍 내에 삽입한 상태를 도시한 도면.
도 6은 본 실시예에 따른 원통형 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140) 제조 과정을 나타낸 도면.
도 7은 본 실시예에 따른 원통형 정전 폴리머 타입의 액추에이터부(140)의 대략 집적 실시예를 나타낸 도면.
도 8은 피에조 타입의 액추에이터부(140)를 포함하는 실물 입체 디스플레이 장치의 구조를 나타낸 도면.

Claims (12)

  1. 입력된 영상 신호에 따라 색상제어신호 및 변위제어신호를 생성하는 제어부;
    상기 색상제어신호에 상응하는 파장을 갖는 빛을 출사하는 발광부;
    상기 변위제어신호에 상응하는 구동전압을 생성하는 구동회로부;
    상기 구동전압에 따라 구동하여 변위를 생성하는 액추에이터부;
    상기 액추에이터부의 동작에 따라 이동하며, 상기 발광부에서 출사된 빛이 분산되어 출사되는 표면부; 및
    상기 발광부에서 출사된 빛을 집속하여 상기 액추에이터부로 전달하는 렌즈부를 포함하는 실물 입체 디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터부는 상기 발광부에서 출사된 빛을 상기 표면부로 전달하는 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 실물 입체 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터부는 피에조 액추에이터(piezoelectric actuator) 또는 정전 폴리머(Electro-Active Polymer) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실물 입체 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정전 폴리머는 수축 및 팽창을 통하여 상기 변위를 생성하는 것을 특징으로 하는 실물 입체 디스플레이 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 정전 폴리머는
    상기 정전 폴리머를 지지하기 위한 안내 구멍 내에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 실물 입체 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 표면부는
    상기 액추에이터부에 의하여 생성된 상기 변위에 따라 이동하는 광투과부; 및
    상기 발광부에서 출사된 빛을 분산시켜 출사시키는 광분산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실물 입체 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 발광부에서 출사되는 빛이 상기 표면부에 이르는 과정 중에 발생하는 상기 빛의 세기 감소를 보상하는 보상 색상제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 실물 입체 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구동회로부에서 발생한 상기 구동전압이 상기 액추에이터부로 인가되는 것을 제어하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실물 입체 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구동회로부 하나에 대하여 상기 액추에이터부 복수개가 포함되는 것을 특징으로 하는 실물 입체 디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터부는 상기 표면부에 가해지는 압력 또는 상기 표면부의 변위를 감지하여 촉감 전기 신호로 변환하며,
    상기 제어부는 상기 촉감 전기 신호에 따른 제어신호를 생성하고, 상기 실물 입체 디스플레이 장치는 상기 제어신호에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 실물 입체 디스플레이 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터부는 상기 표면부에 가해지는 압력 또는 상기 표면부의 변위를 감지하여 촉감 전기 신호로 변환하는 감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 촉감 전기 신호에 따른 제어신호를 생성하고, 상기 실물 입체 디스플레이 장치는 상기 제어신호에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 실물 입체 디스플레이 장치.
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