KR101363212B1 - 신경 자극을 제공하는 장치 및 촉각 피드백을 제공하는 방법 - Google Patents

Abstract

광학적으로 투명한 전극을 포함하는 장치로서, 상기 광학적으로 투명한 전극은 상기 광학적으로 투명한 전극에 가장 근접한, 상기 장치의 외부 표면 중 일부에 접촉하는 사용자에게 경피성 전기 신경 자극을 제공하도록 구성된 장치.

Description

신경 자극을 제공하는 장치 및 관련 방법{Apparatus for providing nerve stimulation and related methods}

본원 명세서는 전기 신경 자극을 제공하는 장치들 및 관련 방법들에 관한 것이다.

터치-스크린 디스플레이들은 전기 소비용 물품의 분야에 공지되어 있다.

본원 명세서에 기재된 발명의 목적은 신경 자극을 제공하는 장치 및 관련 방법을 제공하는 것이다.

본원 명세서에는, 광학적으로 투명한 전극을 포함하는 장치로서, 상기 광학적으로 투명한 전극이 상기 광학적으로 투명한 전극에 가장 근접한, 상기 장치의 외부 표면 중 일부에 접촉하는 사용자에게 경피성 전기 신경 자극을 제공하도록 구성된, 장치가 제공되어 있다.

또한, 본원 명세서에는, 기재(substrate), 상기 기재 상에 지지되는 2-차원 전극 어레이, 및 상기 2-차원 전극 어레이의 전극들 중 하나 이상의 전극에 신경 자극의 전위(potential)를 제공하도록 구성된, 예컨대 선택적으로 구성된, 자극 회로를 포함하는 장치가 제공되어 있다.

또한, 본원 명세서에는, 광학적으로 투명한 전극을 사용하여 상기 광학적으로 투명한 전극에 가장 근접한, 장치의 외부 표면 중 일부에 접촉하는 사용자에게 경피성 전기 신경 자극을 제공하는 것을 포함하는, 방법이 제공되어 있다.

또한, 본원 명세서에는, 기재(substrate) 상에 지지되는 2-차원 전극 어레이를 동작시키는 방법으로서, 상기 2-차원 전극 어레이의 전극들 중 하나 이상의 전극에 신경 자극의 전위(potential)를 선택적으로 제공하는 것을 포함하는, 방법이 제공되어 있다.

또한, 본원 명세서에는, 제1 기재 층을 제공하는 것; 상기 제1 기재 층 내에 복수 개의 움푹파인 형태의 함몰 영역들을 형성하는 것; 상기 제1 기재 층 상에 제1의 복수 개의 전도성 트랙들을 형성하는 것; 상기 움푹 파인 형태의 함몰 영역들 내에 제2 기재 층을 제공하는 것; 상기 제2 기재 층 상에 제2의 복수 개의 전도성 트랙들을 형성하는 것; 상기 제2 기재 층 상에 및 상기 제2의 복수 개의 전도성 트랙들 상에 제3 기재 층을 제공하는 것;을 포함하는, 방법이 제공되어 있다.

또한, 본원 명세서에는, 상부에 복수 개의 돌기부(protuberance)들이 형성된 모울드(mould)를 제공하는 것; 상기 모울드 상에 제1의 복수 개의 전도성 트랙들을 형성하는 것; 상기 돌기부들 간의 상기 모울드의 영역들 상에 제1 기재 층을 제공하는 것; 상기 제1 기재 층 상에 제2의 복수 개의 전도성 트랙들을 형성하는 것; 상기 제1 기재 층 상에 및 상기 제2의 복수 개의 전도성 트랙들 상에 제2 기재 층을 제공하는 것; 상기 모울드를 제거하는 것; 상기 제거된 모울드에 의해 비워져 있는 용적(volume)에 제3 기재 층을 제공하는 것;을 포함하는 방법이 제공되어 있다.

본원 명세서에 기재된 발명은 광학적으로 투명한 전극이 상기 광학적으로 투명한 전극에 가장 근접한, 장치의 외부 표면 중 일부에 접촉하는 사용자에게 경피성 전기 신경 자극을 제공함으로써 상기 광학적으로 투명한 전극에 가장 근접한, 장치의 외부 표면 중 일부에 접촉하는 사용자의 손가락에 촉각 피드백을 제공한다.

도 1a는 전자 기기의 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 전자 기기를 통해 절취된 개략적인 단면도이다.
도 1c는 변형 실시예들에 따른 도 1a의 전자 기기를 통해 절취된 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 전자 기기의 구성요소(component)를 간략하게 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 3a는 도 2의 구성요소의 한 영역을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 영역을 통해 절취된 단면도이다.
도 3c는 변형 실시예들에 따른 도 3a에 도시된 영역을 통해 절취된 단면도이다.
도 4a는 도 3a에 도시된 구성요소의 영역의 제1 기재 층(sub-layer)의 평면도이다.
도 4b는 도 3a에 도시된 구성요소의 영역의 제1 및 제2 기재 층들의 평면도이다.
도 5는 도 2의 구성요소의 일부의 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 2의 전극들 중 일부를 제어하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 7은 도 2의 구성요소를 제조하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 도 2의 구성요소를 제조하는 변형적인 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 9는 바이오 메디컬(biomedical) 기기를 개략적으로 보여주는 도면이다.

첨부도면들에서, 동일 참조번호들은 동일 요소들을 나타낸다.

도 1a에는 전자 기기(10), 본 예에서는 이동 전화기의 평면도가 도시되어 있다. 상기 이동 전화기(10)는 디스플레이(102), 스피커(104), 마이크로폰(106), 및 하우징(108)를 포함한다. 상기 디스플레이(102)는 터치 감응(touch-sensitive) 디스플레이dlek. 본 도면에서는, 상기 디스플레이(102)가 번호들(110), 통화 기능부(112) 및 취소 기능부(114)를 가지는, 다수의 선택가능 옵션들을 포함하는 다이얼 방식의 사용자 인터페이스를 디스플레이하고 있다. 소정 옵션을 선택하기 위해, 사용자는 원하는 옵션에 상응하는 위치에서 상기 디스플레이(102)의 외부 표면(116)(도 1b 참조)을 터치한다.

도 1b에는 도 1a에서 A로 나타낸 라인에서 상기 이동 전화기(10)를 통해 절취된 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 상기 하우징(108)은 상기 디스플레이(102)의 측부 표면들(118) 및 후부 표면(120)을 에워싸고 있다. 상기 하우징(108)의 내부 표면(122) 및 상기 디스플레이(102)의 후부 표면(120)은 상기 이동 전화기(10)의 내부 용적(124)을 한정한다. 상기 내부 용적(124)은 배터리(126) 및 프로세서(128)를 하우징한다. 상기 배터리(126)는 전력을 상기 프로세서(128) 및 상기 디스플레이(102)에 공급한다. 상기 프로세서(128)는 상기 디스플레이(102)의 동작을 제어하도록 적응된다.

상기 디스플레이(102)는 디스플레이 패널(130) 및 터치 감응 촉각 피드백(touch sensitive tactile feedback; TSTF) 층(132)을 포함한다.

상기 디스플레이 패널(130)은 LCD 디스플레이 패널을 포함하며, 그의 동작 및 구성은 당업계에 공지되어 있다. 그러나, 여기서 이해하여야 할 점은 다른 타입들의 디스플레이 패널이 그 대신에 사용될 수 있다는 점이다.

상기 TSTF 층(132)은 상기 디스플레이 패널(130)의 상측 표면(134) 상에 배치된다. 상기 TSTF 층(132)은 상기 TSTF 층(132)의 외부 표면(116)에 접촉하는 사용자의 손가락에 의한 촉각 입력을 검출하도록 동작가능하다. 상기 TSTF 층(132)은 또한 상기 TSTF 층(132)의 외부 표면(116)에 접촉하는 사용자의 손가락에 촉각 피드백을 제공하도록 동작가능하다.

도 1c에는 변형 실시예에 다른 이동 기기(10)를 통해 절취된 개락적인 단면도가 도시되어 있다. 이러한 실시예에서는, 상기 TSTF 층(132)이 상기 디스플레이 패널(130)이 위치해 있는 표면과는 반대편에 있는 상기 이동 기기(10)의 표면 상에 제공된다. 상기 TSTF 층은 상기 TSTF 층(132)의 외부 표면(116)(도 1c에서는 하측 표면임)에 접촉하는 사용자의 손가락에 의한 촉각 입력을 검출하도록 동작가능하다. 상기 TSTF 층(132)은 또한 상기 TSTF 층(132)의 외부 표면(116)에 접촉하는 사용자의 손가락에 촉각 피드백을 제공하도록 동작가능하다.

당업자라면 이해하겠지만, 상기 TSTF 층은 상기 이동 기기(10)의 임의의 외부 표면 내에나 또는 상기 이동 기기(10)의 임의의 외부 표면 상에 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 TSTF 층은 트래커 휠(tracker wheel) 대신에 사용하도록 기기의 측면 상에 위치해 있을 수 있다. 또한, 당업자라면 이해하겠지만, 이동 기기(10)는 2개 이상의 TSTF 층(132)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 하나의 TSTF 층은 기기의 디스플레이 상부측에 위치해 있을 수 있으며 다른 하나의 TSTS 층은 기기(10)의 후부측 상에 위치해 있을 수 있다.

도 1c에 도시된 기기의 사용자는 상기 디스플레이 패널(130)의 영역 상에 디스플레이되는 선택가능한 옵션에 상응하는 TSTF 층(132)의 부위에 접촉함으로써 터치 입력들을 제공할 수 있다.

도 2에는 TSTF 층(132)의 개략적인 평면도가 간략하게 도시되어 있다. 상기 TSTF 층(132)은 그리드 어레이로 구성된 복수 개의 전극들(136)을 포함한다. 상기 전극들(136) 각각은 상기 TSTF 층(132)의 외부 표면(116)에 접촉하는 사용자의 손가락에 의한 촉각 입력을 검출하도록 개별적으로 동작가능하다. 상기 전극들 각각은 또한 상기 TSTF 층(132)의 외부 표면(116)에 접촉하는 사용자의 손가락에 촉각 피드백을 제공하도록 개별적으로 동작하다.

상기 TSTF 층(132)은 광학적으로 투명하다. 이 때문에, 가시 광(visible light)은, 확산이 거의 일어나지 않거나 확산이 전혀 일어나지 않으면서 상기 TSTF 층(132)을 통과할 수 있다. 상기 TSTF 층(132)의 하부에 배치되는 디스플레이 패널(130)에 의해 디스플레이되는 이미지는 사용자에게 분명하게 보여질 수 있다. 당업자라면 이해하겠지만, 상기 TSTF 층(132)이 전체적으로 볼 때 광학적으로 투명하므로 그의 구성 부분들도 광학적으로 투명하다. 이 때문에, 상기 전극들(136)은 광학적으로 투명하다. 당업자라면 알 수 있겠지만, 도 1c에서와 같은, 상기 디스플레이 패널(130) 상에 위치해 있지 않은 TSTF 층(132)은 그 대신에 광학적으로 불투명하거나 반투명할 수 있다.

도 3a에는 도 2에서 B로 나타나 있는 TSTF 층(132)의 영역이 도시되어 있다. 도 3b는 도 3a에서 C로 나타나 있는 라인을 따라 상기 TSTF 층(132)의 영역 B를 절취한 단면도이다. 상기 복수 개의 전극들(136) 각각은 제1 전극 요소(138) 및 제2 전극 요소(140)를 포함한다. 상기 제1 전극 요소(138)는 비어있는 영역을 에워싸는 전도성 영역(142)을 지닌다. 상기 전도성 영역(142)는 환상(環狀)으로 되어 있다. 상기 제2 전극 요소(140)는 상기 제1 전극 요소(138)의 비어있는 영역(144)의 중심에 위치해 있다. 상기 제2 전극 요소(140)는 정사각형(square)으로 되어 있다. 상기 제1 전극 요소(138) 및 상기 제2 전극 요소(140)는 대략적으로 동일한 지점에 그들의 중심을 지닌다.

상기 전극들(136) 각각 중의 제1 전극들(138) 각각은 제1 접속 요소(146)에 의해 2개의 인접 전극들(136) 중의 제1 전극 요소들(138)에 접속되어 있다. 이러한 방식으로, 제1 전극 요소들(138)의 컬럼(column)들(148)은 직렬로 접속되어 있다. 접속된 제1 전극 요소들(138)의 이러한 컬럼들(148)은 상기 TSTF 층(132)의 전체 길이에 걸쳐 연장되어 있다. 당업자라면 이해하겠지만, 각각의 컬럼(148)의 양측 단부에 있는 제1 전극 요소들(138)은 단지 하나의 다른 제1 전극 요소(138)만에 접속되어 있다.

제1 전극 요소들(138)의 각각의 컬럼(148)은 양측 단부에서 (도시되지 않은) 제1 전력 공급원에 접속되어 있다. 상기 제1 전력 공급원은 제1 전극 요소들(138)의 컬럼들 각각에 개별적으로 전위(potential)를 제공하도록 동작가능하다. 상기 제1 전력 공급원은 배터리(126)로부터 획득된 전력을 제공한다. 당업자랴면 이해하겠지만, 대체 전원을 지니는 기기에서, 상기 제1 전력 공급원은 대체 전원으로부터 획득된 전력을 제공할 수 있다. 상기 대체 전원은 예를 들면 충전 입력 측에 수납될 수 있는 것과 같은 변환식 메인 전기 공급원(transformed mains electricity supply)일 수 있다.

상기 제1 전극 요소들(138) 각각 및 상기 제1 접속 요소들(146) 각각은 도 3b로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이 제1면으로 되어 있다. 도 3a에서는, 상기 제1면이 전체 페이지의 면(plane)과 나란히 배치되어 있으며, 도 3b에서는, 상기 제1면이 전체 페이지의 면과 수직으로 배치되어 있다.

상기 전극들(136) 각각 중의 제2 전극 요소들(140) 각각은 제2 접속 요소들(150)에 의해 2개의 인접 전극들(136)의 제2 전극 요소들(140)에 접속되어 있다. 이러한 방식으로, 제2 전극 요소들(140)의 로우(row)들(152)은 직렬로 접속되어 있다. 접속된 제2 전극 요소들(140)의 이러한 로우들(152)은 상기 TSTF 층(132)의 전체 폭에 걸쳐 연장되어 있다. 당업자라면 이해하겠지만, 각각의 로우(148)의 양측 단부에 있는 제2 전극 요소들(140)은 단지 하나의 다른 제2 전극 요소(140)만에 접속되어 있다.

상기 제2 접속 요소들(150) 각각은 평면 부분(154) 및 2개의 매개(媒介) 부분들(156)을 포함한다. 상기 제2 전극 요소들(140)은 상기 제2 접속 요소들(150)의 평면 부분들(154)와는 다른 면으로 되어 있다. 상기 제2 전극 요소들(140)은 실질적으로 상기 제1면으로 되어 있다. 이는 상기 제1 전극 요소들(138)이 배치되는 면이다. 당업자라면 이해하겠지만, 상기 제1 및 제2 요소들은 번갈아 가면서 동일 면으로 되어 있지 않을 수 있다. 상기 제2 접속 요소들(150)의 평면 부분들(154)은 실질적으로 상기 제1면과 나란히 배치되는 제2면에 위치해 있다. 상기 제2면은 상기 제1면보다 상기 TSTS 층(132)의 외부 표면(116)으로부터 멀리 이격되어 있다. 이 때문에, 상기 제2 접속 요소들(150)은 상기 제1 전극 요소들(138) 아래로 지나간다.

상기 제2 접속 요소들(150) 각각 중의 2개의 매개 부분들(156) 각각은 상기 제2 접속 요소의 평면 부분(154)을 제2 전극 요소와 접속시킨다. 상기 매개 부분들(156)은 상기 제1면 및 상기 제2면 사이에 연장되어 있다.

제1 전극 요소들(138)의 각각의 컬럼(148)은 양측 단부에서 (도시되지 않은) 제1 전력 공급원에 접속되어 있다. 제2 전극 요소들(140)의 각각의 로우(152)는 양측 단부에서 (도시되지 않은) 제2 전력 공급원에 접속되어 있다. 상기 제1 전력 공급원은 제1 전극 요소들(138)의 컬럼들 각각에 개별적으로 전위를 제공하도록 동작가능하다. 상기 제2 전력 공급원은 제2 전극 요소들(140)의 로우들 각각에 개별적으로 전위를 제공하도록 동작가능하다. 상기 제1 및 제2 전력 공급원들은 배터리(124)로부터 획득된 전력을 제공한다. 당업자라면 이해하겠지만, 대체 전원을 지니는 기기에서, 상기 제1 및 제2 전력 공급원들은 상기 대체 전원으로부터 획득된 전력을 제공할 수 있다. 대체 전원은 예를 들면 변환식 메인 전기 공급원일 수 있다.

제1 전극 요소들(138)의 컬럼들(148) 및 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)은 서로에 대하여 실질적으로 수직으로 배치된다. 그러나, 이들은 그 대신에 수직이 아니게 배치될 수 있다.

상기 전극들(136)은 사용자의 손가락 끝에 있는 신경들에 전기-자극(electro-stimulation)을 제공하도록 개별적으로 동작가능하다. 당업자라면 이해하겠지만, 상기 전극들은 사용자의 피부, 예를 들면 손목 상의 피부 또는 손목 상측부의 피부를 포함하지만 이들에 국한되지 않는 사용자의 피부 상의 임의 위치에 전기-자극을 제공하도록 개별적으로 동작가능할 수도 있다.

상기 전극들(136) 간의 거리 D2는 서브-밀리미터(sub-millimetre)에서 밀리미터에 이르는 범위일 수 있다. 상기 거리 D2는 예를 들면 0.1 mm에서 5mm에 이르는 범위일 수 있다. 바람직하게는, 상기 거리 D2가 예를 들면 0.1mm에서 1mm에 이르는 범위일 수 있다. 상기 거리 D2는 예를 들면 0.1mm에서 0.5mm에 이르는 범위일 수 있다. 손가락 끝에 있는 수용체(receptor)들의 밀도는 이러한 간격이 사용자로 하여금 2개의 개별 전극들(136)로부터 전기-자극을 검출할 수 있을 정도의 밀도이다. 상기 전극들(136) 간의 이러한 간격 D2에서는, 환상의 제1 전극 요소들(138)의 반경 D3이 D2/4, 예를 들면 100㎛의 영역, 또는 그보다는 약간 작은 영역으로 되어 있을 수 있고, 상기 제2 전극 요소의 폭 D4는 D2/8, 예를 들면, 50㎛의 영역, 또는 그보다는 약간 작은 영역으로 되어 있을 수 있다.

상기 TSTF 층(132)은 3개의 기재 층들, 즉 제1 기재 층(158), 제2 기재 층(160), 및 제3 기재 층(162)을 포함한다.

상기 제1 기재 층(158)은 균일한 두께를 지니는 베이스(base) 부분(164)을 포함한다. 상기 베이스 부분(164)의 하부 표면(166)은 상기 TSTF 층(132)의 하부 표면(166)을 구성 또는 형성한다. 상기 베이스 부분(164)의 상부 표면(168)으로부터는, 실질적으로 사다리형인 프로파일을 지니는 복수 개의 리지(ridge)들(168)이 연장되어 있다. 당업자라면 이해하겠지만, 상기 복수 개의 리지들(168)은 그 대신에 다른 프로파일 형상, 예를 들면 반구형(半球形)을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다른 프로파일 형상을 지닐 수 있다. 당업자라면 알 수 있겠지만, 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)이 상기 리지들(168)의 상부 표면 상에 제공될 수 있는 한은 상기 리지들(168)의 정확한 형상이 중요하지 않을 수 있다.

상기 제2 전극 요소들(140)이 상기 제1 기재 층(158) 내의 리지들(168) 상에 제공되는 대신에, 상기 제2 전극 요소들은 연장되지 않은 돌기부(protuberance)들 상에 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 돌기부들은, 상기 제1 기재 층(158)의 베이스 부분(164)으로부터 연장하는, 3-차원 사다리꼴들, 또는 정사각뿔대들일 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에서는, 상기 제1 기재 층(158)이 상기 제2 전극 요소들(140)을 수용하기 위한 2-차원 돌기부 어레이를 지니는 편평한 베이스 부분(164)을 포함할 수 있다. 상기 제2 기재 층(160)은 2-차원 돌기부 어레이를 에워싸는 상기 베이스 부분(164)의 영역들 상에 제공될 수 있다. 상기 제2 기재 층(160)은 대략적으로 상기 돌기부들의 높이에 이르기 까지 연장될 수 있다. 상기 돌기부들은 주기적으로나 비-주기적으로 이격되어 있을 수 있다.

상기 리지들(168)은 서로로부터 등거리에 있다. 그러나, 당업자라면 이해하겠지만, 상기 리지들(168) 간의 간격은 그 대신에 균일하지 않을 수 있고 가변적일 수 있다. 예를 들면, 상기 리지들(168)은 상기 제1 기재 층(158)이 복수 개의 주기적으로나 비-주기적으로 이격된 리지들(168)의 그룹들을 포함하도록 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 주기적으로나 비-주기적으로 이격된 전극들(136)의 그룹들이 제공될 수 있다. 상기 리지들(168)은 상기 제1 기재 층(158)의 전체 길이를 따라 연장되어 있다.

제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)은 상기 제1 기재 층(158)의 상부 표면 상에 제공된다. 상기 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)은 상기 리지들(168)의 종축(longitudinal axe)들에 대해 수직으로 배치된다. 상기 제2 접속 요소들(150)의 평면 부분들(154)은 상기 리지들(168) 간의 영역들에서 상기 베이스 부분(164) 상에 위치해 있다. 상기 매개 부분들(156)은 상기 리지들(168)의 경사 측면(inclined side)들(170) 상에 위치해 있다. 상기 제2 전극 요소들(140)은 상기 리지들(168)의 상부 표면들(172) 상에 위치해 있다. 도 4a에는 접속된 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)이 상부에 위치해 있는 제1 기재 층(158)의 평면도가 도시되어 있다. 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)이 서로로부터 등거리에 있다. 그러나, 당업자라면 이해하겠지만, 상기 로우들(152) 간의 간격이 그 대신에 균일하지 않을 수 있고 가변적일 수 있다. 예를 들면, 상기 로우들(152)들은 복수 개의 주기적으로나 비-주기적으로 이격된 로우들(168)의 그룹들로 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 주기적으로나 비-주기적으로 이격된 전극들(136)의 그룹들이 제공될 수 있다.

상기 제2 기재 층(160)은 상기 제1 기재 층(158)의 리지들(168)들 간의 영역들에 제공된다. 상기 제2 기재 층(160)은 상기 제1 기재 층(158)의 베이스 부분(164)으로부터 대략적으로 상기 제1 기재 층(158)의 리지들(168)의 상단부들(172)의 높이에 이르기까지 연장된다. 따라서, 상기 제2 기재 층(160)은 상기 리지들(168) 사이에 분리된 개별 영역들(160a, 160b, 160c, 160d)을 포함한다. 상기 제2 기재 층(160)의 분리된 개별 영역들(160a, 160b, 160c, 160d)은 도 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 실질적으로 사다리형인 프로파일을 지닌다. 당업자라면 이해하겠지만, 상기 복수 개의 리지들(168)은 그 대신에 다른 프로파일 형상, 예를 들면 반구형(半球形)을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다른 프로파일 형상을 지닐 수 있다. 도 4b에는 제1 기재 층(158) 및 제2 기재 층(160) 그리고 상기 제1 및 제2 기재 층들(158, 160) 상에 위치해 있는 제2 전극 요소들(140)이 도시되어 있다.

(도 4b에 도시되지 않은) 제1 전극 요소들(138)의 컬럼들(148)은 접속된 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)과 수직인 방향으로 상기 제2 기재 층(160)의 상부 표면(172) 상에 제공된다. 그러나, 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 상기 로우들(152) 및 컬럼들(148)은 그 대신에 서로에 대하여 수직이지 않을 수 있고 서로 다른 각도로 제공될 수 있다.

상기 제3 기재 층(162)은 접속된 제1 전극 요소들(138)의 컬럼들(148)이 상부에 제공되어 있는 제2 기재 층(160)의 상단부에 제공된다. 상기 제3 기재 층(162)은 편평한 상부 표면을 지니며, 상기 편평한 상부 표면은 상기 TSTF 층(132)의 외부 표면(116)을 구성한다.

접속된 제1 전극 요소들(138)의 컬럼들(148)은 전도성 재료를 포함한다. 접속된 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)은 전도성 재료를 포함한다. 접속된 제1 전극 요소들(138)의 컬럼들(148) 및 접속된 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)은 광학적으로 투명한 재료를 포함한다. 적합한 재료는, 탄소 나노 튜브 네트워크(carbon nanotube network; CNTN)들, 인듐 티타늄 옥사이드(indium-titanium-oxide; ITO) 필름, 얇은 투명 층들에 제공되는, 와이드 밴드갭 옥사이드(wide bandgap oxide)들, 예를 들면 산화 아연, 및 얇은 금 또는 은 층들을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 이러한 재료들은, 미세한 규모(microscopic scale)로 볼 때 광학적으로 투명하지 않을 수 있다. 그러나, 이러한 재료들은, 관심있는 거대한 규모(macroscopic scale)로 볼 때 사용자가 상기 TSTF 층(132)을 통해 상기 디스플레이 패널(130) 상에 디스플레이되는 이미지들을 분명하게 볼 수 있게 할 정도로 충분히 투명하다. 상기 접속된 제1 및 제2 전극 요소들(136, 140)의 두께 D1(도 3b 참조)은 수 나노미터에서 수 마이크론에 이르는 범위일 수 있다. 예를 들면, 두께 D1은 20nm에서 100nm에 이르는 범위일 수 있다. 당업자라면 이해하겠지만, 다른 D1 값들이 그 대신에 적합할 수 있다.

상기 TSTF 층(132)의 3개의 기재 층들(158, 160, 162)은 광학적으로 투명하다. 상기 제1 및 제2 기재 층들(158, 160)은 전기 절연용 유전체 재료들을 포함한다. 상기 제1 및 제2 기재 층들(158, 160)에 적합한 재료들은 실리콘, 폴리이미드, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(아크릴 유리), 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다.

상기 기재 층들의 재료들은 상기 TSTF 층(132) 및 상기 디스플레이 패널(130) 간의 효율적인 굴절율(refractive index; R1) 매칭을 제공하도록 선택될 수 있다. 상기 기재 층들의 재료들은 상기 기재 층들 자체 간의 효율적인 굴절율(R1) 매칭을 제공하도록 선택될 수 있다. 이는 상기 TSTF 층(132)을 통한 광의 투과를 최적화시킬 수 있다. 가능한 경우에 상이한 기재 층들에 대해 동일한 재료를 채용하는 유리할 수 있다. 적합한 재료들은 디스플레이 패널들에서 일반적으로 사용되는 광학 유리의 R1(실리콘의 R1은 1.38에서 1.6에 이르는 범위이고 PMMA의 R1 = 1.59임)을 매칭시키도록 대략적으로 1.5의 굴절율들을 지니는 경향이 있다.

상기 제3 기재 층(162)은 전기적으로 절연되어 있다. 이는 사용자의 손가락들로부터의 전극들의 전기적 분리를 보장한다. 이러한 방식으로, 손가락이 젖어 있거나 더러운 사용자에 기인한 기기의 동작에 관한 효과가 저감될 수 있다. 상기 제3 기재 층(162)은 외부 환경으로부터 전극들(136)을 보호하는 특성들을 갖는다. 이러한 특성들은, (물과 거의 친하지 않거나 물과 전혀 친하지 않는) 소수성(疏水性; hydrophobic)인 것; 자정(自淨)식인 것; 스크래치(scratch)에 강한 것; 및 오일/그리스와 융화되지 않는 것(발유(oleophobic)); 중의 하나 이상을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다. 자기 조립 단분자 층(self-assembled monolayer) 피막이 상기 제3 기재 층(162)의 외부 표면(116) 상에 데포지트될 수 있다. 상기 제3 기재 층(162)은 소수성 및/또는 발유성을 나타낼 수 있다. 이는 손가락 끝 및 외부 표면(116) 간의 건조한 상태의 접촉을 확립 및 유지한다. 변형적으로나 추가적으로, 상기 외부 표면(116)은 미세(microscopic)하거나 초미세(nanoscopic)하게 거친 표면일 수 있다. 이는 외부 표면(116) 상의 오염물질들 또는 이물질에 대한 접촉부위를 감소시킨다. 변형적으로는, 상기 제3 기재 층(162)은 광촉매(Photocatalytic) 공정 및 친수성(hydrophilic) 공정을 수행할 수 있게 해 준다. 이는 어느 적합한 방식으로 달성될 수 있다. 상기 제3 기재 층(162)은 예를 들면 실리콘, 폴리이미드, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(아크릴 유리), 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함할 수 있다.

상기 TSTF 층(132)의 전체 두께 D5는 수 미크론에서 수 밀리미터에 이르는 범위일 수 있다. 예를 들면, 상기 TSTF 층(132)의 전체 두께 D5는 50㎛에서 300㎛에 이르는 범위일 수 있다. 상기 제1 및 제2 기재 층들(158, 160)이 결합된 두께 D6는 상기 두께 D5보다 약간 작을 수 있다. 그러나, 당업자라면 이해할 수 있겠지만, D6는 반드시 D5보다 작아야 한다. 상기 제3 기재 층(162)은 서브-미크론에서 수 미크론에 이르는 범위의 두께 D7을 지닐 수 있다. 상기 제3 기재 층(162)의 두께 D7은 사용자의 피부와의 효율적인 용량 결합에 대한 요건에 의해 제한된다. D7의 값은 500nm에서 2㎛에 이르는 범위일 수 있다. 당업자라면 이해하겠지만, 상기 TSTF 층에 대한 원하는 광학적 투명 효과들, 즉 터치 입력들을 검출할 수 있는 능력 및 사용자에게 촉각 피드백을 제공할 수 있는 능력을 제공하는 한은 다른 두께들이 또한 적합할 수 있다.

상기 제1 기재 층(158) 및 상기 제3 기재 층(162) 사이에 상기 전극들(136)을 포위함으로써, 상기 전극들은 부식, 마모, 침식 등으로부터 보호될 수 있다. 따라서, 상기 TSTF 층(132)은 비교적 견고하게 된다.

도 3c는 변형 실시예들에 따른 도 3a에 도시된 영역을 통한 단면도이다. 도 3c에서는, 상기 TSTF 층이 보호 전극(guard electrode)들(173)을 추가로 포함한다. 상기 도면의 다른 구성요소들은, 비록 참조번호들이 생략되어 있지만, 도 3b에 도시된 것과 동일한 것들이다. 보호 전극들(173)은 상기 제1 및 제2 접속 요소들 간의 기생 용량에 의한 결합을 저지시킴으로써 상기 TSTF 층(132)의 입력 검출 기능에 대한 성능을 향상시킬 수 있다.

보호, 또는 접지, 전극들(173)은, 상기 제1 및 제2 전극 요소들(148, 140)이 실질적으로 위치해 있는 제1면, 및 상기 제2 접속 요소들(150)이 위치해 있는 면 사이에 위치해 있다. 이러한 실시예들에서는, 상기 제2 기재 층(160)이 2부분의 섹션들로 제공될 수 있다. 제1 부분의 섹션은, 상기 제1 기재 층(158)으로부터 대략적으로 상기 리지들(168) 또는 돌출부들의 높이의 절반에 이르기까지 연장될 수 있다. 상기 보호 전극들(173)은 상기 제2 기재 층(160)의 제1 부분의 섹션의 상단부에 제공될 수 있다. 상기 제2 기재 층(160)의 제2 부분의 섹션은 상기 보호 전극들(173)의 상단부에 제공될 수 있다. 상기 보호 전극들(173)은 상기 제2 기재 층(160)에 의해 제1 및 제2 전극 요소들의 컬럼들 및 로우들로부터 전기적으로 분리된다. 상기 보호 전극들(173)은 상기 복수 개의 리지들(168) 사이에서 상기 TSTF 층(132)의 영역들에 위치해 있다. 상기 보호 전극들(173)은 접지될 수 있다.

리지들(1687) 대신에 복수의 돌출부들을 포함하는 실시예들에서는, 상기 보호 전극들(173)이 상기 돌출부들 사이에서 상기 TSTF 층(132)의 영역들에 위치해 있다. 이러한 실시예들에서는, 상기 보호 전극들(173)이, 상기 돌출부들을 에워싸는 비어있는 영역들을 지니지만 상기 TSTF 층(132)의 전체 영역에 걸쳐 제공되는 단일의 전도성 재료 층으로 형성될 수 있다. 상기 비어있는 영역들은 상기 돌출부들의 형상에 따라 형성될 수 있다. 상기 보호 전극들(173)은 접지될 수 있다.

변형 실시예들에 의하면, 상기 보호 전극이 세분화될 수 있다. 이러한 실시예들에서는, 상기 보호 전극들에는 동적으로 제어될 수 있는 오프셋 전위가 제공될 수 있다.

상기 TSTF 층(132)은 상기 전극들(136) 및 사용자의 손가락 끝 간의 용량 결합의 결과로서 터치 입력들을 검출하도록 동작가능하다. 다시 도 3b를 참조하면, 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 상기 제1 전극 요소들(138)이 유전체 재료의 영역에 의해 그들에 대응하는 제2 전극 요소들(140)로부터 분리되어 있다. 당업자라면 이해하겠지만, 상기 제1 및 제2 전극 요소들(138, 140) 양단 간에 전위차가 인가될 경우에, 검출가능한 커패시턴스를 갖는 효율적인 커패시터가 형성된다. 손가락 끝이 상기 TSTF 층(132)의 외부 표면(116)에 닿게 되면, 손가락 끝은 유전체 재료의 영역(상기 제3 기재 층(162))에 의해 상기 제1 및 제2 전극 요소들(138, 140)로부터 분리된다. 따라서, 손가락 끝이 상기 전극 요소들(138, 140) 중 적어도 하나에 대하여 다른 전위를 갖기 때문에, 상기 손가락 끝 및 적어도 하나의 전극 요소들(138, 140) 사이에는 커패시터가 형성된다. 당업자라면 이해하겠지만, 손가락 끝은 복수의 전극들과 동시에 용량 결합될 수 있다. 손가락 끝 및 상기 전극(136) 간의 커패시턴스는 상기 제1 및 제2 전극 요소들(138, 140), 결과적으로는 상응하는 로우(152) 및 컬럼(148) 간의 커패시턴스의 값에 대한 변화를 초래시킨다. (도시되지 않은) 하나 이상의 트랜지스터 회로들은 각각의 로우와 그리고 각각의 컬럼과 스위칭가능하게 접속된다. 이러한 회로들은 특정 로우 및 컬럼 결합들에서 직면하게 되는 커패시턴스 변화들을 검출하도록 동작가능하다. (도시되지 않은) 트랜지스터 회로들은 프로세서(128)에 접속되어 있으며, 상기 프로세서(128)는 손가락 끝에 의한 접촉에 직면하는 로우 및 컬럼 결합들을 결정하기 위해 상기 트랜지스터 회로들의 출력들에 기반하여 계산들을 수행하도록 구성된다.

당업자라면 이해하겠지만, 변형적으로는 트랜지스터들을 포함하지 않는 시스템들이 상기 전극들 중 하나 이상에서 커패시턴스 변화들을 검출하는데 사용될 수 있다.

이러한 방식으로, 상기 프로세서(128)는 커패시턴스의 변화에 직면하는 적어도 하나의 전극(136)을 식별하도록 동작가능하다. 이러한 방식으로, 상기 프로세서는 상기 TSTF 층(132)의 표면 상에서 취해지는 터치 입력을 검출하도록 동작가능하고, 변경된 커패시턴스에 직면하는 전극 또는 전극들의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 접촉 입력의 위치를 결정하도록 동작가능하다.

상기 TSTF 층(132)의 터치 감응 기능은 또한 기기에서 지문 스캐닝 기능을 제공할 수 있게 해 준다. 손가락 끝들은 리지들 및 움푹파인 형태의 함몰부들의 고유 형태들을 포함한다. 따라서, 손가락 끝이 상기 TSTF 층(132)의 외부 표면(116)과 접촉하게 되면, 상기 손가락 끝의 리지들이 상기 표면(116)과 접촉하게 되지만, 움푹파인 형태의 함몰부들은 작은 거리만큼 분리된다. 상기 손가락 끝의 리지 아래에 있는 전극들(136)은 움푹파인 형태의 함몰부 아래에 있는 전극들과는 다른 커패시턴스의 변화에 직면하게 된다. 그러므로, 만약 상기 TSTF 층(132)에서의 상기 전극들(136)의 분리가 상기 손가락 끝의 리지들 간의 거리보다 작고 이러한 분리가 대략적으로 0.5mm일 수 있다면, 상기 TSTF 층(132)은 사용자의 지문의 검출을 허용한다. 대략적으로 150㎛의 전극 분리 D2는 기기에서 지문 스캐닝을 수행할 수 있게 하는데 적합하다. 당업자라면 알 수 있겠지만, 이동 전화기와 같은 기기에서의 지문 스캐닝 기능의 제공은 매우 향상된 보안 능력들을 허용할 수 있다. 이러한 보안 능력들은 이동 기기의 지문 잠금 및 잠금해제, 상기 기기 상에 저장된 개인 문서들의 지문 잠금 및 잠금해제와 같은 특징들을 포함할 수 있다. 그러한 보안 능력들은 또한, 디스플레이 패널 상에 디스플레이되며 인식 및/또는 허가된 지문에 의한 입력 후에만 선택/수행될 수 있는 선택가능한 옵션들을 나타내는 그래픽 이미지들일 수 있는 보안 아이콘 애플리케이션들과 같은 특징들을 포함할 수 있다. 또한, TSTF 층(132)을 통한 이동 기기 내로의 지문 스캐닝 기능의 합체는 추가적인 지문 스캐너가 제공되어야 할 필요성을 없애준다. 이는 지문 스캐닝 기능을 포함하는 이동 기기의 제조에 관련된 재료들의 전반적인 비용 및 요금을 감소시킨다.

상기 TSTF 층(132)은 또한 이동 전화기(10)의 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 동작가능하다. 촉각 피드백은 상기 손가락 끝 및 전극(136) 간의 용량 결합을 이용함으로써 사용자에게 제공된다. 터치 입력들의 검출과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 손가락 끝이 상기 TSTF 층(132)의 외부 표면(116)에 닿게 되면, 상기 손가락 끝이 상기 손가락 끝의 하부에 있는 전극/전극들과 용량 결합하게 된다. 상기 용량 결합은, 전하(electric charge)가 사용자의 손가락 끝에 있는 신경 말단부들에서 유도되는 결과를 초래시킨다. 상기 신경 말단부들에서 유도된 전하는 상기 제1 및 제2 전극들(38, 140) 간의 전위차에 의존한다. 상기 신경 말단부들에서 유도된 전하는, 충분히 큰 경우에, 사용자에게 촉감(tactile sensation)을 제공할 수 있다. 사용자의 신경 말단부들에서 충분한 크기의 전하를 제공하는데 적합한 전위차는 약 10 V(볼트) 또는 10 V보다 약간 낮다. 이는 경피성 전기 신경 자극(transcutaneous electrical nerve stimulation; TENS)로서 공지되어 있다. 경피성, 또는 경피, 자극은 피부로나 피부를 통해 생긴다. 사용자는 최적의 촉각 자극이 감지될 때까지 자극용 전위차를 증가 또는 감소시킴으로써 촉각 자극의 강도를 교정할 수 있다. 이는, 예를 들면 이동 기기의 메뉴 시스템을 통해 액세스될 수 있는 교정 기능에 의해 달성될 수 있다.

이러한 신경 자극은 다수의 다른 방식으로 채용될 수 있다. 이는 사용자에게 피드백을 제공하는데 사용될 수 있다. 상기 TSTF 층(132)을 통한 터치 입력의 검출에 이어서, 상기 TSTF 층(132)은 상기 터치 입력이 사용자의 손가락 끝에 있는 신경들의 자극을 제공하도록 취해진 전극(136)을 활성화시키도록 상기 프로세서(128)에 의해 제어된다. 따라서, 사용자는 상기 터치 입력이 상기 기기(10)에 의해 인식되었음을 알 수 있다.

상기 TSTF 층(132)에 의해 제공된 촉각 피드백은 단지 관련 전극들(132)만이 촉각 자극을 제공하도록 제어된다는 점에서 극히 국부화된다. 이는 국부화된 촉각 피드백을 제공할 수 없는 메커니즘들과 비교해 볼 때 전력 소비량이 감소되는 결과를 초래시킨다. 또한, 상기 TSTF 층(132)은 상기 기기의 모노리식 기계적 진동을 제공하는데 압전 또는 전자기(electromagnetic) 액추에이터들을 사용하는 기기들과 비교해 볼 때 더 에너지 효율적일 수 있다. 더욱이, 촉각 피드백을 제공하는데 상기 기기의 기계적 진동을 채용하는 기기들은 터치 입력을 검출하도록 하고 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 하는데 2개의 개별 시스템들을 필요로 한다. 상기 TSTF 층(132)은 동일한 하드웨어를 통해 이러한 기능들 둘다를 제공할 수 있다. 따라서, 재료의 요금이 감소될 수 있다.

촉감 자극은 또한 상기 디스플레이 패널(130) 상에 디스플레이되는 이미지들에 따라사용자에게 촉각 정보를 전달하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 선택가능한 옵션, 예를 들면 소프트 키가 상기 디스플레이 패널(130) 상에 디스플레이되는 경우에, 상기 디스플레이 패널(130) 상의 선택가능한 옵션의 위치에 상응하는 TSTF 층(132)에서의 전극들(136)이 활성화될 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자의 손가락이 상기 선택가능한 옵션에 상응하는 TSTF 층(132)의 표면의 영역과 접촉하게 되면, 상기 손가락 끝에 있는 신경 수용체들이 상기 활성화된 전극(136)에 의해 자극을 받게 됨으로써, 사용자의 손가락 끝이 상기 선택가능한 옵션에 상응하는 위치에 있다는 것을 사용자에게 알려주게 된다. 다른 부위들은 에너지를 공급받지 않기 때문에, 다른 부위에서는 손가락 끝이 자극을 받지 않게 된다.

선택가능한 옵션이 상이한 컬러, 밝기 또는 패턴의 영역이 경계를 이루는 특정 컬러, 밝기 또는 패턴의 영역으로서 상기 디스플레이 패널(130) 상에 디스플레이될 수 있다. 변형적으로는, 인터넷 브라우저에 내재하는 링크의 경우에, 예를 들면 옵션 및 주변 영역 사이에는 상이한 타입의 가시적 정의가 존재할 수 있다. 소정 링크는 예를 들면 단어, 구, 문장, 또는 URL으로서 디스플레이 상에 표현될 수 있다. 상기 링크의 텍스트는, 특정 컬러로 이루어져 있으며, 배경은 다른 컬러로 이루어질 수 있다. 변형적으로나 부가적으로, 상기 링크의 텍스트는 밑줄그어져 있을 수 있다. 당업자라면 이해하겠지만, 터치 입력이 상기 텍스트에 상응하는 영역에서 상기 TSTF 층에 닿게 되면, 상기 링크가 선택된 것이다. 그러나, 터치 입력에 의해 선택되는 경우에 상기 링크가 또 이어지게 되는 링크를 에워싸는 배경 영역의 작은 영역이 또한 존재할 수 있다. 어느 경우든 간에, 선택가능한 옵션이 사용자에게 분명하게 보일 수 있게 되든, 아니면 선택가능한 옵션이 사용자에게 분명하게 보이지 않을 수 있게 되든, 상기 디스플레이 패널(130) 및 상기 TSTF 층(132)을 제어하는 프로세서는 여전히 경계, 즉 선택가능한 옵션에 상응하는 영역, 및 선택가능한 옵션에 상응하지 않는 영역을 정의하게 된다.

상기 선택가능한 옵션의 경계에 내재하는 디스플레이 패널(130)의 영역에 상응하는 TSTF 층(132)의 전극들(136)은, 사용자의 손가락이 상기 디스플레이 스크린 상의 선택가능한 옵션에 상응하는 TSTF 층의 영역과 접촉하고 있음을 사용자에게 알려주도록 활성화될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 경계는 상기 TSTF 층(132)의 어느 전극들(136)이 활성화될 것인지를 결정한다. 당업자라면 이해하겠지만, 2개 이상의 선택가능한 옵션들이 상기 디스플레이 패널(130)상에서 동시에 디스플레이될 수 있다. 이러한 경우에, 복수의 경계들이 활성화된 전극들(136)의 복수의 영역들을 정의한다.

상기 디스플레이 패널 상에 디스플레이되는 개체(object)는 선택가능한 옵션을 표현하지 않을 수 있다. 그 대신에, 상기 개체는 다른 개체를 표현할 수 있다. 예를 들면, 상기 개체는 아이콘, 스프라이트(sprite) 등일 수 있다. 이러한 경우에 촉각 피드백은, 예를 들면 사용자가 상기 디스플레이 상의 다른 위치에 개체를 드래그(drag)할 수 있음을 사용자가 알 수 있도록 사용자가 상기 개체를 위치시켜 놓았음을 사용자게 알려줄 수 있다.

위의 기능은 또한, 예를 들면 움직이는 이미지가 상기 디스플레이 패널(130) 상에 디스플레이되는 동적인 경우에 구현될 수 있다. 예를 들면, 움직이는 리플 이미지가 상기 디스플레이 패널(130)에 의해 디스플레이되고 있는 경우에, 어느 한 순간에, 상기 리플의 표면장력파(capillary wave)들의 피크들의 위치들에 상응하는 전극들이 손가락 끝의 수용체들의 자극을 제공하도록 활성화될 수 있다. 따라서, 사용자의 손가락 끝에 있는 수용체들은 상기 리플의 표면장력파들의 피크들이 손가락 끝 '밑을 지나는' 것으로 보이는 것처럼 자극을 받음으로써 "촉각적 착각(haptic illusion)"을 제공한다. 에너지 효율을 극대화하기 위해, 단지 상기 리플의 표면장력파들의 피크들의 위치에 상응하며 사용자의 손가락 끝 밑에 있는 것으로 검출되는 그러한 전극들만이 활성화될 수 있다.

동적인 경우들에서도, 경계가 또한 정의된다. 상기 경계는 선택가능한 영역을 정의하지 않고, 개체, 예를 들면 위에서 논의된 표면장력파을 정의할 수 있다. 상기 표면장력파의 경우에, 2개의 경계들, 즉 내부 경계 및 외부 경계가 활성화 영역을 정의할 수 있다. 상기 개체가 상기 디스플레이 패널(130) 주위를 이동하는 경우에, 상기 경계 또는 경계들도 또한 이동하게 된다. 이러한 방식으로, 상기 전극들이 활성화되는 위치들은, 상기 경계 또는 경계들이 이동함에 따라 변하게 된다.

당업자라면 이해하겠지만, 상기 경계 또는 경계들에 의해 정의되는 전극들(136)의 활성화 례벨은 균일하지 않을 수 있다. 예를 들면, 상기 표면장력파의 피크에 상응하는 전극들은 높은 레벨의 활성화를 지닐 수 있지만, 상기 경계들에 근접해 있는 전극들은 낮은 레벨의 활성화를 지닐 수 있다. 어느 경우든 간에, 당업자라면 이해하겠지만, 상기 경계 또는 경계들에 의해 정의되는 활성화된 영역 외부에 있는 전극들(136)은 활성화되지 않지만, 상기 경계 또는 경계들에 의해 정의되는 영역 내부에 있는 그러한 전극들은 활성화된다.

TENS는 예를 들면 마찰, 거칠기, 프로파일 단계들 등의 필요한 임의의 촉각 효과를 유도하는데 사용될 수 있다. 촉각 자극 패턴은 이리하여 나머지 표면에 대해 뚜렷이 두드러져 있는 특징들을 갖는 물리적 키 또는 버튼을 터치한다는 일반적인 착각을 사용자에게 전달하도록 최적화될 수 있다. 예를 들면, 뚜렷이 두드러져 있는 버튼은, 덜 거친 표면의 영역을 에워싸고 표면 거칠기가 증가된, 2개의 개별 영역들을 자극하도록 전극들을 활성화시킴으로써 상기 TSTF 층을 사용하여 자극을 받을 수 있다. 손가락이 이러한 영역들에 걸쳐 이동될 경우에, 직면하게 되는 효과는 뚜렷이 두드러져 있는 버튼을 통해 이동되는 손가락의 효과와 유사할 수 있다.

선택가능한 옵션(또는 상기 디스플레이 패널(130) 상의 움직이는 이미지)에 상응하는 전극들9136)은 항상 상기 선택가능한 옵션을 나타내는 상기 디스플레이 패널(130) 상의 픽셀들 바로 위에 있는 전극들이지 않을 수 있다. 그 대신에, 상기 전극들은 상기 선택가능한 옵션의 이미지로부터 약간 오프셋될 수 있다. 이는 사용자가 바로 위에서 보고 있지 않고 그 대신에 상기 디스플레이(102)의 면과는 90도 미만의 각도에서 상기 디스플레이(102)을 볼 수 있다는 점을 보상하는 것이다. 상기 프로세서(128)는 사용자가 상기 선택가능한 옵션의 이미지 바로 위에 있는 것으로 인식하는 상기 TSTF 층(132)의 부위에 있는 전극들을 활성화시키지만 실제로 바로 위에 있는 그러한 전극들을 활성화시키지 않음으로써 이러한 오프셋을 보상하도록 동작가능할 수도 있다. 당업자라면 이해하겠지만, 사용자가 상기 선택가능한 옵션의 이미지 바로 위에 있는 것으로 인식하는 부위와, 실제로 상기 선택가능한 옵션 바로 위에 있는 부위 간에는 상당한 오버랩이 존재할 수 있다.

상기 TSTF 층(132)에 의해 제공되는 것과 같은, 고도로 픽셀화된 촉각 자극들은 사용자의 손가락이 상기 디스플레이(102)를 내비게이팅하는데 도움을 주기 위한 의미있는 정보의 완전한 세트를 제공하는데 사용될 수 있다. 이는 사용자 기기의 상호작용이 개선되고 사용자의 만족도가 개선되는 결과를 초래시킨다. 정보는 여러 방식으로 상기 TSTF 층(132)을 통해 사용자에게 전달될 수 있다. 예를 들면, 전기-촉각 자극 언어가 제공될 수 있다. 예를 들면, 짧고 긴 자극 주기의 결합들은 각각 상이한 소정 의미들, 예를 들면 개별 문자들을 지닐 수 있다.

변형적으로는, 상기 전기-촉각 자극 언어는 그에 이용가능한 여러 매개변수 중 하나 이상의 매개변수들을 이용하여 사용자에게 다른 메시지들을 전달할 수 있다. 이러한 매개변수들은 자극 주파수, 펄수 구조, 펄스열 패턴, 신호 변조 진폭 및 신호 강도를 포함할 수 있지만, 이들에 국한되지 않는다.

상기 디스플레이 패널 상에 디스플레이되는 서로다른 타입들의 선택가능한 옵션은 그러한 타입들에 연관된 서로 다른 전극 활성화 패턴들을 지닐 수 있다. 예를 들면, 실행될 경우에 불가역 동작(irreversible action)이 수행되게 할 수 있는, "DELETE" 또는 "RESET FACTORY SETTINGS" 옵션에 상응하는 전극들(136)은 사용자에게 상기 옵션의 심각한 결과들을 경고하도록 설계되는 관련 활성화 패턴을 지닐 수 있다. 그러한 패턴은 예를 들면 비활성화의 짧은 주기들에 의해 주기적으로 분리되는 매우 강렬한 활성화의 짧은 주기들을 포함할 수 있다. 잠재적으로 덜 심각한 옵션들, 예를 들면 웹 페이지 상의 링크들은 이들에 관련된 덜 강렬한 연속 전극 활성화 패턴을 지닐 수 있다.

지금부터 특정의 적합한 활성화 패턴들이 논의될 것이다. 제1 패턴은 사각파(square wave)와 유사한, 소정 강도 및 제로(0) 활성화의 교번 활성화 또는 실질적으로 동일한 지속기간을 포함할 수 있다. 상기 제1 패턴의 변경들은 상기 사각파의 상이한 주파수(frequency)들을 포함한다. 제2 패턴은 '1이 아닌 표시 대 공백의 비( non-unity mark-to-space ratio)'를 갖는 사각파와 유사한, 지속기간이 유사하지 않은 소정 강도 및 제로(0) 활성화의 교번 활성화를 포함할 수 있다. 상기 제2 패턴의 변경들은 상이한 주파수들 및/또는 상이한 표시 대 공간 비들을 포함한다. 제3 패턴은 완전 활성화 및 제로 활성화 간의 단계별 전이(gradated transition)들을 포함한다. 상기 단계별 전이들은 램프-업(ramp-up)하는 것 및/또는 램프-다운(ramp down)하는 것을 포함할 수 있다. 상기 단계별 전이들은 사인파(sine wave) 프로파일들과 같은 만곡된 랜프 프로파일(curved ramping profile)들을 포함할 수 있다. 상기 제2 패턴의 변경들은 상이한 주파수들 및/또는 상이한 그라디언트(gradient)들 및/또는 상승(leading) 및 하강(falling) 구간들 상의 상이한 램프 프로파일들을 포함한다.

전극 활성화 패턴이 선택가능한 옵션의 잠재적인 심각도(severity)에 연관되는 대신에, 동일한 활성화 패턴이 그의 선택 결과와는 무관하게 동일한 타입의 옵션에 연관될 수 있다. 예를 들면, "YES" 옵션은, 그의 선택이 전화 메모리가 삭제되는 결과를 초래시키게 하든 그의 선택이 통화가 개시되게 하든 관계없이 동일한 관련 전극 활성화 패턴을 지닐 수 있다. 이러한 방식으로, 시간 경과에 따라, 사용자는 특정 활성화 패턴을 특정 옵션에 연관시키는 것을 알게 된다.

상기 TSTF 층(132)이 사용자에게 국부화된 촉각 피드백을 제공할 수 있는 동작이 지금부터 도 5를 참조하여 설명될 것이다. 도 5에는 전극들(136)의 10 x 6 어레이를 포함하는 TSTF 층(132)의 일부가 개략적으로 도시되어 있다. 그러한 전극들의 어레이는 접속된 제2 전극 요소들(140)의 6개의 로우들(152) 및 접속된 제1 전극 요소들(138)의 10개의 컬럼들(148)을 포함한다. 본 도면에서는, 상기 컬럼들 각각에 x-좌표가 할당되어 있고, 좌측(제1) 컬럼은 x = 1이고 우측(제10) 컬럼은 x = 10이다. 각각의 로우에는 y-좌표가 할당되어 있으며, 도 5에서의 맨아래 로우는 y = 1이고 맨위 로우는 y = 6이다. 이러한 방식으로 상기 전극들(136)이 구성하는 제1 및 제2 전극 요소들(138, 140)의 로우 및 컬럼에 기반하여 상기 전극들(136) 각각을 식별하는 것이 가능하다. 컬럼 x=7에서 제1 전극 요소(138)를 지니고 로우 y=3에서 제2 전극 요소(140)를 지니는 전극(136)은 전극(7,3)으로서 식별될 수 있다. 일반적으로, 상기 어레이 내의 어느 한 지점에 있는 전극은 전극(x,y)으로서 식별될 수 있다.

상기 전극들(136) 중 특정 전극, 예를 들면 전극(x=i,y=j)을 활성화시키기 위하여, (상기 기기(10) 내에서의 중간 전위에 대하여) -V 전위가 컬럼 x=i에서 접속된 제1 전극 요소들(138) 양단에 인가되고, (상기 기기(10) 내에서의 중간 전위에 대하여) +V 전위가 로우 y=j에서 접속된 제2 전극 요소들(140) 양단에 인가된다. 따라서, 전극(x=i,y=j)을 구성하는 제1 및 제2 전극 요소들(138, 140) 간의 전위차는 2xV이다. 컬럼 x=i에서 제1 전극 전위(138)를 지니고 로우 y≠j에서 제2 전극 요소를 지니는 전극들(x=i,y≠j) 각각은 이들의 제1 및 제2 전극 요소들(138, 140) 간의 전위차가 +V이게 이루어진다. 컬럼 x≠i에서 제1 전극 요소(138)를 지니고 로우 y=j에서 제2 전극 요소(140)를 지니는 전극들(x≠i,y=j) 각각은 이들의 제1 및 제2 전극 요소들 간의 전위차가 -V이게 이루어진다.

2xV의 전위차는 신경 자극을 위한 임계값(V_th)보다 높은 전기 자극을 사용자의 손가락 끝에 제공한다. 그러나, +/- V의 전위차는 상기 임계값보다 낮은 전기 자극을 제공한다. 그러므로, 활성화된 전극(x=i,y=j)은 사용자의 손가락에 있는 수용체들의 자극을 야기시키지만, 비-활성화된 모든 전극들은 사용자의 손가락에 있는 수용체들의 자극을 야기시키지 않는다. V_th는 1볼트에서 10볼트에 이르는 범위일 수 있다. 각각의 전극 요소에 공급되는 전위의 크기 V는 상기 기기의 사용자에 의해 조정가능할 수도 있다. 이러한 방식으로, 사용자는 신경 자극을 위한 사용자의 개별 임계값(V_th)에 따라 활성화된 전극의 전극 요소들 간의 전위차를 조정할 수 있다.

당업자라면 이해하겠지만, 위의 방법을 사용하여, 임의 개수의 전극들(136)이 어느 특정 시점에서 활성화될 수 있다.

일반적으로, NxN 어레이의 전극들을 개별적으로 활성화시킬 수 있게 하기 위해, 각각의 전극은 전력 공급원에 접속될 필요가 있게 된다. 따라서, N²개의 접속 세트들이 필요하게 된다. 그러나, 위의 방법을 이용하여 상기 전극들을 개별적으로 활성화시킴으로써, 단지 2N개의 접속 세트들만이 필요하다. 측면 길이가 10cm인 사각형의 가시 표면을 지니고 전극 공간이 0.5mm인 TSTF 층(132)을 지니는 디스플레이를 고려하면, N=200이 된다. 그러므로, N²=40000이 되고 2N=400이 된다. 따라서, 위의 실시예들에 따른 시스템을 이용함으로써, 100배보다 적은(즉, 1/100개의) 접속 세트들이 필요하다. 이는 실질적으로 간단한 특성을 갖는 회로를 만들어낸다.

당업자라면 이해하겠지만, 상기 전극들(136)은 번갈아 배치함으로써 서로 완전히 전기적으로 독립적이게 될 수 있다. 그러한 방식으로 배치된 전극들은 활성 매트릭스 어드레싱 기법을 사용하여 개별적으로 활성화될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 각각의 전극에는, 다른 전극들과 공유하는 접속기들 대신에 전용의 제1 및 제2 접속기들이 제공된다. 그러한 실시예들은 소정 개수의 전극들에 대해 증가된 개수의 접속기들을 지닌다.

특정 전극을 활성화시키기 위한 위의 방법은 DC 전위들을 참조하여 설명된 것이다. 그러나, AC 전위를 그 대신에 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

위에서 설명된 전극 어드레싱 방법은 또한 AC 경우에도 이용되지만, 상기 AC 경우에는, 활성화된 전극 또는 전극들의 로우 또는 로우들(152) 및 컬럼 또는 컬럼들(148)에 가해진 파형들의 상대적인 위상을 변경시킴으로써 활성화된 전극에서 직면하게 되는 피크 강도의 변조가 가능해진다. 더군다나, 신경 수용체의 촉감은 가해진 자극의 주파수의 함수이다. 따라서, 상기 시스템의 주파수 응답은 최적 촉감을 생성하도록 튜닝(tuning)될 수 있다. 최적의 주파수는 100-300 Hz 범위일 수 있다. 그러한 주파수는 그 대신으로 100 Hz에서 500 Hz에 이르는 범위일 수 있다. 적합한 주파수들은 10 Hz에서 3 kHz에 이르는 범위일 수 있다. 그러한 주파수는 사용자가 정의할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 주파수는 사용자의 촉감도(tactile sensitivity)에 따라 최적화될 수 있다.

도 6은 상기 TSTF 층(132)의 일부를 동작시키기 위한 회로도이다. 도 6에는 전극들(136)의 4x4 어레이를 포함하는 TSTF 층의 일부가 도시되어 있지만, 당업자라면 이러한 것이 단지 예시적인 것임을 알 수 있을 것이다.

접속된 제1 전극 요소들(138)의 각각의 컬럼(148)은 대응하는 검출 부속-회로(180) 및 대응하는 자극 부속-회로(182)와 연관된다. 접속된 제2 전극 요소들(140)의 각각의 로우(152)는 대응하는 검출 부속-회로(180) 및 대응하는 자극 부속-회로(182)와 연관된다.

제1 전극 요소들(138)의 컬럼(148)에 관한 각각의 검출 부속-회로(180)는 제1 검출 MUX(188)와 연관된다. 제2 전극 요소들(140)의 로우(152)에 관한 검출 부속-회로들(180) 각각은 제2 검출 MUX(190)와 연관된다.

제1 전극 요소들(138)의 컬럼(148)에 관한 각각의 자극 부속-회로(182)는 제1 자극 MUX(192)와 연관된다. 제2 전극 요소들(140)의 로우(152)에 관한 자극 부속-회로들(182) 각각은 제2 자극 MUX(194)와 연관된다.

상기 제1 및 제2 검출 MUX들(188, 190) 및 상기 제1 및 제2 자극 MUX들(192, 194)은 상기 프로세서에 접속된다. 상기 프로세서는 상기 자극 MUX들 및 간접적으로는 상기 자극 회로들을 제어하여 원하는 시간에 원하는 전극들에 자극 전위들을 제공한다. 상기 프로세서는 상기 검출 MUX들을 제어하여 어느 전극들이 사용자의 손가락 끝에 인접해 있는지를 결정한다.

도 7은 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 전형적인 실시예의 TSTF 층(132)을 제조하는 방법을 보여주는 흐름도이다.

단계 S1에서는, 상기 제1 기재 층(158)을 형성하기 위한 블랭크(blank)가 제공된다. 상기 블랭크는 상기 TSTF 층(132)이 이용되어야 할 상기 디스플레이 패널(130)의 크기에 실질적으로 상응하는 크기의 주 표면(main surface)을 지니는 사전에 제조된 재료 시트를 포함한다. 상기 블랭크의 두께(즉, 상기 제1 기재 층(158)의 하부 표면에서부터 마감처리된 기재 층에서의 복수 개의 리지들(168)의 상부 표면들(172)에 이르기까지의 거리)는 마이크론에서부터 밀리미터에 이르는 범위일 수 있다. 상기 블랭크는, 예를 들면 실리콘, 폴리이미드, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(아크릴 유리), 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 투명 폴리머(transparent polymer)를 포함할 수 있다.

단계 S2에서는, 상기 리지들(168)이 상기 제1 기재 층(158)을 생성하도록 상기 블랭크 내에 형성된다. 상기 리지들은 상기 블랭크의 표면에서 움푹파인 형태의 함몰 영역들을 생성함으로써 제공된다. 상기 움푹파인 형태의 함몰 영역들은 상기 블랭크의 표면에 걸쳐 일정한 간격들로 제공된다. 상기 움푹파인 형태의 함몰 영역들 각각은 상기 블랭크 표면의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 상기 리지들(168)은 새로이 형성된 움푹파인 형태의 함몰 영역들 간의 상기 블랭크의 영역들이다.

상기 움푹파인 형태의 함몰 영역들은 나노임플린트 리소그래피 기법(핫 엠보싱 기법), 포토 나노임프린트 리소그래피 기법, 전기화학적 나노임프린팅 기법 또는 기타 적합한 나노 임프린팅 기법에 의해 형성될 수 있다.

단계 S3에서는, 접속된 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)이 상기 제1 기재 층(158)의 상부 표면 상에 제공된다. 접속된 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)은 상기 제1 기재 층(158)의 상부 표면에 걸쳐 일정한 간격들로 제공된다. 접속된 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)은 상기 제1 기재 층(158)의 상부 표면의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 접속된 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)의 세로 길이들은 상기 리지들(168)의 세로 길이들에 대하여 실질적으로 수직을 이룬다. 그러나, 이들은 수직을 이루고 있지 않을 수도 있다.

접속된 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)은 적절하게 형상화된 마스크와 함께 화학적 증착(chemical vapour deposition; CVD) 기법에 의해 상기 표면 상에 제공될 수 있다. 변형적으로는, 기타 적합한 기법이 사용될 수 있다. 적합한 기법들은 물리적 증착(physical vapour deposition; PVD) 기법, 스퍼터링 기법, 스프레이-코팅 기법, 증발 증착(evaporation) 기법, 새도 마스크(shadow mask)를 통한 에어로졸 증착 기법, 리소그래픽 또는 직접-기록 패터닝 또는 닥터-블레이딩(doctor-blading)이 후속하여 수행되는 액체 나노컴포지트 또는 용액의 스핀 코팅과 같은 다른 타입의 용액-상(solution-phase) 증착 공정을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다.

단계 S4에서는, 상기 제2 기재 층(160)이 상기 리지들(168) 간의 움푹파인 형태의 함몰 영역들에서 상기 제1 기재 층(158)의 상부 표면 상에 제공된다. 상기 제2 기재 층(160)은 상기 리지들(168)의 상부 표면들과 실질적으로 같은 수준의 높이에 이르기까지 연장된다. 상기 제2 기재 층(160)은 인접한 제2 전극 요소들(140)과 접속하는 제2 접속 요소들(150)을 포위한다. 상기 제2 기재 층(160)을 제공하는데 적합할 수 있는 기법들은 PVD 증착 기법, CVD 증착 기법, 스퍼터링 기법, 스프레잉 기법, 증발 증착 기법, 스핀 코팅 또는 닥터-블레이딩과 같은 용액-상 증착 공정, 및 핫 라미네이션(hot lamination) 기법을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다. 상기 제2 기재 층은 예를 들면, 투명 실리콘을 포함할 수도 있고, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은, 다른 적합한 재료를 포함할 수도 있다.

단계 S5에서는, 접속된 제1 전극 요소들(138)의 컬럼들(148)은 상기 제2 기재 층(160)의 상부 표면 상에 제공된다. 이들은 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)과 실질적으로 수직을 이룬다. 그러나, 이들은 수직을 이루고 있지 않을 수도 있다.

접속된 제1 전극 요소들(138)의 컬럼들(148)은 광학적으로 투명한 재료를 포함한다. 적합한 재료들은 탄소 나노 튜브 네트워크(carbon nanotube network; CNTN)들, 인듐 티타늄 옥사이드(indium-titanium-oxide; ITO) 필름, 얇은 투명 층들에 제공되는, 와이드 밴드갭 옥사이드(wide bandgap oxide)들, 예를 들면 산화 아연, 및 얇은 금 또는 은 층들을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다.

접속된 제1 전극 요소들(138)의 컬럼들(148)은 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)에 이용되는 것과 동일한 기법을 이용하여 제공될 수 있다.

단계 S6에서는, 상기 제3 기재 층(162)이 제공된다. 상기 제3 기재 층은 상기 제2 전극 요소들(138, 140) 및 상기 제2 기재 층(160)의 상부 표면을 포위한다. 상기 제3 기재 층(162)은 실리콘을 포함하거나 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은, 다른 적합한 재료를 포함한다. 상기 제3 기재 층(162)을 제공하는데 적합할 수 있는 기법들은 PVD 증착 기법, CVD 증착 기법, 스퍼터링 기법, 스프레잉 기법, 증발 증착 기법, 스핀 코팅 또는 닥터-블레이딩과 같은 용액-상 증착 공정, 및 핫 라미네이션(hot lamination) 기법을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다.

도 8에는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 전형적인 실시예의 TSTF 층(132)을 제조하는 변형적인 방법이 도시되어 있다. 상기 방법은 도 7을 참조하여 설명된 것과 유사하며, 주된 차이점은 상기 제1 기재 층(158)이 다른 방식으로 제공된다는 점이다. 단계 T1에서는, 리지들을 지니며 상기 제1 기재 층(158)의 원하는 배치구조(configuration)에 상응하는, 모울드(mould)가 제공된다.

단계 T2에서는, 접속된 제2 전극 요소들(140)의 로우들(152)이 상기 모울드의 표면 상에 제공된다. 이는 이전 방법의 단계 S3와 동일한 방식으로 수행될 수 있다. 단계 T3에서는, 상기 제2 기재 층(160)이 제공된다. 단계 T4에서는, 제1 전극 요소들(138)의 컬럼들(148)이 제공된다. 단계 T5에서는, 상기 제3 기재 층이 제공된다.

단계 T6에서는, 상기 모울드가 제거된다. 단계 T7에서는, 상기 제1 기재 층(158)이 상기 제거된 모울드에 의해 비워진 영역을 충전(充塡)함으로써 제공된다.

위의 모든 내용이 이동 전화기를 참조하여 설명되어 있지만, 당업자라면 TSTF 층(132)이 터치 스크린 기능을 필요로 하는 임의의 기기에 포함될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 이러한 기기들은 PDA들, 미디어 플레이어들, 태블릿 컴퓨터들, 랩톱 컴퓨터들, GPS 내비게이션 기기들, 및 전자-판독기들/전자-책들을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다.

상기 TSTF 층(132)을 구성하는 재료의 특성 및 치수들은 상기 TSTF 층(132)이 적응성을 가질 수 있게 하도록 선택된다. 따라서, 상기 TSTF 층(132)은 플렉시블 OLED 디스플레이들, 쌍안정형 디스플레이들, 일렉트로포레틱(electrophoretic) 및 일렉트로웨팅(electrowetting) 디스플레이들과 같은 플렉시블 디스플레이 패널들과 함께 사용하기에 적합하다.

상기 전극 요소들에 적합한 재료들은 나노파티클(nanoparticle), 나노와이어(nanowire), 및 나노로드(nanorod) 기반 재료들, 용액들 및 컴포지트들이다. 예를 들면, 상기 전극 요소들은 임의의 형상/모폴로지(morphology)의 나노-재료들, 졸-겔(sol-gel) 재료들, 또는 전도 특성들을 나타내는 기타 플렉시블한 투명 재료를 합체할 수 있다. 예들로는, 탄소 나노 튜브 네트워크(carbon nanotube network; CNTN)들, 인듐 티타늄 옥사이드(indium-titanium-oxide; ITO) 필름, 얇은 투명 층들에 제공되는, (산화 아연과 같은) 와이드 밴드갭 옥사이드(wide bandgap oxide)들, 및 얇은 금 또는 은 층들이 있다.

상기 기재 층들은, 플렉시블한 투명 호스트 재료(예컨대, 플렉시블한 투명 폴리머)로 이루어진 어느 적합한 재료 컴포지트를 포함할 수 있다.

당업자라면 알 수 있겠지만, 위에서 설명된 구성요소들 및 배치구조에 대한 변형들도 또한 적합할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제1 전극 요소들(138) 각각이, 상기 제2 전극 요소(140)가 위치해 있는 비어있는 내부 영역을 지니는, 다른 형상, 예를 들면 정사각형, 직사각형 또는 육각형의 형상을 포함하지만 이들에 국한되지 않는 다른 형상을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2 전극 요소들(140)은 상이한 형상을 지닐 수 있다.

상기 제2 전극 요소(140)를 에워싸는 상기 제1 전극 요소(138)에 대한 변형예로서, 상기 제1 및 제2 전극들(138, 140)은 단지 서로 인접해 있을 수 있다. 이러한 예에서는, 접속된 제1 전극 요소들(138)의 컬럼들(148)이 상기 제2 기재 층(160)의 표면에 걸쳐 연장되는, 일정한 폭을 지니는 광학적으로 투명한 전도성 재료의 길이들을 포함할 수 있다.

당업자라면 이해하겠지만, 상기 전극들(136)이 여전히 경피성 전기 신경 자극을 제공하도록, 그리고 상기 제3 기재 층(162)이 포함되어 있지 않은 경우에 터치 입력들을 검출하도록 동작가능할 수도 있다. 이러한 실시예에서는, 사용자의 손가락 끝이 상기 전극들(136)과 직접 접촉하게 된다.

당업자라면 이해하겠지만, 상기 기기의 터치 감도 기능이 상기 TSTF 층(132) 대신에 상기 디스플레이 패널(132)에 의해 제공될 수도 있고 상기 TSTF 층(132)과 아울러 상기 디스플레이 패널(132)에 의해 제공될 수도 있다. 이러한 기능을 제공하는 것이 가능한 디스플레이 패널들은 용량성 터치 감응 디스플레이 패널들 및 저항성 터치 감응 디스플레이 패널들을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다.

도 9에는 바이오 메디컬(biomedical) 기기(200)의 한 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 바이오 메디컬 기기(200)는 TSTF 층(132), 자극 패턴 생성기(stimulation pattern generator; SPG; 202), 프로세서(204), 메모리(206), 무선 트랜시버(208), 및 전력 공급원(210)을 포함한다.

상기 바이오 메디컬 기기(200)는 상기 TSTF 층(132)이 접촉하게 되는 신체 부위들에 대한 전자기장 치료(Electromagnetic Field Theraph; EFT)를 제공하도록 동작가능할 수도 있다. EFT는 상처 치료, 근육 강화, 통증 및 염증 해소, 및 골 성장 및 치유와 같은 분야들에 바람직하지만, 이러한 분야들에 국한되는 것은 아니다.

상기 바이오 메디컬 기기(200)는 또한 신경, 근육 및 다른 바이오 메디컬 활동을 감지하도록 동작가능할 수도 있다.

상기 TSTF 층(132)은 전극들(136)의 2차원 어레이를 포함한다. 상기 TSTF 층(132)은 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명된 바와 같을 수 있다. 상기 TSTF 층(132)이 광학적으로 투명하든지, 또는 광학적으로 불투명 또는 반투명하든지는 중요하지 않을 수도 있다.

상기 TSTF 층(132)의 전극들(136)은 번갈아 배치함으로써 서로 완전히 전기적으로 독립적이게 될 수 있다. 그러한 방식으로 배치된 전극들은 활성 매트릭스 어드레싱 기법을 사용하여 개별적으로 활성화될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 각각의 전극에는, 다른 전극들과 공유하는 접속기들 대신에 전용의 제1 및 제2 접속기들이 제공된다.

상기 TSTF 층(132)에서 최상단에 있는 (도시되지 않은) 절연층 때문에, 상기 바이오 메디컬 기기(200)는 상기 TSTF 층(132)이 접촉하게 되는 신체 부위들에 대한 용량 결합 EFT를 제공하도록 동작가능할 수도 있다. 변형적으로는, 그러한 절연층이 전혀 존재하지 않고 전극들 및 사용자 간의 직접적인 결합이 존재한다.

상기 TSTF 층(132)의 전극들(136)은 상기 SPG(202)와 전기 접속되어 있을 수 있다. 상기 SPG(202)는 전력 공급원(210)으로부터 전력을 공급받는다. 상기 SPG는 상기 TSTF 층(132)의 전극들(136)을 제어하기 위한 신경 자극 패턴들을 생성하도록 동작가능하다. 상기 SPG(202)는 상기 자극 패턴을 생성하기 위한 (도시되지 않은) 주문형 집적회로(Application Specific Integrated Circuit; ASIC)를 포함할 수 있다. 상기 SPG(202)는 또한 상기 생성된 활성 패턴(activation pattern)들에 기반하여 상기 전극들(136)을 활성화시키는데 적합한 (도시되지 않음) 자극 회로를 포함할 수 있다. 상기 자극 회로는 도 6을 참조하여 설명된 것과 동일한 것일 수 있다.

상기 SPG(202)는 또한 상기 TSTF 층(132)의 전극들(136)에 의해 수취된 신호들을 검출하기에 적합한 (도시되지 않은) 검출 회로를 포함할 수 있다. 상기 검출 회로는 도 6을 참조하여 설명된 것과 동일한 것일 수 있다.

상기 프로세서(204)는 상기 SPG(202)의 동작을 제어하도록 동작가능하다. 당업자라면 이해하겠지만, 상기 프로세서(204)는 상기 SPG(202)와 통합되어 있을 수 있다. 상기 TSTF 층(132)으로부터 상기 SPG(202)를 통해 검출된 신호들은 나중에 다른 기기로 전송하기 위해 상기 메모리(206)에 저장될 수 있다. 변형적으로나 또는 추가적으로, 상기 수취된 신호들은 검출 직후에 무선 트랜시버(208)를 통해 (도시되지 않은) 다른 기기에 전송될 수 있다.

상기 무선 트랜시버(208)는 또한 다른 기기로부터 신호들을 수신하도록 동작가능할 수 있다. 상기 수취된 신호들은 상기 SPG(202) 및/또는 상기 프로세서(204)의 동작을 제어하기 위한 신호들을 포함할 수 있다. 상기 수취된 신호들은 나중에 상기 프로세서(204) 및 상기 SPG(202)에 의해 구현되게 하기 위해 상기 메모리에 저장될 수 있다. 변형적으로는, 이들을 먼저 메모리에 저장하지 않고 이들이 상기 SPG(202)에 의해 구현될 수 있다. 상기 무선 트랜시버(208)는 예를 들면 블루투스 트랜시버, 다른 타입의 RF 트랜시버 또는 적외선 트랜시버일 수 있지만, 이들에 국한되지 않는다. 변형적으로나 또는 추가적으로, 상기 기기는 다른 기기와의 유선 접속을 통해 다른 기기로 수신 또는 송신하도록 동작가능할 수 있다.

상기 전력 공급원은 배터리, 예를 들면 페이퍼 배터리(paper battery) 또는 워치 배터리(watch battery)와 같은 소형의 경량 배터리일 수 있다. 변형적으로는, 상기 전력 공급원이 메인 전기 시스템에 접속될 수 있다.

상기 TSTF 층(132)은 환자 피부에 상기 TSTF 층을 고정시키기 위해 상기 제3 기재 층(162)의 외부 표면(116) 상에 얇은 접착제 층을 지닐 수 있다. 변형적으로는, 상기 TSTF 층(132)은 다른 방식으로, 예를 들면 상기 제1 기재 층(158)의 후부 표면(166) 상에 도포된 의료용 테이프로 사용자 피부와 접촉해 있을 수 있다.

상기 SPG(202), 상기 프로세서(204), 상기 메모리(206), 상기 무선 트랜시버(208) 및 상기 전력 공급원(210)과 같은 전기 구성요소들 및 회로는 상기 제1 기재 층(158)의 후부 표면(166) 상에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 바이오 메디털 기기는 눈에 띄지 않고 독립적인 것일 수 있다.

상기 TSTF 층은 본원 명세서에서 앞서 논의된 바와 같은 재료들을 포함할 수있다. 따라서, 상기 TSTF 층은 플렉시블한 것일 수 있다. 이 때문에, 상기 TSTF 층(132)은 상기 TSTF 층(132)이 고정된 사용자의 신체 부분의 형상에 합치될 수 있다.

상기 바이오 메디컬 기기(200)는 치료 또는 모니터링을 필요로 하는 신체 부분을 덮고 있는 사용자의 피부에 고정될 수 있다. 예를 들면, 환자의 목 상에 CCFET를 필요로 하는 환자는 사용자가 움직이지 않는 장비에 물리적으로 붙어 있을 필요 없이 고통을 감소시키도록 상기 바이오 메디컬 기기를 휴대할 수 있다. 상기 바이오 메디컬 기기(200)는 검출된 근육 경련들과 같은 검출된 바이오 메디컬 활동에 응답하여 CCFET를 제공하도록 동작가능할 수 있다. 또한, 근육 경련들이 상기 TSTF 층(132) 내의 전극들(136)들 중 단지 일부만의 하부에 있는 근육들에서 검출될 경우에, 상기 바이오 메디컬 기기는 상기 전극들 중 단지 그 부분만을 활성화시키도록 동작가능할 수 있다. 상기 전극들(136)은 도 5를 참조하여 설명된 방식으로 활성화될 수 있다.

당업자가 알아야 할 점은, 앞서 언급된 실시예들이 제한하는 것으로 해석되어선 안된다는 점이다. 다른 변형들 및 수정들이 본원 명세서를 읽고나면 당업자에게 자명해질 것이다. 더욱이, 본원 명세서는 본원 명세서에 명시적으나 암시적으로 개시된 어느 신규한 특징들 또는 그러한 특징들의 어느 신규한 결합 또는 이들의 어느 통념을 포함하는 것으로 이해하여야 하며, 신규 청구항들은 그러한 특징들 중 어느 한 특징 및/또는 그러한 특징들의 결합을 포함하도록 명확하게 기재될 수 있는 것이다.

Claims (38)

1. 장치로서, 적어도 하나의 전극 및 상기 적어도 하나의 전극에 가장 근접한, 상기 장치의 외부 표면 중 일부를 형성하는 전기 절연 층을 포함하는, 장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 전극이 상기 전기 절연 층과 함께, 상기 적어도 하나의 전극 및 상기 장치의 외부 표면 중 일부에 접촉하는 사용자 간의, 상기 전기 절연 층을 통한 용량 결합을 이용하여 사용자에게 자극을 제공하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 전극은 서로로부터 전기적으로 분리되어 있는, 제1 전극 요소 및 제2 전극 요소를 포함하는, 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 제1 전극 요소 및 상기 제2 전극 요소 간에 시간변화에 따라 변동하는 전위차를 제공하도록 구성되는, 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 전위차는 1볼트에서 10볼트에 이르는 범위인, 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전극은 광학적으로 투명한, 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 외부 표면은 소수성(疏水性; hydrophobic)인 것; 발유(oleophobic)인 것; 및 소수성인 것 및 발유인 것; 중의 하나인, 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 전기 절연 층은 500nm에서 2㎛에 이르는 두께를 지니는, 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 0.1mm에서 5mm에 이르는 거리 만큼 분리된 복수 개의 개별 제어 전극;을 포함하는, 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전극은 2-차원의 광학적으로 투명한 전극 어레이의 일부를 구성하는, 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 장치는 플렉시블(flexible)한, 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 상기 장치의 상기 외부 표면 중 상기 일부에 접촉하는 사용자; 상기 장치의 상기 외부 표면 중 상기 일부에 가장 근접한 사용자; 및 상기 장치의 상기 외부 표면 중 상기 일부에 접촉하는 사용자 및 상기 장치의 상기 외부 표면 중 상기 일부에 가장 근접한 사용자; 중의 하나를 검출하도록 구성된 검출 회로;를 포함하는, 장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 장치는, 검출 회로가 상기 적어도 하나의 전극에 가장 근접한, 상기 장치의 상기 외부 표면의 상기 일부에 접촉하는 사용자를 검출함에 따라 상기 적어도 하나의 전극 측에서 신경 자극 전위를 제공하도록 구성된 자극 회로;를 포함하는, 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 상기 적어도 하나의 전극 및 상기 전기 절연 층의 하부에 위치한 디스플레이;를 포함하는, 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 휴대용 기기를 포함하는, 장치.
14. 사용자 장치를 제어하는 사용자에게 촉각 피드백(feedback)을 제공하는 비-치료적 방법에 있어서,
    적어도 하나의 전극에 가장 근접한, 장치의 외부 절연 층의 일부에 접촉하는 사용자 및 상기 적어도 하나의 전극 간의 용량 결합을 이용함으로써 사용자에게 촉감 자극을 제공하도록 상기 적어도 하나의 전극의 활성화를 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전극은 서로로부터 전기적으로 분리되어 있는, 제1 전극 요소 및 제2 전극 요소를 포함하는, 비-치료적 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 비-치료적 방법은, 상기 제어 단계 이전에, 사용자가 상기 장치의 상기 외부 절연 층의 상기 일부에 접촉하는 경우; 사용자가 상기 장치의 상기 외부 절연 층의 상기 일부에 가장 근접한 경우; 및 사용자가 상기 장치의 상기 외부 절연 층의 상기 일부에 접촉하고 사용자가 상기 장치의 상기 외부 절연 층의 상기 일부에 가장 근접한 경우; 중의 하나를 검출하는 단계를 더 포함하는, 비-치료적 방법.
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