KR101518761B1 - 대화형 디스플레이 유닛 - Google Patents

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얀닝 차오
안드레아스 에핑어
다니엘 젠드리차
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존슨 컨트롤스 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 정보 제공 및 사용자와의 상호작용을 위한, 특히 차량 내부(2)의 대화형 디스플레이 유닛(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 하나 이상의 이미징 셀(3)은, 밀봉 배열에서 2 개의 투명 기판 캐리어(3.1, 3.2)들 사이에서 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)을 포함하고, 각각의 상기 기판 캐리어에는 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)에 마주하는 투명 전극 층이 제공된다. 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)의 방향으로 배향된 전파(propagation)를 갖는 기록 광원(5)은, 상기 기판 캐리어에 대해 평행한 방식으로 기판 캐리어(3.1)들 중 하나에 배열되고, 촉각 센서/액츄에이터 유닛(6)은, 다른 하나의 기판 캐리어(3.2)에 배열되며, 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)의 방향으로 배향된 전파를 갖는 하나 이상의 판독 광원(4)은 측방 방식으로 배열된다.

Description

대화형 디스플레이 유닛 {INTERACTIVE DISPLAY UNIT}
본 발명은, 정보 제공 및/또는 사용자와의 상호작용을 위한, 특히 차량 내부의 대화형 디스플레이 유닛에 관한 것이다.
시각 지각(visual perception)의 인간 생리(physiology)는 그 또는 그녀가 주변을 3차원으로 관찰할 수 있게 한다. 또한, 정보의 3차원 프레젠테이션이, 예컨대 디스플레이 유닛들에서 사용된다. 현재 공지된 3차원 기술은, 예컨대 텔레비전 및/또는 영화관들에서 사용되는 것과 같은 스테레오스코픽(stereoscopic) 방법들에 기초한다. 또한, 디지털 이미지 합성 및 2차원 반투명 스크린들이 공지되어 있다. 그러나, 정보의 3차원 프레젠테이션은, 지금까지는(hitherto) 예컨대, 대시보드 상의 정보와 같은 자동차 섹터에서 드물게 사용되고 있다.
지각의 인간 생리중 다른 중요한 부분은 촉각 지각(haptic perception)이다. 우리는 터치에 의한 기능 신호들을 감정들만큼 효과적으로 의사소통한다(communicate). 시각 지각이 종종 촉각 지각보다 더 다양한 지각을 제공할지라도, 촉각 지각의 범위는, 여전히 놀랄 만큼 넓으며, 촉각 지각은 물리적 사용자 인터페이스들을 위해서 특히 기본적으로 중요하다.
특히, 터치 감응 디스플레이 유닛들 또는 터치 디스플레이들에서의 촉각 지각의 통합은, 인간과 기계 사이의 직접적인 상호작용을 허용하며, 이는 이러한 디스플레이 유닛들의 사용자 친밀도를 상당히 개선한다.
터치 감응 디스플레이 유닛들을 갖는 다수의 모바일 장치들이 현재 입수가능하며, 이 장치들은 통상, 사용자에게 광학적 및 시각적 피드백을 지원(support)하지만 촉각적 피드백을 지원하지는 않는다.
마이크로 스위치와 같은 기술적 스위치 요소들이 본 명세서에 공지되어 있으며, 이러한 스위치는 도전 경로를 변화시키기 위해서 스냅-액션(snap-action) 시스템에 기초하며, 이로써 많은 전기 장치들에서 표준 부품으로서 사용된다. 또한, 실리콘 고무 또는 금속 돔(dome)들로 제조된 스냅 액션 플레이트들이 공지되어 있으며, 이러한 플레이트들은 눈에 띄는(noticeable) 압력 포인트를 가지며, 그 결과로서 발생한 클릭킹 효과는 촉감(tactile sensation)에 의해 주로 인식된다.
또한, 압전 효과를 활용함으로써 전압을 논리 신호로 전환하는 압전식 액츄에이터(piezoactuator)들이 공지되어 있다.
자동차 섹터에서의 사용자 인터페이스들의 개발에 의해, 특히, 사용의 유연성을 허용하면서 콤팩트한 크기를 허용하도록 의도된 사용자 인터페이스들에 대한 요구들이 높아진다.
하나의 가능한 도전은, 예컨대, 키들의 가변적인 구성을 허용하는 터치 감응 디스플레이 유닛들을 갖는 사용자 인터페이스들의 개발이다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술에 대해 개선되고 정보의 3차원 프레젠테이션, 및 사용자와 기계 사이의 직접적인 상호작용을 가능하게 할 수 있는 디스플레이 유닛을 특정하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 1의 특징들을 갖는 대화형 디스플레이 유닛에 의해 성취된다.
본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선예들은 종속항들에서 특정된다.
정보 제공 및/또는 사용자와의 상호작용을 위한, 특히 차량 내부의 대화형 디스플레이 유닛은, 밀봉 배열에서 2 개의 투명 기판 캐리어들 사이에서 광 굴절 폴리머 재료 층을 포함하는 하나 이상의 이미징 셀을 가지며, 각각의 기판 캐리어에는 광 굴절 폴리머 재료에 마주하는 투명 전극 층이 제공되고, 폴리머 재료 층의 방향으로 지향된 프로젝션(projection)을 갖는 하나 이상의 기록 광원은, 광원에 평행한 투명 기판 캐리어들 중 하나에 배열되고, 촉각 센서 액츄에이터 유닛 및, 광 굴절 폴리머 재료 층에 대해 측방으로, 폴리머 재료 층의 방향으로 지향된 프로젝션을 갖는 하나 이상의 판독 광원이, 다른 기판 캐리어에 배열된다.
기록 광원에 관련된 투명 기판 캐리어는, 이 경우에 광 굴절 폴리머 재료 층 아래에서 디스플레이 유닛을 보는 방향으로 배열되고, 반대로 위치되고 촉각 센서 액츄에이터 유닛과 관련된 다른 투명 기판 캐리어는, 광 굴절 폴리머 재료 층의 상부에서 디스플레이 유닛을 보는 방향으로 배열된다.
기판 캐리어들의 투명 전극 층들을 제어하고 기록 광원 및 기준 광원으로부터 광 굴절 폴리머 재료 층 상에 광을 방사함으로써, 본 발명에 따른 대화형 디스플레이 유닛은, 폴리머 재료 층의 광 굴절 폴리머 재료로 인해, 광 굴절 효과, 즉 굴절률에서의 광 유도 변화(light-induced change in refractive index)를 가능하게 하며, 이에 의해 정보의 3차원 저장 및 프레젠테이션이 예컨대 컬러 필터 유리들과 같은 특별한 광학 보조기(optical aid)들을 필요로 하는 이러한 디스플레이 유닛의 옵저버(observer) 없이 가능하다. 통합된 대화형 디스플레이 유닛은, 이미징 셀을 사용하여 3D 프레젠테이션과 함께 촉각 센서 액츄에이터 유닛을 추가로 구동함으로써 만들어질 수 있다.
광 굴절 폴리머 재료는, 바람직하게는 유기 폴리머 또는 액체 폴리머 재료 셀들로 형성된다. 그 경우에 폴리머는, 예컨대 비선형 광학(NLO) 발색단(chromophor)(예컨대, PDCST, FDCST, AODCST, TDDCST 또는 7-DCST)이 도핑된 정공 수송 폴리머(hole transport polymer)(Poly)(예컨대, PVK CAAN 또는 PATPDCAAN 코폴리머)로 구성되며, 여기서 가소제(예컨대, BBP 또는 ECZ)가 감광제(sensitizer)로서 통상적으로 사용된다.
촉각 센서 액츄에이터 유닛을 사용하면, 촉각 신호들은 사용자에 의해 검지 될 수 있고(유닛은 액츄에이터로서 작용), 사용자에 의해 발생되는 것(유닛은 센서로서 작용) 모두가 가능하다. 예시로써, 사용자의 손가락이 대화형 디스플레이 유닛의 터치 필드 상에서 가상의 키(virtual key)를 활성화하자마자 사용자는 접촉 신호를 발생시키며, 이 신호는 센서 액츄에이터 유닛을 사용하여 검지 가능하다. 게다가, 센서 액츄에이터 유닛은 사용자에 의해 검지 될 수 있으며 예컨대 키의 가압(pressing)이 디스플레이 유닛에 의해 검지 되었음의 확인으로서 작동하는 촉각 신호를 발생시킬 수 있으며, 예컨대 전압이 인가되는 경우 변화들 및/또는 진동들을 형성할 수 있다. 사용자의 요구사항들에 들어맞으며 이에 따라 대화형 디스플레이 유닛의 사용자 편의를 상당히 개선하는 사용자 인터페이스, 특히 인간 기계 인터페이스가, 이에 의해 특히 유리한 방식으로 만들어질 수 있다.
대안으로, 펜 또는 다른 물체(object)를 사용하여 대화형 디스플레이 유닛을 작동시키는 것이 또한 가능하여, 사용자와 디스플레이 유닛 사이의 단지 간접식 상호작용만이 가능할지라도, 상기 상호작용은 촉각 피드백 없이 차량들 내에서 종래의 디스플레이 유닛들에 비해 상당히 개선된다.
촉각 센서 액츄에이터 유닛은 관련된 투명 기판 캐리어의 외부측 상에 배열된다. 상기 기판 캐리어의 외부측은, 본 출원의 경우에, 광 굴절 폴리머 재료로부터 원격이며 이에 따라 대화형 디스플레이 유닛의 사용자와 마주하는 표면이어서, 사용자와 대화형 디스플레이 유닛 사이의 직접적인 상호작용이 가능하다.
촉각 센서 액츄에이터 유닛은 교대로 배열된 액츄에이터 층들 및 전극 층들의 층 배열로서 구성된다. 전극 층들을 사용하여 제어가능한 액츄에이터 층은, 사용자에 의한 디스플레이 유닛의 활성화(activation)의 촉각 검지를 위해서 그리고 촉각 피드백을 위해서 그 자체의 전자 스위칭 구조를 갖는 대화형 디스플레이 유닛의 가상의(virtual) 입력 및/또는 출력 필드를 구성한다. 본원에서, 액츄에이터 층의 양측면들 상에 배열된 전극 층들은, 애노드 및 캐소드로서 작용하며, 여기서, 전압의 인가는, 전압이 인가되기 이전의 평활 상태(smooth state)로부터 전압의 인가 후의 양각(elevation)들 및/또는 음각(depression)들을 갖는 구조 상태로 액츄에이터 층이 천이 되는 것을 유발한다. 추가의 전기 스위칭에 의해, 액츄에이터 층의 구조화가 변화 및/또는 반복될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 액츄에이터 층들 및 전극 층들은, 각각의 경우에, 투광성 재료로 만들어진다. 이를 위해, 전극 층들은, 바람직하게는, 기판 캐리어들의 전극 층들과 유사하게, 인듐 주석 산화물(또는 축약하여 ITO라 함)로 형성되고, 이는 반도전성의 주로 투광성 재료이며, 양호한 전기 도전성 및 유연 특성들을 나타낸다. 대안으로, 전극은 아연 산화물 또는 다른 얇은 금속 층으로 형성될 수 있다.
하나 이상의 액츄에이터 층의 재료는, 바람직하게는, 전기장에 의해 여기 될 때 크기 및 형태의 관점에서 변화를 나타내는 폴리머, 특히 전기 활성 폴리머(electroactive polymer), 금속 폴리머 복합재, 이온성(ionic) 겔 또는 유전성 엘라스토머(예컨대, 실리콘 및/또는 아크릴(acrylic) 엘라스토머, 및/또는 폴리우레탄) 또는 폴리빌리덴 디플루오라이드(polyvilidene difluoride)로 만들어지며, 이 폴리머들은 액츄에이터 재료들로서 특히 적합하다. 이들 재료들은 고 연신율(high elongation), 낮은 밀도들 및 자유로운 성형성(formability)을 나타낸다.
가능한 일 실시예에 따르면, 촉각 센서 액츄에이터 유닛은, 필드들 내로 분할된다. 이로써, 상이한 유형들의 대화형 디스플레이 유닛의 터치 및/또는 센서 유닛의 가상의 키 필드들이 규정가능하다. 가상의 키 필드들은, 바람직하게는 전극 층들을 사용하여 대응하는 픽셀 와이즈(pixel-wise) 또는 필드 와이즈(field-wise) 활성화에 의해 자유롭게 구성될 수 있다. 예컨대, 제조되는 구조의 정도 및/또는 형태의 변화는 인가된 전기장의 강도, 전극들의 치수, 형태 및 구조 및/또는 전기 활성 폴리머의 액츄에이터 층의 두께에 의해 영향을 받을 수 있다.
외부측 센서 액츄에이터 유닛 상에서의 외부 영향들에 대한 보호를 위해서, 보호 코팅이 하나 이상의 액츄에이터 층의 외부 표면에 도포되며, 이 보호 코팅은 바람직하게는 나노입자들을 갖는 폴리머로 형성되어, 스크래치 내성(scratch-resistant) 및 무반사(antireflective) 특징들을 갖는다. 보호 입자들의 추가에 따라, 보호 층은 자가 세정(self-cleaning)에 적합하도록 구성될 수 있다.
대화형 디스플레이 유닛의 배경 조명(background lighting) 또는 판독 조명(reading lighting)을 위해서, 하나 이상의 판독 광원(제 1 광원)이 이미징 셀의 측방으로 배열된다. 바람직하게는, 적색, 녹색 및/또는 청색 광을 발생시키기 위해서 상이한 발광 스펙트럼들(emission spectra)을 갖는 복수 개의 판독 광원들이 제공된다. 바람직하게는, 판독 광원들은 다양한 색들의 광의 미리 지정된 발광 스펙트럼들을 갖는 레이저 유닛들 및/또는 발광 다이오드들로서 구성되며, 광원의 광은 이미징 셀의 방향으로 발광 된다. 판독 광원(들)은 편의상, 기록 광원의 주파수와 상이한 주파수의 광을 발생하며, 그 결과, 광 굴절 폴리머 재료 층에 저장된 정보는, 판독 광원을 사용한 조사 상태(under irradiation)에서 외부로부터 사용자를 위해서 가시적(visible)이다.
게다가, 대화형 디스플레이 유닛은 기록 광원으로서 제 2 광원을 포함하며, 이 광원은 관련된 투명 기판 캐리어 아래, 즉 광 굴절 폴리머 재료 층으로부터 원격인 투명 기판 캐리어의 측면 상에 배열된다. 이러한 제 2 광원은 바람직하게는 다이오드 레이저로서 또는 고상 레이저로서 구성된다. 그의 여기(excitation)를 통해 광 굴절 폴리머 재료를 사용하여 정보를 저장 및 삭제하기 위해서, 광 굴절 폴리머 재료 층의 방향으로 유사하게 지향된 전파(propagation)에 의해 기준 광원 및 삭제(deletion) 광원이 기록 광원에 추가로 제공된다. 홀로그래픽 정보가, 여기서, 기록 광원으로부터의 광 빔 및 기준 광원으로부터의 광 빔의 간섭을 통해 생성 및 저장된다.
특히, 동일 치수들을 갖는 복수 개의 마이크로 렌즈들을 포함하며, 여기서 마이크로 렌즈들은 상호 수직인 행(row)들 및 서로 이웃한 열(column)들의 그리드에 또는 육각 그리드에 배열되는 마이크로 렌즈들의 필드는, 기록 광원 및 관련된 투명 기판 캐리어 사이에 배열된다. 마이크로 렌즈들은, 레이저로부터 유색 광(colored light)을 소망하는 색 온도로 혼합하고, 대화형 디스플레이 유닛에서 광의 균일한 분배를 조절한다.
마이크로 렌즈 필드의 상류에는, 기록 광원의 방사 방향으로, 광 확산기 및 광 변조기가 배열된다. 광 변조기가 여기에서, 기록 광원의 방사 방향으로, 기록 광원 및 광 확산기 사이에 배열되고, 바람직하게는 육각 그리드에 배열된 다수의 마이크로 미러들로 형성된다. 마이크로 미러들의 그리드 배열은, 생성될 이미지의 그리드 배열에 주로 대응한다. 광 변조기를 사용하면, 바람직하게, 기록 광원으로부터 레이저 빔의 동적 변조가 가능하다. 광 확산기는, 기록 광원의 방사 방향으로, 광 변조기 및 마이크로 렌즈 필드 사이에 배열되고, 편의상 기록 광원으로부터 레이저 빔의 균질화를 위해 작용한다.
본 발명의 예시적 실시예들은, 도면들을 참조하여 하기에 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 대화형 디스플레이 유닛의 분해 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 반투명식 예시로 차량의 측면 사시도를 개략적으로 도시한다.
대응 부분들은 모든 도면 전체에서 동일한 도면 부호들을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 대화형 디스플레이 유닛(1)을 분해 사시도로 도시한다.
대화형 디스플레이 유닛(1)은, 터치 감응 디스플레이(touch-sensitive display) 유닛(1)으로서, 바람직하게는, 도 2에서 보다 상세히 예시된 차량 내부(2)에서, 대시보드(2.1), 내부 콘솔(2.2), 센터 콘솔(2.3) 및/또는 도어 패널링(2.4)용의 기능성 대화형 중앙 유닛으로서, 구성된다.
본 발명의 예시적 실시예에서, 대화형 디스플레이 유닛(1)은 이미징 셀(3), 제 1 광원(4)(이하, 판독 광원(4))과 제 2 광원(5)(이하, 기록 광원(5)) 및 촉각(haptic) 센서 액츄에이터 유닛(6)을 갖는다.
대안으로, 대화형 디스플레이 유닛(1)은 또한, 복수 개의 이미징 셀(3)들을 포함할 수 있다.
이미징 셀(3)은 광 굴절(photorefractive) 폴리머 재료로 만들어진 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)을 포함하며, 이 재료 층은 제 1 투명 기판 캐리어(3.1) 및 제 2 투명 기판 캐리어(3.2) 사이에 배열된다.
본 발명의 예시적 실시예에서, 기판 캐리어(3.1, 3.2)들은 예컨대, 플레이트들의 형태로 구성되며 각각의 경우에 유리로 만들어진다. 각각의 경우에 기판 캐리어(3.1, 3.2)들은, 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)에 마주하는 표면 상에서, 전극 층(electrode layer)을 가지며, 이 전극 층들은 바람직하게는 반도전성의 투광성(optically transparent) 재료, 예컨대 인듐 주석 산화물(indium tin oxide)로 형성된다. 이에 따라, 고전압 및 그 결과로서 전기장이 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3) 상에 인가될 수 있거나 사용될 수 있다.
광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)은, 바람직하게는 유기 폴리머 또는 액체 폴리머(liquid polymer) 재료 셀들로 형성된다. 그 경우에 폴리머는, 예컨대 비선형 광학(non-linear optical, NLO) 발색단(chromophor)(예컨대, PDCST, FDCST, AODCST, TDDCST 또는 7-DCST)이 도핑된 정공 수송 폴리머(hole transport polymer)(Poly)(예컨대, PVK CAAN 또는 PATPDCAAN 코폴리머)로 구성되며, 여기서 가소제(예컨대, BBP 또는 ECZ)가 감광제(sensitizer)로서 통상적으로 사용된다.
폴리머 재료 층(3.3)의 광 굴절 폴리머 재료에 의해, 광 굴절 효과가 가능하며, 이는 일반적으로 전기 광학 효과들을 통해 재료의 광 굴절률(optic refractive index)의 변화를 야기한다. 즉, 기록 광원(5) 및 기준 광원(보다 상세히 예시되지 않음)을 사용하여 광 굴절 폴리머를 조명함으로써, 그의 광 빔들이 서로 간섭하며, 공간 전하(electrical space charge)들이 폴리머 재료 층(3.3)의 광 굴절 폴리머 재료에서 생성되며, 이 전하들은 폴리머 재료 층(3.3)의 광 굴절 폴리머 재료의 활성 표면(active surface)으로 이동하며(migrate), 전기장에서 국부적으로 작용하며, 그 결과로서 전기장이 변화된다. 이로써, 공간 전하들은 폴리머 재료 층(3.3)의 광 굴절 폴리머 재료의 굴절률의 변조(modulation)를 야기하며, 그 결과로서, 홀로그램이 제조된다. 이로써, 예컨대, 비트 매트릭스(bit matrix)로 형성된 정보가 디스플레이 유닛(1)에서 홀로그램으로서 저장될 수 있다.
여기서, 기록 광원(5)은 제 1 기판 캐리어(3.1) 아래에, 즉, 광 굴절 폴리머 재료로부터 원격인 제 1 기판 캐리어(3.1)의 사이드 상에 배열되며, 바람직하게는, 다이오드 레이저 또는 고상(solid-state) 레이저로서 구성된다. 대안으로, 헬륨 네온 레이저가 또한 사용될 수 있다. 레이저의 대응 주파수, 예컨대, 532nm는, 이 경우에, 폴리머 재료 층(3.3)의 활용된 광 굴절 폴리머 재료에 따른다.
기록 광원(5)의 방사(radiation) 방향으로, 광원의 출력부(output)에서, 광 변조기(보다 상세히 예시되지 않음), 광 확산기(유사하게, 보다 상세히 예시되지 않음), 및 마이크로 렌즈 필드(8)가 배열된다.
이 경우, 광 변조기는 기록 광원(5)의 방사 방향으로, 기록 광원 및 광 확산기 사이에 배열된다. 광 변조기는, 바람직하게는 다수의 마이크로 미러들로 형성되며, 이 미러들은 육각 그리드(hexagonal grid)에 배열된다. 여기서, 마이크로 미러들의 그리드 배열은, 생성될 이미지의 그리드 배열에 주로 대응한다. 광 변조기를 사용하면, 바람직하게는, 기록 광원(5)으로부터 레이저 빔의 동적 변조(dynamic modulation)가 가능하다.
광 확산기는, 기록 광원(5)의 방사 방향으로, 광 변조기 및 마이크로 렌즈 필드(8) 사이에 배열되고, 편의상, 기록 광원(5)으로부터 레이저 빔의 균질화(homogenization)를 실행한다.
마이크로 렌즈 필드(8)는 동일 치수들을 갖는 복수 개의 마이크로 렌즈(8.1)들을 포함하며, 여기서 마이크로 렌즈들은 상호 수직인 행(row)들 및 서로 이웃한 열(column)들의 그리드에 또는 육각 그리드에 배열되며, 기록 광원(5)으로부터 유색 광(colored light)을 소망하는 색 온도로 혼합하고, 대화형 디스플레이 유닛(1)에서 광의 균일한 분배를 조절하는 기능을 한다.
게다가, 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)의 방향으로 유사하게 지향된 전파(propagation)에 의해 기준 광원 및 삭제(deletion) 광원(예시 생략)이 그의 여기(excitation)를 통해 폴리머 재료 층(3.3)의 광 굴절 폴리머 재료를 사용하여 정보를 저장 및 삭제하기 위해서 기록 광원(5)에 추가로 제공된다. 기준 광원 및 삭제 광원에 의해 발생된 광의 주파수들은, 이 경우, 기록 광원(5)을 사용하여 발생된 광의 주파수와 등가이거나 거의 등가이다. 홀로그램은, 특히 기록 광원(5) 및 기준 광원으로부터 광 빔들의 간섭을 통해 생성 및 저장될 수 있다. 홀로그램 삭제를 위해서, 균일하게 발광하는 삭제 광원만을 사용하는 것으로 충분하다.
폴리머 재료 층(3.3)의 광 굴절 재료에 저장된 홀로그램을 제공하기 위해서, 판독 광원(4)이 이미징 셀(3)의 측방으로 배열되고, 여기서 판독 광원(4)에는 적색, 녹색 및/또는 청색광을 발생시키기 위해서 상이한 발광 스펙트럼들(emission spectra)을 갖는 복수 개의 광원들이 제공된다.
판독 광원(4)의 광원들은 상이한 색들의 비간섭성(incoherent) 광의 미리 지정된 발광 스펙트럼들을 갖는 레이저 유닛들 및/또는 발광 다이오드들로서 구성되며, 광원의 광은 이미징 셀(3)의 방향으로 발광 된다.
게다가, 판독 광원(4)을 사용하여 발생된 광은 기록 광원(5)에 의해 발생된 광의 주파수와 상이한 주파수를 가져서, 폴리머 재료 층(3.3)의 광 굴절률 폴리머 재료에 저장된 정보는, 색 유리들과 같은 추가의 광학 보조기(optical aid)들을 사용자가 필요로 하지 않으면서, 판독 광원(4)을 사용한 조사 상태(under irradiation)에서 외부로부터 사용자를 위해서 가시적(visible)이다.
사용자와 대화형 디스플레이 유닛(1) 사이의 직접적인 상호작용을 실현하기 위해서, 디스플레이 유닛은 제 2 기판 캐리어(3.2)의 외부측 상에 배열되는 촉각 센서 액츄에이터 유닛(6)을 포함한다. 이 경우에, 제 2 기판 캐리어(3.2)의 외부측은, 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)으로부터 원격이며 이에 따라 대화형 디스플레이 유닛(1)의 사용자에 마주하는 그 표면이다.
이 경우에, 촉각 센서 액츄에이터 유닛(6)은 2 개의 전극 층(6.1)들 사이에 배열된 액츄에이터 층(6.2)을 포함한다. 대안으로, 촉각 센서 액츄에이터 유닛(6)은, 복수 개의 교대로 배열된 액츄에이터 층(6.2)들 및 전극 층(6.1)들을 포함한다.
전극 층(6.1)들을 사용하여 제어가능한 액츄에이터 층(6.2)은, 사용자에 의한 대화형 디스플레이 유닛(1)의 활성화(activation)의 촉각 검지(detection)를 위해서 그리고 촉각 피드백을 위해서 그 자체의 전자 스위칭 구조를 갖는 대화형 디스플레이 유닛(1)의 가상의(virtual) 입력 및/또는 출력 필드를 구성한다.
본원에서, 액츄에이터 층(6.2)의 양측면들 상에 배열된 전극 층(6.1)들은, 애노드 및 캐소드로서 작용하며, 여기서, 전압의 인가는, 전압이 인가되기 이전의 평활 상태(smooth state)로부터 전압의 인가 후의 양각(elevation)들 및/또는 음각(depression)들을 갖는 구조 상태로 액츄에이터 층(6.2)이 천이 되는 것을 유발한다. 추가의 전기 스위칭에 의해, 액츄에이터 층(6.2)의 구조화가 변화 및/또는 반복될 수 있다.
액츄에이터 층(6.2) 및 전극 층(6.1)들은, 각각의 경우에, 바람직하게는 투광성 재료로 만들어진다.
이를 위해, 전극 층(6.1)들은, 바람직하게는 인듐 주석 산화물로 형성된다. 대안으로, 전극 층(6.1)들은 아연 산화물 또는 다른 얇은 금속 층으로 형성될 수 있다. 전극 층(6.1)들의 별개의 전극(6.1.1)들은 어레이에 배열되고, 이는 특히, 촉각 센서 액츄에이터 유닛(6)의 확대된 상세도에서 볼 수 있다. 이로써, 전극 층(6.1)의 전체 표면에 걸쳐 전극(6.1.1)들의 균일한 분배가 가능하다.
액츄에이터 층(6.2)의 재료는, 바람직하게는 전기장에 의해 여기 될 때 크기 및 형태의 관점에서 변화를 나타내는 폴리머, 특히 전기 활성 폴리머(electroactive polymer), 금속 폴리머 복합재, 이온성(ionic) 겔 또는 유전성 엘라스토머(예컨대, 실리콘 및/또는 아크릴(acrylic) 엘라스토머, 및/또는 폴리우레탄) 또는 폴리빌리덴 디플루오라이드(polyvilidene difluoride)로 만들어지며, 이 폴리머들은 특히 액츄에이터 재료들로서 적합하다. 이들 재료들은 고 연신율(high elongation), 낮은 밀도들 및 자유로운 성형성(formability)을 나타낸다.
촉각 센서 액츄에이터 유닛(6)은, 바람직하게는 필드들 내로 분할된다. 이로써, 상이한 유형들의 대화형 디스플레이 유닛(1)의 터치 및/또는 센서 유닛의 가상의 키 필드들이 규정가능하다. 가상의 키 필드들은, 바람직하게는 촉각 센서 액츄에이터 유닛(5)의 전극 층(6.1)들을 사용하여 대응하는 픽셀 와이즈(pixel-wise) 또는 필드 와이즈(field-wise) 활성화에 의해 자유롭게 구성될 수 있다. 예컨대, 제조되는 구조의 정도(extent) 및/또는 형태의 변화는 인가된 전기장의 강도, 별개의 전극(6.1.1)들의 치수, 형태 및 구조 및/또는 전기 활성 폴리머의 액츄에이터 층(6.2)의 두께에 의해 영향을 받게 될 수 있다.
외부측 센서 액츄에이터 유닛(6) 상의 외부 영향들에 대한 보호를 위해서, 예컨대, 30㎛ 내지 100㎛의 두께를 갖는 보호 층(7)이 액츄에이터 층(6.2)의 외부 표면에 인가되며, 보호 층은 바람직하게는 나노입자들을 갖는 폴리머로 형성되고, 이 폴리머는 스크래치 내성(scratch-resistant) 및 무반사(antireflective) 특징들을 갖는다. 보호 입자들의 추가에 따라, 보호 층(7)은 자가 세정(self-cleaning)에 적합하도록 구성될 수 있다.
대화형 디스플레이 유닛(1)에서의 촉각 지각과 피드백의 통합은, 종래 기술의 디스플레이 유닛들에 비해서 사용자 편의(user friendliness)를 개선한다. 게다가, 물리적인 키(physical key)들 없이 사용자와 기계 사이의 상호작용에 대해 완전 새로운 효과 방식들(effect modi)이 생성될 수 있다.
도 2는 차량 내부(2)에서 본 발명에 따른 대화형 디스플레이 유닛(1)의 예시적 실시예들을 도시하며, 이는 반투명식 예시이다.
대화형 디스플레이 유닛(1)은 예컨대, 대시보드(2.1) 상에 정보를 디스플레이하기 위해서 사용될 수 있다.
게다가, 대화형 디스플레이 유닛(1)은 차량의 다양한 기술적 정보를 디스플레이하고 그리고/또는 차량 점유자들에게 즐거움을 주기 위해서 내부 콘솔, 센터 콘솔 및 도어 패널링에서 추가로 사용될 수 있다.
1 : 대화형 디스플레이 유닛
2 : 차량 내부
2.1 : 대시보드
2.2 : 내부 콘솔
2.3 : 센터 콘솔
2.4 : 도어 패널링
3 : 이미징 셀
3.1 : 제 1 기판 캐리어
3.2 : 제 2 기판 캐리어
3.3 : 광 굴절 폴리머 재료 층
4 : 판독 광원
5 : 기록 광원
6 : 촉각 센서 액츄에이터 유닛(haptic sensor-actuator unit)
6.1 : 전극 층들
6.1.1 : 전극들
6.2 : 액츄에이터 층
7 : 보호 층
8 : 마이크로 렌즈 필드
8.1 : 마이크로 렌즈들

Claims (10)

  1. 정보 제공 및 사용자와의 상호작용 중 하나 이상을 위한 차량 내부(2)의 대화형 디스플레이 유닛(1)에 있어서,
    층 배치에서 2 개의 투명 기판 캐리어(3.1, 3.2)들 사이에서 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)을 포함하는 하나 이상의 이미징 셀(3)을 가지며, 각각의 기판 캐리어에는 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)을 향하는 투명 전극 층이 제공되고,
    상기 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)의 방향으로 지향된 전파(propagation)를 갖는 하나 이상의 기록 광원(5)이, 광원에 평행한 하나의 기판 캐리어(3.1) 상에 배치되고,
    촉각 센서 액츄에이터 유닛(6) 및, 측방으로, 상기 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)의 방향으로 지향된 전파를 갖는 하나 이상의 판독 광원(4)이 다른 하나의 기판 캐리어(3.2)상에 배치되며,
    상기 촉각 센서 액츄에이터 유닛(6)은 투명한 상기 다른 하나의 기판 캐리어(3,2)의 외측 상에 배치되며, 상기 다른 하나의 기판 캐리어(3,2)의 외측은 상기 기록 광원(5) 및 상기 광 굴절 폴리머 재료 층(3.3)을 등지는 것을 특징으로 하는,
    대화형 디스플레이 유닛.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉각 센서 액츄에이터 유닛(6)은, 다수의 교대로 배열된 액츄에이터 층(6.2)들 및 전극 층(6.1)들로부터 형성되는 것을 특징으로 하는,
    대화형 디스플레이 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 층(6.2)들 및 전극 층(6.1)들은 각각의 경우에 투광성(optically transparent) 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    대화형 디스플레이 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 층(6.2)의 투광성 재료는, 도전성 폴리머인 것을 특징으로 하는,
    대화형 디스플레이 유닛.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 촉각 센서 액츄에이터 유닛(6)은 상기 전극 층(6.1)들을 사용하여 제어가능한 필드들로, 개별적으로 및 그룹별로 중 하나 이상으로 분할되는 것을 특징으로 하는,
    대화형 디스플레이 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 굴절 폴리머 재료(3.3)를 등지는 촉각 센서 액츄에이터 유닛(6)의 외부 표면은 보호 층(7)을 갖는 것을 특징으로 하는,
    대화형 디스플레이 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 판독 광원(4)은 상이한 발광 스펙트럼들(different emission spectra)을 갖는 복수 개의 광원들을 포함하며,
    상기 판독 광원(4)은 기록 광원(5)의 주파수와 상이한 주파수의 광을 생성하는 것을 특징으로 하는,
    대화형 디스플레이 유닛.
  9. 제 1 항에 있어서,
    마이크로 렌즈 필드(8)는 기록 광원(5) 및 투명한 상기 하나의 기판 캐리어(3.1) 사이에 배치되고,
    상기 마이크로 렌즈 필드는 동일한 치수들을 갖는 복수 개의 마이크로 렌즈(8.1)들을 포함하고,
    상기 마이크로 렌즈들은 상호 수직한 행(row)들 및 상호 나란한 열(column)들의 그리드(grid)에 또는 육각 그리드에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    대화형 디스플레이 유닛.
  10. 제 9 항에 있어서,
    광 확산기 및 광 변조기가 상기 기록 광원(5)의 방사 방향으로 상기 마이크로 렌즈 필드(8)의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    대화형 디스플레이 유닛.
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