KR101915064B1 - 플렉서블 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

플렉서블 장치가 개시된다. 본 장치는, 벤딩 가능한 특성을 가지는 바디(body)부, 바디부에서 서로 이격되어 매트릭스 형태로 배치된 복수의 압전체를 포함한다. 여기서, 복수의 압전체 각각은 순차적으로 적층된 상부 압전층, 중간층 및 하부 압전층을 포함한다. 이에 따라, 상황에 따라 적절하게 플렉서블 장치의 형상을 변형시킬 수 있다.

Description

플렉서블 장치 및 그 동작 방법 { FLEXIBLE DEVICE AND OPERATING METHODS THEREOF }
본 발명은 플렉서블 장치 및 그 동작 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 복수 개의 압전체를 이용하여 형상을 변형시키는 플렉서블 장치 및 그 동작 방법에 대한 것이다.
전자 기술의 발달에 힘입어 다양한 유형의 전자 장치가 개발되고 있다. 특히, TV, PC, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3 플레이어 등과 같은 디스플레이 장치들은 대부분의 가정에서 사용될 정도로 보급율이 높다.
특히, 최근에는 더 새롭고 다양한 기능을 원하는 사용자의 니즈(needs)에 부합하기 위하여, 디스플레이 장치를 좀 더 새로운 형태로 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이른바 차세대 디스플레이 장치라고 불리는 것이 바로 그것이다.
차세대 디스플레이 장치의 일 예로 플렉서블 디스플레이 장치를 들 수 있다. 플렉서블 디스플레이 장치란 마치 종이처럼 형상 변형될 수 있는 특성을 가지는 디스플레이 장치를 의미한다.
플렉서블 디스플레이 장치와 같이 플렉서블한 특성을 가지는 플렉서블 장치는 사용자가 힘을 가해서 벤딩시켜 형상을 변형시킬 수 있다.
하지만, 이러한 플렉서블 장치에 대한 활용 방안에 대한 연구는 아직까지 미진한 것이 사실이었다. 따라서, 다양한 사용자 니즈(Needs)를 충족할 수 있는 플렉서블 장치의 구조 및 그 동작 방법에 대한 필요성이 대두되었다.
본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명의 목적은 복수 개의 압전체를 이용하여 형상을 변형시킬 수 있는 플렉서블 장치 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플렉서블 장치는, 벤딩 가능한 특성을 가지는 바디(body)부, 상기 바디부에서 서로 이격되어 매트릭스 형태로 배치된 복수의 압전체를 포함한다. 여기서, 복수의 압전체 각각은 순차적으로 적층된 상부 압전층, 중간층 및 하부 압전층을 포함한다.
본 플렉서블 장치는, 기 설정된 이벤트가 발생하면, 상기 복수 개의 압전체에 구동 신호를 인가하여, 상기 복수 개의 압전체 중 적어도 하나의 압전체를 벤딩시켜 상기 바디부의 형상을 변형하는 제어부를 더 포함할 수도 있다.
그리고, 상기 압전체는, 상기 상부 압전층에 제1 구동 신호가 인가되고 상기 하부 압전층에 제2 구동신호가 인가되면 제1 방향으로 벤딩되어 상기 바디부를 상기 제1 방향으로 휘어지게 하고, 상기 상부 압전층에 상기 제2 구동 신호가 인가되고 상기 하부 압전층에 상기 제1 구동 신호가 인가되면 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 벤딩되어 상기 바디부를 상기 제2 방향으로 휘어지게 하며, 상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 동일한 구동 신호가 인가되면 평형 상태를 유지하여 상기 플렉서블 장치를 강성화시킬 수도 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 플렉서블 장치의 전체 영역 내에서 각 압전체가 배치된 위치를 기준으로, 상기 복수 개의 압전체를 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹 별로 서로 다른 구동 신호를 인가하여 상기 플렉서블 장치의 형상을 영역 별로 국부적으로 변형시킬 수 있다.
또는, 플렉서블 장치는 디스플레이부를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 복수 개의 압전체는 상기 디스플레이부의 하부에 배치되며, 상기 제어부는, 상기 이벤트의 종류에 따라, 상기 복수 개의 압전체 각각에 개별적으로 구동 신호를 인가하여, 상기 디스플레이부를 포함하는 상기 바디부를 기 설정된 형태로 변형시키고, 상기 바디부의 변형 상태에 대응되는 UI 화면을 상기 디스플레이부에 디스플레이할 수 있다.
또는, 플렉서블 장치는, 디스플레이부 및 상기 디스플레이부의 하측에 배치된 적어도 하나의 바이오 센서를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 복수 개의 압전체는 상기 디스플레이부 및 상기 바이오 센서 사이에 배치되고, 상기 제어부는, 상기 바이오 센서에서 사용자 신체의 터치가 감지되면 상기 복수 개의 압전체의 상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 서로 다른 구동 신호를 인가하여 상기 플렉서블 장치를 롤링시키고, 상기 디스플레이부의 적어도 일 영역에 시계 UI를 디스플레이할 수 있다.
또는, 상기 복수 개의 압전체는, 상기 플렉서블 장치에서 행 방향으로 연속적으로 정렬된 복수 개의 제1 압전체 및 상기 플렉서블 장치에서 열 방향으로 연속적으로 정렬되는 복수 개의 제2 압전체를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 복수 개의 압전체는 상기 바디부의 일 측에 순차적으로 적층된 복수의 레이어에 분산 배치될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 구동 신호의 크기를 조정하여 상기 플렉서블 장치의 형상 변형 정도를 조정할 수 있다.
그리고, 상기 바디부의 벤딩에 의해 상기 복수 개의 압전체 중 적어도 하나의 압전체로부터 발생하는 전기 신호를 감지하는 감지부를 더 포함할 수도 있다.
상기 제어부는, 상기 전기 신호의 변화에 기초하여 상기 바디부의 형상 변형 상태를 판단하고 상기 판단된 형상 변형 상태에 대응되는 제어 동작을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플렉서블 장치의 동작 방법은, 기 설정된 이벤트의 발생 여부를 판단하는 단계, 상기 이벤트가 발생하면, 상기 플렉서블 장치에서 서로 다른 위치에 각각 탑재된 복수 개의 압전체로 개별적으로 구동 신호를 인가하는 단계, 상기 압전체가 상기 구동 신호에 따라 벤딩되어, 상기 플렉서블 장치의 형상을 변형시키는 단계를 포함한다.
여기서, 복수 개의 압전체 각각은 순차적으로 적층된 상부 압전층, 중간층 및 하부 압전층을 포함한다.
또한, 상기 구동 신호를 인가하는 단계는, 상기 이벤트의 종류에 따라 상기 복수 개의 압전체 내의 상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 인가할 구동 신호를 개별적으로 결정하는 단계, 결정된 각 구동 신호를 상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 인가하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 압전체는, 상기 상부 압전층에 제1 구동 신호가 인가되고 상기 하부 압전층에 제2 구동신호가 인가되면 제1 방향으로 벤딩되어 상기 플렉서블 장치를 상기 제1 방향으로 휘어지게 하고, 상기 상부 압전층에 상기 제2 구동 신호가 인가되고 상기 하부 압전층에 상기 제1 구동 신호가 인가되면 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 벤딩되어 상기 플렉서블 장치를 상기 제2 방향으로 휘어지게 하며, 상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 동일한 구동 신호가 인가되면 평형 상태를 유지하여 상기 플렉서블 장치를 강성화시킬 수 있다.
그리고, 상기 구동 신호를 인가하는 단계는, 상기 플렉서블 장치의 전체 영역 내에서 각 압전체가 배치된 위치를 기준으로, 상기 복수 개의 압전체를 복수의 그룹으로 구분하는 단계, 상기 플렉서블 장치의 형상이 영역 별로 국부적으로 변형되도록 상기 복수의 그룹 각각에 대해 서로 다른 구동 신호를 인가하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 플렉서블 장치에 마련된 디스플레이부에 상기 플렉서블 장치의 변형 상태에 대응되는 UI 화면을 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또는, 상기 플렉서블 장치에 마련된 바이오 센서에서 사용자 신체의 터치가 감지되면 상기 복수 개의 압전체의 상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 서로 다른 구동 신호를 인가하여 상기 플렉서블 장치를 롤링시키는 단계, 상기 플렉서블 장치에 마련된 디스플레이부의 적어도 일 영역에 시계 UI를 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
그리고, 상기 구동 신호의 크기를 조정하여 상기 플렉서블 장치의 형상 변형 정도를 조정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또는, 상기 플렉서블 장치의 벤딩에 의해 상기 복수 개의 압전체 중 적어도 하나의 압전체로부터 발생하는 전기 신호를 감지하는 단계, 상기 전기 신호의 변화에 기초하여 상기 플렉서블 장치의 형상 변형 상태를 판단하는 단계, 상기 형상 변형 상태에 대응되는 제어 동작을 수행하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 플렉서블 장치의 형상을 복수 개의 압전체를 이용하여 변형시킬 수 있다. 이에 따라, 플렉서블 장치에 대한 활용도가 높아질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 장치의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 플렉서블 장치의 단면을 나타내는 단면도,
도 3 내지 도 5는 하나의 압전체의 구성에 대한 다양한 예를 나타내는 도면,
도 6은 제1 구동 신호가 인가되었을 때의 압전체의 벤딩을 설명하기 위한 도면,
도 7은 제2 구동 신호가 인가되었을 때의 압전체의 벤딩을 설명하기 위한 도면,
도 8 및 도 9는 압전체의 벤딩으로 인해 플렉서블 장치의 형상이 변형되는 예를 설명하기 위한 도면,
도 10은 압전체 각각의 상부 압전층 및 하부 압전층에 동일한 구동 신호를 인가하였을 때의 상태를 설명하기 위한 도면,
도 11 및 도 12는 압전체로 구동 신호를 인가하기 위한 구성의 예를 설명하기 위한 도면,
도 13 및 도 14는 복수의 압전체에 연결된 전극 패턴의 예를 설명하기 위한 도면,
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도,
도 16 내지 도 20은 플렉서블 장치의 형상 변형 상태에 대한 다양한 예를 설명하기 위한 도면,
도 21은 시계 UI를 표시하는 플렉서블 장치의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 22는 바이오 센서를 더 포함하는 압전체의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 23은 복수 개의 압전체의 배치 패턴의 다른 예를 나타내는 도면,
도 24는 도 23의 플렉서블 장치의 단면 구성을 나타내는 도면,
도 25는 복수 개의 압전체의 배치 패턴의 다른 예를 나타내는 도면,
도 26은 도 25의 플렉서블 장치의 단면 구성을 나타내는 도면,
도 27은 복수 개의 압전체를 이용하여 플렉서블 장치의 형상을 변형시키는 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 28은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 플렉서블 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도,
도 29는 플렉서블 장치에서 사용하는 소프트웨어의 구성을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 30은 복수 개의 압전체를 이용하여 플렉서블 장치의 형상 변형 상태를 감지하여 플렉서블 장치의 동작을 제어하는 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 따르면, 플렉서블 장치(1000)는 바디부(100) 및 복수 개의 압전체(110-1 ~ 110-n)를 포함한다.
바디부(100)는 플렉서블 장치(1000)의 각 구성 요소가 탑재된 부분을 의미한다. 바디부(100)는 벤딩 가능한 특성을 가진다.
바디부(100)는 외부 압력에 의해 변형될 수 있는 플라스틱 재질(가령, 고분자 필름)로 구현될 수 있다. 구체적으로는, 바디부(100)는 기초 소재(base film)에 배리어 코팅(barrier coating)이 양면으로 처리된 구조를 갖는다. 기초 소재의 경우, PI(Polyimide), PC(Polycarbonite), PET(Polyethyleneterephtalate), PES(Polyethersulfone), PEN(Polythylenenaphthalate), FRP(Fiber Reinforced Plastic) 등의 다양한 수지로 구현될 수 있다. 그리고, 배리어 코팅은 기초 소재의 양면에서 각각 이루어질 수 있다. 배리어 코팅에는 유연성을 유지하기 위해 유기막 또는 무기막이 이용될 수 있다. 또는 바디부(100)는 플라스틱 재질 외에도 금속 박막(metal foil)과 같이 플렉서블한 특성을 갖는 기타 다양한 소재가 사용될 수도 있다.
복수 개의 압전체(110-1 ~ 110-n)는 바디부(100) 표면에 또는 내부에 탑재된다. 구체적으로는, 복수 개의 압전체(110-1 ~ 110-n)는 바디부(100)의 서로 다른 위치에 배치된다. 도 1에서는 복수 개의 압전체(110-1 ~ 110-n)가 바디부(100)의 일 면에서 서로 이격되어 가로 세로 방향으로 매트릭스 형태로 배치된 상태를 나타낸다. 도 1에서는 각 압전체가 서로 균일한 간격으로 이격되어 정렬 배치된 상태를 도시하였으나, 압전체의 개수, 배치 위치, 배치 패턴 등은 도 1에 도시된 형태로 한정되는 것은 아니며, 실시 예에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
복수 개의 압전체(110-1 ~ 110-n) 각각은 서로 다른 두 개의 압전층이 순차적으로 배열된 구조로 이루어진다. 설명의 편의를 위해 상부에 위치한 압전층을 상부 압전층, 하부에 위치한 압전층을 하부 압전층이라 한다.
플렉서블 장치(1000)는 복수 개의 압전체(110-1 ~ 110-n) 각각의 압전 효과를 이용한다. 구체적으로는, 사용자가 압전체(110-1 ~ 110-n)가 마련된 바디부(100)를 벤딩시켜 압력을 가하면, 각 압전체(110-1 ~ 110-n)들은 그 압력에 의해 유전 분극을 일으켜 전기 신호를 발생한다. 이를 직접 압전 효과 또는 제1 압전 효과라 할 수 있다. 반대로, 각 압전체(110-1 ~ 110-n)에 전계(electric field)가 가해지면, 그 전계에 의해 각 압전체(110-1 ~ 110-n)의 형상이 변형된다. 이는 역압전 효과 또는 제2 압전 효과라 한다. 이러한 효과들을 통칭하여 압전 효과라 한다. 도 1의 실시 예에 따르면, 플렉서블 장치(1000)는 압전 효과 중에서 특히 제2 압전 효과를 이용하여 바디부(100)의 형상을 변형시킬 수 있다.
도 2는 플렉서블 장치(1000)의 단면 구성의 일 예를 나타낸다. 도 2에 따르면, 플렉서블 장치(1000)는 디스플레이부(120)를 포함한다. 디스플레이부(120)는 제1 보호층(121), 디스플레이 패널(122), 구동부(123), 백라이트 유닛(124) 및 기판(125)을 포함한다.
제1 보호층(121)은 디스플레이 패널(122)을 보호하는 기능을 한다. 예를 들어, 제1 보호층(121)에는 ZrO, CeO2, Th O2 등의 재료가 이용될 수 있다. 제1 보호층(121)은 투명한 필름 형태로 제작되어 디스플레이 패널(122) 표면 전체를 덮을 수 있다.
디스플레이 패널(122)은 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light-Emitting Diode), EPD(electrophoretic display), ECD(electrochromic display), PDP(Plasma display Panel) 등으로 구현될 수도 있다. LCD로 구현될 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이 백라이트 유닛(124)이 요구된다. 백라이트 유닛(124)은 램프나 LED와 같은 광원이 직하형 또는 에지형으로 배치되어, 디스플레이 패널(122) 방향으로 백라이트를 제공한다.
구동부(123)는 디스플레이 패널(122)을 구동시키는 기능을 한다. 구체적으로, 구동부(123)는 디스플레이 패널(122)을 구성하는 복수의 화소에 구동 전압을 인가한다. 구동부(123)는 a-si TFT(Thin Film Transistor), LTPS(low temperature poly silicon) TFT, OTFT(organic TFT) 등으로 구현될 수 있다. 구동부(123)는 디스플레이 패널(122)의 구현 형태에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 일 예로, 디스플레이 패널(122)은 복수의 화소 셀로 이루어진 유기 발광체 및 그 유기 발광체의 양면을 덮는 전극층으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 구동부(123)는 디스플레이 패널(122)의 각 화소 셀에 대응되는 복수의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 각 트랜지스터는 전기 신호가 인가되면 연결된 화소 셀을 발광시킨다. 이에 따라, 디스플레이 패널(122)에 영상이 표시될 수 있다. 그 밖에, 도 2에서는 도시하지 않았으나 컬러 필터도 더 포함될 수 있다. 도 2의 각 구성요소들은 탄소가 포함된 유기물 재질로 또는 포일(foil) 등으로 얇게 제작되어, 플렉서블한 특성을 가지게 된다.
그 밖에, 디스플레이부(120)는 전자 종이(e-paper)로 구현될 수도 있다. 전자 종이는 정전하가 충전된 반구형 트위스트볼을 이용하는 방법과, 전기영동법과 마이크로캡슐을 이용한 전기영동 디스플레이 방법, 콜레스테롤 액정을 이용한 디스플레이 방법 등으로 구현될 수 있다.
기판(125)은 이들 구성 요소들을 지지하는 역할을 한다. 기판(125)은 PI(Polyimide), PC(Polycarbonite), PET(Polyethyleneterephtalate), PES(Polyethersulfone), PEN(Polythylenenaphthalate), FRP(Fiber Reinforced Plastic) 등과 같은 다양한 재질로 구현되는 플라스틱 기판일 수 있다.
복수 개의 압전체(110-1 ~ 110-n)는 기판(125) 하부에 배치된다. 각 압전체들(110-1 ~ 110-n)은 서로 이격되어 배치된다.
압전체(110-1 ~ 110-n)들은 제2 보호층(126)에 의해 커버된다. 제2 보호층(126)은 고무나 플라스틱, 기타 플렉서블한 특성의 재질로 이루어질 수 있다. 도 2에서는 압전체(110-1 ~ 110-n)들 사이 공간까지 제2 보호층(126)이 채우는 것처럼 도시되었으나 압전체(110-1 ~ 110-n) 사이 공간은 빈 스페이스(empty space)로 이루어질 수 있다.
각 압전체(110-1 ~ 110-n)들은 유니몰프(unimorph) 형, 바이몰프(bimorph) 형, 적층형 등과 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다. 유니몰프 형이란 하나의 압전층이 디스크 형태의 메탈층 상에 적층된 형태를 의미한다. 바이몰프 형이란 두 개의 압전층이 순차적으로 적층된 형태를 의미한다. 적층형이란 세라믹스 시트에 금속 전극 재를 인쇄하여 여러 장을 압착한 후 내부에 전극을 포함시켜 소결하여 제작하는 형태를 의미한다.
도 3은 유니몰프 형태의 압전체의 단면을 나타낸다. 도 3에 따르면, 유니몰프 형태의 압전체(110)는 메탈층(112) 및 메탈층(112)의 표면 상에 적층된 압전층(111)을 포함한다. 평면적으로 보면 메탈층(112)과 압전층(111)은 각각 원형으로 구현될 수 있다. 압전층(111)은 압전 세라믹이나 압전 폴리머로 이루어질 수 있다. 압전 세라믹으로는 PZT, PbTiO3, BaTiO3 등과 같은 다양한 종류의 재질이 사용될 수 있다.
압전층(111)에 제1 극성의 구동신호가 인가되면 도시된 바와 같이 가장자리 영역이 위쪽으로 올라가고 중심 영역이 아래쪽으로 내려가는 형태로 변형된다. 제1 극성의 반대인 제2 극성의 구동신호가 인가되면 반대 방향으로 변형된다.
도 4는 바이몰프 형태의 압전체의 단면을 나타낸다. 도 4에 따르면, 바이몰프 형태의 압전체(110)는 상부 압전층(111) 및 하부 압전층(113)을 포함한다. 상부 압전층(111) 및 하부 압전층(113) 각각은 제1 극성의 구동 신호가 인가되면 연장되고, 반대인 제2 극성의 구동 신호가 인가되면 축소되는 특징이 있다. 제1 극성은 +극성이고, 제2 극성은 - 극성일 수 있다. 제1 압전층(111)이 연장되고 제2 압전층(113)이 축소되면, 압전체(110)는 제2 압전층(113) 측으로 휘어지게 된다. 반대로 제1 압전층(111)이 축소되고 제2 압전층(113)이 연장되면, 압전체(110)는 제1 압전층(111) 측으로 휘어지게 된다.
도 5는 바이몰프 형태의 압전체의 또 다른 구성 예를 나타낸다. 도 5에 따르면, 압전체(110) 내의 상부 압전층(111) 및 하부 압전층(113) 사이에 중간 층(114)이 마련된다.
중간층(112)은 플렉서블한 특성을 가지는 탄성체 재질로 이루어질 수 있다. 중간층(112)은 두께가 얇은 직육면체 형상으로 구현될 수 있다. 상부 압전층(111)은 중간층(112)의 상부 표면에 적층되고, 하부 압전층(113)은 중간층(112)의 하부 표면에 적층된다. 상부 압전층(111) 및 하부 압전층(113) 역시 상술한 바와 같이 다양한 압전물질로 이루어질 수 있다. 도 5에 따르면, 상부 압전층(111) 및 하부 압전층(113)은 중간층(114)의 일부분만 덮는 형태로 제작될 수 있다. 즉, 중간층(114)의 길이가 상대적으로 더 길게 구현될 수 있다. 각 압전층(111, 113)과 중간층(114)의 길이는 실험을 통해 측정된 데이터에 기초하여 결정될 수 있다.
가령, 도 5와 같은 구조에서, 중간층(114)의 길이에 따른 주파수 및 변위 특성을 측정하는 실험을 수행하면 다음 표와 같이 측정된다.
중간층(mm) 80 90 100 110 120
압전층(mm) 30 30 30 30 30
주파수(Hz) 40.621 32.389 24.845 20.045 19.875
변위(mm) 8.64 12.92 13.78 6.44 6.545
표 1에 따르면, 각 압전층(111, 113)과 중간층(114)의 일 단을 동일하게 맞춘 상태에서 압전층(111, 113)의 길이를 30mm로 고정시키고 중간층(114)의 길이를 80, 90, 100, 110, 120 mm와 같이 다양하게 변형시켜 변위를 측정한 결과를 나타낸다. 이에 따르면, 중간층(114)이 가장 긴 120mm일 때보다 100mm 일 때 최대 변위가 측정되는 것을 알 수 있다. 변위란 중간층(114)의 타 단이 상하 방향으로 변형되는 폭 δ를 의미한다.
변위는 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
<수학식 1>
δ=kㆍd31ㆍVㆍl2ㆍ/t2
수학식 1에서 δ는 변위, k는 정수, d31는 압전 정수, V는 인가 전압, l은 압전층 길이, t는 두께를 의미한다. 수학식 1에 따르면, 변위 δ는 인가되는 전압, 즉 구동 신호에 비례하여 커지는 것을 알 수 있다.
도 5에서는 중간층(114)의 길이가 압전층(111, 113)보다 긴 것으로 도시하였으나, 중간층(114)과 압전층(111, 113)의 길이는 동일하게 맞춰질 수도 있다. 또한, 압전체(110)가 휘는 방향은 인가되는 상부 압전층(111)에 인가되는 제1 구동 신호와, 하부 압전층(114)에 인가되는 제2 구동 신호 간의 전압 차이에 의해 결정될 수 있다.
도 6 및 도 7에서는 동일한 길이의 상부 압전층(111), 중간층(114), 하부 압전층(113)을 포함하도록 구현된 압전체(110)에서 휨 방향이 조절되는 방법을 설명한다.
먼저, 도 6에서는 상부 압전층(111)에 제1 구동신호 V1이 인가되고 하부 압전층(113)에 제2 구동 신호가 인가된 상태를 나타낸다. V1이 +극성이고, V2가 -극성인 경우에는 상부 압전층(111)은 연장되고, 하부 압전층(113)은 축소된다. 이에 따라, 압전체(110)는 제1 방향으로 휘어진다. V1 및 V2이 동일 극성이더라도 V1의 크기가 더 크다면 압전체(110)는 제1 방향으로 휘어질 수 있다.
도 7에서는 V1 및 V2가 도 6과 반대로 인가되는 상태를 나타낸다. 도 7에 따르면, 압전체(110)는 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 휘어진다.
도 6 및 도 7과 같이 압전체(110)가 휘어지게 되면, 그 압전체(110)가 부착된 플렉서블 장치(1000)의 바디부(100)도 함께 휘어진다.
도 8은 바디부(100)에 탑재된 전체 압전체(110-1 ~ 110-n)들이 모두 도 6에 도시된 바와 같이 제1 방향으로 휘어졌을 때, 이로 인해 바디부(100)도 제1 방향으로 휘어지는 상태를 나타낸다.
또한, 도 9는 바디부(100)에 탑재된 전체 압전체(110-1 ~ 110-n)들이 모두 도 7에 도시된 바와 같이 제2 방향으로 휘어졌을 때, 이로 인해 바디부(100)도 제2 방향으로 휘어지는 상태를 나타낸다.
한편, 상부 압전층(111)과 하부 압전층(113)에 동일한 구동 신호를 인가하게 되면, 상부 압전층(111)과 하부 압전층(113)은 동일하게 압전 효과를 발생한다.
도 10은 동일한 구동 신호를 인가한 상태를 나타낸다. 도 10에 따르면, 상부 압전층(111) 및 하부 압전층(113)에 + 극성의 제1 구동 신호 V1을 각각 인가하면, 각 압전체(110)들은 평형상태를 유지하면서 그 길이 방향으로 연장된다. 이에 따라, 도 10에 도시된 바와 같이 각 압전체들 사이의 간격 g가 줄어들게 되므로 압축 효과가 생겨서 플렉서블 장치(1000)의 바디부(100)가 강성화된다.
도 11 및 도 12는 바이몰프 타입의 압전체에서 구동 신호를 인가하기 위한 구조의 다양한 예를 설명하는 도면이다.
도 11에 따르면 압전체(110)는 상부 압전층(111), 중간층(114), 하부 압전층(113)과, 그 상부 압전층(111)의 상부 표면에 위치한 제1 전극(115-1), 상부 압전층(111) 및 중간층(114) 사이에 위치한 제2 전극(115-2), 중간층(114) 및 하부 압전층(113) 사이에 위치한 제3 전극(115-3), 하부 압전층(113)의 하부 표면에 위치한 제4 전극(115-4)을 포함한다.
도 11에 도시된 바와 같이 제1 전극(115-1)과 제4 전극(115-4)에 + 전압이 인가되고, 제2 전극(115-2)과 제3 전극(115-3)에 - 전압이 인가되면 상부 압전층(111)에는 + 극성의 전계가 형성된다. 이에 따라 상부 압전층(111) 내부의 압전 물질은 전계 방향에 따라 분극하여 결정의 길이가 늘어나게 된다. 즉, 상부 압전층(111)은 길이 방향으로 연장되게 된다. 반면, 하부 압전층(113)에는 -극성의 전계가 형성된다. 이에 따라, 길이 방향으로 축소하게 된다. 결과적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 압전체(110)는 하부 압전층(113) 방향으로 휘어지게 된다.
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도 12는 압전체(110) 상부 및 하부에 전극이 마련된 형태를 나타낸다. 도 12에 따르면, 압전체(110)는 상부 압전층(111), 중간층(114), 하부 압전층(113)과, 그 상부 압전층(111)의 상부 표면에 위치한 제1 전극(116-1), 하부 압전층(113)의 하부 표면에 위치한 제2 전극(116-2)을 포함한다. 이에 따라, 도 12에 도시된 바와 같이 제1 전극(116-1)에 + 신호가 인가되고 제2 전극(116-2)에 - 신호가 인가되면, 상부 압전층(111)은 연장되고 하부 압전층(113)은 축소되므로 아래 방향으로 휘어지게 된다.
상부 압전층 및 하부 압전층에 각각 개별적으로 구동신호를 인가하기 위하여, 전극 패턴이 마련될 수 있다. 전극 패턴은 상부 압전층 및 하부 압전층에 연결된 전극과 플렉서블 장치(1000)의 내부의 전원 회로를 전기적으로 연결하기 위한 패턴을 의미한다. 전극 패턴은 상술한 기판(125) 하부에 형성될 수도 있고, 제2 보호층(126) 내에 마련될 수도 있다. 또는, 복수 개의 압전체(110-1 ~ 110-n)들이 기판(125)내에 임베디드되는 경우에는 기판(125) 내부에 전극 패턴이 마련될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 패턴의 일 예를 나타낸다. 도 13에 따르면, 플렉서블 장치(1000)는 각 압전체(110-1 ~ 110-n)의 상부 압전층(111)과 연결되는 상부 전극 패턴(117-1, 117-3, 117-5)과, 각 압전체(110-1 ~ 110-n)의 하부 압전층(113)과 연결되는 하부 전극 패턴(117-2, 117-4, 117-6)을 포함한다.
상부 전극 패턴(117-1, 117-3, 117-5)과 하부 전극 패턴(117-2, 117-4, 117-6)들은 각각 동일한 열에 배치된 압전체들을 공통적으로 연결한다. 즉, 첫 번째 상부 전극 패턴(117-1)은 첫 번째 열로 정렬된 제1, 4, 7 압전체(110-1, 110-4, 110-7)의 상부 압전층(111)들과 공통적으로 연결된다. 또한, 첫 번째 하부 전극 패턴(117-2)은 첫 번째 열로 정렬된 제1, 4, 7 압전체(110-1, 110-4, 110-7)의 하부 압전층(113)들과 공통적으로 연결된다. 나머지 열로 정렬된 각 압전체들도 각 열에 대응되는 상부 및 하부 전극 패턴에 의해 열 별로 공통적으로 연결된다.
각 상부 전극 패턴(117-1, 117-3, 117-5)과 하부 전극 패턴(117-2, 117-4, 117-6)은 전극 패드(118-1 ~118-6)에 연결된다. 이에 따라, 하나의 전극 패드에 구동 신호가 인가되면, 그 전극 패드가 연결된 전극 패턴과 공통적으로 이어지는 압전체들에 대해 동일한 구동 신호를 제공할 수 있다.
도 13에서는 압전체가 복층 구조로 구현된 상태를 나타낸다. 이러한 상태에서, 상부 전극 패턴(117-1, 117-3, 117-5)은 상부 압전층(111)과 동일한 레이어에 형성되고, 하부 전극 패턴(117-2, 117-4, 117-6)은 하부 압전층(113)과 동일한 레이어에 형성될 수 있다. 즉, 상부 전극 패턴(117-1, 117-3, 117-5)은 하부 전극 패턴(117-2, 117-4, 117-6)보다 상위 레이어에 형성되며, 도 13에서는 이에 따라 상부 전극 패턴(117-1, 117-3, 117-5)은 실선으로, 하부 전극 패턴(117-2, 117-4, 117-6)은 점선으로 표시하였다. 필요에 따라서는 레이어 간을 관통하여 연결하는 관통 전극이 마련될 수도 있다.
도 13에서는 매트릭스 패턴으로 배치된 복수의 압전체들을 열 단위로 구동시키는 실시 예에 따른 전극 패턴을 도시하였으나, 다른 실시 예에 따르면, 복수의 압전체들은 행 단위로 구동될 수도 있다. 이 경우, 행으로 정렬된 압전체들의 상부 압전층들(예를 들어, 제1, 2, 3 압전체)을 공통적으로 연결하는 상부 전극 패턴(미도시), 행으로 정렬된 압전체들의 하부 압전층들을 공통적으로 연결하는 하부 전극 패턴(미도시)이 더 포함될 수 있다. 이들 전극 패턴의 형태는 열 단위의 상부 및 하부 전극 패턴으로부터 용이하게 파악할 수 있으므로, 행 단위의 전극 패턴에 대한 도시 및 설명은 생략한다. 또한, 도 13에서는 3개의 상부 전극 패턴만을 도시하였으나, 상부 전극 패턴의 개수는 압전체의 개수에 따라 다양하게 달라질 수 있다.
또한, 도 13에서는 열 단위로 또는 행 단위로 복수의 압전체를 동일하게 구동시키는 경우를 도시하였으나, 각 압전체 단위로 구동이 이루어질 수도 있다.
도 14는 압전체 단위로 구동시키기 위한 전극 패턴의 일 예를 나타낸다.
도 14에 따르면, 복수의 상부 전극 패턴(117-1a, 117-1b, 117-1c, 117-3a, 117-3b, 117-3c, 117-5a, 117-5b, 117-5c)이 각 압전체의 상부 압전층에 개별적으로 연결된다. 또한, 복수의 하부 전극 패턴(117-2a, 117-2b, 117-2c, 117-4a, 117-4b, 117-4c, 117-6a, 117-6b, 117-6c)이 각 압전체의 하부 압전층에 개별적으로 연결된다. 또한, 각 상부 전극 패턴들과 하부 전극 패턴들은 대응되는 전극 패드(118-1a, 118-1b, 118-1c, 118-2a, 118-2b, 118-2c, 118-3a, 118-3b, 118-3c, 118-4a, 118-4b, 118-4c, 118-5a, 118-5b, 118-5c, 118-6a, 118-6b, 118-6c)에 연결된다. 플렉서블 장치(1000)는 각 전극 패드들 중에서 변형시키고자 하는 위치의 압전체에 연결된 전극 패드들로 구동 신호를 인가하여, 바디부(100)의 형상을 원하는 대로 변형시킬 수 있다. 이러한 형상 변형 동작의 예에 대해서는 후술하는 부분에서 구체적으로 설명한다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 15에 따르면, 플렉서블 장치(1000)는 복수의 압전체(110-1 ~ 110-n), 디스플레이부(120), 제어부(130), 저장부(140), 구동부(150), 버스(160)를 포함한다.
복수의 압전체(110-1 ~ 110-n)의 구조 및 구동 방법에 대해서는 상술한 부분에서 구체적으로 설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
디스플레이부(120)는 플렉서블한 재질로 이루어져, 제어부(130)의 제어에 따라 다양한 디스플레이 동작을 수행한다.
구동부(150)는 복수의 압전체(110-1 ~ 110-n)에 대해 구동 신호를 인가하기 위한 구성이다. 구동부(150)는 배터리(미도시)로부터 제공되는 전원을 이용하여, 다양한 크기 및 극성의 구동 신호를 생성할 수 있다. 구동 신호는 펄스 신호 형태로 생성될 수 있다.
저장부(140)는 플렉서블 장치(1000)의 동작을 제어하기 위한 O/S(Operating System), 어플리케이션 및 기타 데이터를 저장한다. 제어부(130)는 저장부(140)에 저장된 O/S에 의해 구동되어, 각종 어플리케이션을 실행할 수 있다.
버스(160)는 플렉서블 장치(1000) 내의 각 구성요소들 사이에서 데이터, 제어 신호 등을 송수신할 수 있도록 하는 구성이다. 버스(160)는 주소 버스(Address bus), 데이터 버스, 제어 버스 등을 포함한다. 주소 버스란 메모리 어드레스와 같은 주소 정보를 송수신하기 위한 버스이고, 데이터 버스란 데이타를 교환하기 위하여 제어부(130)와 저장부(140), 그외 입출력 장치를 연결해 놓은 버스 시스템을 의미한다. 제어 버스란 제어부(130)나 저장부(140) 기타 구성요소들이 각종 제어 신호를 송수신하기 위해 사용하는 버스 시스템을 의미한다. 제어 신호에는 메모리 동기 신호, 입출력 동기 신호, 구동 제어 신호, CPU 상태 신호, 인터럽트 요구 및 허가 신호, 클럭 신호 등이 포함될 수 있다.
제어부(130)는 사용자 조작에 따라 플렉서블 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 구체적으로는, 제어부(130)는 턴-온 명령이 입력되면 초기화 프로그램을 실행시켜, 플렉서블 장치(1000)를 부팅시키고 바탕 화면을 디스플레이부(120)를 통해 디스플레이할 수 있다. 바탕 화면에는 각종 기능이나 어플리케이션, 폴더 등에 대한 아이콘이 표시될 수 있다. 사용자가 이들 아이콘 중 하나를 선택하면, 제어부(130)는 선택된 아이콘에 대응되는 동작을 수행한다.
특히, 제어부(130)는 기 설정된 이벤트가 발생하면, 복수 개의 압전체(110-1 ~ 110-n) 중 적어도 하나에 구동 신호를 인가하도록 구동부(150)를 제어한다. 구체적으로는, 제어부(130)는 각 압전체(110-1 ~ 110-n)들 중에서 구동될 압전체를 지정한 주소 신호를 주소 버스를 통해 구동부(150)로 제공하고, 또한, 그 구동 순서를 지정한 방향 신호를 제어 버스를 통해 구동부(150)로 제공한다.
구동부(150)는 주소 신호가 지정한 압전체에 대한 구동 신호를 방향 신호에 따라 순차적으로 인가한다. 구동부(150)는 클럭 신호를 기준으로 각 압전체의 구동 시점을 결정할 수 있다.
구동 신호가 인가된 압전체들은 그 구동 신호의 특성에 따라 소정 방향으로 벤딩되며, 이에 따라 해당 압전체가 배치된 바디부(100) 영역도 벤딩된다. 결과적으로, 바디부(100)의 형상이 변형된다.
상술한 바와 같이 압전체들(110-1 ~ 110-n)은 바디부(100)에서 다양한 패턴으로 배치될 수 있다. 제어부(130)는 플렉서블 장치의 전체 영역 내에서 각 압전체(110-1 ~ 110-n)가 배치된 위치를 기준으로, 복수 개의 압전체(110-1 ~ 110-n)를 복수의 그룹으로 구분할 수 있다. 가령, 도 13에 도시된 바와 같이 복수의 행 및 열로 정렬된 압전체(110-1 ~ 110-n)인 경우 행 별로 또는 열 별로 압전체들을 그루핑할 수 있다. 제어부(130)는 구분된 각 그룹 별로 서로 다른 구동 신호를 인가하여 플렉서블 장치(1000)의 형상을 영역 별로 국부적으로 변형시킨다.
형상 변형 위치, 형상 변형 방향, 형상 변형 정도 등은 이벤트의 종류에 따라 다양하게 달라질 수 있다. 이벤트란 특정 어플리케이션이 실행되는 이벤트, 플렉서블 장치(1000)의 전원이 턴-온되는 이벤트, 사용자가 형상 변형 메뉴를 선택하는 이벤트, 신규 메시지, 메일, 메신저, 전화 등이 수신되는 이벤트, 알림 메시지가 발생하는 이벤트, 에러 메시지가 발생하는 이벤트 등과 같이 다양한 이벤트가 있을 수 있다.
가령, 도 13과 같이 압전체가 배치된 경우, 제어부(130)는 플렉서블(1000) 장치의 왼쪽 가장자리 영역을 제1 방향 또는 제2 방향으로 벤딩시키고자 할 때에는, 제1 및 제2 전극 패드(118-1, 118-2)에 각각 구동 신호를 인가하여 첫 번째 열로 정렬된 압전체(110-1, 110-4, 110-7)를 구동시킨다. 이에 따라, 첫 번째 열의 압전체(110-1, 110-4, 110-7)들이 동일한 방향으로 벤딩되면서, 그 압전체들(110-1, 110-4, 110-7)이 배열된 왼쪽 가장자리 영역의 바디부(100)가 휘어지게 된다.
한편, 도 15에서와 같이 플렉서블 장치(1000)가 디스플레이부(120)를 포함하는 경우에는, 제어부(130)는 형상 변형과 함께 디스플레이부(120)를 제어하여, 바디부(100)의 변형 상태에 대응되는 UI 화면을 디스플레이하여 줄 수도 있다. 즉, 제어부(120)는 이벤트의 종류에 따라 압전체들에 대해 구동 신호를 인가하여, 디스플레이부를 포함한 바디부(100) 전체 또는 일부를 기 설정된 형태로 변형시키면서, 그 변형 상태에 맞는 종류의 UI 화면을 그 변형 상태에 맞는 위치, 크기, 컬러 등으로 디스플레이하도록 디스플레이부(120)를 제어한다.
도 15에서는 디스플레이부(120)를 포함하는 플렉서블 장치에 대하여 도시하였으나, 플렉서블 장치(1000)의 종류에 따라 디스플레이부(120)가 생략될 수도 있다.
제어부(130)는 상술한 바와 같이 다양한 구동 신호를 각 압전체(110-1 ~ 110-n)에 인가하여, 바디부(100)를 다양한 형태로 변형시킬 수 있다.
도 16 내지 도 20은 플렉서블 장치(1000)의 형상 변형 예들을 나타내는 도면이다. 도 16에 따르면, 플렉서블 장치(1000)는 롤링 상태로 변형될 수 있다. 제어부(130)는 플렉서블 장치(1000)의 전체 영역에 배치된 복수의 압전체들(110-1 ~ 110-n) 각각의 상부 압전층에 제1 구동 신호 V1을 인가하고 하부 압전층에 제2 구동 신호 V2를 인가하도록 구동부(150)를 제어한다. 이에 따라, 각 압전체들(110-1 ~ 110-n)은 하부 압전층 방향으로 휘어지므로, 도 16에 도시된 바와 같이 바디부(100)의 양단이 서로 맞닿을 정도로 롤링될 수 있다.
제어부(130)는, 구동 신호의 크기를 조정하여 플렉서블 장치의 형상 변형 정도를 조정할 수 있다. 즉, V1-V2 사이의 전위차를 크게 하면 바디부(100)는 도 16에 도시된 정도로 롤링될 수 있지만, V1-V2 사이의 전위차를 작게 하면 바디부(100)는 도 8에 도시된 수준으로 변형된다. 제어부(130)는 플렉서블 장치(1000)가 도 16에 도시된 바와 같이 롤링되어 사용되어야 하는 이벤트인지, 도 8에 도시된 바와 같이 일정 곡률 이하로 휘어지게 하여 사용할 이벤트인지 여부에 따라, 구동 신호의 크기를 조정할 수 있다. 구동부(150)는 제어부(130)에 의해 조정된 크기의 구동 신호를 생성하여, 각 압전체(110-1 ~ 110-n)들로 출력한다.
도 17은 플렉서블 장치(1000)가 영역 별로 상이하게 변형되는 예를 나타낸다. 도 17에 따르면, 제어부(130)는 플렉서블 장치(1000)의 전체 영역을 (a) 영역 및 (b) 영역으로 구분한다. 제어부(130)는 구동부(150)를 제어하여 (a) 영역에 배치된 압전체들에 대해서는 상부 압전층에 V1, 하부 압전층에 V2를 인가하며, (b) 영역에 배치된 압전체들에 대해서는 상부 압전층에 V2, 하부 압전층에 V1을 인가한다. 이에 따라, (a) 영역은 제2 방향으로 휘어지게 되고, (b) 영역은 제1 방향으로 휘어지게 된다.
도 18은 플렉서블 장치(1000)의 영역을 세 개로 구분하여 국부적으로 변형시키는 예를 나타낸다. 도 18에 따르면, 제어부(130)는 플렉서블 장치(1000)의 전체 영역을 (a), (b), (c) 영역으로 구분한다. 제어부(130)는 구동부(150)를 제어하여 (a) 영역에 배치된 압전체들에 대해서는 상부 압전층에 V2, 하부 압전층에 V1을 인가하고, (b) 영역에 배치된 압전체들에 대해서는 상하부 압전층에 공통적으로 V1을 인가하며, (c) 영역에 배치된 압전체들에 대해서는 상부 압전층에 V1, 하부 압전층에 V2를 인가한다. 이에 따라, (a) 영역은 제1 방향으로 휘어지게 되고, (b) 영역은 평형 상태를 유지하면서 강성화되고, (c) 영역은 제2 방향으로 휘어지게 된다.
도 19는 플렉서블 장치(1000)의 영역을 국부적으로 변형시킨 다른 예를 나타낸다. 도 19에 따르면, 제어부(130)는 플렉서블 장치(1000)의 전체 영역을 (a), (b), (c) 영역으로 구분한다. 제어부(130)는 구동부(150)를 제어하여 (a), (c) 영역에 배치된 압전체들에 대해서는 상하부 압전층에 동일한 구동 신호 V1을 공통적으로 인가하고, (b) 영역에 배치된 압전체들에 대해서는 상부 압전층에 V1, 하부 압전층에 V2를 인가한다. 이에 따라, (a), (c) 영역은 평형 상태를 유지하면서 강성화되고, (b) 영역은 제1 방향으로 휘어지게 된다. 이에 따라, 플렉서블 장치(1000)는 마치 책의 하드 커버와 같은 형상으로 변형된다.
도 20은 플렉서블 장치(1000)의 영역을 국부적으로 변형시킨 또 다른 예를 나타낸다. 도 20에서는 도 19와 마찬가지로 (a), (c) 영역에 배치된 압전체들에 대해서는 상하부 압전층에 동일한 구동 신호 V1을 공통적으로 인가하고, (b) 영역에 배치된 압전체들에 대해서는 상부 압전층에 V1, 하부 압전층에 V2를 인가한 상태를 나타낸다. 다만, 도 19에 비해 V1 및 V2 사이의 전위차를 작게 조정하여, 변형이 덜 이루어지도록 한다. 즉, 도 20에서는 (b) 영역의 곡률이 도 19의 (b) 영역의 곡률보다 낮게 조정되어, 마치 노트북 PC의 외관과 같은 형상으로 변형된다.
도 16 내지 도 20에 도시된 플렉서블 장치(1000)의 형상 변형 상태는 어플리케이션 또는 기능을 사용자가 이용함에 있어, 사용자 편의성이나 만족도를 고려하여 어플리케이션 별로 또는 기능별로 설정할 수 있다. 이에 따라, 저장부(140)에는 형상 변형 상태 정보 및 그 상태에 매칭되는 어플리케이션이나 기능에 대한 설정 정보가 저장될 수 있다. 제어부(130)는 저장부(140)에 저장된 정보에 기초하여, 상황에 맞는 구동 신호를 인가하도록 구동부(150)를 제어한다.
예를 들어, 전화가 수신되는 경우에는 도 16과 같은 형태로 형상 변형을 수행하고, 특정 게임 프로그램이 실행되면 도 17과 같은 형태로 형상 변형을 수행하고, 메일이나 메시지 등이 수신되면 도 18과 같은 형태로 형상 변형을 수행하도록 구동부(150)를 제어할 수 있다. 또한, 전자 책이나 갤러리 프로그램이 실행되면 도 19와 같은 형태로 형상 변형을 수행하고, 워드 프로그램이 실행되면 도 20과 같은 형태로 형상 변형을 수행한다.
제어부(130)는 형상 변형과 함께 적절한 UI(User Interface) 화면을 디스플레이하도록 디스플레이부(120)를 제어할 수도 있다. 가령, 상술한 예의 경우, 도 16과 같은 형태로 형상 변형이 이루어지면 전화 수화기 형상의 UI 화면을 디스플레이하고, 도 17과 같은 형태로 형상 변형이 이루어지면 게임 화면을 디스플레이한다. 또한, 도 18과 같은 형태로 형상 변형이 이루어지면 (b) 영역에 메일이나 메시지 등을 확인할 수 있는 화면을 디스플레이하고, 도 19와 같은 형태로 변형이 이루어지면 전자 책이나 갤러리 프로그램의 실행 화면을 영역 별로 디스플레이할 수 있다. 또한, 도 20과 같은 형태로 형상이 변형되면, 제어부(130)는 (a) 영역에는 워드 입력 창을 디스플레이하고, (c) 영역에는 소프트 키보드를 디스플레이할 수 있다. 제어부(130)는 소프트 키보드를 통해 입력되는 문자나 기호, 숫자 등을 워드 입력 창에 디스플레이한다. 따라서, 사용자는 마치 노트북 PC 처럼 플렉서블 장치(1000)를 활용할 수 있다.
도 21은 플렉서블 장치(1000)의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 21에 따르면, 플렉서블 장치(1000)는 평상 시에는 평평한 상태로 스탠바이한다. 이러한 상태에서 사용자 신체(OB)가 플렉서블 장치(1000)의 일 표면에 닿으면, 제어부(130)는 플렉서블 장치(1000)의 전체 영역에 배치된 압전체들을 구동시켜, 플렉서블 장치(1000)가 마치 시계처럼 사용자의 신체(OB)에 감기도록 롤링시킨다. 이와 함께, 제어부(130)는 디스플레이부(120)를 통해 시계 UI를 디스플레이한다. 시계 UI는 디스플레이부(120)의 전체 영역에 표시될 수도 있지만, 도 21에 도시된 바와 같이 디스플레이부(120)의 중심 부분에 제한적으로 표시될 수도 있다.
도 21에서는 플렉서블 장치(1000)가 시계처럼 동작하는 실시 예에 대하여 설명하였으나, 동일한 상태에서 다른 기능을 실행하는 실시 예로도 구현될 수 있다. 가령, 도 21에 도시된 바와 같이, 플렉서블 장치(1000)의 일 표면에 사용자 신체(OB)가 닿으면, 플렉서블 장치(1000)는 MP3 재생 기능을 자동 실행하여 그 재생 상태를 알리는 화면을 디스플레이부(120)를 통해 디스플레이할 수 있다. 또는, 플렉서블 장치(1000)가 운동량 측정 센서 등을 포함하고 있는 경우에는, 칼로리 트래커 기능을 자동으로 실행하고, 그 기능에 의해 측정되는 운동량, 칼로리 소모량 등을 나타내는 화면을 디스플레이부(120)를 통해 디스플레이할 수도 있다.
도 21과 같이 사용자의 신체가 닿는지 판단하기 위해서는 플렉서블 장치(1000)의 후면에 터치 센서를 배치하거나 바이오 센서를 배치할 수 있다.
도 21은 바이오 센서를 포함하는 플렉서블 장치(1000)의 구성을 설명하기 위한 단면도이다. 도 21에 따르면, 플렉서블 장치(1000)는 디스플레이부(120), 압전체(110), 바이오 센서(170)를 포함한다. 바이오 센서(170)는 디스플레이부(120)의 하측에 배치되며, 압전체는 디스플레이부(120) 및 바이오 센서(170) 사이에 배치된다.
설명의 편의를 위하여 도 21에서는 하나의 압전체(110)와 그 상부의 디스플레이부(120) 영역 만을 도시하였으나, 상술한 바와 같이 압전체(110)는 복수 개로 구현되어 디스플레이부(120)의 전체 영역에 분산되어 배치된다.
바이오 센서(170)는 압전체(110) 하부에 배치된다. 바이오 센서(170)는 EDA(Electrodermal response) 센서 또는 EMG(Electromuscular response) 센서로 구현될 수 있다.
도 21에서는 바이오 센서(170)가 압전체(110)의 중간층(114)과 동일한 크기로 동일한 위치에 배치되는 것처럼 도시하였으나, 바이오 센서(170)는 플렉서블 장치(1000)의 바디부(100)의 하부 표면으로 노출되어 사용자 신체(OB)와 직접 터치될 수 있는 위치면 어디라도 배치될 수 있다. 또한, 바이오 센서(170)의 개수 및 형태도 필요에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 즉, 바이오 센서(170)는 플렉서블 장치(1000)의 배면에서 서로 떨어진 위치에 복수 개로 마련될 수 있다.
제어부(130)는, 바이오 센서(170)에서 사용자 신체의 터치가 감지되면 복수 개의 압전체의 상부 압전층 및 하부 압전층에 서로 다른 구동 신호를 인가하여 플렉서블 장치(1000)를 롤링시킨다. 바이오 센서(170)가 복수 개로 마련된 경우라면, 복수 개의 바이오 센서(170) 전부 또는 일정 개수 이상의 바이오 센서(170)에서 사용자 터치가 감지되는 경우에 플렉서블 장치(1000)를 롤링시킬 수도 있다.
제어부(130)는 플렉서블 장치(1000)가 롤링되면, 디스플레이부(120)의 적어도 일 영역에 시계 UI나 컨텐츠 재생 화면, 재생 정도 표시 화면, 운동량 표시 화면 등과 같은 다양한 유형의 UI 화면을 디스플레이할 수 있다.
한편, 상술한 여러 실시 예들에서는 전체 압전체들(110-1 ~ 110-n)이 동일한 크기, 동일한 형상으로 제작되며, 특히, 길이 방향이 동일하게 정렬된 상태를 도시하였으나, 각 집전체의 배치 방향은 실시 예에 따라 다르게 구현될 수 있다.
도 23은 플렉서블 장치에서의 집전체 배치 패턴의 다른 예를 나타낸다. 도 23에 따르면, 바디부(100)에는 행(H1, H2, H3) 방향으로 정렬된 복수 개의 제1 압전체(110-H11, 110-H12, 110-H13, 110-H21, 110-H22, 110-H23, 110-H31, 110-H32, 110-H33) 및 열 방향(V1, V2, V3)으로 정렬된 복수 개의 제2 압전체(110-V11, 110-V12, 110-V21, 110-V22, 110-V31, 110-V32)이 배치된다. 제1 압전체의 장축 방향과 제2 압전체의 장축 방향은 서로 직교하게 배치된다. 이에 따라, 제1 압전체가 구동되어 가로 방향의 형상 변형이 이루어지더라도 제2 압전체에 의해 방해받지 않으며, 제2 압전체가 구동될 때에도 제1 압전체에 의해 방해받지 않게 된다.
복수의 제1 압전체 및 복수의 제2 압전체는 동일한 레이어에 배치될 수 있다. 이 경우, 각 압전체들과 전극 패턴이 적절하게 연결될 수 있도록, 도 23에 도시된 바와 같이 제2 압전체들이 정렬되는 열(V1, V2, V3)들은 제1 압전체들 간의 사이 영역에 배치될 수도 있다.
도 23과 같이 장축 방향이 서로 다른 타입의 압전체들을 함께 마련하게 되면, 플렉서블 장치(100)는 가로 방향 뿐만 아니라 세로 방향으로도 형상 변형이 가능해진다.
도 23에서는 제1 압전체와 제2 압전체가 동일한 레이어에 배치되는 것처럼 도시하였으나, 이들 압전체는 서로 다른 레이어에 배치될 수 있다.
도 24는 서로 다른 레이어에 분산 배치된 복수의 압전체들을 포함하는 플렉서블 장치의 단면을 나타내는 도면이다. 도 24에 따르면, 디스플레이부(120)의 일 표면에는 복수의 레이어들(126-1, 126-2)이 순차적으로 적층된다. 그리고, 복수의 압전체들은 복수의 레이어들(126-1, 126-2)에 분산 배치된다.
도 24는 플렉서블 장치(100)를 행 방향으로 절단한 단면을 나타낸다. 도 24에 따르면, 행 방향으로 정렬된 제1 압전체(110-H11, 110-H12, 110-H13, 110-H14)는 상위 레이어(126-1)에서 연속적으로 배치되고, 열 방향으로 정렬된 제2 압전체(110-V11, 110-V21, 110-V31)들은 하위 레이어(126-2)에 배치된다.
이와 같이, 행 방향으로 형상 변형을 시키기 위한 제1 압전체와 열 방향으로 형상 변형을 시키기 위한 제2 압전체들은 서로 다른 레이어에 배치하여, 전극 패턴을 단순하게 구현할 수 있다.
도 25는 압전체의 배치 패턴의 또 다른 예를 나타낸다. 도 25에 따르면, 복수의 압전체들(110-1 ~ 110-14)은 전부 행 방향으로 연속적으로 정렬된다. 홀수 번째 행(H1, H3)들에 포함된 압전체들(110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 110-8, 110-9, 110-10, 110-11)들과 짝수 번째 행(H2, H4)들에 포함된 압전체(110-5, 110-6, 110-7, 110-12, 110-13, 110-14)들은 서로 엇갈리게 배치된다.
도 25와 같은 패턴으로 배치된 압전체들을 포함하는 플렉서블 장치에서는 구동 신호의 크기를 조정하지 않고 행 별로 압전체들의 구동을 조정하여 형상 변형 정도를 조정할 수 있다. 구체적으로는, 제어부(130)는 롤링 상태 또는 롤링 상태에 준할 정도로 크게 형상 변형을 시키고자 하는 경우에는 전체 행의 압전체들을 모두 구동시킨다. 반면, 그보다 작은 정도로 형상 변형을 시키고자 하는 경우에는, 홀수 번째 행 또는 짝수 번째 행만을 구동시킨다.
도 25의 실시 예에서도 각 압전체들은 서로 다른 레이어에 분산되어 배치될 수 있다. 도 26은 복수의 레이어에 분산 배치된 압전체를 포함하는 플렉서블 장치의 단면을 나타낸다.
도 26에 따르면, 홀수 번째 행에 해당하는 압전체들(110-1, 110-2, 110-3, 110-4)들은 상위 레이어(126-1)에 배치되고, 짝수 번째 행에 해당하는 압전체들(110-5, 110-6, 110-7)들은 하위 레이어(126-2)에 배치된다.
한편, 도 25에 도시된 실시 예에서, 전극 패턴이 도 14에 도시된 바와 같이 압전체 별로 연결된다면, 대각선 방향으로 플렉서블 장치(1000)를 벤딩시킬 수도 있다.
가령, 도 25에서 제어부(130)가 2, 5, 8 번째 압전체(110-2, 110-5, 110-8)에 구동신호를 인가하고, 나머지 압전체들에 대해서는 구동 신호를 인가하지 않은 경우에는 2, 5, 8 번째 압전체(110-2, 110-5, 110-8)들만이 벤딩된다. 이에 따라, 2, 5, 8 번째 압전체(110-2, 110-5, 110-8)를 연결하는 벤딩 라인이 형성되며, 벤딩 라인을 기준으로 좌측 모서리 부분이 위로 또는 아래쪽으로 휘어지는 형상 변형이 발생한다.
이상에서는 압전체들의 장축이 행방향 또는 열방향으로 정렬된 실시 예에 대해서만 도시하였으나, 압전체들의 배치 패턴은 다양하게 변형될 수 있다. 가령, 대각선 방향으로 장축이 정렬되도록 배치될 수도 있다. 또한, 압전체들은 플렉서블 장치(1000)의 바디부(100)의 전체 영역에 분산 배치되는 대신에, 가장 자리 영역을 따라서 1 또는 2열 정도로만 연속적으로 배치될 수도 있다.
도 27은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 27에 따르면, 플렉서블 장치는 기 설정된 이벤트가 발생하면(S2710), 이벤트에 따른 구동 신호를 각 압전체에 인가한다(S2720).
상술한 바와 같이 압전체는 상부 압전층 및 하부 압전층을 포함한다. 구동 신호는 이벤트의 종류에 따라 각 압전체 별로 개별적으로 결정된다. 즉, 구동 신호를 인가하는 단계는, 이벤트의 종류에 따라 복수 개의 압전체 내의 상부 압전층 및 하부 압전층에 인가할 구동 신호를 개별적으로 결정하는 단계, 결정된 각 구동 신호를 상부 압전층 및 하부 압전층에 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
구동 신호가 인가되면 각 압전체는 벤딩된다. 벤딩 방향은 상술한 바와 같이 상부 압전층 및 하부 압전층에 인가되는 구동 신호의 관계에 따라 결정된다. 각 압전체가 벤딩되면, 압전체가 배치된 플렉서블 장치의 바디부(100)의 형상이 변형된다(S2730). 바디부(100)의 형상은 구동된 압전체의 위치, 구동 신호의 극성, 구동 신호의 세기 등에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 압전체들의 배치 패턴이나 그 구동 방법들에 대해서는 상술한 여러 실시 예들에서 설명한 바 있으므로, 중복 설명은 생략한다.
한편, 상술한 바와 같이 각 압전체들은 위치 기준으로 복수의 그룹으로 구분되고, 구분된 그룹 별로 서로 다른 구동 신호를 인가하여 플렉서블 장치의 형상을 국부적으로 변형시킬 수 있다.
플렉서블 장치(1000)는 다양한 서비스를 제공하면서, 그 서비스 내용에 맞게 플렉서블 장치(1000)의 형상을 자동으로 변형시킬 수 있다. 플렉서블 장치(1000)는 다양한 유형의 장치로 구현될 수 있다. 일 예로, 휴대폰, PDA, 노트북 PC, MP3 플레이어, 전자 책 디바이스, 리모콘 등으로 구현될 수 있으며, 이 밖에 새로운 형태의 디바이스로 구현될 수도 있다.
도 28은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플렉서블 장치(1000)의 구성을 종합적으로 설명하기 위한 구성이다. 도 28에 따르면, 플렉서블 장치(1000)는 복수의 압전체(110-1 ~ 110-n), 디스플레이부(120), 제어부(130), 저장부(140), 구동부(150), 버스(160), 센서부(170), 감지부(180), 통신부(190), 비디오 처리부(210), 오디오 처리부(220), 버튼(230), 스피커(240), 인터페이스(250-1 ~ 250-m), 카메라(260), 마이크(270)를 포함한다.
플렉서블 장치(1000)에서 복수의 압전체(110-1 ~ 110-n), 디스플레이부(120), 제어부(130), 저장부(140), 구동부(150), 버스(160)의 구성 및 동작과 관련하여, 상술한 내용과 동일한 부분에 대해서는 중복 설명을 생략한다.
센서부(170)는 도 22에서 설명한 바와 같이, 바디부(100)의 일 측에 배치되어 사용자의 신체에 대한 접촉 여부를 감지하는 바이오 센서를 포함할 수 있다.
그 밖에, 센서부(170)는 지자기 센서, 자이로 센서, 가속도 센서, 터치 센서 등을 더 포함할 수도 있다. 지자기 센서는 플렉서블 장치(1000)의 회전 상태 및 이동 방향 등을 감지하기 위한 센서이다. 자이로 센서는 플렉서블 장치(1000)의 회전각을 감지하기 위한 센서이다. 지자기 센서 및 자이로 센서는 둘 다 구비될 수도 있으나, 이 중 하나만 구비되어 있더라도 플렉서블 장치(1000)는 회전 상태를 감지할 수 있다. 가속도 센서는 플렉서블 장치(1000)의 기울어진 정도를 감지하기 위한 센서이다. 터치 센서는 정전식 또는 감압식으로 구현될 수 있다. 정전식은 디스플레이부(120) 표면에 코팅된 유전체를 이용하여, 사용자의 신체 일부가 디스플레이부(120) 표면에 터치되었을 때 사용자의 인체로 여기되는 미세 전기를 감지하여 터치 좌표를 산출하는 방식이다. 감압식은 두 개의 전극 판을 포함하여, 사용자가 화면을 터치하였을 경우, 터치된 지점의 상하 판이 접촉되어 전류가 흐르게 되는 것을 감지하여 터치 좌표를 산출하는 방식이다. 이상과 같이 터치 센서는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 터치 센서는 플렉서블 장치(1000)의 배면에 배치되어, 사용자의 터치 감지에 사용될 수도 있다. 터치 센서가 배면에 배치되는 경우에는, 바이오 센서가 생략될 수도 있다.
감지부(180)는 각 압전체(110-1 ~ 110-n)와 연결되어, 압전체들로부터 검출되는 신호를 감지하는 구성이다. 사용자가 바디부(100)를 벤딩시키면, 벤딩되는 영역에 배치된 압전체(110-1 ~ 110-n)에 압력이 가해진다. 상술한 바와 같이, 각 압전체(110-1 ~ 110-n)들에 대해 압력이 가해지면, 압전 효과가 발생한다. 이에 따라, 압전체(110-1 ~ 110-n)들은 압력에 대응되는 크기의 전기 신호를 발생시킨다.
제어부(130)는 감지부(180)에서 검출된 전기 신호의 변화에 기초하여 바디부(100)의 형상 변형 상태를 판단한다. 구체적으로는, 복수의 압전체(110-1 ~ 110-n)들 중에서 전기 신호의 변화가 감지되는 압전체(110-1 ~ 110-n)의 위치에 기초하여, 벤딩이 이루어진 영역을 파악한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각 압전체(110-1 ~ 110-n)들이 플렉서블 장치(1000)의 배면에 배치된 경우, 디스플레이부(120) 방향으로 벤딩이 이루어지면 상부 압전층에는 압축력이 가해지고, 하부 압전층에는 인장력이 가해진다. 이 경우, 압전체(110-1 ~ 110-n)에서는 + 극성의 전기 신호가 출력된다. 반대 방향으로 벤딩이 이루어지면, 압전체(110-1 ~ 110-n)에서는 - 극성의 전기 신호가 출력된다. 제어부(130)는 압전체(110-1 ~ 110-n)에서 감지되는 전기 신호의 극성에 기초하여 벤딩 방향을 판단한다. 또한, 제어부(130)는 전기 신호의 크기에 기초하여 벤딩 강도를 판단할 수도 있다. 또한, 제어부(130)는 전기 신호가 감지되는 동안 경과되는 시간을 카운팅하여 벤딩 시간을 판단할 수도 있다.
이상과 같이, 제어부(130)는 벤딩 영역, 벤딩 방향, 벤딩 강도, 벤딩 시간 등이 판단되면, 그 판단 결과를 종합하여 사용자가 플렉서블 장치(1000)의 형상 변형 상태를 판단한다. 형상 변형 상태에는, 일반 벤딩, 폴딩, 멀티 벤딩, 벤딩 앤 무브, 벤딩 앤 플랫, 벤딩 앤 홀드, 벤딩 앤 트위스트, 트위스트, 스윙, 쉐이킹, 롤링 등과 같이 다양한 상태가 포함될 수 있다.
저장부(140)에는 각 형상 변형 상태에 대응되는 제어 동작에 대한 정보가 저장된다. 제어부(130)는 저장부(140)에 저장된 정보에 기초하여, 형상 변형 상태에 대응되는 제어 동작을 수행한다. 구체적으로는, 턴 온 동작, 턴 오프 동작, 채널 재핑, 볼륨 조정, 어플리케이션 실행, 커서 이동, 컨텐츠 재생 동작, 웹 브라우징 동작, 페이지 전환 동작, 화질 특성 조정 및 기타 다양한 동작을 수행할 수 있다.
통신부(190)는 다양한 유형의 통신방식에 따라 다양한 유형의 외부 기기와 통신을 수행하는 구성이다. 통신부(190)는 와이파이칩(191), 블루투스 칩(192), NFC칩(193), 무선 통신 칩(194) 등과 같은 다양한 통신 칩을 포함한다.
와이파이 칩(191), 블루투스 칩(192), NFC 칩(193)은 각각 WiFi 방식, 블루투스 방식, NFC 방식으로 통신을 수행한다. 이 중 NFC 칩(193)은 135kHz, 13.56MHz, 433MHz, 860~960MHz, 2.45GHz 등과 같은 다양한 RF-ID 주파수 대역들 중에서 13.56MHz 대역을 사용하는 NFC(Near Field Communication) 방식으로 동작하는 칩을 의미한다. 와이파이 칩(191)이나 블루투스 칩(192)을 이용하는 경우에는 SSID 및 세션 키 등과 같은 각종 연결 정보를 먼저 송수신하여, 이를 이용하여 통신 연결한 후 각종 정보들을 송수신할 수 있다. 무선 통신 칩(194)은 IEEE, 지그비, 3G(3rd Generation), 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evoloution) 등과 같은 다양한 통신 규격에 따라 통신을 수행하는 칩을 의미한다.
그 밖에도, 플렉서블 장치(1000)는 GPS(Grobal Positioning System) 칩이나 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 수신 모듈 등을 더 포함할 수도 있다.
비디오 처리부(210)는 비디오 데이터에 대한 처리를 수행하는 구성요소이다. 비디오 처리부(210)에서는 비디오 데이터에 대한 디코딩, 스케일링, 노이즈 필터링, 프레임 레이트 변환, 해상도 변환 등과 같은 다양한 이미지 처리를 수행할 수 있다.
오디오 처리부(220)는 오디오 데이터에 대한 처리를 수행하는 구성요소이다. 오디오 처리부(220)에서는 오디오 데이터에 대한 디코딩이나 증폭, 노이즈 필터링 등과 같은 다양한 처리가 수행될 수 있다.
오디오 처리부(220) 및 비디오 처리부(210)는 멀티미디어 컨텐츠나 DMB 방송 신호 등을 처리하여 재생하기 위해 사용된다.
디스플레이부(120)는 비디오 처리부(210)에서 처리한 비디오 프레임을 디스플레이한다. 스피커(240)는 오디오 처리부(220)에서 처리된 각종 오디오 데이터 뿐만 아니라 각종 알림 음이나 음성 메시지 등을 출력하는 구성요소이다.
버튼(230)은 플렉서블 장치(1000)의 본체 외관의 전면부나 측면부, 배면부 등의 임의의 영역에 형성된 기계적 버튼, 터치 패드, 휠 등과 같은 다양한 유형의 버튼이 될 수 있다.
카메라(260)는 사용자의 제어에 따라 정지 영상 또는 동영상을 촬상하기 위한 구성이다. 카메라(260)는 전면 카메라, 후면 카메라와 같이 복수 개로 구현될 수 있다.
마이크(270)는 사용자 음성이나 기타 소리를 입력받아 오디오 데이터로 변환하기 위한 구성이다. 제어부(130)는 마이크(270)를 통해 입력되는 사용자 음성을 통화(call) 과정에서 이용하거나, 오디오 데이터로 변환하여 저장부(140)에 저장할 수 있다.
카메라(260) 및 마이크(270)가 마련된 경우, 제어부(130)는 마이크(270)를 통해 입력되는 사용자 음성이나 카메라(260)에 의해 인식되는 사용자 모션에 따라 제어 동작을 수행할 수도 있다. 즉, 플렉서블 장치(1000)는 형상 변형이나 터치에 의해 제어되는 것 이외에도, 모션 제어 모드나 음성 제어 모드로 동작할 수 있다. 모션 제어 모드로 동작하는 경우, 제어부(130)는 카메라(260)를 활성화시켜 사용자를 촬상하고, 사용자의 모션 변화를 추적하여 그에 대응되는 제어 동작을 수행한다. 음성 제어 모드로 동작하는 경우 제어부(130)는 마이크를 통해 입력된 사용자 음성을 분석하고, 분석된 사용자 음성에 따라 제어 동작을 수행하는 음성 인식 모드로 동작할 수도 있다. 제어부(130)는 사용자 음성이나 사용자 모션, 버튼(230) 조작 등에 기초하여, 각 압전체(110-1 ~ 110-n)를 구동시키도록 구동부(150)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 플렉서블 장치(1000)의 형상을 사용자 제어에 따라 적절하게 변형시킬 수 있다.
그 밖에, 헤드셋, 마우스, LAN 등과 같은 다양한 외부 단자와 연결하기 위한 다양한 인터페이스(250-1 ~ 250-m)들이 더 포함될 수도 있다. 또한, 도시하지는 않았으나, 플렉서블 장치(1000)는 전원부(미도시)도 더 포함한다. 전원부는 플렉서블 장치(1000)의 각 구성요소들로 전원을 공급하는 구성요소이다. 전원부는 플렉서블 디스플레이 장치(100)와 함께 벤딩될 수 있도록 플렉서블한 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 집전체, 전극, 전해질, 피복 등은 유연한 특성을 가지는 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상술한 제어부(130)의 동작은 저장부(140)에 저장된 프로그램에 의해 이루어질 수 있다. 저장부(140)에는 플렉서블 장치(1000)를 구동시키기 위한 O/S(Operating System) 소프트웨어, 각종 어플리케이션, 어플리케이션 실행 중에 입력되거나 설정되는 각종 데이터, 컨텐츠, 벤딩 제스쳐, 압전체의 구동 정보 등과 같이 다양한 데이터가 저장될 수 있다.
제어부(130)는 저장부(140)에 저장된 각종 프로그램을 이용하여 플렉서블 장치(1000)의 동작을 전반적으로 제어한다.
제어부(130)는 ROM(Read Only Memory)(131), RAM(Random Access Memory)(132), CPU(Central Processing Unit)(133), GPU(Graphic Processing Unit)(134), 시스템 버스(135)를 포함한다.
ROM(131), RAM(132), CPU(133), GPU(134)는 시스템 버스(135)를 통해 서로 연결될 수 있다.
CPU(133)는 저장부(140)에 액세스하여, 저장부(140)에 저장된 O/S를 이용하여 부팅을 수행한다. 그리고, 저장부(140)에 저장된 각종 프로그램, 컨텐츠, 데이터 등을 이용하여 다양한 동작을 수행한다.
ROM(131)에는 시스템 부팅을 위한 명령어 세트 등이 저장된다. 턴온 명령이 입력되어 전원이 공급되면, CPU(133)는 ROM(131)에 저장된 명령어에 따라 저장부(140)에 저장된 O/S를 RAM(132)에 복사하고, O/S를 실행시켜 시스템을 부팅시킨다. 부팅이 완료되면, CPU(133)는 저장부(140)에 저장된 각종 어플리케이션 프로그램을 RAM(132)에 복사하고, RAM(132)에 복사된 어플리케이션 프로그램을 실행시켜 각종 동작을 수행한다.
CPU(134)는 상술한 이벤트가 발생하면, 그 이벤트에 대응되는 형태로 바디부(100)의 형상을 변형시킬 수 있도록, 벤딩될 압전체(110-1 ~ 110-n)의 주소 정보, 방향 정보, 구동 신호 정보 등을 구동부(150)로 전송한다. 구동부(150)는 CPU(134)의 제어에 따라 각 압전체(110-1 ~ 110-n)로 인가될 구동 신호를 생성하고, 출력한다.
또한, CPU(134)는 감지부(180)에 의해 형상 변형 상태에 대응되는 감지 신호가 수신되면, 그 감지 신호에 대응되는 형상 변형 상태를 판단한다. CPU(134)는 판단이 완료되면, 그 형상 변형 상태에 매칭되는 기능에 대한 정보를 저장부(140)로부터 확인하고, 그 기능을 수행하기 위한 어플리케이션을 RAM(132)에 로딩한 후, 실행시킬 수 있다.
GPU(134)는 연산부(미도시) 및 렌더링부(미도시)를 이용하여 아이콘, 이미지, 텍스트 등과 같은 다양한 객체를 포함하는 화면을 생성한다. 연산부는 화면의 레이아웃에 따라 각 객체들이 표시될 좌표값, 형태, 크기, 컬러 등과 같은 속성 값을 연산한다. 렌더링부는 연산부에서 연산한 속성값에 기초하여 객체를 포함하는 다양한 레이아웃의 화면을 생성한다. 렌더링부에서 생성된 화면은 디스플레이부(120)의 디스플레이 영역 내에 표시된다.
도 28에서 설명한 바와 같이, 압전체가 구비될 경우 그 압전체를 이용하여 플렉서블 장치의 형상을 자동으로 변형시킬 수도 있고, 한편으로는 그 압전체를 이용하여 현재 형상 변형 상태를 감지할 수도 있다. 결과적으로, 별도의 벤드 센서를 이용하지 않고도, 형상 변형이 어떠한 형태로 이루어졌는지 용이하게 판단할 수 있다.
한편, 도 28은 플렉서블 장치가 통신 기능, 방송 수신 기능, 동영상 재생 기능 등과 같이 다양한 기능을 구비한 장치인 경우를 예로 들어, 각종 구성 요소들을 종합적으로 도시한 것이다. 따라서, 실시 예에 따라서는, 도 28에 도시된 구성 요소 중 일부는 생략 또는 변경될 수도 있고, 다른 구성요소가 더 추가될 수도 있다.
상술한 바와 같이 제어부(130)는 저장부(140)에 저장된 프로그램을 실행시켜, 다양한 동작을 수행할 수 있다.
도 29는 저장부(140)에 저장된 소프트웨어의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 29에 따르면, 저장부(140)에는 베이스 모듈(141), 센싱 모듈(142), 통신 모듈(143), 프리젠테이션 모듈(144), 웹 브라우저 모듈(145), 서비스 모듈(146)을 포함하는 소프트웨어가 저장될 수 있다.
베이스 모듈(141)이란 플렉서블 장치(1000)에 포함된 각 하드웨어들로부터 전달되는 신호를 처리하여 상위 레이어 모듈로 전달하는 기초 모듈을 의미한다.
베이스 모듈(141)은 스토리지 모듈(141-1), 위치 기반 모듈(141-2), 보안 모듈(141-3), 네트워크 모듈(141-4) 등을 포함한다.
스토리지 모듈(141-1)이란 데이터베이스(DB)나 레지스트리를 관리하는 프로그램 모듈이다. CPU(133)는 스토리지 모듈(141-1)을 이용하여 저장부(140) 내의 데이터베이스에 액세스하여, 각종 데이터를 독출할 수 있다. 위치 기반 모듈(141-2)이란 GPS 칩 등과 같은 각종 하드웨어와 연동하여 위치 기반 서비스를 지원하는 프로그램 모듈이다. 보안 모듈(141-3)이란 하드웨어에 대한 인증(Certification), 요청 허용(Permission), 보안 저장(Secure Storage) 등을 지원하는 프로그램 모듈이고, 네트워크 모듈(141-4)이란 네트워크 연결을 지원하기 위한 모듈로 DNET 모듈, UPnP 모듈 등을 포함한다.
센싱 모듈(142)은 감지부(180)에 포함된 각종 센서들로부터 정보를 수집하고, 수집된 정보를 분석 및 관리하는 모듈이다. 구체적으로는, 터치가 이루어진 지점의 좌표값, 터치 이동 방향, 이동 속도, 이동 거리 등과 같은 조작 속성을 검출하는 동작을 수행하는 프로그램 모듈이다. 그 밖에, 경우에 따라서는, 센싱 모듈(142)은 회전 인식 모듈, 음성 인식 모듈, 터치 인식 모듈, 모션 인식 모듈, 벤딩 인식 모듈 등을 포함할 수 있다. 벤딩 인식 모듈은 상술한 바와 같이 감지부(180)의 감지 신호를 분석하여, 형상 변형 상태를 판단하는 동작을 수행하는 소프트웨어이다.
통신 모듈(143)은 외부와 통신을 수행하기 위한 모듈이다. 통신 모듈(143)은 메신저 프로그램, SMS(Short Message Service) & MMS(Multimedia Message Service) 프로그램, 이메일 프로그램 등과 같은 메시징 모듈(143-1), 전화 정보 수집기(Call Info Aggregator) 프로그램 모듈, VoIP 모듈 등을 포함하는 전화 모듈(143-2)을 포함할 수 있다.
프리젠테이션 모듈(144)은 디스플레이 화면을 구성하기 위한 모듈이다. 프리젠테이션 모듈(144)은 멀티미디어 컨텐츠를 재생하여 출력하기 위한 멀티미디어 모듈(144-1), UI 및 그래픽 처리를 수행하는 UI 렌더링 모듈(144-2)을 포함한다. 멀티미디어 모듈(144-1)은 플레이어 모듈, 캠코더 모듈, 사운드 처리 모듈 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 각종 멀티미디어 컨텐츠를 재생하여 화면 및 음향을 생성하여 재생하는 동작을 수행한다. UI 렌더링 모듈(144-2)은 이미지를 조합하는 이미지 합성기(Image Compositor module), 이미지를 디스플레이할 화면상의 좌표를 조합하여 생성하는 좌표 조합 모듈, 하드웨어로부터 각종 이벤트를 수신하는 X11 모듈, 2D 또는 3D 형태의 UI를 구성하기 위한 툴(tool)을 제공하는 2D/3D UI 툴킷 등을 포함할 수 있다.
웹 브라우저 모듈(145)은 웹 브라우징을 수행하여 웹 서버에 액세스하는 모듈을 의미한다. 웹 브라우저 모듈(145)은 웹 페이지를 구성하는 웹 뷰(web view) 모듈, 다운로드를 수행하는 다운로드 에이전트 모듈, 북마크 모듈, 웹킷(Webkit) 모듈 등과 같은 다양한 모듈을 포함할 수 있다.
서비스 모듈(146)이란 형상 변형이나, 사용자 음성, 모션, 터치, 버튼 조작 등과 같은 다양한 사용자 조작이 이루어졌을 경우, 그 조작 내용에 매칭되는 서비스를 제공하기 위한 각종 어플리케이션을 포함하는 모듈이다. 가령, 서비스 모듈(146)은 워드 프로그램이나, 전자 책 프로그램, 달력 프로그램, 게임 프로그램, 일정 관리 프로그램, 알람 관리 프로그램, 컨텐츠 재생 프로그램, 네비게이션 프로그램, 위젯 프로그램 등을 포함할 수 있다. 이들 프로그램들 중에서 형상 변형을 수반하는 프로그램들이 실행될 때에는, 제어부(130)는 그 프로그램에 대응되는 형태로 형상 변형이 이루어지도록 구동부(150)를 제어한다. 이러한 형상 변형 예들에 대해서는 상술한 부분에서 구체적으로 설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
도 29에서는 다양한 프로그램 모듈들을 도시하였으나, 도시된 각종 프로그램 모듈들은 플렉서블 장치(1000)의 종류 및 특성에 따라 일부 생략되거나 변형 또는 추가될 수 있음은 물론이다. 가령, 상술한 플렉서블 장치(100)가 디스플레이 기능이 배제되고 플렉서블한 특성만을 가지고 외부 기기를 제어하는 리모콘으로 구현된 경우에는, 프리젠테이션 모듈(144)이나 웹 브라우저 모듈(145), 서비스 모듈(146) 등은 제외될 수도 있다. 이 경우에는, 형상 변형 상태의 특성을 감지하기 위한 모듈과, 그 감지 결과에 매칭되는 제어 신호에 대한 정보를 지칭하는 레지스트리 정도만이 저장부(140)에 저장되어 사용될 수도 있음은 물론이다.
한편, 상술한 바와 같이, 플렉서블 장치(1000)는 압전체의 제1 압전 효과나 제2 압전 효과 모두를 이용할 수 있다.
도 30은 제1 압전 효과를 이용하는 플렉서블 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 30에 따르면, 플렉서블 장치는 각 압전체들로부터 전기 신호가 검출되는지 지속적으로 모니터링한다(S3010). 전기 신호가 검출되면, 플렉서블 장치(1000)는 전기 신호의 변화 특성에 대응되는 형상 변형 상태를 확인한다(S3020). 형상 변형 상태를 판단하는 방법에 대해서는 상술한 부분에서 구체적으로 설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
플렉서블 장치(1000)는 형상 변형 상태가 확인되면, 그 상태에 대응되는 제어 동작을 수행한다(S3030). 형상 변형 상태 및 그에 대응되는 제어 동작들의 예에 대해서도 상술한 부분에서 구체적으로 설명한 바 있으므로, 중복 설명은 생략한다.
이상과 같이, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 플렉서블 장치(1000) 내에 배치된 복수의 압전체들을 이용하여 플렉서블 장치(1000)의 형상을 자유롭게 변형시킬 수 있다.
아울러, 그 압전체를 이용하여 플렉서블 장치(1000)의 형상 변형 상태를 감지할 수도 있으므로, 사용자가 형상 변형 조작을 통해서, 다양한 기능을 선택하고 실행시킬 수 있다.
결과적으로, 플렉서블 장치의 활용도 및 사용자 만족도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상술한 다양한 실시 예에 따른 플렉서블 장치의 동작 방법은 프로그램으로 구현되어 플렉서블 장치에 제공될 수 있다.
구체적으로는, 기 설정된 이벤트의 발생 여부를 판단하는 단계, 이벤트가 발생하면, 플렉서블 장치에서 서로 다른 위치에 각각 탑재된 복수 개의 압전체로 개별적으로 구동 신호를 인가하는 단계를 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110-1 ~ 110-n : 압전체
120 : 디스플레이부
130 : 제어부
140 : 저장부
150 : 구동부
160 : 버스

Claims (17)

  1. 플렉서블 장치에 있어서,
    벤딩 가능한 특성을 가지는 바디(body)부;
    상기 바디부에서 서로 이격되어 매트릭스 형태로 배치된 복수의 압전체;를 포함하며,
    상기 복수의 압전체 각각은 순차적으로 적층된 상부 압전층, 중간층 및 하부 압전층을 포함하고,
    상기 복수의 압전체는 복수의 제1 압전체 및 복수의 제2 압전체를 포함하고,
    상기 복수의 제1 압전체 및 상기 복수의 제2 압전체는 각각의 장축이 서로 직교하는 방향으로 교차되어 배치되는 플렉서블 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    기 설정된 이벤트가 발생하면, 상기 복수의 압전체에 구동 신호를 인가하여, 상기 복수의 압전체 중 적어도 하나의 압전체를 벤딩시켜 상기 바디부의 형상을 변형하는 제어부;를 더 포함하는 플렉서블 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압전체는,
    상기 상부 압전층에 제1 구동 신호가 인가되고 상기 하부 압전층에 제2 구동신호가 인가되면 제1 방향으로 벤딩되어 상기 바디부를 상기 제1 방향으로 휘어지게 하고,
    상기 상부 압전층에 상기 제2 구동 신호가 인가되고 상기 하부 압전층에 상기 제1 구동 신호가 인가되면 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 벤딩되어 상기 바디부를 상기 제2 방향으로 휘어지게 하며,
    상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 동일한 구동 신호가 인가되면 평형 상태를 유지하여 상기 플렉서블 장치를 강성화시키는 것을 특징으로 하는 플렉서블 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 플렉서블 장치의 전체 영역 내에서 각 압전체가 배치된 위치를 기준으로, 상기 복수의 압전체를 복수의 그룹으로 구분하고,
    각 그룹 별로 서로 다른 구동 신호를 인가하여 상기 플렉서블 장치의 형상을 영역 별로 국부적으로 변형시키는 것을 특징으로 하는 플렉서블 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    디스플레이부;를 더 포함하며,
    상기 복수의 압전체는 상기 디스플레이부의 하부에 배치되며,
    상기 제어부는,
    상기 이벤트의 종류에 따라, 상기 복수의 압전체 각각에 개별적으로 구동 신호를 인가하여, 상기 디스플레이부를 포함하는 상기 바디부를 기 설정된 형태로 변형시키고,
    상기 바디부의 변형 상태에 대응되는 UI 화면을 상기 디스플레이부에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    디스플레이부; 및,
    상기 디스플레이부의 하측에 배치된 적어도 하나의 바이오 센서;를 더 포함하며,
    상기 복수의 압전체는 상기 디스플레이부 및 상기 바이오 센서 사이에 배치되고,
    상기 제어부는, 상기 바이오 센서에서 사용자 신체의 터치가 감지되면 상기 복수의 압전체의 상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 서로 다른 구동 신호를 인가하여 상기 플렉서블 장치를 롤링시키고, 상기 디스플레이부의 적어도 일 영역에 시계 UI를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압전체는,
    상기 플렉서블 장치에서 행 방향으로 연속적으로 정렬된 복수의 제1 압전체; 및
    상기 플렉서블 장치에서 열 방향으로 연속적으로 정렬되는 복수의 제2 압전체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압전체는 상기 바디부의 일 측에 순차적으로 적층된 복수의 레이어에 분산 배치되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 구동 신호의 크기를 조정하여 상기 플렉서블 장치의 형상 변형 정도를 조정하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바디부의 벤딩에 의해 상기 복수의 압전체 중 적어도 하나의 압전체로부터 발생하는 전기 신호를 감지하는 감지부;를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 전기 신호의 변화에 기초하여 상기 바디부의 형상 변형 상태를 판단하고 상기 판단된 형상 변형 상태에 대응되는 제어 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 장치.
  11. 플렉서블 장치의 동작 방법에 있어서,
    기 설정된 이벤트의 발생 여부를 판단하는 단계;
    상기 이벤트가 발생하면, 상기 플렉서블 장치에서 서로 다른 위치에 각각 탑재된 복수의 압전체로 개별적으로 구동 신호를 인가하는 단계;
    상기 압전체가 상기 구동 신호에 따라 벤딩되어, 상기 플렉서블 장치의 형상을 변형시키는 단계;를 포함하며,
    상기 복수의 압전체 각각은 순차적으로 적층된 상부 압전층, 중간층 및 하부 압전층을 포함하고,
    상기 복수의 압전체는 복수의 제1 압전체 및 복수의 제2 압전체를 포함하고,
    상기 복수의 제1 압전체 및 상기 복수의 제2 압전체는 각각의 장축이 서로 직교하는 방향으로 교차되어 배치되는 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호를 인가하는 단계는,
    상기 이벤트의 종류에 따라 상기 복수의 압전체 내의 상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 인가할 구동 신호를 개별적으로 결정하는 단계;
    결정된 각 구동 신호를 상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 인가하는 단계;를 포함하며,
    상기 복수의 압전체는, 상기 상부 압전층에 제1 구동 신호가 인가되고 상기 하부 압전층에 제2 구동신호가 인가되면 제1 방향으로 벤딩되어 상기 플렉서블 장치를 상기 제1 방향으로 휘어지게 하고, 상기 상부 압전층에 상기 제2 구동 신호가 인가되고 상기 하부 압전층에 상기 제1 구동 신호가 인가되면 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 벤딩되어 상기 플렉서블 장치를 상기 제2 방향으로 휘어지게 하며, 상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 동일한 구동 신호가 인가되면 평형 상태를 유지하여 상기 플렉서블 장치를 강성화시키는 것을 특징으로 하는 구동 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호를 인가하는 단계는,
    상기 플렉서블 장치의 전체 영역 내에서 각 압전체가 배치된 위치를 기준으로, 상기 복수의 압전체를 복수의 그룹으로 구분하는 단계;
    상기 플렉서블 장치의 형상이 영역 별로 국부적으로 변형되도록 상기 복수의 그룹 각각에 대해 서로 다른 구동 신호를 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 플렉서블 장치에 마련된 디스플레이부에 상기 플렉서블 장치의 변형 상태에 대응되는 UI 화면을 디스플레이하는 단계;를 더 포함하는 동작 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 플렉서블 장치에 마련된 바이오 센서에서 사용자 신체의 터치가 감지되면 상기 복수의 압전체의 상기 상부 압전층 및 상기 하부 압전층에 서로 다른 구동 신호를 인가하여 상기 플렉서블 장치를 롤링시키는 단계;
    상기 플렉서블 장치에 마련된 디스플레이부의 적어도 일 영역에 시계 UI를 디스플레이하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호의 크기를 조정하여 상기 플렉서블 장치의 형상 변형 정도를 조정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 플렉서블 장치의 벤딩에 의해 상기 복수의 압전체 중 적어도 하나의 압전체로부터 발생하는 전기 신호를 감지하는 단계;
    상기 전기 신호의 변화에 기초하여 상기 플렉서블 장치의 형상 변형 상태를 판단하는 단계;
    상기 형상 변형 상태에 대응되는 제어 동작을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 방법.

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