KR102074380B1 - 촉각전달장치 및 이를 구비한 촉각전달 디스플레이 - Google Patents

Abstract

촉각전달장치 및 이를 구비한 촉각전달 디스플레이가 개시된다. 촉각전달장치는 터치센서의 제1 측면에 결합된 제1 이동바 및 상기 제1 이동바에 결합되며, 상기 제1 이동바를 제1 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제1 액추에이터를 포함할 수 있다.

Description

촉각전달장치 및 이를 구비한 촉각전달 디스플레이{Haptic device and display having thereof}

본 발명은 촉각전달장치 및 이를 구비한 촉각전달 디스플레이에 관한 것이다.

현재 출시되고 있는 휴대폰, 네비게이션, DID(digital information display), 태블릿 등 다양한 형태로 제작되는 모바일 장치는 터치 인터페이스를 기본적으로 제공하고 있다. 터치 인터페이스와 연동하여 사용자 경험을 증강시키기 위한 방법으로 최근에 부각되는 기술이 촉각을 제공하는 햅틱 기술이다. 사용자가 디지털 객체와 상호작용할 때, 사용자에게 GUI와 연동하여 시각과 촉각이 융합된 형태의 피드백을 제공함으로써, 햅틱 기술은 보다 실감있는 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다.

촉각을 제공하기 위한 종래 방식으로는 모터 방식이 가장 일반적이다. 모터 방식은 작은 크기, 빠른 반응속도, 저전력 및 촉각 출력 제어의 용이성으로 인해, 모바일 장치에서 다양하게 활용되어 왔다. 그러나 모터 방식으로 촉각을 제공할 경우, 촉각 모듈의 크기로 인해 모듈 배치의 어려움이 있고, 기구 자체의 두께가 두꺼워지는 단점이 있다. 특히 모터 방식을 사용하는 종래 기술로는 기구 전체로 진동이 전파되는 구조이기 때문에, 사용자가 터치하는 손이 아닌, 기구를 쥐고 있는 손으로 촉각이 전달되기 때문에, 네비게이션, DID, 모니터 등과 같은 핸드헬드 장치가 아닌 경우에 적용하기는 어렵다.

이러한 단점을 극복하기 위해, 최근 디스플레이 패널 위에 장착할 수 있는 필름형 촉각 모듈 기술이 등장하였다. 필름형 촉각 모듈은 크게 전기활성고분자 물질을 이용하여 물질 자체의 변형을 이용한 경우와 정전기력을 이용하는 경우 등이 있다. 이중 전기활성고분자 물질을 이용한 경우 고분자 물질의 고유 특성에 따라, 저전력이고, 반응 속도가 빠른 촉각 모듈을 필름형으로 구현하는 것이 가능하다. 이때 고분자 물질의 변형만으로는 충분한 힘을 발생시키기 어렵기 때문에 일정한 중량을 갖는 부가 장치(mass)를 이용하기도 한다. 결국 전기에너지로 전기활성고분자의 물리적 형상을 변형시키고, 반복되는 물리적 형상의 변형은 부가장치의 주기적인 운동을 유발한다. 부가장치의 운동에 발생한 가속도 변화가 사용자에게 촉각을 전달하게 된다. 따라서 이 경우, 충분한 출력을 내기 위해서는 전기활성고분자 물질과 부가장치가 필요하다.

정전기력을 이용한 기존방식은 한국 특허출원번호 제2011-7018443호에 개시되어 있다. 도전성을 갖는 물질이 코팅된 2장의 기판을 도전층이 마주보게 배치한 상태에서 각 기판에 서로 같거나 다른 전하를 대전시켜, 이들 사이에 발생하는 정전기력에 의해 발생하는 순간적인 인력과 척력에 의해 촉각을 발생시키는 원리이다. 이처럼 2장의 기판으로 구성되는 액추에이터 장치는 터치패널 위나 아래에 독립적으로 구성된다. 실제 적용에 있어서는 기판들 사이에 삽입되어 통전을 막기 위한 절연층이 추가로 필요하다.

정전기력을 이용한 또 다른 기존방식으로는 도전성을 갖는 물질이 코팅된 기판과 터치하는 사용자의 손 사이에 발생하는 정전기력을 이용한 방식으로 촉각 출력시에 아무런 기계적인 움직임이 없는 장점이 있다. 그러나 이 경우는 기판과 사용자 손 사이에 발생한 정전기력이 너무 작기 때문에 사용자의 손이 기판에 닿아있는 것 만으로는 촉각이 거의 전달되지 않으며, 사용자 손이 기판위에서 이동할 때 마찰감을 제공하는 수준이다.

위에 기술한 종래 기술들은 기구 전체가 진동하거나 두 장의 전극면이 하나의 액추에이터로 구성된 기판 전체가 진동하거나, 혹은 기계적 진동 없이 사용자의 손이 기판 위에서 이동할 때 촉각을 전달하는 구조이다. 그러므로, 첫 번째 경우, 핸드헬드 장치가 아닌 경우에 촉각을 제공하기 어렵고, 두 번째 경우는 두장의 전극면 사이의 빈 공간으로 인해 두께가 두꺼워지며, 또한 먼지 등 이물질의 영향으로 액추에이터 자체의 내구성이 매우 약할 위험이 있으며, 세 번째 경우는 촉각을 제공할 수 있는 상황이 제한적이라는 단점, 즉, 사용자 손이 기판 위에서 이동 할 경우에만 촉각이 제공된다.

미국 특허등록번호 제8,797,295호

본 발명은 핸드헬드 장치가 아닌 경우에도 사용자의 손이 닿는 디스플레이 표면에서 직접 촉각을 재현할 수 있는 촉각전달장치 및 이를 구비한 촉각전달 디스플레이를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자의 손이 닿는 디스플레이 표면에서 직접 촉각을 재현할 수 있는 촉각전달장치가 제공된다. 촉각전달장치는 터치센서의 제1 측면에 결합된 제1 이동바 및 상기 제1 이동바에 결합되며, 상기 제1 이동바를 제1 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제1 액추에이터를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 액추에이터는, 전기 신호가 인가되는 동안 상기 제1 측면 방향으로 변위를 발생하고, 상기 전기 신호가 차단되면 초기 상태로 복귀하는 트랜스듀서 및 일단은 상기 제1 이동바에 결합되고 타단은 상기 트랜스듀서에 결합되며, 상기 전기 신호가 인가되는 동안 상기 제1 이동바를 상기 제1 측면 방향으로 밀고 상기 전기 신호가 차단되면 상기 제1 이동바를 당기는 이동축을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 트랜스듀서는 상기 전기 신호에 의해 오목 또는 볼록하게 변하는 압전 물질로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 트랜스듀서가 초기 상태로 복귀하는 시간은 상기 트랜스듀서가 상기 변위에 도달하는 시간보다 짧을 수 있다.

또한, 상기 전기 신호는 반복적으로 인가되고 차단되어 상기 제1 액추에이터가 상기 제1 이동바를 반복적으로 미세 이동시킬 수 있다.

일 실시예로, 촉각전달장치는 상기 제1 액추에이터로부터 이격되도록 위치하고, 상기 제1 이동바를 상기 제1 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제2 액추에이터를 더 포함할 수 있다.

일 실시예로, 촉각전달장치는 상기 터치센서의 제2 측면에 결합된 제2 이동바 및 상기 제2 이동바에 결합되며, 상기 제2 이동바를 제2 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제2 액추에이터를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 액추에이터와 상기 제2 액추에이터는 서로 대향하도록 배치되며, 상기 전기 신호에 따라 변위하는 방향이 반대일 수 있다.

일 실시예로, 촉각전달장치는 상기 제1 이동바로부터 이격되어 상기 터치 패널의 상기 제1 측면에 결합된 제2 이동바 및 상기 제2 이동바에 결합되며, 상기 제2 이동바를 상기 제1 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제2 액추에이터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자의 손이 닿는 디스플레이 표면에서 직접 촉각을 재현할 수 있는 촉각전달 디스플레이가 제공된다. 촉각전달 디스플레이는 적어도 일부가 개방된 상면을 구비한 하우징, 상기 하우징의 상면에 배치된 터치센서, 상기 터치센서의 제1 측면에 결합된 제1 이동바 및 상기 제1 이동바에 결합되며, 상기 제1 이동바를 제1 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제1 액추에이터를 포함한다.

일 실시예로, 상기 터치센서는 상부의 일측에 배치된 적외선 발광소자 및 상부의 타측에 배치되어 상기 적외선 센서에서 출력된 적외선을 검출하는 적외선 센서를 포함할 수 있다.

일 실시예로, 촉각전달 디스플레이는 상기 터치센서의 하부에 배치되며, 상기 터치센서를 지지하는 평면 디스플레이를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 사용자가 터치형 디스플레이 상에 출력한 객체와 손가락 등을 이용하여 상호작용할 때 사용자가 터치한 위치를 센싱할 뿐만 아니라, 다양하고 능동적인 촉각 피드백을 제공하는 촉각전달장치 및 이를 구비한 촉각전달 디스플레이가 제공된다.

본 발명에 따른 촉각전달장치 및 이를 구비한 촉각전달 디스플레이는 핸드핼드 장치가 아닌 경우에도 사용자의 손이 닿는 디스플레이 표면에서 직접 촉각을 재현할 수 있다. 또한, 단일 기판으로 구현되어 두께 및 먼지 등 이물질로부터 강인한 내구성을 보장하고, 사용자 손이 정지한 경우에도 촉각을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 촉각전달장치 및 이를 구비한 촉각전달 디스플레이는 터치센서가 수평방향으로 진동하기 때문에 사용자 손의 이동 방향에 따라 같은 방향 혹은 반대 방향으로 진동시킴으로써 동일한 에너지로 서로 다른 크기의 표면 재질감을 제공할 수 있다.

이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다.
도 1a은 촉각전달장치의 예시적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1b는 촉각전달장치의 예시적인 다른 구성을 도시한 도면이다.
도 2a는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 촉각전달장치를 구비한 촉각전달 디스플레이의 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2b는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 촉각전달장치를 구비한 촉각전달 디스플레이의 다른 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2c는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 촉각전달장치를 구비한 촉각전달 디스플레이의 또 다른 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3은 액추에이터의 작동을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 액추에이터에 의한 진동 발생을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 촉각효과 발생방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1a은 촉각전달장치의 예시적인 구성을 도시한 도면이고, 도 1b는 촉각전달장치의 예시적인 다른 구성을 도시한 도면이다.

촉각전달장치는 사용자가 터치형 디스플레이 상에 출력한 객체와 손가락 등을 이용하여 상호작용할 때 사용자가 터치한 위치를 센싱할 뿐만 아니라, 다양하고 능동적인 촉각 피드백을 제공한다. 도 1a를 참조하면, 촉각전달장치는 이동바 및 액추에이터를 포함한다. 액추에이터는 트랜스듀서(200l, 200r, 200b, 200t) 및 이동축(210l, 210r, 210b, 210t)을 포함한다.

이동바는 터치센서(300)의 적어도 한 측면에 결합된다. 도 1a에 예시된 촉각전달장치는 터치센서(300)의 4 면에 결합된 4개의 이동바(100l, 100r, 100b, 100t)를 포함하고 있다. 여기서, 이동바(100l, 100r, 100b, 100t)의 길이는 각각 결합된 터치센서(300)의 각 측면의 길이와 같거나 짧을 수 있다. 이동바(100l, 100r, 100b, 100t)는 액추에이터가 가하는 힘에 의해 터치센서(300)의 측면이 손상되는 것을 방지하며, 액추에이터가 가하는 힘이 터치센서(300)의 측면에 고르게 분산되도록 한다. 이를 통해, 이동바(100l, 100r, 100b, 100t)는 터치센서(300)를 각 측면 방향으로 미세 이동시킬 수 있다.

적어도 하나의 액추에이터는 이동바에 결합되며, 터치센서(300)의 측면 방향으로 변위한다. 도 1a에 예시된 촉각전달장치는 하나의 이동바에 3개 또는 4개의 액추에이터가 결합되어 있다. 이동바에 결합된 액추에이터는 이동바(100l, 100r, 100b, 100t)를 각 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시킨다. 액추에이터는 전기 신호에 따라 변위하는 트랜스듀서(200l, 200r, 200b, 200t)와 이에 결합된 이동축(210l, 210r, 210b, 210t)을 포함할 수 있다. 여기서, 트랜스듀서(200l, 200r, 200b, 200t)는, 예를 들어, 인가되는 전기 신호에 따라 오목하게 또는 볼록하게 변위되는 압전 소자일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 이동축(210l, 210r, 210b, 210t)을 측면 방향으로 밀거나 당길 수 있는 다른 소자도 포함한다. 트랜스듀서(200l, 200r, 200b, 200t)에서 발생된 변위는 이동축(210l, 210r, 210b, 210t)에 의해 이동바(100l, 100r, 100b, 100t)를 측면 방향으로 밀거나 당기는 힘을 제공한다. 터치센서(300)를 측면 방향으로 밀고 당기는 액추에이터에 의해서, 터치센서(300)는 수평 방향으로 미세 이동하게 된다.

터치센서(300)는, 예를 들어, 액정 디스플레이나 유기발광 디스플레이 등과 같은 평면 디스플레이의 상부에 배치되어 사용자가 터치한 위치를 센싱한다. 센싱한 위치는 좌표로 변환되어 출력된다. 터치센서(300)의 센싱 방식은 정전용량방식, 저항막방식, 적외선 센싱 방식 등 다양한 방식을 포함할 수 있으며, 투명한 특징이 있으며, 형태가 일정 두께를 갖는 면 형태인 평면형 터치센서를 의미한다. 한편, 터치센서(300)는 평면 디스플레이와 일체로 형성될 수도 있다. 이하에서는 구분하여 설명할 필요가 있는 경우를 제외하고는 분리형 터치센서와 일체형 터치센서를 터치센서(300)로 총칭한다.

한편, 도 1b를 참조하면, 촉각전달장치의 예시적인 다른 구성을 도시한 도면이다.

복수의 이동바가 터치센서(300)의 한 측면에 결합될 수 있다. 도 1b 에 예시된 촉각전달장치는 터치센서(300)의 각 면에 결합된 2개의 이동바(101l, 102l, 101r, 102r, 101b, 102b, 101t, 102t)를 포함한다. 터치센서(300)의 한 측면에 결합될 수 있는 이동바의 수는 측면의 길이와 이동바의 길이에 따라 달라질 수 있으며, 이동바 사이의 간격에 따라서도 달라질 수 있다. 복수의 이동바를 터치센서(300)의 한 측면에 결합하면, 다양한 패턴을 갖는 진동을 생성할 수 있다. 예를 들어, 터치센서(300)의 측면마다 배치된 액추에이터의 개수는 동일하지만 이동바가 2개인 경우에, 터치센서(300)의 진동 방향은 각 이동바의 이동 거리가 다르도록 제어하여 변경될 수 있다.

도 2a는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 촉각전달장치를 구비한 촉각전달 디스플레이의 구성을 예시적으로 도시한 도면이고, 도 2b는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 촉각전달장치를 구비한 촉각전달 디스플레이의 다른 구성을 예시적으로 도시한 도면이며, 도 2c는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 촉각전달장치를 구비한 촉각전달 디스플레이의 또 다른 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.

도 2a를 참조하면, 촉각전달 디스플레이는 사용자에게 정보를 표시하는 기능과 사용자에게 촉각 피드백을 전달하는 기능을 가진다. 정보를 표시하는 기능은 평면 디스플레이(310) 및 디스플레이 구동 회로(600)에 의해 구현되며, 촉각 피드백을 전달하는 기능은 터치센서(300), 이동바(210) 및 액추에이터에 의해 구현된다.

하우징(400)은 정보를 표시하기 위한 구성요소들 및 촉각 피드백을 전달하기 위한 구성요소들을 내장한다. 하우징(400)은 적어도 일부가 개방된 하우징 상면(410), 하우징 상면(410)에 결합된 복수의 하우징 측면(420), 및 각 하우징 측면(420)에 결합된 하우징 하면(430)으로 구성된다. 하우징 상면(410)의 개방된 부분에는 터치센서(300) 및 그 하부에 평면 디스플레이(310)가 배치되어 디스플레이(310)를 통해 정보를 표시하며 터치센서(300)를 통해 촉각 피드백을 제공한다. 하우징 측면(420)의 내부면에는 액추에이터가 배치될 수 있으나, 이외에도 액추에이터가 터치센서(300)의 측면 방향으로 변위할 수 있도록 하는 다양한 구조가 가능함은 물론이다.

터치센서(300)는 평면 디스플레이(310) 상부에 배치되며, 액추에이터에 의해 수평 방향으로 이동할 수 있다. 여기서, 수평 방향은 터치센서(300)의 측면 방향이다. 터치센서(300)는 액추에이터에 의해 수평 방향으로 반복적으로 미세 이동한다. 따라서 사용자는 터치센서(300)가 수평 방향으로 진동하는 것으로 인식하게 된다.

이동바(100)는 터치센서(300)의 측면에만 결합된다. 따라서 터치센서(300)가 액추에이터에 의해 수평 방향으로 반복적으로 미세 이동하더라도 평면 디스플레이(310)의 위치는 변경되지 않는다.

도 2b를 참조하면, 이동바(110)가 터치센서(300)와 평면 디스플레이(310)의 측면에 모두 결합된다. 도 2b에서는 터치센서(300)와 평면 디스플레이(310)를 구분하여 표시하였으나, 일체형 터치센서의 경우도 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 터치센서(300)와 평면 디스플레이(310)가 이동바(110)에 의해 반복적으로 미세 이동하기 위해서, 평면 디스플레이(310)의 하부에 지지구조체(500)가 배치될 수 있다. 지지구조체(500)의 하부는 하우징의 하면(430)에 고정되며, 지지구조체(500)의 상부는 평면 디스플레이(310)의 하면에 접촉한다. 지지구조체(500)의 상부는 예를 들어 볼 베어링 또는 롤러 등과 같이 평면 디스플레이(310)를 충분히 견고하게 지지하면서 동시에 지지구조체(500)의 상부와 평면 디스플레이(310)의 하부 사이의 마찰을 최소화할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 한편, 지지구조체(500)는 판형 스프링일 수도 있다.

도 2c를 참조하면, 터치센서(300)가 적외선 센싱 방식으로 사용자의 터치를 센싱하는 경우가 도시되어 있다. 적외선 센싱 방식에서, 적외선을 출력하는 적외선 발광소자(330)와 적외선을 검출하는 적외선 센서(340)는 서로 대향하도록 배치된다. 도 2c에서는 설명을 위한 예시로서 평면 디스플레이(310)를 보호하기 위한 보호 유리(320)가 평면 디스플레이(310) 상부에 배치되며, 적외선 발광소자(330)와 적외선 센서(340)가 보호 유리(320) 상부에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 적외선 발광소자(330)와 적외선 센서(340)는 하우징(400) 내부에 배치될 수도 있다.

도 3은 액추에이터의 작동을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.

전기 신호가 인가되면, 트랜스듀서(200)가 변위한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 일정한 크기의 전기 신호가 인가되면, 트랜스듀서(200)가 변위하기 시작하며, 전기 신호가 인가되는 시간이 증가할수록 변위량도 증가한다. 이동축(210)은 이동바(100)와 트랜스듀서(200) 사이에 배치되어 트랜스듀서(200)의 변위를 이동바(100)에 전달하는 역할을 한다.

트랜스듀서(200)는 전기 신호에 따라 오목 및/또는 볼록하게 변하는 바이모프(Bimorph) 원리로 동작하는 디스크 형태의 트랜스듀서일 수 있다. 여기서, 전기 신호의 주파수는 초음파 대역에 속하는 주파수일 수 있다. 트랜스듀서(200)는 전기 신호의 인가 및 차단, 즉 전위차에 의해 매우 빠르게 반응하여 변위하는 압전 물질(압전 세라믹, 압전폴리머 등)로 형성될 수 있다.

액추에이터는 전기 신호에 의해 변위하는 트랜스듀서(200) 및 발생된 변위를 이동바(100)에 전달하여 이동바(100)를 미세 이동시키는 이동축(210)을 포함한다. 이동축(210)은 변위의 발생량에 따라 이동축 방향, 즉, 터치센서(300)의 측면 방향으로 미세 이동한다. 이때 이동축(210)을 감싸고 있는 이동바(100)는 이동축(210)의 이동속도가 느릴 경우 이동축(210)과 함께 움직이지만 이동축(210)의 이동속도가 매우 순간적일 경우 이동축(210)과 이동바(100)사이에 미끄럼이 발생하게 된다. 이 원리를 이용하여 이동축(210)을 트랜스듀서(200)에 고정시킨 액추에이터는 트랜스듀서(200)의 순간적인 동작에 따라 이동바(100)의 위치를 미세하게 변화시키는 것이 가능해진다. 이 변화량은 일반적으로 수 마이크로미터보다 작은 크기로 사람이 눈으로 지각하기 어려운 경우가 보통이다. 트랜스듀서(200l, 200r)는 초음파 주파수 대역에 속하는 주파수로 인가되는 전기 신호에 의해 매우 빠르게 변위될 수 있다. 즉, 트랜스듀서(200l, 200r)는 초음파 주파수와 실질적으로 동일하거나 그 이하의 주파수로 이동바(100l, 100r)를 반복 이동시킬 수 있다

즉, 도 3의 방위를 기준으로 볼 때, 트랜스듀서(200)가 느리게 볼록해져서 이동축(210)이 위쪽 방향으로 이동하여 이동바(100)를 밀면, 이동바(100)가 위쪽 방향으로 이동하게 된다. 이후 트랜스듀서(200)을 빠르게 오목해지도록 전기 신호가 인가하면 이동바(100)과 이동축(210)사이에 미끄럼이 발생하여 이동바(100)의 위치는 위쪽 방향으로 이동한 상태로 머물러있게 된다. 이러한 동작을 높은 주파수로 반복하게 되면, 이동바(100)를 원하는 위치까지 제어할 수 있다.

이러한 원리의 액추에이터는 크기가 매우 작고 소음을 발생시키지 않으며 전력소비가 작아서, 동시에 여러 개를 사용하여 다양한 변형의 모양을 일으킴으로써 형상을 구현하거나 촉각 자극을 발생시키는 장치에 활용하기에 적합하다.

도 4는 액추에이터에 의한 진동 발생을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 4에서는 터치센서(300)의 양 측면에 액추에이터가 각각 결합된 구성을 예를 들어 설명하고 있으나, 액추에이터는 어느 한 측면에만 연결될 수 있다. 이 경우, 나머지 측면에는 스프링 등이 결합될 수 있다. 또한, 터치센서(300)의 양 측면에 결합된 액추에이터의 변위 방향이 서로 반대인 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 이중 한 측면에 결합된 액추에이터만 변위하고 다른 측면에 결합된 액추에이터는 변위하지 않을 수도 있다.

트랜스듀서(200l, 200r)는 시간 t0에서 초기 상태에 있다. 초기 상태는 전기 신호가 인가되지 않아서 트랜스듀서(200l, 200r)가 변위하지 않은 상태이다

시간 t1에서 전기 신호가 인가될 때, 일 측면의 트랜스듀서(200l)과 다른 측면의 드랜스듀서(200r)에는 반대 위상의 전기신호를 인가하면, 양 측면의 트랜스듀서(200l. 200r)의 변위는 반대로 발생하게 된다. 즉, 드랜스듀서(200l)이 볼록하게 변위할 때, 드랜스듀서(200r)은 오목하게 변위하여, 양 측면의 이동축(210l, 210r)은 같은 방향(오른쪽)으로 움직이게 된다. 양 측면의 이동축(210l, 210r)이 같은 방향으로 움직이므로, 양 측면의 이동바(100l, 100r)가 초기 상태로부터 이동거리 △d1만큼 오른쪽으로 터치센서(300)를 미세 이동시킨다.

시간 t2에서 전기 신호가 인가될 때, 일 측면의 트랜스듀서(200l)과 다른 측면의 드랜스듀서(200r)에는 반대 위상의 전기신호를 인가하여, 양 측면의 트랜스듀서(200l. 200r)의 변위를 t1과 반대로 발생시킬 수 있다. 즉, 트랜스듀서(200l)이 오목하게 변위시키고, 트랜스듀서(200r)은 볼록하게 변위하여, 양 측면의 이동축(210l, 210r)은 같은 방향(왼쪽)으로 움직이게 된다. 이때 양 측면의 트랜스듀서(200l. 200r)의 변위 시간을 t1보다 빠르게 하면, 이동축(210l, 210r)과 이동바(100l, 100r)사이에 발생하는 미끄럼 현상에 의해 이동바(100l, 100r)의 위치는 변하지 않고 이동축(210l, 210r)만 왼쪽으로 이동하게 된다.

시간 t1, t2의 움직임을 반복적으로 수행하면, 양 측면의 이동바(100l, 100r)가 초기 상태로부터 원하는 거리 △d만큼 오른쪽으로 터치센서(300)를 미세 이동시킨다.

또한 △d만큼 왼쪽으로 터치센서(300)를 미세 이동시키기 위해서는 시간 t1, t2의 움직임과 반대로 트랜스듀서(200l, 200r)를 제어하면 된다. 즉 △d만큼 터치센서를 좌, 우로 빠르게 이동함으로써 촉감을 생성하게 된다.

도 5는 촉각효과 발생방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 촉각효과는 사용자의 손가락 진행방향에 따라 발생할 수 있다. 사용자의 손가락이 터치센서를 터치하면, 손가락의 이동에 따른 터치 위치의 변화가 감지될 수 있다. 손가락의 진행방향은 감지된 터치 위치의 변화로부터 결정될 수 있다. 결정된 손가락의 진행방향에 의해 터치센서의 미세한 반복 이동 방향이 결정된다. 사용자 손가락이 터치센서를 터치할 때, 손가락에 의한 힘이 터치센서에 가해진다. 터치센서에 일정 힘이 가해졌을 때 사용자는 터치센서의 반복적인 미세 이동을 진동감으로 느끼게 된다. 이 때, 손가락이 움직이는 방향의 반대방향으로 반복적으로 터치센서를 이동시킬 경우, 사용자는 손가락이 정지했을 때 보다 큰 저항감을 느낄 수 있다. 즉 사용자 터치가 일정한 방향성을 갖는 움직임이 있을 경우, 터치 방향과 반대방향으로 이동하는 터치센서에 의해 사용자에게 저항감과 같은 보다 큰 촉각을 제공하거나, 혹은 터치 방향과 같은 방향으로 이동하는 터치센서에 의해 미끄러지는 느낌의 촉각을 제공할 수 있다.

한편, 터치센서의 미세한 반복 이동 방향은 손가락의 진행방향에 따라 조합될 수 있다. 손가락의 진행방향이 대각선 방향 또는 시계/반시계 방향이면 터치센서가 번갈아 서로 다른 방향으로 미세하게 이동하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 1a의 이동바(100l, 100r)가 좌우로 n회 미세 이동 후 이동바(100t, 100b)가 상하로 m회 미세 이동하도록 액추에이터가 제어될 수 있다. 이와 같이 이동바의 이동 방향과 회수를 각각 다르게 제어함으로써, 사용자가 평면 디스플레이에 표시된 대상의 질감을 진동을 통해 느낄 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 이동바 200: 트랜스듀서
210: 이동축 300: 터치센서
310: 평면 디스플레이 320: 보호 유리
400: 하우징 500: 지지구조체
600: 구동 회로

Claims (20)

1. 터치센서의 상면 및 하면을 연결하는 제1 측면에 직접 결합된 제1 이동바; 및
   상기 제1 이동바에 직접 결합되며, 상기 제1 이동바를 제1 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제1 액추에이터를 포함하고,
   상기 터치센서는 상기 상면의 면적 및 상기 하면의 면적이 상기 제1 측면의 면적보다 넓은 평면 형상을 가지고,
   상기 제1 액추에이터는:
   전기 신호가 인가되는 동안 상기 제1 측면 방향으로 변위를 발생하고 상기 전기 신호가 차단되면 초기 상태로 복귀하는 트랜스듀서; 및
   일단은 상기 이동바에 직접 결합되고 타단은 상기 트랜스듀서에 직접 결합되며 상기 전기 신호가 인가되는 동안 상기 제1 이동바를 상기 제1 측면 방향으로 밀고 상기 전기 신호가 차단되면 상기 제1 이동바를 당기는 이동축을 포함하는 촉각전달장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 트랜스듀서는 상기 전기 신호에 의해 오목 또는 볼록하게 변하는 압전 물질로 형성된 촉각전달장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 트랜스듀서가 초기 상태로 복귀하는 시간은 상기 트랜스듀서가 상기 변위에 도달하는 시간보다 짧은 촉각전달장치.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 전기 신호는 반복적으로 인가되고 차단되어 상기 제1 액추에이터가 상기 제1 이동바를 반복적으로 미세 이동시키는 촉각전달장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 액추에이터로부터 이격되도록 위치하고, 상기 제1 이동바를 상기 제1 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제2 액추에이터를 더 포함하는 촉각전달장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 터치센서의 제2 측면에 결합된 제2 이동바; 및
   상기 제2 이동바에 결합되며, 상기 제2 이동바를 제2 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제2 액추에이터를 더 포함하는 촉각전달장치.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 액추에이터와 상기 제2 액추에이터는 서로 대향하도록 배치되며, 상기 전기 신호에 따라 변위하는 방향이 반대인 촉각전달장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 이동바로부터 이격되어 상기 터치센서의 상기 제1 측면에 결합된 제2 이동바; 및
   상기 제2 이동바에 결합되며, 상기 제2 이동바를 상기 제1 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제2 액추에이터를 더 포함하는 촉각전달장치.
   
10. 적어도 일부가 개방된 상면을 구비한 하우징;
    상기 하우징의 상면에 배치된 터치센서;
    상기 터치센서의 상면 및 하면을 연결하는 제1 측면에 결합된 제1 이동바; 및
    상기 제1 이동바에 결합되며, 상기 제1 이동바를 제1 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제1 액추에이터를 포함하고,
    상기 터치센서는 상기 상면의 면적 및 상기 하면의 면적이 상기 제1 측면의 면적보다 넓은 평면 형상을 가지고,
    상기 제1 액추에이터는:
    전기 신호가 인가되는 동안 상기 제1 측면 방향으로 변위를 발생하고 상기 전기 신호가 차단되면 초기 상태로 복귀하는 트랜스듀서; 및
    일단은 상기 제1 이동바에 직접 결합되고 타단은 상기 트랜스듀서에 직접 결합되며 상기 전기 신호가 인가되는 동안 상기 제1 이동바를 상기 제1 측면 방향으로 밀고 상기 전기 신호가 차단되면 상기 제1 이동바를 당기는 이동축을 포함하는 촉각전달 디스플레이.
    
    
11. 삭제
12. 제10항에 있어서, 상기 트랜스듀서는 상기 전기 신호에 의해 오목 또는 볼록하게 변하는 압전 물질로 형성된 촉각전달 디스플레이.
    
13. 제12항에 있어서, 상기 트랜스듀서가 초기 상태로 복귀하는 시간은 상기 트랜스듀서가 상기 변위에 도달하는 시간보다 짧은 촉각전달 디스플레이.
    
14. 제13항에 있어서, 상기 전기 신호는 반복적으로 인가되고 차단되어 상기 제1 액추에이터가 상기 제1 이동바를 반복적으로 미세 이동시키는 촉각전달 디스플레이.
    
15. 제10항에 있어서, 상기 제1 액추에이터로부터 이격되도록 위치하고, 상기 제1 이동바를 상기 제1 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제2 액추에이터를 더 포함하는 촉각전달 디스플레이.
    
16. 제10항에 있어서,
    상기 터치센서의 제2 측면에 결합된 제2 이동바; 및
    상기 제2 이동바에 결합되며, 상기 제2 이동바를 제2 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제2 액추에이터를 더 포함하는 촉각전달 디스플레이.
    
17. 제16항에 있어서, 상기 제1 액추에이터와 상기 제2 액추에이터는 서로 대향하도록 배치되며, 상기 전기 신호에 따라 변위하는 방향이 반대인 촉각전달 디스플레이.
    
18. 제10항에 있어서,
    상기 제1 이동바로부터 이격되어 상기 터치센서의 상기 제1 측면에 결합된 제2 이동바; 및
    상기 제2 이동바에 결합되며, 상기 제2 이동바를 상기 제1 측면 방향으로 반복적으로 미세 이동시키는 제2 액추에이터를 더 포함하는 촉각전달 디스플레이.
    
19. 제10항에 있어서, 상기 터치센서는
    상부의 일측에 배치된 적외선 발광소자; 및
    상부의 타측에 배치되어 상기 적외선 발광소자에서 출력된 적외선을 검출하는 적외선 센서를 포함하는 촉각전달 디스플레이.
    
20. 제10항에 있어서,
    상기 터치센서의 하부에 배치되며, 상기 터치센서를 지지하는 평면 디스플레이를 더 포함하는 촉각전달 디스플레이.

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