KR102313293B1 - 액츄에이터, 액츄에이터 구동 방법 및 액츄에이터를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터가 제공된다. 액츄에이터는 하나 이상의 셀이 정의된 전기 활성층 및 각각의 셀에 배치된 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극과 제4 전극을 포함한다. 제1 전극 및 제2 전극은 전기 활성층의 상면에 배치되고, 제3 전극 및 제4 전극은 전기 활성층의 하면에 배치된다. 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극은 투명 도전성 물질로 이루어진다. 전기 활성층의 상면에서 제1 전극과 제2 전극은 서로 교대로 배치되고, 전기 활성층의 하면에서 제3 전극과 제4 전극은 서로 교대하도록 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터에서는 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극이 투명 도전성 물질로 이루어짐에 따라 액츄에이터의 투과율이 향상된다. 또한, 하나의 셀 내에서 서로 분리된 2개의 전극이 전기 활성층의 상면에 배치되고 서로 분리된 2개의 전극이 전기 활성층의 하면에 배치되므로, 각각의 전극에 다양한 전압이 인가됨에 따라 전기 활성층 내에 횡전계 및 종전계가 모두 형성될 수 있다. 이에 따라 액츄에이터의 구동 전압이 감소될 수 있다.

Description

액츄에이터, 액츄에이터 구동 방법 및 액츄에이터를 포함하는 표시 장치{ACTUATOR, METHOD OF DRIVING THE SAME AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 액츄에이터(actuator), 액츄에이터 구동 방법 및 액츄에이터를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구동 전압이 감소되고, 다양한 진동감을 제공할 수 있으며, 개구율 확보가 가능한 전기 활성 고분자(Electro Active Polymer; EAP)로 구성된 액츄에이터, 액츄에이터 구동 방법 및 액츄에이터를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.

터치 패널은 표시 장치에 대한 화면 터치나 제스쳐(gesture) 등과 같은 사용자의 터치 입력을 감지하는 장치로서, 스마트폰, 태블릿 PC 등의 휴대용 표시 장치를 비롯하여 공공 시설의 표시 장치와 스마트 TV 등의 대형 표시 장치에 널리 활용되고 있다. 이러한 터치 패널은 동작 방식에 따라 저항막 방식, 정전 용량 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등으로 분류된다.

그러나, 최근에는 사용자의 터치 입력을 감지하는 것에 그치지 않고, 사용자의 터치 입력에 대한 피드백(feedback)으로 사용자의 손가락 또는 사용자의 스타일러스 펜으로 느낄 수 있는 촉각 피드백을 전달하는 햅틱(haptic) 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.

이러한 햅틱 장치로 표시 장치에 ERM(Eccentric Rotating Mass)이 적용된 햅틱 장치가 사용되었다. ERM은 모터의 회전부의 한쪽 부분에 질량을 붙여서 모터가 회전할 때 발생하는 편심력으로 인하여 기계적인 진동을 발생시키는 진동 모터이다. 다만, ERM은 불투명한 재료로 구성되므로, 표시 장치에서 표시 패널의 전면이 아닌 표시 패널의 후면에 배치되어야 한다. 또한, ERM은 모터에 의해 진동을 발생시키므로, 표시 장치의 특정 부분만이 진동되는 것이 아니고 표시 장치 전체가 진동되게 된다. 따라서, ERM이 적용된 표시 장치에서는 사용자의 터치 입력이 발생된 부분에만 촉각 피드백을 전달할 수 없다는 문제가 발생한다. 또한, ERM은 모터를 통해 기계적 진동을 발생시킨다는 점에서 응답 속도가 매우 느리므로, 햅틱 장치의 진동원으로 사용되기에 어려움이 존재한다.

한편, 햅틱 장치로 표시 장치에 LRA(Linear Resonant Actuator)가 적용된 햅틱 장치도 사용되었다. LRA는 영구 자석이 솔레노이드(solenoid) 내부를 왕복 운동함에 의해 발생하는 스프링과 스테인리스 진동자의 진동을 통해 촉각 피드백을 전달한다. 다만, LRA 또한 ERM과 같이 불투명한 재료로 구성되고, 표시 장치 전체를 진동시키므로, ERM과 동일한 문제가 존재한다. 또한, LRA는 공진 주파수를 사용하여야 하므로, 진동 주파수가 150Hz 내지 200Hz 사이로 고정된다. 따라서, LRA가 적용된 햅틱 장치는 다양한 진동감 생성이 어렵다는 단점을 갖는다.

상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 압전 세라믹 액츄에이터(Piezo Ceramic Actuator)가 적용된 햅틱 장치가 사용되고 있다. 압전 세라믹 액츄에이터는 수 msec의 빠른 응답속도를 가지며, 진동 주파수의 범위가 매우 넓어 사람이 실제 촉각을 느끼는 모든 주파수 범위의 진동을 구현해낼 수 있다. 다만, 압전 세라믹 액츄에이터는 세라믹 재질의 판(plate) 형태로 제작되어, 외부 충격에 대한 내구성이 낮아 외부 충격에 의해 쉽게 깨진다는 단점이 있다. 또한, 압전 세라믹 액츄에이터는 ERM 및 LRA와 마찬가지로 불투명하고 박형화가 어렵고, 표시 장치 후면에 배치되어 표시 장치 전체를 진동시키는 문제가 있다.

[관련기술문헌]

1. ERM 액추에이터를 이용한 햅틱 효과 발생 방법 및 햅틱 지원 시스템 (한국특허출원번호 제10-2013-0011958호)

본 발명의 발명자들은 햅틱 장치에서 진동을 발생시키기 위한 진동원으로서 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터가 사용될 수 있다는 점을 인식하였다. 구체적으로 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터는 전기 활성 고분자로 이루어지는 전기 활성층의 상부 및 하부에 배치된 전극에 전압을 인가함에 발생하는 전기 활성층의 진동을 통해 사용자에게 촉각 피드백을 전달할 수 있다. 이러한 액츄에이터는 투명한 재료들로 형성될 수 있으므로, 표시 장치 전면에 적용될 수 있다는 장점이 있다.

다만, 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터는 상술한 종래의 진동원 대비 구동 전압이 수 kV 단위로 매우 높다. 따라서, 표시 장치에서 사용되는 전원으로부터의 전압을 승압시키기 위한 별도의 승압 회로가 요구되는데, 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 개인 휴대용 표시 장치에 적용될 수 있을 정도로 승압 회로를 소형으로 제조하는 것에는 상당한 어려움이 있다. 이에, 구동 전압을 낮추기 위해 전기 활성층의 두께를 감소시키는 방법이 있으나, 전기 활성층의 두께가 감소하는 경우, 액츄에이터로 진동시키고자 하는 대상의 무게, 즉, 표시 장치의 무게에 의해 전기 활성층의 변위가 억제되어 진동이 매우 약해지거나 진동이 발생하지 않는 문제점이 있다.

이에, 본 발명의 발명자들은 상술한 바와 같은 종래의 햅틱 장치의 문제점 및 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터를 사용함에 의해 발생될 수 있는 구동 전압 관련 문제점을 인식하고, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 구조의 액츄에이터, 액츄에이터 구동 방법 및 액츄에이터를 포함하는 표시 장치를 발명하였다.

이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 하나의 셀(cell) 내에서 전기 활성층의 상면 및 하면 각각에 복수의 전극을 배치하여, 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조 둘 모두가 구현되는 액츄에이터, 액츄에이터 구동 방법 및 액츄에이터를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조를 통해 횡전계와 종전계를 동시에 사용하여 구동 전압이 감소되는 액츄에이터, 액츄에이터 구동 방법 및 액츄에이터를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 다양한 크기의 전기장을 동시에 형성하여 사용자에게 다양한 진동감을 전달할 수 있는 액츄에이터, 액츄에이터 구동 방법 및 액츄에이터를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터가 제공된다. 액츄에이터는 하나 이상의 셀이 정의된 전기 활성층 및 각각의 셀에 배치된 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극과 제4 전극을 포함한다. 제1 전극 및 제2 전극은 전기 활성층의 상면에 배치되고, 제3 전극 및 제4 전극은 전기 활성층의 하면에 배치된다. 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극은 투명 도전성 물질로 이루어진다. 전기 활성층의 상면에서 제1 전극과 제2 전극은 서로 교대로 배치되고, 전기 활성층의 하면에서 제3 전극과 제4 전극은 서로 교대하도록 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터에서는 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극이 투명 도전성 물질로 이루어짐에 따라 액츄에이터의 투과율이 향상된다. 또한, 하나의 셀 내에서 서로 분리된 2개의 전극이 전기 활성층의 상면에 배치되고 서로 분리된 2개의 전극이 전기 활성층의 하면에 배치되므로, 각각의 전극에 다양한 전압이 인가됨에 따라 전기 활성층 내에 횡전계 및 종전계가 모두 형성될 수 있다. 이에 따라 액츄에이터의 구동 전압이 감소될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터가 제공된다. 액츄에이터는 전기 활성층 및 제1 전극, 제2 전극과 제3 전극을 포함한다. 제1 전극 및 제2 전극은 전기 활성층의 상면에 배치되고, 제3 전극은 전기 활성층의 하면에 배치된다. 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극은 투명 도전성 물질로 이루어진다. 전기 활성층의 상면에서 제1 전극과 제2 전극은 서로 교대로 배치된다. 제1 전극 및 제2 전극은 제3 전극과 중첩한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터에서는 제3 전극과 중첩하고 서로 분리된 제1 전극 및 제2 전극을 전기 활성층에서 제3 전극과 상이한 면에 배치하여, 다양한 크기의 전기장이 형성될 수 있고, 이에 따라 액츄에이터의 구동 전압이 감소되고 다양한 진동감이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터를 포함하는 표시 장치가 제공된다. 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터가 표시 패널 상에 배치된다. 터치 패널이 액츄에이터 상에 배치되고, 터치 패널과 액츄에이터 사이에 차폐층이 배치된다. 커버가 터치 패널 상에 배치된다. 액츄에이터가 표시 장치에 포함됨에 따라, 다양한 표시 장치들에서 사용자에게 다양한 촉각 피드백이 제공될 수 있다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명은 전기 활성층의 상면 및 하면 각각에 서로 상이한 전극을 교대로 배치하여, 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조를 통해 전기 활성층 내에 횡전계와 종전계를 동시에 형성할 수 있고, 다중 전기장을 통해 액츄에이터 및 표시 장치의 구동 전압을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 전기 활성층 내에 다양한 크기의 전기장을 동시에 형성하여 다양한 촉각 피드백을 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터의 셀을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1c 및 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터의 셀을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터의 셀을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터의 셀을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4b 및 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 ‘직접’이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위 (on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터의 셀(CE)을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 액츄에이터(100)는 전기 활성층(110), 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)이 배치된 셀(CE), 제1 배선(131), 제2 배선(132) 및 FPCB(140)를 포함한다. 도 1b에서는 액츄에이터(100)의 복수의 셀(CE) 중 하나의 셀(CE)만을 도시하였으며, 액츄에이터(100)의 복수의 셀(CE) 모두는 도 1b에 도시된 셀(CE)과 동일하게 구성될 수 있다.

전기 활성층(110)은 전기적인 자극에 의하여 변형되는 고분자 재료인 전기 활성 고분자로 이루어지는 판상의 필름이다. 예를 들어, 전기 활성층(110)은 실리콘계, 우레탄계, 아크릴계 등의 유전성 엘라스토머(dielectric elastomer), PVDF, P(VDF-TrFE) 등의 강유전성 고분자(ferroelectric polymer) 또는 압전 세라믹(piezo ceramic) 소자로 이루어질 수 있다. 전기 활성층(110)이 유전성 엘라스토머로 이루어지는 경우, 전기 활성층(110)에 전압을 인가됨에 따라 발생하는 정전기적 인력(Coulombic Force)에 의해 유전성 엘라스토머가 수축 및 팽창되어 액츄에이터(100)가 진동할 수 있다. 또한, 전기 활성층(110)이 강유전성 고분자로 이루어지는 경우, 전기 활성층(110)에 전압을 인가됨에 따라 전기 활성층(110) 내부의 쌍극자(dipole)의 정렬 방향이 변경되어 액츄에이터(100)가 진동할 수 있다.

전기 활성층(110)은 액티브 영역(AA)을 갖도록 구성된다. 전기 활성층(110)의 액티브 영역(AA)은 사용자에게 촉각 피드백을 전달하기 위한 영역으로서, 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)이 배치된 복수의 셀(CE)을 포함한다. 여기서, 셀(CE)은 사용자에게 촉각 피드백을 전달할 수 있는 최소 단위 영역으로서, 각각의 셀(CE)은 독립적으로 촉각 피드백을 전달할 수 있다.

전기 활성층(110)의 각각의 셀(CE)의 면적은 일반적인 사람의 손가락의 크기를 고려하여 결정될 수 있다. 액츄에이터(100)는 사용자의 터치 입력에 대한 촉각 피드백을 전달하는 것이므로, 사용자에게 촉각 피드백을 전달할 수 있는 최소 단위 영역인 셀(CE)은 사용자의 터치 입력이 발생하는 면적을 고려하여 결정될 수 있다. 이 경우, 사용자의 터치 입력이 발생하는 면적은 일반적인 사람의 손가락의 크기에 따라 결정되므로, 전기 활성층(110)의 셀(CE)의 면적 또한 일반적인 사람의 손가락의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 전기 활성층(110)의 각각의 셀(CE)의 면적은 전기 활성층(110)과 함께 사용될 수 있는 터치 패널의 화소의 면적을 고려하여 결정될 수도 있다. 터치 패널에서 사용자의 터치 입력을 감지하는 것에 응답하여 액츄에이터(100)가 사용자에게 촉각 피드백을 전달하게 된다. 이에, 예를 들어, 사용자의 터치 입력이 감지된 터치 패널의 화소와 동일하게 액츄에이터(100)의 셀(CE)의 면적이 결정되는 경우, 터치 패널이 화소와 액츄에이터(100)의 셀(CE)이 1:1로 대응될 수 있으므로, 액츄에이터(100)가 보다 용이하게 구동될 수 있다.

제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 전기 활성층(110)에 전압을 인가하기 위한 전극으로서, 도전성 물질로 이루어진다. 또한, 액츄에이터(100)의 투과율을 확보하기 위해, 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 ITO(Indium Tin Oxide), PEDOT:PSS, 은-나노와이어(AgNW) 등과 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 메탈 메쉬(metal mesh)로 구성될 수도 있다. 즉, 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 금속 물질이 메쉬 형태로 배치되는 메탈 메쉬로 구성되어, 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 실질적으로 투명한 전극으로 기능할 수도 있다. 다만, 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)의 구성 물질은 상술한 예에 제한되지 않고, 다양한 투명 도전성 물질이 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)의 구성 물질로 사용될 수 있다. 도 1b에서는 설명의 편의를 위해 제1 전극(121)과 제2 전극(122)의 해칭을 상이하게 도시하고, 제3 전극(123)과 제4 전극(124)의 해칭을 상이하게 도시하였으나, 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 동일한 물질로 이루어질 수 있다.

도 1b를 참조하면, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 셀(CE) 내에서 전기 활성층(110)의 상면에 배치되고, 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 셀(CE) 내에서 전기 활성층(110)의 하면에 배치된다. 즉, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 전기 활성층(110)의 동일한 면에 형성되고, 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)이 형성된 전기 활성층(110)의 면의 반대면에 형성된다. 도 1b를 참조하면, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 전기 활성층(110)의 상면에서 교대로 배치된다. 또한, 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 전기 활성층(110)의 하면에서 교대로 배치된다.

도 1b를 참조하면, 제1 전극(121)은 제4 전극(124)과 대응하고, 제2 전극(122)은 제3 전극(123)과 대응한다. 즉, 제1 전극(121)은 제4 전극(124)과 중첩하도록 배치되고, 제2 전극(122)은 제3 전극(123)과 중첩하도록 배치된다.

제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 다양한 방식으로 전기 활성층(110)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 스퍼터링(sputtering), 프린팅(printing), 슬릿 코팅(slit coating) 등과 같은 방식으로 전기 활성층(110)에 형성될 수 있다. 특히, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)이 동일한 물질로 형성되는 경우 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 동시에 형성될 수 있고, 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)이 동일한 물질로 형성되는 경우 제3 전극(123) 및 제3 전극(123)은 동시에 형성될 수 있다.

도 1a를 참조하면, 복수의 셀(CE) 내의 제1 전극(121) 및 제2 전극(122) 각각과 전기적으로 연결되도록 제1 배선(131) 및 제2 배선(132)이 전기 활성층(110)의 상면에 형성된다. 구체적으로, 제1 배선(131)은 셀(CE) 내의 제1 전극(121)과 전기적으로 연결되고, 제2 배선(132)은 셀(CE) 내의 제2 전극(122)과 전기적으로 연결된다. 제1 배선(131) 및 제2 배선(132)은 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)과 동일한 물질로 이루어질 수도 있고, 상이한 물질로 이루어질 수도 있다. 제1 배선(131) 및 제2 배선(132)이 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)과 동일한 물질로 이루어지는 경우, 제1 배선(131) 및 제2 배선(132)은 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)과 동시에 형성될 수도 있다.

도 1a에 도시되지는 않았으나, 복수의 셀(CE) 내의 제3 전극(123) 및 제4 전극(124) 각각과 전기적으로 연결되도록 제3 배선 및 제4 배선이 전기 활성층(110)의 하면에 형성될 수 있다. 구체적으로, 제3 배선은 셀(CE) 내의 제3 전극(123)과 전기적으로 연결되고, 제4 배선은 셀(CE) 내의 제4 전극(124)과 전기적으로 연결될 수 있다.

전기 활성층(110)의 일 측에 FPCB(flexible printed circuit board; 140)가 배치된다. FPCB(140)는 제1 배선(131) 및 제2 배선(132)과 전기적으로 연결되며, FPCB(140)에는 제1 배선(131) 및 제2 배선(132)을 통해 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)에 전압을 인가하기 위한 구동 IC 등과 같은 회로부(141)가 내장될 수 있다. 도 1a에서는 구동 IC와 같은 회로부(141)가 FPCB(140)에 내장되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고 회로부(141)는 COF(chip on film) 등의 방식으로도 구현될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 제3 배선 및 제4 배선이 FCPB에 전기적으로 연결될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(100)에서는 전기 활성층(110)의 상면에 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)이 형성되고, 전기 활성층(110)의 하면에 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)이 형성되어, 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조 둘 모두가 구현된다. 다만, 전극이 전기 활성층(110)의 상면 및 하면 둘 모두에 형성되는 경우, 전극이 투명 도전성 물질로 이루어짐에도 불구하고 전극으로 입사하는 광의 일부는 전극에서 반사되거나 흡수될 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(100)에서는 도 1b에 도시된 바와 같이 전기 활성층(110)의 상면에서 제1 전극(121)과 제2 전극(122)이 서로 이격되어 배치되고, 전기 활성층(110)의 하면에서 제3 전극(123)과 제4 전극(124)이 서로 이격되어 배치된다. 또한, 제1 전극(121)은 제4 전극(124)과 중첩하도록 배치되고, 제2 전극(122)은 제3 전극(123)과 중첩하도록 배치된다. 따라서, 도 1b에 도시된 바와 같이 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 공간에는 전기 활성층(110)만이 배치될 뿐, 전기 활성층(110)의 상면 및 하면에 전극이 배치되지 않는다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(100)에서는 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조 둘 모두가 구현되지만, 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 공간을 통해 액츄에이터(100)의 투과율이 향상될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(100)에서 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조 둘 모두가 구현됨에 따라, 액츄에이터(100)의 구동 전압이 감소될 수 있고, 액츄에이터(100)를 통한 다양한 진동감이 사용자에게 전달될 수 있다. 이하에서는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(100)의 효과를 설명하기 위해 도 1c 및 도 1d를 참조한다.

도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 1c에서는 제1 전압이 제1 전극(121) 및 제3 전극(123)에 인가되고, 제2 전극(122) 및 제4 전극(124)은 접지된 경우를 도시하였다. 여기서, 제1 전압은 임의의 양의 DC 전압인 것으로 가정한다. 도 1c에서는 전기 활성층(110)에 발생하는 전기장을 점선 화살표로 도시하였다.

전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)에 의해 제1 전기장(E1)이 발생한다. 즉, 제1 전극(121)에는 제1 전압이 인가되고, 제2 전극(122)은 접지되므로, 제1 전극(121)과 제2 전극(122)의 전위차에 의해 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 횡전계인 제1 전기장(E1)이 발생한다.

전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)에 의해 제3 전기장(E3)이 발생한다. 즉, 제3 전극(123)에는 제1 전압이 인가되고, 제4 전극(124)은 접지되므로, 제3 전극(123)과 제4 전극(124)의 전위차에 의해 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이에 횡전계인 제3 전기장(E3)이 발생한다.

또한, 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제1 전극(121)과 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제4 전극(124)에 의해 제2 전기장(E2)이 발생하고, 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제2 전극(122)과 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제3 전극(123)에 의해 제4 전기장(E4)이 발생한다. 즉, 제1 전극(121) 및 제3 전극(123)에는 제1 전압이 인가되고 제1 전극(121)과 중첩하는 제4 전극(124) 및 제3 전극(123)과 중첩하는 제2 전극(122)은 접지되므로, 제1 전극(121)과 제4 전극(124)의 전위차 및 제2 전극(122)과 제3 전극(123)의 전위차에 의해 종전계인 제2 전기장(E2) 및 제4 전기장(E4)이 발생한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(100)에서는 전기 활성층(110)의 상면에 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)이 형성되고, 전기 활성층(110)의 하면에 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)이 형성되어, 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조 둘 모두가 구현된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법에서는 액츄에이터(100)의 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조를 사용하여 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)에 전압을 인가하고, 이에 따라 복수의 전기장이 발생한다. 구체적으로, 전기 활성층(110)의 상면에서 수평하게 배치된 제1 전극(121)과 제2 전극(122)에 서로 상이한 전압이 인가되고 전기 활성층(110)의 하면에서 수평하게 배치된 제3 전극(123)과 제4 전극(124)에 서로 상이한 전압이 인가되어, 횡전계인 제1 전기장(E1) 및 제3 전기장(E3)이 발생한다. 또한, 수직 방향으로 중첩하게 배치된 제1 전극(121)과 제4 전극(124)에 서로 상이한 전압이 인가되고 수직 방향으로 중첩하게 배치된 제2 전극(122)과 제3 전극(123)에 서로 상이한 전압이 인가되어, 종전계인 제2 전기장(E2) 및 제4 전기장(E4)이 발생한다. 이에 따라, 액츄에이터(100)의 전기 활성층(110)에 다중 전기장이 인가될 수 있으므로, 동일한 강도의 진동을 생성하기 위한 구동 전압이 감소될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(100)에서는, 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 간격(G) 및 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이의 간격(G)이 전기 활성층(110)의 두께(T)의 1/2 보다 작다. 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 간격(G) 및 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이의 간격(G)이 전기 활성층(110)의 두께의 1/2 보다 크게 되면, 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 횡전계인 제1 전기장(E1)과 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이의 횡전계인 제3 전기장(E3)이 서로 상쇄될 수 있다. 이와 같이 제1 전기장(E1)과 제3 전기장(E3)이 상쇄되는 경우, 전기 활성층(110)의 진동 강도가 감소될 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(100)에서는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 간격(G) 및 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이의 간격(G)이 전기 활성층(110)의 두께(T)의 1/2 보다 작게 하여, 액츄에이터(100)의 구동 전압이 최소화될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 제1 전극(121)과 제3 전극(123)에 제1 전압이 선택적으로 인가될 수 있다. 다시 말해서, 제1 전극(121)과 제3 전극(123) 모두에 제1 전압이 인가될 수도 있고, 제1 전극(121)과 제3 전극(123) 중 하나에만 제1 전압이 인가될 수도 있다. 이에 따라, 제1 전극(121)과 제3 전극(123) 중 하나에만 제1 전압이 인가되는 경우 발생하는 전기장의 크기와 제1 전극(121)과 제3 전극(123) 모두에 제1 전압이 인가되는 경우 발생하는 전기장의 크기가 상이하므로, 제1 전극(121) 및 제3 전극(123)에 선택적으로 전압을 인가하여 다양한 크기의 촉각 피드백이 사용자에게 제공될 수 있다. 즉, 사용자에게 상대적으로 강한 크기의 촉각 피드백을 제공하기 위해 제1 전극(121) 및 제3 전극(123) 모두에 제1 전압이 인가될 수 있고, 사용자에게 상대적으로 약한 크기의 촉각 피드백을 제공하기 위해 제1 전극(121) 및 제3 전극(123) 중 어느 하나에만 제1 전압이 인가될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 제1 전극(121)과 제3 전극(123)에 서로 상이한 전압이 인가될 수 있다.

예를 들어, 제1 전극(121)에 인가되는 전압의 크기와 제3 전극(123)에 인가되는 전압의 크기가 서로 상이할 수 있다. 이와 같은 경우, 제1 전극(121)과 제3 전극(123)에 전압이 선택적으로 인가되어, 제1 전극(121)과 제3 전극(123) 모두에 전압이 인가되는 경우, 제1 전극(121)에만 전압이 인가되는 경우, 제3 전극(123)에만 전압이 인가되는 경우의 3가지의 서로 다른 크기의 촉각 피드백이 사용자에게 전달될 수 있다.

또한, 예를 들어, 제1 전극(121)에 인가되는 전압 및 제3 전극(123)에 인가되는 전압은 모두 AC 전압이고, 제1 전극(121)에 인가되는 전압의 주파수와 제3 전극(123)에 인가되는 전압의 주파수가 서로 상이할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(121)에만 전압이 인가되는 경우와 제3 전극(123)에만 전압이 인가되는 경우에 서로 다른 느낌의 촉각 피드백이 사용자에게 전달될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(121)에 인가되는 전압의 주파수가 제3 전극(123)에 인가되는 전압의 주파수보다 높은 경우, 제1 전극(121)에만 전압이 인가되면 사용자가 천을 터치하는 듯한 부드러운 느낌의 촉각 피드백이 사용자에게 전달되고, 제3 전극(123)에만 전압이 인가되면 사용자가 자갈을 터치하는 듯한 거친 느낌의 촉각 피드백이 사용자에게 전달될 수 있다. 또한, 제1 전극(121)과 제3 전극(123) 모두에 전압이 인가되는 경우, 2개의 전압의 주파수 차이에 의한 맥놀이 현상이 발생하여 보다 강한 진동 세기의 촉각 피드백이 사용자에게 전달될 수 있고, 이에 따라 액츄에이터(100)의 구동 전압이 보다 감소될 수도 있다.

이하에서는, 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)에 인가되는 다양한 전압들에 의한 전기장에 대한 보다 상세한 설명을 위해 도 1d를 참조한다.

도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 1c에서는 제1 전극들(121)에 서로 상이한 전압이 인가되고, 제3 전극들(123)에 서로 상이한 전압이 인가되고, 제2 전극(122) 및 제4 전극(124)은 접지된 경우를 도시하였다. 여기서, 제1 전극들(121) 및 제3 전극들(123)에 인가되는 전압은 임의의 양의 DC 전압인 것으로 가정한다. 도 1d에서는 전기 활성층(110)에 발생하는 전기장을 점선 화살표로 도시하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법에서는 전기 활성층(110)의 상면에 형성된 제1 전극(121a)과 제1 전극(121b)에 서로 상이한 전압이 인가된다. 이에 따라, 횡전계인 제1 전기장(E1)이 제1 전극(121a)과 제2 전극(122) 사이에 발생하고, 횡전계인 제2 전기장(E2)이 제1 전극(121b)과 제2 전극(122) 사이에 발생한다. 또한, 종전계인 제3 전기장(E3)이 제1 전극(121a)과 제4 전극(124) 사이에 발생하고, 종전계인 제4 전기장(E4)이 제1 전극(121b)과 제4 전극(124) 사이에 발생한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법에서는 전기 활성층(110)의 상면에 형성된 제3 전극(123a), 제3 전극(123b) 및 제3 전극(123c)에 서로 상이한 전압이 인가된다. 이에 따라, 횡전계인 제5 전기장(E5)이 제3 전극(123a)과 제4 전극(124) 사이에 발생하고, 횡전계인 제6 전기장(E6)이 제3 전극(123b)과 제4 전극(124) 사이에 발생하고, 횡전계인 제7 전기장(E7)이 제3 전극(123c)과 제4 전극(124) 사이에 발생한다. 또한, 종전계인 제8 전기장(E8)이 제3 전극(123a)과 제2 전극(122) 사이에 발생하고, 종전계인 제9 전기장(E9)이 제3 전극(123b)과 제2 전극(122) 사이에 발생하고, 종전계인 제10 전기장(E10)이 제3 전극(123c)과 제2 전극(122) 사이에 발생한다.

또한, 도 1d에 도시되지는 않았으나, 제1 전극들(121)과 제3 전극들(123)에 인가되는 전압의 크기가 상이한 경우, 제1 전극들(121)과 제3 전극들(123) 사이에도 전기장이 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법에서는 제1 전극들(121) 및 제3 전극들(123)에 서로 상이한 전압이 인가되므로, 상술한 바와 같은 제1 전기장(E1) 내지 제10 전기장(E10)의 다양한 크기의 전기장이 전기 활성층(110)에 인가될 수 있다. 이에 따라, 액츄에이터(100)의 전기 활성층(110)에 다중 전기장이 인가되어, 동일한 강도의 진동을 생성하기 위한 액츄에이터(100)의 구동 전압이 감소될 수 있다.

또한, 제1 전극들(121) 및 제3 전극들(123)에 선택적으로 전압이 인가될 수도 있다. 즉, 제1 전극들(121) 및 제3 전극들(123) 모두에 전압이 인가되는 경우나 제1 전극들(121) 및 제3 전극들(123) 중 일부에만 전압이 인가되는 경우, 제1 전극들(121) 및 제3 전극들(123) 각각에 인가되는 전압의 크기가 상이하므로, 다양한 크기의 촉각 피드백이 사용자에게 제공될 수 있다.

또한, 제1 전극들(121) 및 제3 전극들(123)에 인가되는 전압이 모두 AC 전압이고, 제1 전극들(121) 및 제3 전극들(123)에 인가되는 전압의 주파수는 서로 상이할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극들(121) 및 제3 전극들(123)에 선택적으로 전압이 인가되는 경우, 주파수에 따른 서로 다른 느낌의 촉각 피드백이 사용자에게 전달될 수 있다. 또한, 제1 전극들(121) 및 제3 전극들(123)에 인가되는 전압의 주파수 차이에 의한 맥놀이 현상에 의해, 보다 강한 진동 세기의 촉각 피드백이 사용자에게 전달될 수 있고, 이에 따라 액츄에이터(100)의 구동 전압이 보다 감소될 수도 있다.

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터의 셀을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 2a에 도시된 액츄에이터(200)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 액츄에이터(100)와 비교하여 제3 전극(223) 및 제4 전극(224)의 형상만이 변경되었을 뿐 다른 구성요소들은 실질적으로 동일하므로, 중복 설명을 생략한다.

도 2a를 참조하면, 제3 전극(223)은 제1 전극(121) 및 제2 전극(122) 둘 모두와 중첩하도록 배치된다. 이에, 제3 전극(223)의 크기는 제1 전극(121)의 크기 및 제2 전극(122)의 크기의 합보다 크다. 또한, 제4 전극(224)도 제1 전극(121) 및 제2 전극(122) 둘 모두와 중첩하도록 배치된다. 이에, 제4 전극(224)의 크기도 제1 전극(121)의 크기 및 제2 전극(122)의 크기의 합보다 크다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터(200)의 전극 배치에 따른 액츄에이터(200)의 구동 방법을 보다 상세히 설명하기 위해 도 2b를 함께 참조한다.

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 2b에서는 제1 전압이 제1 전극(121) 및 제3 전극(223)에 인가되고, 제2 전극(122) 및 제4 전극(224)은 접지된 경우를 도시하였다. 여기서, 제1 전압은 임의의 양의 DC 전압인 것으로 가정한다. 도 2b에서는 전기 활성층(110)에 발생하는 전기장을 점선 화살표로 도시하였다.

도 2b를 참조하면, 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)에 의해 제1 전기장(E1)이 발생한다. 즉, 제1 전극(121)에는 제1 전압이 인가되고, 제2 전극(122)은 접지되므로, 제1 전극(121)과 제2 전극(122)의 전위차에 의해 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 횡전계인 제1 전기장(E1)이 발생한다.

도 2b를 참조하면, 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제3 전극(223) 및 제4 전극(224)에 의해 제3 전기장(E3)이 발생한다. 즉, 제3 전극(223)에는 제1 전압이 인가되고, 제4 전극(224)은 접지되므로, 제3 전극(223)과 제4 전극(224)의 전위차에 의해 제3 전극(223)과 제4 전극(224) 사이에 횡전계인 제3 전기장(E3)이 발생한다.

또한, 도 2b를 참조하면, 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제1 전극(121)과 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제4 전극(224)에 의해 제2 전기장(E2)이 발생하고, 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제2 전극(122)과 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제3 전극(223)에 의해 제4 전기장(E4)이 발생한다. 즉, 제1 전극(121) 및 제3 전극(223)에는 제1 전압이 인가되고 제1 전극(121)과 중첩하는 제4 전극(224) 및 제3 전극(223)과 중첩하는 제2 전극(122)은 접지되므로, 제1 전극(121)과 제4 전극(224)의 전위차 및 제2 전극(122)과 제3 전극(223)의 전위차에 의해 종전계인 제2 전기장(E2) 및 제4 전기장(E4)이 발생한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터(200)에서는 전기 활성층(110)의 상면에 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)이 형성되고, 전기 활성층(110)의 하면에 제3 전극(223) 및 제4 전극(224)이 형성되어, 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조 둘 모두가 구현된다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법에서는 액츄에이터(200)의 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조를 사용하여 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(223) 및 제4 전극(224)에 전압을 인가하고, 이에 따라 복수의 전기장이 발생한다. 이에 따라, 액츄에이터(200)의 전기 활성층(110)에 다중 전기장이 인가될 수 있으므로, 동일한 강도의 진동을 생성하기 위한 액츄에이터(200)의 구동 전압이 감소될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 제1 전극(121)과 제3 전극(223)에 제1 전압이 선택적으로 인가될 수 있고, 이에 따라 다양한 크기의 촉각 피드백이 사용자에게 제공될 수 있다.

또한, 몇몇 실시예에서, 제1 전극(121)에 인가되는 전압의 크기와 제3 전극(223)에 인가되는 전압의 크기를 상이하게 하거나 제1 전극(121)에 인가되는 전압의 주파수와 제3 전극(223)에 인가되는 전압의 주파수를 상이하게 하여, 다양한 크기의 촉각 피드백이 사용자에게 전달되거나 다양한 느낌의 촉각 피드백이 사용자에게 전달될 수도 있다.

도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터의 셀을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 3a에 도시된 액츄에이터(300)는 도 2a에 도시된 액츄에이터(200)와 비교하여 제1 전극(321) 및 제2 전극(322)의 형상만이 변경되었을 뿐 다른 구성요소들은 실질적으로 동일하므로, 중복 설명을 생략한다.

도 3a를 참조하면, 제1 전극(321) 및 제2 전극(322) 각각은 제3 전극(223)의 일부 및 제4 전극(224)의 일부와 중첩한다. 또한, 제3 전극(223) 및 제4 전극(224) 각각은 제1 전극(321)의 일부 및 제2 전극(322)의 일부와 중첩한다. 다만, 셀(CE)에서 최좌측 또는 최우측에 배치된 제1 전극(321) 또는 제2 전극(322)은 제3 전극(223)의 일부 및 제4 전극(224)의 일부 중 어느 하나에만 중첩할 수 있고, 셀(CE)에서 최좌측 또는 최우측에 배치된 제3 전극(223) 또는 제4 전극(224)은 제1 전극(321)의 일부 및 제2 전극(322)의 일부 중 어느 하나에만 중첩할 수도 있다.

이하에서는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터(300)의 전극 배치에 따른 액츄에이터(300)의 구동 방법을 보다 상세히 설명하기 위해 도 3b를 함께 참조한다.

도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 3b에서는 제1 전압이 제1 전극(321) 및 제3 전극(223)에 인가되고, 제2 전극(322) 및 제4 전극(224)은 접지된 경우를 도시하였다. 여기서, 제1 전압은 임의의 양의 DC 전압인 것으로 가정한다. 도 3b에서는 전기 활성층(110)에 발생하는 전기장을 점선 화살표로 도시하였다.

도 3b를 참조하면, 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제1 전극(321) 및 제2 전극(322)에 의해 횡전계인 제1 전기장(E1)이 발생한다. 또한, 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제3 전극(223) 및 제4 전극(224)에 의해 횡전계인 제3 전기장(E3)이 발생한다. 또한, 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제1 전극(321)과 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제4 전극(224)에 의해 제2 전기장(E2)이 발생하고, 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제2 전극(322)과 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제3 전극(223)에 의해 제4 전기장(E4)이 발생한다. 이에 따라, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터(300) 및 액츄에이터 구동 방법에서는 다중 전기장을 사용하여 액츄에이터(300)의 구동 전압이 감소될 수 있다. 또한, 제1 전극(321)과 제3 전극(223)에 제1 전압이 선택적으로 인가되거나 제1 전극(321)에 인가되는 전압의 크기와 제3 전극(223)에 인가되는 전압의 크기를 상이하게 하거나 제1 전극(321)에 인가되는 전압의 주파수와 제3 전극(223)에 인가되는 전압의 주파수를 상이하게 하여, 다양한 크기의 촉각 피드백이 사용자에게 전달되거나 다양한 느낌의 촉각 피드백이 사용자에게 전달될 수도 있다.

또한, 도 3b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터(300)에서는 제1 전극(321) 및 제2 전극(322) 각각이 제3 전극(223)의 일부 및 제4 전극(224)의 일부와 중첩하고, 제3 전극(223) 및 제4 전극(224) 각각이 제1 전극(321)의 일부 및 제2 전극(322)의 일부와 중첩한다. 따라서, 하나의 전극이 전기 활성층(110)의 반대면에 배치된 2개의 전극과 중첩되므로, 수직 방향의 종전계에 의해 형성되는 전기 활성층(110)의 진동이 보다 강화될 수 있다.

도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터의 셀을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 4a에 도시된 액츄에이터(400)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 액츄에이터(100)와 비교하여 제3 전극(423)의 형상이 변경되고, 제4 전극이 제거되었을 뿐 다른 구성요소들은 실질적으로 동일하므로, 중복 설명을 생략한다.

도 4a를 참조하면, 셀(CE)에서 전기 활성층(110)의 하면에 하나의 제3 전극(423)이 배치된다. 즉, 전기 활성층(110)의 하면에 단일의 제3 전극(423)이 배치된다. 제3 전극(423)은 제1 전극(121) 및 제2 전극(122) 모두와 중첩한다.

이하에서는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터(400)의 전극 배치에 따른 액츄에이터(400)의 구동 방법을 보다 상세히 설명하기 위해 도 4b 및 도 4c를 함께 참조한다.

도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 4b에서는 제1 전압이 제1 전극(121)에 인가되고, 제2 전극(122) 및 제3 전극(423)은 접지된 경우를 도시하였다. 여기서, 제1 전압은 임의의 양의 DC 전압인 것으로 가정한다. 도 4b에서는 전기 활성층(110)에 발생하는 전기장을 점선 화살표로 도시하였다.

도 4b를 참조하면, 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제1 전극(121)에 제1 전압이 인가됨에 의해 제1 전기장(E1) 및 제2 전기장(E2)이 발생한다. 즉, 제1 전극(121)에는 제1 전압이 인가되고 제2 전압이 접지됨에 따라 횡전계인 제1 전기장(E1)이 발생하고, 제1 전극(121)에는 제1 전압이 인가되고 제3 전압이 접지됨에 따라 종전계인 제2 전기장(E1)이 발생한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터(400)에서는 횡전계가 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에서만 발생하고, 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제3 전극(423)에 의해 횡전계가 발생하지 않는다. 따라서, 전기 활성층(110)의 두께가 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 거리보다 크기만 하면 되므로, 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 전극들에 의해 횡전계가 발생하는 경우와 비교하여 전기 활성층(110)의 두께가 감소될 수 있다. 또한, 전기 활성층(110)의 두께가 감소됨에 따라, 제1 전극(121)과 제3 전극(423) 사이의 거리 또한 감소되므로, 제1 전극(121)에 인가되는 제1 전압의 크기를 증가시키지 않더라도 전기 활성층(110)에 발생하는 제1 전극(121)과 제3 전극(423) 사이의 제2 전기장(E2)의 크기가 증가될 수 있고, 이에 따라 낮은 구동 전압에서도 큰 진동 세기가 제공될 수 있다.

도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 4b에서는 제1 전압이 제1 전극(121)에 인가되고, 제3 전극(423)에 제1 전압과 상이한 제2 전압이 인가되고, 제2 전극(122)은 접지된 경우를 도시하였다. 여기서, 제1 전압 및 제2 전압 각각은 임의의 양의 DC 전압 또는 임의의 음의 DC 전압 중 하나인 것으로 가정한다. 도 4c에서는 전기 활성층(110)에 발생하는 전기장을 점선 화살표로 도시하였다.

도 4c를 참조하면, 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제1 전극(121)에 제1 전압이 인가되고 제2 전극(122)이 접지됨에 따라 횡전계인 제1 전기장(E1)이 발생한다. 또한, 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제1 전극(121)에 제1 전압이 인가되고 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제3 전극(423)에 제1 전압과 상이한 제2 전압이 인가됨에 따라 종전계인 제2 전기장(E2)이 발생한다. 또한, 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제3 전극(423)에 제2 전압이 인가되고 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제2 전극(122)이 접지됨에 따라 종전계인 제3 전기장(E3)이 발생한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법에서 제1 전압과 제2 전압의 크기가 서로 상이할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(121)과 제3 전극(423) 각각에 제1 전압 및 제2 전압이 선택적으로 인가될 수 있고, 이에 따라, 제1 전극(121)과 제3 전극(423) 모두에 전압이 인가되는 경우, 제1 전극(121)에만 전압이 인가되는 경우, 제3 전극(423)에만 전압이 인가되는 경우의 3가지의 서로 다른 크기의 촉각 피드백이 사용자에게 전달될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터 구동 방법에서 제1 전압 및 제2 전압은 AC 전압이고, 제1 전압의 주파수와 제2 전압의 주파수가 서로 상이할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(121)에만 제1 전압이 인가되는 경우와 제3 전극(423)에만 제2 전압이 인가되는 경우에 서로 다른 느낌의 촉각 피드백이 사용자에게 전달될 수 있다. 또한, 제1 전극(121)과 제3 전극(423) 모두에 전압이 인가되는 경우, 제1 전압의 주파수와 제2 전압의 주파수 차이에 의한 맥놀이 현상이 발생하여 보다 강한 진동 세기의 촉각 피드백이 사용자에게 전달될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 5를 참조하면, 표시 장치(500)는 표시 패널(510), 전기 활성 고분자로 구성된 액츄에이터(100), 차폐층(540), 터치 패널(520) 및 커버(530)를 포함한다.

도 5를 참조하면, 표시 장치(500)의 하부에 표시 패널(510)이 배치된다. 표시 패널(510)은 표시 장치(500)에서 영상을 표시하기 위한 표시 소자가 배치된 패널을 의미한다. 표시 패널(510)로서, 예를 들어, 유기 발광 표시 패널, 액정 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 등과 같은 다양한 표시 패널이 사용될 수 있다.

표시 패널(510) 상에는 전기 활성 고분자로 구성되는 액츄에이터(100)가 배치된다. 액츄에이터(100)는 도 1a와 도 1b, 도 2a, 도 3a, 및 도 4a에서 설명된 액츄에이터(100, 200, 300, 400) 중 어느 하나일 수 있다. 이하에서는, 도 5에 도시된 액츄에이터(100)가 도 1a 및 도 1b에 도시된 액츄에이터(100)인 것으로 설명한다. 구체적으로, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 전기 활성층(110)의 상면에 형성되고, 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)은 전기 활성층(110)의 하면에 형성된다. 도 5에서는 제3 전극(123) 및 제4 전극(124)이 표시 패널(510)과 마주하도록 액츄에이터(100)가 배치되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)이 표시 패널(510)과 마주하도록 액츄에이터(100)가 배치될 수도 있다.

액츄에이터(100) 상에는 터치 패널(520)이 배치된다. 터치 패널(520)은 표시 장치(500)에 대한 사용자의 터치 입력을 감지하는 패널을 의미한다. 터치 패널(520)로서, 예를 들어, 정전 용량 방식, 저항막 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 정전 용량 방식의 터치 패널이 터치 패널(520)로서 사용될 수 있다.

액츄에이터(100)와 터치 패널(520) 사이에는 차폐층(540)이 배치된다. 차폐층(540)은 액츄에이터(100)를 구동하기 위해 액츄에이터(100)에 인가되는 구동 전압에 의해 터치 패널(520)에 노이즈가 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 차폐층(540)은 ITO 등과 같은 투명 도전성 물질로 이루어진 얇은 필름 형태로 제조될 수 있고, 접지될 수 있다. 차폐층(540)이 접지됨에 따라, 액츄에이터(100)에 인가되는 구동 전압에 의한 간섭 신호가 차폐층(540)에서 차단될 수 있다.

터치 패널(520) 상에는 커버(530)가 배치된다. 커버(530)는 표시 장치(500) 외부로부터의 충격으로부터 표시 장치(500)를 보호하기 위한 구성이다. 커버(530)는 투명한 절연성 물질로 이루어질 수 있다.

도 5에 도시되지는 않았으나, 표시 패널(510), 액츄에이터(100), 차폐층(540), 터치 패널(520) 및 커버(530)를 서로 접착시키기 위한 접착층이 사용될 수 있다. 접착층은, 예를 들어, OCA(optical clear adhesive) 또는 OCR(optical clear resin)이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 6은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다.

도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)가 모바일 디바이스(600)에서 사용되는 경우를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)가 도 6의 (a)에서 모바일 디바이스(600)에 포함되도록 도시되었으며, 여기서 모바일 디바이스(600)는 스마트폰, 핸드폰, 태블릿 PC, PDA 등과 같은 소형화 장치를 의미한다. 표시 장치(500)가 모바일 디바이스(600)에 설치되는 경우, 외부 전원이 공급되지 않고 자체 배터리를 사용하게 되므로, 한정된 배터리 용량에 적합하도록 표시 장치(500)의 구성요소들이 설계되어야 한다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)에서와 같이 제1 전극 및 제2 전극이 전기 활성층의 상면에 형성되고 제3 전극 및 제4 전극이 전기 활성층의 하면에 형성됨으로써, 표시 장치(500)의 액츄에이터의 구동 전압이 감소되고, 한정된 배터리 용량에서도 표시 장치(500)가 정상적으로 구동될 수 있다. 또한, 사용자는 모바일 디바이스(600)로 동영상 시청, 게임, 버튼 입력 등을 수행할 시에 터치와 함께 진동을 느낄 수 있으므로, 보다 감각적인 정보를 전달받을 수 있다.

도 6의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)가 차량용 네비게이션(700)에서 사용되는 경우를 도시한다. 차량용 네비게이션(700)은 표시 장치(500) 및 다수의 조작 요소들을 포함할 수 있으며, 차량 내부에 설치된 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 표시 장치(500)가 차량용 네비게이션(700)에 적용되는 경우, 도로의 높낮이, 도로의 상태, 차량의 진행 상황 등을 촉각적으로 제공할 수 있게 된다.

도 6의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)가 모니터, TV 등과 같은 디스플레이 수단(800)으로 사용되는 경우를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)가 디스플레이 수단(800)으로 이용되는 경우, 사용자는 특정 물건의 질감, 화자의 상태 등을 실제로 경험하듯이 촉각적으로 느낄 수 있으므로, 보다 실감나는 영상을 즐길 수 있게 된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)의 액츄에이터의 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극에 인가되는 전압의 크기를 다양하게 하거나, 전압의 주파수를 다양하게 하여 사용자에게 다양한 크기의 촉각적 피드백 및/또는 다양한 느낌의 촉각적 피드백이 제공될 수 있다.

도 6의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)가 옥외 광고판(900)에서 사용되는 경우를 도시한다. 옥외 광고판(900)은 표시 장치(500) 및 지면과 표시 장치(500)를 연결시키는 지지대를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)를 옥외 광고판(900)에 적용하는 경우, 판매하고자 하는 광고 물품에 대한 촉각적인 정보 영상 및/또는 음성과 함께 사용자에게 직접 전달할 수 있으므로, 광고 효과가 극대화될 수 있게 된다.

도 6의 (e)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)가 게임기(1000)에서 사용되는 경우를 도시한다. 게임기(1000)는 표시 장치(500), 및 다양한 프로세서가 내장되는 하우징을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)를 게임기(1000)에 적용하는 경우, 사용자의 게임 조작에 따른 다양한 촉각적 피드백을 실감나게 제공할 수 있게 되므로, 사용자의 게임에 대한 몰입도가 배가될 수 있게 된다.

도 6의 (f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)가 전자 칠판(1100)에서 사용되는 경우를 도시한다. 전자 칠판(1100)은 표시 장치(500), 스피커 및 이들을 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 구조물을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)를 전자 칠판(1100)에 적용하는 경우, 교육자는 스타일러스 펜 또는 손가락으로 표시 장치(500)에 강의 내용을 입력할 때에 직접 칠판에 판서하는 듯한 느낌을 제공받을 수 있게 된다. 또한, 피교육자가 전자 칠판(1100)에 표시된 이미지에 대한 터치 입력을 인가하는 경우, 해당 이미지에 적합한 촉각적 피드백이 피교육자에게 제공될 수 있으므로, 교육의 효과가 극대화될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 전기 활성층
121, 121a, 121b, 321: 제1 전극
122, 322: 제2 전극
123, 123a, 123b, 123c, 223, 423: 제3 전극
124, 224: 제4 전극
131: 제1 배선
132: 제2 배선
140: FPCB
141: 회로부
100, 200, 300, 400: 액츄에이터
510: 표시 패널
520: 터치 패널
530: 커버
540: 차폐층
500: 표시 장치
600: 모바일 디바이스
700: 차량용 네비게이션
800: 디스플레이 수단
900: 옥외 광고판
1000: 게임기
1100: 전자 칠판
AA: 액티브 영역
CE: 셀

Claims (15)

1. 전기 활성 고분자로 이루어지는 전기 활성층;
   상기 전기 활성층의 일 면에 배치된 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극; 및
   상기 전기 활성층의 일 면의 반대면에 배치된 복수의 제3 전극 및 복수의 제4 전극을 포함하고,
   상기 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제3 전극 및 상기 복수의 제4 전극은 도전성 물질로 이루어지고,
   상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극은 서로 교대로 배치되고,
   상기 복수의 제3 전극과 상기 복수의 제4 전극은 서로 교대로 배치된, 액츄에이터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전기 활성층은 복수의 셀을 갖고,
   상기 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제3 전극 및 상기 복수의 제4 전극은 상기 셀 각각에 배치된, 액츄에이터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극은 서로 다른 전압이 인가되고,
   상기 복수의 제3 전극과 상기 복수의 제4 전극은 서로 다른 전압이 인가되는, 액츄에이터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제4 전극은 서로 중첩하고,
   상기 복수의 제2 전극과 상기 복수의 제3 전극은 서로 중첩하는, 액츄에이터.
5. 제4항에 있어서,
   상기 복수의 제1 전극 각각과 상기 복수의 제2 전극 각각 사이의 공간은 상기 복수의 제3 전극 각각과 상기 복수의 제4 전극 각각 사이의 공간에 대응하는, 액츄에이터.
6. 제4항에 있어서,
   상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제3 전극에 제1 전압이 인가되도록 구성되고,
   상기 복수의 제2 전극 및 상기 복수의 제4 전극은 접지되도록 구성되며,
   상기 제1 전압은 DC 전압인, 액츄에이터.
7. 제4항에 있어서,
   상기 복수의 제1 전극 각각에 서로 다른 전압이 인가되도록 구성되고,
   상기 복수의 제2 전극 및 상기 복수의 제4 전극은 접지되도록 구성되고,
   상기 복수의 제3 전극 각각에 서로 다른 전압이 인가되도록 구성된, 액츄에이터.
8. 제4항에 있어서,
   상기 복수의 제1 전극에 제1 전압이 인가되고,
   상기 복수의 제3 전극에 제2 전압이 인가되고,
   상기 복수의 제2 전극 및 상기 복수의 제4 전극은 접지되며,
   상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 서로 상이한 주파수를 갖는 AC 전압인, 액츄에이터.
9. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제3 전극 각각 및 상기 복수의 제4 전극 각각은 상기 복수의 제1 전극 중 하나 및 상기 복수의 제2 전극 중 하나와 완전히 중첩하는, 액츄에이터.
10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제3 전극 및 상기 복수의 제4 전극 각각은 상기 복수의 제1 전극 중 하나의 일부 및 상기 복수의 제2 전극 중 하나의 일부와 중첩하는, 액츄에이터.
11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제3 전극 및 상기 복수의 제4 전극은 투명 도전성 물질로 이루어진, 액츄에이터.
12. 전기 활성층;
    상기 전기 활성층의 일 면에 배치된 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극; 및
    상기 전기 활성층의 일 면의 반대면에 배치된 제3 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제2 전극 및 상기 제3 전극은 투명 도전성 물질로 이루어지고,
    상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극은 서로 교대로 배치되고,
    상기 제3 전극은 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 중첩하는, 액츄에이터.
13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극에 제1 전압이 인가되도록 구성되고,
    상기 제3 전극에 제2 전압이 인가되도록 구성되고,
    상기 복수의 제2 전극은 접지되며,
    상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 서로 상이한 DC 전압인, 액츄에이터.
14. 표시 패널;
    상기 표시 패널 상에 배치되고, 전기 활성 고분자로 구성된 전기 활성층, 상기 전기 활성층의 일 면에 배치된 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극, 및 상기 전기 활성층의 일 면의 반대면에 배치된 복수의 제3 전극 및 복수의 제4 전극을 갖는 액츄에이터;
    상기 액츄에이터 상의 터치 패널;
    상기 터치 패널 상의 커버; 및
    상기 터치 패널과 상기 액츄에이터 사이의 차폐층을 포함하는, 표시 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 액츄에이터의 셀의 면적과 상기 터치 패널의 화소의 면적은 동일한, 표시 장치.

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