KR102315184B1 - 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 하부 기판; 상기 하부 기판에 대향하는 상부 기판; 및 상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 위치하는 전기 광학 활성층; 및 상기 하부 기판 또는 상기 상부 기판의 내면 또는 외면에 위치하고, 상기 표시 패널의 전면에 걸쳐 배열되어 있으며, 광에 응답하여 초음파를 발생시키는 복수의 멤브레인;을 포함한다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 햅틱(haptic) 기능을 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED), 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD) 등의 평판 표시 장치(flat panel display, FPD)는 전기장 생성 전극과 전기 광학 활성층(electro-optical active layer)을 포함하는 표시 패널을 포함한다. 전기 광학 활성층으로서, 유기 발광 표시 장치의 표시 패널은 유기 발광층을 포함하고, 액정 표시 장치의 표시 패널은 액정층을 포함한다. 전기장 생성 전극은 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자에 연결되어 데이터 신호를 인가받을 수 있고, 전기 광학 활성층은 이러한 데이터 신호를 광학 신호로 변환함으로써 영상을 표시한다.
이러한 표시 장치의 사용자 인터페이스를 향상시키기 위해, 촉감(sense of touch)을 통해 사용자와 상호 작용하는 햅틱 기술이 연구되고 있다. 예컨대, 3차원 공간 상의 물체를 만지고, 잡고, 이동시키기는 있어서 햅틱 피드백이 필요한 것으로 여겨진다. 또한, 햅틱 피드백은 제스처(gesture) 및 호버링(hovering) 같은 사용자 인터페이스에서도 표시 장치와 상호 작용하고 있다는 느낌을 증강시키기 위해 활용될 수 있다. 이러한 햅틱 기능은 3차원 공간 상의 가상의 대상(object)과의 상호 작용에 특히 유용할 수 있다.
햅틱 효과를 제공하기 위해서는 진동 소자 같은 햅틱 장치(hatic actuator)가 필요하며, 표시 장치에서 이를 내장하기 위한 공간이 확보되어야 한다. 그러한 햅틱 장치의 예로 압전 효과(piezoelectric effect)를 이용하는 방식과 정전(eletro-static) 방식을 들 수 있다. 하지만, 이들 햅틱 장치는 전극이 불투명하여 표시 장치의 하부에 위치시켜야 하고, 많은 배선이 필요하여 표시 장치의 부피를 증가시키므로, 표시 장치에 통합시키는데 한계가 있다.
본 발명의 목적은 햅틱 기능을 가지는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 구조가 간단하면서도 햅틱 성능이 우수한 햅틱 장치를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 하부 기판; 상기 하부 기판에 대향하는 상부 기판; 및 상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 위치하는 전기 광학 활성층; 및 상기 하부 기판 또는 상기 상부 기판의 내면 또는 외면에 위치하고, 상기 표시 패널의 전면에 걸쳐 배열되어 있으며, 광에 응답하여 초음파를 발생시키는 복수의 멤브레인;을 포함한다.
상기 표시 장치는 상기 멤브레인을 진동시키기 위한 광을 조사하는 적어도 하나의 광원을 더 포함할 수 있다.
상기 멤브레인은 상기 상부 기판과 상기 전기 광학 활성층 사이에 위치할 수 있다.
상기 표시 패널은 상기 상부 기판 위에 위치하는 편광층을 더 포함할 수 있고, 상기 멤브레인은 상기 상부 기판과 상기 편광층 사이에 위치할 수 있다.
상기 멤브레인은 상기 하부 기판의 외면에 위치할 수 있다.
상기 표시 패널은 상기 상부 기판 위에 위치하는 편광층 및 상기 편광층 위에 위치하는 윈도우를 더 포함할 수 있고, 상기 멤브레인은 상기 편광층과 상기 윈도우 사이에 위치할 수 있다.
상기 광원은 상기 전기 광학 활성층에 위치할 수 있다.
상기 광원은 상기 전기 광학 활성층의 비발광 영역에 위치할 수 있다.
상기 광원은 상기 전기 광학 활성층의 화소 영역에 위치할 수 있다.
상기 광원은 상기 하부 기판 아래에 위치할 수 있다.
상기 광원은 적외선 발광 다이오드일 수 있다.
상기 멤브레인은 가시광에 투명하고, 근적외선 영역의 광을 흡수하여 진동할 수 있다.
상기 표시 장치는 터치를 감지하기 위한 신호를 생성하는 터치 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 터치 센서는 공간 터치를 감지하는 모션 센서를 포함할 수 있다.
상기 터치 센서에 구동 전압을 인가하고 터치 정보에 관한 출력 신호를 생성하는 터치 제어부;
상기 표시 장치는, 상기 햅틱 장치에 구동 전압을 인가하는 햅틱 제어부; 및 상기 터치 제어부에 터치 제어 신호를 인가하고, 상기 터치 제어부의 출력 신호에 기초하여 상기 햅틱 제어부에 햅틱 제어 신호를 인가하는 신호 제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 표시 장치에서 햅틱 효과를 제공하는 초음파 발생시키는 멤브레인이 표시 패널에 배치될 수 있어 햅틱 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 가시광에 투명한 멤브레인을 적용함으로써 표시 장치의 광 효율을 저하시키지 않는다. 특히, 멤브레인을 진동시키기 위한 배선을 요하지 않으므로 햅틱 장치의 구조가 매우 간단하고 표시 장치에 쉽게 내재화될 수 있다. 또한, 멤브레인의 적용에 따라 다양한 햅틱 감각을 표현할 수 있고, 수 ns 내지 수 μm의 빠른 응답 속도의 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 표시 장치를 A-A 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 햅틱 장치의 일부를 분리하여 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 햅틱 장치의 동작 메커니즘의 일 예를 보여주는 순서도이다.
도 5 내지 도 9는 햅틱 장치의 멤브레인과 광원의 위치를 나타내는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 있어서 햅틱 피드백 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 터치 입력과 햅틱 피드백의 타이밍을 나타내는 도면이고, 도 14는 햅틱 구동 알고리즘을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 블록도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하거나 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 이하에서는 주로 유기 발광 표시 장치와 관련하여 설명할지라도, 본 발명은 액정 표시 장치 같은 다른 종류의 다른 표시 장치에도 적용될 수 있다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 표시 장치를 A-A 선을 따라 취한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 표시 장치는 서로 마주 보는 하부 기판(110) 및 상부 기판(210), 그리고 그 사이에 위치하는 전기 광학 활성층(300)을 포함하는 표시 패널(10)을 포함한다. 하부 기판(110)과 상부 기판(210)은 그 가장자리에서 밀봉체(seal)(도시되지 않음)에 의해 밀봉되게 합착되어 있다. 전기 광학 활성층(300)은 영상을 표시하기 위한 빛이 나오는 영역인 화소 영역과 그 주변의 비화소 영역을 포함한다. 화소 영역에서 나오는 빛은 상부 기판(210)을 통과하여 예컨대 표시 패널(10)의 전방에 위치하는 사용자가 볼 수 있는 영상으로 표시될 수 있다. 유기 발광 표시 패널의 경우 전기 광학 활성층은 하부 기판(110) 위에 형성된 유기 발광층을 포함하고, 액정 표시 패널의 경우 전기 광학 활성층은 하부 기판(110)과 상부 기판(210) 사이에 주입된 액정층을 포함한다. 표시 패널(10)은 전기 광학 활성층(300)에 전기장을 인가하기 하기 위한 전극, 스위칭 소자 등 여러 소자를 또한 포함하고, 박막 트랜지스터 같은 스위칭 소자는 하부 기판(110) 상에 형성되어 있을 수 있다.
표시 패널(10)은 상부 기판(210) 위에 위치하는 편광층(polarizer film)(410)을 더 포함한다. 유기 발광 표시 패널의 경우, 편광층(410)은 외광 반사를 줄이기 위해 유기 발광 표시 패널과 외부 환경이 만나는 경계면 부근에 반사 방지층으로서 부착될 수 있다. 유기 발광 표시 패널에서, 편광층(410)은 보통 선편광판(linear polarizer)과 1/4λ 위상차판(1/4 wave retarder)을 포함하는 원편광판(circular polarizer)을 사용된다. 액정 표시 패널의 경우, 편광층(410)은 한 방향으로 진동하는 빛만 투과시키기 위해 사용되며, 하부 기판(110) 아래에 편광층(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.
표시 패널(10)는 멤브레인(500)을 포함한다. 멤브레인(500)은 표시 패널(10)에 하나의 층으로서 내재되어 있다. 다수의 멤브레인(500)이 표시 패널(10)의 전면(全面)에 걸쳐 배열될 수 있고, 행렬 형태로 배치될 수 있다. 각각의 멤브레인(500)은 직사각형일 수 있고 한 변의 길이가 예컨대 약 4 mm 내지 약 5 mm일 수 있지만, 형상이나 크기가 제한되는 것은 아니다.
멤브레인(500)은 특정 파장대의 광을 흡수하여 진동함으로써 초음파를 발생시키는 진동막이다. 예컨대 멤브레인(500)은 비가시광 영역의 광 특히, 적외선 또는 근적외선 영역의 광을 흡수하여 진동할 수 있다. 따라서 멤브레인(500)은 표시 패널(10) 내에서 독립적으로 배치될 수 있고, 이를 구동하기 위해 배선과 연결되는 것을 요하지 않는다. 멤브레인(500)은 영상을 표시하기 위해 표시 패널(10)의 전기 광학 활성층(300)으로부터 나오는 빛을 흡수하지 않도록 가시광에 투명할 수 있다.
멤브레인(500)에서 방출되는 초음파의 집속을 위해 멤브레인(500) 위에 음향 렌즈(acoustic lens)(도시되지 않음)를 사용하거나, 귤절률 정합층(index matching layer)(도시되지 않음)을 통해 효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 표시 장치는 표시 패널(10)에 대한 사용자의 직접 또는 간접(비접촉) 터치, 3차원 공간 상의 가상의 대상에 대한 터치, 및/또는 제스처를 감지할 수 있는 터치 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 그러한 터치 센서는 예컨대 카메라에 의해 대상을 캡쳐하여 데이터를 생성하는 모션 센서일 수 있다. 생성된 데이터는 예컨대 표시 장치의 터치 제어부(도시되지 않음)에 의해 처리되어, 대상의 움직임, 위치 등을 파악할 수 있는 터치 정보를 생성하는데 사용될 수 있다. 모션 센서는 특히 3차원 공간 상의 가상의 대상에 대한 터치(이하 공간 터치 또는 3차원 터치라고 함)를 감지하는데 사용될 수 있다. 그 밖에도 표시 장치는 정전 용량 방식, 전자기 유도 방식, 광 감지 방식 등 본 발명이 속하는 기술 분야에서 알려진 다양한 방식의 터치 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 표시 장치는 표시 패널(10)에 복수의 전극 셀을 배치하고, 터치에 의한 전극 셀의 정전 용량 등의 변화에 기초하여 터치 여부, 터치 위치 등을 감지하기 위한 신호를 생성하는 터치 센서를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 멤브레인(500)은 도시된 것처럼 상부 기판(210)의 내면에 위치할 수 있다. 하지만, 멤브레인(500)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니고, 예컨대, 상부 기판(210)의 외면에 위치하거나, 하부 기판(110)의 외면 또는 내면에 위치할 수도 있다. 본 명세서의 기판, 층 등의 내면은 전기 광학 활성층을 향하는 면을 의미하고, 외면은 전기 광학 활성층의 반대쪽을 향하는 면을 의미한다.
멤브레인(500)은 상부 기판(210) 또는 하부 기판(110)에 바로 형성되거나, 별도의 기판이나 막에 형성되어 부착될 수도 있다. 멤브레인(500)은 편광층(410) 위에 형성될 수도 있다. 멤브레인(500)은 포토리소그래피, 잉크젯 방식, 스크린 프린팅 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
멤브레인(500)은 특정 파장대의 광을 흡수하여 진동하므로, 표시 장치는 그러한 광을 방출하는 광원(600)을 포함한다. 광원(600)은 예컨대 적외선 발광 다이오드 또는 적외선 발광 유기 발광 다이오드일 수 있다. 이들 광원(600)은 멤브레인(500)을 향하여 광을 방출하도록 위치할 수 있다. 광원(600)은 멤브레인(500)과 조합하여 햅틱 장치를 구성하게 된다. 광원(600)은 액정 표시 장치의 백라이트 광원이나 유기 발광 표시 장치의 영상을 표시하기 위한 유기 발광 다이오드와 별개일 수 있다.
광원(600)은 도 2에 도시된 바와 같이, 표시 패널(10)의 내부에 위치할 수 있다. 유기 발광 표시 패널의 경우, 광원(600)은 유기 발광층을 포함하는 전기 광학 활성층(300)에 위치할 수 있다. 예컨대, 광원(600)은 전기 광학 활성층(300)의 비발광 영역 즉, 영상을 표시하기 위한 가시광을 방출하는 유기 발광 다이오드가 배치되어 있지 않은 영역(비화소 영역이라고도 함)에 위치할 수 있다. 또한, 광원(600)은 화소 영역의 가시광 방출 유기 발광 다이오드의 일부를 대체하여 위치할 수도 있다. 광원(600)은 예컨대 적외선 발광 유기 발광 다이오드일 수 있다. 이와 같은 식으로 광원(600)을 표시 패널(10) 내부에 특히, 전기 광학 활성층(300)에 배치할 경우, 햅틱 장치를 구성하는 광원(600)으로 인한 표시 패널(10)의 두께 증가가 방지될 수 있다. 광원(600)은 표시 패널(10)의 외부에 외장형으로 위치할 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
광원(600)은 멤브레인(500)과 1:1로 대응하도록 배치될 수 있고, 예컨대 매트릭스 형태로 배치된 멤브레인(500)과 평면상 중첩하게 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 하지만 광원(600)의 개수가 멤브레인(500)의 개수와 반드시 동일할 필요는 없으며, 하나 또는 복수의 광원이 조합하여 하나 또는 복수의 멤브레인(500)에 광을 제공하도록 설계될 수도 있다.
이제 도 3 및 4를 참조하여 본 발명의 표시 장치에 내재되는 햅틱 장치의 동작에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 햅틱 장치의 일부를 분리하여 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 햅틱 장치의 동작 메커니즘의 일 예를 보여주는 순서도이다.
햅틱 장치는 멤브레인(500) 및 광원(600)을 포함한다. 광원(600)이 비가시광 영역의 광 펄스(light pulse)를 출력하면, 출력된 광 펄스는 열 에너지로 멤브레인(500)으로 전달된다. 멤브레인(500)은 특정 파장대의 에너지를 흡수하여 가열되어 응력이 변형된다. 그 결과 열팽창에 의한 열탄성에 의해 멤브레인(500)이 미세 진동하게 된다. 멤브레인(500)이 미세 진동하면 가청 주파수 범위를 넘어서는 압력파(pressure wave)인 초음파가 발생하고, 초음파의 압력에 따라 사용자의 손가락 등에 촉감을 부여하게 된다. 요약하면, 멤브레인(500)은 광원(600)에서 나오는 특정 파장대의 에너지를 흡수하여 진동함으로써 초음파를 발생시키고, 발생된 초음파는 사용자의 손가락에 미세 진동을 부여하여 촉감을 느끼게 된다. 초음파는 공기 같은 매질을 통해 전달되므로, 사용자는 표시 패널 같은 구체적인 물체에 직접 닿지 않더라도 초음파의 미세 진동이 부여하는 촉감을 느낄 수 있다.
멤브레인(500)의 의해 발생하는 초음파의 진폭(amplitude)는 광원의 출력에 비례한다. 따라서 광원의 출력을 조절함으로써 초음파의 세기를 조절할 수 있다. 또한, 멤브레인(500)의 진동 주파수는 광 펄스의 주파수와 동일하고, 이것은 초음파의 주파수와 또한 동일하다. 따라서 초음파의 진폭과 주파수를 광 펄스의 진폭과 주파수 조절을 통해 조절할 수 있으므로, 햅틱 성능을 좌우하는 표현 가능한 주파수 범위가 넓고 다양한 촉감을 부여할 수 있다.
이하에서는 표시 장치에서 햅틱 장치를 구성하는 멤브레인과 광원의 가능한 몇몇 위치에 대하여 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 5 내지 도 9는 햅틱 장치의 멤브레인과 광원의 위치를 나타내는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 유기 발광 표시 장치의 단면을 개략적으로 도시하고 도 9는 액정 표시 장치의 단면을 개략적으도 도시한다.
도 5를 참조하면, 멤브레인(500)의 위치에 있어서 도 2의 실시예와 차이가 있다. 즉, 멤브레인(500)이 상부 기판(210)의 외면에, 좀더 자세하게는 상부 기판(210)과 편광층(410) 사이에 위치하고 있다. 멤브레인(500)은 상부 기판(210)의 외면에 직접 형성될 수 있고, 편광층(410)에 형성되어 상부 기판(210) 외면에 부착될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 멤브레인(500)의 위치에 있어서 도 2의 실시예와 차이가 있다. 즉, 멤브레인(500)이 하부 기판(110)의 외면에 위치하고 있다. 멤브레인(500)의 진동에 의해 발생하는 초음파는 표시 패널(10)을 투과하여 전방으로 전달될 수 있으므로, 하부 기판(110)에 형성되더라도 햅틱 피드백을 제공할 수 잇다. 멤브레인(500)은 하부 기판(110)의 외면에 직접 형성될 수 있고, 별도의 기판 또는 막(도시되지 않음)에 형성되어 하부 기판(110)의 외면에 부착될 수도 있다.
도 7을 참조하면, 편광층(410) 위에 윈도우(700)가 더 위치하는 예가 도시된다. 윈도우(700)는 모바일 기기 등에서 표시 장치를 보호하기 위해 표시 패널(10) 위에 부착되는 유리 기판일 수 있다. 멤브레인(500)은 이러한 윈도우(700)와 편광층(410) 사이에 위치할 수 있다. 이때, 멤브레인(500)은 윈도우(700)의 내면에 직접 형성되거나, 편광층(410) 외면에 직접 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 광원(600)의 위치에 있어서 도 2의 실시예와 차이가 있다. 즉, 광원(600)이 전기 광학 활성층(300) 같은 표시 패널(10)의 내부가 아닌 하부 기판(110) 아래에 위치하고 있다. 광원(600)은 별도의 기판(도시되지 않음)에 설치되어 하부 기판(110) 가까이 또는 접하게 위치할 수 있다. 이와 같이 광원(600)이 표시 패널(10) 외부에 위치하는 경우, 광원(600)은 발광 다이오드, 예컨대 적외선 발광 다이오드일 수 있다. 멤브레인(500)이 상부 기판(210)의 내면에 위치하는 경우를 도시하고 있지만, 이러한 광원(600)의 위치는 도 6 및 도 7의 실시예와 같이 멤브레인(500)이 상부 기판(210)의 외면에 위치하거나 윈도우(700)의 내면에 위치하는 경우, 또는 하부 기판의 내면이나 외면에 위치하는 경우에도 적용될 수 있다.
도 9를 참조하면 하부 기판(110)과 상부 기판(210) 사이에 전기 광학 활성층(300)으로서 액정층이 형성되어 있다. 상부 기판(210) 위와 하부 기판(110)의 아래에는 각각 편광층(410, 420)이 부착되어 있다. 이러한 액정 표시 패널에서, 멤브레인(500)은 상부 기판(210)의 외면, 즉, 상부 기판(210)과 편광층(410) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 멤브레인(500)은 하부 기판(110)과 편광층(420) 사이에 위치할 수도 있고, 상부 기판(210) 또는 하부 기판(110)의 내면에 위치할 수도 있고, 편광층(410, 420) 외면에 위치할 수도 있다.
광원(600)은 편광층(420) 아래에 위치하고 있다. 광원(600)은 별도의 기판(도시되지 않음)에 설치되어 편광층(420) 가까이 또는 접하게 위치할 수 있다. 광원(600)은 적외선 발광 다이오드 같은 발광 다이오드일 수 있다. 액정 표시 장치의 백라이트 광원이 표시 패널(10) 아래에 위치하는 직하형 백라이트 구조의 경우, 광원(600)은 액정 표시 장치의 백라이트 광원이 위치하는 기판에 위치할 수 있다.
이제 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 있어서 햅틱 피드백 프로세스와 햅틱 구동 알고리즘에 대해 설명한다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 있어서 햅틱 피드백 프로세스를 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 터치 입력과 햅틱 피드백의 타이밍을 나타내는 도면이고, 도 14는 햅틱 구동 알고리즘을 나타낸다.
도10을 도 1 및 2와 함께 참조하면, 전술한 멤브레인(500)이 표시 패널(10)의 전면에 걸쳐 행렬 형태로 배열되어 있다. 각각의 멤브레인은 그 위치에 따라 E1 내지 E32로 부호를 부여하였다. 이와 같은 멤브레인 배열을 갖는 표시 패널(10)로부터 공간 상에 도 10에 도시된 바와 같이 3차원 영상이 표시될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면 표시되는 3차원 영상에 대하여 사용자가 예컨대 손가락으로 멤브레인(E5) 또는 멤브레인(E26)에 해당하는 공간을 터치하면, 표시 장치는 모션 센서 등을 통해 공간 터치를 감지하고, 멤브레인(E5) 또는 멤브레인(E26)에 대응하는 광원(600)을 구동시켜 광 펄스를 발생시킨다. 그 결과 멤브레인(E5) 또는 멤브레인(E26)이 진동하여 손가락에 촉감을 부여하는 초음파를 생성한다. 이때 멤브레인(E5)과 멤브레인(E26)은 서로 다른 초음파를 생성할 수 있다. 예컨대, 멤브레인(E5)는 머리카락과 유사한 촉감을 느낄 수 있는 초음파를 생성할 수 있고, 멤브레인(E26)은 가죽 같은 신발의 촉감을 느낄 수 있는 초음파를 생성할 수 있다. 이와 같은 다양한 촉감은 광원(600)으로부터 나오는 광 펄스의 진폭과 주파수를 조절함으로써 구현될 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 표시 장치의 신호 제어부(도시되지 않음)은 한 프레임을 시분할하여 제1 기간에는 터치 센서를 제어하기 위한 신호를 생성하고, 제2 기간에는 햅틱 장치를 제어하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 터치 센서의 제어 신호는 제1 기간 동안 터치 제어부(도시되지 않음)에 인가될 수 있고 (S1), 제1 기간에서 제어 신호가 인가된 후 제2 기간이 시작하기 전에, 신호 제어부는 터치 센서의 출력 신호에 기초하여 터치 여부를 판별할 수 있다 (S2). 터치가 있는 것으로 판별된 경우, 햅틱 장치의 제어 신호는 제2 기간 동안 햅틱 제어부(도시되지 않음)에 인가된다 (S3). 이러한 동작은 프레임마다 반복될 수 있다.
터치 센서의 제어 신호와 햅틱 장치의 제어 신호는 각각의 멤브레인(E1 내지E30)에 대하여 생성될 수 있다. 도 10 내지 도 12를 교차 참고하면, 서로 다른 촉감을 부여하기 위해 멤브레인(E5)과 멤브레인(E26)에 서로 다른 초음파를 발생시킬 수 있도록, 멤브레인(E5)에 대해 생성되는 제어 신호와 멤브레인(E26)에 대해 생성되는 제어 신호는 서로 다른 파형 및/또는 레벨을 가질 수 있다.
이상에서 3차원 표시 장치나 투명 표시 장치 같은 표시 장치에 표시될 수 있는 3차원 공간 상의 대상에 대한 공간 터치를 예로 들어 주로 설명하였지만, 본 발명은 2차원 영상이 표시되는 표시 패널에 대한 직접 또는 간접 터치에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 제스처나 호버링에 대하여 햅틱 피드백을 제공하는데 적용될 수 있고, 3D 모델링 소프트웨어와 비디오 게임, 바이오/헬스 분야에도 적용될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 블록도이다.
표시 장치는 전술한 표시 패널(10) 외에, 표시 패널(10)에 연결된 게이트 구동부(40)와 데이터 구동부(50), 게이트 구동부(40)와 데이터 구동부(50)를 제어하는 신호 제어부(60)를 포함한다. 표시 장치는 모션 센서 같은 터치 센서를 제어하는 터치 제어부(70) 및 햅틱 장치를 제어하는 햅틱 제어부(80)를 또한 포함한다.
표시 패널(10)의 영상을 표시하기 위한 구성에 대해 간략하게 설명하면, 표시 패널(10)은 복수의 게이트선(도시되지 않음) 및 복수의 데이터선(도시되지 않음), 그리고 스위칭 소자를 통해 이에 연결되어 있으며 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(도시되지 않음)를 포함한다. 화소는 예컨대 빛의 삼원색인 적색, 녹색 및 청색을 각각 표현하는 화소를 포함할 수 있고, 백색을 표현하는 화소를 더 포함할 수도 있다.
게이트 구동부(40)는 표시 패널(10)의 게이트선과 연결되어 있으며, 게이트 온 전압을 게이트선에 인가한다. 데이터 구동부(50)는 표시 패널(10)의 데이터선과 연결되어 있으며, 입력 영상 신호(R, G, B)에 대응하는 데이터 전압을 데이터선에 인가한다. 데이터 구동부(50)는 계조 전압 생성부(도시되지 않음)에서 생성된 계조 전압을 이용하여 영상 데이터(DAT)를 데이터 전압으로 변환한다. 데이터 전압은 게이트 온 전압에 의해 턴온된 스위칭 소자를 통하여 화소에 인가되고, 화소는 데이터 전압과 공통 전압(기준 전압)의 차이에 따른 휘도를 표시하게 된다.
터치 제어부(70)는, 표시 패널(10)에 위치하거나 이와 분리되어 별개로 위치하는 터치 센서에 구동 전압을 인가하는 구동 전압 입력부 및 터치 신호의 출력 신호를 입력 받아 처리하는 터치 신호 처리부를 포함할 수 있다. 터치 제어부(70)의 터치 신호 처리부는 출력 신호를 처리하여 터치 여부 및 터치 위치 등의 터치 정보를 생성할 수 있다.
햅틱 제어부(80)는 표시 패널(10) 내에 위치하거나 표시 패널(10) 가까이 위치할 수 있는 광원(600)에 구동 전압을 인가할 수 있다. 광원(600)에 구동 전압이 인가되면, 광원(600)은 구동 전압에 따른 진폭과 주파수를 가진 광 펄스를 생성하고, 광 펄스를 입력 받은 멤브레인(500)은 특정 파장대 에너지를 흡수하여 진동함으로써 햅틱 피드백을 부여하는 초음파를 생성한다.
신호 제어부(60)는 영상 신호(R, G, B) 및 이의 제어 신호(CONT)를 수신하여 표시 패널(10)의 동작 조건에 맞게 처리하여 게이트 구동부(40)와 데이터 구동부(50)를 제어한다. 또한 신호 제어부(60)는 터치 제어부(70)와 햅틱 제어부(80)를 제어한다. 이를 위해, 신호 제어부(60)는 게이트 제어 신호(CONT1), 데이터 제어 신호(CONT2)을 생성하여 출력하고, 터치 제어 신호(CONT3) 및 햅틱 제어 신호(CONT4)를 생성하여 출력한다.
이러한 구동 장치(40, 50, 60, 70, 80)는 개별적으로 또는 조합하여 집적 회로 칩의 형태로 표시 패널(10)에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시되지 않음) 위에 장착되어 TCP(tape carrier package)의 형태로 표시 패널(10)에 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)(도시되지 않음) 위에 장착될 수도 있고, 표시 패널(10)에 집적될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 표시 패널 40: 게이트 구동부
50: 데이터 구동부 60: 신호 제어부
70: 터치 제어부 80: 햅틱 제어부
110: 하부 기판 210: 상부 기판
300: 전기 광학 활성층 410, 420: 편광층
500: 멤브레인 600: 광원
700: 윈도우

Claims (16)

  1. 하부 기판;
    상기 하부 기판에 대향하는 상부 기판;
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 위치하는 전기 광학 활성층; 및
    상기 하부 기판 또는 상기 상부 기판의 내면 또는 외면에 위치하고, 표시 패널의 전면에 걸쳐 배열되어 있으며, 광에 응답하여 초음파를 발생시키는 복수의 멤브레인;
    을 포함하는 표시 패널을 포함하는 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 멤브레인을 진동시키기 위한 광을 조사하는 적어도 하나의 광원을 더 포함하는 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 멤브레인은 상기 상부 기판과 상기 전기 광학 활성층 사이에 위치하는 표시 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 표시 패널은 상기 상부 기판 위에 위치하는 편광층을 더 포함하고,
    상기 멤브레인은 상기 상부 기판과 상기 편광층 사이에 위치하는 표시 장치.
  5. 제2항에서,
    상기 멤브레인은 상기 하부 기판의 외면에 위치하는 표시 장치.
  6. 제2항에서,
    상기 표시 패널은 상기 상부 기판 위에 위치하는 편광층 및 상기 편광층 위에 위치하는 윈도우를 더 포함하고,
    상기 멤브레인은 상기 편광층과 상기 윈도우 사이에 위치하는 표시 장치.
  7. 제2항에서,
    상기 광원은 상기 전기 광학 활성층에 위치하는 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 광원은 상기 전기 광학 활성층의 비발광 영역에 위치하는 표시 장치.
  9. 제7항에서,
    상기 광원은 상기 전기 광학 활성층의 화소 영역에 위치하는 표시 장치.
  10. 제7항에서,
    상기 광원은 적외선 유기 발광 다이오드인 표시 장치.
  11. 제2항에서,
    상기 광원은 상기 하부 기판 아래에 위치하는 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 광원은 적외선 발광 다이오드인 표시 장치.
  13. 제2항에서,
    상기 멤브레인은 가시광에 투명하고, 근적외선 영역의 광을 흡수하여 진동하는 표시 장치.
  14. 제2항에서,
    터치를 감지하기 위한 신호를 생성하는 터치 센서를 더 포함하는 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 터치 센서는 공간 터치를 감지하는 모션 센서를 포함하는 표시 장치.
  16. 제14항에서,
    상기 터치 센서에 구동 전압을 인가하고 터치 정보에 관한 출력 신호를 생성하는 터치 제어부;
    상기 광원에 구동 전압을 인가하는 햅틱 제어부; 및
    상기 터치 제어부에 터치 제어 신호를 인가하고, 상기 터치 제어부의 출력 신호에 기초하여 상기 햅틱 제어부에 햅틱 제어 신호를 인가하는 신호 제어부;
    를 더 포함하는 표시 장치.
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