KR102558899B1 - 표시장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 표시장치는, 영상을 표시하는 표시패널; 상기 표시패널의 후면에 배치되며, 입력된 전압에 따라 자기력을 발생하는 복수개의 코일들을 포함하는 코일 어레이; 상기 코일 어레이에 상기 전원을 공급하는 전압 공급부; 및 상기 코일 어레이에 포함된 코일에 특정 전압의 전원이 공급되도록 상기 전압 공급부를 제어하는 코일 구동부;를 포함한다.

Description

표시장치 및 이의 제어방법{Display Device and Controlling Method Thereof}

본 발명은 표시패널 상에 위치한 물체를 물리적으로 이동시키는 기능을 갖는 표시장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

표시장치는 텍스트, 정지영상, 동영상과 같은 시각적인 정보를 표시하는 데에 사용된다.

멀티미디어 정보의 증가와 디스플레이 기술의 발전에 따라 표시장치는 정보를 제공하거나 멀티미디어 데이터를 재생하기 위한 용도뿐 아니라 교육용, 게임용, 놀이용 등, 그 적용분야가 점점 넓어지고 있다. 이에, 사용자의 흥미를 유발하고 사용상 편의를 제공하기 위해 표시장치와 접목할 수 있는 다양한 부가 기능에 대한 연구도 활발히 진행중이다.

표시장치에 제공되는 부가 기능에는 햅틱 기능이 있다. 현재 출시되고 있는 휴대용 단말기, 터치스크린, 및 전자 디바이스는 시각적인 정보를 제공하는 것뿐 아니라, 물리적인 진동을 발생하여 촉감을 전달하는 햅틱 기술을 접목하여 시촉각 사용자 인터페이스를 제공하고 있다.

이러한 종래의 부가 기능은 표시장치의 터치패널에 대한 입력이나 메시지 수신 등의 특정 이벤트를 알리기 위한 것으로서, 사용자에게 체감되는 물리적인 효과가 미미하고 표시장치에 대한 흥미를 유발하기에는 한계가 있다.

본 발명의 목적은 표시패널상에 위치한 물체를 물리적으로 이동시키는 기능을 접목하여 사용자의 흥미를 유발할 수 있고 표시장치를 통한 정보 전달 효과를 향상시킬 수 있는 표시장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는, 영상을 표시하는 표시패널; 상기 표시패널의 후면에 배치되며, 입력된 전압에 따라 자기력을 발생하는 복수개의 코일들을 포함하는 코일 어레이; 상기 코일 어레이에 상기 전원을 공급하는 전압 공급부; 및 상기 코일 어레이에 포함된 코일에 특정 전압의 전원이 공급되도록 상기 전압 공급부를 제어하는 코일 구동부;를 포함한다.

상기 코일 어레이는, 상기 복수개의 코일들의 출력단은 공통으로 연결되고, 각각의 코일들의 입력단은 상기 전압 공급부에 개별적으로 연결될 수 있다.

상기 전압 공급부는, 복수개의 저항이 직렬로 연결되어 입력된 전압을 양전압 및 음전압으로 분압하여 출력하는 분압회로를 포함할 수 있다.

상기 코일 구동부는, 상기 표시패널의 전면에 위치하는 영구자석을 갖는 이동체에 대해 인력이 작용하도록 상기 복수개의 코일에 전압을 공급할 수 있다.

상기 표시장치는, 상기 표시패널을 구동하는 데이터 구동부; 및 상기 데이터 구동부에 영상 데이터를 공급하고 상기 코일 구동부에 자기력 데이터를 공급하는 타이밍 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 코일 구동부는, 상기 타이밍 제어부로부터 입력된 상기 자기력 데이터에 따라 상기 코일 어레이에 포함된 코일에 전압이 공급되도록 상기 전압 생성부를 제어할 수 있다.

상기 코일은 양전압 또는 음전압이 입력되면 N극 또는 S극의 자력을 발생할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치는, 영상을 표시하는 표시패널; 상기 표시패널에 영상 표시를 위한 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동부; 상기 표시패널의 후면에 배치되며, 입력된 전압에 따라 자기력을 발생하는 복수개의 코일들을 포함하는 코일 어레이; 상기 코일 어레이에 자기력 생성을 위한 전압을 인가하는 코일 구동부; 및 상기 데이터 구동부에 영상 데이터를 공급하고 상기 코일 구동부에 자기력 데이터를 공급하는 타이밍 제어부;를 포함한다.

상기 코일 구동부는, 상기 자기력 데이터에 기초하여 상기 코일 어레이에 포함된 코일에 선택적으로 전압을 인가한 후 해제하여 특정 경로의 코일들이 순차적으로 인력을 발생하도록 제어할 수 있다.

상기 코일 구동부는, 상기 코일 어레이에 포함된 각각의 코일에 양전압 또는 음전압을 개별적으로 입력할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치의 제어방법은, 상기 표시패널의 전면에 위치하는 영구자석을 갖는 이동체에 대해 인력이 작용하도록 상기 이동체의 초기 위치에 대응되는 코일에 전압을 공급하는 단계; 상기 이동체의 초기 위치에 대응되는 코일의 인력이 제거되도록 해당 코일에 공급되는 전압을 차단하는 단계; 및 상기 이동체를 이동시키고자 하는 방향에 위치한 코일에 전압을 공급하여 인력을 발생시키는 단계;를 포함한다.

상기 코일의 인력이 제거되도록 해당 코일에 공급되는 전압을 차단하는 단계는, 상기 코일에 공급되는 전압의 전위를 점진적으로 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 이동체를 이동시키고자 하는 방향에 위치한 코일에 전압을 공급하여 인력을 발생시키는 단계는, 상기 코일에 공급되는 전압의 전위를 점진적으로 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 이동체의 이동 시 경유하는 코일에 상기 이동체가 근접하면 해당 코일에 전위가 증가하는 전압을 공급하여 인력을 증가시키는 단계; 및 상기 이동체가 상기 경유하는 코일 상에 위치한 후 이동 방향으로 이동을 계속하면 해당 코일에 전위가 감소하는 전압을 공급하여 인력을 감소시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 표시장치는 표시패널의 하부에 자기장을 발생하는 코일 어레이를 구비하고, 코일 어레이의 위치에 따라 자기장을 조정함으로써 표시패널 상에 위치한 영구 자석을 이동시킨다. 이에, 표시장치에 표시되는 영상에 대응하여 영구 자석을 갖는 물체가 물리적으로 이동함으로, 사용자의 흥미를 유발할 수 있고 표시장치를 통한 정보 전달 효과를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 블럭도이다.
도 2는 코일 어레이의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 코일 어레이의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 전압 생성부의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 코일의 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 물체 이동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 코일 어레이와 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 물체 이동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치의 물체 이동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 구현 예를 설명하기 위한 도면이다.

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

본 명세서의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 명세서가 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 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.

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

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 실질적으로 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서, 본 명세서와 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 블럭도이다.

본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 영상을 표시하는 표시패널(150) 및 자기력을 발생하는 코일 어레이(250)를 포함한다. 코일 어레이(250)는 표시패널(150)의 후면에 위치하여 자기장을 형성한다. 코일 어레이(250)에 발생한 자기장은 표시패널(150)의 전면까지 작용하여 표시패널(150) 상에 영구자석 물체가 위치한 경우 코일 어레이(250)의 자기장에 의해 위치가 이동될 수 있다.

도 1을 참조하면, 표시장치는, 데이터 처리부(110), 타이밍 제어부(120)와, 표시패널(150)을 구동하는 스캔 구동부(130) 및 데이터 구동부(140), 코일 어레이(250)를 구동하는 코일 구동부(220) 및 전압 생성부(230)를 포함한다.

데이터 처리부(110)는 영상 데이터 및 자기력 데이터를 포함하는 데이터(DATA)를 외부로부터 입력받는다. 데이터 처리부(110)는 입력된 데이터(DATA)와 함께 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 타이밍 제어부(120)로 출력한다. 데이터 처리부(110)는 데이터 인에이블 신호(DE) 외에도 수직 동기신호, 수평 동기신호 및 클럭신호 중 하나 이상을 출력할 수 있으나 이 신호들은 설명의 편의상 생략 도시한다.

타이밍 제어부(120)는 데이터 처리부(110)로부터 데이터 인에이블 신호(DE) 또는 수직 동기신호, 수평 동기신호 및 클럭신호 등을 포함하는 구동신호와 데이터신호(DATA)를 공급받는다. 타이밍 제어부(120)는 구동신호에 기초하여 스캔 구동부(130)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GDC)와 데이터 구동부(140)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호(DDC)를 출력한다. 또한, 타이밍 제어부(120)는 입력된 데이터 중 영상 데이터를 데이터 구동부(140)에 출력하고 자기력 데이터를 코일 구동부(220)에 출력한다.

데이터 구동부(140)는 타이밍 제어부(120)로부터 공급된 데이터 타이밍 제어신호(DDC)에 응답하여 영상 데이터신호를 픽셀 구동을 위한 데이터전압으로 변환하여 출력한다. 데이터 구동부(140)는 데이터라인들(DL1 ~ DLn)을 통해 데이터전압을 출력한다.

스캔 구동부(130)는 타이밍 제어부(120)로부터 공급된 게이트 타이밍 제어신호(GDC)에 응답하여 스캔신호를 출력한다. 스캔 구동부(130)는 스캔라인들(GL1 ~ GLm)을 통해 스캔하이전압과 스캔로우전압으로 이루어진 스캔신호를 출력한다. 스캔 구동부(130)는 IC(Integrated Circuit) 형태로 형성되거나 표시패널(150)에 게이트인패널(Gate In Panel) 방식으로 형성된다.

표시패널(150)은 영상을 표시할 수 있도록 동작하는 서브픽셀들(SP)을 포함한다. 표시패널(150)은 데이터 구동부(140) 및 스캔 구동부(130)로부터 공급된 데이터전압 및 스캔신호에 대응하여 영상을 표시한다.

코일 구동부(220)는 자기력 데이터에 따라 전압 생성부(230)를 제어하여 코일 어레이(250)에 전류를 공급한다. 자기력 데이터는 코일 어레이(250)의 각 코일에 공급할 전압 정보를 포함한다. 코일 구동부(220)는 코일 어레이(250)에 포함된 코일들에 각각 공급할 전압 정보에 따라 전압 생성부(230)를 제어함으로써 코일 어레이(250)의 각 위치별로 자기력의 특성을 변화시킬 수 있다. 코일 어레이(250)의 위치별 자기력 특성이 변화하면 표시패널(150)의 전면에 배치되어 자기력을 방생하는 이동체가 특정 방향으로 이동할 수 있다. 여기서, 전압 생성부(230)는 코일 구동부(220)에 내장된 형태로도 마련될 수 있다.

도 2는 코일 어레이(250)의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이고 도 3은 도 2의 코일 어레이(250)의 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 코일 어레이(250)는 매트릭스 형태로 배열된 복수개의 코일(C)을 포함한다. 복수개의 코일(C)은 동일한 패턴, 형태 및 크기로 이루어져 동일한 인덕턴스를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 코일(C)의 감긴 형태는 예를 들어 원형, 사각형, 육각형 등 다각형의 형상으로 구성될 수 있으며, 복수의 코일(C)의 조합으로 이루어질 수 있다. 코일(C)은 도선이 감긴 형태를 가지며 코일을 감은 횟수, 코일의 길이 등은 이동시키고자 하는 이동체의 크기, 중량 등에 따라 변경될 수 있다.

코일(C)은 표면이 절연재로 피복된 동선을 사용하는 것이 일반적이나 금, 은, 알루미늄 등 도전성이 우수한 재료라면 특별히 한정되지 않으며, 코일(C)은 도선이 감긴 형태가 아닌 도체 패턴으로 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 명세서에서 '코일'이라 함은 넓은 의미로서, 도선이 감겨서 형성되거나 금속박막을 에칭하여 형성될 수 있으며, 어떠한 방법에 의해 형성된 것이든 코일 모양의 패턴을 가지는 모든 것을 포함할 수 있다.

코일 어레이(250)에 포함된 각 코일(C)은 각각 상단과 하단에 전원 입력단(V-in)과 출력단(V-out)을 가질 수 있다. 코일(C)의 입력단(V-in)과 출력단(V-out)에 전압이 인가되면 전압 차에 의해 코일(C)에 전류가 흐르게 된다. 이때 전류의 방향에 따라 코일(C)에 자기장이 발생하여 코일(C)의 상단과 하단의 극성이 N극 또는 S극으로 결정될 수 있다. 여기서, 코일(C)의 출력단(Vout)은 OV 또는 GND로 연결되고, 입력단(V-in)은 전압 생성부(230)에 연결될 수 있다. 각 코일(C)들은 개별적으로 입력단(V-in)을 가지고 있어, 복수의 코일(C)들 중 선택된 코일(C)에만 전압이 인가될 수 있다.

전압 생성부(230)는 코일 구동부(220)의 제어에 따라 코일 어레이(250)에 특정 전압을 갖는 전류를 공급한다. 전압 생성부(230)는 외부로부터 입력된 전압을 다양한 전압 크기를 갖는 코일구동전압으로 조절하여 코일 어레이(250)에 공급할 수 있다.

도 4는 전압 생성부(230)의 회로를 예시한 도면이다. 전압 생성부(230)는 구동전압(Vmax)을 입력받아 다수의 코일구동전압(V1 내지 Vmin)을 생성하여 출력하는 분압회로를 포함할 수 있다. 이러한 분압회로는 직렬로 연결된 다수개의 저항을 이용한 R-string array의 형태로 구성될 수 있다. 전압 생성부(230)는 직렬로 연결된 다수개의 저항을 이용한 전류형 전압 변경을 통해 양의 고전압과 음의 고전압을 발생시킬 수 있다. 전압 생성부(230)는 코일 구동부(220)의 제어에 따라 코일구동전압(V1 내지 Vmin)을 조정하여 자기력을 발생시키고자 하는 코일에 공급한다.

도 5는 본 발명의 코일의 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다. 코일 어레이(250)에 포함된 각 코일은 각각 상단과 하단에 전류 입력단(V-in)과 전류 출력단(V-out)을 가질 수 있다. 도 3에서 설명했었던 바와 같이, 코일의 상단 영역에는 표시패널(150)이 위치하고 표시패널(150) 상에는 자기력을 발생하는 이동체가 위치할 수 있다. 따라서, 코일의 상단 영역의 극성이 N극 혹은 S극으로 변동됨에 따라 자기력을 발생하는 이동체가 이동할 수 있다.

도 5의 (a)를 참조하면, 코일의 상단에 음전압(-)이 인가되면 코일에는 하단에서 상단방향으로 전류가 흐른다. 따라서 코일의 상단의 극성이 N극이 된다. 이에, 해당 코일의 상단 영역에 위치한 이동체의 S극에 대한 인력이 증가한다. 여기서, 코일의 입력단(Vin)에 인가된 전압의 크기가 클수록 전류량은 증가하므로 코일에 발생하는 자기력 또한 증가한다. 즉, 코일에 음(-)의 고전압이 인가되면 상단방향으로 고전류가 흐르게 되고, 결과적으로 코일의 자기력도 증가한다. 따라서, 이동체의 S극에 대한 인력도 증가하여 이동체의 이동속도를 증가시킬 수 있다. 같은 원리로, 이동체의 이동속도를 감소시키기 위해서는 인가되는 음(-)의 전압의 크기를 감소시키는 방법이 적용될 수 있다.

도 5의 (b)를 참조하면, 코일의 상단에 양전압(+)이 인가되면 코일의 상단에서 하단방향으로 전류가 흐른다. 따라서 코일의 상단의 극성이 S극이 된다. 이에, 해당 코일의 상단 영역에 위치한 이동체의 N극에 대한 인력이 증가한다. 여기서, 코일의 입력단(Vin)에 인가된 전압의 크기가 클수록 전류량도 증가하게 되므로 코일에 발생하는 자기력 또한 증가한다. 즉, 코일에 양(+)의 고전압이 인가되면 하단방향으로 고전류가 흐르게 되고, 결과적으로 코일 상단의 자기력의 크기도 커짐으로 이동체의 N극에 대한 인력도 증가한다. 인력이 증가할수록 이동체의 이동속도가 증가함으로, 코일에 인가되는 전압의 크기를 조절함으로써 이동체의 이동 속도를 조절할 수 있다.

도 6은 본 발명의 물체 이동 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 코일 어레이(250)의 제1 내지 5번 코일 상에 위치한 이동체가 이동하는 원리를 예시하고 있다.

코일 어레이(250)의 각 코일들은 입력되는 전압에 따라 자기력 특성이 N극 또는 S극으로 정해질 수 있으며, 전압이 인가되지 아니하면 자기력을 발생하지 않는다. 도 6의 각 코일의 N, S, X는 각각 N극, S극의 자기력이 발생함을 표시한 것이고, X는 전압이 인가되지 않은 코일을 표시한 것이다.

코일 어레이(250)의 상부 영역에는 자기력을 발생하는 이동체가 위치한다. 이동체는 영구자석 포함하여 자기력을 발생하므로 이동체의 극성은 고정되어 있다. 이동체의 극성과 코일의 극성이 동일할 경우에는 척력이 발생하고 극성이 반대일 경우에는 인력이 발생한다. 따라서, 코일이 특정 극성을 갖도록 전압을 공급하면 이동체의 반대극성을 갖는 부분이 해당 코일 쪽으로 당겨짐으로, 이동체가 물리적으로 이동하는 효과를 얻을 수 있다.

도 6(a)를 참조하면, 이동체를 2번 코일 및 3번 코일 상에 정지시키고자 하는 경우, 이동체의 N극 S극 극성 위치에 대응하여 2번 코일은 S극, 3번 코일은 N극 특성을 갖도록 전압을 공급한다. 전술한 도 5의 코일 구조를 갖는 경우, 2번 코일에는 양전압(+)을 공급하고 3번 코일에는 음전압(-)을 공급함으로써 이동체의 N극 및 S극과 인력이 작용하도록 제어할 수 있다.

도 6(b)를 참조하면, 이동체를 4번 코일 방향으로 이동시키고자 하는 경우, 3번 코일 상에 위치한 이동체의 S극이 4번 코일방향으로 당겨지도록 제어한다. 4번 코일이 N극 특성을 갖도록 전압을 공급하면 이동체의 S극과 인력이 작용하여 이동체가 4번 코일 쪽으로 이동한다. 4번 코일이 N극 특성을 갖도록 하기 위해서는 4번 코일에 음전압(-)을 공급할 수 있다. 또한, 이동체의 안정적인 이동을 위해, 3번 코일에는 양전압(+)을 공급하여 N극에서 S극으로 전환시킨다.

도 6(c)를 참조하면, 이동체를 5번 코일 방향으로 이동시키고자 하는 경우, 4번 코일 상에 위치한 이동체의 S극이 4번 코일방향으로 당겨지도록 제어한다. 5번 코일이 N극 특성을 갖도록 전압을 공급하면 이동체의 S극과 인력이 작용하여 이동체가 5번 코일 쪽으로 이동한다. 5번 코일이 N극 특성을 갖도록 하기 위해서는 5번 코일에 음전압(-)을 공급할 수 있다. 또한, 이동체의 안정적인 이동을 위해, 4번 코일에는 양전압(+)을 공급하여 N극에서 S극으로 전환시킨다.

이상 설명한 바와 같이, 코일이 특정 극성을 갖도록 전압을 공급하면 이동체의 반대극성을 갖는 부분이 해당 코일 쪽으로 당겨짐으로, 이동체가 물리적으로 이동하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 코일의 극성이 특정 패턴으로 순차적으로 변경되도록 제어하면 이동체가 특정 패턴을 따라 이동하는 효과를 얻을 수 있다

도 7은 본 발명의 코일 어레이(250)와 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 표시패널(150)의 후면에 위치한 코일 어레이(250)는 복수개의 코일(A~P)들이 가로방향 및 세로방향을 갖는 2차원 형태로 배열될 수 있다. 코일 어레이(250)의 각 코일들은 전압이 입력됨에 따라 자기장을 발생하여 N극 또는 S극 특성으로 갖게 된다.

도 7의 그래프는 코일에 입력되는 전압의 특성에 따라 코일이 갖게 되는 자기력 특성을 표시한 것이다. 그래프의 세로축은 코일 입력단(Vin)에 입력되는 전압을 뜻하고, 가로축은 시간의 경과를 뜻한다. 코일 출력단(Vout)은 0V가 입력되고 입력단(Vin)에는 양전압(+) 또는 음전압(-)이 입력될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 코일은 첫 번째 그래프에 도시된 바와 같이 양전압(+)이 입력되면 코일의 상단이 S극을 갖게 되고, 음전압(-)이 입력되면 코일의 상단이 N극을 갖게 된다.

이러한 자기력 특성을 갖는 코일 어레이(250) 상에 영구자석을 포함하는 이동체가 위치하면, 코일과 이동체의 극성에 따라 상호간에 인력 혹은 척력이 발생한다. 결과적으로 이동체가 물리적으로 이동하는 효과를 얻을 수 있다. 이동체는 근접한 코일과의 척력 또는 인력으로 인해 이동하기 때문에, 이동체의 크기는 하나의 코일보다는 크기가 큰 것이 바람직하나 두 개의 코일보다 이동체의 크기가 클 경우 이동 효율이 저하될 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 물체 이동 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 8은 코일 어레이(250) 상에서의 이동체의 이동상태를 도시한 것이고, 도 9는 도 8과 같은 이동 시 각 코일에 공급되는 전압의 변화를 그래프로 도시한 것이다.

도 8을 참조하면, 코일 어레이(250)는 복수개의 코일(A~P)들이 가로방향 및 세로방향을 갖는 2차원 형태로 배열될 수 있다. 코일 어레이(250)의 전면, 즉, 표시패널(150)의 전면에 위치하는 이동체는 N극 및 S극 특성이 고정된 영구 자석을 포함한다.

(a)를 참조하면, 이동체는 E 코일 및 F 코일 상에 위치하였다가 (b)에 도시된 바와 같이 G 코일 및 F 코일 쪽으로 이동할 수 있다. 이와 같이 이동체가 이동하는 경우 각 코일에 인가되는 전압 상태는 도 9에 도시된 바와 같다.

도 9는 도 8의 코일 어레이(250)에서 A 코일 내지 L 코일에 각각 입력되는 전압의 그래프와 전압 입력 시 해당 코일이 갖게 되는 자기력 특성을 표시한 것이다. 그래프의 세로축은 코일 입력단(Vin)에 입력되는 전압을 뜻하고, 가로축은 시간의 경과를 뜻한다. 코일 출력단(Vout)은 0V가 입력되고 입력단(Vin)에는 양전압(+) 또는 음전압(-)이 입력될 수 있다. 여기서, 각 코일에 입력되는 전압에 대한 정보는 코일 구동부(220)에 제공되는 자기력 데이터에 포함될 수 있다. 코일 구동부(220)는 각 코일에 대한 전압 입력 정보에 따라 전압이 입력되도록 전압 생성부(230)를 제어한다.

도 8과 같이 이동 시, 이동체는 E 코일 및 F 코일 상에 위치하였다가 G 코일 및 F 코일 쪽으로 이동함으로, 이동체의 이동 경로와 이격된 A, B, C, D, H, I, J, K, L 코일에는 전압이 인가되지 않는다.

이동체의 N극이 위치하고 있었던 E 코일에는 처음에는 고전위의 양전압(+)을 입력하여 S극을 갖도록 하고 이동체가 E 코일을 벗어나는 방향으로 이동함에 따라 인력이 점차 감소되도록 양전압(+)의 전압을 점차적으로 감소시킨다. 이 후, 이동체가 E 코일을 벗어나면 E 코일에는 전압을 공급하지 않는다.

이동체의 S극이 위치하고 있었던 F 코일에는 처음에는 고전위의 음전압(-)을 입력하여 N극을 갖도록 한다. F 코일은 이동 경로에 위치하고 있어 이동체의 N극부분이 F 코일로 이동하게 된다. 이에, 이동체에 대한 인력이 제거되도록 음전압(-)의 전압을 점차적으로 감소시킨다. 이 후, 이동체의 N극 부분이 F 코일 측으로 이동할수록 이동체의 N극에 대해 인력이 작용하도록 양전압(+)의 전압을 점차적으로 증가시킨다. 이동체가 정지하면 F 코일 상에 이동체의 N극이 위치함으로, 최종적으로는 F 코일에 고전위의 양전압(+)을 입력하여 S극을 갖도록 한다.

G 코일은 이동체의 S극이 인력에 의해 G 코일 상으로 이동하도록 한다. 즉, G 코일에는 이동체의 S극을 당기는 자기력이 발생해야 한다. 이에, G 코일에는 N극의 자력이 점차 증가되도록 점차적으로 증가하는 음전압(-)을 입력한다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치의 물체 이동 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 10은 코일 어레이(250) 상에서의 이동체의 이동상태를 도시한 것이고, 도 11는 도 10과 같은 이동 시 각 코일에 공급되는 전압의 변화를 그래프로 도시한 것이다.

도 10을 참조하면, 코일 어레이(250)는 복수개의 코일(A~P)들이 가로방향 및 세로방향을 갖는 2차원 형태로 배열될 수 있다. 코일 어레이(250)의 전면, 즉, 표시패널(150)의 전면에 위치하는 이동체는 N극 및 S극 특성이 고정된 영구 자석을 포함한다.

(a)를 참조하면, 이동체는 F 코일 및 G 코일 상에 위치하였다가 (b)에 도시된 바와 같이 F 코일을 중심으로 시계방향으로 90도 회전 이동할 수 있다. 이와 같이 이동체가 이동하는 경우 각 코일에 인가되는 전압 상태는 도 9에 도시된 바와 같다.

도 11은 도 10의 코일 어레이(250)에서 A 코일 내지 L 코일에 각각 입력되는 전압의 그래프와 전압 입력 시 해당 코일이 갖게 되는 자기력 특성을 표시한 것이다. 그래프의 세로축은 코일 입력단(Vin)에 입력되는 전압을 뜻하고, 가로축은 시간의 경과를 뜻한다. 코일 출력단(Vout)은 0V가 입력되고 입력단(Vin)에는 양전압(+) 또는 음전압(-)이 입력될 수 있다.

도 10과 같이 회전 이동 시, 이동체는 F 코일 및 G 코일 상에 위치하였다가, F 코일을 중심으로 K 코일을 경유하여 J 코일 F 코일 쪽으로 회전 이동한다. 이에, 이동체의 이동 경로와 이격된 A, B, C, D, E, H, I, L 코일에는 전압이 인가되지 않는다.

이동체의 N극이 위치하고 있었던 F 코일에는 이동체에 대한 인력이 유지되도록 고전위의 양전압(+)을 입력한다. 고전위의 양전압(+)을 입력받은 F 코일은 S극 상태를 유지한다.

이동체의 S극이 위치하고 있었던 G 코일에는 처음에는 고전위의 음전압(-)을 입력하여 N극을 갖도록 한다. 이동체를 이동시키고자 하는 경우 이동체에 대한 인력이 제거되도록 음전압(-)의 전압을 점차적으로 감소시킨다. T 시간 이후 이동체에 대한 인력이 제거되면 G 코일에는 전압을 공급하지 않는다.

K 코일은 이동체의 S극에 인력을 작용하여 이동체의 S극을 K 코일 상으로 이동시킨 후, 이동체의 S극이 J 코일 상으로 이동할 수 있도록 서서히 인력을 감소시킨다. 이를 위해, K 코일에는 G 코일의 인력이 제거되는 K 시간 이후 N극의 자력이 점차 증가되도록 전위가 증가하는 음전압(-)을 공급한다. 이 후, 이동체의 S극이 J 코일 상으로 이동할 수 있도록 음전압(-)의 전압을 점차적으로 감소시켜 인력을 제거한다.

J 코일은 K 코일 상에 위치한 이동체에 인력을 작용시켜 이동체의 S극을 J 코일 상으로 이동시킨다. 이를 위해, J 코일에는 G 코일의 인력이 제거되는 K 시간 이후 N극의 자력이 점차 증가되도록 전위가 증가하는 음전압(-)을 공급한다. 이동체가 정지하면 J 코일 상에 이동체의 S극이 위치함으로, 최종적으로는 J 코일에 고전위의 음전압(-)을 입력하여 N극을 갖도록 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 코일 어레이(250)에 포함된 코일에 양전압 혹은 음전압을 공급하는 방식으로 각 코일의 극성을 제어한다. 이에, 코일 어레이(250) 상에 위치한 영구 자석이 인력 또는 척력의 작용에 의해 물리적으로 이동할 수 있다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.

코일 어레이(250)는 표시패널(150)의 후면에 배열되고 영구 자석을 갖는 이동체는 표시패널(150)의 전면에 위치한다. 표시패널(150)에는 소정의 영상이 표시되고 코일 구동부(220)는 표시패널(150)에 표시된 영상에 대응하여 이동체가 물리적으로 이동하도록 코일 어레이(250)를 제어한다. 이에 표시패널(150)에 표시되는 영상에 대응되도록 이동체를 물리적으로 이동시킴으로써 사용자의 흥미를 유발시키고 표시패널(150)에 표시된 정보에 대한 시인성과 정보전달력을 향상시킬 수 있다.

도 12를 참조하면, 표시패널(150)에는 알파벳 학습을 위한 교육 영상이 표시될 수 있다. 표시패널(150) 상에는 영구자석을 갖는 이동체가 위치할 수 있다. 표시패널(150)의 후면에는 코일 어레이(250)가 배치되어, 표시패널(150)에 표시되는 영상에 대응되도록 이동체를 물리적으로 이동시킨다. 사용자가 물리적인 힘을 가하지 않는 상태에서 도 12에 도시된 바와 같이, 이동체는 표시패널(150)에 표시된 알파벳 위를 순차적으로 이동해갈 수 있다.

도 13은 도 12와 같이 이동체를 이동시키기 위한 코일 어레이(250)의 전극 패턴 변화를 도시한 것이다. 도 12와 같이 이동체가 표시패널(150)의 외각을 따라 이동하는 경우, 도 13과 같이 코일 어레이(250)의 외각에 위치한 코일들에 순차적으로 전압이 인가된다. 이동체의 N극을 기준으로 이동시키는 경우 이동 경로상에 위치한 코일들은 순차적으로 S극으로 전환되어 이동체에 대해 인력을 작용할 수 있다. 이동 경로 이외에 위치한 코일에 대해서는 전원을 인가하지 않거나, 혹은, N극 특성을 갖도록 전압을 인가할 수 있다. 이동 경로 이외의 코일들이 N극의 특성을 갖는 경우 이동체의 N극은 척력에 의해 이동 경로를 벗어나지 않게 된다. 따라서, 이동체의 이동 경로를 더 정확하게 제어할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 표시패널의 후면에 코일 어레이를 배치하고 표시패널 상에는 영구 자석을 갖는 이동체를 배치하여 이동체가 표시패널의 영상에 대응하여 이동하도록 제어한다. 표시패널에는 소정의 영상이 표시되고 코일 구동부(220)는 표시패널에 표시된 영상에 대응하여 이동체가 물리적으로 이동하도록 코일 어레이를 제어하기 때문에, 사용자는 표시패널에 표시되는 영상에 따라 이동체가 물리적으로 이동하는 것으로 인식하게 된다. 이에, 사용자의 흥미를 유발시킬 수 있으며 표시패널에 표시된 정보에 대한 시인성과 정보전달력을 향상시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 데이터 처리부 120: 타이밍 제어부
130: 스캔 구동부 140: 데이터 구동부
150: 표시패널 220: 코일 구동부
230: 전압 생성부 250: 코일 어레이

Claims (14)

1. 영상을 표시하는 표시패널;
   상기 표시패널의 후면에 배치되며, 입력된 전압에 따라 자기력을 발생하는 복수개의 코일들을 포함하는 코일 어레이;
   상기 코일 어레이에 상기 전압을 공급하는 전압 공급부; 및
   상기 코일 어레이에 포함된 코일에 특정 전압의 전원이 공급되도록 상기 전압 공급부를 제어하는 코일 구동부;
   를 포함하는 표시장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코일 어레이는,
   상기 복수개의 코일들의 출력단은 공통으로 연결되고, 각각의 코일들의 입력단은 상기 전압 공급부에 개별적으로 연결되는 표시장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전압 공급부는,
   복수개의 저항이 직렬로 연결되어 입력된 전압을 양전압 및 음전압으로 분압하여 출력하는 분압회로를 포함하는 표시장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 코일 구동부는,
   상기 표시패널의 전면에 위치하는 영구자석을 갖는 이동체에 대해 인력이 작용하도록 상기 복수개의 코일에 전압을 공급하는 표시장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 표시패널을 구동하는 데이터 구동부; 및
   상기 데이터 구동부에 영상 데이터를 공급하고 상기 코일 구동부에 자기력 데이터를 공급하는 타이밍 제어부를 더 포함하는 표시장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 코일 구동부는,
   상기 타이밍 제어부로부터 입력된 상기 자기력 데이터에 따라 상기 코일 어레이에 포함된 코일에 전압이 공급되도록 상기 전압 공급부를 제어하는 표시장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 코일은 양전압 또는 음전압이 입력되면 N극 또는 S극의 자력을 발생하는 표시장치.
8. 영상을 표시하는 표시패널;
   상기 표시패널에 영상 표시를 위한 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동부;
   상기 표시패널의 후면에 배치되며, 입력된 전압에 따라 자기력을 발생하는 복수개의 코일들을 포함하는 코일 어레이;
   상기 코일 어레이에 자기력 생성을 위한 전압을 인가하는 코일 구동부; 및
   상기 데이터 구동부에 영상 데이터를 공급하고 상기 코일 구동부에 자기력 데이터를 공급하는 타이밍 제어부;
   를 포함하는 표시장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 코일 구동부는,
   상기 자기력 데이터에 기초하여 상기 코일 어레이에 포함된 코일에 선택적으로 전압을 인가한 후 해제하여 특정 경로의 코일들이 순차적으로 인력을 발생하도록 제어하는 표시장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 코일 구동부는,
    상기 코일 어레이에 포함된 각각의 코일에 양전압 또는 음전압을 개별적으로 입력하는 표시장치.
11. 표시패널의 후면에 배치되며, 입력된 전압에 따라 자기력을 발생하는 복수개의 코일들을 포함하는 표시장치의 제어방법에 있어서,
    상기 표시패널의 전면에 위치하는 영구자석을 갖는 이동체에 대해 인력이 작용하도록 상기 이동체의 초기 위치에 대응되는 코일에 전압을 공급하는 단계;
    상기 이동체의 초기 위치에 대응되는 코일의 인력이 제거되도록 해당 코일에 공급되는 전압을 차단하는 단계; 및
    상기 이동체를 이동시키고자 하는 방향에 위치한 코일에 전압을 공급하여 인력을 발생시키는 단계;
    를 포함하는 표시장치의 제어방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 코일의 인력이 제거되도록 해당 코일에 공급되는 전압을 차단하는 단계는,
    상기 코일에 공급되는 전압의 전위를 점진적으로 감소시키는 단계를 포함하는 표시장치의 제어방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 이동체를 이동시키고자 하는 방향에 위치한 코일에 전압을 공급하여 인력을 발생시키는 단계는,
    상기 코일에 공급되는 전압의 전위를 점진적으로 증가시키는 단계를 포함하는 표시장치의 제어방법.
14. 제11항에 있어서,
    상기 이동체의 이동 시 경유하는 코일에 상기 이동체가 근접하면 해당 코일에 전위가 증가하는 전압을 공급하여 인력을 증가시키는 단계;
    상기 이동체가 상기 경유하는 코일 상에 위치한 후 이동 방향으로 이동을 계속하면 해당 코일에 전위가 감소하는 전압을 공급하여 인력을 감소시키는 단계;
    를 더 포함하는 표시장치의 제어방법.

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