KR20050084190A - 전자기 액츄에이터를 기반으로 하는 다층 접촉-감응성디스플레이 장치 - Google Patents

전자기 액츄에이터를 기반으로 하는 다층 접촉-감응성디스플레이 장치 Download PDF

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장마끄 알렉상드르
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄
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Abstract

본 발명의 접촉-감응성 디스플레이 장치(10)는, 층(1, 4)과, 터치 플레이트(1)에 연결되는 블레이드(12)의 변위를 위한 리세스(21)가 마련되고 터치 플레이트(1)와 층(3)의 사이에 위치 결정되는 절연층(2)과, 선택적으로 어드레스될 수 있는 팬케이크 코일(31)을 포함하는 층(3)의 적층체(stack)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
다른 코일(31)에 전달되는 전류의 값을 변경시킴으로써, 터치 플레이트(1)의 느낌을 변경할 수 있다.

Description

전자기 액츄에이터를 기반으로 하는 다층 접촉-감응성 디스플레이 장치{MULTI-LAYER TOUCH-SENSITIVE DISPLAY DEVICE BASED ON ELECTROMAGNETIC ACTUATORS}
본 발명은 접촉-감응성 정보를 사용자에게 전달하도록 의도된 장치의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은
- 접촉-감응성 표면이 있는 터치 플레이트와,
- 촉감을 변경시키기 위한 가동 부품의 네트워크 및 자성 코일의 네트워크로서, 가동 부품은 각각의 코일에 흐르는 전류의 함수로서의 촉감을 접촉-감응성 표면에 발생시키기 위하여 코일에 흐르는 전류의 함수로서 작동하고,
- 마이크로-액츄에이터의 상이한 코일로의 전류를 선택적으로 어드레스하는 어드레스 회로를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
자성 코일은 가동 부품을 작동시키고, 그 후 이 가동 부품은 접촉-감응성 표면의 일부를 변형시키거나 그 표면을 진동시킨다. 접촉-감응성 표면의 상승 부분이 변형되거나 진동하게 되면, 사용자가 감지할 수 있는 촉감이 발생된다. 어드레스 회로는 마이크로-액츄에이터를 선택할 수 있게 하고, 이 액츄에이터는 그 순간에 필요한 촉감을 발생시키도록 소정 시간에 작동되어야 한다.
미국 특허 제6 159 103호는 시각 장애인용의 휴대용 광 센서 장치를 개시하고 있다. 이 센서 장치는 상기 특허의 도1 및 도2에 도시된 전자기 유닛(1)을 구비한다. 상기 특허의 도3에 보다 상세하게 도시된 전자기 유닛은 터치 플레이트(22)를 구비한다. 이 터치 플레이트에는 구멍(21)이 마련되어 있다. 각각을 구멍(21)을 중심으로 하는 가동 로드(19)는 그들의 축방향 위치에 따라서 터치 플레이트(22)상에서 접촉-감응성 표면(32)을 변경시킬 수 있다. 각각의 로드(19)는 접촉-감응성 표면(32)에 국부적으로 수직하게 배치되어 있다. 각각의 로드(19)는 터치 플레이트(22)의 후방에 위치된 코일(7)에 의해 에워싸여 있다. 코일(7)에 의하여 각각의 로드(19)를 그것의 축방향으로 변위시킬 수 있다. 코일(7)에 흐르는 전류의 값에 따라서, 로드(19)의 일단은 대응하는 구멍(21)을 넘어서 연장하거나, 그 구멍을 넘어서 연장하지 않으며, 그에 따라 접촉-감응성 표면(32)의 형상을 변형시킨다. 이러한 방식으로, 터치 플레이트상의 특별한 촉감을 언제든지 제어할 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에 있어서, 접촉-감응성 장치의 상류에 위치된 광학 장치(4, 5)는 기록된 페이지를 문자 대 문자로 디지털 데이터로 계속적으로 변환시킬 수 있으며, 이 디지털 데이터는 접촉-감응성 데이터로 재변환될 수 있으며, 이러한 방식으로 브레일 판독기(Braille reader)가 접촉-감응 방식으로 문자의 기호열을 구별할 수 있다.
상기 미국 특허에 채용된 장치가 문자 기반 정보를 반송하는 데에는 유용하게 사용될 수 있지만, 액츄에이터의 수가 증가하는 경우에는 금방 비효율적으로 되는 것을 이해할 것이다. 수백 개의 액츄에이터에 이를 수 있는 장치의 경우에, 상기 특허에 개시된 방법은, 특히 시스템을 소형화할 때에는 조립 및 배선의 복잡성으로 인하여 더 이상 적용될 수 없다.
이제 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.
도1은 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 함께 구성하는 층의 분해 사시도를 도시하고,
도2는 A 내지 H 부분으로 이루어지고, 이들 각각의 부분은 촉감 변경 요소의 예시적인 실시예를 보여주고 있으며,
도3은 7개 세그먼트의 디스플레이를 형성하는 촉감 변경 요소의 그룹을 위에서 본 개략도를 도시하고,
도4는 본 발명에 따른 장치의 메인 구조를 함께 구성하는 4개 층의 확대 사시도를 도시하고,
도5는 팬케이크 코일(pancake coil)의 층과 다층 인쇄 회로의 층의 분해 사시도를 도시하고, 이들 인쇄 회로의 층은 함께 코일 어드레스 회로를 구성하며,
도6은 A 및 B 부분으로 이루어지고, A 부분은 촉감 변경 요소를 구성하는 코일 및 블레이드의 평면도를 도시하고, 부분 B는 동일 촉감 변경 요소의 횡단면도를 도시하고,
도7은 A 내지 I 부분으로 이루어지고, 이들 각각의 부분은 촉감 변경 요소의 작동 모드를 이들 요소의 성질 및 코일을 제어하도록 인가된 전류의 함수로서 설명하고자 하는 것이다.
본 발명은 대량 생산 기술을 이용하여, 특히 방전 가공, 레이저 스크라이빙, 또는 접촉-감응성 표면 상에 디스플레이를 형성하도록 각각 개별적으로 제어될 수 있는 매우 많은 수의 개별적인 디스플레이 요소를 포함할 수 있는 마이크로-전자공학을 이용하여 제조되는 접촉-감응성 디스플레이 장치를 제안한다.
따라서, 본 발명은
- 접촉-감응성 표면이 있는 터치 플레이트와,
- 각각의 코일에 흐르는 상이한 전류의 함수로서의 촉감을 접촉-감응성 표면에 발생시키기 위하여 가동 부품을 상기 코일에 흐르는 전류의 함수로서 작동시켜 촉감을 변경시키는 자성 코일의 네트워크와,
- 상기 상이한 코일에 전류를 선택적으로 어드레스하는 어드레스 회로를 구비하는 접촉-감응성 디스플레이 장치에 관한 것으로,
- 상기 터치 플레이트는 촉감 변경 요소의 모놀리스(monolithic) 네트워크를 포함하고, 각각의 네트워크 요소는 가동 부품의 세트를 포함하며, 각각의 가동 부품은 자기장의 작용하에서 변위될 수 있으며, 네트워크 요소의 가동 부품의 각 세트는 네트워크의 하나 이상의 코일에 의해 발생되는 자기장의 영향을 받으며,
- 상기 자성 코일의 네트워크는 모놀리스 층의 형태로 있으며,
- 상기 코일의 모놀리스 층과 터치 플레이트 사이에 중간 절연층이 배치되어 있고, 이 중간 절연층에는, 각각의 촉감 변경 요소에 대향하게, 상기 요소의 상기 세트의 가동 블레이드를 위한 이동 공간을 제공하는 리세스가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 촉감 변경 요소의 가동 부품의 세트는 하나 이상의 아암을 매개로 터치 플레이트와 일체로 되는 하나 이상의 블레이드의 세트에 의해 구성되고, 이는 블레이드를 해제시키도록 플레이트에 마련되는 국부적 절결부(local cut)로부터 발생되는 것이다. 상기 절결부는 플레이트를 관통하는 하나 이상의 홈의 형태로 제공될 수 있고, 블레이드 연결부를 제외한 블레이드의 전체 둘레에 걸쳐 존재하며, 이들 관통 홈은 블레이드를 터치 플레이트 전체에 연결하는 하나 이상의 나머지 아암을 남겨 둔다. 따라서, 일반적으로 말하면, 하나 이상의 블레이드 해제 홈이 블레이드의 둘레의 한 부분에 존재한다.
변형예에 있어서, 터치 플레이트는 충분히 두꺼우며, 가동 부품은 터치 플레이트의 구멍 내에서 미끄러짐으로써 이동할 수 있는 자석을 구성하는 블록을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 코일은 도전성 트랙을 평탄하게 권취함으로써 형성되고 절연 매체 상에 배치되는 팬케이크 코일이며, 상기 절연 매체는 터치 플레이트에 평행하게, 그리고 블레이드 이동용 리세스를 포함하는 중간 절연층에 평행하게 배치된다. 이 실시예의 하나의 변형에 따르면, 하나의 코일, 하나의 리세스 및 하나의 촉감 변경 요소는 함께 개별 디스플레이 요소를 구성한다. 이 실시예의 다른 변형에 따르면, 코일의 그룹, 하나의 리세스 및 하나의 촉감 변경 요소가 함께 개별 디스플레이 요소를 형성한다.
바람직하게는, 각각의 실시예에 있어서, 코일의 표면 또는 코일의 그룹의 표면은 그 코일 또는 코일의 그룹에 의해 작동되는 촉감 변경 요소의 표면에 실질적으로 대응한다.
일 실시예에 있어서, 어드레스 회로는 어드레스 접촉 패드로 종결되는 트랙을 지지하는 인쇄 회로의 형태로 제공되고, 상기 접촉 패드는 코일의 패드 접속 단자와 접촉한다. 코일 접속 단자와 이에 대응하는 어드레스 회로의 어드레스 접촉 패드 사이의 전기적 연속성은, 예컨대 접촉 패드를 단자에 대하여 가압함으로써 또는 예컨대 볼 접속부를 마이크로-용접함으로써 보장될 수 있다.
따라서, 가동 블레이드가 터치 플레이트, 팬케이크 코일의 층 및 인쇄 회로 형태의 어드레스 회로로부터 절결되는 변형예를 포함한 실시예에 있어서는, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 층들을 마이크로전자공학과 같은 대량 생산 기법에 따라 서로 평행하게 전체적으로 적층함으로써 제조되는 장치의 형태로 제공된다. 그에 따라, 공지의 장치에 비하여 명백하게 개선된 촉감을 발생시키도록 촉감 변경 요소를 높은 수준으로 소형화하는 것이 가능하게 된다.
어드레스 회로는 단층 또는 다층 인쇄 회로를 제조하는 방법에 따라 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 이점 및 특징은 예시적인 실시예의 이하의 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 접촉-감응성 디스플레이를 함께 구성하는 여러 층의 분해 사시도를 도시하고 있다.
도1에 도시된 디스플레이 장치(10)는 접촉-감응성 표면(16)을 갖는 터치 플레이트(1)를 구비한다. 디스플레이 장치는 팬케이크 코일(31)을 포함하는 층(3)을 또한 구비한다. 디스플레이 장치는 인쇄된 어드레스 회로(4)를 또한 포함한다. 도1에 도시된 예에 있어서, 이 어드레스 회로는 절연 기판(6) 상에 마련되어 있는 도전성 트랙(41-43)으로 구성되어 있다. 본 발명에 따르면, 터치 플레이트(1)와 코일(31)의 층(3) 사이에는 중간 절연층(2)이 배치되어 있고, 이 절연층에는 이하에서 상세하게 설명하는 리세스(21)가 형성되어 있다. 도1에 도시된 예에 있어서, 접촉-감응성 표면(16)은, 터치 플레이트(1)와의 접촉 상태에서 느껴지는 촉감을 변경시키기 위한 요소를 구성하는 블레이드의 외부 보호층(5)으로 피복되어 있다.
도시된 예에 있어서, 코일(31)의 층(3)은 각각 8개의 코일(31)로 이루어진 8개의 라인을 포함한다. 코일은 매트릭스 네트워크(matrix network)로 형성되어 있다.
마찬가지로, 중간 절연층(2)은 각각 8개의 리세스(21)로 이루어진 8개의 라인을 포함한다. 코일과 리세스(21)의 사이에는 1 대 1 대응 관계가 존재한다. 도시된 예에 있어서, 각각의 코일(31)은 정사각형 형상의 도전성 나선의 형태로 도시되어 있다. 마찬가지로, 리세스(21)는 정사각형 횡단면의 기둥을 형성하는 둘레벽을 갖는 구멍으로서 도시되어 있다. 따라서, 각각의 코일(31) 및 각각의 리세스(21)에 대하여 코일의 중앙축과 리세스(21)의 중앙축을 규정할 수 있다. 도1에 도시된 경우에, 이들 중앙축은 코일의 중앙 또는 리세스의 중앙에 국부적으로 수직을 이루는 축이다.
본질적으로 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 함께 구성하는 여러 층(1-4)이 평면이 아니고, 임의의 형상, 즉 평면층을 변형시킴으로써 얻을 수 있는 임의의 형상을 취할 수 있기 때문에, 리세스 및 코일의 중앙축이 코일의 층 및 리세스의 층에 국부적으로 수직을 이루게 된다. 어떤 경우에든, 여러 층은 서로 국부적으로 평행을 이룬다.
도시된 예에 있어서, 코일(31)의 중앙축과 촉감 변경 요소(11)의 중앙축은 일치한다. 이러한 배치는 강제적인 것은 아니며, 주로 촉감 변경 요소(11)의 형상과 이들 촉감 변경 요소가 동작하는 모드에 따라 달라진다. 일부 실시예에서는, 코일(31)과 촉감 변경 요소(11)의 중앙축을 오프셋시키는 것이 유리하다는 것을 이하에서 알 것이다. 중요한 점은, 리세스(21)로 인하여 촉감 변경 요소를 함께 구성하는 가동 부품이 이동할 수 있다는 것이다.
이제 도2와 관련하여 촉감 변경 요소(11)의 실시예를 설명하기로 한다. 도2는 촉감 변경 요소의 8개의 예시적인 실시예로 이루어진다. 이들 실시예는 도면에서 A로부터 H로 구분되어 있다.
도시된 각각의 실시예에 있어서, 촉감 변경 요소(11)는 직사각형(11)의 형태로 도시되어 있다. 이 직사각형의 내부 둘레부(15)는 소정 재료(matter)로 이루어져 있다. 이 둘레부는 하나 이상의 아암(13)에 의해 하나 이상의 블레이드(12)에 연결되어 있다. 블레이드(12)와 아암(13)의 둘레의 일부에 걸쳐서 각각의 직사각형(11)의 중앙부에 존재하는 홈(14)으로 인하여, 블레이드(12)와 아암(13)이 터치 플레이트(1)의 나머지 부분으로부터 해제될 수 있게 된다. 홈(14)은 아암(13)과 블레이드(12) 사이의 접합 영역을 형성하는 부분을 제외하고는 그 전체 둘레에 걸쳐서 블레이드를 해제시킨다. 마찬가지로, 홈(14)은, 아암(13)의 단부 중 하나에 있어서 아암(13)과 블레이드(12) 사이의 접합 영역, 아암(13)의 2개의 단부 중 타단에 있어서 아암(13)과 직사각형(11)의 둘레부(15) 사이의 접합 영역을 형성하는 부분을 제외하고는 그들의 전체 둘레에 걸쳐서 아암(13)을 해제시킨다.
A 부분에 도시된 예에 있어서, 블레이드(12)는 직사각형(11)의 중앙부에 존재한다. 이 블레이드는 그 자체가 직사각형 형상이며, 제1 아암(13)이 블레이드(12)를 형성하는 직사각형의 측면 중 하나의 중앙부를 직사각형(11)의 전체 둘레부(15)에 연결한다. 제2 아암(13)은 블레이드(12)를 형성하는 직사각형(12)의 대향 측면을 직사각형(11)의 둘레부(15)에 대칭으로 연결하고 있다. 이러한 방식으로, 블레이드는 동일축 상에 정렬된 2개의 아암(13)에 의해 터치 플레이트(2)의 나머지 부분에 연결되어 있다.
B 부분에 도시된 예는 A 부분에 도시된 경우에서와 같이 블레이드(12)가 직사각형(11)의 중앙부에 위치되어 있는 예에 해당한다. 이 때에, 블레이드(12)는 서로 90°로 위치된 4개의 아암(13)에 의해 직사각형(11)의 둘레부(15)에 연결되어 있다. 각각의 아암은 블레이드(12)를 구성하는 직사각형(12)의 한 측면의 중앙부를 직사각형(11)의 둘레부(15)에 연결한다.
C 부분에 도시된 예에 있어서, 블레이드(12)의 형상은 직사각형이다. 이 블레이드는, 아암(13)과 블레이드(12)의 접합 영역을 형성하는 두 부분을 제외하고는 블레이드(12)의 전체 둘레에서 파여 있는 절단 홈(14)의 형상을 갖는 홈(14)의 존재에 의하여 직사각형(15)의 나머지 부분으로부터 분리되어 있다. 도3의 C 부분에 도시된 바와 같이, 블레이드(12)를 해제하기 위한 홈의 한 부분은 블레이드(12)를 구성하는 직사각형의 내측에 수용되어 있다. 이러한 방식으로, 블레이드(12)는 서로 대칭인 2개의 홈에 의해 형성되어 있고, 각각의 홈은 C-형상이다. 이 경우에, 아암(13)은 서로 대칭을 이루는 2개의 설형편(13)에 의해 구성되고, 2개의 C-형상(C) 사이에 위치되어 있다.
도2의 D 부분에 도시된 예에 있어서, 블레이드(12)는 각각 U-형상인 홈 형태의 2개의 채널(14)에 의해 직사각형(11)의 중앙부에 형성되어 있다. 각각의 U-형상은 중앙부와 이 중앙부에 수직인 2개의 측방향 부분에 의해 형성되어 있다. 제1 U-형상의 2개의 측방향 분기부는 제2 U-형상의 내측에 위치되어 있다. 이러한 방식으로, 아암은 제1 및 제2 U-형상의 측방향 부분 사이에 형성되어 있다.
E 부분에 도시된 예에 있어서, 중앙 블레이드(12)는 또한 2개의 U-형상 홈(14)에 의해 형성되어 있다. 이 예에 있어서, 제1 U-형상의 측방향 부분 중 하나는 제2 U-형상의 2개의 측방향 부분 사이에 위치되어 있다. 제1 U-형상의 측방향 부분 중 다른 하나는 제2 U-형상의 2개의 측방향 부분의 외측에 위치되어 있다. 이러한 방식으로, 아암(13)은 제1 및 제2 U-형상의 측방향 부분 사이에 형성되어 있다.
F 부분에 도시된 예에 있어서, 블레이드(12)는, 직사각형(11)의 둘레부(15)에 블레이드(12)를 접합하는 아암을 형성하는 부분(13)을 제외하고는, 블레이드(12)를 형성하는 중앙 직사각형 부분을 전체적으로 둘러싸는 C-형상 홈(14)에 의해 형성되어 있다.
G 부분에 도시된 예에 있어서, 블레이드(12)는 자체가 나선의 형상을 갖는 홈(14)에 의해 직사각형(11)에서 절결된 나선의 형상으로 있다.
H 부분에 도시된 예에 있어서, 블레이드(12)는 아암(13)에 의해 직사각형(11)의 나머지 부분에 연결되어 있는 원의 형상이다. 이 형상은, 원형 섹터 부분의 형태로 홈(14)을 형성하는 2개의 동심원 사이의 재료를 제거함으로써 얻어진다. 아암(13)은 원형 섹터 부분의 형태로 홈(14) 사이에 남아 있는 재료로 형성되어 있다.
도2에 도시된 각각의 예에 있어서, 촉감 변경 요소(11)는 단일 블레이드(12)의 형태로 도시되어 있고, 이 단일 블레이드의 둘레의 한 부분은 블레이드(12)를 터치 플레이트(1)의 연속체(continuum)에 연결하는 아암(13)의 수와 동일한 수의 홈(14)에 의해 터치 플레이트(1)의 연속체로부터 해제된다. 이러한 방식으로, F 및 G 부분에 도시된 경우에는, 하나의 연결 아암(13)과 단지 하나의 홈(14)이 있다. A, C, D, E 부분에 도시된 경우에는, 2개의 연결 아암(13)과 2개의 홈(14)이 있다. 마지막으로, 도2의 B 및 H 부분에 도시된 경우에는, 각각 4개 및 8개의 아암(13)과 4개 및 8개의 홈(14)이 있다.
도2에 도시된 블레이드의 예들은 실시예로서 제공되는 것이며, 한정의 의미는 없다. 각각의 촉감 변경 요소는 직사각형(11)으로 도시되어 있지만, 함께 터치 플레이트(1)를 구성하는 다른 직사각형(11)은, 터치 플레이트가 블레이드(12)를 해제하는 홈(14)을 포함하는 연속체로서 존재하고, 이들 블레이드가 아암(13)에 의해 연속체에 부착되는 방식으로 서로 인접하게 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 터치 플레이트는 블레이드의 조립체를 구성하는 모놀리스 구조이다.
이제 도3과 관련하여 촉감 변경 요소(11)를 배치하는 다른 배치 모드를 설명하기로 한다. 이 실시예에 있어서, 촉감 변경 요소(11)는 각각 단일 블레이드의 형태로 제공되어 있고, 이 블레이드는 축방향으로 긴 직선 형상으로 있고, 블레이드는, 예컨대 직사각형의 긴 측면 중 하나에서 2개의 아암에 의해 플레이트에 연결되어 있고, 이 촉감 변경 요소(11)는 7개 세그먼트의 디스플레이를 함께 형성하는 7개의 그룹으로 플레이트에서 그룹을 이루고 있다. 도3은 7개 세그먼트의 디스플레이를 함께 형성하는 7개의 촉감 변경 요소(11)의 그룹을 구비하는 터치 플레이트(1)의 한 부분을 위에서 본 도면을 도시하고 있다. 이러한 유형의 7개 세그먼트의 디스플레이는 문자-숫자식 사인의 디스플레이에 대하여 그 자체로 공지되어 있다. 이 실시예에 있어서, 블레이드는 긴 직선 형상으로 있고, 예컨대 직사각형 형상이다. 블레이드는 직사각형의 긴 측면 중 하나를 플레이트의 연속체에 연결하는 2개의 아암(13)에 의해 터치 플레이트의 연속체와 일체로 남아 있다. 아암(13)은 7 개 세그먼트의 디스플레이의 내부의 긴 측면으로부터 블레이드를 플레이트에 연결하는 것이 바람직하다. 각각의 블레이드에 대하여 코일 또는 제어 코일(31)의 그룹이 제공되고, 7개의 코일의 세트 또는 코일의 7개의 그룹은 그 자체로 공지되어 있는 문자 발생기(character generator)에 의해 어드레스될 수 있는 7개 세그먼트의 디스플레이의 하나의 세그먼트를 각각 제어한다. 코일의 그룹에 의해 세그먼트의 블레이드를 제어하는 경우에, 이 그룹은 직사각형 형상으로 보이는 나선 형태의 코일로 구성되는 것이 바람직하고, 상기 직사각형의 측면 중 하나는 상기 코일에 마주하게 위치된 블레이드 부분의 폭과 실질적으로 동일한 치수를 갖는다. 그룹의 코일은 동시에 어드레스될 수 있는 것이 바람직하다.
도4는 도1을 국부적으로 확대한 도면을 도시하고 있다.
도4는 본 발명에 따른 접촉-감응성 디스플레이를 함께 구성하는 층의 적층체(stack)의 일부를 도시하고 있다.
어드레스 회로를 구성하는 인쇄 회로층(4)이 기판(6)에 실장되어 있다. 층(4)은 도전성 트랙(41)이 놓여 있는 절연 매체에 의해 구성되고, 각각의 도전성 트랙은 트랙 접촉 단부(45)에서 인쇄된 회로의 에지를 층(3)의 코일 중 하나를 구성하는 코일(31)의 단부와 접합한다. 도4에 있어서는 2개의 트랙(41)을 볼 수 있다. 코일(31)의 단부와 함께 트랙(31)의 접촉 단부(45) 중 하나를 볼 수 있고, 다른 하나는 코일의 층(3)에 의해 덮여 있다.
층(4)의 바로 위에 있는 코일(31)의 층(3)은 나선형의 도전성 트랙(32)을 포함하는 절연 매체(33)에 의해 구성되고, 각각의 트랙은 팬케이크 코일(31)을 구성한다. 이러한 타입의 코일 구조는 그 자체로 공지되어 있으므로, 본원 명세서에서는 설명을 생략하기로 한다. 코일(31)을 형성하는 도전성 트랙(32)의 일단(35), 예컨대 이 트랙의 중앙 단부는 어드레스 회로(4)의 도전성 트랙(41)의 접촉 단부(45)와 접촉 상태로 있다. 어드레스 회로의 각 트랙(41)은 코일층(31)의 단 하나의 코일(31)에만 어드레스된다. 도1 및 도4와 관련하여 도시하고 위에서 설명한 바와 같은 예에서, 코일(31)의 층(3)은 각각 8개의 코일(31)로 이루어진 8개의 라인을 포함한다. 코일은 매트릭스 네트워크로 형성되어 있다. 이러한 배치는 강제적인 것은 아니다. 특히 도3과 관련하여 도시한 바와 같은 7개 세그먼트의 디스플레이를 형성하도록 그룹화된 촉감 변경 요소의 경우에 있어서는, 각각의 코일 또는 코일의 그룹은 이 코일 또는 이 코일의 그룹에 의해 제어되는 블레이드의 형상과 실질적으로 대응하는 긴 직선 형상으로 보이는 하나 이상의 회선(convolution)으로 형성되는 것이 바람직하다.
코일 또는 코일(31)의 그룹은, 코일 또는 코일의 그룹의 자기장이, 예컨대 코일 또는 코일의 그룹이 가동 부품에 마주할 때에는 촉감 변경 요소의 가동 부품에서 강해지고, 코일 또는 코일의 그룹에 의해 제어되지 않는 가동 부품에서는 약해지는 방식으로 위치 결정되게 배치되어 있다.
전기적 절연층(2)은 팬케이크 코일(31)의 층(3)의 바로 위에 있다. 이 층은 리세스(21)의 세트를 포함한다. 도4에 도시된 예에 있어서, 촉감 변경 요소의 표면, 관통 리세스(21)의 표면 및 실질적으로 층(3)의 코일의 표면은 실질적으로 서로 동일하다.
마지막으로, 예컨대 자성 금속 박막에 의해 구성되는 터치 플레이트(1)는 리세스(21)를 포함하는 절연층(2)의 바로 위에 있다. 도시된 예에 있어서, 각각의 촉감 변경 요소를 구성하는 블레이드(12)는 도3의 E 부분에 도시된 예에 따른다.
이제 도5와 관련하여 코일에 어드레스하기 위한 인쇄 회로의 하나의 예를 설명하기로 한다. 도5는 다층 인쇄된 어드레스 회로(4)를 함께 형성하는 팬케이크 코일(31)의 층(3)과 3개의 층(46-48)의 분해도를 도시하고 있다. 이 예에 있어서, 코일의 층은 코일(31)의 8개의 라인으로 이루어지는 8개의 칼럼을 포함한다. 코일의 중앙과 접촉하게 되는 다층 회로의 트랙(41-44)을 통하여 어드레스를 실행한다. 따라서, 각각의 트랙은 독립적으로 어드레스될 수 있다. 이러한 구조는 코일의 수가 매우 많을 때에 매우 유리하다. 코일의 층이 8개의 칼럼, 즉 8개의 라인을 포함하는 상태에서는, 하나의 단층 회로로 충분하다.
도1 또는 도5에 도시된 어드레스 회로의 실시예에 있어서, 코일마다 단일의 어드레스가 있다. 이는, 코일을 구성하는 회선의 단부가 접지되어 있고, 제2 단부가 어드레스 단부를 구성하는 것으로 생각한다.
이제 도1 내지 도5와 관련하여 도시한 바와 같은 디스플레이 장치의 다른 작동 모드를 도6 및 도7과 관련하여 설명하기로 한다.
먼저, 블레이드(12)가 자성 재료, 예컨대 자성 스프링 강으로 제조될 수도 있고, 연철, 자성 산화철 또는 희토류와 같이 자화될 수 있는 층을 포함할 수도 있으며, 또한 이들 블레이드가 예컨대 접합, 또는 자석에 의한 자기력에 기인한 인력에 의해 설치될 수도 있다는 것을 규정한다.
팬케이크 코일 또는 팬케이크 코일(31)의 그룹에 교류를 공급하는 경우에, 촉감 변경 요소를 구성하고 상기 코일 또는 상기 코일의 그룹의 자기장 내에 있는 블레이드는 진동하도록 제조된다. 그에 따라, 교류가 팬케이크 코일을 통과하느냐 통과하지 않느냐에 따라서 블레이드가 진동하거나 진동하지 않는다는 사실에 의존하여 촉감이 변경된다. 따라서, 그 자체로 공지되어 있어서 본원 명세서에서는 설명하지 않는 코일의 선택적 어드레스(selective addressing)로 인하여, 전반적으로 터치 플레이트(1)에 특정의 구조를 제공할 수 있다.
이제 도6과 관련하여 코일(31)의 축이 촉감 변경 요소(11)의 축과 정렬되지 않는 구조를 설명하기로 한다. 도6은 A 및 B 부분으로 이루어진다. A 부분은, 블레이드가 도3의 D 부분과 관련하여 설명한 바와 같은 이중 U-형상으로 구성되는 홈(14)에 의하여 절결되어 있는 형태를 취하는 촉감 변경 요소의 레벨에서 터치 플레이트(1)의 일부와 정사각형에 의한 다이어그램으로 도시되어 있는 코일(31)을 위에서 본 도면을 도시하며, 상기 U-형상 중 하나의 U-형상의 2개의 측방향 부분은 부분적으로 다른 U-형상의 2개의 측방향 부분의 내측에 있다. 도6에 도시된 바와 같이, 블레이드의 외부 절결된 U-형상은 전체적으로 코일(31)의 위에 존재한다. 이와 반대로, 내부 U-형상은 부분적으로 코일(31)의 외측에 존재한다. B 부분에 있어서는 동일한 요소가 횡단면도로 도시되어 있다. 코일(31)에 직류를 인가할 때에, U-형상의 한 부분은 예컨대 코일(31)을 향하여 끌려간다. 이러한 방식으로, 다른 부분은 도6의 B 부분에 도시된 바와 같이 상승된다. 그에 따라, 도6에 화살표로 구현되어 있는 바와 같이 접촉-감응성 표면(16) 위로 엠보싱 촉감이 얻어진다.
코일 또는 코일의 그룹에 의해 가해진 힘은, 블레이드와 코일의 상대적 레이아웃에 의존하여, 비틀림 또는 굽힘에 의해 트위스트 또는 벤딩에 의한 변형을 야기할 수 있다.
이제, 도7과 관련하여 다른 실시예와, 실시예에 대한 상세 사항, 그리고 잠재적으로 촉감 변경 요소의 일부를 구성하는 재료에 대한 추가의 정보를 설명하기로 한다.
도7은 A 내지 I 부분으로 이루어져 있다. 이들 각각의 부분은 촉감 변경 요소의 작동 모드를 이들 촉감 변경 요소의 성질과, 코일을 제어하도록 인가된 전류의 함수로서 설명하기 위한 것이다.
A 내지 I 부분 각각은 코일에 인가되는 직류의 함수로서 코일(31)의 자기장 내에 위치되어 있는 가동 부품(12)의 형태 또는 위치를 개략적으로 도시하고 있다.
A 및 B 부분에 도시된 경우에 있어서, 가동 부품은 자성 재료의 블레이드(12)이거나, 자성 재료의 층을 포함한다. 코일(31)에 전류가 인가되지 않을 때에, 블레이드(12)는 A 부분에 도시된 바와 같이 예컨대 터치 플레이트(1)와 동일 높이의 제1 오프 위치로 있다. 직류가 인가되면, 부분 B에 도시된 바와 같이 블레이드(12)는 코일(31)을 향해 끌려가서 동작 상태의 제2 작동 위치로 존재하여, 예컨대 터치 플레이트(1)에 공동 느낌(cavity sensation)을 발생시키고, 교류의 경우에는 아암의 복원력에 기인하여 충돌 느낌을 발생시킨다.
C, D 및 E 부분에 도시된 경우에 있어서, 가동 부품은 자석을 형성하는 재료에 의해 구성되는 자성 블레이드(12)이거나, 연결되는 자석을 포함한다. 이 경우에, C 부분에 도시된 바와 같이 코일(31)에 전류가 흐르지 않으면, 블레이드는 제1 오프 위치로 존재한다. 이와 달리, D 부분에 도시된 바와 같은 정방향 전류 또는 E 부분에 도시된 바와 같은 역방향 전류가 코일(31)에 인가되면, 블레이드는 동작 상태의 두 작동 위치 중 하나로 존재한다.
F 및 G 부분은, 가동 부품(12)이 매우 유연한 재료, 예컨대 구리-베릴륨 또는 스프링 강으로 제조되는 블레이드(12)의 형태로 있고 자석(17)이 블레이드의 아래에 접합되어 있는 경우에 해당한다. 코일(31)과 관련해서, 코일은 자석(17)을 수용할 수 있는 중앙 채널(38)을 포함한다. F 부분은 자석이 설치되어 있는 블레이드(12)의 사시도이고, G 부분은 코일(31)에 전류가 공급되지 않음으로 인하여 오프-위치로 있는 자석이 부분적으로 코일(31)의 중앙 채널(38) 내측에 있는 것을 볼 수 있는 횡단면도이다. 이러한 배치로 인하여, 전류가 일정한 상태에서, 촉감 변경 요소(11)를 구성하는 블레이드의 변위를 발생시키는 힘을 증가시킬 수 있다.
H 및 I 부분에 도시된 경우는, 가동 부품(12)이 터치 플레이트(1)로부터 분리되고 구멍(14) 내에서 미끄러질 수 있는 블록의 형태로 제공되어 있는 상황에 해당한다. H 부분은 가동 부품과 이것의 코일을 위에서 본 도면을 도시하고, I 부분은 이들의 횡단면도를 도시하고 있다. 코일(31)에서 흐르는 전류값에 따라서, 가동 부품(12)은 터치 플레이트(1)로부터 어느 정도 돌출하여, 촉감을 변경시킨다.
장치를 구성하는 층은 반드시 평면일 필요는 없으며, 그와 반대로 여러 곡선에 적합하게, 예컨대 가상 현실에 사용되는 장갑과 같은 휴대용 구조에 적합하게 될 수 있다.

Claims (14)

  1. - 접촉-감응성 표면(16)이 있는 터치 플레이트(1)와,
    - 각각의 코일(31)에 흐르는 상이한 전류의 함수로서의 촉감을 접촉-감응성 표면(16)에 발생시키기 위하여 가동 부품을 상기 코일(31)에 흐르는 전류의 함수로서 작동시켜 촉감을 변경시키는 자성 코일(31)의 네트워크와,
    - 상기 상이한 코일(31)에 전류를 선택적으로 어드레스하는 어드레스 회로
    를 구비하는 접촉-감응성 디스플레이 장치(10)에 있어서,
    - 상기 터치 플레이트(1)는 촉감 변경 요소(11)의 모놀리스(monolithic) 네트워크를 포함하고, 각각의 네트워크 요소(11)는 가동 부품(12)의 세트를 포함하며, 각각의 가동 부품은 자기장의 작용하에서 변위될 수 있으며, 네트워크 요소(11)의 가동 부품(12)의 각 세트는 네트워크의 하나 이상의 코일(31)에 의해 발생되는 자기장의 영향을 받으며,
    - 상기 자성 코일의 네트워크는 모놀리스 층의 형태로 있으며,
    - 상기 코일(31)의 모놀리스 층(3)과 터치 플레이트(1) 사이에 중간 절연층(2)이 배치되어 있고, 상기 층에는, 각각의 촉감 변경 요소(11)에 대향하게, 상기 요소(11)의 상기 세트의 가동 블레이드(12)를 위한 변형 공간을 제공하는 리세스(21)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉감 변경 요소의 가동 부품(12)의 세트(11)는 하나 이상의 아암(13)을 매개로 터치 플레이트(1)와 일체로 되는 하나 이상의 블레이드(12)의 세트에 의해 구성되고, 하나 이상의 블레이드 해제 홈(14; release groove)이 블레이드(12)의 일부 둘레에 존재하는 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 촉감 변경 요소(11)는 단일 블레이드(12)의 형태로 제공되고, 이 블레이드의 둘레의 한 부분은 블레이드(12)를 터치 플레이트(1)의 연속체(continuum)에 연결하는 아암(13)의 수와 동일한 수의 홈(14)에 의해 터치 플레이트(1)의 연속체로부터 해제되는 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 가동 부품(12)은 터치 플레이트의 구멍(14) 내에서 미끄러짐으로써 이동할 수 있는 자석을 구성하는 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 촉감 변경 요소(11)는 각각 단일 블레이드(12)의 형태로 제공되고, 이 블레이드(12)는 축방향으로 긴 직선의 형상이며, 블레이드(12)는 축방향에 실질적으로 평행한 블레이드(12)의 에지의 어느 한 측면 상에서 블레이드(12)의 중앙부에 에지를 제공하는 홈(14)에 의해 터치 플레이트(1)의 연속체로부터 분리되어 있고, 촉감 변경 요소(11)는 7개 세그먼트의 디스플레이를 함께 형성하는 7개의 그룹으로 플레이트 상에서 그룹을 이루는 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서, 7개 세그먼트의 디스플레이의 블레이드(12)는 블레이드(12)를 터치 플레이트(1)의 연속체에 연결하는 2개의 아암(13)에 의해 터치 플레이트의 연속체와 각각 일체로 되는 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 세그먼트의 블레이드(12)는 코일의 층(3)에 있는 코일(31)의 그룹과 마주하며, 그룹의 코일은 직사각형 형상을 그리는 나선의 형태인 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 가동 부품(12)은 자성 재료로 제조되거나, 자성 재료의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  9. 제2항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 블레이드는 자석을 구성하는 층을 포함하거나, 블레이드에 고정된 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 가동 부품(12)은 자석(17)을 포함하고, 상기 코일(31)은 중앙 채널(38)을 포함하며, 가동 부품(12)의 자석(17)은, 코일(31)에 전류가 공급되지 않을 때에 해당하는 오프-위치에서 적어도 부분적으로 상기 코일(31)의 중앙 채널(38)에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  11. 제1항 내지 제6항 또는 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 코일(31)은, 하나의 코일(31), 하나의 리세스(21) 및 하나의 촉감 변경 요소(11)가 함께 개별 디스플레이 요소를 형성하는 방식으로 터치 플레이트(1)와 중간 절연층(2)에 평행하게 배치된 층(3) 상에 마련되는 팬케이크 코일인 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 코일(31)은 동시에 어드레스될 수 있는 코일(31)의 하나의 그룹, 하나의 리세스(21) 및 하나의 촉감 변경 요소(11)가 함께 개별 디스플레이 요소를 형성하는 방식으로 터치 플레이트(1)와 중간 절연층(2)에 평행하게 배치된 층(3) 상에 마련되는 팬케이크 코일인 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 어드레스 회로(4)는 어드레스 접촉 패드(45)로 종결되는 트랙(41-44)을 지지하는 인쇄 회로(4)의 형태로 제공되고, 상기 접촉 패드(45)는 코일(31)의 접속 단자(35)와 접촉하는 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 접촉-감응성 디스플레이 장치는 평행한 층들(1-5)의 적층체의 형태로 구성되고, 접촉-감응성 표면(1)과 중간 절연층(2) 이외에, 절연 매체(33) 상에 배치되는 도전성 트랙(32)의 평면 회선으로 각각 구성되는 팬케이크 코일(31)의 층을 포함하며, 절연 매체(33) 상의 코일(31)의 평면은 다른 층들(1-5)의 평면에 평행하고, 상기 어드레스 회로(4)는 그 자체가 평탄한 회로의 형태로서, 어드레스 접촉 패드(45)로 종결되는 트랙(41-44)을 포함하며, 접촉 패드는 코일(31)의 접속 단자(35)와 접촉하며, 상이한 요소는, 코일 또는 코일(31)의 그룹, 가동 부품(12)의 이동을 허용하는 리세스(21) 및 가동 부품(12)이 층들의 평면에 실질적으로 수직인 방향으로 정렬되는 방식으로 배치되는 층들에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 접촉-감응성 디스플레이 장치.
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