KR20110093553A

KR20110093553A - 시촉각 정보 제공 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110093553A
Application number: KR1020100065497A
Authority: KR
Inventors: 경기욱; 조일연; 박준석; 이동우; 이전우; 한동원
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2011-08-18
Also published as: KR101376194B1

Abstract

본 발명의 시촉각 정보 제공 장치는 디스플레이 화면의 물리적 외형 변화를 통해 촉각 정보를 제공하는 디스플레이부, 및 상기 촉각 정보 제공을 위한 구동 신호를 발생시키는 촉각 소자 구동부를 포함한다.

Description

시촉각 정보 제공 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING TOUCH AND SIGHT SENSATION INFORMATION}

본 발명은 정보 제공 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 디스플레이 화면을 통해 시촉각 정보를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

정보 제공 장치(일 예로, 휴대용 단말기 등)의 사용이 대중화됨과 동시에 정보 제공 장치의 고성능화가 이루어지면서 사용자 입력 정보를 처리하는 여러 다양한 방법들이 제안되고 있다. 이는 정보 제공 장치에 구현된 폰 북, 단문 메시지 작성, 전자 수첩 기능들을 사용자가 보다 용이하게 사용할 수 있도록 하기 위한 방법이다. 그러한 방법들 중 하나가 터치 스크린(또는 터치 패널)을 이용한 입력 방법이다. 터치 스크린 방식은 사용자 인터페이스의 편리성 때문에 개인 정보 단말기(PDA), 휴대폰이 복합된 스마트 폰, 인터넷 폰 등에서 폰 북, 스케줄러, 단문 메시지, 개인 정보 관리, 인터넷 접속, 전자 사전 등의 기능을 수행할 때 많이 사용되고 있다. 현재 터치 스크린을 이용하는 휴대용 단말기에서는 접촉식 정전 용량(Capacitive) 방식 또는 저항막(Resistive) 방식을 가장 많이 사용하고 있다.

터치 스크린은 새로운 방식의 사용자 인터페이스 장치를 제공하고, 스타일러스 펜 또는 손가락이 눌러진 위치에 전압 또는 전류 신호를 발생함으로써 사용자가 지정하는 명령 또는 그래픽 정보를 입력하게 된다. 상기 터치 스크린 방식은 패턴 인식(Pattern Recognition) 기술과 이를 지원하는 소프트웨어의 개발에 따라 제안된 문자 인식 기능을 통해 구현될 수 있으며, 사용자가 원하는 정보를 펜이나 손과 같이 자연적으로 사용되는 입력 수단을 통해 편리하게 입력할 수 있어 그 사용이 증가되고 있다.

특히, 터치 스크린은 사용자가 스크린을 보면서 원하는 작업을 직접 수행할 수 있고, 누구나 쉽게 조작할 수 있기 때문에 GUI(Graphical User Interface) 환경하에서 가장 이상적인 입력 방법으로 평가받고 있다.

다수의 기계적 키 버튼들(key buttons)을 구비한 통상의 키패드와 달리 터치 스크린은 소프트 버튼들(soft buttons)을 제공하기 때문에 클릭감을 사용자에게 제공할 수 없었다. 이와 같이 터치 스크린에서는 디스플레이 화면이 완전 평면이기 때문에 사용자가 키 버튼의 선택 시에 키 버튼들로부터의 클릭감 즉, 촉각을 소프트 버튼으로부터 감지할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 디스플레이 화면을 통해 시각 정보와 촉각 정보를 융합하여 제공할 수 있는 시촉각 정보 제공 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 키 버튼의 선택 시에 제공되는 촉각 정보를 제공할 수 있는 촉각 정보 제공 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 시촉각 정보 제공 장치로, 디스플레이 화면의 물리적 외형 변화를 통해 촉각 정보를 제공하는 디스플레이부, 및 상기 촉각 정보 제공을 위한 구동 신호를 발생시키는 촉각 소자 구동부를 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 디스플레이부는 상기 구동 신호에 응답하여 동작하는 촉각 소자 배열을 포함하고, 상기 촉각 소자 배열은 상기 촉각 정보를 제공하기 위한 적어도 하나의 촉각 소자들을 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 디스플레이부는 사용자 터치에 따른 사용자 입력 신호를 발생하는 터치 센서층, 및 시각 정보를 제공하는 시각 디스플레이층을 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 터치 센서층와 상기 시각 디스플레이층 중 상기 촉각 센서의 상부에 위치한 적어도 하나는 상기 촉각 센서의 동작에 따른 촉각 정보를 제공할 수 있도록 유연한 구조를 갖는 시촉각 정보 제공 장치.

또한 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 시각 디스플레이층을 통해 디스플레이된 시각 정보에 대응되는 촉각 소자 구동을 위해 상기 촉각 소자 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 시각 정보는 키 버튼 정보를 포함하고, 상기 키 버튼 정보는 메뉴키, 기능기, 숫자키, 문자키, 특수키, 특수 문자키, 및 방향키 중 적어도 하나의 버튼 정보를 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 촉각 소자는 상기 디스플레이 화면에 수직 방향으로 동작하는 소자이다.

또한 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 촉각 소자는 선형 구동기를 포함하고, 상기 선형 구동기는 상기 구동 신호에 의해 수직 방향으로 반복 운동을 하는 트랜스듀서, 상기 반복 운동에 따라 수직 방향으로 왕복 운동을 하는 이동축, 및 상기 이동축을 기준으로 이동축 상에서 이동하는 이동자를 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 촉각 소자는 전기 활성 소자를 포함하고, 상기 전기 활성 소자는 상기 구동 신호에 의해 크기가 변화하는 전기 활성 물질, 및 상기 전기 활성 물질의 표면에 부착되고, 탄성을 가지고 수직 방향으로 높이가 변화되는 탄성 소자를 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 촉각 소자는 상기 시각 정보를 디스플레이하기 위한 시각 디스플레이 소자가 결합된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 시촉각 정보 제공 장치의 시촉각 정보 제공 방법은, 디스플레이 화면을 통해 촉각 정보의 제공을 감지하는 단계, 상기 촉각 정보의 제공을 감지하면, 상기 촉각 정보를 제공하기 위한 촉각 소자들을 선택하는 단계, 상기 선택된 촉각 소자들을 구동하기 위한 구동 신호를 발생하는 단계, 및 상기 구동 신호에 따라 구동된 촉각 소자들을 구동하고, 상기 촉각 소자들의 구동에 따른 상기 디스플레이 화면의 물리적인 외형 변화를 통해 촉각 정보를 제공하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 디스플레이 화면을 통해 상기 촉각 정보에 대응되는 시각 정보를 동시에 제공하는 단계를 더 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 디스플레이 화면의 물리적인 외형을 변화시키는 단계는 상기 디스플레이 화면에 수직 방향으로 상기 촉각 소자들을 구동시켜 상기 디스플레이 화면의 물리적인 외형을 변화시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 시촉각 정보 제공 장치는 터치스크린과 같은 디스플레이 화면을 통해 시각 정보와 촉각 정보를 융합하여 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 시각 정보와 촉각 정보의 제공을 통해서 키 버튼 등의 선택 시에 디스플레이 화면을 통해 사용자에게 실제 촉각 정보를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시촉각 정보 제공 장치의 구조를 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이부의 디스플레이 화면을 일 예로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 디스플레이부의 구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 디스플레이부의 구조를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 디스플레이부의 구조를 도시한 도면,
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 소자를 구성하는 선형 구동기를 도시한 도면,
도 6b는 도 6a의 선형 구동기에 헤드가 부착된 것을 도시한 도면,
도 6c는 도 6a의 선형 구동기들을 포함한 촉각 소자 배열을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 소자를 구성하는 전기 활성 소자를 도시한 도면,
도 8a는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 소자를 구성하는 시촉각 디스플레이 소자를 도시한 도면,
도 8b는 도 8a의 시촉각 디스플레이 소자들을 포함한 촉각 소자 배열을 도시한 도면.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명의 시촉각 정보 제공 장치는 디스플레이부를 통해 시각 정보와 촉각 정보를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시촉각 정보 제공 장치의 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 시촉각 정보 제공 장치는 디스플레이부(100), 촉각 소자 구동부(200), 및 제어부(300)를 포함할 수 있다. 여기서, 디스플레이부(100)는 적어도 하나의 촉각 소자를 포함한 촉각 소자 배열(110)을 포함할 수 있다.

디스플레이부(100)는 시촉각 정보 제공 장치에 제공되는 시각 정보에 따라 이미지를 디스플레이 한다. 촉각 소자 배열(110)들에 포함된 각 촉각 소자는 촉각 소자 구동을 위한 구동 신호에 응답하여 동작한다. 촉각 소자 배열(110)을 통해 디스플레이부(100)는 사용자에게 촉각 정보를 제공한다.

디스플레이부(100)는 디스플레이 화면의 하단에 위치한 촉각 소자의 구동에 의해 디스플레이 화면의 물리적 외형을 변화시킨다. 예를 들어, 디스플레이부(100)는 사용자 입력을 위한 복수의 키 버튼을 디스플레이 화면을 통해 디스플레이 할 수 있다. 여기서, 키 버튼은 메뉴키, 기능기, 숫자키, 문자키, 특수키, 특수 문자키, 방향키 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(100)는 디스플레이 되는 키 버튼 하단에 위치한 촉각 소자들의 동작에 의해 시각 정보뿐만 아니라 촉각 정보를 함께 제공할 수 있다.

여기서, 디스플레이부(100)는 일 예로 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 이때, 디스플레이부(100)는 시각 정보를 디스플레이하는 출력부가 될 수도 있고, 사용자의 조작에 따른 정보를 입력받는 입력부가 될 수도 있다.

촉각 소자 구동부(200)는 디스플레이부(100)의 촉각 소자들 각각을 구동하기 위한 구동 신호를 발생한다. 구동 신호는 촉각 소자 특성에 따라 다양한 정보, 전기적 신호, 전압 신호, 전류 신호, 전위차 제공 신호, 주파수 신호 등 촉각 소자에 대응되는 다양한 신호를 포함한다. 따라서, 촉각 소자 구동부(200)는 촉각 소자에 대응되는 구동 신호를 발생할 수 있다.

제어부(300)는 시촉각 정보 제공 장치의 전반적인 동작을 제어한다. 또한, 제어부(300)는 디스플레부를 통해 촉각 정보를 제공해야 함을 감지하면, 촉각 정보를 제공할 디스플레이 영역에 대응되는 촉각 소자들의 구동을 위해 촉각 소자 구동부(200)를 제어한다. 제어부(300)는 촉각 소자 배열(110) 내 촉각 소자들의 선택을 위한 좌표 정보, 구동 신호 크기(세기) 정보 등을 제공할 수 있다.

제어부(300)는 디스플레이부(100)를 통해 제공되는 사용자 입력 신호를 수신하고, 사용자 입력 신호에 대응되는 동작 제어를 수행한다.

한편, 촉각 소자 구동부(200)의 기능은 제어부(300) 내에 포함될 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 시촉각 정보 제공 장치는 사용자에게 시각 정보뿐만 아니라 촉각 정보를 동시에 제공할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 디스플레이부의 디스플레이 화면을 일 예로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 디스플레이부(100)의 디스플레이 화면(150)들이 도시되어 있다.

(a)는 시촉각 정보 제공 장치의 동작 모드 선택 화면을 일 예로 나타내었다. (a)에서 메뉴키(151)들이 디스플레이되어 있으며, 메뉴키(151)들은 일 예로, 전화기 메뉴키, 영화 메뉴키, 게임 메뉴키, 노트 메뉴키를 포함한다.

전화 메뉴키는 전화 모드을 선택하기 위한 메뉴키이고, 영화 메뉴키는 영화모드를 선택하기 위한 메뉴키이고, 게임 메뉴키는 게임 모드를 선택하기 위한 메뉴키이고, 노트 메뉴키는 메모 모드를 선택하기 위한 메뉴키이다.

(b)는 시촉각 정보 제공 장치의 전화 모드 화면을 일 예로 나타내었다. (b)에서, 입력되는 전화번호 출력 영역(152)이 도시되어 있고, 전화 번호 입력을 위한 숫자 키(일 예로, 153)가 디스플레이 되어 있다.

(c)는 시촉각 정보 제공 장치의 게임 모드 화면을 일 예로 나타내었다. (c)에서 게임 화면(154)이 디스플레이 되어 있고, 게임 조작을 위한 기능키(155)들이 디스플레이 되어 있다.

본 발명에서는 (a), (b), (c)에서와 같은 화면에서 메뉴키(151), 숫자키(153), 기능키(155) 등의 키 버튼 등을 선택하는 경우, 시촉각 정보 제공 장치는 디스플레이 화면(150)을 물리적으로 변화시킨다. 따라서 시촉각 정보 제공 장치는 실제 표면이 아닌 실제 버튼 형상을 갖는 키 버튼을 조작할 수 있다.

그러므로 본 발명은 시촉각 정보 제공 장치에서 시각 정보(일 예로, 키 버튼 이미지)와 촉각 정보(일 예로, 키 버튼의 물리적 형상 변화)를 동시에 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 시촉각 제공 장치는 디스플레이 화면(150)을 통해 실제 물리적인 키 형상의 버튼을 터치하는 버튼감을 사용자에게 제공할 수 있다.

하지만, 이는 일 예로 설명된 것으로 다양한 기능 수행에 따라 물리적 외형 변화를 필요로 하는 기능들에 확장하여 적용될 수 있다. 키 버튼의 조작 이외에도 스크롤, 드래그 등의 그래픽 유저 인터페이스(GUI: Graphic User Interface)에 촉각 정보를 제공할 수 있고, 진동, 충돌, 압력변화 등의 상태 변화에 촉각 정보를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 시촉각 정보 제공 장치는 촉각 정보와 시각 정보를 융합하여 함께 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 디스플레이부의 구조를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 디스플레이부(100)의 디스플레이 화면(150)이 도시되어 있다. 디스플레이 화면(150)은 일 예로, 전화 모드 화면을 도시하고 있다. 전화 번호 출력 영역(152)은 사용자 등에 의해 입력되거나 선택된 전화번호를 디스플레이하는 영역이다.

디스플레이부(100)의 구조를 설명하기 위한 디스플레이 영역(160)이 도시되어 있다. 디스플레이 영역(160)은 디스플레이 화면(150)의 일부 영역이다. 디스플레이 영역(160)은 '3'에 대응되는 숫자 키(153)를 포함한다. 디스플레이부(100)의 숫자 키(153)를 중심으로 하는 디스플레이 영역(160)의 측면도를 도시하였다.

측면도를 살펴보면, 디스플레이부(100)는 촉각 소자 배열(110), 시각 디스플레이층(120), 및 터치 센서층(130)을 포함한다.

촉각 소자 배열(110)은 복수개의 촉각 소자들을 포함한 영역이다. 시각 디스플레이층(120)은 이미지 데이터를 디스플레이하는 디스플레이 소자들을 포함한 영역이다. 터치 센서층(130)은 사용자 터치에 따른 입력 신호를 발생하는 복수개의 터치 센서들이 포함된다.

촉각 소자 배열(110)이 가장 하단에 위치하고, 터치 센서층(130)이 가장 상단에 위치하고, 시각 디스플레이층(120)이 촉각 소자 배열(110)과 터치 센서층(130) 사이에 위치한다.

촉각 소자의 구동에 따라 촉각 정보를 표현하기 위해서 촉각 소자 배열(110)의 상단에 위치한 시각 디스플레이층(120)과 터치 센서층(130)은 촉각 정보 제공을 위해 유연한 소자들로 구성된다. 촉각 소자들 각각의 구동에 의해 시각 디스플레이층(120)과 터치 센서층(130)은 물리적인 형상을 변화시킨다. 또한, 터치 센서층(130)은 시각 디스플레이층(120)을 통해 디스플레이 되는 시각 정보, 일 예로 이미지 데이터를 출력하기 위해 투명한 소재로 구현될 수 있다.

일 예로, 촉각 소자는 디스플레이 화면(150)의 표면을 기준으로 수직 방향으로 변형될 수 있다. 따라서, 촉각 소자들 각각의 변형을 통해 디스플레이부(100)는 촉각 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.

일 예로, 숫자키(153)의 하단에 위치한 촉각 소자들의 변형에 따라 숫자키(153)의 물리적 형상 변화가 측면도 상에 나타나있다.

본 발명의 시촉각 정보 제공 장치는 사용자의 숫자키(153) 터치에 의해, 실제 키 버튼을 터치하는 촉감을 사용자에게 제공할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 디스플레이부의 구조를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 디스플레이부(100)의 디스플레이 화면(150)이 도시되어 있다. 디스플레이 화면(150)은 일 예로, 전화 모드 화면을 도시하고 있다. 전화 번호 출력 영역(152)은 사용자 등에 의해 입력되거나 선택된 전화번호를 디스플레이하는 영역이다.

디스플레이부(100)는 촉각 소자 배열(110), 시각 디스플레이층(120), 및 터치 센서층(130)에 대한 설명은 도 3의 설명을 참조하기로 한다.

촉각 소자 배열(110)이 가장 하단에 위치하고, 시각 디스플레이층(120)이 가장 상단에 위치하고, 터치 센서층(130)이 촉각 소자 배열(110)과 시각 디스플레이층(120) 사이에 위치한다.

여기서는 시각 디스플레이층(120)과 터치 센서층(130)의 위치가 도 3을 기준으로 상호간에 바뀌어 있다.

여기서도, 촉각 소자의 구동에 따라 촉각 정보를 표현하기 위해서 촉각 소자 배열(110)의 상단에 위치한 터치 센서층(130)과 시각 디스플레이층(120)은 촉각 정보 제공을 위해 유연한 소자들로 구성된다. 촉각 소자들 각각의 구동에 의해 시각 디스플레이층(120)과 터치 센서층(130)은 물리적인 형상을 변화시킨다.

도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 디스플레이부의 구조를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 디스플레이부(100)의 디스플레이 화면(150)이 도시되어 있다. 디스플레이 화면(150)은 일 예로, 전화 모드 화면을 도시하고 있다. 전화 번호 출력 영역(152)은 사용자 등에 의해 입력되거나 선택된 전화번호를 디스플레이하는 영역이다.

터치 센서층(130)이 가장 하단에 위치하고, 시각 디스플레이층(120)이 가장 상단에 위치하고, 촉각 소자 배열(110)이 시각 디스플레이층(120)과 터치 센서층(130) 사이에 위치한다.

여기서는 시각 디스플레이층(120)과 터치 센서층(130) 사이에 촉각 소자 배열(110)이 위치한다.

여기서도, 촉각 소자의 구동에 따라 촉각 정보를 표현하기 위해서 촉각 소자 배열(110)의 상단에 위치한 시각 디스플레이층(120)은 촉각 정보 제공을 위해 유연한 소자들로 구성된다. 촉각 소자들 각각의 구동에 의해 시각 디스플레이층(120)은 물리적인 형상을 변화시킨다.

도 5의 디스플레이부(100)의 구조는 터치 센서층(130)의 구조를 유연하도록 구성하기 어렵거나 유연하지 않은 경우에 해당할 수 있다. 이때, 터친 센서층(130)은 촉각 소자 배열(110)의 하단에 위치한다.

본 발명의 시촉각 정보 제공 장치는 사용자의 숫자키(153) 터치에 의해 실제 키 버튼을 터치하는 촉감을 사용자에게 제공할 수 있다.

그러므로 본 발명의 디스플레이 화면(150)은 촉각 소자 배열(110)의 상단에 위치한 시각 디스플레이층(120)과 터치 센서층(130) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 소자를 구성하는 선형 구동기를 도시한 도면이다.

도 6a를 참조하면, 촉각 소자는 선형 구동기(400)로 구현될 수 있다.

선형 구동기(400)는 트랜스듀서(410), 이동축(420), 및 이동자(430)를 포함한다.

여기서, 트랜스듀서(410)는 일 예로, 바이모프(bimorph) 원리의 디스크형 트랜스듀서(transducer)로 구현될 수 있다. 트랜스듀서(410)는 전위차에 의해 매우 빠르게 반응하여 변위를 일으키는 압전 물질이다.

이동축(420)은 트랜스듀서(410)에 연결되어 트랜스듀서(410)의 반복 운동(형상이 오목 또는 볼록해지는)에 따라 미세하게 수직 방향으로 왕복 운동을 한다.

이동자(430)는 이동축(420)을 감싸고 있으면서, 이동축(420)의 미세한 운동 속도에 따라 이동축(420)과 함께 또는 따로 분리되어 움직인다. 여기서, 이동축(420)의 이동 속도가 느릴 경우, 이동자(430)는 이동축(420)과 함께 움직인다. 하지만, 이동축(420)의 이동 속도가 빠를 경우, 이동자(430)는 이동축(420)과 미끄럼이 발생한다.

따라서, 이동축(420)을 고정시킨 상태의 선형 구동기(400)의 이동자(430)는 트랜스듀서(410)의 순간적인 동작에 따라서 미세하게 위치를 변화시키는 것이 가능하다. 트랜스듀서(410)는 전기적 신호에 매우 빠르게 응답하는 압전 물질(일 예로, 압전 세라믹, 압전 폴리머)로 구성되고, 수십 KHz 이상의 주파수에서도 동작할 수 있다. 그러므로, 트랜스듀서(410)가 높은 주파수로 동작하는 경우에도 1초에 수십 mm이상의 이동자(430)의 움직임을 원하는 방향으로 이동시킬 수 있다.

예를 들어, (a), (b), (c)의 위치로 이동축(420) 상에서 이동자(430)가 이동할 수 있다.

일 예로, 선형 구동기(400)는 초음파 선형 구동기일 수 있다. 초음파는 주파수가 가청 주파수 20KHz보다 커서 인간이 청각을 이용해 들을 수 없는 음파이다. 따라서, 초음파 영역에 해당하는 주파수로 동작하는 구동기를 초음파 선형 구동기라 한다. 본 발명의 선형 구동기(400)는 초음파 선형 구동기 뿐만 아니라 이동자(430)가 이동축(420)을 따라 움직이는 선형 구동기들을 모두 사용할 수 있다.

선형 구동기(400)는 크기가 작고 소음을 발생시키지 않는다. 또한, 선형 구동기(400)는 전력 소비가 작아서 동시에 복수 개를 사용하여 다양한 변형의 모양을 일으킴으로서 형상의 변화를 통해 촉각 정보를 발생시킬 수 있다.

선형 구동기(400)는 이동자(430)의 이동을 통해 시각 디스플레이층(120) 또는 터치 센서층(130)을 변형시킨다.

도 6b는 도 6a의 선형 구동기에 헤드가 부착된 것을 도시한 도면이다.

도 6b를 참조하면, 촉각 소자, 일 예로 선형 구동기(400-1)는 도 6a의 선형 구동기(400)에 덮개 형태의 헤드(440)를 추가로 부착한다. 선형 구동기(400-1)는 트랜스듀서(410), 이동축(420), 이동자(430), 및 헤드(440)를 포함한다. 여기서, 헤드(440)를 제외한 선형 구동기(400-1)의 상세 구조는 도 6a를 참조하기로 한다.

선형 구동기(400-1)는 이동축(420)이 고정된 상태에서 이동자(430)의 상단에 헤드(440)를 부착한다. 선형 구동기(400-1)의 헤드(440)는 이동자(430)와 함께 이동축(420)을 기준으로 상하 운동을 한다.

(a)는 헤드(440)가 부착된 선형 구동기(400-1)를 나타낸다.

(b)와 (c)는 상하 운동에 따른 이동자(430)와 헤드(440)의 이동을 나타낸다.

선형 구동기(400-1)는 이동자(430)와 헤드(440)의 이동을 통해 시각 디스플레이층(120) 또는 터치 센서층(130)을 변형시킨다.

도 6c는 도 6a의 선형 구동기들을 포함한 촉각 소자 배열을 도시한 도면이다.

도 6c를 참조하면, 디스플레이부(100)의 촉각 소자 배열(110)은 복수개의 선형 구동기(400)들을 포함한다. 촉각 소자 배열(110)은 디스플레이 화면 하단에 촉각 정보를 제공하기 위해 복수개의 행과 열들로 구성된 선형 구동기(400)들을 포함할 수 있다.

촉각 소자 배열(110)은 도 6a의 선형 구동기(400)들을 포함할 수도 있고, 도 6b의 선형 구동기(400-1)들을 포함할 수도 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 소자를 구성하는 전기 활성 소자를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 전기 활성 소자(500)는 전기 활성 물질(510)과 탄성 덮개(520)를 포함한다.

전기 활성 물질(Electro Active Material)(510)은 전위차를 인가하면 크기 또는 부피가 변화(늘어나거나 줄어든다)한다. 일 예로, 전기 활성 물질(510)은 압전 물질, 이에이피(EAP: ElectroActive Polymers), 및 피브이디에프(PVDF: Polyviny lidene fluorides) 등을 포함한다.

탄성 덮개(520)는 전기 활성 물질(510)에 표면에 부착될 수 있다. 이때, 탄성 덮개(520)는 전기 활성 물질(510)의 크기 변화에 따라 수직 방향으로 높이 변화가 발생된다. 탄성 덮개(520)는 전기 활성 물질(510)의 크기 변화에 따라 변화 가능한 탄성을 가지고 있어야 한다. 탄성 덮개(520)는 일 예로, 변형 가능한 폴리머 물질로 구성될 수 있다.

전기 활성 소자(500)는 탄성 덮개(520)의 높이 변화를 통해 시각 디스플레이층(120) 또는 터치 센서층(130)을 변형시킨다.

또한, 전기 활성 소자(500)들은 도 6c의 선형 구동 소자(400)들과 유사한 형태로 배열하여 촉각 소자 배열(110)을 구성할 수 있다.

도 8a는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 소자를 구성하는 시촉각 디스플레이 소자를 도시한 도면이다.

도 8a를 참조하면, 시촉각 디스플레이 소자(600)는 압력 센서(610), 촉각 소자(620), 및 시각 디스플레이 소자(630)를 포함한다. 즉, 시촉각 디스플레이 소자(600)는 시각 정보를 제공하는 소자와 촉각 정보를 제공하는 소자를 결합한 형태의 소자이고, 시각 정보와 촉각 정보를 동시에 제공할 수 있다.

압력 센서(610)는 압력을 측정할 수 있는 센서이고, 사용자 터치 등에 대한 압력 정보를 발생한다. 여기서, 발생된 압력 정보는 제어부(300) 등으로 제공될 수 있다. 압력 센서(610)는 얇을수록 구현에 용이하고, 일 예로, 에프에스알(FSR: Force Sensitive Resistor) 센서와 피브이디에프(PVDF: Polyvinlylidin Fluoride) 센서를 사용할 수 있다.

촉각 소자(620)는 디스플레이 화면에 수직 방향으로 촉각 정보를 제공할 수 있는 소자이다. 촉각 소자(620)는 도 6a, 도 6b, 및 도 7에서 도시한 바와 같은 다양한 촉각 소자들이 사용될 수 있다. 촉각 소자의 구동에 따라 도 6a와 도 6b에서와 같은 촉각 소자들을 사용할 수 있다. 촉각 소자(620)의 상하 운동에 따라 시촉각 디스플레이 소자(600)는 (a), (b)와 같은 형태를 가질 수 있다.

시각 디스플레이 소자(630)는 일 예로, 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)로 구현될 수 있다. 이때, 시각 디스플레이 소자(630)는 3원색(RGB: Red Green Blue)을 디스플레이할 수 있는 통합 발광 다이오드 또는 3원색 각각을 표현할 수 있는 발광 다이오드들로 구현될 수 있다.

일 예로, 시촉각 디스플레이 소자(600)의 상단에는 시각 디스플레이 소자(630)가 위치하고, 시촉각 디스플레이 소자(600)의 하단에는 압력 센서(610)가 위치하고, 시각 디스플레이 소자(630)와 압력 센서(610) 사이에는 촉각 디스플레이 소자(620)가 위치한다. 이는 일 예로, 설명한 것으로 소자의 특성 등에 따라 상술한 위치 이외에 시촉각 디스플레이 소자(600) 내 각 모듈들 간의 위치는 변경하여 구현될 수 있다.

도 8b는 도 8a의 시촉각 디스플레이 소자들을 포함한 촉각 소자 배열을 도시한 도면이다.

도 8b를 참조하면, 디스플레이부(100)의 디스플레이 화면(150)이 도시되어 있다. 디스플레이 화면(150)은 일 예로, 전화 모드 화면을 도시하고 있다. 전화 번호 출력 영역(152)은 사용자 등에 의해 입력되거나 선택된 전화번호를 디스플레이하는 영역이다.

디스플레이부(100)의 디스플레이 영역(160)이 도시되어 있다. 디스플레이 영역(160)은 디스플레이 화면(150)의 일부 영역이다. 디스플레이 영역(160)은 숫자 키를 포함한다. 디스플레이부(100)의 숫자 키를 중심으로 하는 디스플레이 영역(160)의 촉각 소자 배열(110)을 도시하였다.

디스플레이 영역(160) 하단에는 촉각 정보를 제공하기 위해 복수개의 행과 열들로 구성된 시촉각 디스플레이 소자(600)들을 포함할 수 있다.

도 9는 도 1에 도시된 시촉각 정보 제공 장치의 시촉각 정보 제공 방법을 도시한 순서도이다.

도 9를 참조하면, 710단계에서, 제어부(300)는 촉각 정보를 제공해야 함을 감지한다. 제어부(300)는 사용자의 선택 또는 시촉각 정보 제공 장치 내에 설정 등에 따라 촉각 정보를 제공해야 하는 시점을 감지할 수 있다.

720단계에서, 제어부(300)는 촉각 소자 배열(110) 내에서 촉각 정보를 제공할 촉각 소자들을 선택한다. 촉각 소자 배열(110)은 디스플레이 화면 하단에 위치하고 있으며, 촉각 정보를 디스플레이 하기 위해 배열된 복수개의 촉각 소자들을 포함한다.

730단계에서, 촉각 소자 구동부(200)는 제어부(300)에서 선택된 촉각 소자들을 구동하기 위한 구동 신호를 제어부(300)의 제어에 따라 발생한다. 제어부(300)는 각 촉각 소자별로 제공되는 구동 신호의 크기 또는 세기의 제어를 통해 각 촉각 소자의 수직 방향으로의 변형 높이를 제어할 수도 있다.

740단계에서, 디스플레이부(100)는 촉각 소자 구동부(200)의 구동 신호에 대응되는 촉각 소자들을 구동한다. 디스플레이부(100)는 촉각 소자의 구동에 의해 촉각 정보를 제공할 수 있다. 디스플레이부(100)의 디스플레이 화면은 촉각 소자의 구동에 따라 물리적 외형이 변화한다.

740단계에서, 디스플레이부(100)는 촉각 정보의 제공이 완료되면 종료한다.

본 발명에서 제안된 촉각 소자 배열(110) 내 포함된 촉각 소자들은 디스플레이 화면을 기준으로 수직 방향으로 변화할 수 있다. 또한, 촉각 소자 배열(110) 내 포함된 촉각 소자들은 각 소자의 크기가 작은 크기를 갖거나 촉각 소자의 개수가 많을수록 촉각 정보를 정밀하게 표현할 수 있다.

일 예로, 본 발명은 햅틱 방식의 터치 스크린을 포함한 정보 단말 장치에 적용될 수 있다. 이러한 정보 단말 장치는 일 예로, 개인 컴퓨터(PC), 노트북, 넷북, 핸드폰, 미디어 플레이어 기기(PMP, MP3 Player 등), 게임기, 모니터, 프린터, 복사기 등을 포함한다.

본 발명은 시촉각 제공 장치는 디스플레이 화면을 통해 시각 정보뿐만 아니라 물리적인 외형의 변화를 통해 촉각 정보를 제공함으로서 사용자에게 실제로 느껴질 수 있는 촉감을 제공한다. 즉, 본 발명에서 설명된 촉감은 사용자의 힘 등에 의해 물체의 물리적인 외형 변화를 유발시킬 때 사용자에게 느껴지는 촉감(일 예로, 클릭감)을 의미한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 디스플레이부 110: 촉각 소자 배열
120: 시각 디스플레이층 130: 터치 센서층
200: 촉각 소자 구동부 300: 제어부
400: 선형 구동기 410: 트랜스듀서
420: 이동축 430: 이동자
440: 헤드 500: 전기 활성 소자
510: 전기 활성 물질 520: 탄성 덮개
600: 시촉각 디스플레이 소자 610: 압력 센서
620: 촉각 소자 630: 시각 디스플레이 소자

Claims

디스플레이 화면의 물리적 외형 변화를 통해 촉각 정보를 제공하는 디스플레이부; 및
상기 촉각 정보 제공을 위한 구동 신호를 발생시키는 촉각 소자 구동부를 포함하는 시촉각 정보 제공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 디스플레이부는 ,상기 구동 신호에 응답하여 동작하는 촉각 소자 배열을 포함하고,
상기 촉각 소자 배열은, 상기 촉각 정보를 제공하기 적어도 하나의 촉각 소자들을 포함하는 시촉각 정보 제공 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 디스플레이부는,
사용자 터치에 따른 사용자 입력 신호를 발생하는 터치 센서층; 및
시각 정보를 제공하는 시각 디스플레이층을 포함하는 시촉각 정보 제공 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 터치 센서층와 상기 시각 디스플레이층 중 상기 촉각 센서의 상부에 위치한 적어도 하나는 상기 촉각 센서의 동작에 따른 촉각 정보를 제공할 수 있도록 유연한 구조를 갖는 시촉각 정보 제공 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 시각 디스플레이층을 통해 디스플레이된 시각 정보에 대응되는 촉각 소자 구동을 위해 상기 촉각 소자 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 시촉각 정보 제공 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 시각 정보는 키 버튼 정보를 포함하고,
상기 키 버튼 정보는 메뉴키, 기능기, 숫자키, 문자키, 특수키, 특수 문자키, 및 방향키 중 적어도 하나의 버튼 정보를 포함하는 시촉각 정보 제공 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 촉각 소자는 상기 디스플레이 화면에 수직 방향으로 동작하는 소자인 시촉각 정보 제공 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 촉각 소자는 선형 구동기를 포함하고,
상기 선형 구동기는,
상기 구동 신호에 의해 수직 방향으로 반복 운동을 하는 트랜스듀서;
상기 반복 운동에 따라 수직 방향으로 왕복 운동을 하는 이동축; 및
상기 이동축을 기준으로 이동축 상에서 이동하는 이동자를 포함하는 시촉각 정보 제공 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 촉각 소자는 전기 활성 소자를 포함하고,
상기 전기 활성 소자는,
상기 구동 신호에 의해 크기가 변화하는 전기 활성 물질; 및
상기 전기 활성 물질의 표면에 부착되고, 탄성을 가지고 수직 방향으로 높이가 변화되는 탄성 소자를 포함하는 시촉각 정보 제공 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 촉각 소자는 상기 시각 정보를 디스플레이하기 위한 시각 디스플레이 소자가 결합된 시촉각 정보 제공 장치.
디스플레이 화면을 통해 촉각 정보의 제공을 감지하는 단계;
상기 촉각 정보의 제공을 감지하면, 상기 촉각 정보를 제공하기 위한 촉각 소자들을 선택하는 단계;
상기 선택된 촉각 소자들을 구동하기 위한 구동 신호를 발생하는 단계; 및
상기 구동 신호에 따라 구동된 촉각 소자들을 구동하고, 상기 촉각 소자들의 구동에 따른 상기 디스플레이 화면의 물리적인 외형 변화를 통해 촉각 정보를 제공하는 단계를 포함하는 시촉각 정보 제공 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 디스플레이 화면을 통해 상기 촉각 정보에 대응되는 시각 정보를 동시에 제공하는 단계를 더 포함하는 시촉각 정보 제공 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 시각 정보는 키 버튼 정보를 포함하고,
상기 키 버튼 정보는 메뉴키, 기능기, 숫자키, 문자키, 특수키, 특수 문자키, 및 방향키 중 적어도 하나의 버튼 정보를 포함하는 시촉각 정보 제공 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 촉각 정보를 제공하는 단계는,
상기 디스플레이 화면에 수직 방향으로 상기 촉각 소자들을 구동시켜 상기 디스플레이 화면의 물리적인 외형 변화를 통해 촉각 정보를 제공하는 단계를 포함하는 시촉각 정보 제공 방법.