KR20130087563A - 음향 및 햅틱 표면을 갖는 전자 장치 - Google Patents

음향 및 햅틱 표면을 갖는 전자 장치 Download PDF

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Abstract

휴대용 전자 장치는 프리 플로팅 디스플레이 렌즈의 모드 밀도 및 모드 분포에 영향을 주도록 프리 플로팅 디스플레이 렌즈의 주변 영역 또는 에지에 장착된 스티프너 링을 갖고 있는 프리 플로팅 디스플레이 렌즈를 포함한다. 또한, 압전 지지 구조물은 디스플레이를 둘러싸면서 스티프너 링에 부착되어 있고, 압전 지지 구조물은 전기적으로 구동되어 한 모드에서는 음향 신호를 생성하고 다른 모드에서는 진동 햅틱 신호를 생성한다.

Description

휴대용 전자 장치{A PORTABLE ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 일반적으로 디스플레이를 위한 대화면의 가시가능 영역을 허용하면서도 음향 장치로서 휴대용 전자 장치의 디스플레이 렌즈를 이용하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 디스플레이 렌즈는 전기 신호에 의해 구동되어 특히 사적(private) 및 스피커폰 모드 대화들을 위해 실질적으로 사용 가능한 오디오 영역을 생성할 수 있다. 또한, 실질적으로 사용 가능한 오디오 영역은 또한 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.
종래에는, 모바일 전화와 같은 휴대용 전자 장치를 위한 디스플레이 렌즈의 치수(dimension)는 원하는 가시가능 디스플레이 영역과 전화의 산업적인 설계에 의해서 정해진다. 그러므로, 디스플레이 렌즈는 종종 음향 장치나 스피커로서 생각되지 않는다. 이는 대개 당해 기술 분야에서 숙련된 자들이 디스플레이 렌즈는 종종 그의 물리적인 치수 때문에 열악한 동적 응답을 갖는 것으로 오랜 기간 인식해 왔기 때문이다.
종래의 모바일 전화 디스플레이 렌즈의 구성은 전화의 오디오 대역(audio band) 안에 아주 종종 상당히 함께 그룹지어 있는 기계적인 모드들을 가지고 있다. 어떤 동적 스피커의 디자이너는 전화의 오디오 대역 안에 이들 기계적인 모드들을 가능한 한 적게(피스톤 모드를 제외하고) 갖기를 원한다. 디스플레이 렌즈의 구동된 표면의 가장 부드러운 주파수 응답을 제공하기 위해서, 디자이너는 이들 기계적인 모드들의 간격을 가능한 한 매우 고르게 두고 싶어한다. 종종 모바일 전화의 앞면(front surface)은 3:2, 4:3 및 16:9와 같은 작은 정수비에 가까운 치수, 그리고 최악의 경우의 시나리오에서는 2:1에 가까운 치수를 갖는다. 예를 들어, 요즘 시장에서 인기있는 한 전화는 2:1 비율의 약 50mm×100mm의 디스플레이 렌즈를 갖는다. 이들 낮은-정수비로 인해 기계적인 모드들이 오디오 대역의 특정 영역들에서 함께 모여 있게 된다(bunch up). 도 1은 특정한 기계적인 모드들이 주파수 도메인 안에 놓여있는 것을 보여주는 종래 기술의 유리 렌즈 모드 분포(glass lens modal distribution)의 도면이다.
도 1에서, 각 수직선은 주파수에서의 모드를 나타내고, 수직선은 수평축을 가로지른다. 4 kHz 전화 오디오 대역 안에는 14 개의 모드가 있고, 이들 모드 중 몇몇은 디스플레이 렌즈의 치수 비율로 인해 함께 그룹을 이루는 경향이 있다. 1 kHz에서 레이저 진동계(laser vibrometer)는 전화의 디스플레이 렌즈가 기계적으로 구동된 후에 서로의 수 Hz 안에서 단지 두 개의 모드만을 측정하였다.
따라서, 음향 신호를 생성하기 위하여, 디스플레이 렌즈가 기계적으로 여기될(excited) 때, 모드들의 상기 예시적인 그룹화 및 그로 인한 디스플레이 렌즈의 열악한 동적 응답을 극복해야할 필요가 있다.
도 1은 종래 기술의 유리 렌즈 모드 분포의 개략도.
도 2는 등단면(constant cross-section) 스티프너 링(stiffener ring)에 대응하는 모드 분포를 도시하는 도면.
도 3은 선택적인 스티프너 링을 갖는 디스플레이 렌즈에 대응하는 모드 분포(modal distribution)를 도시하는 도면.
도 4는 디스플레이 렌즈 주위의 예시적인 강체(rigid) 링을 도시하는 도면.
도 5는 모드 분포에 대한 예시적인 파복(antinode)들을 도시하는 도면.
도 6은 압전 구조물의 예시적인 적층(laminated) 실시예를 도시하는 도면.
도 7은 트랜스듀서와 서스펜션(suspension)의 예시적인 분리에 대한 분해도.
도 8a는 음향 서스펜션 시일(acoustic suspension seal)의 하나의 예시적인 실시예의 개략도.
도 8b는 음향 서스펜션 시일의 다른 예시적인 실시예의 개략도.
도 8c는 음향 서스펜션 시일의 또 다른 예시적인 실시예의 개략도.
도 8d는 음향 서스펜션 시일의 또 다른 예시적인 실시예의 개략도.
도 8e는 적층 가스켓 구조물(laminated gasket structure)을 포함하는 음향 서스펜션 시일의 하나의 예시적인 실시예의 개략도.
도 9는 원하는 타겟 햅틱 응답에 상호연관되는 측정된 햅틱 응답의 그래프를 도시하는 도면.
도 10은 프리 플로팅(free-floating) 렌즈 시스템과 고정 렌즈 시스템의 응답 비교를 도시하는 도면.
도 11은 사적 이용 모드(private use mode)에서 이어 시뮬레이터(ear simulator)에 의해 측정된 하나의 예시적인 실시예의 음향 응답을 도시하는 도면.
도 12a는 트랜스듀서가 자유 장착된(freely mounted) 예시적인 시스템을 도시하는 도면.
도 12b는 트랜스듀서가 고정 방식으로 장착되어 있는 예시적인 시스템을 도시하는 도면.
도 13a는 피스톤 방식(pistonic manner)으로 구동되는 자유 장착된 디스크의 모션(motion)을 도시하는 도면.
도 13b는 휨(bending) 방식으로 구동되는 자유 장착된 디스크의 모션을 도시하는 도면.
도 13c는 피스톤 방식으로 구동되지만 휨 동작을 나타내는 주변 주위에 고정된 디스크의 모션을 도시하는 도면.
여기서 설명되는 휴대용 전자 장치는 프리 플로팅(free floating) 디스플레이 렌즈를 포함하고 있고, 이 프리 플로팅 디스플레이 렌즈는 프리 플로팅 디스플레이 렌즈의 모드 밀도(modal density) 및 모드 분포(modal distribution)에 영향을 주도록 프리 플로팅 디스플레이 렌즈의 주변 영역 또는 에지에 장착된 스티프너 링을 구비하고 있다. 또한, 압전 지지 구조물(piezoelectric supporting structure)은 스티프너 링에 부착되어 있다. 압전 지지 구조물은 디스플레이를 둘러싸고 있고, 한 모드에서는 음향 신호를 생성하고 다른 모드에서는 진동 햅틱 신호를 생성하도록 전기적으로 구동된다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 렌즈의 모드 밀도와 모드 분포는 휴대용 전자 장치, 예를 들어, 모바일 전화, 넷북 컴퓨터 또는 태블릿 휴대용 컴퓨터를 위한 디스플레이 렌즈의 바깥 에지 주위에 강체(rigid) 또는 딱딱한(stiff) 링을 추가함으로써 개선되었다. 이러한 강체 링은 전체 디스플레이 렌즈를 보강(stiffen)하도록 동작하여, 디스플레이 렌즈의 모드들의 상향 시프트(upward shift)가 이루어지게 하고, 이하에서는 스티프너 링이라고 칭하도록 한다. 스티프너 링을 이용하면 디스플레이 렌즈를 보강하는 것과 디스플레이를 위한 개구(opening)를 감소시키는 디스플레이 렌즈의 영역의 상당 부분을 가리는 것 사이에 최적의 균형을 가능하게 한다. 따라서, 도 2는 모바일 전화의 오디오 대역에 있는 디스플레이 렌즈의 모드들에 대한 등단면(constant cross-section) 스티프너 링의 영향을 도시한다. 특히, 상향 시프트 후에는 오디오 대역에 단지 9 개의 모드가 남는다. 그러나, 등단면의 강체 스티프너 링은 단독으로는 단지 유리의 모드들을 위로 시프트시키지만 이들 모드의 분포에는 영향을 미치지 않는다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 적어도 두 개의 모드가 약 1700 - 1800Hz에서 함께 가까이 남아 있다.
도 3을 참조하면, 수 헤르쯔 내에 두 개 이상의 모드들이 함께 모여 있는 상황을 다루기 위해서는 디스플레이 렌즈의 바깥 에지 주위에 스티프너 링을 배치하는 것 이상의 추가 접근법이 필요하다. 이들 클러스터화된 모드들을 펼치기 위한 하나의 예시적인 접근법은 스티프너 링의 부분들 또는 단면들(sections)을 선택적으로 두껍게 함으로써 렌즈의 바깥 에지를 추가로 보강하는 것이다.
스티프너 링을 두껍게 하는 위치 또는 지점들은 시프트하고 싶어 하는 개개의 모드에 상호연관된다. 일반적으로, 주어진 모드의 경우, 스티프너 링/디스플레이 렌즈 결합의 에지의 변형시 가장 큰 스트레스 또는 변화가 있는 지점들이 영향을 받는다. 구체적으로, 변형시 이러한 가장 큰 변화의 지점들은 모드들의 결절점(node)들과 파복(antinode)들에 있다. 수 개의 모드들에 대한 높은 스트레스 지점들 주위 영역을 선택적으로 두껍게 함으로써, 이들 모드들의 주파수들이 다른 모드들의 공진(resonance)에 상당한 영향을 주지 않고 시프트될 수 있다. 도 3은 스티프너 링을 선택적으로 두껍게 한 결과를 도시하고 있다.
명료하게, 도 3은 스티프너 링을 선택적으로 두껍게 하는 공정으로 인해, 공진들이 주위로 시프트되어 모드들 자체들을 좀 더 고르게 분포시키고, 심지어는 하나의 부가적이 모드가 오디오 대역 밖으로 시프트되어서, 전화의 전체 오디오 대역에 걸쳐서 8 개의 모드만이 남아있는 것을 도시하고 있다. 그 결과, 도 3은 대역 내의 모드들의 43% 저감 및 모드들 전체의 좀 더 고른 분포를 통해서 오리지널 렌즈에 비해 극명한 개선을 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 디스플레이 렌즈(402) 주위의 예시적인 강체 링(400)이 도시되어 있다. 강체 링(400)은, 예를 들어, 다른 얇은 단면(408)에 비해서 선택적으로 두꺼워진 안쪽 리브(rib)(406) 및 바깥 에지(404)를 포함한다. 도 3을 참조하여 앞서 언급한 바와 같이, 스티프너 링이 두꺼워지는 곳인 리브(406)는 시프트하고 싶어하는 개개의 모드들에 상호연관된다. 도 5는 예시적인 모드(500)와 마디선(506 및 508)이 교차되어 있는 모드(500)의 파복(501, 502, 503, 504)을 도시하고 있다. 따라서, 편향 피크(deflection peak)들은 링으로서 도시되어 있고 접선(tangent line)과 구배(gradient)에 의해 도시되어 있다. 다시 말하자면, 변형의 가장 큰 변화 지점들은 모드들의 결절점과 파복에 있다.
도 6을 참조해 보면, 적층 가스켓 구조물(600)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 예시적인 적층 가스켓 구조물(600)은 하나 이상의 압전 벤더(piezoelectric benders)(606)를 개재하거나 둘러싸고 있는 적어도 두 개의 가스켓 층(602 및 604)을 포함한다. 지지 구조물(610)로서 작용하는 강체(rigid) 또는 반강체(semi-rigid) 스탠드오프(standoff)들은 압전 벤더(606)들로부터의 휨 모션(bending motion)이 렌즈 어셈블리(608)에 직접 연결되게 적층 가스켓 구조물(600) 내의 컷아웃(cutouts)에 배치되어 있다. 렌즈 어셈블리(608)는 스티프너 링을 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 가스켓(602 및 604)은 구동 시스템의 제1 피스톤 모드에 적절한 댐핑(damping)을 제공하면서도, 렌즈 구조물(608)이 하우징(612)에 대해서 자유롭게 이동할 수 있게 하기에 충분히 순응적(compliant)이다. 트랜스듀서의 피스톤 모드는 전체 렌즈와 스티프너 링이 표면 휨을 인지할 수 없을 정도로 위 아래로 이동되는 모드이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예, 즉 차폐 구조물 내에 구현된 드라이버의 분해도(700)를 도시하고 있다. 스티프너 링(702)은 모바일 전화 또는 태블릿 PC와 같은 렌즈(706)를 구비한 전자 장치의 에지에 가깝게 렌즈가 확장(extend)될 수 있고 또한 전자 장치가 사이드 버튼들을 포함할 수 있도록 해주면서, 모드들을 더 분산시킴으로써 모드 동작을 제어할 수 있게 하는, 스티프너 링(702) 주위의 이산 지점들(discrete points)(704)을 포함한다. 그러므로, 구동 구조물은 앞서 언급한 적층 가스켓 장치에서 그래왔듯이 디스플레이를 완전히 둘러쌀 필요는 없다. 여기에 설명되는 신규의 구조물은 구동 요소에 대해 훨씬 더 긴 캔틸레버 아암(cantilever arm)을 가능하게 해주고, 그 결과 더욱 기계적으로 확대(amplification)되게 된다.
도 7에 도시된 이러한 실시예는 또한 지지 구조물(710)에 근접 접촉하는 압전 벤더(708)들을 포함하고, 예를 들어, 압전 벤더(708)들은 지지 구조물(710)에 장착된다. 예를 들어, 금속 캐리어일 수 있는 지지 구조물(710)은 트랜스듀서 지지물 및 디스플레이 차폐로서 역할하도록 구성될 수 있다. 지지 구조물(710)의 아암들은 디스플레이(707) 주위에서 휘어져 있고 렌즈(706)의 스티프너 링(702)에 장착된다. 지지 구조물(710)은 또한 기계적인 그라운드(ground)를 생성하기 위하여 디스플레이 장치의 하우징(712)에 견고하게(rigidly) 부착된다.
렌즈(706)는 기계적인 그라운드에 대해 프리 플로팅하여 이동할 필요가 있기 때문에, 렌즈(706)의 스티프너 링(702)에 부착되는 지지 구조물(710)은 또한 장치(700)의 기계적인 그라운드에 부착된다. 디스플레이(707)와 유저 인터페이스 콘트롤러(도시되어 있지 않음)도 동일한 기계적인 그라운드에 부착된다. 기계적인 그라운드는 대안적으로 심미적 하우징(aesthetic housing)이 바깥에 부착되어 있는 내골격(endoskeleton)과 같은 골격 구조물(skeletal structure)일 수 있고, 또는 하우징이 골격 구조물로서 기능할 수도 있다. 구성요소들이 부착되어 있는 골격 구조물은 이동하지 않는 기계적인 그라운드가 되고, 이 그라운드로부터 렌즈가 이동할 것이다.
적층 가스켓 또는 차폐/캐리어 경우에, 다수 지점에서의 구동은 렌즈의 모드들의 효과를 더 감소시킬 수 있다. 렌즈 구조물을 구동시키는데 두 개의 벤더를 이용하면, 구동 지점들은 맞은편 진폭이 있는 모드의 파복에 배치될 수 있다. 동위상(in phase)의 이들 파복의 구동 효과는 구동 위치에서 맞은편 파복을 갖는 모드들의 상쇄일 것이다. 그러한 모드의 예는 도 9에 도시되어 있다. 화살표로 보여준 구동 지점들에서 두 개의 벤더에 의해 구동되면, 이 모드는 실질적으로 제거될 것이다.
도 7에 도시된 실시예는 파편(debris)이 장치에 들어가지 못하게 하는 서라운드(surround)에 의해 더 강화된다. 게다가, 서라운드는 렌즈의 서스펜션(suspension)을 가능하게 해주고 댐핑을 제공한다. 도 8은 음향 서스펜션 시일(즉, 서라운드)의 복수의 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 도 8a - 8e는 수직 단면도를 도시하고 있다. 도 8a - 8e에서, 각각의 실시예는 적어도 렌즈(802), 디스플레이(804) 및 하우징(806)을 포함한다.
도 8a는 휴지 상태(at rest)에서는 평탄하고 렌즈(802)가 위 아래로 이동할 때는 늘어나는 얇은 신축가능 탄성중합체(elastomer)(808)를 도시하고 있다. 도 8b는 하프 롤 탄성중합체 서라운드(half roll elastomeric surround)(810)를 도시하고 있다. 하프 롤 탄성중합체 서라운드(810)는 도 8b에 도시된 바와 같이 하우징(806) 및 렌즈(802)의 바깥에 오버몰딩(over-mold)될 수 있다. 대안으로, 하프 롤 탄성중합체 서라운드(810)는 앞서 설명한 스티프너 링에 장착될 수 있고, 따라서 렌즈(802) 주위를 나타내는 얇은 갭만을 두고 장치 내에 상주할 수 있다.
도 8c는 렌즈(802)를 밀봉하기 위해 전체 스티프너 링을 따라서 하우징(806)까지 이어지는 압축 가스켓(812)을 도시하고 있다. 도 8c는 본 발명의 금속 캐리어 구현을 도시하고 있지만, 이와 동일한 서라운드 해법을 도 8e에서 볼 수 있듯이 제1 적층 구현에 이용할 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 도 8d는 갭의 일 측에는 부착되지만 다른 측을 따라서는 미끄러지는(slide) 압축성 와이퍼(814)를 도시하고 있다. 이 와이퍼는 하우징에 부착되어 스티프너와 렌즈를 따라서 자유롭게 미끄러질 수 있고, 또는 스티프너/렌즈 어셈블리에 단단히 부착되어 하우징을 따라 자유롭게 미끄러질 수 있다. 서라운드의 적층 구현은 도 8e에 도시되어 있다. 적층은 압전 소자를 포함한다.
도 9는 본 발명의 구현의 예상치 않은 결과를 도시한다. 햅틱 응답에 관해서, 여기에서 설명한 개념은 목표 레벨뿐만 아니라 훨씬 더 낮은 구동 레벨에 의한 피에조-햅틱(piezo-haptics)에서의 이전 시도를 넘어섰다. 특히, 도 9는 4.88V 피크-대-피크 신호를 이용하는 3 개의 서로 다른 방법에 있어서의 햅틱 측정을 도시한다. 이전의 방법들은 더 높은 전압 구동 신호의 적어도 8 배를 필요로 하였다. 또 다른 큰 결과는 햅틱 응답이 장치의 터치면 전반에 걸쳐 실질적으로 균일할 뿐만 아니라 진폭도 이전의 공지된 구현들보다 높다는 것이다.
도 10은 렌즈의 둘레 주위가 단단히 부착되어 있는 것과는 대조적으로 렌즈가 자유롭게 이동하는 것의 장점을 보여주고 있다. 플롯은 여기에 설명한 프리 플로팅 렌즈 발명과 당해 기술 분야에 공지된 종래의 고정 렌즈 시스템 간의 표면 가속도(surface acceleration)의 차를 도시하고 있다. 표면 가속도는 피스톤 장치(pistonic device)의 음향 출력에 관련될 수 있다. 도 10은 공지된 기술에 비해서 더 낮은 주파수에서 50dB 정도의 민감도 향상이 있을 수 있음을 도시하고 있다.
이러한 신규 발명의 오디오 성능은 오디오 목적을 위한 렌즈 또는 디스플레이를 구동하는데 있어서 이전의 시도에 비해 수 개의 장점이 있다. 첫 번째 장점은 자유 장착된(freely mounted) 렌즈가 상당히 더 낮은 제1 공진을 허용한다는 것이다. 이는 이전의 압전 구동 스피커폰보다 3 옥타브 정도 낮을 수 있고 종래의 이동 코일 동적 스피커폰보다는 2 옥타브 정도 낮을 수 있다. 두 번째 장점은 출력 레벨이 이전의 압전 구동 스피커폰보다 상당히 더 높다는 것이다. 도 10은 이러한 신규 발명이 300 Hz에서는 50dB 이상 효율적이고, 1 kHz에서는 32dB 이상 효율적이며, 4 kHz에서는 7dB 이상 효율적임을 도시하고 있다. 이와 같은 트랜스듀서의 효율의 증가는 기존의 증폭기 칩을 가지면서, 대역폭이 정상적인 핸드헬드 스피커폰을 훨씬 초과하는 스피커폰 오디오를 생산할 수 있게 해준다.
스피커폰 특성 이외에도, 진동은 본 발명을 스피커폰으로서뿐만 아니라 햅틱 장치(진동 촉각(vibrotactile) 장치라고도 알려져 있음) 및 이어폰(arpiece)으로서 유용하게 해주는 표면의 기계적인 부하에 대해 매우 강건하다.
도 11을 참조해 보면, 이어 커플러(ear coupler)로의 트랜스듀서의 미가공 출력 주파수 응답은 작은 오디오 성형(minor audio shaping)으로 쉽게 교정될 수 있는 지점에 있다. 이는 상당한 전기적 교정 및 동적 범위의 손실이 없이는 이전의 공지된 피에조 온-글래스(piezo on-glass) 기술로는 가능하지 않았다. 그러므로, 이는 누군가가 압전 표면 구동 솔루션을 생성하고 허용가능한 다운링크 오디오를 제공할 수 있다는 첫 번째 예이다.
휴대용 장치의 표면을 사운드 생성 요소로서 이용하는 것으로 조사된 과거의 구동 방법은 일반적으로 두 개의 일반적인 방법들 중 하나에 속하였다. 이들 두 방법은 자유 장착된 구동 트랜스듀서 또는 고정 장착된 구동 트랜스듀서를 갖는 것으로서 분류될 수 있다. 자유 장착된 구동 트랜스듀서(free mounted drive transducer)의 경우, 트랜스듀서의 일 측은 이동하는 표면에 장착되어 있고 트랜스듀서의 제2 측은 공기 중에서 프리 플로팅한다. 변환(transduction) 방법과 표면이 장치에 부착되는 방식에 따라서, 표면은 피스톤 방식으로 또는 휨(bending) 방식으로 구동될 수 있다. 프리 플로팅 디스플레이 렌즈와 같은 자유 장착된 표면은 그의 주변 주위에 단단히 고정되어 있지 않고 피스톤으로서 이동될 수 있다. 바깥 에지가 고정된 표면은 피스톤으로서 이동할 수 없고 단지 휨 방식으로 이동할 수 있다. MFT(다기능 트랜스듀서) 시스템 또는 DML(분산 모드 라우드스피커) 시스템의 경우에, 트랜스듀서는 방열면(radiating surface)에 대해 구동되는 용수철 상질량(sprung mass)을 갖고 있다. 장착에 따라서, 이 방법은 가변하는 양의 피스톤 모션 및 휨 모션을 갖게 될 것이다. 이러한 종류의 시스템의 단점은 트랜스듀서의 질량이 방열면과 같거나 그보다 더 적기 때문에 트랜스듀서의 모터 구조를 오디오 캐비티 안에서 앞뒤로 구동하는 에너지의 많은 부분이 손실되므로 변환이 비교적 비효율적이라는 것이다. 다른 종류의 "자유(freely)" 장착된 트랜스듀서 시스템은 방열면을 여기하는데 트랜스듀서의 질량에 의존하지 않고, 대신에 트랜스듀서의 휨 모드에 대응하는 표면의 휨에 의존한다. 이 경우에, 압전 트랜스듀서는 일 측에서는 방열 구조물(radiating structure)의 표면에 장착되고 다른 측에서는 이동이 자유롭다. 이러한 구동 스킴은 트랜스듀서가 방열면의 중량(weight)을 이동시켜야 할 뿐만 아니라 그것을 휘게 하는 재료의 분자력에도 대항해야 한다는 점에서 피스톤 구동 스킴보다 근본적으로 효율이 낮다.
위에서 설명한 자유 장착된 트랜스듀서와는 대조적으로, 표면을 구동하는 좀더 효율적인 방법은 고정 장착되거나 그라운드되어 있는 트랜스듀서를 이용하는 것이다. 고정 트랜스듀서의 경우에, 트랜스듀서의 일 측은 방열면에 장착되고, 트랜스듀서의 다른 측은 하우징 또는 골격 구조물이 질량이 방열면(렌즈)보다 훨씬 크기 때문에 근본적으로 기계적인 그라운드 구조물인 하우징 또는 골격 구조물에 장착된다. 도 12a는 질량이 방열면과 같고 자유 장착된 트랜스듀서의 경우를 도시하고 있다. 트랜스듀서가 여기될 때, 트랜스듀서가 한 방향으로 이동함에 따라 다른 방향으로는 방열면의 동일한 변위가 생긴다. 이러한 현상은 에너지의 상당 부분이 트랜스듀서를 이동시키는데 소진되는 결과를 낳는다. 도 12b는 하우징에 그라운드된 트랜스듀서의 경우를 도시하고 있다. 하우징과 트랜스듀서의 결합 질량은 방열면의 질량보다 훨씬 크므로, 방열면은 하우징보다 훨씬 많이 변위된다. 이는 당신이 스스로 수영장 벽에 기대서(grounding) 누군가를 밀어내는 것과는 대조적으로 당신이 수영장 안에서 프리 플로팅하는 동안 당신으로부터 누군가를 밀어내려고 하는 것과 동일한 원리이다.
피스톤 모션이 아니라 단지 휨 모션을 나타내는 시스템은 음향 레벨이 방열면 체적의 일관된(coherent) 변위와 동일하다는 점에서 피스톤 시스템에 비해 단점을 지니고 있다. 도 13은 이러한 피스톤 액션의 예를 그림으로 보여주고 있다. 도 13a는 피스톤 방식으로 구동되는 자유 장착된 디스크를 도시하고 있다. 회색 선(grey line)은 휴지 상태에 있는 디스크를 나타내고 검은 선은 최대로 변위된 디스크를 나타낸다. 전체 디스크는 하나의 일관된 유닛으로서 이동하며 표면 영역 × 변위와 동일한 체적만큼 변위한다. 도 13b는 휨 방식으로 구동되는 유사한 디스크를 도시하고 있다. 이 디스크의 부분들은 상향으로 이동하는 데 반해 이 디스크의 다른 부분들은 하향으로 이동한다. 이 디스크는 바깥 에지가 이동할 수 있게 자유 장착된다. 변위된 최종 일관된 체적(net coherent volume displaced)은 음향 출력을 야기한다. 최종 일관된 체적은 레드 영역(red area) × 평균 레드 변위 - 그린 영역(green area) × 평균 그린 변위이다. 도 13b는 최종 일관된 변위된 체적은 피스톤식 구동 시스템의 것보다 상당히 적음을 명확히 도시하고 있다.
그리고, 도 13c는 자유 장착되지 않고 그의 둘레 주위에 고정되어 있는 피스톤 식 구동되는 디스크를 도시하고 있다. 다시 말하면, 이 변위는 자유 장착된 피스톤보다 작지만, 이 경우에 모든 이동은 동일한 방향으로 이루어지므로, 디스크의 어떠한 부분도 디스크의 다른 부분의 출력을 상쇄시키지 않음을 알 수 있다. 그러므로, 이 시스템의 장착이 자유 장착된 표면에 가능한 한 가까워질 수 있다면 가장 효과적이다.
이 명세서에서 설명된 전기 기계 구동 시스템이 압전 소자로서 설명되었지만 이는 단지 예시적인 목적으로 설명된 것이다. 여기 설명된 압전 소자 대신에 임의의 공지된 전기 기계 구동 기술이 이용될 수 있다. 다른 전기 기계 구동 트랜스듀서의 예는 이동 코일 트랜스듀서, 전기자 모터(armature motors), 리니어 모터(linear motors), 선형 트랙에 묶여져 있는 요동 모터(rotary motors) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예들이 도시되고 설명되었지만 본 발명이 제한되지 않음은 명확하다. 당해 기술 분야에 숙련된 자에게는 첨부 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고도 다수의 수정, 변경, 변화, 대체 및 등가물이 가능할 것이며, 본 발명은 그러한 수정, 변경, 변화, 대체 및 등가물 모두를 포함하는 것으로 이해되도록 의도되어야 한다.

Claims (18)

  1. 휴대용 전자 장치로서,
    a. 스티프너 링(stiffener ring)을 갖는 프리 플로팅(free floating) 디스플레이 렌즈 - 상기 스티프너 링은 상기 프리 플로팅 디스플레이 렌즈의 주변 영역 또는 에지에 장착됨 -;
    b. 상기 스티프너 링에 부착된 제1 엔드(end)를 갖는 지지 구조물 상에 실려있는(carry) 하나 이상의 전기 기계 트랜스듀서;
    c. 상기 프리 플로팅 디스플레이 렌즈와 상기 지지 구조물 사이에 위치한 디스플레이;
    d. 한 모드에서는 음향 신호를 인에이블하고 다른 모드에서는 진동 햅틱 신호를 인에이블하도록 상기 하나 이상의 전기 기계 트랜스듀서에 신호를 전송하는 유저 인터페이스 콘트롤러; 및
    e. 상기 하나 이상의 전기 기계 트랜스듀서, 상기 디스플레이, 및 상기 유저 인터페이스 콘트롤러를 실질적으로 에워싸는(enclose) 하우징
    을 포함하는 휴대용 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 상기 지지 구조물에 의해 둘러싸이는 휴대용 전자 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전기 기계 트랜스듀서는 전기자 모터(armature motor), 압전 소자 및 이동 코일 모터로 구성되는 그룹에서 선택되는 휴대용 전자 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 휴대용 전자 장치에 구조적인 통합성(structural integrity)을 제공하는 골격 구조물(skeletal structure)을 더 포함하는 휴대용 전자 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 골격 구조물은 상기 지지 구조물의 제2 엔드에 기계적으로 그라운드되어 있는 휴대용 전자 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 골격 구조물은 상기 휴대용 전자 장치를 위한 하우징인 휴대용 전자 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지 구조물은 내장된 강체 스탠드오프들(rigid standoffs)과 결합한 탄성중합체 가스켓(elastomeric gasket)인 휴대용 전자 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전기 기계 트랜스듀서는 상기 강체 스탠드오프들에 부착되어 상기 전기 기계 트랜스듀서가 캔틸레버(cantilever) 방식으로 동작하게 하는 휴대용 전자 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전기 기계 트랜스듀서는 상기 전기 기계 트랜스듀서의 양 엔드들 및 중앙에서 상기 강체 스탠드오프들에 부착되어 상기 전기 기계 트랜스듀서가 벤더(bender) 방식으로 동작하게 하는 휴대용 전자 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전기 기계 트랜스듀서를 장착하기 위한 상기 지지 구조물은 그의 주변에서 상기 스티프너 링에 부착되고 그의 중앙에서 상기 골격 구조물에 부착되는 얇은 휨 가능 구조물인 휴대용 전자 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전기 기계 트랜스듀서는 벤더 구성으로 장착되는 휴대용 전자 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전기 기계 트랜스듀서는 캔틸레버 구성으로 장착되는 휴대용 전자 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    음향 서스펜션 시일(acoustic suspension seal)을 더 포함하는 휴대용 전자 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 음향 서스펜션 시일은 하프 롤 탄성중합체 롤(half roll elastomeric roll), 얇은 신축가능 탄성중합체, 와이퍼 및 압축 가스켓으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 휴대용 전자 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 스티프너 링은 상기 디스플레이의 둘레를 따라서 가변 두께를 갖는 휴대용 전자 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 인에이블된 음향 신호는 사적(private) 동작 모드에서 사적-레벨 오디오 출력으로서 방출되는 휴대용 전자 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 인에이블된 음향 신호는 스피커폰 동작 모드에서 핸즈프리 스피커폰 레벨 오디오 출력으로서 방출되는 휴대용 전자 장치.
  18. 오디오 및 햅틱 신호를 휴대용 전자 장치의 디스플레이 렌즈에 제공하는 방법으로서,
    a) 한 모드에서는 음향 신호를 인에이블하고 다른 모드에서는 진동 햅틱 신호를 인에이블하도록 지지 구조물에 의해 실려있는 전기 기계 트랜스듀서를 전기 신호에 의해 구동하는 단계; 및
    b) 상기 지지 구조물에 실려 있는 스티프너 링의 가변 두께 부분들을 따라서 주파수를 제어하는 단계
    를 포함하는 방법.
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