KR20130106189A

KR20130106189A - 휴대 단말기

Info

Publication number: KR20130106189A
Application number: KR1020120027891A
Authority: KR
Inventors: 이은화; 이영민; 배유동
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-09-27
Also published as: KR102004817B1

Abstract

본 발명은 휴대 단말기에 관한 것으로서, 휴대 단말기에 있어서, 터치입력부; 및 상기 터치입력부의 접촉 위치에 선택적으로 가스를 분출하여 접촉 위치에 국부적으로 햅틱 피드백을 제공하는 에어 햅틱장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

휴대 단말기{POTABLE TERMINAL}

본 발명은 휴대 단말기에 관한 것으로서, 특히, 터치되는 위치에 따라 다양한 햅틱 느낌을 제공할 수 있도록 하는 휴대 단말기에 관한 것이다.

일반적으로 휴대 단말기는 MP3 플레이어, 피엠피(Portable Multimedia Player: PMP), 전자책 등으로, 사용자가 휴대하면서 다양한 콘텐츠를 접할 수 있는 기기들을 일컫는다.

휴대 단말기들은 용이한 휴대성 및 기기에 탑재된 다양한 기능들로 인해 이동 시에 많이 사용한다. 이러한 휴대 단말기는 용도나, 시대적 흐름 또는 소비자의 요구 등에 따라 폼팩터(form factor)가 다양화되며, 최근에는 스마트 폰이나 태블릿 PC와 같은 바 타입의 다양한 기능이 함유된 휴대 단말기의 사용이 증가되고 있다.

특히, 바 타입의 휴대 단말기의 경우, 수첩이나 멀티미디어 기능들이 탑재되면서 휴대용 단말기 하나로 음성통화부터 금융업무, 게임/멀티미디어 서비스 및 무선 인터넷 서비스 등의 다양한 콘텐츠를 즐길 수 있게 되었다. 이러한 바 타입의 휴대 단말기의 경우, 전면으로 데이터를 입력하기 위한 장치 및 화상 등을 표시하는 데이터 출력장치가 하나의 대형화 디스플레이 패널을 통해 구현된다.

또한, 최근에는 사용자가 터치함으로써 데이터를 입력하는 개념 이외에도 인터페이스에 의해 사용자의 직관적 경험을 반영하고, 피드백을 좀더 다양화하는 개념을 포함하는 햅틱 피드백 디바이스(haptic feedback device)가 많이 채용되고 있다. ‘햅틱’이란 물체를 만질 때, 사람의 핑커 팁(손가락 끝이나 스타일러스 팬 등)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백을 포함하는 개념이다. 햅틱 피드백 디바이스는, 예를 들어, 화면에 표시되는 버튼 등을 사용자가 터치 할 경우, 터치와 함께 사용자가 실제의 버튼을 만지거나 누른 것과 같은 인식을 할 수 있도록 햅틱 피드백을 제공한다.

예를 들어, 인터넷 등을 이용할 때, 풀 브라우징(full-browsing) 화면을 제공할 수 있는 터치스크린 폰이 등장하면서, 키패드와 같은 입력 장치가 터치스크린에 가상의 키패드로 구현되고 있으며, 터치스크린 키패드는 사용자가 접촉하는 지점을 감지하여 해당 지점에 할당된 신호 값을 입력하게 된다. 일반적인 버튼식 키패드는 돔 스위치 등을 이용하여 사용자에게 클릭감 등을 제공함으로써 키패드 조작을 촉각으로 인지할 수 있었다. 따라서 휴대용 단말기의 키패드 배열에 익숙한 사용자는 디스플레이 장치를 통해 확인하지 않더라도 자신이 키를 조작하여 입력하고자 하는 숫자나 문자가 입력되고 있음을 알 수 있다. 반면에, 터치스크린에 구현된 키패드를 조작하는 경우에는 돔 스위치와 같은 클릭감을 제공하지 못하기 때문에, 사용자가 직접 디스플레이 장치를 통해 입력되는 값을 확인해야만 한다.

따라서 터치스크린 방식의 입력 장치가 탑재된 휴대용 단말기에 햅틱 피드백 기능을 부여함으로써, 사용자가 디스플레이 장치를 통해 입력되는 값을 일일이 확인해야 하는 불편함을 해소하고자 하는 노력이 지속되고 있다. 이러한 휴대용 단말기의 햅틱 피드백 기능은 터치스크린 조작 시 진동 모터를 작동시킴으로써 구현되고 있다.

햅틱 피드백 디바이스에 관한 기술로는, 대한민국 공개특허 제10-2011-0075714호(공개일: 2011.07.06, 발명의 명칭: 햅틱 피드백 디바이스 및 그 햅틱 피드백 디바이스의 제어방법)이나, 대한민국 등록특허 제10-1046017호(등록일: 2011.06.27, 발명의 명칭: 햅틱 피드백 엑츄에이터, 햅틱 피드백 디바이스 및 전자장치) 등에 개시되어 있다.

그러나, 종래의 햅틱 피드백의 경우, 진동 모터를 통해 사용자에게 진동에 따른 촉각을 제공하기만 하여 다양한 햅틱 피드백을 제공하지 못하는 문제점이 발생한다.

또한, 진동 모듈뿐만 아니라 다양한 햅틱 피드백을 제공하기 위한 다양한 기술들이 제안되고 있는데, 예를 들어, 접촉되는 터치 부분을 선택적으로 들어 올리는 것으로, 이러한 햅틱 피드백 디바이스에 관한 기술로는 대한민국 공개특허 제10-2010-0136446호(공개일: 2010.12.28, 발명의 명칭: 사용자 인터페이스 시스템)에 개시되어 있다.

그러나, 접촉되는 부분을 선택적으로 들어올리기 위해서는 높은 공기압을 필요로 하며, 접촉되는 부분이 공기압에 의해 변형됨은 물론 누름을 감지해야 하므로써, 구성이 복잡해지는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 휴대 단말기의 접촉에 따라 선택적으로 촉각의 햅틱 피드백을 제공할 수 있는 휴대 단말기에 관한 것이다.

또한 휴대 단말기의 접촉 시, 사용자에게 다양한 온도를 느낄 수 있게 햅틱 피드백을 제공함은 물론 이로 인해 다양한 UX(User eXperience)를 제공할 수 있는 휴대 단말기에 관한 것이다.

상기한 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따른 휴대 단말기는 휴대 단말기에 있어서, 터치입력부; 및 상기 터치입력부의 접촉 위치에 선택적으로 가스를 분출하여 접촉 위치에 국부적으로 햅틱 피드백을 제공하는 에어 햅틱장치를 포함한다.

바람직하게는, 상기 에어 햅틱장치는 상기 터치입력부 상에 배치되는 윈도우; 및 상기 터치입력부와 상기 윈도우 사이에 배치되고, 복수개의 셀들로 구획되어 상기 터치입력부의 접촉위치의 상기 셀을 통해 국부적으로 에어를 분출하는 에어 엑츄에이터를 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 셀들은 n x m으로 배열된다.

더 바람직하게는, 각각의 상기 셀들에 대응되는 상기 윈도우의 표면에는 복수개의 개구가 구비된다.

더 바람직하게는, 상기 개구는 상기 윈도우 표면으로 나노 사이즈 이하로 복수개 천공된다.

더 바람직하게는, 상기 에어 엑츄에이터는, 고압의 가스가 제공되는 압축 가스 챔버; 상기 압축 가스 챔버와 연결되고, 가스가 유동되는 에어 가이드; 및 상기 셀 내측으로 가스의 주입 유무를 조절하는 스위치를 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 압축 가스 챔버에는 가스의 온도를 조절하는 온도제어장치가 더 포함된다.

더 바람직하게는, 상기 온도제어장치는 펠티어 소자를 포함하여 이루어진다.

더 바람직하게는, 상기 스위치 및 상기 온도제어장치는 제어부에 의해 제어된다.

더 바람직하게는, 상기 에어 가이드는 상기 셀과 이웃한 셀 사이에 배치된다.

더 바람직하게는, 상기 셀들은 상기 에어 가이드에서 유동되는 가스를 유입하는 입구를 구비하며, 상기 스위치는 상기 입구에 온/오프 가능하게 배치된다.

더 바람직하게는, 상기 스위치는 전압에 의해 팽창 또는 수축 되는 투명 엑츄에이터를 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 투명 엑츄에이터는 전기활성 폴리머, 피에조, MEMS(MicroelEctromMechanical Systems) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 에어 엑츄에이터는, 저온의 가스를 제공하는 제1에어 엑츄에이터; 및 상기 제1에어 엑츄에이터와 비교하여 고온의 가스를 제공하는 제2에어 엑츄에이터를 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 제1에어 엑츄에이터는, 고압의 가스가 제공되는 제1압축 가스 챔버; 상기 제1압축 가스 챔버에 배치되고, 상기 윈도우의 접촉위치에 국부적으로 분출되는 가스의 온도를 저온으로 조절하는 제1온도제어장치; 상기 제1압축 가스 챔버와 연결되어, 상기 제1압축 가스 챔버의 가스가 유동되는 제1에어 가이드; 및 상기 셀들의 내측으로 가스의 주입 유무를 조절하는 제1스위치를 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 제2에어 엑츄에이터는, 고압의 가스가 제공되는 제2압축 가스 챔버; 상기 제2압축 가스 챔버에 배치되고, 상기 윈도우의 접촉위치에 국부적으로 분출되는 가스의 온도를 고온으로 조절하는 제2온도제어장치; 상기 제2압축 가스 챔버와 연결되고, 상기 제2압축 가스 챔버의 가스가 유동되며, 상기 제1에어 가이드에 이웃하게 배치되는 제2에어 가이드; 및 상기 셀들의 내측으로 가스의 주입 유무를 조절하는 제2스위치를 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 셀들에는 상기 제1에어 엑츄에이터의 가스가 인입되는 제1입구와, 상기 제2에어 엑츄에이터의 가스가 인입되는 제2입구가 구비된다.

더 바람직하게는, 상기 제1입구는 상기 제1에어 가이드 상의 상기 셀들에 각각 배치되고, 상기 제2입구는 상기 제2에어 가이드 상의 상기 셀들에 각각 배치된다.

더 바람직하게는, 상기 제1스위치는 전압 인가에 따라 상기 제1입구를 온/오프하며, 상기 제2스위치는 전압 인가에 따라 상기 제2입구를 온/오프 한다.

더 바람직하게는, 상기 제1온도제어장치, 상기 제2온도제어장치, 상기 제1스위치, 상기 제2스위치는 제어부에 의해 제어된다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 접촉 위치 상에 가스가 분출됨으로써, 사용자가 터치 시 마다 다양한 느낌의 햅틱 피드백을 전달 받을 수 있게 된다.

또한 온도제어장치에 의해 터치입력부에 표시되는 아이콘 등에 따라 설정된 온도의 가스를 사용자에게 분출하여 사용자가 온도도 감지할 수 있게 됨으로써, 접촉에 따른 실재감이나 몰입감을 사용자가 감지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 휴대 단말기의 분리 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 휴대 단말기에서 윈도우를 개략적으로 나타내는 도면.
도 4는 도 2에 도시된 휴대 단말기에서 에어 햅틱 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 도 4의 A부분 확대도.
도 6은 도 4에서 스위치가 온 된 경우, 접촉된 위치의 셀에 구비된 입구가 개방된 상태를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기의 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기에서 에어 햅틱장치의 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 9는 도 8에 도시된 휴대 단말기에서 에어 햅틱장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 10은 도 9의B부분 확대도.
도 11은 도 9에서 제1스위치가 온 된 경우, 접촉된 위치의 셀에 구비된 제1입구가 개방된 상태를 나타내는 도면.
도 12는 도 9에서 제2스위치가 온 된 경우, 접촉된 위치의 셀에 구비된 제2입구가 개방된 상태를 나타내는 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 휴대 단말기의 일 실시예를 설명하기로 한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 제1이나, 제2 등과 같은 서수를 사용하고 있으나, 이는 단지 동일한 명칭의 대상들을 서로 구분하기 위한 것이고, 그 순서는 임의로 정할 수 있으며, 후순위의 대상에 대해 선행하는 설명을 준용할 수 있다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 휴대 단말기(10)는 햅틱 피드백을 필요로 하는 장치로서 사용자의 조작에 따라 햅틱 피드백을 전달받는 기기이다. 예를 들어, 각종 OA(Office-Automation), 자판기, 의료기기, 모바일 통신기기, 엠피쓰리 플레이어 등 사용자의 접촉에 따라 접촉되는 피드백을 사용자에게 제공할 필요가 있는 기기 전반에 응용될 수 있다. 휴대 단말기(10)는 단말기 본체(미도시)와, 터치입력부(11) 및 사용자의 접촉에 따라 사용자에게 햅틱감을 제공하는 에어 햅틱장치(100)를 포함한다. 상기 터치입력부(11)는 사용자가 터치입력부(11) 상에 표시되는 아이콘 등에 접촉을 가하면 접촉 압력이나 정전용량 등의 변화를 통해 접촉을 인지하는 기기이다. 터치입력부(11)는 터치패널(미도시)과 화상패널(미도시)을 포함할 수 있다. 터치패널은 화상패널의 상면에 배치되고, 접촉에 따라 접촉압력이나 정전용량이 변화됨으로써, 접촉 위치 등을 감지한다. 터치패널은 ITO 필름층 및 베이스 필름층 등을 적층하여 이루어진다. 또한, 화상패널은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), EL(Electro Luminescence) 중 적어도 어느 하나로 이루어진다. 터치패널에 접촉이 감지되면, 후술하는 에어 햅틱장치(100)는 터치패널에 접촉에 대한 에어를 사용자에게 분출하여, 사용자에게 촉각 피드백을 전달한다. 본 실시예에서, 터치입력부(11)는 터치패널과 화상패널이 적층되는 구조를 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표시된 화면의 접촉을 인지할 수 있는 구성이라면 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

도 2는 도 1에 도시된 휴대 단말기를 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 휴대 단말기의 터치입력부를 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 에어 햅틱장치(100)는 사용자의 접촉에 따라 햅틱 피드백을 제공하되, 구체적으로 터치입력부(11)의 접촉에 따라 접촉되는 위치에 가스를 분출하여 사용자에게 가스에 의한 촉각 피드백을 제공하기 위한 장치이다. 즉, 사용자가 터치입력부(11)의 일부분을 접촉하면, 에어 햅틱장치(100)는 접촉된 위치 상에, 선택적으로 가스를 분출하여, 접촉된 위치에 국부적으로 햅틱 피드백을 제공하는 것이다. 이러한 에어 햅틱장치(100)는 윈도우(110) 및 에어 엑츄에이터(120)를 포함한다. 상기 윈도우(110)는 터치입력부(11) 상에 배치되고, 후술하는 에어 엑츄에이터(120)에서 가스가 윈도우(110) 외부로 분출될 수 있도록 무수한 개구(111)가 구비된다. 개구(111)는 후술하는 셀(121)의 위치에 대응되는 윈도우(110) 표면에 배치되어, 셀(121) 내측으로 인입되는 가스가 셀(121)에 대응된 윈도우(110) 상의 개구(111)를 통해 분출되는 것이다. 상기 개구(111)는 각 셀(121)들에 대응되는 위치 상으로 윈도우(110) 표면에 나노 사이즈 이하로 복수개 천공된다. 개구(111)의 크기를 나노 사이즈 이하로 천공하는 이유는, 터치입력부(11)에 표시되는 화면이 윈도우(110)의 개구(111)에 의해 간섭되는 것을 방지하도록 함이다. 본 실시예에서, 개구(111)는 나노 사이즈 이하로 천공되는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 일례에 불과하며, 터치입력부(11)에서 표시되는 화면이 윈도우(110)에 천공된 개구(111)에 의해 간섭이 발생되지 않도록 하는 크기라면 얼마든지 변형 가능함은 물론이다.

후술하는 에어 엑츄에이터(120)는 가스를 윈도우(110)와 터치입력부(11) 사이로 유동시킴은 물론 접촉되는 위치 상에 국부적으로 가스를 분출할 수 있도록, 가스가 유동되는 경로 사이로 복수개의 셀(121)들로 구획되어 있다. 상기 셀(121)은 n x m의 배열로, 복수개가 구획되는 것이 바람직하며, 구획된 셀(121)들의 배열은 휴대 단말기(10)의 설정에 따라 다양한 형태로 변경이 가능함은 물론이다. 개구(111)는 구획된 셀(121)들에 대응되는 위치에 천공되어, 셀(121)들의 내측을 윈도우(110)의 외부와 연결한다. 이로 인해, 접촉에 의해, 경로 상에서 유동되는 가스는 접촉된 위치 상의 셀(121) 내측으로 인입되고, 셀(121) 내측으로 인입된 가스는 개구(111)를 통해 윈도우(110)의 외부로 분출되면서 사용자에게 접촉 피드백을 제공하게 된다.

상기 에어 엑츄에이터(120)는 압축 가스 챔버(122)와, 에어 가이드(123) 및 스위치(124)를 포함한다. 상기 압축 가스 챔버(122)는 고압의 가스를 후술하는 에어 가이드(123)로 제공하는 기기이다. 이러한 에어 엑츄에이터(120)는 사용자의 접촉이 감지됨에 따라 접촉 위치 상에 가스를 분출할 수 있도록 후술하는 제어부(150)에 의해 제어된다(도 7참조). 즉, 터치입력부(11)에 접촉 여부에 따라 제어부(150)는 에어 엑츄에이터(120)를 제어하여, 접촉된 위치 상으로 설정된 온도의 가스를 분출할 수 있도록 제어한다.

본 실시에에서 압축 가스 챔버(122)는 내부에 고압의 가스가 채워진 상태로, 고압의 가스를 에어 가이드(123)로 제공하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 에어 나이프와 같이 외부의 에어를 컴프레서 등과 같은 장치를 통해 고압 상태의 에어로 변환하여 고압의 에어를 에어 가이드(123)로 제공하는 구성과 같이, 고압의 가스를 에어 가이드(123)로 제공할 수 있는 구성이라면 압축 가스 챔버(122)의 형상이나 구성은 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 이러한, 압축 가스 챔버(122)에는 가스의 온도를 조절하는 온도제어장치(125)가 더 포함된다. 온도제어장치(125)는 후술하는 제어부(150)의 제어에 따라 구동되어, 압축 가스 챔버(122) 내의 가스의 온도를 설정된 온도로 맞추어, 에어 가이드(123)로 제공하는 것이다. 예를 들어, 사용자가 터치입력부(11)에 표시되는 화면 상에 따뜻한 난로와 같은 아이콘을 터치하는 경우, 온도제어장치(125)는 압축 가스 챔버(122)의 가스의 온도를 체온보다 높은 온도로 제공한다. 구체적으로, 따뜻한 온도를 제공하도록 설정된 접촉이 감지되면, 제어부(150)는 온도제어장치(125)를 제어한다. 이로 인해, 온도제어장치(125)는 압축 가스 챔버(122) 내에서 에어 가이드(123) 측으로 배출되는 가스의 온도를 체온보다 높게 조절한다. 온도제어장치(125)에 의해 체온보다 높은 온도를 갖는 가스는 에어 가이드(123)로 제공된다. 따라서, 체온보다 높은 온도의 가스가 윈도우(110)의 접촉위치 상의 개구(111)를 통해 분출됨으로써, 사용자는 따뜻한 느낌의 촉각을 전달받을 수 있게 된다. 즉, 온도제어장치(125)는 사람의 체온보다 높은 온도의 가스를 에어 가이드(123)로 제공함으로써, 접촉위치 상에서 따뜻한 가스의 분출을 통해 사용자가 따뜻한 가스의 촉각 피드백을 제공받을 수 있게 된다. 또한, 사용자가 얼음과 같은 아이콘을 터치하는 경우, 온도제어장치(125)는 압축 가스 챔버(122)의 가스의 온도를 체온보다 낮은 온도로 제공한다. 구체적으로, 차가운 온도를 제공하도록 설정된 접촉이 감지되면, 제어부(150)는 온도제어장치(125)를 제어한다. 이로 인해, 온도제어장치(125)는 압축 가스 챔버(122) 내에서 에어 가이드(123) 측으로 배출되는 가스의 온도를 체온보다 낮게 한다. 온도제어장치(125)에 의해 체온보다 낮은 온도를 갖는 가스는 에어 가이드(123)로 제공된다. 따라서, 체온보다 낮은 온도의 가스는 윈도우(110)의 접촉위치 상에 제공된 개구(111)를 통해 분출됨으로써, 사용자는 차가운 느낌의 촉각을 전달받을 수 있게 된다. 즉, 온도제어장치(125)는 사람의 체온보다 낮은 온도의 가스를 에어 가이드(123)로 제공함으로써, 체온보다 낮은 온도의 가스 분출을 통해 사용자가 차가운 가스의 촉각 피드백을 제공받을 수 있게 된다. 본 실시예에서 온도제어장치(125)는 펠티어 소자인 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 도 2의 휴대 단말기에서 에어 가이드를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 상기 에어 가이드(123)는 압축 가스 챔버(122)와 연결되고, 윈도우(110)와 터치입력부(11) 사이에 배치되어 가스가 이동되는 경로를 형성한다. 에어 가이드(123)는 윈도우(110) 하면 상에서 격자 형태로 형성되어, 격자들 사이로 셀(121)들이 형성된다. 또한, 각 셀(121)들에는 격자 형상의 에어 가이드(123)에서 유동되는 가스가 셀(121) 내측으로 유입되는 입구(130)가 구비된다. 따라서, 터치입력부(11)에 접촉이 인가되면, 격자 형상의 에어 가이드(123) 내에서 유동되는 가스가 접촉 위치 상의 셀(121) 내측으로 인입된다. 더 구체적으로 셀(121)들에는 에어 가이드(123)의 내측과 셀(121) 내측을 연결하는 입구(130)가 구비되고, 입구(130)는 스위치(124)에 의해 폐쇄된다. 후술하는 스위치(124)에 전압이 인가됨에 따라 입구(130)를 온/오프한다. 즉, 접촉이 없는 상태에서 스위치(124)는 입구(130)를 폐쇄한다. 접촉 위치 상에 배치된 셀(121)의 스위치(124)에 전압이 인가되면, 스위치(124)는 입구(130)를 개방한다. 이로 인해 에어 가이드(123) 내측과 셀(121) 내측은 연결되고, 에어 가이드(123) 의해 폐쇄된 입구(130)가 개방된다. 에어 가이드(123) 내측에서 유동되는 가스는 입구(130)가 개방됨으로써, 접촉 위시 상의 셀(121) 내측으로 인입된다. 셀(121) 내측으로 인입된 가스는 압력에 의해 접촉 위치 상의 셀(121) 표면, 즉 접촉위치 상의 윈도우(110)의 개구(111)를 통해 윈도우(110) 외측으로 분출된다. 따라서, 접촉하는 순간 사용자의 손에는 가스의 분출에 따른 촉각을 감지하게 되고, 사용자는 접촉을 인지할 수 있게 된다.

도 5는 도 4의 A부분을 확대한 도면이고, 도 6은 도 5에서 접촉된 위치에 구비된 셀의 입구가 개방된 상태를 나타내는 도면이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 스위치(124)는 각 셀(121)들에 구비된 입구(130)에 제공되어 입구(130)를 개방하거나 또는 폐쇄한다. 본 실시예에서 스위치(124)는 전압의 인가 여부에 따라 팽창하거나 수축되는 등의 형태를 변화할 수 있는 투명 엑츄에이터로 구비된다. 즉, 스위치(124)로 전압의 인가 유무에 따라 팽창 또는 수축함으로써, 입구(130)를 폐쇄하여 에어 가이드(123) 내에서 유동되는 가스가 셀(121) 내측으로 인입되는 것을 방지하거나, 입구(130)를 개방하여 에어 가이드(123) 내의 가스를 셀(121) 내측으로 인입되도록 한다. 또한, 스위치(124)가 투명 엑츄에이터를 포함함으로써, 터치입력부(11)에 표시되는 데이터가 스위치(124) 등에 의해 간섭받는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 스위치(124)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니며 입구(130)를 온/오프시킬 수 있는 구성이라면 다양한 변형이 가능하다.

또한, 터치입력부(11)의 접촉 여부에 따라 제어부(150)에 의해 스위치(124)에는 전압의 인가 여부가 제어된다. 예를 들어, 터치입력부(11)의 적어도 하나의 위치에 접촉이 감지되면, 제어부(150)는 스위치(124)에 전압이 인가되도록 제어한다(도 7참조). 스위치(124)에 전압이 인가됨으로써, 입구(130)를 막고 있던 스위치(124)는 수축하고, 입구(130)는 개방된다. 이로 인해, 에어 가이드(123) 내측에서 유동되는 가스가 셀(121) 내측으로 인입되며, 셀(121)이 배치된 윈도우(110) 표면의 개구(111)를 통해 가스가 분출됨으로써 사용자는 가스분출에 따른 촉각 피드백을 제공받는 것이다. 본 실시예에서, 투명 엑츄에이터는 전기활성 폴리머, 피에조, MEMS(MicroelEctromMechanical Systems) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니며, 입구(130)를 개방하거나 폐쇄하여 접촉 위치의 셀(121)과 에어 가이드(123) 내측을 연결하거나 연결을 차단할 수 있도록 하는 구성이라면 다양한 변형실시가 가능하다.

도 7은 도 2에 도시한 휴대 단말기의 블록도를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 엑츄에이터(120)의 동작을 간단히 살펴보면, 사용자가 터치입력부(11) 상의 일부분을 접촉하게 되면, 제어부(150)는 접촉에 따른 에어 엑츄에이터(120)를 제어한다. 즉, 제어부(150)는 접촉된 위치나 접촉된 위치 상에 표시된 화면에 따라 온도제어장치(125)를 제어하고, 접촉된 위치 상의 셀(121)의 입구(130)를 막고 있는 스위치(124)를 제어한다. 따라서, 제어부(150)에 의해 온도제어장치(125)는 압축 가스 챔버(122) 내에서 배출되는 가스의 온도를 조절한다. 설정된 온도로 조절된 가스가 격자 형상의 에어 가이드(123)로 인입되어 유동된다. 또한, 제어부(150)에 의해 스위치(124)에는 전압이 인가되도록 제어됨으로써, 접촉 위시 상의 셀(121)에 형성된 입구(130)를 폐쇄하던 스위치(124)는 수축한다. 스위치(124)의 수축으로 인해 접촉 위시 상의 입구(130)가 개방된다. 에어 가이드(123) 내에서 유동되는 고압의 가스는 개방된 입구(130)를 통해 셀(121)의 내측으로 인입되고, 설정된 온도로 개구(111)를 통해 사용자에게 분출된다. 따라서, 사용자는 접촉된 위치에서 개구(111)를 통해 체온보다 낮거나 높은 온도로 분출되는 가스에 의해 촉각 피드백을 전달받게 되고, 설정된 온도를 갖는 가스의 분출로 사용자는 실재감 및 몰입감을 더 구체적으로 느낄 수 있게 된다.

도 8은 도 2에 개시된 휴대 단말기(10)에서, 에어 엑츄에이터의 다른 실시예를 나타내는 도면이며, 도 9는 도 8에서 에어 가이드를 나타내는 도면이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 휴대 단말기(10)는 상술한 일 실시예와 거의 동일한 구성을 갖는다. 즉, 휴대 단말기(10)는 본체, 터치입력부(11) 및 에어 엑츄에이터로 구성된다. 그러나, 본 실시예의 구성 중 상술한 휴대 단말기(10)와 다른 구성은 에어 엑츄에이터(120)다. 즉, 본 실시예에서 에어 엑츄에이터(120)는 저온의 가스를 제공하는 제1에어 엑츄에이터(120a) 및 제1에어 엑츄에이터(120a)와 비교하여 고온의 가스를 제공하는 제2에어 엑츄에이터(120b)를 포함한다. 본 실시예에서 저온과 고온은 사람의 체온을 중심으로 높고 낮음을 일컫는 용어이다. 제1에어 엑츄에이터(120a)와 제2에어 엑츄에이터(120b)는 터치입력부(11)와 윈도우(110) 사이에 배치되나, 서로 교번하여 이웃하게 배치된다.

도 10은 도 9의 B부분 확대도로서, 도 10을 참조하면, 상기 제1에어 엑츄에이터(120a)는 제1압축 가스 챔버(122a)와, 제1온도제어장치(125a)와, 제1에어 가이드(123a) 및 제1스위치(124a)를 포함한다. 상기 제1압축 가스 챔버(122a)는 고압의 가스를 제1에어 가이드(123a)로 제공되는 구성이다. 상기 제1온도제어장치(125a)는 제1압축 가스 챔버(122a)에 제공되어, 제1압축 가스 챔버(122a) 내의 가스의 온도를 저온으로 조절한다. 여기서 저온이라 하면, 사람의 체온에 대비하여 저온으로서, 사용자가 차갑게 느낄 수 있는 온도를 말한다. 접촉되는 위치나 접촉되는 아이콘 등의 설정에 따라 제1온도제어장치(125a)에서 저온으로 조절된 가스는 윈도우(110)의 접촉위치에서 국부적으로 분출된다. 이로 인해, 사용자는 저온의 햅틱 피드백을 제공받는다. 상기 제1에어 가이드(123a)는 제1압축 가스 챔버(122a)와 연결되고, 제1온도제어장치(125a)에서 조절된 제1압축 가스 챔버(122a)의 가스가 윈도우(110)와 터치입력부(11) 사이에서 유동되는 경로를 형성한다.

제1에어 가이드(123a)와 후술하는 제2에어 가이드(123b) 사이에는 복수개로 구획된 셀(121)들이 배치된다. 제1에어 가이드(123a)는 복수개로 구획된 셀(121)들로 저온의 압축 가스를 제공할 수 있도록 형성되는 가스 이동 경로이다. 또한, 제1에어 가이드(123a)의 내측과 셀(121)들을 연결하여 제1에어 가이드(123a)에서 유동되는 압축 가스들이 각 셀(121)들의 내측으로 인입되도록 입구(130a, 130b)가 구비된다. 후술하나 셀(121)들에는 각각 두개의 입구(130a, 130b)가 구비되어 제1에어 가이드(123a) 혹은 제2에어 가이드(123b)와 각각 연결된다. 제1입구(130a)는 셀(121)들의 내측과 제1에어 가이드(123a)의 내측을 연결하고, 제2입구(130b)는 셀(121)들의 내측과 제2에어 가이드(123b)의 내측을 연결한다. 제1입구(130a)에는 각 셀(121)들의 내측으로 제1에어 가이드(123a)의 압축 가스의 유출입을 조절하는 제1스위치(124a)가 구비된다. 제1스위치(124a)는 전압의 인가 여부에 따라 제1입구(130a)를 폐쇄하거나 개방한다.

상기 제2에어 엑츄에이터(120b)는 제2압축 가스 챔버(122b)와, 제2온도제어장치(125b)와, 제2에어 가이드(123b) 및 제2스위치(124b)를 포함한다. 상기 제2압축 가스 챔버(122b)는 고압의 가스를 제2에어 가이드(123b)로 제공하는 구성이다. 상기 제2온도제어장치(125b)는 제2압축 가스 챔버(122b)에 배치되고, 제2온도제어장치(125b)는 제2압축 가스 챔버(122b) 내의 가스의 온도를 제1에어 엑츄에이터(120a)에 대비하여 고온으로 한다. 여기서 고온이란 사용자의 체온보다 높아 사용자가 상대적으로 따뜻한 느낌을 받을 수 있는 정도의 온도를 일컫는다. 제2온도제어장치(125b)에서 고온으로 조절된 가스는 접촉되는 위치나 아이콘 등의 설정에 따라 윈도우(110)의 접촉위치에서 국부적으로 분출되고, 사용자는 따뜻한 느낌의 햅틱 피드백을 제공받는다. 상기 제2에어 가이드(123b)는 제2압축 가스 챔버(122b)와 연결되고, 제2온도제어장치(125b)에서 조절된 제2압축 가스 챔버(122b)의 가스가 윈도우(110)와 터치입력부(11) 사이에서 유동되는 경로를 형성한다. 구체적으로, 제2에어 가이드(123b)는 제1에어 가이드(123a)와 교번되게 형성되어 복수개로 구획된 셀(121)들로 고온의 압축 가스를 제공할 수 있도록 형성된 가스 이동 경로이다. 제2압축 가스 챔버(122b)에서 제공된 고온의 압축 가스는 셀(121)들 사이에서 제2에어 가이드(123b)를 따라 유동된다. 또한, 제2에어 가이드(123b)와 셀(121)들은 제2입구(130b)에 의해 연결된다. 즉, 제2입구(130b)는 제2에어 가이드(123b)의 내측과 각 셀(121)들의 내측을 관통하여 연결되는 구성으로, 제2에어 가이드(123b)에서 유동되는 고온의 압축가스가 제2입구(130b)를 통해 셀(121)의 내측으로 인입된다. 이러한 제2입구(130b)에는 각 셀(121)들의 내측으로 제2에어 가이드(123b)의 압축 가스의 유출입을 조절하는 제2스위치(124b)가 구비된다. 제2스위치(124b)는 전압의 인가 여부에 따라 제2입구(130b)를 폐쇄하거나 개방하여 셀(121) 내측으로 고압가스의 유출입을 조절하게 된다.

따라서, 제1입구(130a)는 제1에어 가이드(123a)를 따라 셀(121)들의 일측면에 배치되고, 제1입구(130a)는 제1스위치(124a)에 의해 폐쇄된 상태이다. 제2입구(130b)는 제1입구(130a)에 대면되며, 제2에어 가이드(123b)를 따라 셀(121)들의 타측면에 배치되고, 제2입구(130b)는 제2스위치(124b)에 의해 폐쇄된 상태이다. 제1스위치(124a)와 제2스위치(124b)는 각각 전압의 인가 여부에 따라 온/오프됨으로써, 제1입구(130a)와 제2입구(130b)를 개방 또는 폐쇄시킨다. 본 실시예에서 제1스위치(124a)와 제2스위치(124b)는 상술한 스위치(124)와 마찬가지로 전압의 인가 여부에 따라 팽창하거나 수축되는 등의 형태를 변화할 수 있으며, 터치입력부(11) 상의 화면에 간섭을 방지할 수 있도록 투명 엑츄에이터로 구비되는 것이 바람직하다. 터치입력부(110)에 접촉이 감지됨에 따라, 제어부(150)는 제1스위치(124a) 또는 제2스위치(124b)의 전압 인가 여부를 제어한다. 제1스위치(124a) 또는 제2스위치(124b)에 전압이 인가됨으로써, 팽창된 상태로 제1입구(130a) 또는 제2입구(130b)를 폐쇄하고 있던 투명 엑츄에이터는 수축됨으로써, 제1입구(130a) 또는 제2입구(130b)를 개방시키고, 개방된 제1입구(130a) 또는 제2입구(130b)를 통해 제1에어 가이드(123a) 또는 제2에어 가이드(123b)를 유동하던 고압의 가스가 접촉 위치의 셀(121) 내측으로 인입되는 것이다. 그러나, 제1스위치(124a) 및 제2스위치(124b)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니며, 제1입구(130a) 또는 제2입구(130b)를 온/오프시킬 수 있는 구성이라면 다양한 변형이 가능하다.

본 실시예에서, 투명 엑츄에이터는 전기활성 폴리머, 피에조, MEMS(MicroelEctromMechanical Systems) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니며, 접촉 위치의 셀(121)과 제1, 제2에어 가이드(123a, 123b) 내측을 연결하거나 연결을 차단할 수 있도록 하는 구성이라면 다양한 변형실시가 가능하다.

본 실시예에서, 제1, 제2에어 엑츄에이터(120a, 120b)를 각각 저온 및 고온의 가스를 제공하는 구성으로 설명하였으나, 이는 얼마든지 변경 가능하다. 예를 들어, 제1에어 엑츄에이터(120a)가 고온의 가스를 제공하고, 제2에어 엑츄에이터(120b)가 저온의 가스를 제공하는 구성으로 변경하는 것도 가능하다. 또한, 제1에어 엑츄에이터(120a)와 제2에어 엑츄에이터(120b)가 함께 구동되어, 접촉위치 상의 제1, 2스위치(124a, 124b)에 전압이 함께 인가되어 제1,2입구(130a, 130b)를 개방함으로써, 설정된 온도를 개구(111)를 통해 분출하는 것도 가능한 것과 같이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다.

도 11은 도 9에서 제1스위치가 온 된 경우, 접촉된 위치의 셀에 구비된 제1입구가 개방된 상태를 나타내는 도면이고, 도 12는 도 9에서 제2스위치가 온 된 경우, 접촉된 위치의 셀에 구비된 제2입구가 개방된 상태를 나타내는 도면이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 사용자가 터치입력부(11) 상에 나타나는 얼음과 같은 저온 느낌의 아이콘 등을 터치하는 경우, 제어부(150)는 제1에어 엑츄에이터(120a)를 구동하도록 제어한다. 즉, 제1압축 가스 챔버(122a)의 고압의 가스는 제1온도제어장치(125a)를 통해 체온보다 차가운 온도의 가스를 제1에어 가이드(123a)로 제공한다. 또한, 제1스위치(124a)에 전압이 인가됨으로써, 제1입구가 개방되어 제1에어 가이드(123a)와 접촉위치 상의 셀(121) 내측은 연결된다. 제1에어 가이드(123a)로 유동되는 저온의 고압 가스는 개방된 제1입구(130a)를 통해 접촉위치 상의 셀(121) 내측으로 인입된다. 셀(121) 내측으로 인입된 압축 가스는 개구(111)를 통해 윈도우(110) 외측으로 분출되어 사용자에게 가스 분출에 따른 저온의 촉각 피드백을 제공하게 된다.

만약 사용자가 터치입력부(11) 상에 나타나는 전기 난로와 같은 고온 느낌의 아이콘을 터치하는 경우, 제어부(150)는 제2에어 엑츄에이터(120b)를 구동하도록 제어한다. 즉, 제2압축 가스 챔버(122b)의 고압의 가스는 제2온도제어장치(125b)를 통해 체온보다 높은 온도의 가스를 제2에어 가이드(123b)로 제공한다. 또한, 제2스위치(124b)에 전압이 인가됨으로써, 제2입구(130b)가 개방되어 제2에어 가이드(123b)와 접촉위치 상의 셀(121) 내측은 연결된다. 제2에어 가이드(123b)로 유동되는 고온의 고압 가스는 개방된 제2입구(130b)를 통해 접촉위치 상의 셀(121) 내측으로 인입되고, 개구(111)를 통해 윈도우(110) 외측으로 분출되어 사용자에게 가스 분출에 따른 고온의 촉각 피드백을 제공하게 된다.

본 실시예들에서 에어 햅틱장치(100)는 진동 햅틱장치(미도시)와 함께 사용도 가능하다. 즉, 도시하진 않았으나, 진동을 위한 엑츄에이터가 터치입력부(11)와 본체 사이에 배치되고, 제어부(150)에 의해 제어되도록 구성된다. 이로 인해, 터치입력부(11)에 접촉이 감지되면, 진동 엑츄에이터에 따른 진동과 접촉 위치 상에서 분출되는 고압의 가스를 통해 복수의 팹틱 피드백을 사용자에게 전달할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 휴대 단말기(10)는 접촉 위치에 따라 가스가 분출되어 사용자에게 전달됨으로써, 다양한 느낌의 햅틱 피드백을 제공받을 수 있음은 물론이고, 각기 다른 온도로 접촉위치 상에서 분출되는 고압의 가스로 인해, 사용자는 터치입력부(11)에 표시되는 물체나 아이콘 등을 실제적으로 접촉하는 것과 같은 느낌의 피드백을 전달 받을 수 있게 된다. 따라서, 사용자에게 다양한 햅틱피드백은 물론 실재감 및 몰입감을 제공할 수 있게 된다.

10: 휴대 단말기 11: 터치입력부
100: 에어 햅틱장치 110: 윈도우
111: 개구 120: 에어 엑츄에이터
121: 셀 122: 압축 가스 챔버
123: 에어 가이드 124: 스위치
125: 온도제어장치

Claims

휴대 단말기에 있어서,
터치입력부; 및
상기 터치입력부의 접촉 위치에 선택적으로 가스를 분출하여 접촉 위치에 국부적으로 햅틱 피드백을 제공하는 에어 햅틱장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제1항에 있어서, 상기 에어 햅틱장치는,
상기 터치입력부 상에 배치되는 윈도우; 및
상기 터치입력부와 상기 윈도우 사이에 배치되고, 복수개의 셀들로 구획되어 상기 터치입력부의 접촉위치의 상기 셀을 통해 국부적으로 에어를 분출하는 에어 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제2항에 있어서,
상기 셀들은 n x m으로 배열되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제2항에 있어서,
각각의 상기 셀들에 대응되는 상기 윈도우의 표면에는 복수개의 개구가 구비되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제4항에 있어서,
상기 개구는 상기 윈도우 표면으로 나노 사이즈 이하로 복수개 천공되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제4항에 있어서, 상기 에어 엑츄에이터는,
고압의 가스가 제공되는 압축 가스 챔버;
상기 압축 가스 챔버와 연결되고, 가스가 유동되는 에어 가이드; 및
상기 셀 내측으로 가스의 주입 유무를 조절하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제6항에 있어서,
상기 압축 가스 챔버에는 가스의 온도를 조절하는 온도제어장치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제7항에 있어서,
상기 온도제어장치는 펠티어 소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제7항에 있어서,
상기 스위치 및 상기 온도제어장치는 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제6항에 있어서,
상기 에어 가이드는 상기 셀과 이웃한 셀 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제10항에 있어서,
상기 셀들은 상기 에어 가이드에서 유동되는 가스를 유입하는 입구를 구비하며,
상기 스위치는 상기 입구에 온/오프 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제11항에 있어서,
상기 스위치는 전압에 의해 팽창 또는 수축되는 투명 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제12항에 있어서,
상기 투명 엑츄에이터는 전기활성 폴리머, 피에조, MEMS(MicroelEctromMechanical Systems) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제4항에 있어서, 상기 에어 엑츄에이터는,
저온의 가스를 제공하는 제1에어 엑츄에이터; 및
상기 제1에어 엑츄에이터와 비교하여 고온의 가스를 제공하는 제2에어 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제14항에 있어서, 상기 제1에어 엑츄에이터는,
고압의 가스가 제공되는 제1압축 가스 챔버;
상기 제1압축 가스 챔버에 배치되고, 상기 윈도우의 접촉위치에 국부적으로 분출되는 가스의 온도를 저온으로 조절하는 제1온도제어장치;
상기 제1압축 가스 챔버와 연결되어, 상기 제1압축 가스 챔버의 가스가 유동되는 제1에어 가이드; 및
상기 셀들의 내측으로 가스의 주입 유무를 조절하는 제1스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제15항에 있어서, 상기 제2에어 엑츄에이터는,
고압의 가스가 제공되는 제2압축 가스 챔버;
상기 제2압축 가스 챔버에 배치되고, 상기 윈도우의 접촉위치에 국부적으로 분출되는 가스의 온도를 고온으로 조절하는 제2온도제어장치;
상기 제2압축 가스 챔버와 연결되고, 상기 제2압축 가스 챔버의 가스가 유동되며, 상기 제1에어 가이드에 이웃하게 배치되는 제2에어 가이드; 및
상기 셀들의 내측으로 가스의 주입 유무를 조절하는 제2스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제16항에 있어서,
상기 셀들에는 상기 제1에어 엑츄에이터의 가스가 인입되는 제1입구와, 상기 제2에어 엑츄에이터의 가스가 인입되는 제2입구가 구비되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제17항에 있어서,
상기 제1입구는 상기 제1에어 가이드 상의 상기 셀들에 각각 배치되고,
상기 제2입구는 상기 제2에어 가이드 상의 상기 셀들에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제18항에 있어서,
상기 제1스위치는 전압 인가에 따라 상기 제1입구를 온/오프하며,
상기 제2스위치는 전압 인가에 따라 상기 제2입구를 온/오프 하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제16항에 있어서,
상기 제1온도제어장치, 상기 제2온도제어장치, 상기 제1스위치, 상기 제2스위치는 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.