KR20140123895A - 촉각 제공 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

전극과 사용자 간의 정전기력을 이용한 촉각 제공 장치 및 방법이 개시된다. 촉각 제공 장치는 기판 위에 배치되는 복수의 전극들; 및 기판 및 전극들 위에 형성되는 유전체(dielectric substance) 층을 포함하고, 상기 전극들은, 구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시킬 수 있다.

Description

촉각 제공 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING TACTILE}
이하의 일실시예들은 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 촉각 제공 장치 및 방법에 관한 것이다.
촉각 제공 기술은 사용자의 손을 통하여 사용자에게 정보를 피드백 하기 위한 기술이다.
종래의 모바일 단말기는 단말기 전체를 진동함으로써, 사용자에게 알람을 피드백 하였다.
그러나, 단말기 전체가 진동하여 촉각을 피드백 하는 경우, 단말기를 잡고 있는 전체 손에 진동이 되기 때문에 국부적인 진동 전달이 어렵다는 한계가 있었다.
따라서, 전기를 이용하여 사용자에게 진동 자극을 전달함으로써, 촉각을 피드백 하는 기술이 개발되었다.
그러나, 종래의 전기를 이용한 진동 자극 전달 방법은 고전압을 이용해야 하므로, 사용자가 지나친 전기 자극을 받을 수도 있고, 크기가 작은 모바일 단말기에 적용하기 어려운 실정이다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치는 기판 위에 배치되는 복수의 전극들; 및 기판 및 전극들 위에 형성되는 유전체(dielectric substance) 층을 포함하고, 상기 전극들은, 구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시킬 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 전극들은 구동 전압의 주파수, 진폭, 및 입력 기간(duration)에 따라 정전기력을 변화하여 촉각 자극 중 진동의 크기와 진폭, 및 진동 시간을 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 전극들은 전극들의 위치에 대응하는 각각의 구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자가 유전체 층과 접촉한 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 사용자에게 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 전극들은, 상기 기판 위에 어레이(array) 형태로 배치될 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 유전체 층은 SrTiO3, StTiO3 화합물, BaTiO3, BaTiO3화합물, HfO2, Al2O3, TiO2중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 영역과 센싱 영역으로 구성되는 촉각 제공 장치에 있어서, 상기 촉각 제공 영역은, 유전체(dielectric substance) 층; 및 구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시키는 제1 전극들을 포함하고, 상기 센싱 영역은, 전류를 출력하는 제2 전극; 제2 전극이 출력한 전류를 수신하는 제3 전극; 및 상기 전류가 촉각 제공 영역으로 전달되는 것을 차단하는 차단 층을 포함하며, 상기 제1 전극들은, 제2 전극이 출력한 전류와 제3 전극이 수신한 전류 간의 차이로 센싱된 사용자의 접촉 위치에 기초하여 결정된 구동 전압으로 유전체 층에 전하를 대전할 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 영역과 센싱 영역으로 구성되는 촉각 제공 장치에 있어서, 상기 촉각 제공 영역은, 유전체(dielectric substance) 층; 및 구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시키는 제1 전극들을 포함하고, 상기 센싱 영역은, 전류를 출력하는 제2 전극; 제2 전극이 출력한 전류를 수신하는 제3 전극; 제2 전극과 제3 전극의 사이에 위치하며 외부 압력에 따라 변형하여 제2 전극과 제3 전극 간의 거리를 변경시키는 탄성 층; 및 상기 전류가 촉각 제공 영역으로 전달되는 것을 차단하는 차단 층을 포함하며, 상기 제1 전극들은, 제2 전극과 제3 전극 간의 거리로 센싱된 사용자의 접촉 위치 및 외부 압력 크기 중 적어도 하나에 기초하여 결정된 구동 전압으로 유전체 층에 전하를 대전할 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치는 적어도 하나의 오브젝트를 표시하는 디스플레이를 더 포함하고, 상기 제1 전극들은, 사용자의 접촉 위치와 디스플레이에서 오브젝트가 표시된 위치 및 오브젝트의 정보 중 적어도 하나에 따라 결정된 구동 전압으로 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 제1 전극들은, 디스플레이에서 사용자의 접촉 위치에 대응하는 오브젝트의 질감에 따라 결정된 구동 전압으로 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 제1 전극들은 디스플레이에서 사용자의 접촉 위치에 대응하는 오브젝트의 타입에 따라 결정된 구동 전압으로 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 제1 전극들은 사용자의 접촉 위치가 기 설정된 적어도 하나의 촉각 제공 위치 중 하나인 경우, 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 방법은 센싱 영역을 이용하여 유전체(dielectric substance) 층에 접촉한 사용자의 위치를 센싱하는 단계; 센싱된 사용자의 위치에 가장 근접한 전극에게 구동 전압을 제공하는 단계; 및 전극이 구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치는 유전체(dielectric substance) 층; 구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시키는 전극들; 및 상기 전극들 사이에 배치되며, 전극들이 유전체 층에 대전한 전하를 접지하는 접지 영역들을 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 촉각 자극을 제공하는 원리를 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 디스플레이와 결합하는 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 손가락 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공하는 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 손가락 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공하는 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 접촉한 복수의 손가락 중 하나의 손가락에만 촉각 자극을 제공하는 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 한 손가락에 두 가지 촉각 자극을 제공하는 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자에게 버튼의 경계를 나타내는 촉각 자극을 제공하는 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 손가락 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공하는 원리를 도시한 도면이다.
도 11은 일실시예에 따른 구동 전압 제어기의 일례를 도시한 도면이다.
도 12는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 13은 일실시예에 따른 촉각 제공 영역의 구성을 도시한 도면이다.
도 14는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 15는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 16은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자에게 접촉 위치에 따른 질감을 제공하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 17은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자에게 링크와 접촉하였다는 촉각 자극을 제공하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 18은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자에게 아이콘과 접촉하였다는 촉각 자극을 제공하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 19는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 동작을 도시한 도면이다.
도 20은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 동작을 도시한 도면이다.
도 21은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 22는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 촉각 자극을 제공하는 원리를 도시한 도면이다.
도 23은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 손가락 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공하는 원리를 도시한 도면이다.
도 24는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 손가락 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공하기 위한 구조를 도시한 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 촉각 제공 장치(100)는 기판(110), 전극(120), 구동 전압 제어기(130), 유전체 층(140), 및 접지 영역(102)를 포함한다.
촉각 제공 장치(100)는 디스플레이에 결합되며, 디스플레이에 표시되는 정보에 기초하여 디스플레이에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공할 수 있다. 또한, 촉각 제공 장치(100)는 책상 같은 물체에 결합되고, 결합된 물체의 특정 위치를 촉각 자극으로 사용자에게 알릴 수 있다. 그리고, 촉각 제공 장치(100)는 불투명 터치 입력 장치에 결합되고, 결합된 불투명 터치 입력 장치의 버튼이나 입력 수단을 촉각 자극으로 사용자에게 알릴 수 있다.
기판(110)은 사용자에게 촉각 자극을 제공할 디스플레이나 물체의 표면에 결합될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이에 결합되는 기판(110)은 투과율이 높은 투명 물질로 형성됨으로써, 사용자가 기판(110)에 의하여 디스플레이의 내용을 인식하는 것에 방해 받지 않도록 할 수 있다.
또한, 책상 같은 물체나 불투명 터치 스크린 및 디바이스의 표면에 결합되는 기판(110)은 기판(110)이 결합되는 물체나 디바이스의 표면의 색상 및 재질에 대응되는 물질로 형성될 수도 있다.
전극(120)들은 기판(110) 위에 배치되며, 입력 받은 구동 전압에 따라 유전체 층(140)에 전하를 대전할 수 있다. 이때, 전극(120)들은 유전체 층(140)에 전하를 대전함으로써, 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시킬 수 있다. 이때, 전극(120)들은 구동 전압의 주파수, 진폭, 및 입력 기간(duration)에 따라 유전체 층(140)에 대전하는 전하를 변경함으로써, 정전기력을 변화하여 촉각 자극 중 진동의 크기와 진폭, 및 진동 시간을 제어할 수 있다.
정전기력이 발생하는 과정은 이하 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
예를 들어, 전극(120)은 ITO(Indium Tin Oxide), 그래핀, CNT(Carbon Nanotube), 실버 나노 와이어(silver nano wire)와 같은 투명 물질로 형성됨으로써, 사용자가 전극(120)에 의하여 디스플레이의 내용을 인식하는 것에 방해 받지 않도록 할 수 있다.
그리고, 전극(120)는 기판(110) 위에 어레이(array) 형태로 배치되며, 각각의 전극(120)은 독립적으로 동작할 수 있다.
구동 전압 제어기(130)는 복수의 전극을 구동하는 구동 전압을 독립적으로 제어할 수 있다. 예를 들어 구동 전압 제어기(130)는 전극(120)들에게 구동 전압으로 변조(modulated) 전압을 입력할 수 있다.
구동 전압 제어기(130)는 전극(120)들의 위치에 따라 전극(120)들에 입력하는 구동 전압을 각각 다르게 제어시킬 수 있다. 이때, 전극(120)들은 구동 전압 제어기(130)가 제어한 각각의 구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 전극(120)의 위치에 따라 각각 다른 정전기력을 발생시킬 수 있다.
이때, 사용자가 제공 받는 촉각은 정전기력에 대응하므로, 사용자가 유전체 층(140)과 접촉한 위치에 가장 근접한 전극(120)이 발생하는 정전기력에 따라 사용자가 제공 받는 촉각 자극이 결정될 수 있다.
즉, 구동 전압 제어기(130)가 전극(120)들 각각에 입력하는 구동 전압을 제어함으로써, 사용자는 유전체 층(140)과 접촉한 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공받을 수 있다.
사용자가 유전체 층(140)과 접촉한 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공받는 과정은 도 5 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
유전체(dielectric substance) 층(140)은 전극(120) 위에 형성되며, 사용자가 접촉하는 구성일 수 있다.
이때, 유전체 층(140)은 유전율이 높은 화합물, 또는 유전율이 높은 유기물질 중 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 유전율이 높은 화합물은 SrTiO3, SrTiO3 화합물, BaTiO3, BaTiO3화합물, HfO2, Al2O3, TiO2, ZrO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
접지 영역(102)는 촉각 제공 장치(100)가 결합되는 디스플레이 또는, 물체(101)의 일단에 배치되어 유전체 층(140)에 대전된 전하를 접지할 수 있다. 예를 들어, 유전체 층(140)에 접촉한 사용자의 피부 중 일부가 접지 영역(102)에 접촉하는 경우, 유전체 층(140)에 대전된 전하가 사용자의 피부를 통하여 접지 영역(102)에 접지될 수 있다. 이때, 유전체 층(140)에 대전된 전하가 사용자의 피부로 이동하며 정전기력이 증가하여 사용자에게 더 강한 촉각 자극을 제공할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 일례를 도시한 도면이다.
촉각 제공 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 투명한 물질로 형성된 기판(210) 위에 복수의 전극(220)들이 어레이 형태로 배치될 수 있다. 그리고, 복수의 전극(220)들이 배치된 기판(210)에 투명한 유전체 층(230)이 형성될 수 있다.
사용자(240)가 구동 전압이 입력되는 전극(220)에 근접한 유전체 층(230)에 접촉하는 경우, 전극(220)과 사용자(240) 간의 정전기력이 발생하여 사용자(240)에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
이때, 촉각 제공 장치(110)는 어레이 형태로 배치된 전극(220)들에게 각각 다른 구동 전압을 입력함으로써, 유전체 층(230)에 접촉한 사용자들에게 전극(220)들의 위치에 따라 다른 촉각 자극을 제공할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 촉각 자극을 제공하는 원리를 도시한 도면이다.
촉각 제공 장치(100)는 기판(310)에 배치된 전극들 중 적어도 하나의 전극(320)에 구동 전압(321)를 입력할 수 있다. 그리고, 사용자(340)는 전극(320)위에 형성된 유전체 층(330)에 접촉할 수 있다.
이때, 전극(320)은 사용자의 피부(341) 사이에 있는 유전체 층(330)에 전하를 대전할 수 있다. 그리고, 유전체 층(330)에 대전된 전하는 접지 영역(350)과 접촉된 사용자의 피부(341)를 통하여 배출될 수 있다.
촉각 제공 장치(100)가 전극(320)에 입력되는 구동 전압(321)을 변화시키는 경우, 정전기력이 발생하여 사용자(340)에게 촉각 자극을 제공할 수 있다. 이때, 촉각 제공 장치(100)는 변조 전압을 구동 전압(321)으로 입력할 수 있다. 또한, 촉각 제공 장치(100)가 사용자(340)에게 제공하는 촉각의 종류는 구동 전압(321)에 기초한 진동일 수 있다.
예를 들어, 촉각 제공 장치(100)에서 발생하는 정전기력 FE(t)는 수학식 1로 계산될 수 있다.
Figure pat00001
이때, d1은 전극(320)과 사용자(340) 사이에 위치한 유전체 층(330)의 두께, ε1은 고유전율 물질(330)의 유전율, d2은 피부(341) 각질층의 두께, ε2는 피부(341)의 유전율일 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 디스플레이와 결합하는 일례를 도시한 도면이다.
촉각 제공 장치(400)는 도 4에 도시된 바와 같이 모바일 디바이스의 디스플레이에 결합될 수 있다.
이때, 촉각 제공 장치(400)의 기판과 유전체 층은 도 4에 도시된 바와 디스플레이의 내용을 사용자가 식별할 수 있을 정도의 투명도를 가진 투명 물질로 형성됨으로써, 사용자가 촉각 제공 장치(400)에 의하여 디스플레이의 내용을 인식하는 것에 방해 받지 않도록 할 수 있다.
또한, 촉각 제공 장치(400)는 디스플레이에서 표시하는 아이콘이나 번호판의 위치 및 크기에 대응되는 위치 및 크기의 전극(411)을 포함할 수 있다.
사용자가 아이콘이나 번호판을 선택하기 위하여 촉각 제공 장치(400)에 손가락이나 다른 신체 부위를 접촉시키는 경우, 촉각 제공 장치(400)는 전극(411)을 이용하여 접촉한 사용자의 손가락이나 신체 부위에 정전기력을 발생시킬 수 있다.
이때, 정전기력에 따른 촉각 자극을 제공받은 사용자는 자신이 아이콘이나 번호판을 선택한 것을 인식할 수 있다.
즉, 촉각 제공 장치(400)는 아이콘이나 번호판을 선택한 사용자에게 촉각 자극을 제공함으로써, 사용자가 자신의 손가락을 보지 않고도 자신이 아이콘이나 번호판을 선택하였다는 것을 인식하도록 할 수 있다.
그리고, 전극(411)은 개별적으로 동작하여 각각 다른 촉각을 사용자에게 제공할 수도 있다.
전극(411)의 위치에 따라 각각 다른 촉각을 사용자에게 제공하는 동작은 이하 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 촉각 제공 장치(400)는 디스플레이에 표시되는 영상의 확대나 축소와 같이 디스플레이에 입력하는 명령의 종류에 따라 사용자에게 제공하는 촉각의 종류를 다르게 할 수 있다. 이때, 사용자는 자신이 느끼는 촉각의 종류와 사용자가 입력한 명령을 비교하여 디스플레이의 입력 장치, 또는 촉각 제공 장치가 사용자가 입력한 명령을 정확하게 인식하였는지 여부를 판단할 수 있다.
그리고, 촉각 제공 장치(400)는 촉각 제공 장치에 접촉한 사용자의 손가락의 이동 여부에 따라 사용자에게 제공하는 촉각의 종류를 변경할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 손가락 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공하는 일례를 도시한 도면이다.
도 5에서 촉각 제공 장치는 전극(510)과 전극(520)에 각각 다른 구동 전압을 입력할 수 있다.
이때, 전극(510)은 입력 받은 구동 전압에 따라 정전기력을 발생시켜 사용자의 검지 손가락에 촉각 자극(511)을 제공할 수 있다. 또한, 전극(520)은 입력 받은 구동 전압에 따라 정전기력을 발생시켜 사용자의 중지 손가락에 촉각 자극(521)을 제공할 수 있다.
이때, 촉각 자극(511)과 촉각 자극(512)은 도 5에 도시된 바와 같이 진동의 주파수, 또는 진도의 크기가 상이할 수 있다.
즉, 사용자는 검지 손가락과 중지 손가락으로 느낀 진동이 상이한 것을 인식하고 검지 손가락과 중지 손가락이 각각 다른 버튼을 누른 것으로 인식할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 손가락 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공하는 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 6에서 촉각 제공 장치는 전극(610)과 전극(620)에 각각 다른 구동 전압을 입력할 수 있다.
이때, 전극(610)은 입력 받은 구동 전압에 따라 정전기력을 발생시켜 사용자의 엄지 손가락에 촉각 자극(611)을 제공할 수 있다. 또한, 전극(620)은 입력 받은 구동 전압에 따라 정전기력을 발생시켜 사용자의 검지 손가락에 촉각 자극(621)을 제공할 수 있다.
이때, 촉각 자극(611)과 촉각 자극(621)은 도 6에 도시된 바와 같이 진동의 주파수, 또는 진도의 크기가 상이할 수 있다.
즉, 사용자는 엄지 손가락과 검지 손가락으로 느낀 진동이 상이한 것을 인식하고 엄지 손가락과 검지 손가락이 각각 다른 버튼을 누른 것으로 인식할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 접촉한 복수의 손가락 중 하나의 손가락에만 촉각 자극을 제공하는 일례를 도시한 도면이다.
도 7에서 촉각 제공 장치는 전극(710)에는 구동 전압을 입력하지 않고, 전극(720)에만 다른 구동 전압을 입력할 수 있다.
이때, 전극(720)은 입력 받은 구동 전압에 따라 정전기력을 발생시켜 사용자의 검지 손가락에 촉각 자극(721)을 제공할 수 있다.
즉, 두 개 이상의 손가락이 촉각 제공 장치에 접촉되거나, 사용자의 피부 중 두 군데 이상이 촉각 제공 장치에 접촉된 경우, 접촉된 손가락이나 피부 중에서 원하는 대상에게만 촉각 자극을 제공할 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 한 손가락에 두 가지 촉각 자극을 제공하는 일례를 도시한 도면이다.
사용자는 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 버튼을 동시에 누를 수 있다. 이때, 촉각 제공 장치는 전극(810)과 전극(820)에 각각 다른 구동 전압을 입력할 수 있다.
이때, 전극(810)은 입력 받은 구동 전압에 따라 정전기력을 발생시켜 사용자의 손가락의 왼쪽에 촉각 자극(811)을 제공할 수 있다. 또한, 전극(820)은 입력 받은 구동 전압에 따라 정전기력을 발생시켜 사용자의 손가락의 오른쪽에 촉각 자극(821)을 제공할 수 있다.
이때, 촉각 자극(811)과 촉각 자극(821)은 도 8에 도시된 바와 같이 진동의 주파수, 또는 진도의 크기가 상이할 수 있다.
즉, 사용자는 손가락에서 두 종류의 진동을 인식하고, 자신이 두 개의 버튼을 동시에 누른 것으로 인식할 수 있다.
이때, 촉각 제공 장치는 진동의 크기가 사용자의 손가락과 접촉한 면적에 비례하도록 전극(810)과 전극(820)에 입력하는 구동 전압을 제어함으로써, 모바일이 사용자가 누른 두 개의 버튼 중 어떤 버튼을 입력으로 인식하였는지를 나타낼 수 있다.
또한, 촉각 제공 장치는 사용자가 접촉한 버튼 중에서 모바일이 인식한 버튼의 전극에서만 촉각 자극을 제공하도록 전극(810)과 전극(820)에 입력하는 구동 전압을 제어할 수 있다. 사용자는 자신이 선택한 버튼과 다른 촉각을 느끼는 경우, 자신이 버튼을 잘못 선택한 것으로 인식하고, 버튼을 재입력할 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자에게 버튼의 경계를 나타내는 촉각 자극을 제공하는 일례를 도시한 도면이다.
촉각 제공 장치는 도 9에 도시된 바와 같이 버튼과 버튼의 사이에 전극(910)이 배치된 형태일 수도 있다.
이때, 전극(910)는 구동 전압에 따라 사용자가 버튼의 경계감을 느낄 수 있는 촉각 자극(911)을 제공할 수 있다.
즉, 사용자는 손가락을 이동 중 경계감을 느끼면, 손가락이 인접한 다른 버튼 위로 이동한 것으로 인식할 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 손가락 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공하는 원리를 도시한 도면이다.
촉각 제공 장치는 도 10에 도시된 바와 같이 기판(1010)위에 제1 전극(1021), 제2 전극(1022), 제3 전극(1023) 내지 제k 전극(1024)가 배치되고, 제1 전극(1021) 내지 제k 전극(1024)위에 유전체 층(1030)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 사용자의 손가락(1041)이 제1 전극(1021)위에 형성된 유전체 층(1030)과 접촉하고, 사용자의 다른 손가락(1042)가 제k 전극(1024)위에 형성된 유전체 층(1030)과 접촉할 수 있다.
이때, 촉각 제공 장치는 도 10에 도시된 바와 같이 제1 전극(1021)과 제k 전극(1024)에 각각 다른 구동 전압을 입력하고, 제2 전극(1022)과 제3 전극(1023)에 구동 전압을 입력하지 않을 수 있다.
이때, 사용자는 손가락(1041)과 손가락(1042)에서 각각 다른 촉각 자극을 느낄 수 있다. 그리고, 제1 전극(1021)에 의하여 제1 전극(1021)과 손가락(1041) 사이의 유전체 층(1030)에 대전된 전하는 손가락(1041)를 통하여 접지(1050)로 배출될 수 있다. 또한, 제k 전극(1024)에 의하여 제k 전극(1024)과 손가락(1042)의 유전체 층(1030)에 대전된 전하는 손가락(1042)를 통하여 접지(1050)로 배출될 수 있다.
그리고, 손가락(1041)이나 손가락(1042)가 제2 전극(1022), 또는 제3 전극(1023)의 위치로 이동하는 경우, 제2 전극(1022)와 제3 전극(1023)는 구동 전압이 입력되지 않으므로, 사용자에게 촉각 자극을 제공하지 않을 수 있다.
도 11은 일실시예에 따른 구동 전압 제어기의 일례를 도시한 도면이다.
구동 전압 제어기(1110)는 도 11에 도시된 바와 같이 제1 구동 전압(1111)에 대응하는 복수의 스위치와 제2 구동 전압(1112)에 대응하는 복수의 스위치를 포함할 수 있다.
이때, 상기 스위치들은 촉각 제공 장치(1130)의 전극(1120)들 각각과 연결될 수 있다.
그리고, 제1 구동 전압(1111)를 입력할 전극이 있는 경우, 구동 전압 제어기(1110)는 제1 구동 전압(1111)에 대응하는 스위치 중 상기 전극에 연결된 스위치를 닫음으로써, 상기 전극에 제1 구동 전압(1111)를 입력할 수 있다. 이때, 상기 전극은 제1 구동 전압(1111)에 대응하는 크기와 주파수의 진동 촉각을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 제2 구동 전압(1112)를 입력할 전극이 있는 경우, 구동 전압 제어기(1120)는 제2 구동 전압(1112)에 대응하는 스위치 중 상기 전극에 연결된 스위치를 닫음으로써, 상기 전극에 제2 구동 전압(1112)를 입력할 수 있다. 이때, 상기 전극은 제2 구동 전압(1112)에 대응하는 크기와 주파수의 진동 촉각을 사용자에게 제공할 수 있다.
즉, 구동 전압 제어기(1110)는 다양한 구동 전압에 대응하는 스위치들을 전극 별로 연결시키고, 전극에 입력할 구동 전압에 따라 스위치를 제어함으로써, 전극이 사용자에게 제공하는 촉각의 종류와 크기를 제어할 수 있다.
도 12는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 12는 사용자의 접촉을 감지하고, 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 촉각 제공 장치의 구성일 수 있다.
도 12를 참조하면, 촉각 제공 장치(1200)는 센싱 영역(1210), 접지 영역(1220), 및 촉각 제공 영역(1230)을 포함한다.
센싱 영역(1210)은 디스플레이에 배치된 전극을 이용하여 사용자의 접촉을 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센싱 영역(1210)는 촉각 센서일 수 있다.
접지 영역(1220)은 촉각 제공 장치(1200)가 결합되는 디스플레이의 일단 또는, 물체의 일단 중 적어도 하나에 결합되며, 촉각 제공 영역(1230)의 전극에 의하여 사용자와 전극 사이의 유전체 층에 대전된 전하를 사용자의 피부를 통하여 배출할 수 있다.
촉각 제공 영역(1230)은 센싱 영역(1210)의 상면에 결합되며, 유전체 층에 접촉한 사용자와 센싱 영역(1210)의 상면에 배치된 전극 간의 정전기력을 이용하여 사용자에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
촉각 제공 영역(1230)의 구체적인 구성은 도 13을 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 센싱 영역(1210)와 촉각 제공 영역(1230)간의 결합 관계 및 센싱 영역(1210)의 구성은 도 14와 도 15를 참조하여 상세히 설명한다.
도 13은 일실시예에 따른 촉각 제공 영역의 구성을 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 촉각 제공 영역(1230)는 전극(1310), 구동 전압 제어기(1320), 및 유전체 층(1330)를 포함한다.
전극(1310)들은 센싱 영역(1210) 위에 배치되며, 입력 받은 구동 전압에 의하여 구동될 수 있다. 그리고, 전극(1310)들이 구동되는 경우, 유전체 층(1330)에 접촉한 사용자와 전극(1310)들 간에 정전기력이 발생하여 사용자에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
예를 들어, 전극(1310)들은 ITO(Indium Tin Oxide), 그래핀, CNT(Carbon Nanotube), 실버 나노 와이어(silver nano wire)와 같은 투명 물질로 형성됨으로써, 사용자가 전극(1310)들에 의하여 디스플레이의 내용을 인식하는 것에 방해 받지 않도록 할 수 있다.
그리고, 전극(1310)들은 센싱 영역(1210) 위에 어레이(array) 형태로 배치되며, 각각의 전극(1310)들은 독립적으로 동작할 수 있다.
구동 전압 제어기(1320)는 전극(1310)들을 구동하는 구동 전압을 독립적으로 제어할 수 있다. 예를 들어 구동 전압 제어기(1320)는 변조 전압을 구동 전압으로 입력할 수 있다.
구동 전압 제어기(1320)는 전극(1310)들에 입력하는 구동 전압을 각각 다르게 제어시킴으로써, 전극(1310)들 각각이 서로 다른 정전기력을 발생하도록 할 수 있다. 이때, 사용자가 제공 받는 촉각은 정전기력에 대응하므로, 전극들(1310)들 중 사용자가 유전체 층(1330)과 접촉한 위치에 가장 근접한 전극이 발생하는 정전기력에 따라 사용자가 제공 받는 촉각이 결정될 수 있다.
즉, 구동 전압 제어기(1320)가 전극(1310)들 각각에 입력하는 구동 전압의 전압을 제어함으로써, 사용자가 유전체 층(1330)과 접촉한 위치에 따라 사용자에게 각각 다른 촉각 자극을 제공할 수 있다.
유전체 층(1330)은 전극(1310)위에 형성되며, 사용자가 접촉하는 구성일 수 있다.
이때, 유전체 층(1330)은 높은 유전율을 가지는 화합물, 또는 높은 유전율을 가지는 유기물질 중 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 높은 유전율을 가지는 화합물은 SrTiO3, SrTiO3 화합물, BaTiO3, BaTiO3화합물, HfO2, Al2O3, TiO2, ZrO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 14는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 일례를 도시한 도면이다.
촉각 제공 장치의 센싱 영역(1420)은 도 14에 도시된 바와 같이 제2 전극(1421)과 제3 전극(1422) 및 차단 층(1423)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 전극(1421)은 전류를 출력하는 양 전극이고, 제3 전극(1422)은 제2 전극(1421)가 출력한 전류를 수신하는 음 전극일 수 있다.
그리고, 제2 전극(1421)과 제3 전극(1422)은 디스플레이(1410)의 위에 배치되며, 차단 층(1423)는 제2 전극(1421)과 제3 전극(1422)의 위에 형성될 수 있다.
이때, 센싱 영역(1420)은 제2 전극(1421)에서 제3 전극(1422)으로 흐르는 전류의 변화를 측정할 수 있다. 제3 전극(1422)가 수신한 전류가 변화하는 경우, 센싱 영역(1420)은 변화된 전류를 수신한 제3 전극의 위치(1422)에 기초하여 사용자의 접촉 위치를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센싱 영역(1420)은 전류를 출력한 제2 전극(1421)과 변화된 전류를 수신한 제3 전극(1422) 사이에 위치한 유전체 층(1432)에 사용자의 손가락이 접촉한 것으로 감지할 수 있다.
차단 층(1423)은 제2 전극(1421)가 출력한 전류가 촉각 제공 영역(1430)으로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 예를 들어, 차단 층(1423)는 폴리머, 또는 유리로 형성될 수 있다.
그리고, 촉각 제공 장치의 촉각 제공 영역(1430)은 도 14에 도시된 바와 같이 제1 전극(1431)과, 유전체 층(1432)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(1431)은 센싱 영역(1420)의 차단 층(1423)의 위에 배치되며, 유전체 층(1432)는 제1 전극(1431)의 위에 형성될 수 있다.
센싱 영역(1420)가 사용자의 접촉을 감지한 경우, 촉각 제공 영역(1430)은 제3 전극(1431)에 구동 전압을 입력할 수 있다. 이때, 제1 전극(1431)과 유전체 층(1432)위에 접촉한 사용자 간에 정전기력이 발생하여 사용자에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
도 15는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 15는 사용자의 접촉 및 압력을 측정할 수 있는 센싱 영역(1520)을 포함하는 촉각 제공 장치의 일례이다.
촉각 제공 장치의 센싱 영역(1520)은 도 15에 도시된 바와 같이 제2 전극(1521)과 탄성 층(1522), 제3 전극(1523) 및 차단 층(1524)을 포함할 수 있다.
그리고, 제2 전극(1521)은 디스플레이(1410)의 위에 배치되고, 탄성 층(1522)은 제2 전극(1521)과 제3 전극(1523)의 사이에 형성될 수 있다. 또한, 차단 층(1524)은 제3 전극(1523)의 위에 형성될 수 있다.
탄성 층(1522)은 제2 전극(1521)과 제3 전극(1523)의 사이에 위치하며 외부 압력에 따라 변형하여 제2 전극(1521)과 제3 전극(1523) 간의 거리를 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 탄성 층(1522)은 PDMS(Polydimethylsiloxane)나 에코플렉스(EcoFlex)와 같은 투명 탄성 물질로 형성될 수 있다.
이때, 센싱 영역(1520)는 제2 전극(1521)과 제3 전극(1523) 간의 거리를 감지할 수 있다. 예를 들어, 센싱 영역(1520)은 제2 전극(1521)에서 제3 전극(1523)으로 흐르는 전류의 변화에 기초하여 제2 전극(1521)과 제3 전극(1523) 간의 거리를 감지할 수 있다.
제2 전극(1521)과 제3 전극(1523) 간의 거리가 감소한다는 것은 탄성 층(1522)이 유전체 층(1532)에 접촉한 사용자로부터 압력을 받아 압축된다는 것을 의미할 수 있다.
즉, 제2 전극(1521)과 제3 전극(1523) 간의 거리가 감소되는 경우, 센싱 영역(1520)은 제2 전극(1521)과 제3 전극(1523) 간의 거리가 감소된 위치를 사용자의 접촉 위치로 센싱할 수 있다.
또한, 제2 전극(1521)과 제3 전극(1523) 간의 거리는 사용자가 촉각 제공 장치에 입력하는 압력에 반비례할 수 있다. 그러므로, 센싱 영역(1520)은 탄성 층(1522)의 두께와 변경된 제2 전극(1521)과 제3 전극(1523) 간의 거리의 차이에 기초하여 사용자가 유전체 층(1532)에 가한 압력의 크기를 센싱할 수 있다.
차단 층(1523)은 제2 전극(1521)가 출력한 전류가 촉각 제공 영역(1530)으로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 예를 들어, 차단 층(1523)는 폴리머, 또는 유리로 형성될 수 있다.
그리고, 촉각 제공 장치의 촉각 제공 영역(1530)은 도 14에 도시된 바와 같이 제1 전극(1531)과, 유전체 층(1532)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(1531)은 센싱 영역(1520)의 차단 층(1524)의 위에 배치되며, 유전체 층(1532)는 제1 전극(1531)의 위에 형성될 수 있다.
센싱 영역(1520)가 사용자의 접촉을 감지한 경우, 촉각 제공 영역(1530)는 제1 전극(1531)에 구동 전압을 입력할 수 있다. 이때, 제1 전극(1531)과 유전체 층(1532)위에 접촉한 사용자 간에 정전기력이 발생하여 사용자에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
도 16은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자에게 접촉 위치에 따른 질감을 제공하는 실시예를 도시한 도면이다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치는 디스플레이가 표시하는 영상 중에서 사용자가 접촉한 위치에 표시되는 물체의 질감에 기초하여 상기 사용자에게 제공하는 촉각을 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같이 디스플레이에 각각 다른 질감을 가진 영상이 표시된 경우, 촉각 제공 장치는 영상의 영역에 따라 각각 다른 촉각을 사용자에게 제공할 수 있다.
구체적으로, 촉각 제공 장치는 영상의 영역에 대응하는 전극에 입력하는 구동 전압의 주파수, 진폭, 및 입력 기간(duration)을 제어함으로써, 사용자에게 제공하는 촉각 자극 중 진동의 크기와 진폭, 및 진동 시간을 제어할 수 있다.
예를 들어, 촉각 제공 장치는 바위를 표시하는 영역의 전극(1610)에 입력하는 구동 전압의 주파수, 진폭, 및 입력 기간을 제어함으로써, 사용자에게 바위와 접촉한 듯한 촉각 자극을 제공할 수 있다. 또한, 촉각 제공 장치는 수풀을 표시하는 영역의 전극(1620)에 입력하는 구동 전압의 주파수, 진폭, 및 입력 기간을 제어함으로써, 사용자에게 수풀과 접촉한 듯한 촉각 자극을 제공할 수 있다.
그리고, 촉각 제공 장치는 모래를 표시하는 영역의 전극(1630)에 입력하는 구동 전압의 주파수, 진폭, 및 입력 기간을 제어함으로써, 사용자에게 모래와 접촉한 듯한 촉각 자극을 제공할 수 있다.
즉, 촉각 제공 장치는 영상의 영역에 따라 각각 다른 촉각 자극을 사용자에게 제공함으로써, 영상의 영역을 만진 사용자가 영상의 영역에 표시되는 물체를 실제로 만진듯한 질감을 느끼도록 할 수 있다.
도 17은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자에게 링크와 접촉하였다는 촉각 자극을 제공하는 실시예를 도시한 도면이다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치는 디스플레이가 표시하는 정보 중 특정 정보가 표시되는 영역에서 촉각 자극을 제공할 수 있다.
예를 들어, 촉각 제공 장치는 다른 문서와 연결되는 링크(1710)에만 촉각 자극을 제공할 수 있다. 이때, 링크(1710)는 기 설정된 특정 링크일 수도 있고, 디스플레이에 포함되는 모든 링크일 수도 있다. 또한, 상기 다른 문서는 디스플레이가 제공하는 정보가 포함된 문서와 다른 문서일 수 있다.
이때, 사용자는 복수의 손가락을 촉각 제공 장치 위에서 슬라이드 하며 촉각 자극을 제공하는 위치를 식별할 수 있다. 그리고 사용자는 식별한 위치를 누르거나, 다른 수단을 이용하여 선택함으로써, 링크(1710)에 연결된 다른 문서가 디스플레이에 표시되도록 할 수 있다.
즉, 촉각 제공 장치는 영상에 표시되는 정보의 종류에 따라 촉각 자극의 제공 여부와 제공하는 촉각 자극의 종류를 결정함으로써, 사용자가 촉각 자극에 따라 원하는 정보를 선택하도록 할 수 있다.
도 18은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자에게 특정 아이콘과 접촉하였다는 촉각 자극을 제공하는 실시예를 도시한 도면이다.
일실시예에 따른 촉각 제공 장치는 디스플레이가 표시하는 아이콘 중 특정 아이콘에 촉각 자극을 매핑할 수 있다. 이때, 특정 아이콘은 사용자가 선택한 아이콘, 또는 사용자가 일정 회수 이상 선택한 아이콘일 수 있다. 특정 아이콘이 사용자가 일정 회수 이상 선택한 아이콘인 경우, 사용자가 선택한 회수에 따라 특정 아이콘에 매핑된 촉각 자극이 결정될 수도 있다.
또한, 촉각 제공 장치는 디스플레이가 표시하는 아이콘들, 또는 키패드 각각에 다른 촉각 자극을 매핑할 수 있다.
다음으로, 촉각 제공 장치는 사용자가 아이콘과 접촉하였는지 여부를 감지하고, 사용자가 아이콘에 접촉한 경우, 아이콘에 매핑된 촉각 자극을 사용자에게 제공할 수 있다.
따라서, 사용자는 디스플레이를 보지 않고도 손가락에 제공되는 촉각 자극을 통하여 자신이 원하는 아이콘을 식별하고 선택할 수 있다.
예를 들어, 촉각 제공 장치는 키보드에서 돌기가 형성된 f와 j에 대응하는 키 패드에 촉각 자극을 매핑할 수 있다. 이때, 사용자는 촉각 자극을 제공받는 키 패드의 위치에 양손의 검지 손가락을 위치시킴으로써, 키보드를 이용할 때와 같이 키 패드를 보지 않고도 자판을 입력할 수 있다.
도 19는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 동작을 도시한 도면이다.
단계(1910)에서 구동 전압 제어기(130)는 사용자에게 촉각 자극을 제공할 위치 및 사용자에게 제공할 촉각의 종류를 입력 받을 수 있다.
단계(1920)에서 구동 전압 제어기(130)는 단계(1910)에서 입력 받은 위치에 대응하는 전극(120)을 식별할 수 있다.
단계(1930)에서 구동 전압 제어기(130)는 단계(1920)에서 식별한 전극(120)에게 단계(1910)에서 입력 받은 촉각의 종류에 대응하는 구동 전압을 제공할 수 있다.
단계(1940)에서 전극(120)은 단계(1930)에서 제공 받은 구동 전압을 이용하여 전극(120)에 근접한 유전체 층(140)에 전하를 대전할 수 있다. 그리고, 구동 전압 제어기(130)가 전극(120)에 입력되는 구동 전압을 변화시키는 경우, 전극(120)과 사용자 간에 정전기력이 발생하여 사용자에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
도 20은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 동작을 도시한 도면이다.
단계(2010)에서 센싱 영역(1210)은 사용자가 유전체 층(1330)에 접촉하는 것을 감지할 수 있다.
단계(2020)에서 촉각 제공 영역(1230)는 단계(2010)에서 감지한 사용자의 접촉 위치에 기초하여 사용자에게 제공할 촉각 자극을 선택할 수 있다. 예를 들어, 도 18에서 촉각 제공 영역(1230)은 사용자의 접촉 위치가 아이콘인 경우, 아이콘을 나타내는 촉각 자극을 사용자에게 제공할 촉각 자극으로 선택할 수 있다.
단계(2030)에서 촉각 제공 영역(1230)은 단계(2010)에서 감지한 사용자의 접촉 위치에 대응하는 전극(1310)에 구동 전압을 제공할 수 있다. 이때, 촉각 제공 영역(1230)가 전극(1310)에 제공하는 구동 전압은 단계(1210)에서 선택한 촉각에 대응하는 구동 전압일 수 있다.
단계(2040)에서 전극(1310)는 단계(2030)에서 제공 받은 구동 전압을 이용하여 전극(1210)에 근접한 유전체 층(1230)에 전하를 대전할 수 있다. 그리고, 구동 전압 제어기(1220)가 전극(1210)에 입력되는 구동 전압의 구동 전압을 변화시키는 경우, 전극(1310)과 사용자 간에 정전기력이 발생하여 사용자에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
도 21은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 21은 전극들 사이에 유전체 층에 대전된 전하를 배출하기 위한 접지 영역을 배치한 촉각 제공 장치의 일례이다.
도 21을 참조하면, 촉각 제공 장치(2100)는 기판(2110), 전극(2120), 구동 전압 제어기(2130), 유전체 층(2140), 및 접지 영역(2150)를 포함한다.
기판(2110), 전극(2120), 구동 전압 제어기(2130), 및 유전체 층(2140)은 도 1의 기판(110), 전극(120), 구동 전압 제어기(130), 및 유전체 층(140)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
접지 영역(2150)은 전극(2120)들 사이에 배치되며, 전극(2120)들이 유전체 층(2130)에 대전한 전하를 접지하여 배출할 수 있다.
이때, 촉각 제공 장치(2100)는 전극(2120)들 사이에 접지 영역(2150)을 배치함으로써, 사용자의 피부와 접촉하는 별도의 접지 영역 없이도 유전체 층(2130)에 대전된 전하를 배출할 수 있다. 그리고, 전하가 배출된 유전체 층(2130)은 전극(2120)들에 의하여 다시 전하가 대전되어 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력이 발생할 수 있다.
도 22는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 촉각 자극을 제공하는 원리를 도시한 도면이다.
촉각 제공 장치(2100)는 기판(2210)에 배치된 전극들 중 적어도 하나의 전극(2220)에 구동 전압(2221)를 입력할 수 있다. 그리고, 사용자(2250)는 전극(2220)위에 형성된 유전체 층(2240)에 접촉할 수 있다.
이때, 전극(2220)은 사용자(2250)가 접촉한 유전체 층(2240)에 전하를 대전할 수 있다. 그리고, 전극(2220)이 구동 전압(2221)에 따라 대전하는 전하를 변화시키는 경우, 정전기력이 발생하여 사용자(2250)에게 촉각 자극을 제공할 수 있다.
또한, 유전체 층(2240)에 전하가 대전된 상태이면, 사용자에게 다시 촉각 자극을 제공하기 위하여 전극(2220)이 다시 전하를 대전 시키더라고, 전하의 변화가 적을 수 있다. 그리고, 유전체 층(2240)의 전하의 변화가 적은 경우, 발생하는 정전기력의 크기가 적을 수 있다. 따라서, 전극(2220)이 유전체 층(2240)에 대전 시킨 전하는 사용자에게 다시 촉각 자극을 제공하기 전에 배출되어야 한다.
이때, 접지 영역(2260)과 전극(2220) 간의 간격은 전극(2220)과 사용자(2250)의 손가락 간의 간격 및 사용자(2250)의 손가락과 접지 영역(2260) 간의 간격보다 짧을 수 있다. 그리고, 전극(2220)들이 유전체 층(2240)에 대전한 전하는 사용자(2250)의 손가락에 대전되어 정전기력을 형성하고, 사용자(2250)의 손가락에 대전된 전하와 유전체 층(2250)에 대전된 전하는 접지 영역(2260)을 통하여 배출될 수 있다. 즉, 접지 영역(2260)은 유전체 층(2240)에 대전된 전하를 접지하여 배출함으로써, 유전체 층(2240)이 전극(2220)에 의하여 전하가 다시 대전되도록 할 수 있다.
도 23은 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 손가락 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공하는 원리를 도시한 도면이다.
촉각 제공 장치는 도 23에 도시된 바와 같이 기판(2310) 위에 복수의 전극들이 배치되고, 전극들 사이에 접지 영역(2330)들이 배치되며, 전극들과 접지 영역(2330)들 위에 유전체 층(2340)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 사용자의 손가락(2351)이 복수의 전극들 중 전극(2321) 위에 형성된 유전체 층(2340)과 접촉하고, 사용자의 다른 손가락(2352)와 손가락(2353)이 각각 전극(2323)과 전극(2324) 위에 형성된 유전체 층(2340)과 접촉할 수 있다.
이때, 촉각 제공 장치는 도 23에 도시된 바와 같이 전극(2321)에 입력하는 구동 전압(2322)와 다른 구동 전압(2325)를 전극(2324)에 입력할 수 있다. 또한, 촉각 제공 장치는 전극(2323)에 구동 전압을 입력하지 않을 수 있다.
이때, 사용자는 손가락(2351)과 손가락(2353)에서 각각 다른 촉각 자극을 느낄 수 있다. 그리고, 전극(2321)과 전극(2324)에 의하여 유전체 층(1030)에 대전된 전하는 접지 영역(2330)로 배출될 수 있다. 또한, 전극(2323)는 구동 전압이 입력되지 않으므로, 사용자는 유전체 층(2340)과 접촉한 손가락들 중 손가락(23520)에서는 촉각 자극을 느끼지 못할 수 있다.
도 24는 일실시예에 따른 촉각 제공 장치가 사용자의 손가락 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 제공하기 위한 구조를 도시한 도면이다.
촉각 제공 장치의 구동 전압 제어기(2410)는 사용자에게 제공할 촉각 자극의 종류에 따라 복수의 구동 전압을 생성하여 역 다중화기(DEMUX: demultiplexer)(2420)로 전송할 수 있다.
또한, 구동 전압 제어기(2410)는 사용자에게 촉각 자극을 제공할 위치의 전극을 선택하고, 선택한 전극에 대한 정보를 역 다중화기(2420)로 전송할 수 있다. 이때, 구동 전압 제어기(2410)는 센싱 영역에 센싱한 사용자의 접촉 위치, 또는 미리 설정된 위치에 따라 전극을 선택할 수 있다.
그리고, 역 다중화기(2420)는 수신한 정보에 대응하는 전극에 수신한 구동 전압을 제공할 수 있다. 이때, 역 다중화기(2420)의 내부 구성은 도 11의 구동 전압 제어기(1110)과 동일할 수 있다.
예를 들어, 역 다중화기(2420)는 전극(2431)에는 구동 전압을 전송하지 않고, 전극(2332)에 구동 전압을 제공할 수 있다. 이때, 손가락이 전극(2432)의 위치로 이동하거나, 전극(2432)의 위치에 손가락을 접촉한 경우, 사용자는 촉각 자극을 제공받을 수 있다. 반면, 손가락이 전극(2431)의 위치로 이동하거나, 전극(2431)의 위치에 손가락을 접촉한 경우, 사용자는 촉각 자극을 제공받지 못할 수 있다.
따라서, 사용자는 촉각 자극을 제공받는 경우, 손가락의 위치를 눈으로 보지 않고도 자신의 손가락이 전극(2332)의 위치에 있는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 역 다중화기(2420)는 전극(2333)에 전극(2332)와 다른 구동 전압을 제공할 수 있다. 이때, 손가락이 전극(2333)의 위치로 이동하거나, 전극(2333)의 위치에 손가락을 접촉한 경우, 사용자는 전극(2332)와 다른 촉각 자극을 제공받을 수 있다. 그리고, 구동 전압에 따라 전극(2331), 전극(2333)이 유전체 층에 대전시킨 전하는 전극들 사이에 위치한 접지 영역으로 배출되므로, 사용자의 피부와 접촉하는 별도의 접지 영역이 없더라도, 유전체 층에 대전된 전하들을 배출할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
　이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
　그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 촉각 제공 장치
120: 전극
140: 유전체 층

Claims (25)

  1. 기판 위에 배치되는 복수의 전극들; 및
    기판 및 전극들 위에 형성되는 유전체(dielectric substance) 층
    을 포함하고,
    상기 전극들은,
    구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시키는 촉각 제공 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극들은,
    구동 전압의 주파수, 진폭, 및 입력 기간(duration)에 따라 정전기력을 변화하여 촉각 자극 중 진동의 크기와 진폭, 및 진동 시간을 제어하는 촉각 제공 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극들은.
    전극들의 위치에 대응하는 각각의 구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자가 유전체 층과 접촉한 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 사용자에게 제공하는 촉각 제공 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극들은,
    상기 기판 위에 어레이(array) 형태로 배치되는 촉각 제공 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 층은,
    SrTiO3, StTiO3 화합물, BaTiO3, BaTiO3화합물, HfO2, Al2O3, TiO2중 적어도 하나를 포함하는 촉각 제공 장치.
  6. 촉각 제공 영역과 센싱 영역으로 구성되는 촉각 제공 장치에 있어서,
    상기 촉각 제공 영역은,
    유전체(dielectric substance) 층; 및
    구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시키는 제1 전극들
    을 포함하고,
    상기 센싱 영역은,
    전류를 출력하는 제2 전극;
    제2 전극이 출력한 전류를 수신하는 제3 전극; 및
    상기 전류가 촉각 제공 영역으로 전달되는 것을 차단하는 차단 층
    을 포함하며,
    상기 제1 전극들은,
    제2 전극이 출력한 전류와 제3 전극이 수신한 전류 간의 차이로 센싱된 사용자의 접촉 위치에 기초하여 결정된 구동 전압으로 유전체 층에 전하를 대전하는 촉각 제공 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 사용자의 접촉 위치는,
    제3 전극이 수신한 전류가 변화하는 경우, 변화된 전류를 수신한 제3 전극의 위치에 따라 센싱되는 촉각 제공 장치.
  8. 촉각 제공 영역과 센싱 영역으로 구성되는 촉각 제공 장치에 있어서,
    상기 촉각 제공 영역은,
    유전체(dielectric substance) 층; 및
    구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시키는 제1 전극들
    을 포함하고,
    상기 센싱 영역은,
    전류를 출력하는 제2 전극;
    제2 전극이 출력한 전류를 수신하는 제3 전극;
    제2 전극과 제3 전극의 사이에 위치하며 외부 압력에 따라 변형하여 제2 전극과 제3 전극 간의 거리를 변경시키는 탄성 층; 및
    상기 전류가 촉각 제공 영역으로 전달되는 것을 차단하는 차단 층
    을 포함하며,
    상기 제1 전극들은,
    제2 전극과 제3 전극 간의 거리로 센싱된 사용자의 접촉 위치 및 외부 압력 크기 중 적어도 하나에 기초하여 결정된 구동 전압으로 유전체 층에 전하를 대전하는 촉각 제공 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 사용자의 접촉 위치는,
    제2 전극과 제3 전극 간의 거리가 변경된 위치에 따라 센싱되는 촉각 제공 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 외부 압력의 크기는,
    탄성 층의 두께와 변경된 제2 전극과 제3 전극 간의 거리의 차이에 따라 센싱되는 촉각 제공 장치.
  11. 제6항, 또는 제8항에 있어서,
    적어도 하나의 오브젝트를 표시하는 디스플레이
    를 더 포함하고,
    상기 제1 전극들은,
    사용자의 접촉 위치와 디스플레이에서 오브젝트가 표시된 위치 및 오브젝트의 정보 중 적어도 하나에 따라 결정된 구동 전압으로 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 촉각 제공 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전극들은,
    디스플레이에서 사용자의 접촉 위치에 대응하는 오브젝트의 질감에 따라 결정된 구동 전압으로 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 촉각 제공 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전극들은,
    디스플레이에서 사용자의 접촉 위치에 대응하는 오브젝트의 타입에 따라 결정된 구동 전압으로 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 촉각 제공 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전극들은
    사용자의 접촉 위치가 기 설정된 적어도 하나의 촉각 제공 위치 중 하나인 경우, 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 촉각 제공 장치.
  15. 센싱 영역을 이용하여 유전체(dielectric substance) 층에 접촉한 사용자의 위치를 센싱하는 단계;
    센싱된 사용자의 위치에 가장 근접한 전극에게 구동 전압을 제공하는 단계; 및
    전극이 구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시키는 단계
    를 포함하는 촉각 제공 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    센싱된 사용자의 위치에 따라 사용자에게 제공할 촉각을 결정하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제공하는 단계는,
    결정된 촉각에 대응하는 구동 전압을 제공하는 촉각 제공 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는,
    사용자의 접촉 위치와 센싱 영역에 결합된 디스플레이에서 오브젝트가 표시된 위치 및 오브젝트의 정보 중 적어도 하나에 따라 결정된 구동 전압을 제공하는 촉각 제공 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는,
    디스플레이에서 사용자의 접촉 위치에 대응하는 오브젝트의 질감에 따라 결정된 구동 전압을 제공하는 촉각 제공 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는,
    디스플레이에서 사용자의 접촉 위치에 대응하는 오브젝트의 타입에 따라 결정된 구동 전압을 제공하는 촉각 제공 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 발생시키는 단계는,
    사용자의 접촉 위치가 기 설정된 적어도 하나의 촉각 제공 위치 중 하나인 경우, 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 촉각 제공 방법.
  21. 유전체(dielectric substance) 층;
    구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 유전체 층에 접촉한 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 정전기력을 발생시키는 전극들; 및
    상기 전극들 사이에 배치되며, 전극들이 유전체 층에 대전한 전하를 접지하는 접지 영역들
    을 포함하는 촉각 제공 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전극들은,
    구동 전압의 주파수, 진폭, 및 입력 기간(duration)에 따라 정전기력을 변화하여 촉각 자극 중 진동의 크기와 진폭, 및 진동 시간을 제어하는 촉각 제공 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 전극들은.
    전극들의 위치에 대응하는 각각의 구동 전압에 따라 유전체 층에 전하를 대전하여 사용자가 유전체 층과 접촉한 위치에 따라 각각 다른 촉각 자극을 사용자에게 제공하는 촉각 제공 장치.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 전극들은,
    기판 위에 어레이(array) 형태로 배치되고,
    상기 유전체 층은,
    상기 기판, 전극들, 및 접지 영역들 위에 형성되는 촉각 제공 장치.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 유전체 층은,
    SrTiO3, StTiO3 화합물, BaTiO3, BaTiO3화합물, HfO2, Al2O3, TiO2중 적어도 하나를 포함하는 촉각 제공 장치.
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