KR20160075019A - 표시 장치 - Google Patents

Abstract

표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 터치 감지부, 액츄에이터 및 표시부를 포함한다. 액츄에이터는 전기 활성층을 포함한다. 제1 전극은 전기 활성층의 하부에서 제1 방향으로 배치된 복수의 제1 방향 세그먼트 전극을 포함한다. 제2 전극은 전기 활성층의 상부에서 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치된 복수의 제2 방향 세그먼트 전극을 포함한다. 적어도 제1 방향 세그먼트 전극 및 적어도 제2 방향 세그먼트 전극에 전압으로 인가하여 액츄에이터가 국부적으로 진동된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서는 제1 전극 및 제2 전극에 구동 전압이 인가되는 시간, 면적 또는 주파수에 따라 액츄에이터가 국부적으로 진동하여 다양한 촉감 및 질감이 구현될 수 있다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}

본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액츄에이터의 구동 방식에 따라 다양한 촉감 및 질감을 표현할 수 있는 표시 장치에 관한 것이다.

터치 감지부는 표시 장치에 대한 화면 터치나 제스쳐(gesture) 등과 같은 사용자의 터치 입력을 감지하는 장치로서, 스마트폰, 태블릿 PC 등의 휴대용 표시 장치를 비롯하여 공공 시설의 표시 장치와 스마트 TV 등의 대형 표시 장치에 널리 활용되고 있다. 이러한 터치 감지부는 동작 방식에 따라 저항막 방식, 정전 용량 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등으로 분류된다.

그러나, 최근에는 사용자의 터치 입력을 감지하는 것에 그치지 않고, 사용자의 터치 입력에 대한 피드백(feedback)으로 사용자의 손가락 또는 사용자의 스타일러스 펜으로 느낄 수 있는 촉각 피드백을 전달하는 햅틱(haptic) 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.

이러한 햅틱 장치로 표시 장치에 ERM(Eccentric Rotating Mass)이 적용된 햅틱 장치가 사용되었다. ERM은 모터의 회전부의 한쪽 부분에 질량을 붙여서 모터가 회전할 때 발생하는 편심력으로 인하여 기계적인 진동을 발생시키는 진동 모터이다. 다만, ERM은 불투명한 재료로 구성되므로, 표시 장치에서 표시부의 전면이 아닌 표시부의 후면에 배치되어야 한다. 또한, ERM은 모터에 의해 진동을 발생시키므로, 표시 장치의 특정 부분만이 진동되는 것이 아니고 표시 장치 전체가 진동되게 된다. 따라서, ERM이 적용된 표시 장치에서는 사용자의 터치 입력이 발생된 부분에만 촉각 피드백을 전달할 수 없다는 문제가 발생한다. 또한, ERM은 모터를 통해 기계적 진동을 발생시킨다는 점에서 응답 속도가 매우 느리므로, 햅틱 장치의 진동원으로 사용되기에 어려움이 존재한다. 또한, ERM은 주파수 변조가 어려워 단순한 진동만 표현할 수 있는 문제점이 있고, ERM은 단단한 모듈형 컴포넌트이어서, 플렉서블 표시 장치에 적용되기 어렵다.

한편, 햅틱 장치로 표시 장치에 LRA(Linear Resonant Actuator)가 적용된 햅틱 장치도 사용되었다. LRA는 영구 자석이 솔레노이드(solenoid) 내부를 왕복 운동함에 의해 발생하는 스프링과 스테인리스 진동자의 진동을 통해 촉각 피드백을 전달한다. 다만, LRA 또한 ERM과 같이 불투명한 재료로 구성되고, 표시 장치 전체를 진동시키므로, ERM과 동일한 문제가 존재한다. 또한, LRA는 공진 주파수를 사용하여야 하므로, 진동 주파수가 150Hz 내지 200Hz 사이로 고정된다. 따라서, LRA가 적용된 햅틱 장치는 다양한 진동감 생성이 어렵다는 단점을 갖는다.

상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 압전 세라믹 액츄에이터(Piezo Ceramic Actuator)가 적용된 햅틱 장치가 사용되고 있다. 압전 세라믹 액츄에이터는 수 msec의 빠른 응답속도를 가지며, 진동 주파수의 범위가 매우 넓어 사람이 실제 촉각을 느끼는 모든 주파수 범위의 진동을 구현해낼 수 있다. 다만, 압전 세라믹 액츄에이터는 세라믹 재질의 판(plate) 형태로 제작되어, 외부 충격에 대한 내구성이 낮아 외부 충격에 의해 쉽게 깨진다는 단점이 있다. 또한, 압전 세라믹 액츄에이터는 ERM 및 LRA와 마찬가지로 불투명하고 박형화가 어렵고, 표시 장치 후면에 배치되어 표시 장치 전체를 진동시키는 문제가 있다.

또한, 상술한 ERM, LRA 및 압전 세라믹 액츄에이터 모두 진동 강도를 조절하기 위해 전압 및 전류 중 적어도 하나가 증가되어야 하고, 이에 따라 액츄에이터를 구동시키기 위한 소비전력이 증가되는 문제점이 공통적으로 존재한다.

이에 따라, 플렉서블 표시 장치에서도 구동이 가능하고, 손가락이 정지된 상태에서도 표시 장치 표면을 통해 다양한 촉감 및 질감이 구현될 수 있으며, 낮은 구동 전압으로 구동될 수 있는 액츄에이터를 포함하는 표시 장치에 대한 필요성이 존재한다.

[관련기술문헌]

1. 터치 위치 검출 방법, 터치 기판 및 이를 포함하는 표시 장치 (특허출원번호 제10-2011-0055394호)

2. 가변부를 구비한 햅틱 장치 (특허출원번호 제10-2011-0142469호)

본 발명의 발명자들은 상술한 바와 같이 표시 장치 전체만을 진동시킬 수 있는 문제점을 해결하기 위해, 액츄에이터를 부분적으로 구동하여 터치된 부분만 국부적으로 진동할 수 있는 새로운 구조의 액츄에이터를 포함하는 표시 장치 및 그 구동 방법을 발명하였다.

이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기 활성층의 상부 및 하부에 패시브 매트릭스(passive matrix; PM)로 전극을 배치하여 분할된 시간에 따라 구동 전압이 인가되거나 국부적인 면적에 구동 전압이 인가되어 진동 강도가 증가될 수 있는 액츄에이터를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 구동 전압의 주파수를 변화시키면서 시분할 또는 면적분할과 함께 액츄에이터를 국부적으로 진동시켜 다양한 촉감 및 질감을 표현할 수 있는 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 터치 감지부, 액츄에이터 및 표시부를 포함한다. 액츄에이터는 전기 활성층을 포함한다. 제1 전극은 전기 활성층의 하부에서 제1 방향으로 배치된 복수의 제1 방향 세그먼트 전극을 포함한다. 제2 전극은 전기 활성층의 상부에서 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치된 복수의 제2 방향 세그먼트 전극을 포함한다. 적어도 제1 방향 세그먼트 전극 및 적어도 제2 방향 세그먼트 전극에 전압으로 인가하여 액츄에이터가 국부적으로 진동된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서는 제1 전극 및 제2 전극에 구동 전압이 인가되는 시간, 면적 또는 주파수에 따라 액츄에이터가 국부적으로 진동하여 다양한 촉감 및 질감이 구현될 수 있다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명은 전기 활성층의 일부에 전압을 인가할 수 있도록 전기 활성층의 상부 및 하부에 PM방식으로 전극이 배치된 액츄에이터를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 포지션 햅틱(position haptic) 및 스캔 햅틱(scan haptic)을 구현하여 다양한 촉감 및 질감을 구현할 수 있는 액츄에이터를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 액츄에이터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 액츄에이터의 일 구동 방식을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 액츄에이터의 다른 구동 방식을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 액츄에이터에 인가되는 구동 전압의 주파수에 따른 진동 가속도를 설명하기 위한 도표이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터의 구동 방식에 따라 구현되는 촉각을 설명하기 위한 표시 장치의 평면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터의 구동 방식에 따라 구현되는 질감을 설명하기 위한 표시 장치의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 ‘직접’이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 위 (on)로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 표시 장치(100)는 액츄에이터(110), 액츄에이터 구동부(120), 터치 감지부(130), 터치 회로부(140), 표시부(150), 타이밍 제어부(160), 프로세서(170), 상부 커버(180) 및 하부 커버(190)를 포함한다. 도 2에서는 액츄에이터 구동부(120), 터치 회로부(140), 타이밍 제어부(160) 및 프로세서(170)를 생략하여 도시하였다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 액츄에이터(110)는 전기 활성 고분자로 이루어지는 전기 활성층(112)의 하부 및 상부 각각에 배치된 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)에 전압을 인가함으로써, 발생되는 전기 활성층(112)의 진동을 통해 사용자에게 촉각 피드백을 전달한다. 액츄에이터(110)는 투명한 재료들로 형성된다. 도 2를 참조하면, 액츄에이터(110)는 전기 활성층(112), 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)을 포함한다. 제1 전극(114) 및 제2 전극(116) 각각은 전기 활성층(112)의 서로 상이한 면에 형성된다. 즉, 액츄에이터(110)는 국부적인 영역에서 촉감을 제공하고, 다양한 질감을 표현하기 위해 전기 활성층(112)의 하부 및 상부에서 서로 교차하도록 배치된 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)을 포함하고, 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)이 교차하는 영역에서 전기 활성층(112), 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)은 부분 액츄에이터가 형성될 수 있다. 부분 액츄에이터의 구동에 대해서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술한다.

액츄에이터 구동부(120)는 수신되는 진동 구동 신호에 대응하여 액츄에이터(110)를 구동시키기 위한 전압을 제어한다. 액츄에이터 구동부(120)는 제1 전극(114) 또는 제2 전극(116)에 다양한 주파수의 전압을 제공하도록 구성된다. 액츄에이터 구동부(120)는 액츄에이터(110)에 인가되는 전압을 승압시키기 위한 수단을 포함하지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 액츄에이터(110)가 낮은 전압에서 구동가능하므로, 별도의 승압 수단이 요구되지 않는다.

액츄에이터(110) 아래에는 표시부(150)가 배치된다. 표시부(150)는 표시 장치(100)에서 영상을 표시하기 위한 표시 소자가 배치된 패널을 의미한다. 표시부(150)로서, 예를 들어, 유기 발광 표시부, 액정 표시부, 전기 영동 표시부 등과 같은 다양한 표시부가 사용될 수 있다. 표시부(150)는 플렉서블(flexible) 기판을 포함하고, 연성을 갖는 표시부일 수 있다. 연성을 갖는 표시부는 외부에서 가해지는 힘에 의해 다양한 방향 및 각도로 변형될 수 있다. 타이밍 제어부(160)는 입력된 영상에 기초하여 스캔 제어 신호, 데이터 제어 신호 등을 이용하여 표시부(150)를 구동하도록 구성된다.

액츄에이터(110) 상에는 터치 감지부(130)가 배치된다. 터치 감지부(130)는 표시 장치(100)에 대한 사용자의 터치 입력을 감지하는 패널을 의미한다. 터치 감지부(130)로서, 예를 들어, 정전 용량 방식, 저항막 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 정전 용량 방식의 터치 감지부가 터치 감지부(130)로서 사용될 수 있다.

터치 회로부(140)는 터치 감지부(130)로부터의 터치 입력 신호를 수신하고, 터치와 연관된 다양한 터치 출력 신호를 출력하도록 구성된다. 터치 회로부(140)는 액츄에이터 구동부(120) 및 프로세서(170)에 터치 출력 신호를 출력할 수 있다. 구체적으로, 터치 회로부(140)는 프로세서(170)를 통해 액츄에이터 구동부(120)와 전기적으로 연결되어 액츄에이터 구동부(120)에 터치 출력 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 터치 회로부(140)는 터치 입력 신호를 수신하여 터치된 위치에 대응되는 액츄에이터(110)에 전압을 인가할 수 있는 터치 출력 신호를 액츄에이터 구동부(120)에 제공할 수 있다. 즉, 터치 회로부(140)는 액츄에이터(110)에서 터치된 위치에 대응되는 전극에 구동 전압을 인가할 수 있는 터치 출력 신호를 생성하며, 전극에 구동 전압이 인가되는 방식에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 후술한다.

터치 감지부(130) 상에는 상부 커버(180)가 배치된다. 상부 커버(180)는 표시 장치(100) 외부로부터의 충격으로부터 표시 장치(100)를 보호하기 위한 구성이다. 상부 커버(180)는 플라스틱 또는 유리와 같은 투명한 절연성 물질로 이루어질 수 있다.

하부 커버(190)는 터치 감지부(130), 액츄에이터(110) 및 표시부(150)의 하부를 덮도록 표시부(150) 아래에 배치된다. 하부 커버(190)는 표시 장치(100) 내부의 구성들을 외부의 충격 및 이물질이나 수분의 침투로부터 보호한다. 예를 들어, 하부 커버(190)는 경도가 좋은 유리나 열 성형이 가능하고 가공성이 좋은 플라스틱과 같은 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 하부 커버(190)는 액츄에이터(110)의 연성과 형상의 변화에 따라 함께 변형될 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 커버(190)는 연성을 갖는 플라스틱과 같은 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

도 2에 도시되지는 않았으나, 표시부(150), 액츄에이터(110), 터치 감지부(130), 상부 커버(180) 및 하부 커버(190)를 서로 접착시키기 위한 접착층이 사용될 수 있다. 접착층은, 예를 들어, OCA(optical clear adhesive) 또는 OCR(optical clear resin)이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 터치 감지부(130)와 액츄에이터(110) 사이에 사용되는 접착층 사이에는 터치 간섭 방지층이 더 포함될 수 있다. 여기서, 터치 간섭 방지층은 액츄에이터(110)에 인가되는 높은 전압으로 인해 터치 감지부(130)의 오동작을 방지하기 위한 층으로, 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.

프로세서(170)는 다양한 연산을 수행하기 위한 수단으로 MAP (Multimedia Application Processor), MCU(Microcontroller), ISP (Image Signal Processor) 등과 같은 연산 장치일 수도 있다. 프로세서(170)는 영상을 처리하고, 터치 회로부(140)로부터의 터치 출력 신호에 대응하여 액츄에이터(110)에 진동 구동 신호를 출력할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 액츄에이터를 설명하기 위한 사시도이다. 도 3를 참조하면, 액츄에이터(110)는 전기 활성층(112), 제1 전극(114), 제2 전극(116) 및 제2 전극(116)에 연결된 배선(118)을 포함한다.

전기 활성층(112)은 전기적인 자극에 의하여 변형되는 고분자 재료인 전기 활성 고분자로 이루어지는 판상의 필름이다. 구체적으로, 전기 활성층(112)은 실리콘계, 우레탄계, 아크릴계 등의 유전성 엘라스토머(dielectric elastomer) 또는 PVDF, P(VDF-TrFE) 등의 강유전성 고분자(ferroelectric polymer)로 이루어질 수 있다. 전기 활성층(112)이 유전성 엘라스토머로 이루어지는 경우, 전기 활성층(112)에 전압을 인가됨에 따라 발생하는 쿨롱력(Coulomb’s force)에 의해 유전성 엘라스토머가 수축 및 팽창되어 액츄에이터(110)가 진동할 수 있다. 또한, 전기 활성층(112)이 강유전성 고분자로 이루어지는 경우, 전기 활성층(112)에 전압을 인가됨에 따라 전기 활성층(112) 내부의 쌍극자(dipole)의 정렬 방향이 변경되어 액츄에이터(110)가 진동할 수 있다. 여기서, 전기 활성층(112)은 강유전성 고분자로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 PVDF로 이루어질 수 있다.

제1 전극(114) 및 제2 전극(116)은 전기 활성층(112)에 전압을 인가하기 위한 전극으로서, 도전성 물질로 이루어진다. 또한, 액츄에이터(110)의 투과율을 확보하기 위해, 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)은 ITO(Indium Tin Oxide), PEDOT:PSS, 은-나노와이어(AgNW) 등과 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)은 메탈 메쉬(metal mesh)로 구성될 수도 있다. 즉, 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)은 금속 물질이 메쉬 형태로 배치되는 메탈 메쉬로 구성되어, 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)은 실질적으로 투명한 전극으로 기능할 수도 있다. 다만, 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)의 구성 물질은 상술한 예에 제한되지 않고, 다양한 투명 도전성 물질이 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)의 구성 물질로 사용될 수 있다. 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)은 동일한 물질로 이루어질 수도 있고, 서로 상이한 물질로 이루어질 수도 있다.

도 3을 참조하면, 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)은 전기 활성층(112)의 서로 다른 면에 배치된다. 구체적으로, 제1 전극(114)은 전기 활성층(112)의 하면에 형성되고, 제2 전극(116)은 전기 활성층(112)의 상면에 형성된다. 제1 전극(114)은 전기 활성층(112)의 하면에서 x축 방향으로 배치된 제1 가로 세그먼트 전극(114a) 및 제2 가로 세그먼트 전극(114b)을 포함하는 복수의 가로 세그먼트 전극을 포함한다. 제2 전극(116)은 전기 활성층(112)의 상면에서 y축 방향으로 배치된 제1 세로 세그먼트 전극(116a) 및 제2 세로 세그먼트 전극(116b)을 포함하는 복수의 세로 세그먼트 전극을 포함한다. 여기서, 제1 전극(114)과 제2 전극(116)은 전기 활성층(112)을 사이에 두고 서로 교차되도록 배치된다.

복수의 세로 세그먼트 전극 각각은 액츄에이터(110)의 일 단부로 연장된 상부 배선(118)과 연결되고, 복수의 가로 세그먼트 전극 각각은 액츄에이터(110)의 일 단부로 연장된 하부 배선과 연결될 수 있다. 하부 배선은 도 3에 직접 도시되지 않았으나, 상부 배선(118)과 동일한 방식으로 전기 활성층(112)의 하면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상부 배선(118) 및 하부 배선 각각은 액츄에이터(110)의 일 단부에 배치된 패드부를 통해 연성 인쇄 회로 기판에 연결되고, 연성 회로 기판은 액츄에이터(110)의 구동부와 전기적으로 연결될 수 있다.

이하에서는 도 3의 액츄에이터(110)가 사용되는 것을 상정하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 액츄에이터의 일 구동 방식을 설명하기 위한 평면도이다. 도 4의 액츄에이터(110)의 구성은 도 3의 액츄에이터(110)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 제1 가로 세그먼트 전극(114a)과 제1 세로 세그먼트 전극(116a)이 교차하는 영역의 면적은 촉각이 인지되는 단위 면적 이상일 수 있다. 촉각이 인지되는 단위 면적은 사용자에게 촉각 피드백을 전달할 수 있는 최소 단위 영역으로서, 각각의 촉각이 인지되는 단위 면적은 독립적으로 촉각 피드백을 전달할 수 있다.

각각의 촉각이 인지되는 단위 면적은 일반적인 사람의 손가락 또는 필기 입력 수단의 크기를 고려하여 결정될 수 있다. 액츄에이터(110)는 손가락 또는 필기 입력 수단의 터치 입력에 대한 촉각 피드백을 전달하는 것이므로, 사용자에게 촉각 피드백을 전달할 수 있는 촉각이 인지되는 단위 면적은 사용자의 터치 입력이 발생하는 면적을 고려하여 결정될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 제1 가로 세그먼트 전극(114a)과 제1 세로 세그먼트 전극(116a)이 교차하는 영역의 면적은 액츄에이터(110)와 함께 사용될 수 있는 터치 감지부의 화소의 면적을 고려하여 결정될 수 있다. 터치 감지부에서 사용자의 터치 입력을 감지하는 것에 응답하여 액츄에이터(110)가 사용자에게 촉각 피드백을 전달하게 된다. 이에, 예를 들어, 사용자의 터치 입력이 감지된 터치 감지부의 화소와 동일하게 액츄에이터(110)의 복수의 세그먼트 전극들의 면적이 결정되는 경우, 터치 감지부의 화소와 액츄에이터(110)의 세그먼트 전극이 1:1로 대응될 수 있으므로, 액츄에이터(110)의 진동 위치가 보다 정확하게 결정될 수 있다.

도 4를 참조하면, 액츄에이터(110)는 복수의 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f) 및 제1 세로 세그먼트 전극(116a)으로 결정되는 복수의 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F)를 포함하는 세그먼트 액츄에이터의 집합일 수 있다. 구체적으로, 각각의 세그먼트 액츄에이터는 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f) 및 제1 세로 세그먼트 전극(116a)이 교차되는 영역에서 제1 전극(114), 전기 활성층(112) 및 제2 전극(116)으로 구성된다. 예를 들어, 제1 세그먼트 액츄에이터(110A)는 제1 가로 세그먼트 전극(114a)과 제1 세로 세그먼트 전극(116a)이 교차되는 영역에서 제1 가로 세그먼트 전극(114a), 전기 활성층(112) 및 제1 세로 세그먼트 전극(116a)으로 구성된다.

터치 감지부(130)에서 터치된 위치에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)을 통해 필요한 구동 전압이 인가된다. 도 4에 도시된 액츄에이터(110)에서 제2 전극(116) 일부는 접지되고, 제1 전극(114)을 통해 구동 전압이 인가된다. 구체적으로, 터치된 위치에 대응하는 제1 세로 세그먼트 전극(116a)은 일정 시간 동안 접지되고, 제1 전극(114)에는 일정 시간을 분할한 시간동안 순차적으로 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f)을 통해 구동 전압이 인가된다. 예를 들어, 제3 세그먼트 액츄에이터(110C)에 대응되는 위치의 터치 감지부(130)에서 터치 입력 신호가 수신되는 경우, 제1 세로 세그먼트 전극(116a)는 1초 동안 접지되고, 1초를 6개의 시간 구간으로 분할한 시간동안 순차적으로 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f)에 구동 전압이 인가될 수 있다. 이에 따라, 제1 가로 세그먼트 전극(114a)에는 제1 세로 세그먼트 전극(116a)이 접지된 순간부터 약 0.167초까지 제1 구동 전압이 인가되고, 제2 가로 세그먼트 전극(114b)에는 약 0.167초부터 약 0.333초까지 제2 구동 전압이 인가되고, 제3 가로 세그먼트 전극(114c)에는 약 0.333초부터 약 0.500초까지 제3 구동 전압이 인가되고, 제4 가로 세그먼트 전극(114d)에는 약 0.500초부터 약 0.667초까지 제4 구동 전압이 인가되고, 제5 가로 세그먼트 전극(114e)에는 약 0.667초부터 약 0.834까지 제5 구동 전압이 인가되고, 제6 가로 세그먼트 전극(114f)에는 약 0.834부터 1초까지 제6 구동 전압이 인가된다.

이에 따라, 제1 전극(114)에 인가된 전압과 제1 세로 세그먼트 전극(116a)에 인가된 접지 사이의 전위차로 전기 활성층(112)에 전기장이 형성되어, 전기 활성층(112)이 진동하게 되고, 복수의 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F) 각각에 진동이 순차적으로 발생된다. 이와 같이, 복수의 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F)가 순차적으로 진동되도록 구동하는 방식을 ‘시분할 구동(time actuation)’이라 할 수 있다.

복수의 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F) 각각에 진동이 순차적으로 발생됨에 따라, 제1 세로 세그먼트 전극(116a) 하부에 배치된 전기 활성층(112)에 발생하는 전기장의 크기도 커질 수 있다. 즉, 구동 전압이 인가되는 시간이 증가함에 따라, 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F)에 작용하는 쿨롱력이 누적되어 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F)의 진동 가속도가 증가될 수 있다. 이에 따라, 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F)에서 발생하는 진동 강도도 증가될 수 있다. 나아가, 구동 전압이 인가되는 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f)의 수를 조정하여 액츄에이터(110)의 진동 강도가 조정될 수 있다.

여기서, 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f) 각각에 구동 전압이 인가되는 시간은 서로 상이할 수도 있다. 예를 들어, 터치 감지부(130)에 입력된 터치 입력 신호의 위치에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에 구동 전압을 인가하는 가로 세그먼트 전극에는 일시적으로 더 긴 시간 동안 구동 전압이 인가될 수 있다. 또한, 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f) 각각에는 동일한 크기의 구동 전압이 인가될 수 있고, 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f) 각각에는 배선(118)을 통해 서로 상이한 주파수의 전압이 인가될 수도 있다. 즉, 액츄에이터(110)는 구조에 제한되지 않으며, 독립적이고, 서로 상이한 주파부의 구동 전압에 의해 인접한 세그먼트 액츄에이터들이 진동하는 범위 내에서 다양하게 인가될 수 있다. 상이한 주파수로 인가되는 구동 전압에 대해서는 도 6을 참조하여 후술한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f) 각각에 제2 전극(116)이 접지된 시간을 분할한 시간동안 구동 전압이 인가되어, 액츄에이터(110)의 진동 가속도가 증가된다. 구체적으로, 터치 감지부(130)를 통해 입력된 터치 위치에 대응하는 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f) 각각에 순차적으로 구동 전압이 인가됨에 따라, 제1 세로 세그먼트 전극(116a)에 대응하는 전기 활성층(112)에 형성되는 전기장의 크기가 계속 증가한다. 전기 활성층(112)에 형성되는 전기장의 크기가 증가함에 따라, 제1 세로 세그먼트 전극(116a)에 대응하는 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F)에 작용하는 쿨롱력 및 쿨롱력에 의한 진동 가속도도 증가하여 진동 강도도 증가한다.

여기서, 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f) 각각에 인가된 구동 전압은 일정하게 유지되는 동안 진동 강도는 시간에 따라 증가할 수 있다. 즉, 구동 전압을 증가하지 않고도 구동 전압이 인가되는 시간이 증가함에 따라, 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F)의 진동 강도는 증가할 수 있다. 또한, 구동 전압이 인가되는 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f)의 수를 조정하여 액츄에이터(110)의 진동 강도도 조정할 수 있다. 즉, 동일한 크기의 구동 전압을 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f)에 분할된 시간마다 인가하여 구동 전압의 증가 및 소비 전력의 증가 없이도 액츄에이터(110)의 진동 강도를 증가시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 액츄에이터의 다른 구동 방식을 설명하기 위한 평면도이다. 도 5의 액츄에이터(110)의 구성은 도 4의 액츄에이터(110)의 구성과 실질적으로 동일하고, 제1 전극(114)과 제2 전극(116)에 구동 전압이 인가되는 방식만 상이할 뿐이므로, 액츄에이터(110)의 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.

터치 감지부(130)에서 터치되는 부분이 하나의 세그먼트 액츄에이터의 면적보다 크거나 터치되는 부분에 대응하여 진동되는 부분이 하나의 세그먼트 액츄에이터의 면적보다 큰 경우 도 5에 도시된 방식을 통해 액츄에이터(110)가 국부적으로 진동될 수 있다.

도 5를 참조하면, 터치 감지부(130)에서 터치된 위치에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)을 통해 필요한 구동 전압이 인가된다. 도 5에 도시된 액츄에이터(110)에서 제2 전극(116) 일부는 접지되고, 제1 전극(114)을 통해 구동 전압이 인가된다. 구체적으로, 터치된 위치에 대응하여 구동되는 복수의 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D)가 진동하기 위해, 제1 세로 세그먼트 전극(116a) 및 제2 세로 세그먼트 전극(116b)은 접지되고, 제4 가로 세그먼트 전극(114d)에는 제4 구동 전압이 인가되고 제5 가로 세그먼트 전극(114e)에는 제5 구동 전압이 인가된다. 여기서, 제4 구동 전압과 제5 구동 전압은 동시에 동일한 크기로 인가될 수 있다.

이에 따라, 제4 가로 세그먼트 전극(114d) 및 제5 가로 세그먼트 전극(114e)에 인가되는 구동 전압과 제1 세로 세그먼트 전극(116a) 및 제2 세로 세그먼트 전극(116b)의 접지된 전압 사이의 전위차로 전기 활성층(112)에 전기장이 형성되어, 전기 활성층(112)이 진동하게 되고, 복수의 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D)가 진동하게 된다.

복수의 가로 세그먼트 전극(114d, 114e)에 구동 전압이 인가됨에 따라, 복수의 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110C, 110D)의 진동 강도도 증가한다. 즉, 구동 전압이 인가되는 가로 세그먼트 전극이 증가함에 따라, 진동되는 세그먼트 액츄에이터의 수도 증가하고, 액츄에이터(110)에서 진동되는 면적도 넓어지며, 세그먼트 액츄에이터의 진동 가속도도 증가한다. 이와 같이, 세그먼트 액츄에이터에 배치되는 가로 세그먼트 전극 및 세로 세그먼트 전극의 수에 따라 진동 면적 및 진동 강도가 상이해지도록 액츄에이터(110)를 구동하는 방식을 ‘면적 구동(area actuation)’이라 할 수 있다.

여기서, 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f) 각각에 배선(118)을 통해 인가되는 구동 전압의 크기는 상이할 수 있다. 예를 들어, 실제 터치된 위치와 가까울수록 가로 세그먼트 전극에 인가되는 구동 전압이 커질 수 있다. 또한, 가로 세그먼트 전극(114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f) 각각에는 배선(118)을 통해 서로 상이한 주파수의 전압이 인가될 수도 있다. 상이한 주파수로 인가되는 구동 전압에 대해서는 도 6을 참조하여 후술한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 터치 위치에 대응하여 진동하는 액츄에이터(110)의 면적 및 강도가 세그먼트 액츄에이터의 수에 의해 조절될 수 있다. 구체적으로, 진동이 요구되는 액츄에이터(110)의 영역에 대응되는 가로 세그먼트 전극에는 구동 전압이 인가되고 세로 세그먼트 전극은 접지된다. 이에 따라, 가로 세그먼트 전극과 세로 세그먼트 전극 사이의 전위차에 의해 전기 활성층(112)에 전기장이 인가된다. 구동 전압이 인가되는 가로 세그먼트 전극의 수 및 접지되는 세로 세그먼트 전극의 수가 증가함에 따라 진동하는 세그먼트 액츄에이터의 수도 증가한다. 이에 따라, 액츄에이터(110)에서 진동하는 면적이 증가하고, 동시에 액츄에이터(110)의 진동 가속도도 증가하여 진동 강도도 증가한다. 즉, 구동 전압이 인가되는 가로 세그먼트 전극의 수 및 접지되는 세로 세그먼트 전극의 수를 조정하여 액츄에이터(110)의 진동 강도 및 진동 면적을 동시에 조정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 액츄에이터에 인가되는 구동 전압의 주파수에 따른 진동 가속도를 설명하기 위한 도표이다.

도 6을 참조하면, 범례에 표시된 x축, y축 및 z축은 도 3에 도시된 직교 좌표계에서 x축, y축 및 z축이 가리키는 방향을 의미한다. 또한, 액츄에이터가 진동되는 방향으로의 진동 가속도를 벡터로 표현한 경우, 진동 가속도에 대한 벡터를 합한 것을 벡터합이라한다. 도 6에서 도시된 바와 같이, 진동 가속도의 벡터합은 z축 진동 가속도와 유사하게 변화된다. 즉, 구동 전압의 주파수가 변화함에 따라 액츄에이터에서 z축 방향의 상하 진동이 크게 발생하고 액츄에이터의 전체적인 진동 가속도의 벡터합은 z축 진동 가속도에 따라 변화한다.

여기서, 구동 전압의 주파수가 증가함에 따라 몇몇 구동 주파수 구간에서 진동 가속도가 급격하게 증가한다. 구체적으로, 약 60Hz에서 약 80Hz 사이, 약 110Hz에서 약 140Hz 사이 및 약 140Hz에서 약 170Hz 사이에서 진동 가속도의 벡터합이 0.5G보다 커진다. 보다 구체적으로, 약 70Hz, 약 120Hz 및 약 160Hz에서 진동 가속도의 벡터합이 최대이다. 여기서, 진동 주파수에 따른 진동 가속도의 변화는 전기 활성층(112)을 구성하는 물질에 따라 상이해질 수 있다. 이에 따라, 동일한 크기의 구동 전압이 제2 전극(116)에 인가되더라도, 액츄에이터(110)에서 발생하는 진동 가속도의 크기는 구동 전압의 주파수가 변동함에 따라 함께 변할 수 있다. 또한, 동일한 크기의 구동 전압이더라도 가로 세그먼트 전극에 인가되는 구동 전압의 주파수를 변화시켜 원하는 위치의 세그먼트 액츄에이터의 진동 주파수 및 진동 강도가 조절될 수 있다. 이와 같이, 구동 전압의 주파수를 변화시키면서 진동 주파수 및 진동 강도를 조절하여 액츄에이터(110)를 구동하는 방식을 ‘주파수 구동(frequency actuation)’이라 할 수 있다.

또한, 구동 전압의 주파수의 변화에 따른 액츄에이터(110)의 구동은 도 4에 도시된 ‘시분할 구동(time actuation)’과 함께 액츄에이터(110)의 구동에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 6을 참조하면, 제3 세그먼트 액츄에이터(110C)에 최대의 진동이 요구되는 경우, 제1 구동 전압 내지 제6 구동 전압의 크기는 동일하게 인가하되, 제4 가로 세그먼트 전극(114c)에 인가되는 제4 구동 전압의 주파수를 약 70Hz, 약 120Hz 또는 약 160Hz로 설정하면, 제4 가로 세그먼트 전극(114c)에 대응하는 제3 세그먼트 액츄에이터(110C)는 제1 세로 세그먼트 전극(116a)에 대응되도록 배치된 다른 세그먼트 액츄에이터(110A, 110B, 110D, 110E, 110F)보다 크게 진동할 수 있다.

마찬가지로, 주파수의 변화에 따른 액츄에이터(110)의 구동은 도 5에 도시된 ‘면적 구동(area actuation)’과 함께 액츄에이터(110)의 구동에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 세그먼트 액츄에이터(110A) 및 제2 세그먼트 액츄에이터(110B)에 최대의 진동이 요구되는 경우, 제4 구동 전압 및 제5 구동 전압의 크기는 동일하게 인가하되, 제5 가로 세그먼트 전극(114e)에 인가되는 제5 구동 전압의 주파수를 약 70Hz, 약 120Hz 또는 약 160Hz로 설정하면, 제1 세그먼트 액츄에이터(110A) 및 제2 세그먼트 액츄에이터(110B)는 제3 세그먼트 액츄에이터(110C) 및 제4 세그먼트 액츄에이터(110D)보다 크게 진동할 수 있다.

주파수의 변화에 따라 액츄에이터(110)에 다양한 진동을 구동하여 다양한 촉감 및 질감이 구현된 예시에 대해서는 도 7a 내지 도 7c 및 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 후술한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 가로 세그먼트 전극에 인가되는 구동 전압의 주파수를 변화시킴에 따라 액츄에이터(110)의 진동 주파수 및 진동 강도가 달라질 수 있다. 구체적으로, 가로 세그먼트 전극에 인가되는 구동 전압의 크기가 동일하더라도, 구동 전압의 주파수에 따라 전기 활성층(112)이 진동하는 주파수 및 강도가 상이해질 수 있다. 이에 따라, 구동 전압의 일부 주파수 구간에서 전기 활성층(112)이 다른 주파수 구간에서의 전기 활성층(112)보다 크게 진동하여, 액츄에이터(110)도 구동 전압의 주파수에 따라 진동 강도가 변화할 수 있다. 즉, 가로 세그먼트 전극에 동일한 크기의 구동 전압을 인가하여 소비 전력이 동일하더라도, 구동 전압의 주파수를 변화시켜 가로 세그먼트 전극에 대응되는 세그먼트 액츄에이터마다 진동 강도가 조절될 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터의 구동 방식에 따라 구현되는 촉각을 설명하기 위한 표시 장치의 평면도이다.

도 7a를 참조하면, 표시 장치(700)는 동일한 카드 맞추기 게임을 표시하는 표시부(710a)를 포함한다. 48장의 카드는 가로 세그먼트 전극 및 세로 세그먼트 전극에 의해 구획된 세그먼트 액츄에이터 각각에 대응되도록 표시부(710a)에 표시될 수 있다.

예를 들어, 48장의 카드 중 동일한 카드를 맞추는 어플리케이션이 실행되는 표시 장치(700)에서, 두 장의 카드를 선택하는 경우, 각각의 카드를 터치할 때마다 터치된 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터가 진동할 수 있다.

또한, 두 번째 터치된 카드가 첫 번째 터치된 카드와 동일한 경우, 두 번째 터치된 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터가 첫 번째 터치된 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터의 진동 강도보다 강하게 진동할 수 있다. 반대로, 두 번째 터치된 카드가 첫 번째 터치된 카드와 상이한 경우 두 번째 터치된 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터가 첫 번째 터치된 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터의 진동 강도보다 약하게 진동할 수 있다.

여기서, 첫 번째 터치된 카드와 동일한 두 번째 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에는 첫 번째 터치된 카드와 상이한 두 번째 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에 인가되는 구동 전압보다 긴 시간동안 구동 전압이 인가될 수 있다. 이에 따라, 두 번째 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에서 발생하는 진동 시간은 첫 번째 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에서 발생하는 진동 시간보다 길어지고, 두 번째 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에서 발생하는 진동 강도는 첫 번째 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에서 발생하는 진동 강도보다 커질 수 있다.

또한, 첫 번째 터치된 카드와 동일한 두 번째 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에는 첫 번째 터치된 카드와 상이한 두 번째 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에 인가되는 구동 전압의 주파수와 다른 주파수가 인가될 수 있다. 이에 따라, 두 번째 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에서 발생하는 진동 강도는 첫 번째 카드에 대응되는 세그먼트 액츄에이터에서 발생하는 진동 강도보다 커질 수 있다.

도 7b를 참조하면, 표시 장치(700)는 과녁 맞추기 게임을 표시하는 표시부(710b)를 포함한다. 과녁의 중심부터 일정 거리마다 구획된 영역이 세그먼트 액츄에이터에 대응되도록 표시될 수 있다.

예를 들어, ‘10’점 과녁이 터치되는 경우, ‘10’점 과녁에 대응하는 세그먼트 액츄에이터들이 진동한다. 구체적으로, ‘10’점 과녁에 대응하는 세그먼트 액츄에이터들에 대응하는 가로 세그먼트 전극은 접지되고 세로 세그먼트 전극에는 구동 전압이 인가되어, ‘10’점 과녁에 대응하는 세그먼트 액츄에이터들이 진동된다. 마찬가지로, ‘9’점 과녁 및 ‘8’점 과녁이 터치되는 경우에도 ‘10’점 과녁에 대응하는 세그먼트 액츄에이터들이 진동하는 방식과 동일하게 진동된다. 다만, ‘10’점, ‘9’점 및 ‘8’점 과녁이 터치될 때마다 서로 상이한 강도로 세그먼트 액츄에이터들이 진동할 수 있다. 즉, 보다 높은 점수의 과녁이 터치될수록 넓은 면적에 대응하는 세그먼트 액츄에이터들이 진동할 수 있고, 이에 따라 더 강한 진동이 발생할 수 있다. 또한, 보다 높은 점수의 과녁이 터치될수록 보다 큰 진동 가속도가 발생하는 주파수가 세그먼트 액츄에이터에 대응하는 가로 세그먼트 전극에 인가될 수도 있다.

도 7c를 참조하면, 표시 장치(700)는 드럼 연주 게임을 표시하는 표시부(710c)를 포함한다. 드럼의 구성요소들의 영역은 세그먼트 액츄에이터에 대응되도록 표시될 수 있다.

예를 들어, 큰 북에 대응되는 영역이 터치되는 경우, 큰 북의 소리 크기에 대응되도록 진동 크기가 결정되고, 작은 북에 대응되는 영역이 작은 북의 소리 크기에 대응되도록 진동 크기가 결정되고, 심벌에 대응되는 영역이 터치되는 경우, 심벌의 소리 크기에 대응되도록 진동 크기가 결정된다. 즉, 드럼의 구성요소들 각각의 소리 크기에 대응하여 드럼의 구성요소들에 대응하는 세그먼트 액츄에이터에 서로 다른 주파수를 갖는 구동 전압이 인가되거나 서로 다른 면적의 세그먼트 액츄에이터에 구동 전압이 인가되거나 서로 다른 시간동안 구동 전압이 인가될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(700)에서는 시분할 구동, 면적 구동 및 주파수 구동 중 적어도 하나에 의해 표시부(710a, 710b, 710c)에 구획된 영역에 대응되는 세그먼트 액츄에이터가 국부적으로 상이한 강도로 진동될 수 있다. 이에 따라, 표시 장치(700)는 터치되는 위치에 따라 국부적으로 서로 다른 진동 강도로 진동될 수 있고, 터치되는 위치에 따라 다양한 촉감이 전달될 수 있다. 이와 같이, 표시 장치(700)의 위치마다 세그먼트 액츄에이터가 다른 진동 강도로 구동되어 다양한 촉감이 전달되는 것을 ‘포지션 햅틱(position haptic)’이라 할 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터의 구동 방식에 따라 구현되는 질감을 설명하기 위한 표시 장치의 평면도이다.

도 8a를 참조하면, 표시 장치(800)는 복수의 구슬들의 상부를 스캔(scan)하여 질감을 느낄 수 있는 표시부(810a)를 포함한다. 구체적으로, 실제 구슬들의 상부를 손으로 스캔하는 경우 오목부와 볼록부가 연속적으로 배치되어 느껴지는 질감이 표현될 수 있도록 액츄에이터가 진동된다. 예를 들어, 구슬의 볼록부에 대응되는 영역에서는 세그먼트 액츄에이터가 강하게 진동하고 구슬의 오목부에 대응되는 영역에서는 세그먼트 액츄에이터가 약하게 진동한다.

또한, 복수의 구슬들 상부를 손으로 스캔하는 질감은 볼록부와 오목부의 반복에 따른 구슬 상면의 주파수에 의해 구현될 수 있다. 즉, 손으로 스캔하는 영역에 대응하는 세그먼트 액츄에이터에 구슬 상면의 주파수에 대응될 수 있는 낮은 주파수의 구동 전압을 인가하여 구슬 상면의 질감이 구현될 수 있다. 예를 들어, 약 60Hz 내지 약 80Hz의 낮은 주파수의 구동 전압이 세그먼트 액츄에이터에 인가되어 구슬 상면의 질감을 구현하는 동시에, 구슬의 볼록부에서는 약 70Hz의 주파수의 구동 전압이 인가되어 세그먼트 액츄에이터가 강하게 진동하도록 구현될 수 있고, 구슬의 오목부에서는 약 60Hz 또는 약 80Hz의 주파수의 구동 전압이 인가되어 세그먼트 액츄에이터가 약하게 진동하도록 구현될 수 있다.

도 8b를 참조하면, 표시 장치(800)는 부드러운 실크의 상부를 스캔하여 질감을 느낄 수 있는 표시부(810b)를 포함한다. 구체적으로, 실제 실크의 상부를 손으로 스캔하는 경우 오목부와 볼록부를 통해 느겨지는 질감이 표현될 수 있도록 액츄에이터가 진동된다. 예를 들어, 실크의 볼록부에 대응되는 영역에서는 세그먼트 액츄에이터가 강하게 진동하고 실크의 오목부에 대응되는 영역에서는 세그먼트 액츄에이터가 약하게 진동한다.

또한, 실크를 손으로 스캔하는 질감은 주파수에 의해 구현될 수 있다. 즉, 손으로 스캔하는 영역에 대응하는 세그먼트 액츄에이터에 실크 상면의 주파수에 대응될 수 있는 낮은 주파수의 구동 전압을 인가하여 실크 상면의 질감이 구현될 수 있다. 예를 들어, 약 140Hz 내지 약 170Hz의 높은 주파수의 구동 전압이 세그먼트 액츄에이터에 인가되어 실크 상면의 질감을 구현하는 동시에, 실크의 볼록부에서는 약 160Hz의 주파수의 구동 전압이 인가되어 세그먼트 액츄에이터가 강하게 진동하도록 구현될 수 있고, 실크의 오목부에서는 약 140Hz 또는 약 170Hz의 주파수의 구동 전압이 인가되어 세그먼트 액츄에이터가 약하게 진동하도록 구현될 수 있다.

도 8c를 참조하면, 표시 장치(800)는 기타줄의 상부를 스캔하여 질감을 느낄 수 있는 표시부(810c)를 포함한다. 구체적으로, 실제 기타줄을 손으로 스캔하는 경우 기타줄이 있는 부분과 없는 부분이 연속적으로 배치되어 느껴지는 질감이 표현될 수 있도록 액츄에이터가 진동한다. 예를 들어, 기타줄이 있는 부분에 대응되는 영역에서는 세그먼트 액츄에이터가 강하게 진동하고 기타줄이 없는 부분에 대응되는 영역에서는 세그먼트 액츄에이터가 진동하지 않을 수 있다.

또한, 각각의 기타줄마다 상이한 음의 높이가 표현되기 위해 각각의 기타줄에 대응하는 세그먼트 액츄에이터에 상이한 주파수를 갖는 구동 전압이 인가된다. 예를 들어, 고음을 발생시키는 기타줄을 스캔한 경우, 약 140Hz 내지 약 170Hz의 높은 주파수의 구동 전압이 세그먼트 액츄에이터에 인가되고, 저음을 발생시키는 기타줄을 스캔한 경우, 약 60Hz 내지 약 80Hz의 낮은 주파수의 구동 전압이 세그먼트 액츄에이터에 인가되며, 중간음을 발생시키는 기타줄을 스캔한 경우, 약 110Hz 내지 약 140Hz의 주파수의 구동 전압이 세그먼트 액츄에이터에 인가된다. 이와 동시에, 각각의 기타줄을 스캔하는 강도에 따라 세그먼트 액츄에이터에 인가되는 구동 전압의 주파수가 조절될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(800)에서는 세그먼트 액츄에이터에 인가되는 구동 전압의 주파수를 변경하여 다양한 질감 및 진동 강도가 구현될 수 있다. 구체적으로, 복수의 구슬 또는 자갈의 상면을 스캔할 때 느껴지는 질감은 세그먼트 액츄에이터에 인가되는 낮은 주파수 범위의 구동 전압을 통해 구현될 수 있고, 실크 또는 가는 모래의 상면을 스캔할 때 느껴지는 질감은 세그먼트 액츄에이터에 인가되는 높은 주파수 범위의 구동 전압을 통해 구현될 수 있다. 또한, 기타줄이 발생시키는 음의 고저를 표현하기 위해 음의 고저에 대응하는 주파수의 구동 전압이 세그먼트 액츄에이터에 인가될 수 있다. 또한, 터치 입력된 강도에 따라 진동 강도를 구현하기 위해 질감을 느끼게 하기 위해 설정된 구동 전압의 주파수 범위 내에서 세그먼트 액츄에이터에 인가되는 구동 전압의 주파수가 변경될 수 있다. 이에 따라, 사물의 질감에 따라 세그먼트 액츄에이터는 다양한 주파수로 진동될 수 있고, 터치되는 강도에 따라 세그먼트 액츄에이터는 다양한 강도로 진동될 수 있다. 이에 따라, 표시 장치(800)에서는 세그먼트 액츄에이터에 인가되는 다양한 주파수의 구동 전압에 의해 다양한 질감 및 다양한 터치 강도에 따른 진동 강도가 동시에 구현될 수 있다. 이와 같이, 표시 장치(800)에서 사물의 질감 및 사물을 터치하는 강도마다 세그먼트 액츄에이터가 다른 진동 주파수 및 다른 진동 강도로 구동되어 다양한 질감이 전달되는 것을 ‘스캔 햅틱(scan haptic)’이라 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다.

도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 모바일 디바이스(900)에서 사용되는 경우를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(910)가 도 9의 (a)에서 모바일 디바이스(900)에 포함되도록 도시되었으며, 여기서 모바일 디바이스(900)는 스마트폰, 핸드폰, 태블릿 PC, PDA 등과 같은 소형화 장치를 의미한다. 표시 장치(910)가 모바일 디바이스(900)에 설치되는 경우, 외부 전원이 공급되지 않고 자체 배터리를 사용하게 되므로, 한정된 배터리 용량에 적합하도록 표시 장치(910)의 구성요소들이 설계되어야 한다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서와 같이 세그먼트 액츄에이터에 다양한 방식으로 구동 전압이 인가됨으로써, 표시 장치(910)에서는 다양한 촉감 및 질감이 표현될 수 있다. 또한, 사용자는 모바일 디바이스(900)로 동영상 시청, 게임, 버튼 입력 등을 수행할 시에 터치와 함께 진동을 느낄 수 있으므로, 보다 감각적인 정보를 전달받을 수 있다.

도 9의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 차량용 네비게이션(1000)에서 사용되는 경우를 도시한다. 차량용 네비게이션(1000)은 표시 장치(1010) 및 다수의 조작 요소들을 포함할 수 있으며, 차량 내부에 설치된 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 표시 장치(1010)가 차량용 네비게이션(1000)에 적용되는 경우, 도로의 높낮이, 도로의 상태, 차량의 진행 상황 등을 촉각적으로 제공할 수 있게 된다.

도 9의 (c)는 본 발명의 일 실시예들에 따른 표시 장치가 모니터, TV 등과 같은 디스플레이 수단(1100)으로 사용되는 경우를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1110)가 디스플레이 수단(1100)으로 이용되는 경우, 사용자는 특정 물건의 질감, 화자의 상태 등을 실제로 경험하듯이 촉각적으로 느낄 수 있으므로, 보다 실감나는 영상을 즐길 수 있게 된다.

도 9의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 옥외 광고판(1200)에서 사용되는 경우를 도시한다. 옥외 광고판(1200)은 표시 장치(1210) 및 지면과 표시 장치(1210)를 연결시키는 지지대를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1210)를 옥외 광고판(1200)에 적용하는 경우, 판매하고자 하는 광고 물품에 대한 촉각적인 정보 영상 및/또는 음성과 함께 사용자에게 직접 전달할 수 있으므로, 광고 효과가 극대화될 수 있게 된다.

도 9의 (e)는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 게임기(1300)에서 사용되는 경우를 도시한다. 게임기(1300)는 표시 장치(1310), 및 다양한 프로세서가 내장되는 하우징을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1310)를 게임기(1300)에 적용하는 경우, 사용자의 게임 조작에 따른 다양한 촉각적 피드백을 실감나게 제공할 수 있게 되므로, 사용자의 게임에 대한 몰입도가 배가될 수 있게 된다.

도 9의 (f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 전자 칠판(1700)에서 사용되는 경우를 도시한다. 전자 칠판(1400)은 표시 장치(1410), 스피커 및 이들을 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 구조물을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1410)를 전자 칠판(1400)에 적용하는 경우, 교육자는 스타일러스 펜 또는 손가락으로 표시 장치(1410)에 강의 내용을 입력할 때에 직접 칠판에 판서하는 듯한 느낌을 제공받을 수 있게 된다. 또한, 피교육자가 전자 칠판(1400)에 표시된 이미지에 대한 터치 입력을 인가하는 경우, 해당 이미지에 적합한 촉각적 피드백이 피교육자에게 제공될 수 있으므로, 교육의 효과가 극대화될 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로 (ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

이상으로 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 700, 800: 표시 장치
110: 액츄에이터
110A: 제1 세그먼트 액츄에이터
110B: 제2 세그먼트 액츄에이터
110C: 제3 세그먼트 액츄에이터
110D: 제4 세그먼트 액츄에이터
110E: 제5 세그먼트 액츄에이터
110F: 제6 세그먼트 액츄에이터
112: 전기 활성층
114: 제1 전극
114a: 제1 가로 세그먼트 전극
114b: 제2 가로 세그먼트 전극
114c: 제3 가로 세그먼트 전극
114d: 제4 가로 세그먼트 전극
114e: 제5 가로 세그먼트 전극
114f: 제6 가로 세그먼트 전극
116: 제2 전극
116a: 제1 세로 세그먼트 전극
116b: 제2 세로 세그먼트 전극
118: 배선
120: 액츄에이터 구동부
130: 터치 감지부
140: 터치 회로부
150: 표시부
160: 타이밍 제어부
170: 프로세서
180: 상부 커버
190: 하부 커버
710a, 710b, 710c, 810a, 810b, 810c: 표시부
900: 모바일 디바이스
910, 1010, 1110, 1210, 1310, 1410: 표시 장치
1000: 차량용 네비게이션
1100: 디스플레이 수단
1200: 옥외 광고판
1300: 게임기
1400: 전자 칠판

Claims (10)

1. 표시부;
   상기 표시부 상에 배치되고, 전기 활성층, 상기 전기 활성층의 일면에 제1 방향으로 배치된 복수의 제1 방향 세그먼트 전극, 및 상기 전기 활성층의 타면에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치된 복수의 제2 방향 세그먼트 전극을 포함하는 액츄에이터;
   상기 액츄에이터와 전기적으로 연결된 액츄에이터 구동부를 포함하고,
   상기 액츄에이터 구동부는,
   상기 복수의 제1 방향 세그먼트 전극 중 적어도 하나에 제1 전압을 인가하고, 상기 복수의 제2 방향 세그먼트 전극 중 적어도 하나에 제2 전압을 인가하도록 구성된, 표시 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 액츄에이터는 복수의 세그먼트 액츄에이터를 포함하고,
   상기 복수의 세그먼트 액츄에이터 중 세그먼트 액츄에이터 각각은 상기 복수의 제1 방향 세그먼트 전극 중 하나의 제1 방향 세그먼트 전극, 상기 복수의 제2 방향 세그먼트 전극 중 하나의 제2 방향 세그먼트 전극, 및 상기 하나의 제1 방향 세그먼트 전극과 상기 하나의 제2 방향 세그먼트 전극가 교차하는 영역에서의 전기 활성층으로 이루어진, 표시 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 액츄에이터 구동부는 상기 세그먼트 액츄에이터 각각의 진동 시간, 진동 세기 및 진동 주파수를 제어하도록 구성된, 표시 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 액츄에이터 구동부는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압의 차이에 의해 상기 액츄에이터의 진동 영역, 진동 세기 및 촉감 중 적어도 하나를 변화시키도록 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 인가하는, 표시 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 액츄에이터 구동부는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 어느 하나를 접지 전압으로 상기 액츄에이터에 인가하고, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 다른 하나의 주파수를 변경하는, 표시 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 액츄에이터 구동부는 상기 제1 전압이 인가되는 시간 및 상기 제2 전압이 인가되는 시간을 제어하는, 표시 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 액츄에이터 구동부는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 어느 하나를 접지 전압으로 상기 액츄에이터에 인가하고, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 다른 하나가 인가되는 복수의 세그먼트 전극 각각에 미리 결정된 시간만큼 분할하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 다른 하나를 인가하는, 표시 장치.
8. 제4항에 있어서,
   상기 액츄에이터 구동부는 상기 복수의 제1 방향 세그먼트 전극 중 상기 제1 전압이 인가되는 제1 방향 세그먼트 전극의 위치 및 상기 복수의 제2 방향 세그먼트 전극 중 상기 제2 전압이 인가되는 제2 방향 세그먼트 전극의 위치를 제어하는, 표시 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 액츄에이터 구동부와 전기적으로 연결된 터치 회로부; 및
   상기 터치 회로부와 전기적으로 연결되고, 상기 터치 회로부에 터치 입력 신호를 공급하는 터치 감지부를 더 포함하는, 표시 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 터치 회로부는 상기 터치 입력 신호를 수신하여 상기 액츄에이터 구동부에 터치 출력 신호를 공급하도록 구성된, 표시 장치.

Images