KR20210018703A - 표시 장치 - Google Patents

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KR20210018703A
KR20210018703A KR1020190097421A KR20190097421A KR20210018703A KR 20210018703 A KR20210018703 A KR 20210018703A KR 1020190097421 A KR1020190097421 A KR 1020190097421A KR 20190097421 A KR20190097421 A KR 20190097421A KR 20210018703 A KR20210018703 A KR 20210018703A
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vibrator
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vbr
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오준학
이재빈
원병희
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 표시 패널, 표시 패널 상에 배치되고 메인 진동파를 생성하는 메인 진동자, 및 표시 패널 상에 배치되고, 메인 진동자와 이격되며 각각 서브 진동파를 생성하는 복수의 서브 진동자를 포함하되, 복수의 서브 진동자는 메인 진동자와 제1 거리에 있는 제1 서브 진동자 및 메인 진동자와 제1 거리와 상이한 제2 거리에 있는 제2 서브 진동자를 포함하고, 제1 서브 진동자가 생성하는 제1 서브 진동파의 위상은 제2 서브 진동자가 생성하는 제2 서브 진동파의 위상과 상이하다.

Description

표시 장치{Display device}
본 발명은 표시 장치에 관한 것이다.
사용자에게 영상을 제공하는 스마트 폰, 태블릿 PC, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터, 차량 네비게이션, 및 스마트 텔레비젼 등의 전자기기는 영상을 표시하기 위한 표시 장치를 포함한다. 표시 장치는 영상을 생성하여 표시하는 표시 패널 및 다양한 입력 장치를 포함한다.
표시 장치는 사용자들에게 접촉에 대한 피드백으로서, 시각, 청각, 촉각 등의 다양한 물리적 UI(User Interface)를 제공하는 방향으로 발전하고 있다. 그 중에서 촉각적 피드백 방식인 햅틱 피드백(Haptic Feedback)은 각종 그래픽 환경에서 발생하는 이벤트 또는 상호 작용을 근거로 하여 사용자에게 물리적 힘을 출력하는 방식으로서, 표시 장치에 터치가 감지되면 진동을 가하여 사용자에게 햅틱 느낌을 전달한다.
햅틱 피드백 구현을 위해서는 진동자가 사용되는데, 진동자의 떨림이 부족하거나, 터치 이외의 영역에서도 진동이 발생할 경우 정교한 햅틱 피드백을 제공하기 어렵다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정교한 진동 제어가 가능한 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널, 상기 표시 패널 상에 배치되고 메인 진동파를 생성하는 메인 진동자, 및 상기 표시 패널 상에 배치되고, 상기 메인 진동자와 이격되며 각각 서브 진동파를 생성하는 복수의 서브 진동자를 포함하되, 상기 복수의 서브 진동자는 상기 메인 진동자와 제1 거리에 있는 제1 서브 진동자 및 상기 메인 진동자와 상기 제1 거리와 상이한 제2 거리에 있는 제2 서브 진동자를 포함하고, 상기 제1 서브 진동자가 생성하는 제1 서브 진동파의 위상은 상기 제2 서브 진동자가 생성하는 제2 서브 진동파의 위상과 상이하다.
상기 메인 진동파의 위상은 상기 제1 서브 진동파의 위상 및 상기 제2 서브 진동파의 위상과 상이할 수 있다.
상기 메인 진동파, 상기 제1 서브 진동파 및 상기 제2 서브 진동파의 파장은 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 서브 진동파의 위상과 상기 메인 진동파의 위상의 차이는 하기 식 1을 만족하고,
[식1] Δθ=180°*n-(360°*d1)/λ
상기 제1 서브 진동파의 위상과 상기 메인 진동파의 위상의 차이는 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[식2] Δθ=180°*n-(360°*d2)/λ
(단, 상기 식에서 n은 정수이고, d1는 상기 메인 진동자와 상기 제1 서브 진동자의 이격 거리이고, d2는 상기 메인 진동자와 상기 제2 서브 진동자의 이격 거리이며, λ는 상기 메인 진동파, 상기 제1 서브 진동파, 및 상기 제2 서브 진동파의 파장이다.)
상기 제1 거리 및 상기 제2 거리는 상기 파장의 1/2보다 작을 수 있다.
상기 제1 서브 진동파 및 상기 제2 서브 진동파의 위상과 상기 메인 진동파의 위상의 차이는 0°보다 크고 180°보다 작을 수 있다.
상기 제1 서브 진동파 및 상기 제2 서브 진동파는 상기 메인 진동파를 상쇄 간섭할 수 있다.
표시 장치는 상기 메인 진동자와 상기 각 서브 진동자에 제공되는 교류 전압의 위상을 조절하는 위상 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 메인 진동자의 최대 진폭은 상기 제1 서브 진동자 및 상기 제2 서브 진동자의 최대 진폭보다 클 수 있다.
상기 복수의 서브 진동자는 상기 메인 진동자를 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다.
상기 메인 진동자는 상기 표시 패널의 중앙 영역에 배치되고, 상기 복수의 서브 진동자는 상기 표시 패널의 테두리를 따라 배치될 수 있다.
상기 표시 패널과 중첩하는 커버 패널을 더 포함하되, 상기 표시 패널은 표시면인 일면 및 그 반대면인 타면을 포함하고, 상기 커버 패널은 상기 표시 패널의 타면 상에 배치되고, 상기 메인 진동자 및 상기 서브 진동자는 상기 커버 패널 상에 부착될 수 있다.
표시 장치는 상기 표시 패널의 일면 상에 배치된 터치 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 메인 진동자 및 상기 서브 진동자는 각각 압전 소자 또는 여진기를 포함할 수 있다.
상기 메인 진동자는 서로 이격 배치된 제1 메인 진동자 및 제2 메인 진동자를 포함할 수 있다.
상기 복수의 서브 진동자는 상기 제1 메인 진동자 및 상기 제2 메인 진동자를 둘러쌀 수 있다.
상기 제1 메인 진동자와 상기 제2 메인 진동자 사이에는 상기 서브 진동자가 비배치될 수 있다.
제1 구동 모드에서 상기 제1 메인 진동자는 제1 메인 진동파를 생성하고, 상기 제2 메인 진동자는 상기 제1 메인 진동파를 상쇄하는 진동파를 생성할 수 있다.
제2 구동 모드에서 상기 제1 메인 진동자는 상기 제1 메인 진동파를 생성하고, 상기 제2 메인 진동자는 상기 제1 메인 진동파와 보강 간섭하는 제2 메인 진동파를 생성할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널, 상기 표시 패널 상에 배치된 제1 진동자, 및 상기 표시 패널 상에 배치되고, 상기 제1 진동자와 이격된 제2 진동자를 포함하되, 상기 제2 진동자의 진동파의 위상과 상기 제1 진동자의 진동파의 위상의 차이(Δθ)는 하기 식을 만족한다.
[식] Δθ=180°*n-(360°*d)/λ
(단, 상기 식에서 n은 정수이고, d는 상기 제1 진동자와 상기 제2 진동자의 이격 거리이며, λ는 상기 제1 진동자의 진동파와 상기 제2 진동자의 진동파의 파장이다.)
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치에 의하면, 복수의 진동자의 이격 거리에 따라 각 진동자에서 생성하는 진동파를 효과적으로 간섭 처리함으로써, 정교한 진동 제어가 가능하다. 따라서, 복수의 진동자들을 이용하여 정교한 햅틱 동작이나 음향 제어를 할 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 표시 장치의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 압전 소자의 단면도이다.
도 5는 압전 소자의 동작 특성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 여진기의 분해 사시도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 여진기의 사시도이다.
도 8은 하나의 진동자의 진동파의 거리에 따른 파형을 나타낸 그래프이다.
도 9는 진동자가 동작할 때 일정 거리에 있는 매질에서의 시간에 따른 진동 파형을 나타낸 그래프이다.
도 10 및 도 11은 위상의 차이에 따른 2개의 진동자의 진동파의 중첩 파형을 나타낸 그래프들이다.
도 12는 일 실시예에 따른 메인 진동자와 서브 진동자의 배치 및 이들의 진동파를 나타낸 개략도이다.
도 13은 거리에 따른 진동파들의 진동 세기를 나타낸 그래프이다.
도 14는 위상차에 따른 G값의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 15는 위상차에 따른 log(G)값의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 16은 위상차에 따른 데시벨을 나타낸 그래프이다.
도 17은 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다.
도 18는 또 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다.
도 21은 또 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다.
도 22는 또 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다.
도 23은 일 실시예에 따른 표시 장치의 햅틱 인터페이스 제공 방법을 보여주는 표이다.
도 24는 도 23의 햅틱 인터페이스가 제공되는 표시 장치의 어플리케이션 실행 화면을 보여주는 일 예시도면이다.
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.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 구체적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(1)는 동영상이나 정지영상을 표시한다. 예를 들어, 표시 화면을 제공하는 모바일 폰, 스마트 폰, 태블릿 PC(Personal Computer), 전자 시계, 스마트 워치, 워치 폰, 이동 통신 단말기, 전자 수첩, 전자 책, PMP(Portable Multimedia Player), 차량 네비게이션, 게임기, 디지털 카메라, 텔레비전, 노트북, 모니터, 광고판, 사물 인터넷 등이 표시 장치(1)에 포함될 수 있다.
표시 장치(1)는 활성 영역(AAR)과 비활성 영역(NAR)을 포함할 수 있다. 활성 영역(AAR)은 표시 장치(1)의 주된 기능이 구현되는 영역으로, 화면을 표시하는 표시 영역을 포함할 수 있다. 활성 영역(AAR)은 또한 터치 입력을 감지하는 터치 영역을 더 포함할 수 있다. 표시 영역은 복수의 화소를 포함하고, 터치 영역은 복수의 터치 감지셀을 포함할 수 있다. 표시 영역과 터치 영역은 두께 방향으로 중첩할 수 있다. 활성 영역(AAR)의 형상은 직사각형, 정사각형, 기타 다각형, 원형, 타원형 등이 예시되며, 이에 제한되지 않는다. 활성 영역(AAR)은 또한 2 이상의 평면을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 표시 장치(1)가 벤딩, 폴딩 또는 절곡되어 복수의 평면에 활성 영역(AAR)이 배치될 수도 있다.
비활성 영역(AAR)은 활성 영역(AAR)의 주변에 배치될 수 있다. 비활성 영역(AAR)은 베젤 영역일 수 있다. 비활성 영역(AAR)에서는 화면이 표시되지 않을 수 있다. 즉 비활성 영역(AAR)은 표시 장치(1)의 비표시 영역을 포함할 수 있다. 비활성 영역(AAR)은 터치 영역을 불포함할 수 있지만(비터치 영역), 이에 제한되는 것은 아니고 비활성 영역(AAR)의 적어도 일부에 터치 셀이나 압력 센서 등이 배치되어 터치 또는 가압에 따른 입력 신호를 감지할 수도 있다. 비활성 영역(NAR)에는 활성 영역(AAR)(표시 영역이나 터치 영역)에 신호를 인가하기 위한 신호 배선이나 구동 회로들이 배치될 수 있다.
비활성 영역(AAR)은 활성 영역(AAR)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 활성 영역(AAR)이 직사각형 형상일 경우, 비활성 영역(AAR)은 직사각형을 둘러싸는 사각틀 형상으르 형성될 수 있다. 활성 영역(AAR)이 원형일 경우, 비활성 영역(AAR)은 원형을 둘러싸는 도우넛 형상일 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 베젤리스 표시 장치(1)와 같이 두께 방향으로 표시 장치(1)의 전체면이 활성 영역(AAR)으로만 이루어져 있어 비활성 영역(AAR)이 존재하지 않거나, 활성 영역(AAR)의 일부의 변에만 비활성 영역(AAR)이 배치되고 나머지 일부의 변에는 비활성 영역(AAR) 없이 활성 영역(AAR) 자체가 표시 장치(1)의 에지를 이룰 수도 있다.
도 2는 도 1의 표시 장치의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 표시 장치(1)는 표시 패널(10), 표시 패널(10)의 일면 상(도면에서 상부)에 배치된 터치 부재(20), 표시 패널(10)의 타면 상(도면에서 하부)에 배치된 진동 부재('VBR' 참조)를 포함할 수 있다.
표시 패널(10)은 표시 화면을 제공하는 역할을 한다. 표시 패널(10)은 화면의 기본 단위인 복수의 화소를 포함한다. 표시 패널(10)의 예로는 유기발광 표시 패널, 마이크로 LED 표시 패널, 나노 LED 표시 패널, 양자점 발광 표시 패널, 플라즈마 표시 패널, 전계방출 표시 패널, 전기습윤 표시 패널, 액정 표시 패널 전기영동 표시 패널 등을 들 수 있다.
표시 패널(10)이 유기 발광 표시 패널 등과 같은 발광 패널일 경우, 표시 패널(10)은 제1 전극(예컨대, 애노드 전극), 제2 전극(예컨대, 캐소드 전극), 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 발광층을 포함할 수 있다. 발광 패널이 능동형일 경우, 표시 패널(10)은 각 화소를 구동하는 박막 트랜지스터 등과 같은 구동 회로를 포함할 수 있다. 제1 전극은 화소마다 마련된 화소 전극이고, 제2 전극은 복수의 화소에 걸쳐 배치된 공통 전극일 수 있다. 발광층은 유기 발광층, 마이크로 LED, 나노 LED, 양자점층, 형광층 등일 수 있다.
표시 패널(10)이 액정 표시 패널(10) 등과 같은 수광 패널일 경우, 표시 장치(1)는 백라이트 유닛과 같은 광 제공 부재를 더 포함하며, 표시 패널(10)은 전계를 생성하는 제1 전극과 제2 전극, 및 광투과율 제어 부재를 포함할 수 있다. 제1 전극과 제2 전극에 의해 생성된 전계에 의해 광투과율 제어 부재의 거동이 제어될 수 있다. 수광 패널이 능동형일 경우, 표시 패널(10)은 각 화소를 구동하는 박막 트랜지스터 등과 같은 구동 회로를 포함할 수 있다. 제1 전극은 화소마다 마련된 화소 전극이고, 제2 전극은 복수의 화소에 걸쳐 배치된 공통 전극일 수 있다. 광투과율 제어 부재는 액정층, 차광 영동 입자 등일 수 있다.
표시 패널(10)은 리지드 타입이거나 플렉시블 타입일 수 있다. 리지드 타입의 표시 패널(10)은 유리 등 리지드한 기판을 베이스 기판으로 이용할 수 있다. 플렉시블 타입의 표시 패널(10)은 휘거나, 구부려지거나, 접히거나, 말릴 수 있다. 플렉시블 타입의 표시 패널(10)의 경우, 폴리이미드와 같은 플렉시블한 플라스틱 또는 휘어질 수 있는 초박형 유리 등을 베이스 기판으로 이용할 수 있다.
표시 패널(10)의 일면 상에는 터치 부재(20)가 배치될 수 있다. 표시 패널(10)의 일면은 표시 방향에 놓인 면(또는 표시면)일 수 있다. 터치 부재(20)는 복수의 터치 셀을 포함한다. 각 터치 셀은 하나 또는 2 이상의 터치 전극에 의해 정의될 수 있다. 터치 부재(20)의 터치 셀의 크기는 화소의 크기보다 클 수 있다. 터치 셀은 예컨대, 한 변이 약 4mm인 마름모나 정사각형 형상일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 터치 부재(20)는 자기 용량 커패시턴스 방식 또는 상호 용량 커패시턴스 방식으로 터치 여부를 인식할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
터치 부재(20)는 패널 또는 필름 타입으로 제공될 수 있다. 터치 부재(20)는 광학 투명 접착제(OCA) 또는 광학 투명 수지(OCR) 등의 제1 투명 결합층((61)를 통해 표시 패널(10)의 일면에 부착될 수 있다. 다른 실시예에서, 터치 부재(20)는 표시 패널(10)의 내부에 일체화되어 배치될 수도 있다. 예를 들어, 표시 패널(10)의 발광 소자를 이루는 전극 상에 터치 전극을 형성함으로써 터치 부재(20)로 기능하도록 하거나, 발광 소자를 이루는 전극 중 적어도 하나(예컨대, 유기 발광 표시 패널의 캐소드 전극인 제2 전극)를 터치 전극으로 함께 사용하여 터치 부재(20)로 기능하도록 할 수도 있다.
터치 부재(20) 상부에는 윈도우 부재(30)가 더 배치될 수 있다. 윈도우 부재(30)는 표시 패널(10)을 커버하여 보호하는 역할을 할 수 있다. 윈도우 부재(30)는 광학 투명 접착제(OCA) 또는 광학 투명 수지(OCR) 등의 제2 투명 결합층(62)을 통해 터치 부재(20)의 일면에 부착될 수 있다. 윈도우 부재(30)는 표시 패널(10)보다 커서 그 에지가 표시 패널(10)의 에지로부터 돌출될 수 있다.
윈도우 부재(30)는 윈도우 기재(31) 및 인쇄층(32)을 포함할 수 있다.
윈도우 기재(31)는 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 윈도우 기재(31)는 예를 들어, 유리나 플라스틱을 포함하여 이루어질 수 있다. 윈도우 기재(31)가 플라스틱을 포함하는 경우, 윈도우 기재(31)는 플렉시블한 성질을 가질 수 있다.
윈도우 기재(31) 상에는 인쇄층(32)이 배치될 수 있다. 인쇄층(32)은 윈도우 기재(31)의 일면 및/또는 타면에 배치될 수 있다. 인쇄층(32)은 윈도우 기재(31)의 테두리 부위에 배치되며, 비활성 영역(NAR)에 배치될 수 있다. 인쇄층(32)은 심미감을 부여하는 장식층 및/또는 최외곽 블랙 매트릭스층일 수 있다.
표시 패널(10)의 타면 상에는 진동 부재('VBR' 참조)가 배치될 수 있다. 표시 패널(10)의 타면은 표시면이 되는 표시 패널(10)의 일면의 반대 면일 수 있다. 진동 부재는 표시 패널(10)의 타면(배면)에 접촉하도록 배치될 수 있다. 여기서, 진동 부재가 표시 패널(10)의 타면 상에 배치된다는 것은 표시 패널(10)의 타면의 바로 위에 배치되는 경우 뿐만 아니라, 다른 층이나 패널들을 개재하여 배치되는 경우를 포함한다. 또한, 진동 부재가 표시 패널(10)의 타면에 접촉한다는 의미는 진동 부재가 표시 패널(10)의 타면과 직접 접촉하는 것 뿐만 아니라, 결합층과 같은 다른 부재를 통해 접촉하는 것을 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
일 실시예에서, 표시 장치(1)는 표시 패널(10)의 타면에 배치된 커버 패널(40)을 더 포함할 수 있다. 커버 패널(40)은 점착제 등을 포함하는 패널간 결합층(63)을 통해 표시 패널(10)의 타면에 부착될 수 있다. 표시 장치(1)가 커버 패널(40)을 포함하는 경우, 진동 부재는 커버 패널(40)의 타면 상에 배치되거나, 그에 부착될 수 있다. 이하에서는 진동 부재가 표시 패널(10)의 타면 상에 중첩하도록 배치된 커버 패널(40) 상에 부착된 경우를 예로 하여 설명하지만, 이에 제한되는 것은 아니고, 커버 패널(40) 없이 진동 부재가 표시 패널(10)의 타면 상에 직접 부착되거나, 커버 패널(40)의 주변이나 홀에 의해 노출된 영역에 진동 부재가 배치되어 표시 패널(10)의 타면에 직접 부착될 수도 있다. 나아가, 진동 부재는 표시 패널(10)과 커버 패널(40) 사이에 배치되거나, 커버 패널(40)의 내부에 배치될 수도 있다.
커버 패널(40)은 적어도 하나의 기능층을 포함할 수 있다. 상기 기능층은 방열 기능, 전자파 차폐기능, 접지 기능, 완충 기능, 강도 보강 기능, 지지 기능, 접착 기능, 압력 센싱 기능, 디지타이징 기능 등을 수행하는 층일 수 있다. 기능층은 시트층, 필름층, 박막층, 코팅층, 패널, 플레이트 등일 수 있다. 하나의 기능층은 단일층으로 이루어질 수도 있지만, 적층된 복수의 박막이나 코팅층으로 이루어질 수도 있다. 기능층은 예를 들어, 지지 기재, 방열층, 전자파 차폐층, 충격 흡수층, 결합층, 압력 센서, 디지타이저 등일 수 있다.
진동 부재는 이격되어 배치된 복수의 진동자(VBR)를 포함할 수 있다. 각 진동자(VBR)는 개별적으로 표시 패널(10)이나 커버 패널(40)의 타면에 부착되거나 접촉하도록 배치될 수 있지만, 플레이트, 필름, 시트 등의 소정의 면적을 갖는 부재 상에 어레이된 상태에서 표시 패널(10)이나 커버 패널(40)의 타면에 접촉(또는 부착)하도록 배치될 수도 있다.
진동 부재는 구동 신호에 의해 동작할 수 있다. 진동 부재는 진동을 발생시키고, 진동파를 표시 패널(10) 측으로 제공할 수 있다. 진동파는 표시 패널(10)을 통해 두께 방향 및/또는 평면 방향으로 전파될 수 있다. 진동 부재에 의한 진동은 표시 장치(1)에 대해 햅틱 또는 음향을 제공할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 커버 패널(40)의 타면 상에는 복수의 진동자(VBR)가 배치될 수 있다. 각 진동자(VBR)는 서로 간격을 두고 이격되도록 배치될 수 있다. 각 진동자(VBR)는 진동 동작을 수행하고, 진동파를 발생시킬 수 있다. 진동자(VBR)들이 생성하는 진동파들은 서로 함께 작용(중첩)하면서 보강이나 상쇄될 수 있다. 이와 같은 파동들의 상호 작용을 이용하여 진동을 증폭시키거나 약화시켜 정밀한 햅틱 동작을 수행하거나, 음향을 발생시킬 수 있다.
복수의 진동자(VBR)는 압전 소자 또는 여진기(exciter)를 포함할 수 있다. 여진기는 보이스 코일을 포함할 수 있다. 여진기는 보이스 코일을 이용하여 자력을 생성함으로써 커버 패널(40) 및 표시 패널(10)을 수직 방향으로 진동시키는 선형 공진 액츄에이터(linear resonant actuator, LRA)일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이하에서, 압전 소자와 여진기에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 압전 소자의 단면도이다. 도 5는 압전 소자의 동작 특성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 압전 소자(400)는 제1 전극(410), 제1 전극(410)과 대향하는 제2 전극(420), 및 제1 전극(410)과 제2 전극(420) 사이에 개재된 진동 물질층(430)을 포함할 수 있다. 압전 소자(400)는 소자 결합층(65)을 통해 커버 패널(40)에 부착될 수 있다.
제1 전극(410)과 제2 전극(420)은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(410)과 제2 전극(420)은 ITO, IZO와 같은 투명한 도전체, 불투명한 금속, 도전성 폴리머(conducting polymer) 또는 탄소 나노 튜브(CNT) 등을 포함할 수 있다
진동 물질층(430)은 전계에 의해 진동하는 피에조(piezo) 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 진동 물질층(430)은 PZT(지르콘 티탄삽 납 세라믹) 등의 압전체(piezoelectric), PVDF(polyvinylidene fluoride) 필름과 같은 압전 필름이나 전기 활성 고분자(Electro Active Polymer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
진동 물질층(430)은 전압의 극성에 따라 압축 또는 이완할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 전극(410)에 양의 전압이 인가되고 제2 전극(420)에 음의 전압이 인가될 경우 진동 물질층(430)에는 압축력(F1)이 생겨 두께 방향으로 수축할 수 있다. 반면, 제1 전극(410)에 음의 전압이 인가되고 제2 전극(420)에 양의 전압이 인가될 경우 진동 물질층(430)에는 이완력(F2)이 생겨 두께 방향으로 팽창할 수 있다. 따라서, 제1 전극(410)과 제2 전극(420)에 극성이 교대로 바뀌는 교류 전압을 인가할 경우 진동 물질층(430)은 수축 및 팽창을 반복할 수 있다. 이러한 현상에 의해 인접한 커버 패널(40) 및 표시 패널(10)에 진동이 발생할 수 있다. 압전 소자(400)에 의해 발생된 진동의 파장은 표시 패널(10)을 따라 진행할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 여진기의 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 여진기(500)는 하부 섀시(521), 연성 회로 보드(522), 보이스 코일(523), 마그넷(524), 스프링(525), 및 상부 섀시(526)를 포함할 수 있다. 하부 섀시(521)와 상부 섀시(526)는 금속 재질로 형성될 수 있다. 연성 회로 보드(522)는 상부 섀시(526)와 마주보는 하부 섀시(521)의 일면 상에 배치되며, 제1 신호 배선(WL1) 및 제2 신호 배선(WL2)에 접속된다. 보이스 코일(523)은 상부 섀시(526)와 마주보는 연성 회로 보드(522)의 일면에 연결될 수 있다. 이로 인해, 보이스 코일(523)의 일단은 제1 신호 배선(WL1)(또는 제1 음향 배선)과 전기적으로 연결되고, 타단은 제2 신호 배선(WL2)(또는 제2 음향 배선)과 전기적으로 연결될 수 있다. 마그넷(524)은 영구 자석으로, 보이스 코일(523)과 마주보는 일면에는 보이스 코일(523)이 수납되는 보이스 코일 홈(524a)이 형성될 수 있다. 마그넷(524)과 상부 섀시(526) 사이에는 스프링(525)이 배치된다.
제1 신호 배선(WL1)에 인가되는 제1 구동 전압과 제2 신호 배선(WL2)에 인가되는 제2 구동 전압에 따라 보이스 코일(523)에 흐르는 전류의 방향이 제어될 수 있다. 보이스 코일(523)에 흐르는 전류에 따라 보이스 코일(523) 주위에는 자기장이 생성될 수 있다. 제1 구동 전압과 제2 구동 전압의 교류 구동에 따라 마그넷(524)과 보이스 코일(523) 사이에는 인력과 척력이 교대로 작용할 수 있다. 그에 따라 마그넷(524)은 스프링(525)에 의해 보이스 코일(523)과 상부 섀시(526) 사이에서 왕복 운동할 수 있고, 이로 인해 상부 섀시(526) 상에 배치된 진동면이 진동할 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 여진기의 사시도이다.
도 7을 참조하면, 여진기(501)는 마그넷(magnet, MG), 보빈(BB), 보이스 코일(VC), 및 댐퍼(DP)를 포함할 수 있다.
마그넷(MG)은 영구 자석으로, 바륨 훼라이트(barium ferrite) 등 소결(燒結) 자석을 이용할 수 있다. 마그넷(MG)의 재질은 삼산화이철(Fe2O3), 탄산바륨(BaCO3), 네오디뮴 자석, 자력 성분이 개선된 스트론튬 훼라이트(strontium ferrite), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 또는 코발트(Co)의 합금 주조 자석 등이 사용될 수 있으나, 그에 한정되는 것은 아니다. 네오디뮴 자석은 예를 들면 네오디뮴-철-붕소(Nd-Fe-B)일 수 있다.
마그넷(MG)은 원기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 마그넷(MG)은 플레이트의 중앙으로부터 돌출된 중앙 돌출부(CPP) 및 플레이트의 가장자리로부터 돌출된 측벽부(SW)를 포함할 수 있다. 중앙 돌출부(CPP)와 측벽부(SW)는 소정의 간격으로 이격될 수 있으며, 이로 인해 중앙 돌출부(CPP)와 측벽부(SW) 사이에는 소정의 공간이 형성될 수 있다. 즉, 원기둥 형상의 마그넷(MG) 밑면에는 원 형태의 공간이 마련될 수 있다.
마그넷(MG)의 중앙 돌출부(CPP)는 N극의 자성을 갖고, 플레이트와 측벽부(SW)는 S극의 자성을 가질 수 있으며, 이로 인해 마그넷(MG)의 중앙 돌출부(CPP)와 플레이트 사이와 중앙 돌출부(CPP)와 측벽부(SW) 사이에는 외부 자기장이 형성될 수 있다.
보빈(BB)은 원통 형태로 형성될 수 있다. 보빈(BB)의 내부에는 마그넷(MG)의 중앙 돌출부(CPP)가 배치될 수 있다. 즉, 보빈(BB)은 마그넷(MG)의 중앙 돌출부(CPP)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 또한, 보빈(BB)의 외부에는 마그넷(MG)의 측벽부(SW)가 배치될 수 있다. 즉, 마그넷(MG)의 측벽부(SW)는 보빈(BB)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 보빈(BB)과 마그넷(MG)의 중앙 돌출부(CPP) 사이와 보빈(BB)과 마그넷(MG)의 측벽부(SW) 사이에는 공간이 형성될 수 있다.
보빈(BB)은 펄프 또는 종이를 가공한 재질, 알루미늄이나 마그네슘 또는 그 합금, 폴리프로필렌(polypropylene) 등의 합성 수지, 또는 폴리아미드(polyamide)계 섬유 등으로 형성될 수 있다.
보이스 코일(VC)은 보빈(BB)의 외주면에 권취(또는 권선)된다. 보빈(BB)의 일단에 인접한 보이스 코일(VC)의 일단은 제1 신호 배선(또는 제1 음향 배선)에 연결되고, 보빈(BB)의 타단에 인접한 보이스 코일(VC)의 타단은 제2 신호 배선(또는 제2 음향 배선)에 연결될 수 있다. 이로 인해, 제1 신호 배선에 인가되는 제1 구동 전압과 제2 신호 배선에 인가되는 제2 구동 전압에 따라 보이스 코일(VC)에는 전류가 흐를 수 있다. 보이스 코일(VC)에 흐르는 전류에 따라 보이스 코일(VC) 주위에는 자기장이 형성될 수 있다. 제1 구동 전압과 제2 구동 전압의 교류 구동에 따라 보이스 코일(VC) 주위에 형성되는 인가 자기장의 N극과 S극은 변경되며, 이로 인해 마그넷(MG)과 보이스 코일(VC)은 인력과 척력이 교대로 작용할 수 있다. 그에 따라, 보이스 코일(VC)이 권취되어 있는 보빈(BB)은 Z축 방향으로 왕복 운동할 수 있고, 이로 인해 커버 패널(40)과 표시 패널(10)을 진동시킬 수 있다.
댐퍼(DP)는 보빈(BB)의 상측 일부와 마그넷(MG)의 측벽부(SW) 사이에 배치될 수 있다. 댐퍼(DP)는 보빈(BB)의 상하 운동에 따라 수축 및 이완하면서 보빈(BB)의 상하 진동을 조절한다. 댐퍼(DP)가 보빈(BB)과 마그넷(MG)의 측벽부(SW)에 연결되기 때문에 보빈(BB)의 상하 운동은 댐퍼(DP)의 복원력에 의해 제한될 수 있다. 예를 들어, 보빈(BB)이 일정 높이 이상으로 진동하거나 일정 높이 이하로 진동할 경우 댐퍼(DP)의 복원력에 의해 보빈(BB)은 원위치로 원상 복귀할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 복수의 진동자(VBR)는 메인 진동자(VBR_M) 및 서브 진동자(VBR_S)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 메인 진동자(VBR_M)와 서브 진동자(VBR_S)는 모두 압전 소자(도 4의 '400')를 포함하거나, 모두 여진기(도 6의 '500', 도 7의 '501')를 포함할 수 있다. 다른 예로, 메인 진동자(VBR_M)는 압전 소자(400)와 여진기(500, 501) 중 어느 하나를 포함하고, 서브 진동자(VBR_S)는 다른 하나를 포함할 수 있다. 또한, 메인 진동자(VBR_M)나 서브 진동자(VBR_S)가 복수일 경우, 복수의 메인 진동자(VBR_M) 또는 복수의 서브 진동자(VBR_S)를 구성하는 진동자(VBR)는 그 종류가 동일할 수도 있지만 상이할 수도 있다. 예를 들어, 일부의 서브 진동자(VBR_S)는 압전 소자(400)를 포함하고, 다른 일부의 서브 진동자(VBR_S)는 여진기(500)를 포함할 수 있다.
메인 진동자(VBR_M)는 표시 패널(10)에 메인 진동파를 제공할 수 있다. 서브 진동자(VBR_S)는 서브 진동파를 생성한다. 서브 진동파는 메인 진동파와 만나(중첩하여) 메인 진동파를 보강 간섭하거나 상쇄 간섭하여 표시 패널(10)에 전달되는 진동파의 파형, 진폭 등을 제어하는 간섭 진동파일 수 있다.
일 실시예에서, 메인 진동자(VBR_M)와 서브 진동자(VBR_S)는 진동파의 최대 진폭에 의해 구분될 수 있다. 예를 들어, 메인 진동자(VBR_M)에 의한 메인 진동파는 메인 진동자(VBR_M)가 위치한 영역에서 제1 최대 진폭을 가질 수 있고, 서브 진동자(VBR_S)에 의한 서브 진동파는 서브 진동자(VBR_S)가 위치한 영역에서 제2 최대 진폭을 가질 수 있으며, 여기서 제1 최대 진폭은 제2 최대 진폭보다 클 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 메인 진동파와 서브 진동파가 동일한 최대 진폭을 갖거나, 메인 진동파보다 더 큰 최대 진폭의 진동파를 형성하는 진동자(VBR)를 서브 진동자(VBR_S)로 사용할 수도 있다.
비제한적인 몇몇 실시예에서, 메인 진동자(VBR_M)와 서브 진동자(VBR_S)은 각각 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 서브 진동자(VBR_S)는 길이 방향이 인접한 에지에 평행하도록 배치될 수 있다. 메인 진동자(VBR_M)의 길이는 서브 진동자(VBR_S)보다 더 길 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
서브 진동자(VBR_S)는 메인 진동자(VBR_M)의 주변에 배치될 수 있다. 서브 진동자(VBR_S)는 복수개일 수 있다. 일 실시예에서, 하나의 메인 진동자(VBR_M)를 복수의 서브 진동자(VBR_S)가 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 메인 진동자(VBR_M)는 표시 장치(1) 또는 표시 패널(10)의 중앙 영역에 위치하고, 복수의 서브 진동자(VBR_S)는 표시 장치(1) 또는 표시 패널(10)의 테두리를 따라 배치될 수 있다. 메인 진동자(VBR_M)와 서브 진동자(VBR_S)는 수평 방향으로 서로 이격되도록 배치되며, 서브 진동자(VBR_S)끼리도 상호 이격되도록 배치될 수 있다. 메인 진동자(VBR_M)와 그 주변에 배치된 서브 진동자(VBR_S)의 이격 거리는 균일할 수도 있지만, 도면에 도시된 것처럼 상이할 수도 있다. 각 서브 진동자(VBR_S)들 사이의 이격 거리는 균일할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
서브 진동자(VBR_S)와 메인 진동자(VBR_M)의 상대적인 위치는 도 3에 예시된 바에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시예로서, 서브 진동자(VBR_S)가 중앙 영역에 배치되고, 메인 진동자(VBR_M)가 그 주변에 배치될 수도 있다. 경우에 따라서는 하나의 진동자(VBR)가 모드에 따라 메인 진동자의 역할을 하기도 하고, 서브 진동자의 역할을 할 수도 있다. 예를 들어, 제1 모드(예컨대, 음향 모드)에서는 중앙 영역에 위치하는 진동자(VBR)가 메인 진동자의 역할을 하고 주변에 위치하는 진동자(VBR)가 서브 진동자의 역할을 하면서 메인 진동자의 메인 진동파를 보강 또는 상쇄하고, 제2 모드(예컨대, 햅틱 모드)에서는 주변에 위치하는 진동자가 메인 진동자의 역할을 하고 중앙 영역에 위치하는 진동자가 서브 진동자의 역할을 하면서 메인 진동자의 메인 진동파를 보강 또는 상쇄할 수 있다. 이하에서는 주로 서브 진동자(VBR_S)가 메인 진동자(VBR_M)의 주변에 배치된 경우를 예로 하여 설명하지만, 해당 설명이 특정된 위치에 따른 것이 아닌 이상, 그 반대의 위치를 갖는 실시예에도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
메인 진동자(VBR_M)에 의한 메인 진동파의 위상과 서브 진동자(VBR_S)에 의한 서브 진동파의 위상은 상이할 수 있다. 또, 각 서브 진동자(VBR_S)에 의해 생성되는 서브 진동파끼리의 위상도 서로 상이할 수 있다. 각 서브 진동자(VBR_S)는 메인 진동자(VBR_M)와의 이격 거리에 따라 서로 다른 위상의 서브 진동파를 생성할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 8은 하나의 진동자의 진동파의 거리에 따른 파형을 나타낸 그래프이다. 도 9는 진동자가 동작할 때 일정 거리에 있는 매질에서의 시간에 따른 진동 파형을 나타낸 그래프이다.
진동파는 도 8에 도시된 바와 같이, 진동자(VBR)가 위치하는 영역에서 발생하며 주변으로 전파된다. 진동파의 진폭은 진동자(VBR)가 위치하는 영역으로부터 떨어진 거리에 따라 다르며, 일반적으로 진동자(VBR)의 위치로부터 멀어질수록 감소할 수 있다. 하나의 진동자(VBR)가 균일하게 진동하는 동안 특정 위치에서의 진동파의 진폭은 도 9에 도시된 바와 같이, 균일하게 유지될 수 있다. 상술한 것처럼, 진동자(VBR)를 구동하는 동안 진동자(VBR)는 수축과 팽창을 반복하는데, 진동파의 진동 주기(T)는 진동자(VBR)의 수축/팽창의 사이클에 의해 정의될 수 있다. 진동파의 진동 주기(T)는 위치와 무관하게 동일할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
진동파는 파동의 일종으로서, 여러 파동이 혼재되는 경우 보강 또는 상쇄 간섭이 일어날 수 있다. 여기서, 보강 간섭은 진동파가 중첩하여 특정 위치에서의 진폭이 더 커지는 경우를 나타내고, 상쇄 간섭은 진동파가 중첩하여 특정 위치에서의 진폭이 더 작아지는 경우를 나타낸다. 보강은 중첩하는 진동파들의 위상이 동일할 때 진폭 상승 효과가 가장 크고, 상쇄는 중첩하는 진동파들의 위상이 반대(즉, 180°의 위상차)일 때 진폭 감소 효과가 가장 크지만, 본 명세서에서는 보강과 상쇄를 상기한 위상 관계로 한정하는 것은 아니고, 상기 위상 관계와 다소간의 차이가 있다고 하더라도 단일 진동파보다 진폭이 커지면 보강된 것으로, 단일 진동파보다 진폭이 작아지면 상쇄된 것으로 언급하기로 한다.
도 10 및 도 11은 위상의 차이에 따른 2개의 진동자의 진동파의 중첩 파형을 나타낸 그래프들이다.
도 10은 동일 시점에서 특정 위치의 제1 진동자(VBR1)에 의한 제1 진동파(WV1)와 제2 진동자(VBR2)에 의한 제2 진동파(WV2)가 동일한 위상을 갖는 경우의 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 특정 위치에서 제1 진동파(WV1)와 제2 진동파(WV2)가 동일 위상을 가지면 이들의 파형이 중첩하면서 보강 간섭이 이루어진다. 즉, 제1 진동파(WV1)와 제2 진동파(WV2)가 합산되어 그 진폭이 커진다. 특정 위치에서 합산 진동파(WV_OV)의 진폭은 제1 진동파(WV1)의 진폭과 제2 진동파(WV2)의 진폭의 합이 될 수 있다.
도 11은 동일 시점에서 특정 위치의 제1 진동자(VBR1)에 의한 제1 진동파(WV1)와 제2 진동자(VBR2)에 의한 제2 진동파(WV2)가 반대 위상을 갖는 경우이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 진동파(WV1)와 제2 진동파(WV2)가 반대 위상(즉, 180°의 위상차)을 가지면 이들의 파형이 상쇄되는 간섭이 이루어진다. 즉, 이 경우의 특정 위치에서의 합산 진동파(WV_OV)는 제1 진동파(WV1)의 절대값과 제2 진동파(WV2)의 절대값의 차이가 되어, 단독 진동파만 있을 때보다 그 진폭이 작아진다. 특정 위치에서 제1 진동파(WV1)와 제2 진동파(WV2)가 진폭이 동일하고 위상이 반대면 해당 위치에서는 진동이 일어나지 않을 수 있다.
이와 같은 현상을 이용하여 매질을 통해 전달되는 진동파의 크기를 증폭하거나 줄일 수 있다. 예를 들어, 정교한 햅틱 동작을 구현하기 위해 터치 입력이 이루어진 위치에서는 진동의 크기를 유지하거나 키우고, 그 이외의 영역에서는 진동을 줄이는 것이 바람직한데, 터치 영역 주변은 상술한 도 10과 같은 방법으로 파형의 보강 간섭을 통해 진폭을 키우고, 그로부터 먼 영역은 도 11과 같은 방법으로 파형의 상쇄 간섭을 일으켜 진폭을 줄일 수 있다. 만약, 보강 간섭과 상쇄 간섭 중 어느 하나만을 구동하여야 한다면, 상쇄 간섭을 선택하여 구동하는 것이 특정 위치만의 진동을 두드러지게 하는 데에 더 효과적일 수 있다.
도 10과 도 11에서 제1 진동파(WV1)와 제2 진동파(WV2)의 위상은 각 진동자(VBR)의 제1 전극과 제2 전극에 인가되는 교류 전압의 위상을 조절함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 2개의 진동자(VBR) 모두 도 4에 도시된 압전 소자(400)를 사용한다고 가정하였을 때, 제1 진동자(VBR1)의 제1 전극에 교류 전압의 양의 최대 전압이 인가되는 시점에서, 제2 진동자(VBR2)의 제1 전극에 교류 전압의 양의 최대 전압을 인가하면 동일 위상의 진동파를 발생시킬 수 있고, 제2 진동자(VBR2)의 제2 전극에 양의 최대 전압을 인가하면 반대 위상의 진동파를 발생시킬 수 있을 것이다.
한편, 도 10과 도 11에서는 제1 진동자(VBR1)와 제2 진동자(VBR2)의 이격 거리가 제1 진동파(WV1)와 제2 진동파(WV2)의 파장의 1/2의 정수배인 경우를 예시한다. 이것은 제1 진동파(WV1)의 위상에 대해 제2 진동파(WV2)의 위상을 동일하게 하거나 180° 만큼 차이를 두고 구동하는 방식인데, 이와 같은 방식은 파장이 정해져 있는 진동자(VBR)를 사용할 때 하나의 진동자(VBR)의 위치가 결정되면 다른 진동자(VBR)의 후보 위치 또한 함께 특정되는 결과를 초래할 수 있다. 예를 들어, 메인 진동자(VBR_M)의 위치가 정해지면 주변의 복수의 서브 진동자(VBR_S)는 메인 진동자(VBR_M)와 동일한 간격으로 배치될 필요성이 있다. 이것은 표시 패널(10) 상에서 터치 입력 위치나 기타 다른 목적에 의해 진동자(VBR)의 배치를 다양하게 변형하는 데에 장애가 될 수 있다. 뿐만 아니라, 진동자(VBR)의 파장이 표시 패널(10)의 크기보다 커서 파장의 1/2의 정수배 만큼 이격시키지 못할 경우 상술한 동일 위상(0° 위상)과 반대 위상(180° 위상) 방식으로는 보강 및 상쇄를 구현하기 어렵다. 이것은 보강, 상쇄를 위해 표시 장치(1)에 사용되는 진동자(VBR)를 단파장 진동파를 생성하는 진동자(VBR)로 제한하게 되는 결과를 초래할 수 있다.
장파장의 진동자(VBR)를 다양한 간격으로 배열하더라도 보강, 상쇄가 가능하도록 하기 위하여, 실시예에 따른 진동자(VBR)의 위상은 주변의 진동자(VBR)와의 간격(이격 거리)에 따라 조절될 수 있다. 하나의 진동자(VBR)의 진동파의 위상에 대해 다른 진동자(VBR)의 진동파의 위상차는 상술한 0°와 180° 뿐만 아니라, 다른 다양한 값을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 하나의 진동자(VBR)의 진동파의 위상에 대해 다른 진동자(VBR)의 진동파의 위상차는 0°보다 크고 180°보다 작을 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 메인 진동자와 서브 진동자의 배치 및 이들의 진동파를 나타낸 개략도이다.
도 12를 참조하면, 메인 진동자(VBR_M)와 서브 진동자(VBR_S)는 각각 λ의 파장을 갖고, 메인 진동자(VBR_M)와 서브 진동자(VBR_S)는 d의 간격을 갖는다. 여기서, d는 λ의 1/2보다 작을 수 있다.
상술한 바와 같이, 메인 진동자(VBR_M)의 메인 진동파(WV_M)를 상쇄하기 위해 서브 진동자(VBR_S)의 서브 진동파(WV_S)는 그 반대 위상을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 서브 진동자(VBR_S)의 위치에서 메인 진동파(WV_M)가 마루(파동에서 가장 높은 부분)를 이룰 때 서브 진동자(VBR_S)의 서브 진동파(WV_S)가 골(파동에서 가장 낮은 부분)을 갖는 것이 바람직하다. 골과 마루는 180°의 위상 차이를 갖지만, 메인 진동파(WV_M)가 서브 진동자(VBR_S)의 위치까지 진행하는 시간이 있기 때문에, 실제 메인 진동파(WV_M)가 서브 진동자(VBR_S) 위치에서 마루를 가질 때의 메인 진동자(VBR_M) 위치의 메인 진동파(WV_M)는 마루가 아닌 다른 위상에 있을 수 있다. 따라서, 진동자(VBR)의 구동 관점에서 보면 이와 같은 위상의 차이를 반영해 주어야 실제로 중첩하는 부위에서 최대 상쇄를 이룰 수 있다.
메인 진동자(VBR_M)가 위치하는 영역의 메인 진동파(WV_M)의 위상을 θ1이라고 하고, 메인 진동자(VBR_M)로부터 d만큼 떨어진 위치의 위상을 θ2라고 할 때, 위상의 차이(θ1-θ2)는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
(식 1)
θ1-θ2=(360°*d)/λ
따라서, 메인 진동파(WV_M)를 보강 또는 상쇄하기 위하여 메인 진동자(VBR_M)로부터 d만큼 떨어진 위치에 있는 서브 진동자(VBR_S)의 위상차는 하기 식 2를 만족할 수 있다.
(식 2)
Δθ=180°*n-(360°*d)/λ
상기 식에서, n은 정수이고, Δθ는 서브 진동자(VBR_S)의 서브 진동파(WV_S)의 위상과 메인 진동파(WV_M)의 위상의 차이(즉, 위상 지연값)를 나타낸다. 여기서, 위상의 차이 또는 위상 지연값이 양수이면 서브 진동파(WV_S)의 위상이 메인 진동파(WV_M)에 비해 해당 값만큼 지연된 것을 의미하고, 음수이면 서브 진동파(WV_S)의 위상이 메인 진동파(WV_M)보다 해당 값만큼 앞선 것을 의미할 수 있다. 또한, 위상의 차이는 동일 시점에서의 위상의 차이를 의미하는 것일 수 있다.
상기 식 2에서 n이 짝수일 때에는 위상 지연값이 -(360°*d)/λ와 실질적으로 동일하다. 이 경우 서브 진동자(VBR_S)의 서브 진동파(WV_S)가 메인 진동자(VBR_M)의 메인 진동파(WV_M)에 비해 -(360°*d)/λ 만큼의 위상차를 갖게 하면 서브 진동자(VBR_S)의 위치에서 메인 진동파(WV_M)와 서브 진동파(WV_S)가 동시에 마루를 가지므로 효과적인 보강 간섭이 이루어질 수 있다.
상기 식 2에서 n이 홀수일 때에는 위상 지연값이 180°-(360°*d)/λ와 실질적으로 동일하다. 이 경우 서브 진동자(VBR_S)의 위치에서 메인 진동파(WV_M)가 마루일 때 서브 진동파(WV_S)가 골이 되므로 효과적인 상쇄 간섭이 이루어질 수 있다. 메인 진동파(WV_M)와 서브 진동파(WV_S)의 파장이 동일한 경우, 중첩된 메인 진동파(WV_M)와 서브 진동파(WV_S)는 중첩파의 진행 방향을 따라 위치에 상관없이 동일한 방식으로 상쇄 간섭이 이루어질 수 있다.
도 13은 거리에 따른 진동파들의 진동 세기를 나타낸 그래프이다. 도 13은 도 12에서 서브 진동자(VBR_S)의 서브 진동파(WV_S)의 위상이 메인 진동자(VBR_M)의 메인 진동파(WV_M)의 위상 대비 180°-(360°*d)/λ 만큼 위상차를 가져 최대 상쇄 구동을 하였을 때의 진동 세기를 나타낸다.
도 13을 참조하면, 상술한 바와 같이, 진동파는 진동자(VBR)로부터 멀어질수록 그 진동 세기가 작아진다. 메인 진동자(VBR_M)에 의한 메인 진동파(WV_M)는 최대 서브 진동파(VW_S)를 생성하는 서브 진동자(VBR_S)의 위치에 이르러 가장 많이 상쇄될 수 있다. 서브 진동자(VBR_S)의 전후로도 메인 진동파(WV_M)는 상쇄되어 진동 세기가 작아질 수 있다. 메인 진동자(VBR_M)가 위치하는 부분에서도 서브 진동파(WV_S)의 영향으로 메인 진동파(WV_M)의 진동 세기가 작아질 수 있지만, 서브 진동파(WV_S)도 서브 진동자(VBR_S)로부터 멀어질수록 진동 세기가 작아지기 때문에 실제 메인 진동자(VBR_M)의 위치에서 메인 진동파(WV_M)가 받는 진동 세기의 상쇄 정도는 상대적으로 미약하다. 따라서, 중첩된 진동파(WV_OV)는 메인 진동자(VBR_M)가 위치하는 영역 부근에는 강한 진동 세기가 유지되지만 그로부터 멀어질수록 진동 세기가 급격하게 감소할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 햅틱 동작을 수행할 때 실제 터치 입력이 이루어진 곳에서만 선택적으로 진동이 일어나도록 할 수 있어, 정교한 햅틱 동작을 구현할 수 있다. 마찬가지 방식으로 정교한 진동 제어가 가능하므로, 진동 부재를 음향 생성 소자 등으로 활용할 때에서 정교한 음향 제어를 할 수 있다.
상술한 복수의 진동파의 중첩 결과를 확인하기 위해 패널에 2개의 진동자(VBR)를 부착한 후 위상에 따른 G(중력가속도)값을 측정하였다. 진동자(VBR)는 패널의 일면에 부착되었고, G 센서는 패널의 타면에 배치되었다. 하나의 진동자(VBR)는 패널의 정중앙으로부터 좌측 3cm 거리에 부착하고, 다른 하나는 패널 정중앙으로부터 우측 3cm 거리에 부착하였다. 진동자(VBR)간 이격 거리는 6cm였다. 각 진동자(VBR)의 파장은 1.93m였다. G 센서는 패널의 정중앙에 배치하였다.
우선, 각 진동자(VBR)에 함수 발생기(Function Generator)를 이용하여 250Hz, 5Vpp의 동일 전압을 인가하였다. 패널의 굴곡 진동 속도(Bending wave speed)를 확인한 후 위상차를 적용하였다. 위상을 변경하면서 G값을 측정하였다. 또한, 30cm 떨어진 위치에서 데시벨(dB)을 측정하였다.
상기 실험에 따른 결과를 도 14 내지 도 16에 도시하였다. 도 14는 위상차에 따른 G값의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 15는 위상차에 따른 log(G)값의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 16은 위상차에 따른 데시벨을 나타낸 그래프이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 상기 실험예에서 위상차가 168.8°(=180°-11.2°)일 때 G값이 0을 나타내었다. 해당 위상에서 데시벨은 30dB 이하로 기본 소음으로 제어 가능한 수준을 나타내었다. log(G)의 경우 데시벨과 그래프 형태가 대체로 일치함을 확인하였다.
다시 도 3을 참조하면, 메인 진동자(VBR_M)는 커버 패널(40)(또는 두께 방향으로 그에 중첩된 표시 패널(10))의 중앙 영역에 배치되며, 복수의 서브 진동자(VBR_S)가 커버 패널(40)(또는 두께 방향으로 그에 중첩된 표시 패널(10))의 테두리를 따라 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 하나의 메인 진동자(VBR_M)가 커버 패널(40)의 정중앙에 위치할 수 있다. 서브 진동자(VBR_S)는 1열로 배열될 수 있다. 서브 진동자(VBR_S)의 배열은 커버 패널(40)과 유사하게 직사각형 형상일 수 있다. 각 서브 진동자(VBR_S)는 커버 패널(40)의 에지로부터 실질적으로 동일한 이격 거리를 두고 배치될 수 있다. 커버 패널(40)의 각 에지에 배치된 이웃하는 서브 진동자(VBR_S)의 간격은 균일할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
커버 패널(40)이 평면도상 직사각형 형상을 갖는 경우, 메인 진동자(VBR_M)가 커버 패널(40)의 중앙 영역에 위치하더라도 중앙 영역의 메인 진동자(VBR_M)와 테두리부의 서브 진동자(VBR_S)들의 이격 거리는 상이할 수 있다. 예를 들어, 메인 진동자(VBR_M)로부터 일 서브 진동자(VBR_S)는 제1 거리(d1)만큼 떨어지고, 다른 서브 진동자(VBR_S)는 제2 거리(d2)만큼 떨어질 수 있다.
여기서, 이격 거리(d1, d2)는 진동자(VBR)의 진동파가 발생하는 위치를 기준으로 떨어진 거리를 의미할 수 있다. 진동자(VBR)가 배치된 영역 전체가 균일한 진동을 나타내는 경우, 진동파는 진동자(VBR)의 에지로부터 전파될 수 있다. 이 경우, 진동자(VBR) 간 이격 거리(d1, d2)는 도 3에 도시된 바와 같이 인접한 진동자(VBR)의 에지 사이의 최단 거리로 측정될 수 있다. 만약, 진동자(VBR)에 의한 진동파가 진동자(VBR) 내부의 특정 위치나 특정 라인에서 최대의 값을 갖고 그로부터 주변으로 전파되는 경우, 각 진동자(VBR)의 상기 특정 위치나 특정 라인 사이의 최단 거리가 이격 거리(d1, d2)로 측정될 수 있다.
표시 패널(10)에 전반적인 진동을 가하기 위한 보강 간섭 구동을 위해서는 각 진동자(VBR)의 진동파 파장이 λ일 때 상술한 식 2로부터 제1 거리(d1)의 서브 진동자(VBR_S)의 진동파는 메인 진동자(VBR_M)의 진동파에 대해 {180°*2m-(360°*d1)/λ} 만큼의 위상 지연값을 갖고, 제2 거리(d2)의 서브 진동자(VBR_S)의 진동파는 메인 진동자(VBR_M)의 진동파에 대해 {180°*2m-(360°*d2)/λ} 만큼의 위상 지연값을 갖도록 구동될 수 있다. 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)가 상이할 경우, 제1 거리(d1)의 서브 진동자(VBR_S)의 진동파의 위상과 제2 거리(d2)의 서브 진동자(VBR_S)의 진동파의 위상 또한 상이할 수 있다.
또한, 메인 진동자(VBR_M) 주변에 정교한 햅틱 동작을 구현하기 위한 상쇄 간섭 구동을 위해서는 제1 거리(d1)의 서브 진동자(VBR_S)의 진동파는 메인 진동자(VBR_M)의 진동파에 대해 {180°*(2m+1)-(360°*d1)/λ} 만큼의 위상 지연값을 갖고, 제2 거리(d2)의 서브 진동자(VBR_S)의 진동파는 메인 진동자(VBR_M)의 진동파에 대해 {180°*(2m+1)-(360°*d2)/λ} 만큼의 위상 지연값을 갖도록 구동될 수 있다. 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)가 상이할 경우, 제1 거리(d1)의 서브 진동자(VBR_S)의 진동파의 위상과 제2 거리(d2)의 서브 진동자(VBR_S)의 진동파의 위상 또한 상이할 수 있다.
상술한 바와 같이, 각 진동자(VBR)의 진동파의 위상을 이격 거리에 따라 다르게 조절하게 되면, 진동자(VBR)들이 다양한 간격으로 배치되더라도 보강/상쇄 간섭 구동을 효과적으로 수행할 수 있다. 각 진동자(VBR)의 위상 제어를 위해, 표시 장치(1)는 각 진동자(VBR)를 다양한 위상으로 구동할 수 있는 위상 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 위상 제어부는 제공되는 각 진동자(VBR)별로 제공되는 교류 전압의 위상을 조절함으로써, 각 진동파의 위상을 제어할 수 있다.
이하, 다른 실시예들에 대해 설명한다.
도 17은 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다. 도 18는 또 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다.
도 17 및 도 18의 실시예는 표시 장치(1)가 복수의 메인 진동자(VBR_M)를 포함할 수 있음을 예시한다. 복수 개의 메인 진동자(VBR_M)는 도 17에 도시된 바와 같이 커버 패널(40)의 중앙 영역에 소정 간격을 두고 1열로 배치될 수 있다. 복수 개의 메인 진동자(VBR_M)는 도 18에 도시된 바와 같이 커버 패널(40)의 중앙 영역에 소정 간격을 두고 복수 열(도면에서 2열)로 배치될 수 있다. 서브 진동자(VBR_S)는 복수 개의 메인 진동자(VBR_M)들 배열의 외측 주변에 배치될 수 있다. 서브 진동자(VBR_S)는 메인 진동자(VBR_M) 사이에는 배치되지 않을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 메인 진동자(VBR_M)는 메인 진동파 또는 서브 진동파를 생성할 수 있다. 일 구동 모드에서, 복수의 메인 진동자(VBR_M)는 모두 메인 진동파를 생성할 수 있다. 각 메인 진동자(VBR_M)의 메인 진동파들은 서로 보강 간섭이 이루어지도록 위상을 맞출 수 있다. 메인 진동자(VBR_M)들 배열 외측의 서브 진동자(VBR_S)들은 메인 진동자(VBR_M)들의 중첩된 메인 진동파를 상쇄 간섭할 수 있는 위상 차이를 갖도록 구동될 수 있다.
다른 구동 모드에서, 복수의 메인 진동자(VBR_M) 중 일부가 메인 진동파를 생성하고, 다른 메인 진동자(VBR_M)는 메인 진동파를 상쇄 간섭하는 진동파를 생성할 수도 있다. 일 실시예에서, 복수의 메인 진동자(VBR_M) 중 메인 진동파를 생성하는 진동자(VBR)는 터치 입력이 이루어진 위치에 근접한 진동자(VBR)이고, 나머지 메인 진동자(VBR_M)는 서브 진동파(또는 상쇄 간섭 진동파)를 생성할 수 있다. 메인 진동자(VBR_M)들 배열 외측의 서브 진동자(VBR_S)들은 메인 진동자(VBR_M)들의 중첩된 진동파를 더욱 상쇄 간섭할 수 있는 위상 차이를 갖도록 구동될 수 있다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다. 도 19를 참조하면, 본 실시예는 복수의 메인 진동자(VBR_M)가 1열로 배열된 점은 도 17의 실시예와 동일하지만, 메인 진동자(VBR_M) 사이에 복수의 서브 진동자(VBR_S)가 배치된 점에서 도 17의 실시예와 차이가 있다.
구체적으로 설명하면, 서브 진동자(VBR_S)들은 커버 패널(40)의 테두리 뿐만 아니라 메인 진동자(VBR_M)들 사이의 중앙 영역에도 배치된다. 각 메인 진동자(VBR_M)들은 서브 진동자(VBR_S)들에 의해 둘러싸일 수 있다. 메인 진동자(VBR_M)는 각각 메인 진동파를 생성하고, 서브 진동자(VBR_S)들은 메인 진동파를 보강 간섭 또는 상쇄 간섭하는 서브 진동파를 생성할 수 있다. 메인 진동자(VBR_M)가 생성하는 메인 진동파는 그를 둘러싸는 서브 진동자(VBR_S)들에 의해 간섭될 수 있다. 메인 진동자(VBR_M)들 사이의 서브 진동자(VBR_S)는 1열로 배열되며, 인접한 메인 진동자(VBR_M) 모두에 대해 서브 진동파를 생성할 수 있다. 즉, 메인 진동자(VBR_M)들 사이의 서브 진동자(VBR_S)들은 양 측의 메인 진동파를 간섭하기 위해 공유될 수 있다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다. 도 20을 참조하면, 본 실시예는 메인 진동자(VBR_M) 사이에 복수의 서브 진동자(VBR_S)가 배치된다는 점은 도 19의 실시예와 동일하지만, 메인 진동자(VBR_M) 사이의 복수의 서브 진동자(VBR_S)가 2열로 배열된 점에서 도 19의 실시예와 차이가 있다. 메인 진동자(VBR_M) 사이의 1열의 서브 진동자(VBR_S)들은 일측의 메인 진동자(VBR_M)의 메인 진동파를 간섭하는 서브 진동파를 생성하고, 2열의 서브 진동자(VBR_S)들은 타측의 메인 진동자(VBR_M)의 메인 진동파를 간섭하는 서브 진동파를 생성할 수 있다.
도 21은 또 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다. 도 21의 실시예는 하나의 메인 진동자(VBR_M)들을 복수 열의 서브 진동자(VBR_S)들이 둘러쌀 수 있음을 예시한다. 구체적으로 설명하면, 본 실시예는 각각의 메인 진동자(VBR_M)를 둘러싸는 서브 진동자(VBR_S)들이 2열로 배열된 점에서 도 19의 실시예와 차이가 있다. 1열의 서브 진동자(VBR_S)와 2열의 서브 진동자(VBR_S)는 엇갈리도록 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 메인 진동자(VBR_M) 사이에는 3열의 서브 진동자(VBR_S)가 배치될 수 있고, 가운데 열의 서브 진동자(VBR_S)는 양 측에 메인 진동파를 간섭하기 위해 공유될 수 있다.
도 22는 또 다른 실시예에 따른 커버 패널과 진동자의 배치도이다. 도 22는 각 메인 진동자(VBR_M)를 복수의 서브 진동자(VBR_S)가 둘러싸는 점은 도 20의 실시예와 동일하지만, 서브 진동자(VBR_S)가 메인 진동자(VBR_M)에 대해 실질적으로 동일한 이격 거리 상에 놓이는 점에서 도 20의 실시예와 차이가 있다. 본 실시예의 경우, 하나의 메인 진동자(VBR_M)가 메인 진동파를 생성할 때, 이를 둘러싸는 서브 진동자(VBR_S)들은 이격 거리에 따른 최적의 위상 차이를 갖도록 구동되며, 다만 하나의 메인 진동자(VBR_M)를 둘러싸는 각 서브 진동자(VBR_S)들의 위상은 상호 동일할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 메인 진동파의 전달 방향을 제어할 목적으로 동일 거리에 있는 서브 진동자(VBR_S)들이 서로 다른 위상을 가질 수도 있다.
상술한 바와 같이, 각 진동자(VBR)의 진동파의 위상을 이격 거리에 따라 다르게 조절하여 보강/상쇄시키면 다양한 햅틱 동작을 정교하게 수행할 수 있다. 표시 장치는 어플리케이션의 진행 상황과 어플리케이션에서 사용자의 터치 입력에 따라 서로 다른 햅틱 인터페이스를 사용자에게 제공함으로써, 어플리케이션에 대한 사용자의 몰입도를 높일 수 있다. 이하에서, 상술한 진동자(VBR)를 이용한 예시적인 햅틱 인터페이스에 대해 설명한다.
도 23은 일 실시예에 따른 표시 장치의 햅틱 인터페이스 제공 방법을 보여주는 표이다. 도 23에는 표시 장치가 자동차 레이싱 게임용 어플리케이션을 실행 중인 경우, 게임 상황과 사용자의 터치 입력에 따른 햅틱 인터페이스 제공 방법이 나타나 있다. 도 24는 도 23의 햅틱 인터페이스가 제공되는 표시 장치의 어플리케이션 실행 화면을 보여주는 일 예시도면이다.
표시 장치는 메인 진동자와 서브 진동자를 포함한다. 메인 진동자는 하나일 수도 있지만, 복수 개일 수도 있다. 일 실시예에서 메인 진동자는 제1 가속 아이콘(AI1) 하부에 중첩 배치되거나 그 주변에 배치된 제1 메인 진동자 및 제2 가속 아이콘(AI2) 하부에 중첩 배치되거나 그 주변에 배치된 제2 메인 진동자를 포함할 수 있다. 이하에서는 제1 메인 진동자와 제2 메인 진동자가 동일한 진폭 및 주파수를 갖는 메인 진동파를 동시에 생성하는 경우를 예시할 것이다. 그러나, 제1 메인 진동자와 제2 메인 진동자는 서로 다른 진폭이나 주파수의 메인 진동파를 생성할 수도 있고, 다른 시점에서 진동파를 생성할 수도 있다.
복수의 서브 진동자는 제1 메인 진동자와 제2 메인 진동자의 주변에 배치될 수 있다. 제1 메인 진동자, 제2 메인 진동자 및 서브 진동자는 도 17 내지 도 22에 예시한 것과 같은 다양한 상대적인 배열을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 메인 진동자가 하나일 수도 있는데, 이 경우 도 3에 예시된 배열을 가질 수 있다.
도 23을 참조하면, 자동차 레이싱 게임용 어플리케이션에서 레이싱 시작 출발을 카운트하는 경우, 표시 장치는 298㎳ 동안 52의 최대 진폭과 46Hz의 주파수로 메인 진동자를 진동할 수 있다. 이때, 메인 진동자는 298㎳ 기간 동안 4 회에 걸쳐 진폭이 상승하였다가 4 회에 걸쳐 진폭이 낮아지면서 진동할 수 있다. 메인 진동자는 동일한 간격에서 동일한 진폭으로 4 번 상승하고, 동일한 간격에서 동일한 진폭으로 4 회 하강할 수 있다. 상기 단계에서 메인 진동자가 진동하는 동안 서브 진동자는 이격 위치에 따라 상이한 위상 및 동일한 주파수로 진동함으로써 상쇄 간섭을 구현할 수 있다.
자동차 레이싱 게임용 어플리케이션에서 자동차가 출발하는 경우, 표시 장치는 736㎳ 동안 66의 최대 진폭과 62Hz의 주파수로 메인 진동자를 진동할 수 있다. 상기 단계에서 메인 진동자가 진동하는 동안 서브 진동자는 이격 위치에 따라 상이한 위상 및 동일한 주파수로 진동함으로써 상쇄 간섭을 구현할 수 있다.
자동차 레이싱 게임용 어플리케이션에서 사용자가 제1 가속 아이콘(AI1)을 터치하는 경우, 표시 장치는 98㎳ 동안 60의 최대 진폭과 203Hz의 주파수로 메인 진동자를 진동할 수 있다. 이때, 메인 진동자는 98㎳ 동안 3 회에 걸쳐 진폭이 상승하면서 진동할 수 있다. 이때, 메인 진동자는 동일한 간격에서 동일한 진폭으로 3 회 상승할 수 있다. 도 23에서는 진폭 상승 횟수가 3 회인 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 진폭의 상승 횟수는 N 회일 수 있다. 상기 단계에서 메인 진동자가 진동하는 동안 서브 진동자는 이격 위치에 따라 상이한 위상 및 동일한 주파수로 진동함으로써 상쇄 간섭을 구현할 수 있다.
자동차 레이싱 게임용 어플리케이션에서 사용자가 제2 가속 아이콘(AI2)을 터치하는 경우, 표시 장치는 201㎳ 동안 60의 최대 진폭과 203Hz의 주파수로 메인 진동자를 진동할 수 있다. 사용자가 제2 가속 아이콘(AI2)을 터치한 경우, 제1 가속 아이콘(AI1)을 터치한 경우보다 메인 진동자의 진동 기간이 길어질 수 있다. 도 23에서는 사용자가 제1 가속 아이콘(AI1)을 터치한 경우 메인 진동자의 주파수와 최대 진폭이 제2 가속 아이콘(AI2)을 터치한 경우 메인 진동자의 주파수와 최대 진폭과 동일한 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 사용자가 제1 가속 아이콘(AI1)을 터치한 경우 메인 진동자의 주파수와 최대 진폭이 제2 가속 아이콘(AI2)을 터치한 경우 메인 진동자의 주파수와 최대 진폭과 상이할 수 있다. 또한, 이 경우 메인 진동자는 201㎳ 동안 5 번에 걸쳐 진폭이 상승하면서 진동할 수 있다. 이때, 메인 진동자는 동일한 간격에서 동일한 진폭으로 5 번 상승할 수 있다. 상기 단계에서 메인 진동자가 진동하는 동안 서브 진동자는 이격 위치에 따라 상이한 위상 및 동일한 주파수로 진동함으로써 상쇄 간섭을 구현할 수 있다.
표시 장치는 자동차 레이싱 게임용 어플리케이션에서 자동차가 다른 자동차 또는 물체와 충돌하는 경우, 47㎳ 동안 50의 최대 진폭과 148Hz의 주파수로 메인 진동자를 진동할 수 있다. 이때, 메인 진동자는 47㎳ 기간 동안 1 회에 걸쳐 진폭이 상승하였다가 1 회에 걸쳐 진폭이 낮아지면서 진동할 수 있다. 메인 진동자는 동일한 간격에서 동일한 진폭으로 1 번 상승하고, 동일한 간격에서 동일한 진폭으로 1 회 하강할 수 있다. 도 23에서는 진폭의 상승 횟수와 하강 횟수가 1 회인 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 진폭의 상승 횟수는 N 회이고, 진폭의 하강 횟수는 M 회일 수 있다. 상기 단계에서 메인 진동자가 진동하는 동안 서브 진동자는 이격 위치에 따라 상이한 위상 및 동일한 주파수로 진동함으로써 상쇄 간섭을 구현할 수 있다.
자동차 레이싱 게임용 어플리케이션에서 자동차가 드리프트되는 경우, 표시 장치는 725㎳ 동안 52의 최대 진폭과 46Hz의 주파수로 메인 진동자를 진동할 수 있다. 이때, 메인 진동자는 725㎳ 기간 동안 1 회에 걸쳐 진폭이 상승하였다가 1 회에 걸쳐 진폭이 낮아지면서 진동할 수 있다. 메인 진동자는 동일한 간격에서 동일한 진폭으로 1 번 상승하고, 동일한 간격에서 동일한 진폭으로 1 회 하강할 수 있다. 도 23에서는 진폭의 상승 횟수와 하강 횟수가 1 회인 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 진폭의 상승 횟수는 N 회이고, 진폭의 하강 횟수는 M 회일 수 있다.
자동차 레이싱 게임용 어플리케이션에서 자동차가 정지하는 경우, 표시 장치는 2500㎳ 동안 59의 최대 진폭과 15Hz의 주파수로 메인 진동자를 진동할 수 있다. 상기 단계에서 메인 진동자가 진동하는 동안 서브 진동자는 이격 위치에 따라 상이한 위상 및 동일한 주파수로 진동함으로써 상쇄 간섭을 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 메인 진동자가 진동하는 동안 서브 진동자는 이격 위치에 따라 상이한 위상 및 동일한 주파수로 진동함으로써 상쇄 간섭을 구현함에 따라 터치 위치에서의 햅틱 감도가 증가할 수 있다.
또한, 도 23 및 도 24에 도시된 실시예에 의하면, 사용자가 제1 가속 아이콘(AI1)을 터치하는 제1 터치 입력을 수행하는 경우, 표시 장치는 제1 햅틱 인터페이스를 제공하기 위해 메인 진동자 및/또는 서브 진동자를 이용하여 제1 진동을 발생할 수 있다. 또한, 사용자가 제2 가속 아이콘(AI2)을 터치하는 제2 터치 입력을 수행하는 경우, 표시 장치는 제1 햅틱 인터페이스와 상이한 제2 햅틱 인터페이스를 제공하기 위해 메인 진동자 및/또는 서브 진동자를 이용하여 제1 진동과 상이한 제2 진동을 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 23와 같이 제2 진동의 기간은 제1 진동의 기간보다 길 수 있다. 이 경우, 사용자는 제2 가속 아이콘(AI2)을 터치하는 제2 터치 입력을 수행한 경우, 제1 가속 아이콘(AI1)을 터치하는 제1 터치 입력을 수행한 경우보다 더 오랜 시간 동안 진동이 발생하는 것을 느낄 수 있다. 또한, 사용자는 자동차 레이싱 게임용 어플리케이션에서 제2 가속 아이콘(AI2)의 터치로 실행되는 자동차 가속의 효과가 제1 가속 아이콘(AI1)의 터치로 실행되는 자동차 가속의 효과보다 높다고 느낄 수 있다.
한편, 도 23에서는 제1 진동의 기간과 제2 진동의 기간만이 상이하고, 제1 진동의 주파수와 진폭이 제2 진동의 주파수와 진폭과 동일한 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 진동의 주파수, 진폭, 및 기간이 제2 진동의 주파수, 진폭, 및 기간과 각각 상이할 수 있다. 또는, 제1 진동의 주파수와 진폭이 제2 진동의 주파수와 진폭과 각각 상이할 수 있다. 또는, 제1 진동의 주파수와 기간이 제2 진동의 주파수와 기간과 각각 상이할 수 있다. 또는, 제1 진동의 진폭과 기간이 제2 진동의 진폭과 기간과 각각 상이할 수 있다. 또는, 제1 진동의 주파수가 제2 진동의 주파수와 상이할 수 있다. 또는, 제1 진동의 진폭이 제2 진동의 진폭과 상이할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 사용자는 진동의 주파수, 진폭, 및 기간 중 적어도 하나의 변화로 인해, 제1 진동과 제2 진동이 상이함을 느낄 수 있다. 또한, 서브 진동자의 상쇄 간섭을 통해 정교한 햅틱 동작이 구현되는 것을 느낄 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 표시 장치
10: 표시 패널
20: 터치 부재
30: 윈도우 부재
40: 커버 패널
VBR: 진동자

Claims (20)

  1. 표시 패널;
    상기 표시 패널 상에 배치되고 메인 진동파를 생성하는 메인 진동자; 및
    상기 표시 패널 상에 배치되고, 상기 메인 진동자와 이격되며 각각 서브 진동파를 생성하는 복수의 서브 진동자를 포함하되,
    상기 복수의 서브 진동자는 상기 메인 진동자와 제1 거리에 있는 제1 서브 진동자 및 상기 메인 진동자와 상기 제1 거리와 상이한 제2 거리에 있는 제2 서브 진동자를 포함하고,
    상기 제1 서브 진동자가 생성하는 제1 서브 진동파의 위상은 상기 제2 서브 진동자가 생성하는 제2 서브 진동파의 위상과 상이한 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 진동파의 위상은 상기 제1 서브 진동파의 위상 및 상기 제2 서브 진동파의 위상과 상이한 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 메인 진동파, 상기 제1 서브 진동파 및 상기 제2 서브 진동파의 파장은 서로 동일한 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 서브 진동파의 위상과 상기 메인 진동파의 위상의 차이는 하기 식 1을 만족하고,
    [식1] Δθ=180°*n-(360°*d1)/λ
    상기 제1 서브 진동파의 위상과 상기 메인 진동파의 위상의 차이는 하기 식 2를 만족하는 표시 장치.
    [식2] Δθ=180°*n-(360°*d2)/λ
    (상기 식 1 및 상기 식 2에서 n은 정수이고, d1는 상기 메인 진동자와 상기 제1 서브 진동자의 이격 거리이고, d2는 상기 메인 진동자와 상기 제2 서브 진동자의 이격 거리이며, λ는 상기 메인 진동파, 상기 제1 서브 진동파, 및 상기 제2 서브 진동파의 파장임.)
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 거리 및 상기 제2 거리는 상기 파장의 1/2보다 작은 표시 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 서브 진동파 및 상기 제2 서브 진동파의 위상과 상기 메인 진동파의 위상의 차이는 0°보다 크고 180°보다 작은 표시 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 서브 진동파 및 상기 제2 서브 진동파는 상기 메인 진동파를 상쇄 간섭하는 표시 장치.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 메인 진동자와 상기 각 서브 진동자에 제공되는 교류 전압의 위상을 조절하는 위상 제어부를 더 포함하는 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 메인 진동자의 최대 진폭은 상기 제1 서브 진동자 및 상기 제2 서브 진동자의 최대 진폭보다 큰 표시 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 진동자는 상기 메인 진동자를 적어도 부분적으로 둘러싸는 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 메인 진동자는 상기 표시 패널의 중앙 영역에 배치되고,
    상기 복수의 서브 진동자는 상기 표시 패널의 테두리를 따라 배치되는 표시 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 표시 패널과 중첩하는 커버 패널을 더 포함하되,
    상기 표시 패널은 표시면인 일면 및 그 반대면인 타면을 포함하고,
    상기 커버 패널은 상기 표시 패널의 타면 상에 배치되고,
    상기 메인 진동자 및 상기 서브 진동자는 상기 커버 패널 상에 부착되는 표시 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 표시 패널의 일면 상에 배치된 터치 부재를 더 포함하는 표시 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 진동자 및 상기 서브 진동자는 각각 압전 소자 또는 여진기를 포함하는 표시 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 진동자는 서로 이격 배치된 제1 메인 진동자 및 제2 메인 진동자를 포함하는 표시 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 진동자는 상기 제1 메인 진동자 및 상기 제2 메인 진동자를 둘러싸는 표시 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 메인 진동자와 상기 제2 메인 진동자 사이에는 상기 서브 진동자가 비배치되는 표시 장치.
  18. 제15 항에 있어서,
    제1 구동 모드에서 상기 제1 메인 진동자는 제1 메인 진동파를 생성하고,
    상기 제2 메인 진동자는 상기 제1 메인 진동파를 상쇄하는 진동파를 생성하는 표시 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    제2 구동 모드에서 상기 제1 메인 진동자는 상기 제1 메인 진동파를 생성하고,
    상기 제2 메인 진동자는 상기 제1 메인 진동파와 보강 간섭하는 제2 메인 진동파를 생성하는 표시 장치.
  20. 표시 패널;
    상기 표시 패널 상에 배치된 제1 진동자; 및
    상기 표시 패널 상에 배치되고, 상기 제1 진동자와 이격된 제2 진동자를 포함하되,
    상기 제2 진동자의 진동파의 위상과 상기 제1 진동자의 진동파의 위상의 차이(Δθ)는 하기 식을 만족하는 표시 장치.
    [식] Δθ=180°*n-(360°*d)/λ
    (상기 식에서 n은 정수이고, d는 상기 제1 진동자와 상기 제2 진동자의 이격 거리이며, λ는 상기 제1 진동자의 진동파와 상기 제2 진동자의 진동파의 파장임.)
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