KR20230067523A - 전자 디바이스에서 햅틱 출력을 제공하기 위한 햅틱 구조물 - Google Patents

전자 디바이스에서 햅틱 출력을 제공하기 위한 햅틱 구조물 Download PDF

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KR20230067523A
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알렉스 제이. 레만
조나스 아이. 폰칼라
키스 제이. 헨드렌
시안 왕
유-린 카오
케빈 씨. 아르멘다리즈
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애플 인크.
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Abstract

실시예들은 커버 및 커버 아래에 위치된 햅틱 모듈을 포함하는 전자 디바이스에 관한 것이다. 햅틱 모듈은 커버 아래에 위치되고 커버로부터 오프셋된 기판, 기판과 커버 사이에 위치되고 기판을 커버에 결합하는 스페이서, 및 기판의 표면 상에 위치되고 커버와의 사이에 갭을 한정하도록 커버로부터 오프셋된 압전 요소를 포함한다. 전자 디바이스는 또한, 커버에 결합되고 입력을 검출하도록 구성된 센서, 및 압전 요소에 동작가능하게 결합되고, 센서가 입력을 검출하는 것에 응답하여 압전 요소가 커버를 편향시키게 하도록 구성된 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다.

Description

전자 디바이스에서 햅틱 출력을 제공하기 위한 햅틱 구조물{HAPTIC STRUCTURE FOR PROVIDING HAPTIC OUTPUTS AT AN ELECTRONIC DEVICE}
본 출원은 2021년 11월 9일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Haptic Structure for Providing Haptic Outputs at an Electronic Device"인 미국 가특허 출원 제63/227,484호에 대한 우선권을 주장하는 정규 특허 출원이며, 이의 개시내용은 그것의 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
기술된 실시예들은 대체적으로 전자 디바이스에서 햅틱 출력들을 제공하는 것에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 실시예들은 전자 디바이스에서 햅틱 출력들을 제공하기 위한 압전 구조물들에 관한 것이다.
랩톱들, 태블릿들 및 스마트폰들과 같은 전자 디바이스들은 종종, 발생하는 상이한 이벤트들을 사용자들에게 통지하는 상이한 방식들을 갖는다. 이는 사운드들을 재생하는 것, 진동과 같은 햅틱 출력들을 제공하는 것, 시각적 통지를 디스플레이하는 것 등을 포함할 수 있다. 햅틱 출력은 진동 모터 또는 발진 모터를 이용하는 액추에이터에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 이러한 진동 모터들은 전형적으로 전체 전자 디바이스를 진동시키고 국소화된 햅틱 출력을 제공할 수 없다. 또한, 전형적인 진동 모터들은 부피가 큰 경향이 있으며, 더 작은 공간들 내에 위치될 수 있고/있거나 더 적은 여유를 점유할 수 있는 햅틱 구조물들을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
실시예들은 커버 및 커버 아래에 위치된 햅틱 모듈을 포함하는 전자 디바이스에 관한 것이다. 햅틱 모듈은 커버 아래에 위치된 기판, 기판과 커버 사이에 위치되고 기판을 커버에 결합하는 스페이서, 및 기판 상에 위치되고 커버와의 사이에 갭(gap)을 한정하도록 커버로부터 오프셋된 압전 요소를 포함할 수 있다. 전자 디바이스는 또한, 커버에 결합되고 입력을 검출하도록 구성된 센서, 및 압전 요소에 동작가능하게 결합되고, 센서가 입력을 검출하는 것에 응답하여 압전 요소가 커버를 편향시키게 하도록 구성된 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다.
실시예들은 또한, 인클로저 컴포넌트, 인클로저 컴포넌트에 결합된 커버, 및 커버 아래에 위치된 제1 및 제2 햅틱 모듈들을 포함하는 전자 디바이스에 관한 것이다. 제1 및 제2 햅틱 모듈들 각각은 기판 및 기판에 부착된 압전 요소를 포함하는 작동 스트립을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 햅틱 모듈들 각각은 또한, 작동 스트립과 커버 사이에 위치되고 작동 스트립과 커버 사이에 갭을 한정하는 스페이서를 포함할 수 있다. 전자 디바이스는 또한, 커버를 따라 위치되고 커버에 대한 터치 입력의 위치를 결정하도록 구성된 터치 센서, 및 제1 햅틱 모듈 또는 제2 햅틱 모듈 중 적어도 하나가 터치 입력에 응답하여 작동하게 하도록 구성된 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다.
실시예들은 또한, 디스플레이를 포함하는 상부 부분, 및 상부 부분에 결합되고 키보드 및 트랙 패드를 한정하는 하부 부분을 포함하는 전자 디바이스에 관한 것이다. 전자 디바이스는 트랙 패드 아래에 위치된 햅틱 모듈을 포함할 수 있다. 햅틱 모듈은 트랙 패드의 내부 표면에 부착된 스페이서 및 스페이서에 결합된 작동 스트립을 포함하여, 이에 의해 작동 스트립과 트랙 패드의 내부 표면 사이에 갭을 한정할 수 있다. 작동 스트립은 기판 및 기판에 결합된 압전 요소를 포함할 수 있다. 전자 디바이스는, 햅틱 모듈에 동작가능하게 결합되고, 트랙 패드의 외부 표면을 따라 햅틱 출력을 생성하기 위해 작동 스트립의 편향을 야기하도록 구성된 프로세싱 유닛을 추가로 포함할 수 있다.
개시내용은 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명에 의해 용이하게 이해될 것이며, 도면에서, 유사한 참조 부호들은 유사한 구조적 요소들을 가리킨다.
도 1은 국소화된 햅틱 출력들을 제공하기 위한 햅틱 구조물들을 포함하는 전자 디바이스의 일례를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 햅틱 구조물의 단면도를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 햅틱 구조물의 예시적인 중립 상태 및 작동 상태의 단면도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1에 도시된 햅틱 구조물의 예시적인 중립 상태 및 작동 상태의 다른 단면도를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 예시적인 햅틱 구조물들의 사시도들을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 예시적인 햅틱 구조물들의 사시도들을 도시한다.
도 7은 햅틱 구조물들 및 힘 센서들을 포함하는 전자 디바이스의 일부분의 평면도를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 도 7로부터의 예시적인 햅틱 구조물들의 단면도들을 도시한다.
도 9a는 햅틱 구조물들 및 힘 센서들을 포함하는 전자 디바이스의 일부분의 평면도를 도시한다.
도 9b는 도 9a에 도시된 예시적인 햅틱 구조물의 단면도를 도시한다.
도 10은 국소화된 출력들을 제공하기 위한 햅틱 구조물들을 포함하는 전자 디바이스의 예시적인 블록도이다.
다양한 특징부들 및 요소들(및 이들의 집합들 및 그룹들) 및 그 사이에 제공된 경계들, 분리들, 및 위치 관계들의 비율들 및 치수들(상대적 또는 절대적인)은 첨부된 도면들에서 단지 본 명세서에 기술된 다양한 실시예들의 이해를 용이하게 하기 위해 제공되고, 따라서 반드시 축척에 맞게 나타내어지거나 도시되지 않을 수 있으며, 도시된 실시예에 대해, 그를 참조하여 기술된 실시예들의 제외에 대한 어떠한 선호도 또는 요건도 나타내도록 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
이제, 첨부 도면들에 예시된 대표적인 실시예들에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이다. 다음의 설명들이 실시예들을 하나의 바람직한 실시예로 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 기술된 실시예들의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있는 대안예들, 수정예들 및 등가물들을 포함하고자 한다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 국소화된 햅틱 출력들을 제공하기 위한 햅틱 모듈들을 포함하는 전자 디바이스들에 관한 것이다. 햅틱 모듈들은 전자 디바이스의 입력 메커니즘에 결합될 수 있으며, 이는 트랙 패드, 터치 감응형 디스플레이 및/또는 가상 키보드와 같은 터치 감응형 표면(들), 또는 다른 하우징 구조물들을 포함할 수 있다. 햅틱 모듈들은 입력 메커니즘에 직접 결합되고 압전 요소의 작동을 통해 입력 메커니즘의 변형을 야기할 수 있다. 일부 경우들에서, 다수의 햅틱 모듈들은 입력 메커니즘을 따라 위치되어, 각각의 햅틱 모듈에 의해 야기되는 변형의 조합으로부터 초래되는 통합된 출력을 생성할 수 있다. 본 명세서에 설명된 햅틱 모듈들은 압전 요소 상의 응력을 감소시키면서 얇은 스택업(stack-up)을 포함하는 구조물을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 본 명세서에 설명된 햅틱 모듈들의 구조물은 또한, 일정 범위의 장착 배향들을 허용하고/하거나 정렬 감도를 감소시킴으로써 제조 복잡성을 감소시킬 수 있다. 햅틱 모듈들은 또한, 입력 메커니즘에 대한 터치의 위치 및/또는 힘을 결정할 수 있는 터치 센서들을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 햅틱 구조물들 중 하나 이상은 입력 메커니즘에서 조정 및 국소화된 햅틱 출력을 제공하도록 작동될 수 있다.
햅틱 모듈들은 압전 요소를 입력 메커니즘으로부터 오프셋시킴으로써 압전 요소 상의 응력을 감소시키는 구조물을 포함할 수 있다. 햅틱 모듈은 스페이서에 의해 입력 메커니즘에 결합되는 기판을 포함할 수 있다. 스페이서는 기판과 입력 메커니즘 사이에 갭을 생성함으로써 입력 메커니즘으로부터 기판을 오프셋시킬 수 있다. 압전 요소는 기판에 결합되고 입력 메커니즘으로부터 오프셋될 수 있다. 스페이서는 또한 압전 요소와 입력 메커니즘 사이에 갭을 생성할 수 있다. 압전 요소가 작동될 때, 압전 요소의 모션은 기판 및 스페이서를 통해 전달되어 입력 메커니즘이 변형되게 할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 예를 들어, 터치 입력에 응답하여 입력 메커니즘이 변형될 때, 입력 표면의 변형은 스페이서 및 기판을 통해 압전 요소로 전달된다. 이와 관련하여, 스페이서 및 기판은 입력 메커니즘에 직접 결합된 압전 요소와 비교하여 압전 요소 상의 응력을 감소시키는 기능을 할 수 있다.
일부 경우들에서, 전자 디바이스는 케이스를 포함할 수 있고, 입력 메커니즘은 케이스에 결합될 수 있다. 햅틱 모듈은 입력 메커니즘의 내부 표면으로부터 현수될 수 있다. 케이스는 햅틱 모듈과 정렬되는 개구를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 햅틱 모듈은 개구 내에 위치되고/되거나 압전 요소가 작동될 때 개구 내로 변형될 수 있다. 햅틱 모듈의 구조물은 "자립형(self-contained)"인 것으로서 지칭될 수 있으며, 이는 본 명세서에서, 햅틱 모듈이 하우징의 다른 부분과 같은 2차 지지 구조물에 부착되지 않고서, 입력 메커니즘과 같은 구조물을 변형시킬 수 있음을 나타내기 위해 사용된다. 예를 들어, 햅틱 모듈은 하나 이상의 제1 방향들을 따라 확장 및 수축함으로써 입력 메커니즘의 변형을 야기할 수 있으며, 이는 하나 이상의 제1 방향들에 실질적으로 직교할 수 있는 하나 이상의 제2 방향들로 입력 표면의 변형을 야기한다. 햅틱 모듈의 작동은 입력 메커니즘에서 좌굴 유형 이동들을 야기할 수 있다. 이와 관련하여, 햅틱 모듈의 자립형 구조물은 입력 메커니즘에 대한 정렬에 덜 민감할 수 있고/있거나 다른 유형들의 햅틱 액추에이터들과 비교하여 햅틱 모듈의 전체 두께를 감소시킬 수 있다.
일부 경우들에서, 본 명세서에 설명된 전자 디바이스는 터치 센서를 포함할 수 있다. 터치 센서는 입력 메커니즘 상에 위치되고 입력 메커니즘과 함께 이동하는 제1 전극들의 어레이를 포함할 수 있다. 터치 센서는 제1 전극들의 어레이의 이동에 대해 실질적으로 고정된 상태로 유지되는 제2 전극들의 어레이를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 터치 센서는 전극들의 제1 및 제2 어레이들 사이의 거리의 변화들을 나타내는 신호들을 출력할 수 있고, 전자 디바이스는 터치 센서 신호들에 기초하여 터치 입력의 위치 및/또는 터치 입력의 추정된 힘을 결정할 수 있다. 전자 디바이스는 터치 입력에 응답하여 입력 메커니즘에서 햅틱 출력을 생성하기 위해 하나 이상의 햅틱 모듈들을 작동시킬 수 있다. 일부 경우들에서, 햅틱 출력은 단일 햅틱 모듈의 작동에 의해 생성될 수 있다. 다른 경우들에서, 햅틱 출력은 입력 메커니즘을 따라 위치된 다수의 햅틱 모듈들로부터의 출력들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 각각의 햅틱 모듈은 독립적으로 작동되는 햅틱 모듈들의 조합으로부터 초래되는 통합된 출력을 생성하도록 독립적으로 작동될 수 있다.
이들 및 다른 실시예들은 도 1 내지 도 10을 참조하여 아래에서 논의된다. 그러나, 당업자들은 이러한 도면들에 대하여 본 명세서에서 제공되는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용이 단지 설명의 목적들을 위한 것일 뿐이며, 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 용이하게 인식할 것이다.
도 1은 햅틱 출력들을 제공하기 위한 햅틱 모듈들(102)을 포함하는 예시적인 전자 디바이스(100)를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(100)는 랩톱 컴퓨팅 디바이스일 수 있다. 랩톱 전자 디바이스들이 도면들에 도시되고 아래에 설명되어 있지만, 본 명세서에 설명된 햅틱 모듈들은 태블릿들, 휴대폰들, 개인 정보 단말기들, 시간 엄수 디바이스, 건강 모니터링 디바이스, 웨어러블 전자 디바이스, 입력 디바이스(예컨대, 스타일러스), 데스크톱 컴퓨터, 전자 안경들 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 전자 디바이스들과 함께 사용될 수 있다. 다양한 전자 디바이스들이 언급되지만, 본 개시내용의 햅틱 모듈들(102)은 또한 다른 제품들과 함께 사용되고 다양한 재료들과 조합될 수 있다.
예를 들어, 햅틱 모듈들(102)은 웨어러블 전자 디바이스의 밴드, 자동차용 대시보드, 자동차용 스티어링 휠, 전자 디바이스의 하우징, 키보드 등에 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 햅틱 모듈들(102)의 사용은 종래의 회전 또는 선형 액추에이터들을 대체할 수 있다. 그 결과, 전자 디바이스의 프로파일은 더 작고/작거나 더 얇을 수 있다.
전자 디바이스(100)는 인클로저 컴포넌트(104) 및 하나 이상의 입력 메커니즘들(106)을 포함하는 하우징을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 입력 메커니즘들(106)은 트랙패드, 키보드, 터치 감응형 디스플레이 등과 같은 터치 감응형 입력 디바이스일 수 있다. 전자 디바이스(100)는 하우징의 상이한 부분들에 결합될 수 있는 하나 이상의 햅틱 모듈들(102)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 랩톱 컴퓨팅 디바이스는 상부 부분(105a) 및 하부 부분(105b)을 포함할 수 있다. 상부 부분(105a)은, 제1 디스플레이로서 기능하고 사용자에게 시각적 출력들을 제공하는 제1 입력 메커니즘(106a)을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 제1 입력 메커니즘(106a)은 터치 감응형 디스플레이를 포함할 수 있고, 사용자로부터 터치 입력들을 수신할 수 있다. 하나 이상의 햅틱 모듈들(102)은 제1 입력 메커니즘(106a)에 결합될 수 있고, 제1 입력 메커니즘(106a)을 따라 햅틱 출력들을 제공하도록 구성될 수 있다.
랩톱의 하부 부분(105b)은 하나 이상의 추가 입력 메커니즘들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 부분은 키보드로서 기능하는 제2 입력 메커니즘(106b) 및 트랙 패드로서 기능하는 제3 입력 메커니즘(106c)을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 제2 및 제3 입력 메커니즘들(106b, 106c)은 별개의 구조물들일 수 있다. 예를 들어, 제2 입력 메커니즘(106b)은 키보드 또는 키보드로서 기능하는 터치 감응형 입력 디바이스일 수 있고, 제3 입력 메커니즘(106c)은 트랙 패드로서 기능하는 다른 터치 감응형 입력 디바이스일 수 있다. 이 예에서, 제2 입력 메커니즘(106b)은 (예를 들어, 디스플레이에 의해) 가상으로 디스플레이될 수 있고/있거나 제2 입력 메커니즘(106b)의 물리적 특징부들(예를 들어, 물리적 키들, 인쇄된 키 지정부(printed key designation)들 등)일 수 있는 키 영역들을 포함할 수 있다. 키 영역들은 QWERTY 키보드 레이아웃에 대응하는 것과 같은 다양한 방식들로 구성될 수 있다. 제2 입력 메커니즘(106b)은 키 영역들 중 하나 이상에 대응하는 햅틱 모듈들(102)을 포함할 수 있고, 예를 들어, 각각의 햅틱 모듈은 지정된 키 영역들 중 하나 이상의 키 영역들 아래에 위치될 수 있고, 제2 입력 메커니즘(106b)의 영역에 국소화된 햅틱 출력들을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 키 영역들 아래에 위치된 햅틱 모듈들은 하나 이상의 키 영역들에서의 키스트로크 입력에 대응하는 클릭형 피드백과 같은 키 햅틱 피드백을 키보드 입력들에 제공하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제3 입력 메커니즘(106c)은 터치 입력들을 검출하도록 구성되지만 디스플레이를 포함하지 않을 수 있는 터치 감응형 표면을 포함할 수 있다. 하나 이상의 햅틱 모듈들(102)은 또한 제3 입력 메커니즘(106c) 아래에 위치될 수 있고, 제3 입력 메커니즘(106c)의 영역 내에 국소화된 햅틱 출력들을 제공하도록 구성될 수 있다.
다른 경우들에서, 하부 부분(105b)은 상이한 입력 구조물들에 대응하는 상이한 영역들을 디스플레이하는 터치 감응형 디스플레이와 같은 단일 입력 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 터치 감응형 디스플레이는 가상 키보드로서 동작가능한 키 영역 및 가상 트랙패드로서 동작가능한 트랙패드 영역을 디스플레이할 수 있다. 이러한 경우들에서, 제1 세트의 햅틱 모듈들은, 하나 이상의 키 영역들 아래에 각각 위치되고 국소화된 햅틱 출력들을 키보드 입력들에 제공하도록 구성된 햅틱 모듈들(102)을 포함할 수 있다. 제2 세트의 햅틱 모듈들은, 트랙패드 영역 아래에 위치되고 국소화된 햅틱 출력들을 트랙 패드 영역에 제공하도록 구성된 햅틱 모듈들(102)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 입력 메커니즘들(106) 중 하나 이상은 터치 감응형 디스플레이일 수 있고, 대응하는 입력 메커니즘(106)의 입력 표면 상의 터치의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 터치 센서가 터치의 위치를 검출할 때, 전자 신호는 검출된 위치에서 하나 이상의 햅틱 모듈들(102)을 구동하여, 이에 의해, 그 위치에서 햅틱 출력을 생성할 수 있다.
터치 센서는 대응하는 입력 메커니즘(106) 또는 전자 디바이스(100)의 디스플레이 스택에 대해 배치되는 용량성 기반 터치 센서일 수 있다. 용량성 기반 터치 센서가 하나의 예로서 제공되지만, 다른 유형들의 센서들 또는 감지 배열체들이 사용될 수 있다.
전자 디바이스(100)는 또한, 전자 디바이스(100)의 표면 상의 터치의 힘의 크기를 검출하고 측정하기 위해 힘 센서를 사용하는 힘 감지 요소를 포함할 수 있다. 표면은 예를 들어, 디스플레이, 키보드 영역, 트랙 패드, 또는 전자 디바이스(100)의 일부 다른 입력 메커니즘 또는 표면일 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 햅틱 모듈들(102)은 터치 센서 또는 힘 센서와 조합되거나 달리 통합될 수 있고, 입력 및 출력 능력들 둘 모두를 제공할 수 있다. 예를 들어, 햅틱 모듈들(102)은 임의의 검출된 터치 입력의 위치에서 또는 그 근처에서 햅틱 출력을 제공할 수 있다. 햅틱 모듈들(102)은 또한 검출된 힘의 양에 따라 다양한 유형들의 햅틱 출력을 제공할 수 있다. 또한, 햅틱 모듈들(102)은 아래에서 설명될 것과 같이 수신된 힘의 양을 검출하기 위해 사용될 수 있다.
전자 디바이스(100)는 전자 디바이스(100)의 하나 이상의 컴포넌트들을 둘러싸는 케이스(104)를 포함할 수 있다. 케이스(104)는 또한 하나 이상의 햅틱 모듈들(102)에 결합될 수 있거나 그렇지 않으면 그들을 통합할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 햅틱 모듈들(102)은 전자 디바이스(100)의 케이스(104)에 결합될 수 있다.
일부 경우들에서, 본 명세서에 개시된 햅틱 모듈들(102)은 또한 물리적 키 또는 전통적인 입력 메커니즘의 기계적 링크들 또는 컴포넌트들로 인해 정상적으로 생성될 피드백 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 입력 메커니즘(106b)은 가상 키보드(예를 들어, 기계적 키들이 없음)를 한정하는 재료 시트를 포함하는 터치 감응형 표면을 포함할 수 있고, 대응하는 햅틱 모듈들(102)은 기계적 키의 촉각적 또는 햅틱 응답을 시뮬레이션하는 햅틱 피드백을 제공하거나, 터치 또는 누르기에 응답하여 다른 피드백을 제공할 수 있다. 다른 경우들에서, 제2 입력 메커니즘(106b)은 사용자 입력(예를 들어, 키 스트로크들)에 응답하여 작동 또는 이동하는 기계적 키들 또는 키 영역들을 포함할 수 있고, 대응하는 햅틱 모듈(102)은 키들의 이동에 의해 제공되는 임의의 피드백에 더하여 햅틱 피드백을 제공하도록 구성될 수 있다.
일 구현예에서, 힘이 햅틱 모듈(102)의 위치에서 또는 그 근처에서 수신될 때, 햅틱 모듈(102)은 전자 디바이스(100)의 전자 컴포넌트에 의해 측정가능한 전기 신호(예를 들어, 일정 전압 및/또는 전류를 갖는 펄스 또는 다른 신호)를 생성할 수 있다. 프로세싱 요소 또는 센서 회로부는 전기 신호에 응답할 수 있고, 신호를 입력으로서 인식할 수 있다. 입력은 이진 입력(예를 들어, 전하 또는 전류가 임계치를 초과하는 경우 입력으로서 카운팅됨) 또는 연속체에 걸쳐 변하는 가변 입력으로서 처리될 수 있다(예를 들어, 신호의 상이한 특성들은 입력의 상이한 양들 또는 상이한 입력들에 대응함).
계속해서 예를 들면, 햅틱 모듈(102)에 의해 생성된 전류 또는 전압의 양은 수신된 입력의 유형에 기초하여 변할 수 있다. 예를 들어, 생성되거나 검출된 전류의 양이 제1 임계치를 초과하는 경우, 그것은 제1 유형의 터치 입력(예를 들어, 빠른 터치 또는 누르기)이 수신된다는 것을 나타낼 수 있다. 생성되거나 검출된 전류의 양이 제2 임계치를 초과하는 경우, 그것은 제2 유형의 터치 입력(예를 들어, 긴 터치 또는 누르기)이 수신된다는 것을 나타낼 수 있다.
햅틱 모듈(102)은 또한 하나 이상의 힘 감지 요소들 또는 하나 이상의 힘 센서들과 함께 작동하여, 전자 디바이스(100)의 입력 표면(또는 다른 표면)에 인가되는 힘의 양을 결정할 수 있다. 또한, 햅틱 모듈(102)은 수신된 입력의 위치를 결정하는 데, 그리고 수신된 입력과 연관된 하나 이상의 제스처들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 햅틱 구조물 또는 일련의 햅틱 구조물들이 전자 디바이스(100)의 표면 상에서 소정 기간에 걸쳐 그리고 소정 거리에 걸쳐 터치 입력을 검출하는 경우, 스와이프 제스처가 검출될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 단면선 A-A를 따라 취해진 전자 디바이스(100)의 단면도를 도시한다. 단면도는 예시적인 입력 메커니즘(106) 및 입력 메커니즘(106)에 결합된 예시적인 햅틱 모듈(102)을 도시한다. 입력 메커니즘(106)은 터치 감응형 디스플레이의 일례일 수 있고, 디스플레이(204) 위에 위치된 투명 커버(202)(이는 간단히 "커버"로 지칭될 수 있음)를 포함할 수 있다. 커버(202) 및 케이스(104)는 다른 컴포넌트들과 함께, 전자 디바이스(100)의 밀봉된 내부 용적을 형성할 수 있으며, 이는 전자 디바이스(100)의 내부 전기 컴포넌트들을 수용할 수 있다. 일부 경우들에서, 커버(202)는 실질적으로 전자 디바이스(100)의 전체 전면 및/또는 전방 표면을 한정한다. 커버(202)는 또한 전자 디바이스(100)의 입력 표면을 한정할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 전자 디바이스(100)는 커버(202)에 가해진 입력들을 검출하는 터치 및/또는 힘 센서들을 포함할 수 있다. 커버(202)는 유리, 사파이어, 중합체, 유전체, 또는 임의의 다른 적합한 재료로 형성될 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
디스플레이(204)는 커버(202) 아래에 그리고 적어도 부분적으로 케이스(104) 내에 위치될 수 있다. 디스플레이(204)는 그래픽 출력들이 디스플레이되는 출력 영역을 한정할 수 있다. 그래픽 출력들은 그래픽 사용자 인터페이스들, 사용자 인터페이스 요소들(예컨대, 버튼들, 슬라이더들 등), 텍스트, 목록들, 사진들, 비디오들 등을 포함할 수 있다. 디스플레이(204)는 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 다이오드 디스플레이(OLED), 또는 임의의 다른 적합한 컴포넌트들 또는 디스플레이 기술을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 디스플레이(204)는 정보를 디스플레이하는 하나 이상의 그래픽 객체들을 갖는 그래픽 사용자 인터페이스를 출력할 수 있다.
디스플레이(204)는 터치 감응형 및/또는 힘 감응형일 수 있고, 디스플레이의 출력 영역을 따라 연장되고 임의의 적합한 감지 요소들 및/또는 감지 기법들을 사용할 수 있는 터치 센서들 및/또는 힘 센서들을 포함할 수 있거나 그와 연관될 수 있다. 터치 센서들을 사용하여, 전자 디바이스(100)는 터치 입력들의 위치들, 터치 입력들의 모션들(예컨대, 커버(202)에 가해진 제스처의 속력, 방향, 또는 다른 파라미터들) 등을 검출하는 것을 비롯하여, 커버(202)에 가해진 터치 입력들을 검출할 수 있다. 힘 센서들을 사용하여, 전자 디바이스(100)는 커버(202)에 가해진 터치 이벤트들과 연관된 힘의 양 또는 크기를 검출할 수 있다. 터치 및/또는 힘 센서들은 디바이스의 동작을 제어 또는 수정하기 위한 다양한 유형들의 사용자 입력들 - 이는 탭들, 스와이프들, 다중 손가락 입력들, 단일 또는 다중 손가락 터치 제스처들, 누르기들 등을 포함함 - 을 검출할 수 있다. 터치 및/또는 힘 센서들은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 전자 디바이스들과 함께 사용가능할 수 있다.
햅틱 모듈(102)은 기판(206), 스페이서(208), 및 압전 요소(210)를 포함할 수 있다. 기판(206)은 커버(202) 아래에 그리고 전자 디바이스(100)의 내부 내에 위치될 수 있다. 스페이서(208)는, 예를 들어, 감압 접착제와 같은 임의의 적합한 유형의 접착제일 수 있는 접착제 층들(212)을 사용하여 기판(206)을 커버(202)에 결합시킬 수 있다. 일부 경우들에서, 접착제 층(212)은 스페이서(208)를 입력 메커니즘(106)의 하부 표면에 결합시킬 수 있으며, 예컨대 스페이서(208)를 디스플레이(204)의 하부 표면에 결합시킬 수 있다. 기판(206)은 기판(206)과 입력 메커니즘(106) 사이에 갭이 있도록 입력 메커니즘(106)으로부터 오프셋될 수 있다. 이와 관련하여, 스페이서(208)는 입력 메커니즘(106)에 직접 결합된 햅틱 모듈(102)의 유일한 컴포넌트일 수 있다. 기판(206), 압전 요소(210), 및 가요성 회로(214)는 스페이서(208)에 의해 입력 메커니즘(106)에 결합되는 작동 스트립(205)을 형성할 수 있다.
압전 요소(210)는 기판(206) 상에 위치되고, 압전 요소(210)와 입력 메커니즘(106) 사이에 갭이 있도록 입력 메커니즘(106)으로부터 오프셋될 수 있다. 압전 요소(210)는 기판(206)에 결합될 수 있고, 작동될 때 기판(206)을 변형시키도록 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, 압전 요소(210)는 (도 2에 도시된 바와 같이) 기판(206)의 상부 표면에 결합된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 압전 요소(210)는 기판(206)의 다른 표면들, 예컨대 기판(206)의 하부 표면(도시되지 않음)에 결합될 수 있다.
압전 요소(210)는 입력 메커니즘(106)에 직접 결합되지 않도록 입력 메커니즘(106)으로부터 오프셋될 수 있다. 압전 요소(210)가 작동될 때, 이는 기판(206)을 변형시킬 수 있으며, 이는 압전 요소(210)의 이동이 스페이서(208)를 통해 입력 메커니즘(106)으로 전달되게 한다. 이와 관련하여, 햅틱 모듈은 입력 메커니즘(106)에 직접 결합된(예를 들어, 디스플레이 스택 내에 적층된 층으로서 구성된) 압전 재료들과 비교하여, 입력 메커니즘(106)과 압전 요소(210) 사이의 응력/변형을 감소시키는 구조물을 가질 수 있다. 예를 들어, 입력 메커니즘(106)이 예를 들어 터치 입력에 응답하여 변형될 때, 압전 요소(210)와 입력 메커니즘(106) 사이의 오프셋은 입력 메커니즘(106)으로부터 그리고 압전 요소(210)로 전달되는 응력의 양을 감소시킬 수 있다.
햅틱 모듈(102)은 또한, 피에조 드라이버 회로, 전원, 프로세싱 유닛, 또는 압전 요소(210)에 입력들을 제공하고/하거나 그로부터 출력들을 수신하는 다른 전자 컴포넌트들과 같은 전자 디바이스의 제어 컴포넌트들에 압전 요소(210)를 전기적으로 결합하는 가요성 회로(214)를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 가요성 회로(214)는 기판(206)과 압전 요소(210) 사이에 위치되고, 전기 트레이스들 및/또는 다른 전기 컴포넌트들을 포함한다. 일부 경우들에서, 가요성 회로(214)는 폴리이미드(PI) 기판과 같은 중합체 기판을 포함할 수 있고, 라우팅 트레이스들은 중합체 기판에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가요성 회로(214)는 압전 요소(210)로부터 그리고 스페이서(208) 외측으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 가요성 회로(214)는 제로 삽입력(zero insertion force, ZIF) 인터페이스, 고온 바 연결부(hot bar connection) 등과 같은 하나 이상의 전기 인터페이스들을 포함할 수 있고, 이는 스페이서(208) 외측에 위치되고 가요성 회로(214)를 전자 디바이스(100)의 다른 전기 컴포넌트들에 전기적으로 결합시키는 데 사용될 수 있다.
기판(206)은 금속들 및 합금들, 중합체들, 세라믹들, 또는 임의의 다른 적합한 재료 또는 이들의 조합들을 포함하는 다양한 재료들로 형성될 수 있다. 일부 경우들에서, 기판(206)은 스테인리스 강과 같은 강철 재료로 형성된다. 스페이서(208)는 또한 금속들 및 합금들, 중합체들, 세라믹들, 또는 임의의 다른 적합한 재료 또는 이들의 조합들을 포함하는 다양한 재료들로 형성될 수 있다. 일부 경우들에서, 스페이서(208)는 성형된 중합체 재료들, 예컨대 폴리카보네이트 재료들, 폴리에틸렌 재료들, 폴리아미드 재료들(나일론), 스티렌 재료들, 폴리프로필렌 재료들, 폴리이미드 재료들, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 재료들, 실리콘 고무들과 같은 고무들, 이들의 조합들, 또는 임의의 다른 적합한 중합체 재료들로 형성된다. 일부 경우들에서, 기판(206) 및/또는 스페이서(208)는 복합 중합체 재료들, 예컨대 유리 충전된 중합체들; 탄소, 흑연 또는 금속 강화 중합체들; 또는 임의의 다른 적합한 복합 재료들을 포함할 수 있다.
압전 요소(210)는, KKN 압전 재료들, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 임의의 다른 적합한 무연 압전 재료와 같은 무연 압전 재료들을 포함하는 임의의 적합한 압전 재료를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 압전 요소(210)는 리드 지르코네이트 티타네이트(lead zirconate titanate, PZT)와 같은 다른 압전 재료들을 포함할 수 있다. 압전 요소(210)는 접착제들, 직접 접합 등을 사용하는 것과 같은 임의의 적합한 기법들을 사용하여 기판(206)에 결합될 수 있다.
햅틱 모듈(102)의 변형 특성들은 기판(206), 스페이서들(208), 및 압전 요소(210)의 크기(예를 들어, 두께), 형상, 재료 특성들을 포함하는 다양한 인자들에 의해 제어되고 조정될 수 있다. 예를 들어, 햅틱 모듈(102)의 이러한 파라미터들은 목표하는 햅틱 출력을 생성하기 위해 커버(202)에서 원하는 변형량을 부여하도록 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, 햅틱 모듈(102)은 5 내지 30 마이크로미터 범위의 변형들을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, 기판(206)의 두께는 0.1 내지 1.0 밀리미터의 범위일 수 있고, 스페이서(208)의 두께는 0.2 내지 1.5 밀리미터의 범위일 수 있고, 압전 요소(210)의 두께는 0.1 내지 1.0 밀리미터의 범위일 수 있다. 일부 경우들에서, 압전 요소(210)의 두께는 압전 요소(210)가 입력 메커니즘(106)으로부터 오프셋되도록 스페이서(208)의 두께보다 작다.
일부 경우들에서, 작동 스트립과 입력 메커니즘 사이에 형성되는 갭은 일정 재료로 충전될 수 있다. 예를 들어, 이 재료는, 예를 들어 먼지 또는 잔해물의 축적을 방지하기 위해 갭을 채우는 겔, 봉지재, 또는 다른 충전제일 수 있다. 일부 경우들에서, 이 충전제 재료는 작동 스트립 및/또는 입력 메커니즘(106)의 굽힘 특성들에 유의하게 영향을 미치지 않을 수 있다. 예를 들어, 충전제 재료는 작동 스트립(205) 및/또는 입력 메커니즘(106)보다 더 순응성일 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 단면선 A-A를 따라 취해진 단면도들을 도시하고, 도 4a 내지 도 4c는 도 1에 도시된 햅틱 모듈(102)의 예시적인 중립 상태와 작동 상태의 단면선 B-B를 따라 취해진 단면도들을 도시한다. 도 3a 및 도 4a는 압전 요소(210)가 비활성 상태에 있을 때 중립 상태에 있는 햅틱 모듈(102)의 일례를 도시한다. 비활성 상태에서, 햅틱 모듈(102)은 수동 구조물로서 작용할 수 있고, 입력 메커니즘(106)이 변형되는 것에 응답하여, 예를 들어, 터치 입력에 응답하여, 이동하거나 또는 달리 변형될 수 있다.
도 3b 및 도 4b는 제1 활성 상태에서의 햅틱 모듈(102)의 일례를 도시하고, 도 3c 및 도 4c는 제2 활성 상태에서의 햅틱 모듈(102)의 일례를 도시한다. 예를 들어, 제1 입력 신호가 압전 요소(210)에 인가될 때, 압전 요소(210)는 기판(206)이 오목한 형상을 갖게 할 수 있고, 이는 스페이서(208)를 통해, 입력 메커니즘(106)이 또한 도 3b 및 도 4b에 도시된 바와 같이 오목한 형상을 갖게 한다. 일부 경우들에서, 압전 요소(210)의 작동은 압전 요소(210)가, 좌굴 모드에서와 같이, 기판(206)을 굽히거나 달리 변형시키게 한다. 기판(206)의 굽힘 또는 변형은 스페이서(208)가 입력 메커니즘(106)을 변형시키게 할 수 있다. 일부 경우들에서, 압전 요소(210)는 제1 방향(예를 들어, 압전 요소(210)의 길이 및/또는 폭)을 따라 단축되거나 길어질 수 있으며, 이는 입력 메커니즘(106)이 제1 방향에 실질적으로 직교하는 제2 방향으로 이동하게 한다. 이와 관련하여, 스페이서(208)는 압전 요소(210)의 모션을 입력 메커니즘(106)으로 전달한다.
제2 입력 신호가 압전 요소(210)에 인가될 때, 압전 요소(210)는 기판(206)이 볼록한 형상을 갖게 할 수 있고, 이는 스페이서(208)를 통해, 입력 메커니즘(106)이 도 3c 및 도 4c에 도시된 바와 같이 볼록한 형상을 갖게 한다. 압전 요소(210)가 편향될 때마다, 햅틱 출력이 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 압전 요소(210)는 별개의 햅틱 출력을 생성하도록 구동될 수 있거나, 연속적인 햅틱 출력을 생성하도록 구동될 수 있다. 추가적으로, 압전 요소(210)는 햅틱 출력의 상이한 유형들 및 세기들을 생성하기 위해 일정 범위의 주파수들에서 구동될 수 있다. 예를 들어, 압전 요소(210)는 1 ㎐ 내지 최대 1 ㎑ 이상의 주파수들에서 구동될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 예시적인 햅틱 모듈들(500)의 사시도를 도시한다. 햅틱 모듈들(500)은 본 명세서에 설명된 햅틱 모듈들의 예들일 수 있다. 도 5a에 도시된 예에서, 햅틱 모듈(500a)은 기판(502a), 스페이서(504a) 및 압전 요소(506a)를 포함할 수 있다. 스페이서(504a)는 압전 요소(506a) 주위로 연장될 수 있다. 스페이서(504a)는 기판(502a)을 입력 메커니즘(106)과 같은 입력 메커니즘(도시되지 않음)에 결합할 수 있다. 이와 관련하여, 기판(502a), 스페이서(504a) 및 입력 메커니즘은 압전 요소(506a)를 수용하는 공동을 형성할 수 있다. 압전 요소(506a)는 본 명세서에 설명된 바와 같이, 기판(502a)에 결합되고 입력 메커니즘으로부터 오프셋될 수 있다. 햅틱 모듈(500a)은, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 기판(502a)의 단부를 지나 연장되고 햅틱 모듈(500a)을 전자 디바이스에 전기적으로 결합하는 가요성 회로(508a)를 포함할 수 있다. 다른 경우들에서, 가요성 회로(508a)는 기판(502a)의 에지까지 연장될 수 있거나, 스페이서(504a) 내에 수용되거나, 다른 적합한 구성들로 배열될 수 있다.
도 5b에 도시된 예에서, 햅틱 모듈(500b)은, 압전 요소(506b) 주위에 위치되고 기판(502b)을 입력 메커니즘(106)과 같은 입력 메커니즘(도시되지 않음)에 결합하는 다수의 스페이서 요소들(504b)을 포함할 수 있다. 스페이서 요소들(504b)은 입력 메커니즘에서 원하는 햅틱 응답을 야기하기 위해 스페이서 요소들(504b)의 수, 길이들, 폭들, 및 두께들을 포함하는 다양한 방식들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 다수의 개별 스페이서 요소들(504b)은 입력 메커니즘이 한정된 패턴으로 변형되게 하는 데 사용될 수 있다. 햅틱 모듈(500b)은, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 기판(502b)의 단부를 지나 연장되고 햅틱 모듈(500b)을 전자 디바이스에 전기적으로 결합하는 가요성 회로(508b)를 포함할 수 있다. 다른 경우들에서, 가요성 회로(508b)는 기판(502a)의 에지까지 연장될 수 있거나, 다른 적합한 구성들로 배열될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 통합된 기판 및 스페이서 구조물을 포함하는 예시적인 햅틱 모듈들(600)의 사시도들을 도시한다. 햅틱 모듈들(600)은 본 명세서에 설명된 햅틱 모듈들의 일례일 수 있다. 예시 목적들을 위해, 햅틱 모듈들(600)은 기판(602) 및 압전 요소(604)만을 도시하지만, 햅틱 모듈들(600)은 가요성 회로, 커플링 메커니즘들(예를 들어, 감압 접착제들) 등과 같은 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 햅틱 모듈들(600)은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 입력 메커니즘에 결합되도록 구성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 예에서, 햅틱 모듈들(600)은 하나 이상의 스페이서 특징부들(603)(명확성을 위해 하나만이 라벨링됨)을 포함하는 기판(602)을 포함할 수 있다. 기판(602)은 다양한 방식들로, 예컨대 시트 금속 처리 절차들(예를 들어, 스탬핑, 바인딩 등)로부터; 사출 성형과 같은 성형 기법들을 사용하여; 기계가공 기법들, 또는 임의의 다른 적합한 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 압전 요소(604)는 기판(602)에 결합될 수 있고, 스페이서 특징부들(603)은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 압전 요소(604)를 입력 메커니즘으로부터 오프셋시킬 수 있다.
도 7은 햅틱 모듈들(706) 및 터치 센서들(708)을 포함하는 전자 디바이스(700)의 일부분의 평면도를 도시한다. 전자 디바이스(700)는 전자 디바이스(100)와 같은, 본 명세서에 설명된 전자 디바이스들의 일례일 수 있다. 전자 디바이스(700)는 케이스(704)에 결합된 입력 메커니즘(702)을 포함하는 하우징을 가질 수 있다. 일부 경우들에서, 입력 메커니즘(702)은 가요성 시일일 수 있는 시일(703)에 의해 케이스(704)에 결합될 수 있다. 하나 이상의 햅틱 모듈들(706)(이들 중 하나가 명확성을 위해 라벨링됨)이 입력 메커니즘(702)에 결합될 수 있다. 하나 이상의 터치 센서들(708)(이들 중 하나가 명확성을 위해 라벨링됨)이 또한 입력 메커니즘(702)에 결합될 수 있다.
터치 센서들(708)은 용량성 기반 센서들, 변형 기반 센서들, 또는 다른 적합한 터치 및/또는 힘 감지 기법들을 포함하는 다양한 방식들로 구현될 수 있다. 일부 경우들에서, 터치 입력의 위치는 햅틱 모듈들(706) 중 상이한 햅틱 모듈들에서 출력들을 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 터치의 위치는 다수의 햅틱 모듈들(706)까지의 거리를 결정하기 위해 사용될 수 있고, 햅틱 모듈들(706) 각각에 의해 생성된 햅틱 출력은 터치의 결정된 위치로부터의 그의 각각의 거리에 비례하여 스케일링될 수 있다. 이와 관련하여, 햅틱 모듈들(706)은 각각 입력 메커니즘(702)에서 조합된 햅틱 출력을 제공하기 위해 상이한 방식으로 작동될 수 있다. 일부 경우들에서, 상이한 구동 신호들이 각각의 햅틱 모듈(706)에 공급되어 상이한 햅틱 출력들을 생성할 수 있다. 진폭, 에너지, 임펄스, 신호 폭, 주파수 등과 같은, 구동 신호들의 다양한 파라미터들은 햅틱 모듈들(706)에서 상이한 햅틱 효과들을 생성하기 위해 변경될 수 있다.
도 8a는 도 7의 단면 C-C를 따라 취해진 전자 디바이스(700)의 단면도를 도시한다. 도 8a는 케이스(704)가 기준 전극으로서 기능하고 전극들(710)(이들 중 하나가 명확성을 위해 라벨링됨)이 감지 전극들로서 기능하는 예시적인 터치 센서(708) 구조물을 도시한다. 전극들(710)은 입력 메커니즘(702)에 결합될 수 있고 입력 메커니즘(702)과 함께 이동할 수 있다. 예를 들어, 입력 메커니즘(702)은 사용자 터치에 응답하여 변형될 수 있고, 이 변형은 전극들(710) 중 하나 이상과 케이스(704) 사이의 거리를 변경할 수 있다. 각각의 터치 센서(708)는 이러한 거리의 변화를 나타내는 센서 신호를 출력할 수 있고, 프로세싱 유닛은 센서 신호들 중 하나 이상에 기초하여 터치의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, 센서 신호들은 터치의 힘을 추정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서 신호들은 거리의 변화를 결정하는 데 사용될 수 있고, 이는 하나 이상의 교정 인자들, 룩업 테이블, 입력 메커니즘(702)의 기계적 특성들, 또는 다른 적합한 인자들, 또는 이들의 조합에 기초하여 터치의 힘을 결정하는 데 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 센서 신호들은 터치의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 터치 센서들(708) 중 다수의 터치 센서들의 전기적 응답의 강도는 터치 입력의 위치를 보간하거나 달리 결정하는 데 사용될 수 있다.
일부 경우들에서, 케이스(704)는 개구(705)를 한정할 수 있고, 햅틱 모듈(706)은 개구(705) 내에 정렬되고/되거나 위치될 수 있다. 따라서, 입력 메커니즘(702)이 변형됨에 따라, 햅틱 모듈(706)은 케이스(704) 또는 다른 내부 컴포넌트들과 접촉하지 않으면서 케이스(704)에 대해 이동할 수 있다. 일부 경우들에서, 개구(705)는 햅틱 모듈(706)에 필요한 공간의 양을 감소시키는 것을 도울 수 있고, 햅틱 모듈(706) 및/또는 입력 메커니즘(702)의 전체 스택 높이를 감소시키는 것을 도울 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 시일(703)은 입력 메커니즘(702)에 대한 터치들을 검출할 수 있는 힘 센서로서 기능하도록 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, 시일(703)은 용량성 기반 센서, 저항성 기반 센서, 또는 다른 적합한 센서로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 시일(703)은 대향 전극들(도시되지 않음)을 분리하는 가요성 컴포넌트를 포함할 수 있다. 시일(703)은 입력 메커니즘(702)에 대한 터치에 응답하여 변형될 수 있고, 대향 전극은 터치의 위치를 결정하고/하거나 터치의 힘을 추정하는 데 사용되는 신호를 출력할 수 있다.
도 8b는 도 7의 단면 C-C를 따라 취해진 전자 디바이스(700)의 단면도를 도시한다. 도 8b는 기준 전극(714) 및 감지 전극들(710)(이들 중 하나가 명확성을 위해 라벨링됨)을 포함하는 다른 예시적인 터치 센서(712) 구조물을 도시한다. 감지 전극들(710)은 입력 메커니즘(702)에 결합될 수 있고 입력 메커니즘(702)과 함께 이동할 수 있다. 기준 전극(714)은 케이스(704)에 결합될 수 있고, 입력 메커니즘(702)에 대해 고정된 상태로 유지되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 입력 메커니즘(702)은 사용자 터치에 응답하여 변형될 수 있고, 이 변형은 전극들(710) 중 하나 이상과 기준 전극(714) 사이의 거리를 변경할 수 있다. 각각의 터치 센서(712)는 이러한 거리의 변화를 나타내는 센서 신호를 출력할 수 있고, 프로세싱 유닛은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 센서 신호들 중 하나 이상에 기초하여 터치의 위치 및/또는 힘을 결정하도록 구성될 수 있다.
일부 경우들에서, 기준 전극(714)은 시일(703)에 의해 케이스(704)에 결합될 수 있다. 케이스(704)는 제1 개구(705)를 한정할 수 있고, 기준 전극(714) 및/또는 햅틱 모듈(706)은 제1 개구(705)와 정렬되고/되거나 그 내에 위치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기준 전극(714)은 하나 이상의 제2 개구들(707)(이들 중 하나가 명확성을 위해 도시됨)을 한정할 수 있고, 햅틱 모듈(706)은 제2 개구(707)와 정렬되고/되거나 그 내에 위치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 개구(705) 및/또는 제2 개구(707)는, 햅틱 모듈(706)이 변형되고/되거나 작동됨에 따라 햅틱 모듈(706)이 제1 개구(705) 및/또는 제2 개구(707) 내에서 이동할 수 있게 함으로써 햅틱 모듈(706)의 전체 스택 높이를 감소시킬 수 있다.
도 9a는 햅틱 모듈들(906) 및 터치 센서들(도 9b에 도시됨)을 포함하는 전자 디바이스(900)의 일부분의 평면도를 도시한다. 전자 디바이스(900)는 전자 디바이스(100)와 같은, 본 명세서에 설명된 전자 디바이스들의 일례일 수 있다. 전자 디바이스(900)는 케이스(904)에 결합된 입력 메커니즘(902)을 포함하는 하우징을 가질 수 있다. 일부 경우들에서, 입력 메커니즘(902)은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 가요성 시일일 수 있는 시일(903)에 의해 케이스(904)에 결합될 수 있다. 하나 이상의 햅틱 모듈들(906)(이들 중 하나가 명확성을 위해 라벨링됨)이 입력 메커니즘(902)에 결합될 수 있다. 터치 및/또는 힘 센서는 도 9b에 예시된 바와 같이 입력 메커니즘(902) 내에 통합될 수 있다.
도 9b는 도 9a의 단면 D-D를 따라 취해진 전자 디바이스(900)의 단면도를 도시한다. 입력 메커니즘(902)은 본 명세서에 설명된 입력 메커니즘들의 일례일 수 있고, 커버(908), 전극 층(909), 유연성 층(910), 및 제1 기판(912)을 포함한다. 햅틱 모듈(906)은 입력 메커니즘(902) 아래에 결합될 수 있다. 햅틱 모듈(906)은 본 명세서에 설명된 햅틱 모듈들의 일례일 수 있고, 제2 기판(914), 스페이서(916), 및 압전 요소(918)를 포함한다.
입력 메커니즘(902)은 유연성 층(910)의 두께의 변화들에 기초하여 터치의 위치를 결정하고/하거나 터치의 힘을 추정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 커버(908) 상의 터치 입력은 순응성 층(910)이 압축되게 할 수 있다. 제1 기판(912)은 실질적으로 변형되지 않은 상태로 유지되도록 구성될 수 있고, 전극 층(909)은 유연성 층(910)과 함께 그리고 제1 기판을 향해 변형될 수 있다. 이와 관련하여, 입력 메커니즘(902)은 전극 층(909)과 제1 기판(912) 사이의 거리의 변화를 나타내는 하나 이상의 신호들을 출력하도록 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, 전극 층(909)은 개별 전극들의 어레이를 포함할 수 있고, 개별 전극들 각각은 각각의 전극과 제1 기판(912) 사이의 거리의 변화를 나타내는 신호를 출력한다.
커버(908)는 본 명세서에 설명된 커버들의 일례일 수 있고 투명 재료로 형성될 수 있다. 입력 메커니즘(902)은 또한 본 명세서에 설명된 디스플레이들의 일례일 수 있는 디스플레이(911)를 포함할 수 있다.
일부 경우들에서, 유연성 층(910)은 커버(908)와 제1 기판(912) 사이에 위치된 가요성 구조물들의 어레이를 포함한다. 예를 들어, 가요성 구조물들은, 터치 입력이 존재하지 않을 때 커버(908) 및 제1 기판(912)을 분리 거리로 유지하고 터치 입력에 응답하여 커버(908)와 제1 기판(912) 사이의 거리를 감소시키기 위해 압축되는 겔-도트(gel-dot) 어레이와 같은 별개의 탄성중합체 컬럼들의 어레이일 수 있다. 제1 기판(912)은 금속들 및 합금들, 중합체들, 세라믹들, 또는 임의의 다른 적합한 재료 또는 이들의 조합들을 포함하는 다양한 재료들로 형성될 수 있다.
햅틱 모듈(906)은 입력 메커니즘(902)을 편향시킴으로써 커버(908)에서 햅틱 출력을 야기하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 햅틱 모듈(906)은, 압전 요소(918)가 작동될 때, 제1 기판(912), 디스플레이(911), 유연성 층(910), 전극 층(909), 및 커버(908)가 편향되게 하도록 구성될 수 있다.
도 10은 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명된 바와 같은 디바이스들 중 임의의 것의 형태를 취할 수 있는, 햅틱 출력들을 제공하기 위한 햅틱 구조물들을 포함하는 전자 디바이스(1000)의 예시적인 블록도이다. 전자 디바이스(1000)는 프로세서(1002), 입력/출력(I/O) 메커니즘(1004)(예를 들어, 유선 또는 무선 통신 인터페이스들), 디스플레이(1006), 메모리(1008), 센서들(1010)(예를 들어, 터치 및/또는 힘 센서들), 및 전원(1012)(예를 들어, 재충전가능 배터리)을 포함할 수 있다. 프로세서(1002)는 전자 디바이스(1000)의 동작들의 일부 또는 모두를 제어할 수 있다. 프로세서(1002)는 전자 디바이스(1000)의 컴포넌트들의 일부 또는 모두와 직접적으로 또는 간접적으로 통신할 수 있다. 예를 들어, 시스템 버스 또는 다른 통신 메커니즘(1014)이 프로세서(1002)와, I/O 메커니즘(1004)과, 메모리(1008)와, 센서들(1010)과, 전원(1012) 사이의 통신을 제공할 수 있다.
프로세서(1002)는 데이터 또는 명령어들을 프로세싱, 수신, 또는 송신할 수 있는 임의의 전자 디바이스로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1002)는 마이크로프로세서, CPU(central processing unit), ASIC(application-specific integrated circuit), DSP(digital signal processor), 또는 이러한 디바이스들의 조합들일 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 용어 "프로세서"는 단일의 프로세서 또는 프로세싱 유닛, 다수의 프로세서들, 다수의 프로세싱 유닛들, 또는 다른 적합한 컴퓨팅 요소 또는 요소들을 포괄하도록 의도된다.
전자 디바이스(1000)의 컴포넌트들은 다수의 프로세서들에 의해 제어될 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 전자 디바이스(1000)의 선택 컴포넌트들(예컨대, 센서(1010))은 제1 프로세서 및 전자 디바이스(1000)의 다른 컴포넌트들에 의해 제어될 수 있고, 전자 디바이스(1000)의 다른 컴포넌트들(예컨대, I/O(1004))은 제2 프로세서에 의해 제어될 수 있으며, 여기서 제1 프로세서와 제2 프로세서는 서로 통신 상태에 있을 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.
I/O 디바이스(1004)는 사용자 또는 다른 전자 디바이스로부터의 데이터를 송신 및/또는 수신할 수 있다. I/O 디바이스는 무선 및/또는 유선 네트워크 연결과 같은 통신 네트워크를 통해 전자 신호들을 송신할 수 있다. 무선 및 유선 네트워크 연결들의 예들은, 셀룰러, Wi-Fi, 블루투스, IR, 및 이더넷 연결들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 경우들에서, I/O 디바이스(1004)는 본 명세서에 설명된 바와 같이, 스마트폰, 스마트워치 또는 다른 휴대용 전자 디바이스와 같은 외부 전자 디바이스와 통신할 수 있다.
전자 디바이스는 선택적으로, 액정 디스플레이(liquid-crystal display, LCD), 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 디스플레이, 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 디스플레이 등과 같은 디스플레이(1006)를 포함할 수 있다. 디스플레이(1006)가 LCD인 경우, 디스플레이(1006)는 또한 디스플레이 밝기의 가변 레벨들을 제공하도록 제어될 수 있는 백라이트 컴포넌트를 포함할 수 있다. 디스플레이(1006)가 OLED 또는 LED 유형 디스플레이인 경우, 디스플레이(1006)의 밝기는 디스플레이 요소들에 제공되는 전기 신호들을 수정함으로써 제어될 수 있다. 디스플레이(1006)는 본 명세서에 도시되거나 또는 설명된 디스플레이들 중 임의의 것에 대응할 수 있다.
메모리(1008)는 전자 디바이스(1000)에 의해 사용될 수 있는 전자 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1008)는 예를 들어, 오디오 및 비디오 파일들, 문서들 및 애플리케이션들, 디바이스 설정들 및 사용자 선호도들, 타이밍 신호들, 제어 신호들, 및 데이터 구조들 또는 데이터베이스들과 같은 전기 데이터 또는 콘텐츠를 저장할 수 있다. 메모리(1008)는 임의의 유형의 메모리로서 구성될 수 있다. 단지 예로서, 메모리(1008)는 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플래시 메모리, 제거가능한 메모리, 다른 유형들의 저장 요소들, 또는 이러한 디바이스들의 조합들로서 구현될 수 있다.
전자 디바이스(1000)는 또한 전자 디바이스(1000) 상의 거의 어느 곳이든 위치되는 하나 이상의 센서들(1010)을 포함할 수 있다. 센서(들)(1010)는 압력, 광, 터치, 열, 이동, 상대 모션, 생체측정 데이터(예컨대, 생물학적 파라미터들) 등과 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 하나 이상의 유형들의 파라미터들을 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서(들)(1010)는 열 센서, 위치 센서, 광 또는 광학 센서, 가속도계, 압력 변환기, 자이로스코프, 자력계, 건강 모니터링 센서 등을 포함할 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 센서들(1010)은 용량성, 울트라소닉(ultrasonic), 저항성, 광학, 초음파(ultrasound), 압전, 및 열 감지 기술을 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의의 적합한 감지 기술을 이용할 수 있다.
전원(1012)은 전자 디바이스(1000)에 에너지를 제공할 수 있는 임의의 디바이스를 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 전원(1012)은 하나 이상의 배터리들 또는 재충전가능 배터리들일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전원(1012)은 전자 디바이스(1000)를 벽 콘센트와 같은 다른 전원에 연결하는 전원 커넥터 또는 전원 코드일 수 있다.
전술한 설명은, 설명의 목적들을 위해, 기술된 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 명명법을 사용하였다. 그러나, 특정 세부사항들은 기술된 실시예들을 실시하기 위해 요구되지는 않는다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서에 기술된 특정 실시예들의 전술한 설명들은 예시 및 설명의 목적들을 위해 제시된다. 이들은 총망라하고자 하거나 실시예들을 개시된 정확한 형태들로 제한하려고 하는 것은 아니다. 많은 수정들 및 변형들이 상기 교시 내용들에 비추어 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 전자 디바이스로서,
    커버;
    상기 커버 아래에 위치된 햅틱 모듈 - 상기 햅틱 모듈은,
    상기 커버 아래에 위치된 기판;
    상기 기판과 상기 커버 사이에 위치되고 상기 기판을 상기 커버에 결합시키는 스페이서; 및
    상기 기판 상에 위치되고 상기 커버와의 사이에 갭(gap)을 한정하도록 상기 커버로부터 오프셋된 압전 요소를 포함함 -;
    상기 커버에 결합되고 입력을 검출하도록 구성된 센서; 및
    상기 압전 요소에 동작가능하게 결합되고, 상기 센서가 상기 입력을 검출하는 것에 응답하여 상기 압전 요소가 상기 커버를 편향시키게 하도록 구성된 프로세싱 유닛을 포함하는, 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 제2 전극으로부터 일정 거리만큼 분리된 제1 전극을 포함하고;
    상기 입력은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 거리의 변화를 야기하고;
    상기 센서는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 거리의 변화에 응답하여 상기 입력의 힘을 추정하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 센서는 상기 입력의 추정된 힘이 임계치를 초과하는 것에 응답하여 상기 입력의 위치를 검출하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 인클로저 컴포넌트를 추가로 포함하고,
    상기 커버는 상기 인클로저 컴포넌트에 결합되고;
    상기 인클로저 컴포넌트의 일부분은 상기 제2 전극을 형성하는, 전자 디바이스.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 제1 힘 신호를 출력하는 제1 힘 센서의 부분이고;
    상기 전자 디바이스는 제2 힘 신호를 출력하는 제2 힘 센서를 추가로 포함하고;
    상기 프로세싱 유닛은 상기 제1 및 상기 제2 힘 신호들에 기초하여 상기 입력의 위치를 결정하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 힘 센서는 상기 햅틱 모듈의 제1 측부를 따라 위치되고;
    상기 제2 힘 센서는 상기 햅틱 모듈의 제2 측부를 따라 위치되는, 전자 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 인클로저 컴포넌트를 추가로 포함하고,
    상기 인클로저 컴포넌트는 상기 커버 아래로 연장되는 플랫폼을 포함하고;
    상기 플랫폼은 개구를 한정하고;
    상기 햅틱 모듈은 상기 개구 내에 적어도 부분적으로 위치되는, 전자 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 커버는 하나 이상의 키 영역들을 포함하는 가상 키보드를 한정하고;
    상기 전자 디바이스는 상기 가상 키보드 아래에 위치되고 상기 하나 이상의 키 영역들을 따라 햅틱 출력들을 제공하도록 구성된 다수의 햅틱 모듈들을 포함하는, 전자 디바이스.
  9. 전자 디바이스로서,
    인클로저 컴포넌트;
    상기 인클로저 컴포넌트에 결합된 커버;
    상기 커버 아래에 위치되고,
    작동 스트립 - 상기 작동 스트립은,
    기판; 및
    상기 기판에 부착된 압전 요소를 포함함 -; 및
    상기 작동 스트립과 상기 커버 사이에 위치되고 상기 작동 스트립과 상기 커버 사이에 갭을 한정하는 스페이서를 각각 포함하는 제1 및 제2 햅틱 모듈들;
    상기 커버를 따라 위치되고 상기 커버에서 수신된 터치 입력의 위치를 결정하도록 구성된 터치 센서; 및
    상기 제1 햅틱 모듈 또는 상기 제2 햅틱 모듈 중 적어도 하나가 상기 터치 입력에 응답하여 작동하게 하도록 구성된 프로세싱 유닛을 포함하는, 전자 디바이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 터치 센서는,
    상기 커버 아래에 위치된 제1 전극들의 어레이; 및
    상기 제1 전극들의 어레이로부터 오프셋된 제2 전극들의 어레이를 포함하고;
    상기 제1 전극들의 어레이의 적어도 하나의 전극은 상기 터치 입력에 응답하여 편향되도록 구성되고;
    상기 프로세싱 유닛은 상기 적어도 하나의 전극의 편향에 기초하여 상기 터치 입력의 위치를 결정하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 프로세싱 유닛은 상기 적어도 하나의 전극의 편향에 기초하여 상기 터치 입력의 힘을 추정하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  12. 제9항에 있어서, 상기 프로세싱 유닛은,
    상기 터치 입력의 결정된 위치에 기초하여 제1 신호로 상기 제1 햅틱 모듈을 작동시키도록; 그리고
    상기 터치 입력의 결정된 위치에 기초하여, 상기 제1 신호와는 상이한 제2 신호로 상기 제2 햅틱 모듈을 작동시키도록 구성되고;
    상기 제1 및 제2 햅틱 모듈들의 작동은 상기 커버를 따라 상기 결정된 위치에 햅틱 출력을 제공하는, 전자 디바이스.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 햅틱 모듈은 제1 방향으로 연장되는 일정 길이를 갖는 압전 재료의 스트립을 포함하고;
    상기 제1 햅틱 모듈을 작동시키는 것은 상기 압전 요소의 길이의 변화를 야기하고;
    상기 압전 요소의 길이의 변화에 응답하여, 상기 커버는 상기 제1 방향에 대해 횡단하는 제2 방향으로 편향되는, 전자 디바이스.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 커버는 유리 시트 및 상기 유리 시트 아래에 위치된 디스플레이 층을 포함하고;
    상기 제1 및 제2 햅틱 모듈들은 상기 디스플레이 층 아래에 위치되는, 전자 디바이스.
  15. 제9항에 있어서, 상기 커버와 상기 인클로저 컴포넌트 사이에 위치된 가요성 시일을 추가로 포함하고;
    상기 커버는 상기 가요성 시일에 의해 상기 인클로저 컴포넌트에 결합되고;
    상기 가요성 시일은 상기 터치 입력의 힘을 추정하도록 구성된 힘 센서를 포함하는, 전자 디바이스.
  16. 전자 디바이스로서,
    디스플레이를 포함하는 상부 부분;
    상기 상부 부분에 결합된 하부 부분 - 상기 하부 부분은,
    키보드; 및
    트랙 패드를 한정함 -;
    상기 트랙 패드 아래에 위치된 햅틱 모듈 - 상기 햅틱 모듈은,
    상기 트랙 패드의 내부 표면에 부착된 스페이서; 및
    상기 스페이서에 결합된 작동 스트립을 포함하여, 이에 의해 상기 작동 스트립과 상기 트랙 패드의 내부 표면 사이에 갭을 한정하고, 상기 작동 스트립은,
    기판; 및
    상기 기판에 결합된 압전 요소를 포함함 -; 및
    상기 햅틱 모듈에 동작가능하게 결합되고, 상기 트랙 패드의 외부 표면을 따라 햅틱 출력을 생성하기 위해 상기 작동 스트립의 편향을 야기하도록 구성된 프로세싱 유닛을 포함하는, 전자 디바이스.
  17. 제16항에 있어서,
    제1 세트의 전극들;
    상기 제1 세트의 전극들로부터 일정 거리만큼 분리된 제2 세트의 전극들; 및
    상기 제1 세트의 전극들과 상기 제2 세트의 전극들 사이에 위치된 가요성 구조물들의 어레이를 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 가요성 구조물들의 어레이는 상기 트랙 패드에서 수신된 터치 입력에 응답하여 변형되도록, 그리고 상기 제1 세트의 전극들의 제1 전극과 상기 제2 세트의 전극들의 제2 전극 사이의 거리의 변화를 야기하도록 구성되고;
    상기 프로세싱 유닛은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 거리의 변화에 기초하여 상기 터치 입력의 위치를 결정하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 프로세싱 유닛은,
    상기 제1 세트의 전극들과 상기 제2 세트의 전극들 사이의 상기 거리의 변화에 기초하여 상기 터치 입력의 힘을 추정하도록; 그리고
    상기 터치 입력의 결정된 위치, 상기 터치 입력의 추정된 힘, 또는 이들의 조합에 기초하여 상기 햅틱 모듈의 편향의 양을 제어하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 햅틱 모듈은 제1 햅틱 모듈이고;
    상기 전자 디바이스는 제2 햅틱 모듈을 추가로 포함하고;
    상기 프로세싱 유닛은,
    상기 터치 입력의 위치에 기초하여 제1 편향의 양을 야기하기 위해 상기 제1 햅틱 모듈을 작동시키도록; 그리고
    상기 터치 입력의 위치에 기초하여, 상기 제1 편향의 양과는 상이한 제2 편향의 양을 야기하기 위해 상기 제2 햅틱 모듈을 작동시키도록 구성되는, 전자 디바이스.
KR1020220143643A 2021-11-09 2022-11-01 전자 디바이스에서 햅틱 출력을 제공하기 위한 햅틱 구조물 KR20230067523A (ko)

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