KR101806375B1 - Electrical stimulation haptic display using an photoconductor - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a structure of an electrostimulation haptic display using a photoconductor having conductivity by light, and an operation method thereof. According to an embodiment of the present invention, provided is an electrostimulation haptic display apparatus using a photoconductor which comprises: a mask unit for providing a specific optical pattern by reflecting a light source; a transparent conductive film conducting electricity while transmitting the optical pattern; and a photoconductor charged by being adjacent to the transparent conductive film, and applying an electrostimulation to a finger of a human body by changing conductivity by the optical pattern.

Description

광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이{ELECTRICAL STIMULATION HAPTIC DISPLAY USING AN PHOTOCONDUCTOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electric stimulation haptic display using a photoconductor,

본 발명은 빛에 의해 전도성을 갖는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이의 구조 및 그 동작방법에 대한 발명이다.The present invention relates to a structure and an operation method of an electric stimulation haptic display using a photoconductor having conductivity by light.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the embodiment of the present invention and do not constitute the prior art.

디스플레이 산업의 발전에 따라 스마트 폰(Smart Phone), 태블릿(Tablet) 등의 전자 디바이스와 관련하여 보다 양호한 사용자 인터페이스를 제공하기 위해 많은 연구들이 수행되고 있다. 그 중에서 햅틱(haptic)이라고 알려진 사람의 손가락에 작용하는 촉각 피드백을 이용한 사용자 인터페이스 제공방법이 활발히 연구되고 있다.BACKGROUND ART [0002] As the display industry develops, a lot of research is being conducted to provide a better user interface for electronic devices such as smart phones and tablets. Among them, a method of providing a user interface using a tactile feedback on a finger of a person known as a haptic is being actively studied.

햅틱을 이용한 디스플레이는 사용자에게 촉감을 전달하기 위해 고안된 장치로, 압력, 거칠기, 질감과 같은 촉각 피드백을 제공해 준다. 일반적으로 이러한 햅틱 효과를 사용자에게 제공하기 위해서는 압전소자와 같은 햅틱 엑츄에이터가 디스플레이 장치 내부에 추가적으로 내장되며, 이를 위한 별도의 공간을 확보하여야 한다. The haptic display is a device designed to deliver tactile feedback to the user, providing tactile feedback such as pressure, roughness, and texture. Generally, in order to provide such a haptic effect to a user, a haptic actuator such as a piezoelectric element is additionally incorporated in the display device, and a separate space for the haptic actuator should be secured.

이처럼 촉감을 전달하기 위한 방법 연구는 주로 구동기를 이용하여 물리적 자극을 주는 방식으로 진행되어 왔으며, 상기 압전 방식 이외에도, 상변화 방식, 소형모터 구동 방식 등 다양한 방식의 촉감전달장치가 개발되어왔다.The method for transmitting tactile sensation has been mainly performed by using a driver to give a physical stimulus. In addition to the piezoelectric type, various types of tactile transmission devices such as a phase change type and a small motor driving type have been developed.

그런데, 전술한 압전 구동 방식은 전기장에 의하여 순간적으로 크기가 변하는 압전 소재를 이용한 구동 방식으로서 일반적으로 장치의 체적이 커지게 되는 단점이 있다. 그리고, 상변화 구동 방식은 열에 의하여 부피가 변하는 상변화 물질을 이용하는 구동 방식으로 응답속도가 매우 느리다는 단점이 있다 아울러, 소형 모터 구동 방식은 초소형 모터를 이용한 구동 방식으로 사용자에게 촉감을 전달하는 데에 있어서 그 분해능이 낮다는 단점이 있다.However, the above-mentioned piezoelectric driving method has a disadvantage in that the volume of the device is generally increased as a driving method using a piezoelectric material whose instantaneous magnitude changes due to an electric field. In addition, the phase-change driving method has a disadvantage in that the response speed is very slow due to a driving method using a phase change material whose volume is changed by heat. In addition, the small-sized motor driving method is a driving method using a very small motor The resolution is low.

이러한 문제점이 인지되고 있는 가운데, 최근의 연구에서는 인체에 무해한 수준의 전기 자극을 가해 촉감을 재현할 수 있다는 사실이 확인되었다. 도 1과 같이 피부에 전극을 통한 전기 자극이 가해지면, 전기신호가 감각 수용기에 전달되고 인체는 이를 물리적 자극과 동일하게 인식한다.In recognition of these problems, recent studies have confirmed that the touch can be reproduced by applying a harmless level of electrical stimulation to the human body. As shown in FIG. 1, when electrical stimulation through the electrodes is applied to the skin, an electric signal is transmitted to the sensory receptors, and the human body recognizes the same as a physical stimulus.

이하 설명하는 본 발명에서는 전기 자극을 가하여 사용자에게 촉각성 피드백을 제공하는 사용자 인터페이스 기반의 햅틱 디스플레이를 개시하고자 한다. In the present invention described below, a haptic display based on a user interface, which provides electric tactile feedback to a user, is disclosed.

본 발명에서는 전기 자극을 이용한 촉각 피드백 기반의 햅틱 디스플레이를 제공하여 종래 기술을 대체하고자 한다. The present invention provides a haptic display based on tactile feedback using electric stimulation to replace the prior art.

또한, 본 발명에서는 소형화와 박형화에 유리한 디스플레이 모듈을 개시하고자 한다. Also, in the present invention, a display module advantageous for miniaturization and thinness is disclosed.

아울러, 높은 해상도로 섬세한 촉각 피드백을 제공할 수 있는 디스플레이 모듈을 제공하고자 한다.In addition, a display module capable of providing delicate tactile feedback with high resolution is provided.

위에 제기된 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 광원을 반사하여 특정한 광 패턴을 제공하도록 하는 마스크부; 상기 광 패턴을 투과시키면서, 전기가 통전하는 투명도전막; 상기 투명도전막과 인접하여 전하가 대전되고, 상기 광 패턴에 의해 전도성이 변화함에 따라 인체의 손가락에 전기 자극을 가하는 광전도체; 및 상기 마스크부에 광원을 투사하는 광원제공부를 포함하고, 상기 광원제공부는 상기 마스크부를 대향하도록 상기 마스크부 상에 형성되어, 햅틱 디스플레이 장치 자체에 광원이 포함되는 것을 특징으로 하는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a light emitting device including: a mask unit for reflecting a light source to provide a specific light pattern; A transparent conductive film through which the electric current is passed while transmitting the light pattern; A photoconductor electrically charged adjacent to the transparent conductive film and applying electrical stimulation to a finger of a human as the conductivity changes due to the light pattern; And a light source providing unit for projecting a light source to the mask unit, wherein the light source providing unit is formed on the mask unit so as to face the mask unit, and the light source is included in the haptic display device itself. A stimulating haptic display device is provided.

일 실시예에 따르면 상기 마스크부는 미세 구동 거울이 집적된 DMD(Digital Micro-mirror Device) 조립체를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the mask portion may include a DMD (Digital Micro-mirror Device) assembly in which a micro-driving mirror is integrated.

일 실시예에 따르면 상기 광 패턴이 투과되되, 장치의 전체 형상을 지지하는 투명기판을 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the light pattern may be transmitted, and the transparent substrate may support the entire shape of the device.

일 실시예에 따르면 상기 다이나믹 마스크로부터 반사된 광원의 이동경로를 조절하는 프로젝션 렌즈부를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the apparatus may further include a projection lens unit that adjusts a movement path of the light source reflected from the dynamic mask.

일 실시예에 따르면 상기 광전도체는 PbS, PbSe, InSb, InAs 또는 MoS2, GaS, InSe를 포함하는 2차원 나노소재 또는 Graphene, CNT를 포함하는 탄소 나노소재 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.According to one embodiment, the photoconductor may be formed of a two-dimensional nanomaterial including PbS, PbSe, InSb, InAs or MoS2, GaS, InSe, or carbon nanomaterial including Graphene or CNT or a combination thereof.

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일 실시예에 따르면 상기 광전도체 및 투명도전막은 유기소재로 제작되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one embodiment, the photoconductor and the transparent conductive film may be formed of an organic material.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 광원제공부에서 광원을 투사하는 단계; 상기 마스크부에서 광원을 반사하는 단계; 전압이 인가된 투명도전막에 반사된 광원이 투과하는 단계; 상기 반사된 광원이 상기 광전도체의 전도성을 변화시키는 단계; 및 디스플레이 표면에 접촉된 인체의 손가락에 전기 자극을 가하는 단계;를 포함하는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 동작 방법을 개시한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light source, Reflecting the light source in the mask portion; Transmitting a light source reflected on a transparent conductive film to which voltage is applied; The reflected light source changing the conductivity of the photoconductor; And applying electrical stimulation to a finger of a human body in contact with the surface of the display.

본 발명에서 제안하는 전기 자극 햅틱 디스플레이가 기존의 기술들과 구분되는 장점은 다음과 같다.The advantages of the electric stimulation haptic display proposed in the present invention are as follows.

전기 자극 영역, 주파수 및 세기 변화를 통하여 손쉽게 압력, 거칠기, 질감 등 다양한 촉각 정보를 전달할 수 있다.Various tactile information such as pressure, roughness, and texture can be easily transmitted through the change of electric stimulation region, frequency and intensity.

광전도체 이용한 전기 자극으로 기존 구동 방식에 비하여 빠른 응답속도를 갖는다.It has a faster response speed than the conventional driving method due to electric stimulation using a photoconductor.

단순히 전기 자극을 사용하는 것이 아닌, 빛을 이용하여 전극 영역을 설정할 수 있으므로 별도의 전기 배선이 필요 없어, 높은 해상도의 섬세한 촉각 피드백을 제공할 수 있다.Since the electrode region can be set using light rather than simply using electrical stimulation, no separate electrical wiring is required, and delicate tactile feedback of high resolution can be provided.

본 발명 광전도체 및 ITO 투명 전극을 유기소재로 제작할 경우 유연 햅틱 디스플레이로도 발전할 수 있다.When the photoconductor of the present invention and the ITO transparent electrode are made of an organic material, they can also be developed as a flexible haptic display.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 일 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 햅틱 디스플레이가 인체에 전기 자극을 가하는 원리를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치에 대한 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광전도체와 투명도전막에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치에 대한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 동작 방법에 대한 블럭도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description of the invention given above, serve to provide a further understanding of the technical idea of the present invention. And should not be construed as limiting.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a principle that the haptic display of the present invention applies electrical stimulation to a human body.
2 is an exploded perspective view of an electric stimulation haptic display device using a photoconductor according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a photoconductor and a transparent conductive film according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of an electric stimulation haptic display device using a photoconductor according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram of a method of operating an electrical stimulation haptic display using a photoconductor according to an embodiment of the present invention.

이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.The embodiments described below are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical idea of the present invention, and thus the present invention is not limited thereto. In addition, the matters described in the attached drawings may be different from those actually implemented by the schematic drawings to easily describe the embodiments of the present invention.

그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결 또는 전기적인 연결을 의미할 수 있다. The term "connection" as used herein means a direct connection or indirect connection between a member and another member, and may refer to any physical connection or electrical connection such as adhesion, attachment, fastening, bonding, and bonding.

보다 구체적으로 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.More specifically, it should be understood that when an element is referred to as being connected or connected to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but there may be other elements in between. Further, when a member is referred to as being " on " another member throughout the specification, this includes not only when a member is in contact with another member but also when another member exists between the two members.

또한 '제1, 제2, 제3' 등과 같은 표현이나 도면부호는 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.Also, expressions or reference numerals such as 'first, second, third', etc. are used only for distinguishing a plurality of configurations, and do not limit the order or other features among the configurations.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.The singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. Means that a feature, number, step, operation, element, component, or combination of features described in the specification is meant to imply the presence of one or more other features, A step, an operation, an element, a part, or a combination thereof.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.In addition, the size and shape of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, terms specifically defined in consideration of the constitution and operation of the present invention are only for explaining the embodiments of the present invention, and do not limit the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 햅틱 디스플레이가 인체에 전기 자극을 가하는 원리를 나타내는 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치에 대한 분리 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광전도체와 투명도전막에 대한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치에 대한 단면도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram showing a principle that the haptic display of the present invention applies electrical stimulation to a human body. 2 is an exploded perspective view of an electric stimulation haptic display device using a photoconductor according to an embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view of a photoconductor and a transparent conductive film according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view of an electric stimulation haptic display device using a photoconductor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면 전기자극 기반 촉각 정보 전달 원리가 도시되어 있다. 본 발명 햅틱 디스플레이 장치(100)에서 전기 자극(Stimulation, S)이 인체의 피부(1)에 가해지면 뉴런과 같은 신경세포는 인간의 두뇌, 중추신경계 및/또는 반응기와 같은 감각 수용기(3) 방향으로 전기 신호를 전달하고 인체는 이를 물리적 자극과 유사하게 인식한다. 이 과정에서 뉴런의 시냅스에서는 화학물질이 분비되고 이와 인접하는 뉴런의 세포막에 존재하는 이온채널이 분비된 화학물질을 수용함에 따라 전기 신호가 전달됨으로써 전기 자극이 전달되게 된다. 본 발명에서는 이와 같은 전기 신호 전달 원리를 이용하여 인체에 무해한 수준의 전기 자극을 가해 촉감을 재현하고자 한다. Referring to FIG. 1, an electric stimulation-based tactile information transfer principle is shown. In the haptic display device 100 of the present invention, when electrical stimulation (S) is applied to the skin 1 of a human body, nerve cells such as neurons are attracted to the sensory receptors 3 such as the human brain, central nervous system and / And the human body perceives it as a physical stimulus. In this process, the synapses of neurons secrete chemicals and neurons in the cell membrane adjacent to the ion channel secreted chemicals to accept the electrical signal is transmitted by the electrical stimulation is delivered. In the present invention, by using such an electric signal transmission principle, an attempt is made to reproduce a touch by applying a harmless level of electric stimulation to the human body.

촉감 재현을 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치(100)는 광원(Light)을 반사하여 특정한 광 패턴을 제공하도록 하는 마스크부(101); 전압이 인가되어 통전하고, 상기 광 패턴을 투과시키는 투명도전막(104); 및 상기 투명도전막(104)과 인접하여 전하가 대전되고, 상기 광 패턴에 의해 전도성이 변화함에 따라 인체의 손가락에 전기 자극을 가하는 광전도체(105)를 포함할 수 있다.For tactile reproduction, the electric stimulation haptic display device 100 according to an embodiment of the present invention includes a mask part 101 for reflecting a light source to provide a specific light pattern; A transparent conductive film 104 to which the voltage is applied and is energized to transmit the light pattern; And a photoconductor 105 which charges adjacent to the transparent conductive film 104 and charges the fingers of the human body as the conductivity is changed by the light pattern.

본 발명의 마스크부(101)는 미세 구동 거울이 집적된 DMD(Digital Micro-mirror Device) 조립체를 포함할 수 있다. 여기서 DMD 조립체란 표면에 극소의 거울을 무수히 배치한 칩으로서, 거울 하나가 화소(pixel) 하나에 대응되는 것일 수 있다. DMD는 투과식이 아닌 거울반사 방식을 이용하므로 투과식에 비해 빛 효율과 흑색의 표현력이 좋다는 장점이 있다. 그리고 여기서 DMD 조립체는 복수의 IC칩과 다수의 전자소자가 집적된 기판과 상기 기판에 전기적으로 연결되는 DMD와 이를 지지하는 홀더 및 브라켓 등을 포함하는 것을 의미할 수 있다. 도 2에서는 마스크부(101)에 대하여 DMD와 기판에 대한 형상만이 간단히 도시되어 있다.The mask portion 101 of the present invention may include a DMD (Digital Micro-mirror Device) assembly in which a micro-driving mirror is integrated. Here, the DMD assembly is a chip in which a very small mirror is arranged on the surface, and one mirror may correspond to one pixel. Since DMD uses a mirror reflection method instead of a transmission type, it has a merit that light efficiency and black color expression power are better than a transmission type. Here, the DMD assembly may include a substrate on which a plurality of IC chips and a plurality of electronic devices are integrated, a DMD electrically connected to the substrate, and a holder and a bracket for supporting the DMD. In FIG. 2, only the shapes of the DMD and the substrate with respect to the mask portion 101 are shown.

본 발명의 투명도전막(104)은 광 투과성과 전기 전도성이 구비되는 투명전극을 의미할 수 있으며, 일 실시예로서 여기의 투명전극은 ITO(Indium Tin Oxided) 투명전극이 해당될 수 있으며, 그 형상은 필름 형태로서 기판 상에 ITO 물질을 얇게 증착시켜 제조될 수 있다. ITO 투명전극에 대해서는 터치 패널 기술분야와 관련하여 이미 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 덧붙여서, 본 발명의 투명도전막(104)은 SnO2, ZnO 등으로 형성될 수도 있으며, 광학적 특성으로서 가시광선과 자외선 영역은 높은 투과도를 갖고 적외선 영역은 높은 반사도를 가지는 투명도전막이면서, 그 밖에 우수한 전기적 특성과 에칭 특성을 가질 수 있으면 상기 ITO, SnO2, ZnO의 조합 또는 전도성 고분자가 소정의 비율로 혼합된 복합체로 형성될 수도 있다. The transparent conductive film 104 of the present invention may be a transparent electrode having optical transparency and electrical conductivity. In one embodiment, the transparent electrode may be an ITO (Indium Tin Oxided) transparent electrode, Can be prepared by thinly depositing an ITO material on a substrate in the form of a film. The ITO transparent electrode is a well-known technology related to the touch panel technology field, so a detailed description thereof will be omitted. In addition, the transparent conductive film 104 of the present invention may be formed of SnO 2, ZnO, or the like. The transparent conductive film having high transmittance in the visible light and ultraviolet region and high reflectance in the infrared region as optical characteristics, A combination of ITO, SnO 2, and ZnO or a conductive polymer mixed in a predetermined ratio may be formed as long as it has an etching property.

투명도전막(104)은 투명하면서 전기가 통하는 구성으로서, 매트릭스 방식으로 구동되는 편평한 디스플레이에 주로 사용된다. 여기서 매트릭스 구동방식이란, 기본적으로 다수의 가로전극과 다수의 세로전극을 모기장처럼 배치하고 가로 몇(m) 번째 세로 몇(n) 번째 전극에 신호를 주어 그 위치의 셀이 발광하도록 하는 것(여기서 m,n은 자연수)을 말한다. The transparent conductive film 104 is a transparent and electrically conductive structure, and is mainly used for a flat display driven in a matrix manner. In the matrix driving method, a plurality of transverse electrodes and a plurality of longitudinal electrodes are basically arranged like a mosquito net, and a signal is given to a few (m) m and n are natural numbers).

일반적으로 화상은 투명전극이 도포된 기판 상에 포토리소그래피 공정으로 제조된 박막트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)로 제어함으로써 이루어지는데, 여기서의 투명도전막(104) 역시 박막트랜지스터로 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명의 투명도전막(104)은 도면에 구체적으로 도시되지는 않았으나 박막트랜지스터를 이루는 게이트, 소스, 드레인의 세개의 단자 전극과 이들을 드라이버와 연결하는 배선전극 및 이미지를 구현하는 화소전극(투명전극)을 모두 포함하는 개념을 의미할 수 있다. Generally, an image is formed by controlling a thin film transistor (TFT) manufactured by a photolithography process on a substrate coated with a transparent electrode, wherein the transparent conductive film 104 can also be controlled by a thin film transistor. Therefore, the transparent conductive film 104 of the present invention is not specifically shown in the figure, but it may include three terminal electrodes of a gate, a source, and a drain forming a thin film transistor, a wiring electrode connecting them to a driver, Electrode "). ≪ / RTI >

그리고 투명도전막(104)은 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 전압 인가를 위한 전원소스(V)와 전기적으로 연결되는 구성일 수 있다. 전원소스(V)가 On되면 투명도전막(104)의 모든 부분이 전하를 띄게 된다. The transparent conductive film 104 may be electrically connected to a power source V for voltage application as shown in FIGS. When the power source V is turned on, all portions of the transparent conductive film 104 are electrically charged.

도 3을 참조하면, 다른 실시예에 따라 보호필름(106)이 광전도체(105)의 상면에 위치하는 것은 별론으로 하고, 기본적으로 본원 발명의 최상위 층은 광전도체이며 그 바로 아래 투명전극 층이 배치된다. 도 3(a)를 참조하면, 아직 빛이 가해지지 않는 상태에서는 최상위 층인 광전도체에 전하가 대전되지 않으므로 손가락을 접촉하여도 전기가 통하지 않는다.Referring to FIG. 3, it is assumed that the protective film 106 is positioned on the upper surface of the photoconductor 105 according to another embodiment. Basically, the uppermost layer of the present invention is a photoconductor, . Referring to FIG. 3 (a), in the state where light is not yet applied, electric charges are not charged in the photoconductor as the uppermost layer, so electricity does not pass even when the fingers are contacted.

빛이 가해지는 경우에는 투명도전막(104)과 인접한 광전도체(105)에는 전하가 대전된다. 광원을 쐰 부분의 전도성이 바뀌게 되어 일정한 전기 자극이 생성될 수 있고 디스플레이 장치에 손가락이 접촉하는 경우 상기한 전기 자극에 의해 인체는 촉감을 느낄 수 있게 된다. 더욱 구체적으로, 광전도체(105)에 투명도전막(104)을 통과한 빛이 가해지면 빛이 가해진 부분이 전도성을 띄게 되고, 투명도전막(104)에 인가된 전압에 의해 생긴 투명도전막(104) 층의 전하가 전도성을 띄는 광전도체 부분을 통해 손가락에 전달되게 된다. When light is applied, the transparent conductive film 104 and the adjacent photoconductor 105 are charged. The conductivity of the light source is changed, so that a certain electric stimulus can be generated. When the finger touches the display device, the human body can feel the touch by the electric stimulation. More specifically, when light passing through the transparent conductive film 104 is applied to the photoconductor 105, the portion where the light is applied becomes conductive, and the transparent conductive film 104, which is formed by the voltage applied to the transparent conductive film 104, The charge of the photoconductor is transmitted to the finger through the conductive photoconductor portion.

특히, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 투명도전막(104)과 광전도체(105)가 광원을 부분적으로 수용하도록 하여, 광원에 의해 전도성이 변화되는 영역만 전기 자극을 주는 역할을 부여할 수 있다. 도 3(b)의 Case-1에서처럼 어느 한 영역에 빛이 가해지게 되면 그 부분의 광전도체(105) 영역이 전도성을 띄게 되고, Case-2에서처럼 두 영역에 빛이 가해지면 두 부분이 광전도체(105) 영역이 전도성을 띄게 되며, Case-3에서처럼 빛이 가해지는 면적이 넓어지게 되면 마찬가지로 전도성을 띄는 광전도체(105) 영역도 넓어지게 된다.3, the transparent conductive film 104 and the photoconductor 105 partly accommodate the light source, so that it is possible to impart the electric stimulus to only the region where the conductivity is changed by the light source have. As shown in Case-1 of FIG. 3 (b), when light is applied to one of the regions, the region of the photoconductor 105 becomes conductive. When light is applied to the two regions as shown in Case-2, The area of the photoconductor 105 having the conductivity becomes wider and the area of the photoconductor 105 having the same conductivity becomes wider as the area of the light is widened as shown in Case-3.

일 실시예에 따르면 상기 투면도전막(104)과 광전도체(105)가 광원을 부분적으로 수용할 수 있도록 본 발명에서는 마스크부(101)를 패턴 마스크로 형성할 수 있다. 구체적으로 마스크부(101)가 DMD 조립체를 포함하는 구성일 때는, DMD를 구성하는 DM(Digital Micro-mirror)을 미리 설정된 배열을 갖도록 설치하여 광원을 수용하고/이를 다시 반사하는 영역을 다양하게 설정할 수 있다. 종래 기술에서는 사람의 인체에 촉감을 재현하기 위해 디스플레이 부분에 별도의 전극 패턴을 형성하고 이에 따른 전기 배선을 구비하여야 했다면, 본 발명에서 제안하는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치(100)는 별도의 전기 배선이 필요 없으며, 비교적 높은 해상도로서 사람의 피부에 국소적인 전기 자극을 가할 수 있어 섬세한 촉각 피드백을 제공하게 된다.According to one embodiment, the mask portion 101 may be formed as a pattern mask so that the two-sided conductor film 104 and the photoconductor 105 can partially receive the light source. Specifically, when the mask unit 101 includes the DMD assembly, DMs (Digital Micro-mirrors) constituting the DMD are set to have a preset arrangement so that the areas accommodating the light sources and reflecting them are variously set . In the prior art, if a separate electrode pattern is formed on the display portion to reproduce the tactile sensation in the human body and the electric wiring is provided, the electric stimulation haptic display device 100 using the photoconductor of the present invention Electric wiring is unnecessary, and a relatively high resolution can apply local electrical stimulation to human skin, thereby providing delicate tactile feedback.

아울러, 본 발명의 마스크부(101)는 다이나믹(Dynamic) 마스크로서, 마스크부(101)의 일측에 제어부(미도시)를 마련하여 기 설정된 알고리즘 또는 사용자의 입력에 따라 상기한 패턴을 자유롭게 변형할 수도 있다.In addition, the mask unit 101 of the present invention is a dynamic mask, and a control unit (not shown) is provided on one side of the mask unit 101 to freely modify the pattern according to a predetermined algorithm or a user's input It is possible.

본 발명의 광전도체(105)는 상기 투명도전막(104)과 인접하는 구성요소로서 2차원 나노소재(MoS2, GaS, InSe 등), 탄소 나노소재(Graphene, CNT 등), 널리 알려진 광전도체(PbS, PbSe, InSb, InAs 등) 단일 소재 및 이들의 복합(hybrid) 물질까지 포함하여 형성될 수 있다. The photoconductor 105 of the present invention may be a two-dimensional nanomaterial (MoS2, GaS, InSe or the like), a carbon nanomaterial (Graphene, CNT or the like), a widely known photoconductor (PbS , PbSe, InSb, InAs, and the like), and a hybrid material thereof.

나아가 일 실시예에 따르면 광전도체(105)는 투명도전막(104)에 상기한 광전도체 원료를 증착(또는 코팅)시켜 형성되는 것일 수 있다. 다른 실시예로서는 광전도체(105)를 표면의 일부분이 패터닝(patterning)된 투명도전막(104)에 광전도체 원료를 증착(또는 코팅)시켜 형성되는 것일 수도 있다.Further, according to one embodiment, the photoconductor 105 may be formed by depositing (or coating) the above photoconductor raw material on the transparent conductive film 104. In another embodiment, the photoconductor 105 may be formed by depositing (or coating) a photoconductor material on the transparent conductive film 104 patterned by a part of the surface.

아울러, 본 발명의 투명도전막(104) 및/또는 광전도체(105)는 도 2에 도시한 바와 같이 얇고 편평한 패널에 홀(hole)을 식각 형성하여 광원이 수용되는 면적을 제한함으로써 촉감의 해상도를 향상시킬 수도 있다.In addition, the transparent conductive film 104 and / or the photoconductor 105 of the present invention may be formed by etching a hole in a thin flat panel as shown in FIG. 2 to limit the area in which the light source is accommodated, .

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 광 패턴이 투과되되, 디스플레이 장치의 전체 형상을 지지하는 투명기판(103)을 더 포함할 수 있으며, 상기 마스크부(101)로부터 반사된 광원의 이동경로를 조절하는 프로젝션 렌즈부(102)를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the optical device may further include a transparent substrate 103 through which the light pattern is transmitted and supports the entire shape of the display device, And a projection lens unit 102 that adjusts the position of the projection lens unit.

투명기판(103)은 빛의 투과성, 전극 생성 용이성, TFT 제조 공정에서의 안정성 등의 측면에서 유리기판이 사용될 수도 있다.The transparent substrate 103 may be a glass substrate in terms of light transmittance, ease of electrode production, stability in the TFT manufacturing process, and the like.

프로젝션 렌즈부(102)는 복수의 프로젝션 렌즈, 예컨대 제1, 제2, 제3 프로젝션 렌즈의 결합으로 이루어질 수 있으며 이러한 구성으로 인해 반사된 광원이 투명도전막(104) 측으로 이동되는 경로를 확장 또는 축소시킬 수도 있다. The projection lens unit 102 may be a combination of a plurality of projection lenses, for example, a first, a second, and a third projection lens, and the path through which the reflected light source moves toward the transparent conductive film 104 may be expanded or reduced .

다음으로, 도 4를 참조하면 도 4(a)와 도 4(b)에는 각기 다른 실시예에 따른 햅틱 디스플레이 장치에 대한 단면도가 도시되어 있다.4 (a) and 4 (b) are cross-sectional views illustrating a haptic display device according to another embodiment of the present invention.

도 4(a)와 비교하였을 때, 도 4(b)에는 그 공통점으로서 광전도체(105)를 각종 물리적, 화학적 충격으로부터 보호하는 보호필름(또는 커버 플레이트, 106)이 구비될 수 있으며,4 (b), a protection film (or cover plate) 106 for protecting the photoconductor 105 from various physical and chemical impacts may be provided as a common point in FIG. 4 (b)

도 4(a)와 비교하였을 ‹š, 도 4(b)에는 그 차이점으로서 마스크부(101)에 인접하여, 상기 마스크부(101)에 광원을 투사하는 광원제공부(107)가 더 포함된다. 이는 본 발명의 또 하나의 특징으로서 장치 내부, 예컨대 투명기판(103)과 프로젝션 렌즈부(102)의 배면에 BLU(Back Light Unit)를 구비하고 여기에서 나오는 광원을 즉각 반사시킴으로써, 빛의 분산에 따른 효율 저하를 방지하고 광원 이동경로를 보다 효과적으로 컨트롤 할 수 있는 장점을 갖게 된다. 4 (b), the light source providing unit 107 further includes a light source providing unit 107 for projecting the light source to the mask unit 101 adjacent to the mask unit 101 as a difference from FIG. 4 (a) . This is a further feature of the present invention, as a BLU (Back Light Unit) is provided in the interior of the apparatus, for example, the back surface of the transparent substrate 103 and the projection lens unit 102 and the light source emanating therefrom is immediately reflected, And the light source moving path can be more effectively controlled.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 광전도체(105) 및 투명도전막(104)은 유기소재로 제작할 수 있다. 예컨대, 유기 섬유(fiber) 또는 탄소 나노 튜브(CNT), 전도성 고분자 등을 적절히 혼합하여 제작함에 따라 유연 햅틱 디스플레이, 예를 들어 커브드(curved) 디스플레이 등에도 적용할 수 있게 된다.According to an embodiment of the present invention, the photoconductor 105 and the transparent conductive film 104 may be formed of an organic material. For example, it can be applied to a flexible haptic display, for example, a curved display, by appropriately mixing an organic fiber, a carbon nanotube (CNT), a conductive polymer, or the like.

다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 동작 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 동작 방법에 대한 블럭도이다.Next, an operation method of an electric stimulation haptic display using a photoconductor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 is a block diagram of a method of operating an electrical stimulation haptic display using a photoconductor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면 광원을 반사하여 특정한 광 패턴을 제공하도록 하는 마스크부(101); 상기 광 패턴을 투과시키면서, 전기가 통전하는 투명도전막(104); 및 상기 투명도전막(104)과 인접하여 전하가 대전되고, 상기 광 패턴에 의해 전도성이 변화함에 따라 인체의 손가락에 전기 자극을 가하는 광전도체(105)를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 동작 방법에 있어서, 광원제공부에서 광원을 투사하는 단계(S410); 상기 마스크부(101)에서 광원을 반사하는 단계(S420); 전압이 인가된 투명도전막에 반사된 광원이 투과하는 단계 (S430); 상기 반사된 광원이 상기 광전도체의 전도성을 변화시키는 단계(S440); 및 디스플레이 표면에 접촉된 인체의 손가락에 전기 자극을 가하는 단계(S450)를 포함하는 전기 자극 햅틱 디스플레이 동작 방법을 개시한다. According to an embodiment of the present invention, a mask unit 101 for reflecting a light source to provide a specific light pattern; A transparent conductive film 104 through which the electric power is transmitted while transmitting the light pattern; And a photoconductor (105) adjacent to the transparent conductive film (104) and charged with electric charge and applying electrical stimulation to a finger of a human as the conductivity changes due to the light pattern, the method comprising: A step S410 of projecting the light source in the provisioning; Reflecting the light source at the mask unit 101 (S420); A step (S430) of transmitting a light source reflected by the voltage-applied transparent conductive film; The reflected light source changing the conductivity of the photoconductor (S440); And applying electrical stimulation to a finger of a human body in contact with the display surface (S450).

여기서 디스플레이 표면에 접촉된 인체의 손가락에 전기 자극을 가하는 단계(S450)란, 인체의 손가락이 접촉되어 있고, 광전도체에 빛이 가해졌을 때 광전도체에 대전된 전하가 손가락으로 이동하는 것을 의미할 수 있다. Here, the step of applying electrical stimulation to the finger of the human body in contact with the display surface (S450) means that the finger of the human body is in contact with the finger, and the electric charge charged on the photoconductor is moved by the finger when light is applied to the photoconductor .

일 실시예에 따르면, 광원을 투사하여 마스크부(101)에서 광원이 반사되도록 하고, 광전도체(105)가 코팅된 투명도전막(104)에 상기 광원이 부분적으로 수용되도록 하면, 빛에 의해 전도성이 생긴 영역만 전극 역할을 하게 된다. 본 발명의 마스크부(101)에 패턴을 형성하면 빛을 받는 영역을 설정할 수 있으며, 다이나믹 마스크를 이용하여 빛을 제어할 경우 사용자의 손가락에 섬세한 촉감 피드백을 제공할 수 있다.According to one embodiment, when a light source is projected to allow a light source to be reflected by a mask 101, and the light source is partially contained in a transparent conductive film 104 coated with a photoconductor 105, Only the region where it is formed serves as an electrode. When a pattern is formed on the mask unit 101 of the present invention, a light receiving area can be set, and when light is controlled using a dynamic mask, delicate tactile feedback can be provided to the user's finger.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만, 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것은 아니며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. In the foregoing detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. It should be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific forms thereof which are to be sketched out in the description, but rather all modifications, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 위와 같은 실시례를 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이다. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalents thereof are deemed to be included in the scope of the present invention. .

100: 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치
101: 마스크부
102: 프로젝션 렌즈부
103: 투명기판
104: 투명도전막
105: 광전도체
106: 보호필름100: electric stimulation haptic display device
101: mask part
102: projection lens section
103: transparent substrate
104: Transparent film
105: photoconductor
106: protective film

Claims (8)

광원을 반사하여 특정한 광 패턴을 제공하도록 하는 마스크부;
상기 광 패턴을 투과시키면서, 전기가 통전하는 투명도전막;
상기 투명도전막과 인접하여 전하가 대전되고, 상기 광 패턴에 의해 전도성이 변화함에 따라 인체의 손가락에 전기 자극을 가하는 광전도체; 및
상기 마스크부에 광원을 투사하는 광원제공부를 포함하고,
상기 광원제공부는 상기 마스크부를 대향하도록 상기 마스크부 상에 형성되어, 햅틱 디스플레이 장치 자체에 광원이 포함되는 것을 특징으로 하는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치.A mask portion for reflecting the light source to provide a specific light pattern;
A transparent conductive film through which the electric current is passed while transmitting the light pattern;
A photoconductor electrically charged adjacent to the transparent conductive film and applying electrical stimulation to a finger of a human as the conductivity changes due to the light pattern; And
And a light source providing unit for projecting the light source to the mask unit,
Wherein the light source providing unit is formed on the mask unit so as to face the mask unit, and the light source is included in the haptic display device itself. 제1항에 있어서,
상기 마스크부는 미세 구동 거울이 집적된 DMD(Digital Micro-mirror Device) 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치.The method according to claim 1,
Wherein the mask unit includes a DMD (Digital Micro-mirror Device) assembly having a micro-driving mirror integrated therein. 제1항에 있어서,
상기 광 패턴이 투과되되, 장치의 전체 형상을 지지하는 투명기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a transparent substrate through which the light pattern is transmitted and which supports the overall shape of the device. 제1항에 있어서,
상기 마스크부로부터 반사된 광원의 이동경로를 조절하는 프로젝션 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치.The method according to claim 1,
And a projection lens unit for adjusting the movement path of the light source reflected from the mask unit. 제1항에 있어서,
상기 광전도체는 PbS, PbSe, InSb, InAs 또는 MoS2, GaS, InSe를 포함하는 2차원 나노소재 또는 Graphene, CNT를 포함하는 탄소 나노소재 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치.The method according to claim 1,
Wherein the photoconductor is made of a two-dimensional nanomaterial including PbS, PbSe, InSb, InAs or MoS2, GaS, InSe, or a carbon nanomaterial including Graphene or CNT or a combination thereof. Haptic display device. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 광전도체 및 투명도전막은 유기소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 장치.The method according to claim 1,
Wherein the photoconductor and the transparent conductive film are made of an organic material. 광원을 반사하여 특정한 광 패턴을 제공하도록 하는 마스크부;
상기 광 패턴을 투과시키면서, 전기가 통전하는 투명도전막; 및
상기 투명도전막과 인접하여 전하가 대전되고, 상기 광 패턴에 의해 전도성이 변화함에 따라 인체의 손가락에 전기 자극을 가하는 광전도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 동작 방법에 있어서,
광원제공부에서 광원을 투사하는 단계;
상기 마스크부에서 광원을 반사하는 단계;
전압이 인가된 투명도전막에 반사된 광원이 투과하는 단계;
상기 반사된 광원이 상기 광전도체의 전도성을 변화시키는 단계; 및
디스플레이 표면에 접촉된 인체의 손가락에 전기 자극을 가하는 단계를 포함하는 광전도체를 이용한 전기 자극 햅틱 디스플레이 동작 방법.
A mask portion for reflecting the light source to provide a specific light pattern;
A transparent conductive film through which the electric current is passed while transmitting the light pattern; And
And a photoconductor for charging the photoconductor adjacent to the transparent conductive film and applying electrical stimulation to the finger of the human body as the conductivity is changed by the light pattern, ,
Projecting a light source in a light source providing step;
Reflecting the light source in the mask portion;
Transmitting a light source reflected on a transparent conductive film to which voltage is applied;
The reflected light source changing the conductivity of the photoconductor; And
And applying electrical stimulation to a finger of a human body in contact with the surface of the display.

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