KR20180108465A - 터치 입력 디바이스에 대한 센서 및 액추에이션 기능성을 제공하기 위한 시스템 - Google Patents
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Abstract
터치 입력 디바이스와 액추에이션 및 감지 시스템을 포함하는 터치 입력 시스템이 제시된다. 액추에이션 및 감지 시스템은 터치 입력 디바이스의 제1 표면에 인접한 전달 구조체를 가지고, 전달 구조체는 제1 부분 및 제1 부분의 에지로부터 연장되는 빔을 가진다. 액추에이션 및 감지 시스템은 빔 상에 배치되는 트랜스듀서 패치를 더 가진다. 전달 구조체는 터치 입력 디바이스와 트랜스듀서 패치 사이에 힘들을 전달하도록 구성되고, 따라서 외부 힘에 의한 터치 입력 디바이스의 움직임은 빔 및 트랜스듀서 패치의 변형을 야기하게 되고, 트랜스듀서 패치에 의해 출력되는 액추에이션은 터치 입력 디바이스의 움직임을 야기하게 된다. 트랜스듀서 패치는 센서로서 작용하도록 구성되며 액추에이터로서 작용하도록 구성되는 트랜스듀서 재료의 층을 가진다.
Description
이 출원은, 2017년 3월 23일에 출원되었으며 그 전체 내용이 본원에 전체적으로 포함된 미국 가출원 제62/475,826호를 우선권 주장한다.
본 발명은 터치 입력 디바이스에 대한 센서 및 액추에이션 기능성을 제공하는 시스템에 관한 것이다.
전자 디바이스 제조자들은 사용자들을 위한 리치 인터페이스를 생산하려고 노력한다. 많은 디바이스들은 시각적 및 청각적 큐들을 사용하여 사용자에게 피드백을 제공한다. 일부 인터페이스 디바이스들에서, 운동감각 효과(예컨대 활성 및 저항성 힘 피드백) 및/또는 촉각 효과(예컨대, 진동, 텍스처, 및 열)가 사용자에게 또한 제공된다. 운동감각 효과들 및 촉각 효과들은 보다 일반적으로는 "햅틱 피드백" 또는 "햅틱 효과들"이라 지칭될 수 있다. 햅틱 피드백은 사용자 인터페이스를 향상시키고 간략화하는 큐들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 진동 효과들, 또는 진동촉각 햅틱 효과들은 큐들을 전자 디바이스들의 사용자들에 제공하여 사용자에게 특정 이벤트들을 통지하거나, 또는 실감 피드백을 제공하여 실제의, 시뮬레이트된 또는 가상 환경 내에서 더 큰 감각적 몰입을 생성하는데 유용할 수 있다. 이러한 효과들은 사용자 인터페이스들, 게임, 자동차, 가전 제품들 및 실제의, 시뮬레이트된 또는 가상 환경들에서의 다른 사용자 인터페이스들에서 애플리케이션을 가질 수 있다.
후속하는 상세한 설명은 속성상 단지 예시적이며, 발명 또는 발명의 응용 및 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 또한, 이전의 기술 분야, 배경, 간략한 요약 및 후속하는 상세한 설명에서 제시되는 임의의 명시된 또는 내포된 이론에 의해 한정될 의도가 존재하지 않는다.
본원에서 실시예들의 일 양태는 터치 입력 디바이스, 및 액추에이션 및 감지 시스템을 포함하는 터치 입력 시스템에 관한 것이다. 터치 입력 디바이스는 터치 입력을 수신하기 위한 것이다. 액추에이션 및 감지 시스템은 터치 입력 디바이스의 제1 표면에 인접하게 배치된 전달 구조체를 가지고, 전달 구조체는 제1 부분 및 제1 부분의 에지로부터 연장되는 빔을 가진다. 액추에이션 및 감지 시스템은 빔 상에 배치된 트랜스듀서 패치를 추가로 가진다. 전달 구조체는 터치 입력 디바이스 및 트랜스듀서 패치 사이에 힘들을 전달하도록 구성되고, 따라서 터치 입력에 의해 가해지는 외부 힘에 의한 터치 입력 디바이스의 움직임은 빔 및 빔 상에 배치되는 트랜스듀서 패치의 변형을 야기하고, 따라서 트랜스듀서 패치에 의해 출력되는 액추에이션은 터치 입력 디바이스의 움직임을 야기한다. 트랜스듀서 패치는, 트랜스듀서 패치 및 빔이 외부 힘에 의해 변형될 때 제1 전기 신호를 출력함으로써 센서로서 작용하도록 구성되며 제2 전기 신호가 트랜스듀서 재료에 인가될 때 빔을 작동시키는 움직임을 출력함으로써 액추에이터로서 작용하도록 구성되는, 트랜스듀서 재료의 층을 가진다.
실시예에서, 빔은 빔 스프링으로서 구성되는 탄성 빔이고, 터치 입력에 의해 가해진 힘에 응답하는 빔의 변형은 빔의 휘어짐을 포함하고, 빔의 휘어짐은 트랜스듀서 패치의 휘어짐을 야기한다.
실시예에서, 전달 구조체는 전달 층이고, 터치 입력 디바이스 및 전달 층은 터치 입력 디바이스에서 어떤 터치 입력도 수신되지 않을 때 모두 평탄하며 서로 평행하다.
실시예에서, 전달 층은 터치 입력 디바이스의 후방 표면에 배치되고, 후방 표면은 터치 입력 디바이스의 입력 표면에 대한 대향 표면이다.
실시예에서, 전달 층의 제1 부분은 그것의 중심 부분이고, 빔은 중심 부분의 제1 에지로부터 연장되는 제1 빔이다. 이 실시예에서, 전달 층은 중심 부분의 제2의 대향 에지로부터 연장되는 제2 빔을 더 포함한다. 트랜스듀서 패치는 제1 트랜스듀서 패치이고, 액추에이션 및 감지 시스템은 제2 빔 상에 배치되는 제2 트랜스듀서 패치를 가지고, 제2 트랜스듀서 패치는 트랜스듀서 재료의 층을 또한 가진다. 이 실시예에서, 외부 힘에 의한 터치 입력 디바이스의 움직임은 제1 빔 및 제2 빔 중 적어도 하나의 휘어지는 움직임을 야기하고, 이는 각자 제1 트랜스듀서 패치 및 제2 트랜스듀서 패치의 적어도 하나의 휘어지는 움직임을 야기한다.
실시예에서, 터치 입력 시스템은 터치 입력 디바이스의 후방 표면과 제1 빔 및 제2 빔 둘 모두의 사이에 배치되는 스페이서 층을 더 포함한다. 터치 입력 시스템은 강성 장착 서포트(rigid mounting support) - 강성 장착 서포트는 강성 장착 서포트에 대한 전달 층의 실질적으로 고정된 부분으로서 중심 부분을 구성하도록 중심 부분에 직접 부착됨 - 를 더 포함하고, 강성 장착 서포트는 터치 입력 시스템을 장착 표면에 장착하도록 구성된다.
실시예에서, 터치 입력 디바이스는 휘어지고, 전달 구조체는 제1 전달 구조체이고, 빔은 터치 입력 디바이스를 그것의 제1 에지에서 지지하는 제1 빔이다. 이 실시예에서, 액추에이션 및 감지 시스템은 터치 입력 디바이스를 그것의 제2의 대향 에지에서 지지하는 제2 빔을 가지고, 제2 빔 상에 배치되는 제2 트랜스듀서 패치를 가지는 제2 전달 구조체를 더 포함하고, 외부 힘에 의한 터치 입력 디바이스의 움직임은 제1 빔 및 제2 빔 중 적어도 하나의 구부러짐을 야기한다.
실시예에서, 터치 입력 시스템은 강성 장착 서포트를 더 포함하고, 제1 전달 구조체는 강성 장착 서포트로부터 터치 입력 디바이스의 제1 에지까지 연장되고, 제2 전달 구조체는 강성 장착 서포트로부터 터치 입력 디바이스의 제2 에지까지 연장된다. 이 실시예에서, 제1 전달 구조체의 제1 부분은 강성 장착 서포트에 접속되는 제1 베이스 부분이고, 제2 전달 구조체는 강성 장착 서포트에 접속되는 제2 베이스 부분을 가지며, 제2 빔은 제2 베이스 부분의 에지로부터 연장된다.
실시예에서, 제1 전달 구조체의 제1 베이스 부분 및 제2 전달 구조체의 제2 베이스 부분 각각은 강성 장착 서포트와 경사각을 형성한다.
실시예에서, 제1 빔은 터치 입력 디바이스를 그것의 제1 에지에서 지지하는 제1 전달 구조체의 빔들의 제1 세트 중 하나이고, 트랜스듀서 패치는 빔들의 각자의 제1 세트에 배치되는 트랜스듀서 패치들의 제1 세트 중 하나이다. 이 실시예에서, 제2 빔은 터치 입력 디바이스를 그것의 제2 에지에서 지지하는 제2 전달 구조체의 빔들의 제2 세트 중 하나이고, 제2 트랜스듀서 패치는 빔들의 각자의 제2 세트에 배치되는 트랜스듀서 패치들의 제2 세트 중 하나이다.
실시예에서, 터치 입력 디바이스는 곡선형 디스플레이 층 및 곡선형 투명 커버를 가지고, 투명 커버의 외부 표면은 터치 입력 디바이스의 입력 표면이다.
실시예에서, 트랜스듀서 재료는 2개의 전극 사이에 배치되는 매크로섬유 복합(MFC) 재료를 포함하거나 ― MFC 재료는 폴리머 매트릭스 내에 내장되는 복수의 압전 세라믹 섬유들을 가짐 ―, 또는 2개의 전극 사이에 배치되는 전기활성 폴리머(EAP) 재료 또는 탄성중합체 재료를 포함한다.
실시예에서, 터치 입력 디바이스는 터치 입력 디바이스의 입력 표면에 배치되는 내부 용량성 센서를 포함한다.
본원의 실시예들의 일 양태는 터치 입력 디바이스와 액추에이션 및 감지 시스템을 포함하는 터치 입력 시스템에 관한 것이다. 터치 입력 디바이스는 터치 입력을 수신하도록 구성되는 입력 표면 및 입력 표면의 대향 표면인 후방 표면을 가진다. 액추에이션 및 감지 시스템은 터치 입력 디바이스의 후방 표면 상에 배치되는 전달 층을 가진다. 전달 층은 전달 층의 중심 부분인 제1 부분을 가지고, 제1 빔 및 제2 빔을 가지며, 제1 빔은 중심 부분의 제1 에지로부터 연장되고, 제2 빔은 중심 부분의 제2의 대향 에지로부터 연장된다. 액추에이션 및 감지 시스템은 스페이서 층, 제1 트랜스듀서 패치, 및 제2 트랜스듀서 패치를 추가로 가진다. 스페이서 층은 터치 입력 디바이스의 후방 표면과 제1 빔 및 제2 빔의 각각의 빔 사이에 배치된다. 제1 트랜스듀서 패치는 제1 빔 상에 배치된다. 제2 트랜스듀서 패치는 제2 빔 상에 배치된다. 전달 층은 터치 입력 디바이스와 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서 둘 모두의 사이에서 힘들을 전달하도록 구성되고, 따라서, 외부 힘에 의한 터치 입력 디바이스의 움직임은 제1 및 제2 빔들의 그리고 제1 및 제2 트랜스듀서 패치들의 변형을 야기하고, 제1 트랜스듀서 패치 또는 제2 트랜스듀서 패치에 의해 출력되는 액추에이션은 터치 입력 디바이스의 움직임을 야기한다. 제1 트랜스듀서 패치 및 제2 트랜스듀서 패치의 각각의 트랜스듀서 패치는, 각자의 트랜스듀서 패치 및 각자의 빔이 외부 힘에 의해 변형될 때 제1 전기 신호를 출력함으로써 센서로서 작용하도록 구성되고 제2 전기 신호가 트랜스듀서 재료에 인가될 때 각자의 빔을 작동시키는 움직임을 출력함으로써 액추에이터로서 작용하도록 구성되는, 트랜스듀서 재료의 층을 가진다.
실시예에서, 터치 입력 디바이스는 강성 디스플레이 디바이스이고, 이 때 외부 힘에 의한 디스플레이 디바이스의 움직임은 그것의 입력 표면에 실질적으로 수직이다. 이 실시예에서, 제1 및 제2 빔들의 각각의 빔의 변형은 휘어지는 움직임을 포함하는데, 이는 각자 제1 트랜스듀서 패치 및 제2 트랜스듀서 패치의 휘어지는 움직임을 야기한다.
실시예에서, 터치 입력 시스템은 강성 장착 서포트 - 강성 장착 서포트는 강성 장착 서포트에 대한 전달 층의 실질적으로 고정된 부분으로서 중심 부분을 구성하도록 중심 부분에 직접적으로 부착됨 - 를 더 포함하고, 터치 입력 디바이스는 전달 층의 제1 빔 및 제2 빔 상에 걸려 있다.
실시예에서, 터치 입력 시스템은, 제1 트랜스듀서 패치 및 제2 트랜스듀서 패치와 신호 통신하며, 제1 기간 동안 제1 트랜스듀서 패치 및 제2 트랜스듀서 패치의 하나 이상의 트랜스듀서 패치로부터 제1 전기 신호를 수신하도록 구성되는, 제어 유닛을 더 포함한다. 제어 유닛은 제1 전기 신호를 수신한 것에 기초하여 외부 힘에 의한 터치 입력 디바이스의 움직임을 검출하도록 추가로 구성된다. 제어 유닛은 외부 힘에 의한 터치 입력 디바이스의 움직임의 검출에 기초하여 터치 입력이 수신되었다고 결정하도록, 그리고 터치 입력이 수신되었다고 결정하는 것에 응답하여 햅틱 효과가 생성될 것이라고 결정하도록 추가로 구성된다. 추가로, 제어 유닛은 신호 생성기를 통해 제2 전기 신호로서 발진 구동 신호를 제1 트랜스듀서 패치 및 제2 트랜스듀서 패치의 하나 이상의 트랜스듀서 패치에 제2 기간 동안 제공하여 햅틱 효과가 터치 입력 디바이스에서 생성되게 하도록 구성된다.
실시예에서, 제어 유닛은, 제1 전기 신호에 기초하여, 터치 입력과 연관된 압력 레벨 또는 터치 입력과 연관된 제스처를 결정하도록 구성된다.
실시예에서, 제1 전기 신호가 하나 이상의 펄스를 포함할 때, 제어 유닛은 터치 입력이 태핑 입력이라고 결정하도록 구성된다.
실시예에서, 전달 층은 제1 빔 및 제2 빔을 포함하는 적어도 4개의 빔을 포함하고, 적어도 4개의 빔은 전달 층의 중심 부분 주위에 대칭적으로 배치되고, 적어도 4개의 빔은 모두 직사각형 형상이며, 동일한 길이, 폭 및 두께를 가지고, 스페이서 층은 50 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위 내의 두께를 가진다.
발명의 이전 및 다른 특징들 및 장점들은 첨부 도면들에 예시되는 바와 같은 본원의 실시예들의 후속하는 기재로부터 명백할 것이다. 본원에 포함되며 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면들은 추가로, 발명의 원리들을 설명하고 관련 기술분야의 통상의 기술자가 발명을 제작하고 사용할 수 있게 하는 역할을 한다. 도면들은 축척에 맞지 않다.
도 1a 및 1b는 본원의 실시예에 따른, 터치 입력 시스템의 사시도들을 예시한다.
도 1c는 본원의 실시예에 따른, 터치 입력 시스템의 터치 입력 디바이스의 사시도를 예시한다.
도 2a는 본원의 실시예에 따른, 터치 입력 디바이스와 액추에이션 및 감지 시스템을 가지는 터치 입력 시스템의 분해도를 예시한다.
도 2b는 본원의 실시예에 따른, 터치 입력 디바이스와 액추에이션 및 감지 시스템을 가지는 터치 입력 시스템의 사시도를 예시한다.
도 3-5는 본원의 실시예들에 따른, 액추에이션 및 감지 시스템에 의해 지지되는 터치 입력 디바이스의 단면도들을 예시한다.
도 6은 본원의 실시예에 따른, 터치 입력 시스템의 다양한 컴포넌트들의 블록도를 예시한다.
도 7-11은 본원의 실시예들에 따른, 각자의 액추에이션 및 감지 시스템들의 다양한 전달 층들의 평면도들을 예시한다.
도 12-15는 본원의 실시예들에 따른, 터치 입력 시스템의 도면들을 예시한다.
도 16-18은 본원의 실시예들에 따른, 터치 입력 시스템의 도면들을 예시한다.
도 1a 및 1b는 본원의 실시예에 따른, 터치 입력 시스템의 사시도들을 예시한다.
도 1c는 본원의 실시예에 따른, 터치 입력 시스템의 터치 입력 디바이스의 사시도를 예시한다.
도 2a는 본원의 실시예에 따른, 터치 입력 디바이스와 액추에이션 및 감지 시스템을 가지는 터치 입력 시스템의 분해도를 예시한다.
도 2b는 본원의 실시예에 따른, 터치 입력 디바이스와 액추에이션 및 감지 시스템을 가지는 터치 입력 시스템의 사시도를 예시한다.
도 3-5는 본원의 실시예들에 따른, 액추에이션 및 감지 시스템에 의해 지지되는 터치 입력 디바이스의 단면도들을 예시한다.
도 6은 본원의 실시예에 따른, 터치 입력 시스템의 다양한 컴포넌트들의 블록도를 예시한다.
도 7-11은 본원의 실시예들에 따른, 각자의 액추에이션 및 감지 시스템들의 다양한 전달 층들의 평면도들을 예시한다.
도 12-15는 본원의 실시예들에 따른, 터치 입력 시스템의 도면들을 예시한다.
도 16-18은 본원의 실시예들에 따른, 터치 입력 시스템의 도면들을 예시한다.
후속하는 상세한 설명은 속성상 단지 예시적이며, 발명 또는 발명의 응용 및 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 또한, 이전의 기술 분야, 배경, 간략한 요약 및 후속하는 상세한 설명에서 제시되는 임의의 명시된 또는 내포된 이론에 의해 한정될 의도가 존재하지 않는다.
본원의 실시예들은 터치 입력을 수신하기 위한 입력 표면을 가지는 디바이스(예를 들어, 입력 표면을 가지는 액정 디스플레이(LCD))와 같은, 터치 입력 디바이스에 대한 햅틱 액추에이션 기능성 및 감지 기능성 둘 모두를 제공하기 위한 액추에이션 및 감지 시스템을 포함하는 터치 입력 시스템에 관한 것이다. 실시예에서, 터치 입력 디바이스와 액추에이션 및 감지 시스템은, 승용차 또는 다른 차량의 센터 콘솔 시스템 또는 대시보드 시스템과 같은, 차량-내 사용자 인터페이스 시스템의 일부일 수 있다. 일부 경우들에서, 터치 입력 디바이스는 예를 들어, 터치 입력의 위치, 터치 입력에 의해 만들어지는 제스처, 또는 터치 입력의 다른 특성을 결정하도록 구성되는, 저항성, 용량성, 또는 다른 타입의 터치 스크린을 포함할 수 있다. 실시예에서, 액추에이션 및 감지 시스템은 터치 입력 디바이스에 인가되는 클릭 또는 다른 터치 입력을 감지하고, 터치 입력 디바이스에서 진동촉각 효과 또는 다른 햅틱 효과를 생성하도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 액추에이션 및 감지 시스템은 터치 입력 디바이스로부터의 터치 입력에 의해 가해지는 외부 힘을 트랜스듀서로 전달하고 또한 트랜스듀서에 의해 출력되는 액추에이션을 터치 입력 디바이스에 전달하는 전달 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전달 구조체는 층의 형태를 가질 수 있는데, 이는 전달 층 또는 전달 시트라고도 지칭될 수 있다. 터치 입력 디바이스가 예컨대 사용자로부터, 외부 힘을 수신할 때, 터치 입력 디바이스는 그 다음에 전달 층의 일부분 상에 힘을 가할 수 있는데, 이는 그 응답으로 휘거나 또는 다른 방식으로 변형될 수 있다. 일부 경우들에서, 전달 층의 일부는 휘어짐 또는 다른 변형을 거칠 수 있는 빔을 형성할 수 있다. 변형은 탄성적 변형일 수 있다. 위에서 언급된 트랜스듀서는 트랜스듀서 패치의 형태를 가질 수 있고, 또한 접착 또는 다른 부착 방식을 통해 빔에 부착될 수 있다(또한 접속되는 것이라 지칭됨). 전달 층의 빔이 휘어짐에 따라, 그것은 트랜스듀서 패치 역시 휘어지도록 강제할 수 있는데, 이는 트랜스듀서 패치를 늘여서, 트랜스듀서 내에서 스트레인(strain)을 초래할 수 있다. 따라서, 전달 층은 터치 입력 디바이스로부터 트랜스듀서로 외부 힘을 전달하고, 트랜스듀서 내에 스트레인 또는 다른 변형을 야기할 수 있다. 스트레인은 트랜스듀서 패치가, 사용자로부터의 외부 힘을 감지하기 위한 센서 신호일 수 있는 전기 신호를 생성하도록 할 수 있다. 또한, 구동 신호가 트랜스듀서 패치에 인가되어 트랜스듀서 패치가 변형하고, 진동하거나, 또는 다른 방식으로 액추에이션을 출력하도록 할 수 있다. 트랜스듀서가 진동과 같은 액추에이션을 출력할 때, 전달 층은 액추에이션으로부터의 진동 또는 다른 움직임을 터치 입력 디바이스에 전달할 수 있다.
실시예에서, 전달 구조체는 터치 입력 디바이스의 무게를 지탱할 수 있다. 예를 들어, 전달 구조체는 터치 입력 디바이스가 지지되는 스프링 서스펜션을 제공하는 하나 이상의 빔을 형성할 수 있다. 이러한 경우들에서, 전달 구조체는 서프트 구조체라 지칭될 수 있고, 하나 이상의 빔은 하나 이상의 서포트 빔이라 지칭될 수 있다. 이러한 경우들에서의 전달 구조체가 전달 층의 형태를 가지는 경우, 전달 층은 또한 서포트 층 또는 서포트 시트라 지칭될 수 있다.
실시예에서, 터치 입력 디바이스는 터치 입력 디바이스의 전방 표면인 입력 표면을 가질 수 있고, 여기서 전방 표면은 사용자와 대면하는 표면이다. 사용자는 손가락 또는 스타일러스를 통해 입력 표면을 누름으로써 터치 입력을 인가할 수 있다. 터치 입력으로부터의 외부 힘은 입력 표면에 대해 다양한 방향들일 수 있다. 예를 들어, 그것은 터치 입력 디바이스의 입력 표면에 수직이고, (예를 들어, 외부 힘이 입력 표면을 따라 가해지도록, 입력 표면을 문지름으로써) 입력 표면에 대해 평행할 수 있거나, 또는 이들의 조합일 수 있다(예를 들어, 입력 표면에 대해 경사짐).
실시예에서, 터치 입력 디바이스는 평탄한 입력 표면을 가질 수 있다. 실시예에서, 터치 입력 디바이스는 곡선형 입력 표면, 또는 현미경 스케일로 다른 방식으로 비-평탄한 입력 표면을 가질 수 있다. 곡선형 입력 표면은 예를 들어, 차량 대시보드의 곡률 정도에 따르는 곡률 정도를 가질 수 있다. 입력 표면이 휘어질 때, 입력 표면과 외부 힘 사이의 각은 외부 힘의 방향과 외부 힘이 인가되는 위치에서의 입력 표면에 접하는 면 사이의 각을 지칭할 수 있다. 위치는, 예를 들어, 입력 표면과 터치 입력 사이에 직접 접촉하는 위치일 수 있다.
실시예에서, 터치 입력 디바이스 및 액추에이션 및 감지 시스템의 전달 구조체 양자 모두는 평탄하고 서로 평행할 수 있다. 실시예에서, 액추에이션 및 감지 시스템은, 터치 입력 디바이스의 후방 표면 상에 배치되는, 전달 층과 같은, 전달 구조체를 포함할 수 있다. 터치 입력 디바이스의 전방 표면에 수직인(또는, 더 일반적으로, 실질적으로 수직인) 컴포넌트를 가지는 외부 힘이 거기에(예를 들어, 하향 방향으로) 인가될 때, 외부 힘의 이 컴포넌트는 터치 입력 디바이스로부터 후방 표면 상의 액추에이션 및 감지 시스템의 전달 구조체에 전달될 수 있는데, 이는 외부 힘의 검출을 용이하게 할 수 있다. 실시예에서, 전달 구조체는 터치 입력 디바이스의 무게를 지탱하는 서스펜션 구조체 또는 다른 서포트 구조체를 형성할 수 있다. 서포트 구조체는 일부 경우들에서, 터치 입력 디바이스 상에서 탄성력(spring force)을 보일 수 있는 스프링 서포트 구조체 또는 스프링 서스펜션일 수 있다. 이러한 실시예에서, 액추에이션 및 감지 시스템은 서포트 시스템, 또는 더 구체적으로 스프링 서포트 시스템이라 지칭될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 서포트 구조체는 탄성적으로 변형할 수 있는 빔들을 포함할 수 있다. 빔들은 스프링 서스펜션을 형성하는 빔 스프링들로서 작용할 수 있다. 빔들은, 예를 들어, 서포트 구조체의 중심 부분으로부터 연장될 수 있는데, 중심 부분은 강성 장착 서포트에 직접 부착되도록 구성된다. 중심 부분은 빔들보다 더 강성일 수 있고, 따라서 외부 힘이 서포트 구조체에 인가될 때 변형되지 않는 서포트 구조체의 실질적으로 뻣뻣한(stiff) 부분으로서 작용하거나 또는 강성 장착 서포트에 대해 실질적으로 고정된 부분으로서 작용한다.
실시예에서, 액추에이션 및 감지 시스템은 터치 입력 디바이스를 그것의 에지에서 지지하는 전달 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전달 구조체는 터치 입력 디바이스를 지지하기 위한 레그들로서 작용하는 서포트 빔들을 가지는 서포트 구조체일 수 있는데, 이는 평탄한 터치 입력 디바이스일 수 있거나 또는 곡선형 터치 입력 디바이스일 수 있다. 터치 입력 디바이스가 외부 힘을 수신할 때, 외부 힘은, 휘어짐과 같은 탄성 변형을 거치는 빔 스프링들로서 작용할 수 있는, 빔들에 전달될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 전달 구조체는 서포트 구조체일 수 있는데, 이는 더 구체적으로는 서포트 층 또는 서포트 시트의 형태를 가질 수 있고, 서포트 빔들(또한 전달 빔들이라 지칭됨)은 서포트 층의 제1 부분의 에지로부터 연장된다. 실시예에서, 제1 부분은 서포트 층의 중심 부분일 수 있다. 실시예에서, 제1 부분은 서포트 층의 중심 부분이 아니다. 예를 들어, 제1 부분은, 예를 들어, 장착 서포트에 직접 부착되는 베이스 부분으로서 작용할 수 있고, 장착 서포트는 그 다음에 장착 표면에 직접 부착될 수 있다. 베이스 부분은 외부 힘이 서포트 층에 전달될 때 변형되지 않는 실질적으로 뻣뻣한 부분일 수 있다.
실시예에서, 액추에이션 및 감지 시스템은 다수의 전달 구조체들(또한 서포트 구조체들이라 지칭됨)을 포함할 수 있다. 서포트 구조체들은 터치 입력 디바이스의 무게를 지탱하는 하나 이상의 빔을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 하나 이상의 빔은 터치 입력 디바이스의 에지에 배치될 수 있고, 에지는 터치 입력 디바이스의 측방 표면(또한 측면이라 지칭됨)에 인접한 위치들을 포함한다. 예를 들어, 제1 전달 구조체는 터치 입력 디바이스의 제1 측방 표면에 직접 부착되는 다수의 빔들을 가지고, 제2 전달 구조체는 터치 입력 디바이스의 제2 측방 표면(예를 들어, 대향의 측방 표면)에 직접 부착되는 다수의 빔들을 가질 수 있다. 제1 전달 구조체 및 제2 전달 구조체는 장착 서포트 상에서 터치 입력 디바이스를 지지하거나 또는 장착 표면 상에서 직접 지지할 수 있다(장착 서포트가 생략되는 경우).
위에서 논의된 바와 같이, 액추에이션 및 감지 시스템은, 예를 들어, 디스플레이 스크린의 터치 입력 표면에 대해 조합적 햅틱 액추에이터 및 센서 시스템을, 하나의 유닛으로, 제공할 수 있다. 더 구체적으로, 액추에이션 및 감지 시스템은, 별도의 독립적인 시스템들을 통해서 보다는, 동일한 컴포넌트 또는 동일한 컴포넌트들의 세트를 통해 센서 기능성 및 햅틱 액추에이션 기능성을 제공하도록 배열될 수 있다. 센서 기능성은 터치 표면(예를 들어, 터치 입력 디바이스의 전방 표면)에 인가되는, 예컨대 터치 입력으로부터의, 외부 힘을 감지할 수 있다. 햅틱 액추에이션 기능성은 터치 입력 디바이스의 터치 표면 상에 예를 들어, 진동촉각 햅틱 효과를 출력할 수 있다.
본원의 실시예들의 액추에이션 및 감지 시스템은, 센서로서도 기능할 수 있는 액추에이터를 포함할 수 있는, 트랜스듀서를 사용할 수 있다. 실시예에서, 트랜스듀서는, 예를 들어, 압전 세라믹 재료를 가지는 압전 액추에이터를 포함할 수 있다. 압전 세라믹 재료는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수도 있고, 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환시킬 수도 있다. 예를 들어, 액추에이터는 매크로섬유 복합(MFC) 재료를 포함할 수 있는데, 이는 접착제 또는 다른 폴리머 매트릭스 내에 내장된 복수의 압전 세라믹 섬유들을 포함한다. 실시예에서, 트랜스듀서는 전기활성 폴리머(EAP) 재료의 층과 같은 또 다른 재료를 추가로 또는 대안적으로 포함할 수 있다.
실시예에서, 액추에이션 및 감지 시스템은 하나 이상의 리프 스프링(또한 하나 이상의 빔 스프링, 또는 더 일반적으로 이 개시내용에서는 하나 이상의 빔으로서 지칭됨)을 포함하는 기계적 구성을 이용할 수 있다. 리프 스프링들은 터치 입력 디바이스의 무게를 지탱하는 서스펜션 및 디스플레이 스크린의 표면과 같은 터치 입력 표면을 형성할 수 있지만, 실시예에서, 터치 입력 디바이스의 무게는 또 다른 컴포넌트에 의해 지탱되고, 하나 이상의 리프 스프링은 터치 입력 디바이스의 무게를 지탱할 필요가 없다. 실시예에서, 리프 스프링들은 터치 입력 디바이스와 평행할 수 있다. 실시예에서, 리프 스프링들은 터치 입력 디바이스와 경사각 또는 직각을 형성할 수 있다. 일부 경우들에서, 리프 스프링들은 터치 입력 디바이스의 측방 표면에 인접하게 배치될 수 있다. 실시예에서, 전술된 트랜스듀서의 MFC 재료는 z-방향(예를 들어, 기계적으로 접지된 바디 또는 장착 서포트에 실질적으로 수직인 방향)으로 또는 x-방향 또는 y-방향으로, 또는 일부 다른 방향으로 진동 피드백과 같은 햅틱 피드백(또한 햅틱 효과라 지칭됨)을 제공하도록 하나 이상의 리프 스프링에 결합될 수 있다. 진동은, 디바이스의 터치 표면에서 진동촉각 햅틱 효과를 출력하기 위해, 전달 구조체의 하나 이상의 리프 스프링으로부터 터치 입력 디바이스로 전달될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 트랜스듀서는 감지 기능성을 제공하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 터치 표면 상에 외부 힘 또는 압력을 인가하는 경우, 이 외부 힘은 전달 구조체의 하나 이상의 리프 스프링에 의해 트랜스듀서의 MFC 재료에 전달될 수 있다. 외부 힘은 MFC 재료를 변형시키고, 따라서 재료 내에 스트레인을 생성할 수 있다. MFC 재료는 변형을 야기한 기계적 에너지를 전기 신호로 변환시킬 수 있고, 이는 센서 신호로서 추가로 프로세싱될 수 있다. 일 예에서, 센서 신호는 MFC 재료에 의해 생성되는 제1 전기 신호일 수 있는 반면, 제2 전기 신호는 MFC 재료에 인가되어 그것이 하나 이상의 리프 스프링에 의해 터치 표면에 전달되는 진동 또는 다른 액추에이션을 출력하여 거기서 햅틱 효과를 출력하게 할 수 있다. 따라서, 액추에이션 및 감지 시스템은 햅틱 피드백 및 센서 기능성 둘 모두를 제공할 수 있다. 실시예에서, 액추에이션 및 감지 시스템의 감지 기능성은 터치 입력의 존재 뿐만 아니라, 터치 입력으로부터의 힘 또는 압력의 양, 터치 입력으로부터의 외부 힘의 방향, 터치 입력에 의해 직접 터치되는 입력 표면 상의 위치, 또는 일부 다른 특성과 같은, 터치 입력의 특성을 검출할 수 있다.
실시예에서, 위에서 논의된 액추에이션 및 감지 시스템은 도 1a에 예시된 바와 같이, 터치 입력 시스템(100)의 일부일 수 있다. 실시예에서, 터치 입력 시스템(100)은 차량 상태의 시청 및/또는 제어, 차량객실 온도, 내비게이션, 라디오, 호출 및 텍스트, 또는 다른 기능성과 같은 다양한 기능성을 위한 사용자 상호작용을 제공하기 위해 사용되는 중앙 콘솔 시스템 및/또는 차량 대시보드 시스템과 같은, 차량-내 사용자 인터페이스 시스템의 일부일 수 있다. 실시예에서, 도 1b에 예시된 바와 같이, 터치 입력 시스템(100)은 터치 입력 디바이스(111)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 터치 입력 디바이스는 맞춤형(conformed) 입력 표면을 제공할 수 있다. 일부 경우들에서, 맞춤형 입력 표면은 대시보드의 곡률에 따르도록 휘어질 수 있다.
도 1c에 예시된 바와 같이, 터치 입력 디바이스(111)는 터치 입력을 수신하기 위한 입력 표면(예를 들어, 전방 표면(111a)), 입력 표면에 대한 대향 표면(전방 표면(111a)에 대한 대향 표면)인 후방 표면(111b)을 가질 수 있다. 터치 입력 디바이스(111)는, 실시예에서, 전방 표면(111a)에 실질적으로 수직인 표면들일 수 있는, 측방 표면들(또한 측면들이라 지칭됨)(111c 내지 111f)을 또한 가질 수 있다. 더 일반적으로 말하면, 측방 표면들(111c 내지 111f)은 입력 표면(예를 들어, 전방 표면(111a))이 아니며 입력 표면에 대한 대향 표면이 되는 표면이 아닌(예를 들어, 후방 표면이 아닌) 표면들일 수 있다. 실시예에서, 측방 표면들(111c 내지 111f)은 터치 입력 디바이스의 전방 표면 또는 후방 표면의 다양한 에지들(예를 들어, 상부 에지, 하부 에지, 좌측 에지, 및 우측 에지)을 형성할 수 있다. 전방 표면 또는 후방 표면의 이러한 에지들은 또한 터치 입력 디바이스의 에지들이라고도 지칭될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 본 개시내용의 일부 실시예들에서, 액추에이션 및 감지 시스템(110)은 터치 입력 디바이스(111)를 지지하기 위한 서포트 시스템으로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 도 1b에 예시된 바와 같이, 액추에이션 및 감지 시스템(110)은 터치 입력 디바이스(111)의 무게를 지탱하는 서스펜션 시스템으로서 작용할 수 있다. 실시예에서, 터치 입력 디바이스(111)는 디스플레이 스크린을 포함할 수 있고, 스크린의 전방 표면(111a)은 입력 표면이다. 디스플레이 스크린은 디스플레이 스크린을 터치 스크린으로서 구성하는, 디스플레이 스크린의 전방 표면(111a) 근처에 배치되는 저항성 또는 용량성 터치 센서들과 같은 내부 터치 센서들을 가질 수 있거나, 이러한 내부 센서들을 가지지 않을 수 있다. 실시예에서, 터치 입력 디바이스(111)는 디스플레이 스크린 또는 다른 디스플레이 기능성을 가지지 않을 수 있고, 터치 패드로서 기능할 수 있다.
도 1b에 예시된 실시예에서, 터치 입력 시스템(100)은 차량의 대시보드 또는 센터 콘솔의 바디와 같은, 바디(130)의 장착 표면(130a)에 터치 입력 디바이스(111)와 액추에이션 및 감지 시스템(110)을 부착하는 장착 서포트(120)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 장착 서포트(120)는 하나의 단부에서 액추에이션 및 감지 시스템(110)에 부착되고 다른 단부에서 장착 표면(130a)에 부착되는 강성 블록일 수 있다. 실시예에서, 장착 서포트(120) 및 바디(130)는 기계적으로 접지된 백플레인(backplane)을 함께 형성할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 터치 입력 디바이스(111)는, 터치 입력 디바이스(111)의 전방 표면(111a)과 같은 입력 표면 상의 사용자 누름과 같은, 터치 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 누름은 터치 입력 디바이스(111)상에 디스플레이되는 버튼을 클릭하기 위한 입력, 또는 일부 다른 사용자 입력의 일부일 수 있다. 사용자가 터치 입력 디바이스(111)의 터치 표면 상에서 누르거나 아니면 외부 힘을 인가함에 따라, 액추에이션 및 감지 시스템(110)은 변형하도록 구성될 수 있다. 더 구체적으로, 액추에이션 및 감지 시스템(110)은 변형하도록 구성되는 전달 구조체를 가질 수 있다. 전달 구조체는 트랜스듀서가 변형하도록 하는 외부 힘을 트랜스듀서에 전달할 수 있고, 변형은 트랜스듀서가 전기 신호를 생성하도록 한다. 전기 신호는 터치 입력을 검출하도록 사용될 수 있는 센서 신호로 간주될 수 있다. 트랜스듀서는 전기 신호를 액추에이션으로 변환시키는 액추에이터로서 또한 작용할 수 있다.
실시예에서, 사용자가 외부 힘을 터치 입력 디바이스(111)에 인가할 때, 액추에이션 및 감지 시스템(110)은 사용자에게 인지가능한 양만큼 변형할 수 있다. 이러한 시나리오에서, 변형은 예를 들어, 클릭 입력의 결과로서 기계적 버튼이 눌러지는 것을 시뮬레이트하는데 사용될 수 있다. 이 시나리오에서, 외부 힘은 전방 표면(111a)에 실질적으로 수직인 방향일 수 있다. 터치 입력 디바이스(111)는 예를 들어, 강성일 수 있고, 따라서, 버튼이 눌러지는 감각을 저절로 완전하게 재생하지 못할 수 있다. 그러나 액추에이션 및 감지 시스템(110)은 사용자에게 검출가능한 충분한 양만큼 변형을 겪을 수 있으며, 따라서 버튼이 눌러지는 느낌을 재생하는데 도움이 될 수 있다. 따라서, 액추에이션 및 감지 시스템(110)은, 터치 입력 디바이스(111)가 터치 입력을 또한 검출할 수 있는 예를 들어, 내부 용량성 터치 센서를 이미 가지더라도, 터치 입력의 수신 동안 터치 입력 디바이스(111)를 보완할 수 있다.
실시예에서, 위에서 논의된 바와 같이, 액추에이션 및 감지 시스템은 액추에이터 기능성과 센서 기능성을 조합할 수 있다. 액추에이터 기능성은, 예를 들어, 매크로섬유 복합(MFC) 액추에이터, 전기활성 폴리머(EAP) 액추에이터와 같은 압전 세라믹 액추에이터, 임의의 다른 작동가능한 재료의 층, 또는 이들의 임의의 조합을 사용할 수 있다. MFC 액추에이터는 다른 타입들의 액추에이터들 또는 작동가능한 재료에 비해 증가한 유연성을 가진다는 장점을 제공할 수 있다. MFC 액추에이터 또는 EAP 액추에이터는 또한 액추에이션 및 감지 시스템(110)에 대한 감지 기능성을 제공할 수 있는 트랜스듀서일 수 있다.
도 2a 및 2b는 전달 구조체(113) 및 복수의 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d)을 포함하는 액추에이션 및 감지 시스템(110)을 예시한다. 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d)은 각자의 트랜스듀서 패치가 외부 힘에 의해 변형될 때 제1 전기 신호를 출력함으로써 센서로서 작용하도록 구성되고, 전달 구조체(113)를 작동시키는 움직임을 출력함으로써 액추에이터로서 작용하도록 구성되는, 트랜스듀서 재료의 층을 각각 가질 수 있다. 전달 구조체(113)는 터치 입력 디바이스(111)에 의해 수신되는 외부 힘을 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d) 중 적어도 하나에 전달하고, 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d) 중 임의의 것에 의해 출력되는 액추에이션을 터치 입력 디바이스에 전달하도록 구성된다. 실시예에서, 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d) 각각은 트랜스듀서 패치의 대향 측들에 접속되는 전극들의 각자의 쌍을 가질 수 있다. 전극들의 쌍은 트랜스듀서 패치와 동일한 면 내에 있을 수 있다. 도 2a 및 2b에서, 전달 구조체(113)는 층의 형태를 가지고, 따라서, 전달 층(113)으로서 지칭될 수 있다. 전달 층(113)은 빔 스프링들로서 작용하는 복수의 빔들(113a 내지 113d)을 형성할 수 있다. 이러한 빔 스프링들은 또한 리프 스프링들이라 지칭될 수 있다. 따라서, 도 2a 및 2b에서, 빔 스프링들(113a 내지 113d)은 또한 리프 스프링들(113a 내지 113d)이라 지칭될 수 있다. 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d)은 각자, 리프 스프링들(113a 내지 113d) 상에 결합되고, 장착되거나, 또는 다른 방식으로 배치될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d)은 햅틱 효과를 생성하는 액추에이션을 출력하도록 사용될 수 있다. 따라서, 도 2a 내지 2b에서, 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d)은 또한 액추에이터 패치들(114a 내지 114d)이라 지칭될 수 있다.
도 2a 및 2b에서의 전달 층(113)이 4개의 리프 스프링들(113a-113d)을 예시하지만, 다른 실시예들은, 햅틱 효과가 얼마나 강하게 필요하거나 요구되는지에 따라, 더 적은 리프 스프링들(예를 들어, 2개의 리프 스프링) 또는 더 많은 리프 스프링들(예를 들어, 6개 이상의 리프 스프링)을 가질 수 있다. 이 실시예에서, 터치 입력에 의해 가해지는 외부 힘에 의한 터치 입력 디바이스의 움직임은 리프 스프링들(113a-113d) 중 하나 이상의 변형을 야기할 수 있다. 리프 스프링들(113a-113d) 각각은 터치 입력 디바이스(111)의 무게의 일부를 지탱하는, 그리고 터치 입력으로부터의 외부 힘이 터치 입력 디바이스(111)에 가해질 때 변형하는(예를 들어, 휘어지는) 암 부분으로서 작용할 수 있다. 실시예에서, 전달 층(113)은 금속 시트로서 형성될 수 있고, 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 금속 스탬핑 프로세스를 통해, 임의의 다른 기계가공 기법(예를 들어, 래싱(lathing), 밀링(milling), 기계적 또는 레이저 커팅)에 의해, 임의의 다른 기법, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 형성될 수 있다. 실시예에서, 전달 층(113)은 유리 시트를 포함할 수 있다. 실시예에서, 리프 스프링들은 하나의 재료(예를 들어, 플라스틱)로 만들어질 수 있고, 더 강성인 재료(예를 들어, 유리 또는 금속)에 결합될 수 있다. 실시예에서, 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 모두 직사각형 빔들이며, 동일한 길이, 폭 및 두께를 가진다. 또 다른 실시예에서, 빔들(113a 내지 113d)은 상이한 각자의 형상들 및/또는 상이한 디멘젼들을 가질 수 있다.
도 2a 및 2b에서, 전달 층(113)은 리프 스프링들(113a 내지 113d)이 연장되는 제1 부분(113e)을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 제1 부분(113e)의 에지로부터 연장될 수 있다. 제1 부분(113e)은 (예를 들어, 장착 서포트(120)를 통해) 장착 표면(130a)에 부착되도록 의도되는 전달 층(113)의 일부분일 수 있다. 실시예에서, 제1 부분(113e)은 실질적으로 전달 층(113)의 비유연성, 아니면 뻣뻣한 부분일 수 있고, 제1 부분(113e)은 외부 힘이 전달 층(113)에 인가될 때 변형되지 않는다. 예를 들어, 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 이들이 사용자 입력에 대해 예상되는 특정 범위의 힘들 또는 압력들에 의해 변형되도록 하는 디멘젼들(예를 들어, 길이 및/또는 폭)을 가질 수 있지만, 전달 층(113)의 제1 부분(113e)은 제1 부분(113e)의 모두 또는 거의 모두가 이러한 힘들 또는 압력들의 범위에 대해 기계적으로 접지되는 것으로 간주되도록 충분히 뻣뻣할 수 있다. 다시 말해, 터치 입력으로부터의 외부 힘이 터치 입력 디바이스에 인가될 때, 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 변형할 수 있지만, 제1 부분(113e)의 대부분 또는 전부(심지어 장착 서포트(120) 바로 위에 있지 않는 부분들)는 변형되지 않을 것으로 간주될 수 있다. 또한, 일단 제1 부분(113e)이 장착 서포트(120)를 통해 장착 표면(130a)에 부착되면, 제1 부분(113e)은 도 1b의 장착 서포트(120)에 의해 기계적으로 접지될 수 있고, 이후 실질적으로 고정된 부분(113e), 고정 부분(113e), 또는 기계적으로 접지된 부분(113e)이라 지칭될 수 있다.
실시예에서, 전달 층(113)의 제1 부분(113e) 및 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 동일한 재료로 만들어지고 동일한 단계에서(예를 들어, 금속 스탬핑을 통해) 형성될 수 있으며, 따라서 이들은 동일한 재료의 필수적(integral) 부분이다. 실시예에서, 제1 부분(113e) 및 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 별도로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 부분(113e)은 제1 재료로(예를 들어, 금속 또는 유리로) 형성될 수 있고, 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 제2 재료(예를 들어, 플라스틱 또는 실리콘)로 형성되고, 이후 제1 부분(113e)에 부착될 수 있다.
실시예에서, 리프 스프링들(113a 내지 113d)의 각각의 리프 스프링은, 빔 스프링이라고도 지칭될 수 있는, 탄성 스프링으로 형성되는 모노-리프 스프링인 것으로 간주될 수 있다. 빔 스프링은 휘어짐과 같은 탄성 변형을 거칠 수 있다. 실시예에서, 위에서 논의된 바와 같이, 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 제1 부분(113e)의 에지(들)로부터 연장될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 일부 상황들에서 빔들((113a 내지 113d))이라 지칭될 수 있다. 실시예에서, 전달 층(113)은 전달 층(113)의 제1 부분(113e) 주위에 대칭적으로 배치되는 짝수개의 빔들(예를 들어, 4, 6 또는 8)을 가질 수 있다. 실시예에서, 빔들(113a 내지 113d) 각각은 직사각형 형상을 가질 수 있다.
또한, 액추에이션 및 감지 시스템(110)의 액추에이터 기능성에 대해, 리프 스프링들(113a 내지 113d)의 설계에서의 하나의 인자는 강성(stiffness) 및/또는 공명 주파수를 설계하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 낮은 강성을 가지도록, 따라서 소프트하도록 설계될 수 있다. 소프트한 리프트 스프링들은 리프 스프링들(113a 내지 113d) 상에 장착되는 터치 입력 디바이스(111)(예를 들어, LCD 스크린 또는 OLED 스크린)가 사용자의 터치시 소프트하게 느껴지도록 할 수 있다. 소프트한 리프 스프링들(113a 내지 113d)은 낮은 공명 주파수(즉, 자연 주파수)를 더 가질 수 있다. 리프 스프링들(113a 내지 113d)의 요구되는 강성은, 터치 입력 시스템(100)의 전체 강성을 만족시키고 공명 주파수들의 적절한 범위를 제공하는 방식으로 선택되어야 한다. 예를 들어, 리프 스프링들(113a 내지 113d)의 강성은 이들의 자연 주파수가 100 Hz 내지 250 Hz의 범위 내에 있도록 하는 방식으로 설계될 수 있다. 자연 주파수 또는 공명 주파수는 리프 스프링들(113a 내지 113d)이 면-외(out-of-plane) 움직임에 따라(예를 들어, 도 2a 및 2b에서의 z-축을 따르거나, 아니면 리프 스프링들의 면에 수직하게) 진동하는 주파수를 지칭한다.
실시예에서, 트랜스듀서 패치들(114a-114d) 각각은, 트랜스듀서 패치가 변형될 때 제1 전기 신호를 출력함으로써 센서로서 작용하도록 구성되는, 그리고 제2 전기 신호가 트랜스듀서 재료에 인가될 때 대응하는 리프 스프링(113a-113d)을 작동시키는 움직임을 출력함으로써 액추에이터로서 작용하도록 구성되는, 압전 재료 또는 EAP 재료와 같은, 트랜스듀서 재료의 층을 가질 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서 재료는 전기 에너지를 통해 인가되는 것에 응답하여 팽창하거나 수축할 수 있다. 특정 트랜스듀서 패치의 팽창 또는 수축은 트랜스듀서 패치의 면과 평행한(예를 들어, 그것의 길이 또는 폭을 따르는) 방향일 수 있거나, 또는 트랜스듀서 패치의 면에 수직인(예를 들어, 그것의 두께를 따르는) 방향일 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서 패치(114a)의 트랜스듀서 재료는 그것의 길이 또는 폭을 따라 팽창하거나 수축할 수 있다. 트랜스듀서 패치(114a)가 리프 스프링(113a)에 결합되는 경우, 트랜스듀서 패치(114a)의 팽창 또는 수축은 리프 스프링(113a)이 휘어져 면-외 움직임(예를 들어, 면-외 변형)을 생성하도록 강제할 수 있다. 트랜스듀서 패치(114a)가 예컨대, 발진 구동 신호(예를 들어, 100 Hz 신호)로부터, 팽창과 수축 사이에서 교번하는 경우, 트랜스듀서 패치의 교번하는 팽창 및 수축은 리프 스프링(113a)이 하나의 방향으로 휘어지는 것과 반대 방향으로 휘어지는 것 사이에서 교번하도록 할 수 있다. 리프 스프링(113a)의 결과적인 움직임은 터치 입력 디바이스(111)의 전방 표면에 전파하여 거기서 햅틱 효과를 생성하는 진동을 생성할 수 있다. 발진 구동 신호는 리프 스프링들(113a-113d) 모두에, 또는 리프 스프링들(113a-113d)의 서브세트에만 동시에 인가될 수 있다.
실시예에서, 감지 기능성은, 기계적 입력으로부터의 외부 힘이 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d) 상에 기계적 작업으로서 전달되고 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d)에서 변형을 생성하도록 하는 구조체를 제공하는, 리프 스프링들(113a 내지 113d)을 또한 이용한다. 트랜스듀서 패치들(114a-114d)은 기계적 입력을 추후에 센서 정보로서 사용될 전기적 출력으로서 변환시킬 수 있다. 실시예에서, 제어 유닛(예를 들어, 신호 프로세싱 및 인터페이스 회로)은 전기적 출력의 센서 정보를 프로세싱하여 사용자의 LCD 스크린 또는 다른 터치 입력 디바이스와의 상호작용의 속성에 관한 더 많은 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 신호 프로세싱 및 인터페이스 회로는 사용자가 LCD 스크린 상에 두드리는지, LCD 스크린을 누르는지, LCD 스크린에 상이한 레벨들의 압력을 인가하는지, LCD 스크린의 전방 표면을 통해 또는 전방 표면에 걸쳐 스위핑 제스처(sweeping gesture)를 하는지, 또는 이들의 임의의 조합을 수행하는지를 알아낼 수 있다(figure out). 위의 논의가 기계적 입력을 전기적 출력으로 변환하여 감지 기능성을 제공하는 트랜스듀서 패치들을 참조하지만, 또 다른 실시예는 감지 기능성을 가지지 않고, 단지 전기적 또는 다른 형태의 에너지 입력에 응답하여 출력 움직임을 변환하는 액추에이터들을 사용할 수 있다.
다시 도 2a 및 2b를 참조하면, 도면들은 터치 입력 디바이스(111)의 표면(예를 들어, 터치 입력 디바이스(111)의 후방 표면(111b))에 인접하게 배치되는 액추에이션 및 감지 시스템(110)을 더 일반적으로 예시한다. 이 실시예에서, 도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같이, 터치 입력 디바이스(110)는 액추에이션 및 감지 시스템(110) 상에 장착된다. 실시예에서, 전달 층(113) 및 터치 입력 디바이스(111)는 모두 평탄하고 서로 실질적으로 평행하다. 더 구체적으로, 전달 층(113)은, 터치 입력 또는 다른 외부 힘이 터치 입력 디바이스에 인가되고 있지 않을 때 터치 입력 디바이스의 후방 표면(111b)과 실질적으로 평행할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 터치 입력 디바이스(111)는 터치 입력을 수신하도록 구성되는 전방 표면(111a), 및 후방 표면(111b)을 가질 수 있다. 전방 표면(111a) 및 후방 표면(111b)은 대향 표면들일 수 있다. 전방 표면(111a)은 터치 입력 표면일 수 있다. 터치 입력 디바이스(111)가 디스플레이 스크린인 경우, 전방 표면(111a)은 이미지들이 디스플레이되는 표면일 수 있거나, 더 일반적으로는 사용자와 대면하는 표면일 수 있다.
실시예에서, 액추에이션 및 감지 시스템(110)은 스페이서 층(112), 전달 층(113), 및 복수의 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d)을 포함한다. 도 2a 및 2b에서, 전달 층(113)은 터치 입력 디바이스(111)의 후방 표면(111a) 상에 배치될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 전달 층(113a-113d)은 제1 부분(113e), 및 제1 부분(113e)의 에지들로부터 연장되는 4개의 리프 스프링(113a-113d)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 제1 리프 스프링(113a) 및 제3 리프 스프링(113b)은 제1 부분(113e)의 제1 에지(예를 들어, 좌측 에지)로부터 연장될 수 있고, 제2 리프 스프링(113d) 및 제4 리프 스프링(113c)은 제1 부분(113e)의 제2의 대향 에지(예를 들어, 우측 에지)로부터 연장될 수 있다.
도 2a 및 2b에서, 리프 스프링들(113a-113d)은 또한 빔들(113a-113d)이라 지칭될 수 있다. 실시예에서, 빔들(113a-113d)의 각각의 빔은 외부 힘에 의해 제1 위치(예를 들어, 원래 위치)로부터 변형되고, 외부 힘이 제거된 이후 제1 위치로 자동으로 복귀하도록 복귀할 수 있는 탄성 빔일 수 있다. 예를 들어, 탄성 빔은 스프링 엘리먼트, 또는 더 구체적으로는 빔 스프링일 수 있다. 실시예에서, 제1 부분(113e)은 전달 층(113)의 중심 부분일 수 있다. 실시예에서, 전달 층(113)은 4개 미만의 빔(예를 들어, 오직 단일 빔, 또는 오직 2개의 빔) 또는 4개 초과의 빔(예를 들어, 6개의 빔)을 가질 수 있다. 실시예에서, 전달 층(113)은 터치 입력 디바이스의 인접한 표면(예를 들어, 후방 표면(111b))에 대해 중심에 있을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전달 층(113)은 터치 입력 디바이스의 인접한 표면(예를 들어, 111b)에 대해 중심에서 벗어날 수 있다(off-center).
도 2a 및 2b는 터치 입력 디바이스(111)의 후방 표면(111b)과 빔들(113a 내지 113d)(리프 스프링들로서 작용할 수 있음)의 각각 사이에 배치되는 스페이서 층(112)을 추가로 도시한다. 실시예에서, 스페이서 층(112)은 터치 입력 디바이스(111)의 후방 표면(111b)과 빔들(113a 내지 113d) 각각 사이에 직접 배치되고, 후방 표면(111b)과 전달 층(113)의 제1 부분(예를 들어, 중심 부분)(113e) 사이에는 직접 배치되지 않을 수 있으며, 따라서, 터치 입력 디바이스(111)가 눌러져 전달 층(113)의 제1 부분(113e)과 접촉할 수 있다. 실시예에서, 스페이서 층(112)은 폴리이미드 필름(예를 들어, Kapton®)과 같은 플라스틱 필름으로 만들어질 수 있다. 실시예에서, 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 스페이서 층(112)은 예를 들어, 링 구조체로 구성되는 테이프의 연속적인 스트립으로서 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 스페이서 층(112)은 예를 들어, 각자의 빔들(예를 들어, 113a 내지 113d)로부터 터치 입력 디바이스(111)의 후방 표면(111b)을 분리하는 별도의 그리고 이산적인 스페이서들을 포함할 수 있다. 실시예에서, 스페이서 층은 50 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위 내의 두께를 가지는 스페이서 층을 가진다. 스페이서 층(112)은 압축가능하거나 또는 실질적으로 압축불가능할 수 있다.
또한 도 2a 및 2b에서, 트랜스듀서 패치들(114a-114d)은 제1 빔(113a)의 후방 표면 상에 배치되는 제1 트랜스듀서 패치(114a), 제2 빔(113d)의 후방 표면 상에 배치되는 제2 트랜스듀서 패치(114d), 제3 빔(113b)의 후방 표면 상에 배치되는 제3 트랜스듀서 패치(114b), 및 제4 빔(113d)의 후방 표면 상에 배치되는 제4 트랜스듀서 패치(114c)를 포함한다. 빔들의 후방 표면은 터치 입력 디바이스(111)로부터 떨어져 대면하는 표면일 수 있다. 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d) 각각은, 트랜스듀서 패치 및 그것의 각자의 빔이 외부 힘에 의해 변형될 때 제1 전기 신호를 출력함으로써 센서로서 작용하도록 구성되며, 또한 제2 전기 신호가 트랜스듀서 재료에 인가될 때 각자의 빔을 작동시키는 움직임을 출력함으로써 액추에이터로서 작용하도록 구성되는, 트랜스듀서 재료의 층을 가질 수 있다. 실시예에서, 트랜스듀서 재료는 2개의 전극 사이에 배치되는 매크로섬유 복합(MFC) 재료를 포함한다. MFC 재료는 폴리머 매트릭스 내에 내장되는 복수의 압전 세라믹 섬유들을 가진다. 실시예에서, 트랜스듀서 재료는 전기활성 폴리머(EAP) 또는 탄성중합체 재료를 포함한다.
도 3 및 4에 예시된 바와 같이, 외부 힘에 의한 터치 입력 디바이스(111)의 움직임은 빔들(113a 내지 113d)의 그리고 액추에이터 패치들(114a 내지 114d)의 변형을 야기할 수 있다. 도 3 및 4는 도 2a에서 화살표(A)의 방향으로 보여지는 바와 같이, 터치 입력 시스템(100)의 단면도를 도시한다. 도 3 및 4는 전달 층(113)의 제1 부분(113e)의 대향 에지들로부터 연장되는, 제1 빔(113a) 및 제2 빔(113d)(이들 각각은 리프 스프링으로서 작용할 수 있음)에 의해 지지되는 터치 입력 디바이스(111)를 예시한다. 도 3 및 4에서, 제1 부분(113e)은 바디(130)의 장착 표면(130a)에 부착될 수 있는 장착 서포트(120) 상에 장착되거나 아니면 이에 부착될 수 있다. 도면들은 제1 빔(113a)의 후방 표면(111b)(또는, 더 일반적으로 말하면, 터치 입력 디바이스(111)로부터 떨어져 대면하는 표면) 상에 배치되는 제1 액추에이터 패치(114a), 및 제2 빔(113d)의 후방 표면 상에 배치되는 제2 액추에이터 패치(114d)를 추가로 도시한다.
도 3은 터치 입력 디바이스(111)가 아직 눌러지지 않은 시나리오를 나타내고, 도 4는 터치 입력 디바이스(111)가 외부 힘(F)에 의해 눌러진 상황을 나타낸다. 도 4에 예시된 실시예에서, 외부 힘(F)은 터치 입력 디바이스(111)를, 그것의 전방 표면(111a)에 수직하거나 아니면 실질적으로 수직인 방향으로 누른다. 다른 실시예들에서, 외부 힘(F)은 터치 입력 디바이스(111)의 전방 표면(111a)에 대해 경사진(또는 심지어 평행한) 방향과 같은, 상이한 방향으로 인가될 수 있다.
실시예에서, 터치 입력 디바이스(111)는 금속 및/또는 유리로 형성되는 하우징과 같은, 강성 하우징을 가질 수 있고, 따라서 외부 힘(F)은 터치 입력 디바이스(111)를 단순히 변형하기보다는, 힘(F)과 동일한 방향으로 터치 입력 디바이스(111)를 주로 움직인다. 도 3 및 4가 예시하는 바와 같이, 스페이서 층(112)은 터치 입력 디바이스(111)가 전달 층(113)의 빔들(예를 들어, 113a 및 113d)에 의해 지지되도록 하거나, 또는 더 일반적으로 빔들에 직접 힘을 전달하도록 할 수 있다. 즉, 스페이서 층(112)이 터치 입력 디바이스(111)의 후방 표면(111b)과 전달 층(113)의 제1 부분(113e) 사이에 공간을 생성하기 때문에, 제1 부분(113e)은 일반적으로 터치 입력 디바이스(111)의 무게를 직접 지탱하지는 않는다. 오히려, 스페이서 층(112)이 빔들(예를 들어, 113a 및 113d)에 접촉하기 때문에, 터치 입력 디바이스의 무게는 빔들(113a-113d)에 의해 지탱된다. 따라서, 도 4에서의 외부 힘(F)은 터치 입력 디바이스(111)(이는 강성 구조체를 가질 수 있음)로부터 빔들(113a-113d)로 전달될 수 있다. 또한, 실시예에서, 장착 서포트(120)는 또한 기계적 접지로서 작용하여, 제1 부분(113e)이 힘(F)의 방향으로 움직이는 것을 실질적으로 방지하는 강성 구조체이다. 그 결과, 빔들(예를 들어, 113a 및 113d)은 전달 층(113)의 제1 부분(113e)에 대해 휘어지는 움직임의 형태로 변형을 거친다. 스페이서는 외부 힘이, 적어도 초기에는, 전달 층의 제1 부분(113e)으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 외부 힘은 제1 부분(113e)에 대해 빔들(113a-113d) 중 하나 이상을 변형할 수 있다.
실시예에서, 터치 입력 디바이스(111)의 움직임의 양 및 빔들(예를 들어, 111a)의 휘어짐의 양은 스페이서 층(112)의 두께에 의해 제한될 수 있다. 스페이서 층(112)의 두께는, 예를 들어, 50 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 실시예에서, 스페이서 층(112)의 두께는 터치 입력 디바이스(111)의 후방 표면(111b)과 전달 층(113)의 전방 표면(즉, 터치 입력 디바이스(111)와 대면하는 전달 층(113)의 표면) 사이의 거리와 실질적으로 같을 수 있다. 외부 힘(F)이 이 거리만큼 터치 입력 디바이스(111)를 움직인 이후, 터치 입력 디바이스는 제1 부분(113e)에 대해 접촉하게 될 수 있는데, 이는 강성 장착 서포트(120)에 의해 기계적으로 접지된다. 제1 부분(113e) 및 장착 서포트(120)는 따라서 터치 입력 디바이스(111)의 추가적인 움직임을 방지하고, 외부 힘(F)의 방향으로의 빔들(예를 들어, 113a 및 113d)의 추가적인 휘어짐을 방지할 수 있다.
실시예에서, 빔들(예를 들어, 113a 및 113d)의 변형은 그 위에 배치되는 트랜스듀서 패치들 역시 변형되도록 한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 빔들(113a 및 113d)이 외부 힘(F)에 의해 휘어지는 경우, 각자의 트랜스듀서 패치들(114a 및 114d) 역시 휘어질 수 있다. 각자의 트랜스듀서 패치들(114a 및 114d)은 각각 변형으로부터 전기 신호를 생성할 수 있다. 전극들의 각자의 쌍은 트랜스듀서 패치들(114a-114d) 각각의 대향 측들(예를 들어, 좌측 및 우측) 상에 배치되어 전기 신호를 제어 유닛에 전도한다. 전기 신호는 예를 들어, 2개의 전극 사이의 전압차로서 표현될 수 있다. 실시예에서, 빔들(및 이들의 각자의 트랜스듀서 패치들)은 동일한 양만큼 변형될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 외부 힘(F)이 터치 입력 디바이스의 터치 표면(예를 들어, 전방 표면(111a))의 중심에 인가될 때, 발생할 수 있다. 이러한 힘은 예를 들어, 도 2a 및 2b의 4개의 빔(113a 내지 113d)에 동일하게 분배될 수 있다. 실시예에서, 빔들(및 이들의 각자의 트랜스듀서 패치들)은 상이한 양들만큼 변형될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 외부 힘(F)이 터치 표면의 중심에 정확하게 인가되지는 않았지만, 대신 터치 표면의 특정 표면 또는 코너에 더 가깝게 인가될 때 발생할 수 있다. 이러한 외부 힘은 예를 들어, 도 2a 및 2b의 4개의 빔(113a 내지 113d)에 걸쳐 불균일하게 분배될 수 있다. 실시예에서, 제어 유닛은 각자의 빔들에서의 변형의 양들 및 외부 힘(F)이 빔들에 걸쳐 어떻게 분배되는지에 대한 결정에 기초하여, 외부 힘(F)이 (예를 들어, 터치 입력으로부터) 인가되는 터치 표면 상의 위치를 결정할 수 있다. 외부 힘(F)이 인가되는 위치를 결정함으로써, 제어 유닛은 또한 터치 입력의 움직임을 추적하여, 예를 들어, 터치 표면 상에서 스위핑 제스처 또는 임의의 다른 제스처를 검출할 수 있다.
도 5는 액추에이션 및 감지 시스템(110a)을 가지는 터치 입력 시스템의 또 다른 실시예를 예시한다. 도 3 및 4에서와 같이, 액추에이션 및 감지 시스템(110a)은 제1 빔(113a), 제2 빔(113b), 스페이서 층(112), 제1 트랜스듀서 패치(114a), 및 제2 트랜스듀서 패치(114b)를 포함한다. 액추에이션 및 감지 시스템(110a)은 제1 압축 스프링(115a) 및 제2 압축 스프링(115b)을 더 포함하는데, 이는 전체 액추에이션 및 감지 시스템(110a)의 공명 주파수를 동조시키도록 설계될 수 있다. 제1 압축 스프링(115a)은 터치 입력 디바이스(111)의 제1 에지(예를 들어, 좌측 에지)와 장착 표면(130a) 사이에 배치될 수 있다. 제2 압축 스프링(115b)은 터치 입력 디바이스의 제2의, 대향 에지(예를 들어, 우측 에지)와 장착 표면(130a) 사이에 배치될 수 있다.
도 6은 도 2a 및 2b에 도시되는 터치 입력 시스템의 블록도를 예시한다. 블록도는 터치 입력 디바이스(111), 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d), 제어 유닛(140), 신호 생성기(150), 및 스위치(160)를 포함한다. 제어 유닛(140)은 스위치(160)를 통해 트랜스듀서 패치들(114a-114d)과 신호 통신할 수 있다. 더 구체적으로, 그것은 트랜스듀서 패치들(114a-114d)과 접촉하는 전극들과 신호 통신할 수 있다. 실시예에서, 스위치(160)는 감지 모드와 액추에이션 모드 사이에서 터치 입력 시스템(100)을 스위칭하도록 구성될 수 있다. 감지 모드에서, 스위치(160)는 트랜스듀서 패치들(114a-114d) 중 하나 이상으로부터 제어 유닛(140)까지 전기 신호를 라우팅하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 스위치(160)는 감지 모드 동안 신호 생성기(150)로부터 트랜스듀서 패치들(114a 내지 114d)을 전기적으로 접속해제할 수 있다. 신호 생성기(150)가 도 6에서 제어 유닛(140)으로부터 별개인 것으로 도시되지만, 신호 생성기(150)는 일부 실시예들에서는 제어 유닛(140)의 일부일 수 있다. 액추에이션 모드에서, 스위치(160)는 신호 생성기(150)를 트랜스듀서 패치들(114a-114d) 중 하나 이상에 전기적으로 접속시킬 수 있다. 실시예에서, 제어 유닛(140)은 마이크로프로세서, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA), 임의의 다른 컴퓨팅 회로, 또는 이들의 임의의 조합을 이용하여 구현될 수 있다.
실시예에서, 감지 모드에서의 제어 유닛은 제1 기간 동안 하나 이상의 트랜스듀서 패치로부터 제1 전기 신호(예를 들어, 전압 신호 또는 전류 신호)를 수신하도록, 그리고 제1 전기 신호의 수신에 기초하여 외부 힘에 의한 터치 입력 디바이스의 움직임을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어 유닛은 외부 힘에 의한 디스플레이 디바이스의 움직임의 검출에 기초하여 터치 입력이 수신되었다고 결정하도록 추가로 구성될 수 있다. 실시예에서, 제어 유닛은, 그것이 트랜스듀서 패치들(114a-114d) 중 하나 이상으로부터 정의된 임계와 동일하거나 그보다 더 큰 진폭을 가지는 전기 신호를 수신한 경우, 터치 입력이 수신되었다고 결정하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 제1 기간은 감지 기간일 수 있다. 감지 기간은, 예를 들어, 제어 유닛이 햅틱 효과를 출력하도록 결정한 기간(들) 밖의(액추에이션 기간 밖의) 모든 시간 기간들을 포함할 수 있다. 실시예에서, 제어 유닛(140)은 제1 전기 신호에 기초하여 터치 입력의 하나 이상의 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 특성은, 예를 들어, 터치 입력과 연관된 압력 레벨, 터치 입력의 위치, 터치 입력이 태핑 입력인지의 여부, 및/또는 터치 입력과 연관된 제스처(예를 들어, 스위핑 제스처)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 제1 전기 신호가 하나 이상의 펄스를 포함할 때, 제어 유닛은 터치 입력이 태핑 입력이라고 결정하도록 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 각각의 펄스는 태핑 입력의 상이한 태핑에 대응할 수 있다.
실시예에서, 액추에이션 모드에서의 제어 유닛(140)은 햅틱 효과를 생성한다는 결정에 응답하여 제2 기간(예를 들어, 액추에이션 기간) 동안 하나 이상의 트랜스듀서 패치에 제2 전기 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 전기 신호는 특정 트랜스듀서 패치와 접촉하는 전극들의 쌍에 차동 신호로서 인가될 수 있다. 실시예에서, 제어 유닛(140)은 신호 생성기(150)가, 제2 전기 신호로서, 빔들(예를 들어, 113a 및/또는 113d) 중 하나 이상의 공명 주파수에서, 정현파 신호와 같은 발진 구동 신호를 출력하게 하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 각각의 빔은 100Hz 내지 250 Hz의 범위 내인 공명 주파수를 가진다. 동일한 발진 구동 신호가 빔들 모두(예를 들어, 113a 내지 113d)에, 또는 빔들의 서브세트에만(예를 들어, 빔(113a)에만) 제공될 수 있다.
도 7-12는 액추에이션 및 감지 시스템의 일부를 형성하는 전달 층에 대한 다양한 구조체들 및 레이아웃들의 최상부 도면들을 예시한다. 도 7은 도 2a 및 2b에 도시된 전달 층의 최상부 도면을 도시한다. 도면은 장착 서포트(120) 상에 장착되거나 아니면 부착되는 제1 부분(113e)을 가지는, 그리고 제1 부분(113e)으로부터 연장되는 4개의 빔(113a 내지 113d)을 가지는, 전달 층(113)을 도시한다. 4개의 빔(113a 내지 113d)은 제1 부분(113e) 주위에 대칭적으로 배치될 수 있고, 따라서, 빔들 중 2개는 제1 부분(113e)의 제1 에지(113f)(예를 들어, 좌측 에지)로부터 연장되고, 다른 2개의 빔은 제1 부분(113e)의 제2의 대향 에지(113g)(예를 들어, 우측 에지)로부터 연장된다. 도 7은 각자의 빔들(113a 내지 113d) 상에 배치되는 4개의 트랜스듀서 패치(114a 내지 114d)를 추가로 도시한다.
도 8은 제1 빔(213a) 및 제2 빔(213b)만 가지는 전달 층(213)을 예시한다. 2개의 빔(213a, 213b)은 전달 층(213)의 제1 부분(213c)의 각자의 대향 에지들(213f, 213g)로부터 연장된다. 제1 부분(213)은 장착 서포트(220) 상에 장착되거나 아니면 이에 부착될 수 있다. 도 8은 각자, 제1 빔(213a) 및 제2 빔(213b) 상에 배치되는 제1 트랜스듀서 패치(214) 및 제2 트랜스듀서 패치(214b)를 추가로 도시한다. 도 8에서의 전달 층(213)은 터치 입력 디바이스의, 측방 표면 또는 후방 표면과 같은, 표면에 인접하게 배치될 수 있다.
도 9는 전달 층(313)의 제1 부분(313e)으로부터 연장되는 4개의 빔(313a 내지 313d)을 가지는 전달 층(313)을 예시한다. 제1 부분(313e)은 장착 서포트(320) 상에 장착될 수 있다. 도 9에 예시된 바와 같이, 빔들(313a 내지 313d) 각각은 이에 경사진 방향으로 제1 부분(313e)으로부터 연장될 수 있다. 빔들(313a 내지 313d) 중 하나가 예를 들어, 하향 방향으로 눌러지거나 또는 사이드웨이 모션(sideways motion)으로 스와이프될 때, 빔들(313a 내지 313d)은 휘는 힘과 비트는 힘(twisting force) 둘 모두(즉, 휨 컴포넌트 및 비틀림 컴포넌트 둘 모두)를 겪을 수 있다. 실시예에서, 빔들(313a 내지 313d)이 제1 부분(313e)으로부터 기울어져 연장되는 각은 외부 힘이 이들 상에 인가될 때 이들이 어떻게 변형될지에 대해 빔들(313a 내지 313d)의 강성을 조정(tune)하도록 설계될 수 있다. 도 9에 추가로 예시되는 바와 같이, 복수의 트랜스듀서 패치들(314a 내지 314d)은 빔들(313a 내지 313d)의 각자의 빔들 상에 배치된다. 도 9에서의 전달 층(313)은 터치 입력 디바이스의, 측방 표면 또는 후방 표면과 같은, 표면에 인접하게 배치될 수 있다.
도 10은 전달 층(413)의 제1 부분(413g)으로부터 연장되는 6개의 빔(413a 내지 413f)을 가지는 전달 층(413)을 예시한다. 제1 부분(413g)은 장착 서포트(420) 상에 장착될 수 있다. 도 10에서, 4개의 트랜스듀서 패치(414a 내지 414d)는 6개의 빔(413a 내지 413f)의 단지 서브세트의 각자 상에 배치될 수 있다. 다시 말해, 도 10의 실시예에서, 트랜스듀서 패치가 빔(413b) 상에도, 빔(413e) 상에도 배치되지 않는다. 도 10의 전달 층(413)은 터치 입력 디바이스의, 측방 표면 또는 후방 표면과 같은, 표면에 인접하게 배치될 수 있다.
위의 실시예들 중 일부가 전달 층의 대향 에지들로부터 연장되는 적어도 2개의 빔을 가지는 전달 층을 수반하지만, 본 개시내용의 또 다른 실시예는, 도 11에 예시된 바와 같이, 하나의 빔(513b)만을 가지는 전달 층(513)을 수반할 수 있다. 더 구체적으로, 도 11의 전달 층(513)은 그 자체가 장착 서포트(520)에 부착되는 제1 부분(513a)을 가질 수 있다. 전달 층(513)은 실질적으로 고정된 부분(513a)의 에지로부터 연장되는 단일 빔(513b)을 더 가질 수 있다. 트랜스듀서 패치(514a)는 빔(513b) 상에 배치될 수 있다. 도 11의 전달 층(513)은 터치 입력 디바이스의, 측방 표면 또는 후방 표면과 같은, 표면에 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, LCD 스크린과 같은 터치 입력 디바이스는 전달 층(513)의 빔(513b) 상에 장착될 수 있다. 또 다른 예에서, 터치 입력 디바이스는 전달 층(513)에 인접하게 배치되는 측방 표면을 가질 수 있다. 실시예에서, 스페이서 층이 빔(513b)과 터치 입력 디바이스 사이에 배치될 수 있다. 실시예에서, 스페이서 층은, 그 사이에 갭 또는 거리를 남겨두도록, 제1 부분(513a)과 터치 입력 디바이스 사이에 배치되지 않는다. 사용자가 터치 입력 디바이스 상에서 누를 때, 터치 입력 디바이스는 예를 들어, 하향 방향으로 또는 옆(sideways) 방향으로 눌러질 수 있다. 이 움직임은 터치 입력 디바이스와 제1 부분(513a) 사이의 갭 또는 거리가 감소하도록 하고, 또한 빔(513b) 및 트랜스듀서 패치(514a)가 휘어지도록 할 수 있다.
도 12-15는 LCD 디바이스(1211)와 액추에이션 및 감지 시스템(1210)을 포함하는 터치 입력 시스템(1200)의 도면들을 예시한다. 도 12-14에 도시된 바와 같이, 액추에이션 및 감지 시스템(1210)은 스페이서 층(1212), 리프 스프링 층(1213)(이는 또한 빔 스프링 층(1213), 또는 더 일반적으로 전달 층(1213)이라 지칭될 수 있음), 및 6개의 리프 스프링(1213a-1213f)을 포함한다. 터치 입력 시스템(1200)은 액추에이션 및 감지 시스템(1210)이 부착되는 장착 서포트 구조체(1220/1230)를 더 포함한다. 장착 서포트 구조체(1220/1230)는 기계적으로 접지되는 구조체를 제공할 수 있다. 실시예에서, 장착 서포트 구조체(1220/1230)는 터치 입력 시스템(1200)을 설치하기 위한 차량 객실 내의 표면과 같은, 장착 표면에 직접 부착될 수 있다.
도 14는 리프 스프링 층(1213)의 제1 표면(12131)의 도면을 제공한다. 이 표면은 LCD 디바이스(1211)와 대면하는 표면일 수 있고, 스페이서 층(1212)에 접촉하는 표면일 수 있다. 도 14에서, 리프 스프링 층(1213)은 제1 부분(1213g)의 에지들 중 하나로부터 연장되는 6개의 빔(1213a 내지 1213f)을 포함한다. 제1 부분(1213g)은 예를 들어, 리프 스프링 층(1213)의 중심 부분일 수 있다. 제1 부분(1213g)은 리프 스프링 층(1213)의 기계적으로 접지된 부분(또한 실질적으로 고정된 부분이라 지칭됨)일 수 있다. 도면에 추가로 도시된 바와 같이, 빔들(1213a 내지 1213f) 각각은 제1 부분(1213g) 주위의 완전한 또는 부분적 둘레를 형성하는 프레임(1213h)에 부착될 수 있다. 빔들(1213a-1213f)은 갭들(1401-1407)에 의해 분리될 수 있다. 또한, 갭(1411) 및 또 다른 갭(1413)은 빔들 중 일부로부터 프레임(1213h)을 분리시킬 수 있다.
도 15는 12131에 대한 대향 표면인 제2 표면(12132)을 도시한다. 도면이 예시하는 바와 같이, 복수의 MFC 액추에이터들(1214a 내지 1214f)은 복수의 빔들(1213a 내지 1213f)의 각자의 빔들 상에 배치될 수 있다. MFC 액추에이터들 각각은 기계적 에너지를 전기 에너지로, 그리고 그 역으로 변환시킬 수 있는 트랜스듀서일 수 있다.
도 16-18은 터치 입력 디바이스(1611), 및 제1 전달 구조체(1613) 및 제2 전달 구조체(1623)를 포함하는 액추에이션 및 감지 시스템(1610)를 가지는, 터치 입력 시스템(1600)의 실시예를 예시한다. 실시예에서, 제1 전달 구조체(1613) 및 제2 전달 구조체(1623) 각각은 예를 들어, 금속 시트 또는 다른 재료로 형성될 수 있고, 따라서 전달 시트 또는 전달 층이라 지칭될 수 있다. 전달 구조체들(1613, 1623) 각각은 터치 입력 디바이스(1611)의 무게의 일부분을 지탱하기 위한 레그로서 작용하는, 또한 서포트 빔이라 지칭될 수 있는, 빔을 더 가질 수 있다.
실시예에서, 터치 입력 디바이스(1611)는 곡선형 디스플레이 디바이스이며, 곡선형 디스플레이 층(예를 들어, 유기 발광 다이오드 OLED, 또는 액정 디스플레이, 또는 LCD 층)(1611a) 및 곡선형 커버 층(예를 들어, 유리 커버 또는 플라스틱 커버)(1611b)을 가진다. 실시예에서, 터치 입력 디바이스(1611)는 커버 층(1611b)의 최상부 표면인 입력 표면(1601)을 가질 수 있다. 최상부 표면은 더 일반적으로는, 사용자-대면 표면, 및/또는 이미지가 디스플레이되는 표면일 수 있는, 커버 층(1611b)의 전방 표면일 수 있다. 실시예에서, 터치 입력 디바이스(1611)는 차량 대시보드의 일부인 맞춤형 디스플레이 디바이스일 수 있다. 실시예에서, 입력 표면(1601)은 다양한 방향들에서 터치 입력으로부터 외부 힘을 수신할 수 있다. 방향은 기계적으로 접지된 층 또는 기판(1620/1630)에 대해 측정될 수 있다. 실시예에서, 기계적으로 접지된 층 또는 기판(1620/1630)은 장착 서포트 구조체일 수 있다. 방향은 또한 터치 입력 디바이스(1611)에 대해 측정될 수 있다. 이러한 시나리오에서, 외부 힘은 기울어져 인가될 수 있고, 입력 표면(1601)과 외부 힘 사이의 각은 외부 힘의 방향과 외부 힘이 직접 인가되는 위치에서의 입력 표면에 접하는 면 사이에 형성되는 각을 지칭할 수 있다. 위치는 입력 표면과 터치 입력 사이의 직접적 접촉이 존재하는 위치일 수 있다. 외부 힘은 접지된 층 또는 기판(1620/1630)에 또는 입력 표면(1601)에 대해 수직이거나, 평행하거나, 경사진 방향으로 인가될 수 있다.
도 16-18에 예시된 바와 같이, 액추에이션 및 감지 시스템(1610)은 터치 입력 디바이스(1611)의 제1 에지로부터 기계적으로 접지된 구조체(1620/1630)로 연장되는 제1 전달 컴포넌트(1613)를 포함하고, 터치 입력 디바이스(1622)의 제2의 대향 에지로부터 기계적으로 접지된 구조체(1630)로 연장되는 제2 전달 컴포넌트(1623)를 포함한다. 에지들은, 예를 들어, 터치 입력 디바이스(1611)의 입력 표면(1601) 또는 후방 표면이 터치 입력 디바이스(1611)의 측방 표면에서 만나는 곳을 지칭할 수 있다. 실시예에서, 측방 표면은 터치 입력 디바이스의 전방 표면 또는 후방 표면이 아닌 표면일 수 있다. 이러한 실시예에서, 전방 표면은, 예를 들어, (터치 입력 디바이스가 디스플레이 디바이스인 경우) 이미지가 디스플레이되는 외부 표면과 같은, 터치 입력 디바이스의 외부 표면일 수 있다. 실시예에서, 측방 표면은 터치 입력 디바이스의 전방 표면 및/또는 후방 표면에 수직(또는 더 일반적으로, 실질적으로 수직)일 수 있다. 도 16 및 17이 터치 입력 디바이스(1611)의 각자의 측방 표면들(1611b1, 1611b2)에 인접하게 배치되는 2개의 전달 구조체(1613, 1623)를 도시하지만, 다른 실시예들은 더 적거나 더 많은 전달 구조체를 가질 수 있다.
도 16-18에서, 제1 전달 구조체(1613)는 제1 부분(1613d)의 에지에서 기계적으로 접지된 구조체(1620/1630)(예를 들어, 기계적으로 접지된 베이스)에 고정되는(즉, 기계적으로 접지되는) 제1 부분(1613d)을 포함한다. 도 16-18에서의 제1 부분(1613d)은 제1 고정된 부분 또는 제1 전달 구조체(1613)의 베이스 부분이라 지칭될 수 있다. 제1 전달 구조체(1613)는 제1 고정된 부분(1613d)의 에지로부터 연장되는 그리고 터치 입력 디바이스의 제1 측방 표면(1611b1)에 인접하게 배치되는 3개의 빔(1613a, 1613b, 및 1613c)의 제1 세트를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 3개의 빔(1613a, 1613b, 1613c)은 그것의 에지(예를 들어, 좌측 에지)에서 터치 입력 디바이스(1611)의 무게를 지탱하는 서포트 빔들이다. 실시예에서, 3개의 빔(1613a, 1613b, 및 1613c)은 제1 측방 표면(1611b1)에 직접적으로 또는 간접적으로 부착될 수 있다. 실시예에서, 부착은 빔들과 측방 표면 사이에서 접착제(에폭시 또는 양면 테이프) 또는 고정물(예를 들어, 볼트)을 통한다. 실시예에서, 부착은 직접적일 수 있고, 따라서, 터치 입력 시스템(1600)이 빔들과 측방 표면들 사이에 스페이서 층을 가지지 않는다. 또한, 트랜스듀서 패치들(1614a, 1614b, 및 1614c)(예를 들어, MFC 패치들)의 제1 세트는 각자, 빔들(1613a, 1613b, 및 1613c)의 제1 세트 상에 배치될 수 있다.
유사하게, 도 16-18에 예시된 바와 같이, 제2 전달 구조체(1623)는 기계적으로 접지된 구조체(1620/1630)에 고정되는(즉, 기계적으로 접지되는) 제2 고정된 부분(1623d)을 포함한다. 제2 전달 층(1623)은 제2 고정된 부분(1623d)의 에지로부터 연장되는, 그리고 터치 입력 디바이스의 제2 측방 표면(1611b2)에 인접하게 배치되는 3개의 빔(1623a, 1623b, 및 1623c)의 제2 세트를 더 포함할 수 있다. 제1 측방 표면(1611b1) 및 제2 측방 표면(1611b2)은 터치 입력 디바이스의 대향 측방 표면일 수 있고, 또한 커버 층(1611)의 측방 표면들일 수 있다. 3개의 빔(1623a, 1623b, 및 1623c)은 그것의 제2 에지(예를 들어, 우측 에지)에서 터치 입력 디바이스(1611)의 무게를 지탱하는 서포트 빔들일 수 있다. 3개의 빔(1623a, 1623b, 및 1623c)은 제2 측방 표면(1620b1)에 직접적으로 또는 간접적으로 부착될 수 있다. 또한, 트랜스듀서 패치들(1624a, 1624b, 및 1624c)(예를 들어, MFC 패치들)의 제2 세트는 각자, 빔들(1623a, 1623b, 및 1623c)의 제2 세트 상에 배치될 수 있다. 실시예에서, 빔들(1613a, 1613b, 1613c)의 제1 세트 및 빔들(1623a, 1623b, 및 1623c)의 제2 세트는 빔 스프링들 또는 리프 스프링들일 수 있다. 외부 힘에 의한 터치 입력 디바이스의 움직임은 빔들(1613a-1613c, 1623a-1623c)의 전부 또는 서브세트의 휘어짐을 야기할 수 있다. 실시예에서, 제1 전달 구조체(1613) 및 제2 전달 구조체(1623)는 둘 모두 평탄한 리프-스프링 구조체의 형태를 가질 수 있다. 실시예에서, 제1 전달 구조체(1613) 및 제2 전달 구조체(1623)는 둘 모두는 기계적으로 접지된 구조체(1620/1630)와 경사각(제로 또는 직각이 아닌 각)을 형성할 수 있다.
실시예에서, 도 16-18에 도시된 바와 같이, 제1 전달 구조체(1613) 및 제2 전달 구조체(1623)에 의해 형성되는 리프 스프링들은 터치 입력 디바이스(1611)에 대해 경사각으로 장착될 수 있거나, 또는 터치 입력 디바이스(1611)에 수직일 수 있다. 각은 전달 구조체(1613/1623)가 접촉하는 위치에서 터치 입력 디바이스(1611)에 접하는 면과 전달 구조체(1613/1623) 사이에서 측정될 수 있다.
실시예에서, 제1 전달 구조체(1613) 및 제2 전달 구조체(1623)는 하나 초과의 자유도를 따라 액추에이션 움직임을 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 16-18에서, 전달 구조체들(1613, 1623)은 면-내 방향으로(예를 들어, 좌측에서 우측으로) 또는 면-외 방향으로(예를 들어, 위아래로) 터치 입력 디바이스(1611)를 작동시킬 수 있다. 면-내 방향은 기계적으로 접지된 구조체(1620/1630)에 대해 평행한 방향을 지칭할 수 있는 반면, 면-외 방향은 기계적으로 접지된 구조체(1620/1630) 또는 장착 표면에 수직인 방향을 지칭할 수 있다. 면-내 방향으로 터치 입력 디바이스(1611)를 작동시키기 위해, 제1 전달 구조체(1613)의 빔들은 터치 입력 디바이스(1611) 쪽으로(예를 들어, 우측으로) 그 위의 트랜스듀서 패치들에 의해 내향으로 휘어지거나 아니면 변형될 수 있는 반면, 제2 전달 구조체(1623)의 빔들은 터치 입력 디바이스(1611)로부터 멀어지도록(예를 들어, 또한 우측으로) 그 위의 트랜스듀서 패치들에 의해 외향으로 휘어지거나 아니면 변형될 수 있다. 그 결과, 터치 입력 디바이스(1611)는 우측으로 이동될 수 있다. 전달 구조체들(1613, 1623)이 이들의 변형 방향을 주기적이고 동기적으로 역전시키는 경우, 이들은 터치 입력 디바이스(1611)에 전달하는 면-내 진동을 생성할 수 있다. 진동은 터치 입력 디바이스(1611)를 좌측으로 움직이는 것과 터치 입력 디바이스(1611)를 우측으로 움직이는 것 사이에서 주기적으로 (예를 들어, 100 Hz의 주파수에서) 교번할 수 있다.
실시예에서, 면-외 방향으로 터치 입력 디바이스(1611)를 작동시키기 위해, 제1 전달 구조체(1613)의 빔들은 터치 입력 디바이스(1611) 쪽으로(예를 들어, 우측으로) 그 위의 트랜스듀서 패치들에 의해 내향으로 휘어지거나 아니면 변형될 수 있는 반면, 제2 전달 구조체(1623)의 빔들은 또한 터치 입력 디바이스(1611) 쪽으로(예를 들어, 좌측으로) 그 위의 트랜스듀서 패치들에 의해 내향으로 또한 휘어지거나 아니면 변형된다. 그 결과, 2개의 전달 구조체(1613, 1623)는 터치 입력 디바이스(1611)를 상향 방향으로 들어올리는 반전력(squeezing force)을 터치 입력 디바이스(1611) 상에 제공할 수 있다. 전달 구조체들(1613, 1623)이 이 시나리오에서 이들의 변형의 방향을 주기적으로 그리고 동기적으로 반전시키는 경우, 이들은 면-외 진동을 생성할 수 있다. 실시예에서, 면-외 변위는 수 미크론 정도일 수 있다. 변위는 인가되는 힘의 양에 의존할 수 있다(예를 들어, 3N 힘에 대해 0.3mm). 실시예에서, 터치 입력 디바이스(1611)는 충분히 유연할 수 있고, 따라서, 전달 구조체들(1613, 1623)에 의해 출력되는 액추에이션은 그것의 베이스라인 상태(외부 힘이 인가되지 않는 상태)로부터 터치 입력 디바이스(1611)를 휘거나 아니면 변형시킬 수 있다. 실시예에서, 터치 입력 디바이스(1611)는 전달 구조체(1613, 1623)의 빔들보다 훨씬 더 뻣뻣할 수 있고, 따라서, 변형의 대부분은 터치 입력 디바이스(1611)에서보다는, 전달 구조체(1613, 1623)의 빔들에서 발생할 것이다. 실시예에서, 터치 입력 디바이스(1611)가 깨지기 쉬운 경우, 터치 입력 시스템(1600)의 제어 유닛은, 터치 입력 디바이스(1611) 상에서 압착하거나 아니면 응력들을 가할 수 있는, 이러한 면-외 변위 모드를 회피할 수 있다.
다양한 실시예들이 전술되었지만, 이들이 제한에 의해서가 아니라, 본 발명의 단지 예시들 및 예들로서 제시되었다는 것이 이해되어야 한다. 형태 및 상세항목에서의 다양한 변경들이 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 전술된 예시적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되어야 하는 것이 아니라, 첨부되는 청구항들 및 이들의 등가물들에 따라서만 정의되어야 한다. 본원에서 논의된 각각의 실시예의, 그리고 본원에 인용된 각각의 레퍼런스의 각각의 특징이 임의의 다른 실시예의 특징들과 조합하여 사용될 수 있다는 것 역시 이해될 것이다.
Claims (20)
- 터치 입력 시스템으로서,
터치 입력을 수신하기 위한 터치 입력 디바이스; 및
액추에이션 및 감지 시스템
을 포함하고, 상기 액추에이션 및 감지 시스템은:
상기 터치 입력 디바이스의 제1 표면에 인접하게 배치된 전달 구조체(transfer structure) ― 상기 전달 구조체는 제1 부분 및 상기 제1 부분의 에지로부터 연장되는 빔을 가짐 ―,
상기 빔 상에 배치된 트랜스듀서 패치(transducer patch)
를 포함하고, 상기 전달 구조체는 상기 터치 입력 디바이스와 상기 트랜스듀서 패치 사이에 힘들을 전달하도록 구성되고, 따라서 상기 터치 입력에 의해 가해진 외부 힘에 의한 상기 터치 입력 디바이스의 움직임은 상기 빔 및 상기 빔 상에 배치된 상기 트랜스듀서 패치의 변형을 야기하고, 상기 트랜스듀서 패치에 의해 출력된 액추에이션은 상기 터치 입력 디바이스의 움직임을 야기하며,
상기 트랜스듀서 패치는 상기 트랜스듀서 및 상기 빔이 상기 외부 힘에 의해 변형될 때 제1 전기 신호를 출력함으로써 센서로서 작용하도록 구성되고, 제2 전기 신호가 트랜스듀서 재료에 인가될 때 상기 빔을 작동시키는 움직임을 출력함으로써 액추에이터로서 작용하도록 구성되는 트랜스듀서 재료의 층을 가지는, 터치 입력 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 빔은 빔 스프링으로서 구성된 탄성 빔(resilient beam)이고, 상기 터치 입력에 의해 가해진 상기 힘에 응답하는 상기 빔의 변형은 상기 빔의 휘어짐(bending)을 포함하고, 상기 빔의 휘어짐은 상기 트랜스듀서 패치의 휘어짐을 야기하는, 터치 입력 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 전달 구조체는 전달 층이고, 상기 터치 입력 디바이스 및 상기 전달 층은 상기 터치 입력 디바이스에서 어떤 터치 입력도 수신되지 않을 때 모두 평탄하며 서로 평행한, 터치 입력 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 전달 층은 상기 터치 입력 디바이스의 후방 표면에 배치되고, 상기 후방 표면은 상기 터치 입력 디바이스의 입력 표면에 대한 대향 표면인, 터치 입력 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 전달 층의 제1 부분은 상기 전달 층의 중심 부분이고,
상기 빔은 상기 중심 부분의 제1 에지로부터 연장되는 제1 빔이고,
상기 전달 층은 상기 중심 부분의 제2의 대향 에지로부터 연장되는 제2 빔을 더 포함하며,
상기 트랜스듀서 패치는 제1 트랜스듀서 패치이고, 상기 액추에이션 및 감지 시스템은 상기 제2 빔 상에 배치된 제2 트랜스듀서 패치를 가지고, 상기 제2 트랜스듀서 패치는 또한 상기 트랜스듀서 재료의 층을 가지며,
상기 외부 힘에 의한 상기 터치 입력 디바이스의 움직임은 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔 중 적어도 하나의 휘어지는 움직임을 야기하며, 이는 상기 제1 트랜스듀서 패치 및 상기 제2 트랜스듀서 패치 중 적어도 하나의 휘어지는 움직임을 야기하는, 터치 입력 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 터치 입력 디바이스의 상기 후방 표면과 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔 둘 모두의 사이에 배치된 스페이서 층; 및
강성 장착 서포트(rigid mounting support) - 상기 강성 장착 서포트는 상기 강성 장착 서포트에 대한 상기 전달 층의 실질적으로 고정된 부분으로서 상기 중심 부분을 구성하도록 상기 중심 부분에 직접 부착됨 -
를 더 포함하고, 상기 강성 장착 서포트는 상기 터치 입력 시스템을 장착 표면에 장착하도록 구성되는, 터치 입력 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 터치 입력 디바이스는 휘어지고, 상기 전달 구조체는 제1 전달 구조체이며, 상기 빔은 상기 터치 입력 디바이스를 그것의 제1 에지에서 지지하는 제1 빔이고, 상기 액추에이션 및 감지 시스템은 상기 터치 입력 디바이스를 그것의 제2의 대향 에지에서 지지하는 제2 빔을 가지며 상기 제2 빔 상에 배치된 제2 트랜스듀서 패치를 가지는 제2 전달 구조체를 더 포함하고, 상기 외부 힘에 의한 상기 터치 입력 디바이스의 움직임은 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔 중 적어도 하나의 휘어짐을 야기하는, 터치 입력 시스템. - 제7항에 있어서,
강성 장착 서포트를 더 포함하고, 상기 제1 전달 구조체는 상기 강성 장착 서포트로부터 상기 터치 입력 디바이스의 상기 제1 에지까지 연장되고, 상기 제2 전달 구조체는 상기 강성 장착 서포트로부터 상기 터치 입력 디바이스의 상기 제2 에지까지 연장되며, 상기 제1 전달 구조체의 상기 제1 부분은 상기 강성 장착 서포트에 접속되는 제1 베이스 부분이고, 상기 제2 전달 구조체는 상기 강성 장착 서포트에 접속된 제2 베이스 부분을 가지며, 상기 제2 빔은 상기 제2 베이스 부분의 에지로부터 연장되는, 터치 입력 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 제1 전달 구조체의 상기 제1 베이스 부분 및 상기 제2 전달 구조체의 상기 제2 베이스 부분 각각은 상기 강성 장착 서포트와 경사각(oblique angle)을 형성하는, 터치 입력 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 제1 빔은 상기 터치 입력 디바이스를 그것의 제1 에지에서 지지하는 상기 제1 전달 구조체의 빔들의 제1 세트 중 하나이고, 상기 트랜스듀서 패치는 상기 빔들의 각자의 제1 세트에 배치된 트랜스듀서 패치들의 제1 세트 중 하나이며, 상기 제2 빔은 상기 터치 입력 디바이스를 그것의 제2 에지에서 지지하는 상기 제2 전달 구조체의 빔들의 제2 세트 중 하나이고, 상기 제2 트랜스듀서 패치는 상기 빔들의 각자의 제2 세트에 배치된 트랜스듀서 패치들의 제2 세트 중 하나인, 터치 입력 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 터치 입력 디바이스는 곡선형 디스플레이 층 및 곡선형 투명 커버(curved transparent cover)를 가지고, 상기 투명 커버의 외부 표면은 상기 터치 입력 디바이스의 입력 표면인, 터치 입력 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 트랜스듀서 재료는 2개의 전극 사이에 배치된 매크로섬유 복합(macrofiber composite)(MFC) 재료를 포함하거나 ― 상기 MFC 재료는 폴리머 매트릭스 내에 내장된 복수의 압전 세라믹 섬유들을 가짐 ―, 2개의 전극 사이에 배치된 전기활성 폴리머(EAP) 재료 또는 탄성중합체 재료를 포함하는, 터치 입력 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 터치 입력 디바이스는 상기 터치 입력 디바이스의 입력 표면에 배치된 내부 용량성 센서를 포함하는, 터치 입력 시스템. - 터치 입력 시스템으로서,
터치 입력을 수용하도록 구성된 입력 표면 및 상기 입력 표면에 대한 대향 표면인 후방 표면을 가지는 터치 입력 디바이스; 및
액추에이션 및 감지 시스템
을 포함하고, 상기 액추에이션 및 감지 시스템은:
상기 터치 입력 디바이스의 후방 표면 상에 배치된 전달 층 ― 상기 전달 층은 상기 전달 층의 중심 부분인 제1 부분을 가지고 제1 빔 및 제2 빔을 가지며, 상기 제1 빔은 상기 중심 부분의 제1 에지로부터 연장되고, 상기 제2 빔은 상기 중심 부분의 제2의 대향 에지로부터 연장됨 ―,
상기 터치 입력 디바이스의 상기 후방 표면과 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔의 각각의 빔 사이에 배치된 스페이서 층,
상기 제1 빔 상에 배치된 제1 트랜스듀서 패치, 및
상기 제2 빔 상에 배치된 제2 트랜스듀서 패치
를 가지며, 상기 전달 층은 상기 터치 입력 디바이스와 상기 제1 트랜스듀서 패치 및 상기 제2 트랜스듀서 패치 둘 모두의 사이에서 힘들을 전달하도록 구성되고, 따라서 외부 힘에 의한 상기 터치 입력 디바이스의 움직임은 상기 제1 및 제2 빔들과 상기 제1 및 제2 트랜스듀서 패치들의 변형을 야기하고, 상기 제1 트랜스듀서 패치 또는 상기 제2 트랜스듀서 패치에 의해 출력된 액추에이션은 상기 터치 입력 디바이스의 움직임을 야기하며,
상기 제1 트랜스듀서 패치 및 상기 제2 트랜스듀서 패치의 각각의 트랜스듀서 패치는 상기 각자의 트랜스듀서 패치 및 상기 각자의 빔이 상기 외부 힘에 의해 변형될 때 제1 전기 신호를 출력함으로써 센서로서 작용하도록 구성되고, 제2 전기 신호가 상기 각자의 트랜스듀서 패치의 트랜스듀서 재료에 인가될 때 상기 각자의 빔을 작동시키는 움직임을 출력함으로써 액추에이터로서 작용하도록 구성되는 트랜스듀서 재료의 층을 가지는, 터치 입력 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 터치 입력 디바이스는 강성 디스플레이 디바이스이고, 상기 외부 힘에 의한 상기 디스플레이 디바이스의 움직임이 그것의 입력 표면에 실질적으로 수직일 때, 상기 제1 및 제2 빔들의 각각의 빔의 변형은 휘어지는 움직임을 포함하며, 이는 상기 제1 트랜스듀서 패치 및 상기 제2 트랜스듀서 패치의 휘어지는 움직임을 각각 야기하는, 터치 입력 시스템. - 제15항에 있어서,
강성 장착 서포트 - 상기 강성 장착 서프트는 상기 강성 장착 서포트에 대한 상기 전달 층의 실질적으로 고정된 부분으로서 상기 중심 부분을 구성하도록 상기 중심 부분에 직접적으로 부착됨 - 를 더 포함하고, 상기 터치 입력 디바이스는 상기 전달 층의 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔 상에 걸려 있는(suspend), 터치 입력 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서 패치 및 상기 제2 트랜스듀서 패치와 신호 통신하는 제어 유닛
을 더 포함하고, 상기 제어 유닛은,
제1 기간 동안 상기 제1 트랜스듀서 패치 및 상기 제2 트랜스듀서 패치의 하나 이상의 트랜스듀서 패치로부터 상기 제1 전기 신호를 수신하고,
상기 제1 전기 신호를 수신한 것에 기초하여 상기 외부 힘에 의한 상기 터치 입력 디바이스의 움직임을 검출하고,
상기 외부 힘에 의한 상기 터치 입력 디바이스의 움직임의 검출에 기초하여 터치 입력이 수신되었다고 결정하고,
상기 터치 입력이 수신되었다고 결정하는 것에 응답하여 햅틱 효과가 생성되어야 한다고 결정하고,
신호 생성기를 통해 상기 제2 전기 신호로서 발진 구동 신호를 제2 기간 동안 상기 제1 트랜스듀서 패치 및 상기 제2 트랜스듀서 패치의 하나 이상의 트랜스듀서 패치에 제공하여 상기 햅틱 효과가 상기 터치 입력 디바이스에서 생성되게 하도록
구성되는, 터치 입력 시스템. - 제17항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 제1 전기 신호에 기초하여, 상기 터치 입력과 연관된 압력 레벨 또는 상기 터치 입력과 연관된 제스처를 결정하도록 구성되는, 터치 입력 시스템. - 제17항에 있어서,
상기 제1 전기 신호가 하나 이상의 펄스를 포함할 때, 상기 제어 유닛은 상기 터치 입력이 태핑(tapping) 입력이라고 결정하도록 구성되는, 터치 입력 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 전달 층은, 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 포함하는, 적어도 4개의 빔을 포함하고, 상기 적어도 4개의 빔은 상기 전달 층의 상기 중심 부분 주위에 대칭적으로 배치되고, 상기 적어도 4개의 빔은 모두 직사각형 형상이며, 동일한 길이, 폭 및 두께를 가지며, 상기 스페이서 층은 50 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위 내의 두께를 가지는, 터치 입력 시스템.
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