특허 개요
본 특허는 터치 화면의 원하는 지점에만 진동을 전달하는 국소 햅틱 피드백 장치와 그 제어 방법입니다. 마주보는 제1·제2 패널에 공통 전극과 복수의 전극 패턴을 배치한 필름형 정전기력 구동부를 사용하며, 신호 제어부가 전극별 전압의 진폭과 위상을 조절합니다. 목표 진동 파동을 모드 형상으로 분해하고 의사역행렬 풀이 및 특이값 분해로 구동 신호를 산출해, 전극별 파동이 목표 위치에서는 보강되고 다른 위치에서는 상쇄되도록 제어합니다.
- 핵심 기능
사용자는 목표 진동의 주파수·위치·강도를 선택하고, 신호 제어부는 전달 행렬과 모드 형상을 바탕으로 각 전극 패턴에 공급할 전압의 진폭과 위상을 계산합니다. 공통 전극과 개별 전극 패턴 사이의 전기장으로 정전기력을 발생시켜 패널을 진동시키고, 여러 출력 파동의 간섭과 보강으로 목표 위치에 국소 촉각 반응을 형성합니다.
- 차별 강점
기존 모터·압전 소자 기반 햅틱 장치는 정해진 두께와 형상으로 인해 얇은 모바일 디스플레이나 플렉서블·폴더블 폼팩터에 적용하기 어렵고, 순간적인 피드백 중심의 제어에 한계가 있었습니다. 본 특허는 투명 필름형 정전기 구동부와 전극별 진폭·위상 제어를 결합해 목표 위치 외 진폭을 낮추고, 지속적인 정상 상태 국소 진동을 형성하도록 설계한 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 터치 디스플레이 햅틱스, 정전기력 구동, 국소 진동 제어, 인간-기계 상호작용 분야에 활용 가능하며, 스마트폰·태블릿·가상 키보드·스타일러스 입력 인터페이스에 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 플렉서블·폴더블 디스플레이, 디지털 필기 단말, 드래그 경로 기반 촉각 안내 및 알림 기능을 갖춘 사용자 인터페이스 제품으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
유리판과 ITO 전극 패턴으로 구성한 실시예 햅틱 구동부를 구동하고, 레이저 도플러 바이브로미터로 국소 진동 피드백을 위한 가속도 출력을 측정했습니다. 목표 위치에서는 최대값을 갖고 다른 위치에서는 0이 되도록 하는 출력 특성과 이상 파동 함수와 실제 출력 진동의 일치 경향을 제시했으나, 실제 디스플레이 통합 환경과 장기 반복 구동 조건의 검증은 제한적입니다.
- 시료: 제1 길이 약 267mm, 제2 길이 약 156.5mm, 두께 약 1.1mm의 유리판 및 ITO 전극 패턴 총 20개를 포함한 햅틱 구동부
- 비교 기준: 이상적 제1 파동 함수, 모드 형상 기반 제2 파동 함수 및 실제 출력 진동
- 구동 조건: 목표 위치 예 (180mm, 80mm), 출력 진동 주파수 예 약 250Hz·약 750Hz·약 1500Hz
현재 성과
전극별 전압 신호의 진폭과 위상을 제어해 출력 파동을 중첩·보강·간섭시키는 방식입니다. 목표 위치에서는 진동을 형성하고 다른 위치의 진폭은 0이 되도록 제어하는 구성을 제시했으며, 위치·진폭·반경을 바꾼 국소 피드백 제공이 가능합니다.
실시예 햅틱 구동부를 실제 구동한 뒤 레이저 도플러 바이브로미터로 출력 파동의 가속도를 측정했습니다. 이상적 파동 함수, 모드 형상 기반 파동 함수 및 실제 출력 진동이 실질적으로 차이가 없는 값으로 제시되었으며, 제품 환경에서의 성능은 별도 검증이 필요합니다.
기존 모터·압전 소자는 구동부 두께와 형상의 제약으로 얇고 유연한 디스플레이 적용에 한계가 있었습니다. 본 특허는 목표 파동을 모드 형상으로 분해하고 의사역행렬 풀이 및 특이값 분해로 전극별 전압을 산출해, 복수 위치의 국소 햅틱 피드백을 독립적으로 제어하는 구성을 제시합니다.
상용화까지 남은 부분
실제 디스플레이 통합 환경에서 대면적 구현 및 국소 진동 균일성 검증
장기 반복 구동에 따른 패널·전극 구조의 내구성과 신뢰성 검증
구동 전력·전압 안전성 및 사용자 촉각 인지 평가 확보
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
국소 햅틱 피드백을 제공하는 햅틱 장치 및 그 제어 방법
10-2023-0016260 (2023.02.07)
1020240123640 (2024.08.14)
미등록 (심사 중)
경기욱, 박지환, 한재승
한국과학기술원
한국과학기술원