触觉对象的触觉信号的建模方法、显示设备及其驱动方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年11月12日申请的韩国专利申请No. 10-2014-0157324的优先 权，其公开内容以引用的方式被结合于此，如同全部在本文中提出。
技术领域
[0003] 本发明涉及对来自触觉对象的触觉信号进行建模的方法和显示设备，更具体而 言，涉及可实现具有触觉对象的形状和质感的触觉感受的来自触觉对象的触觉信号的建模 方法和显示设备。
【背景技术】
[0004] 触摸面板是诸如液晶显示（IXD)设备、场发射显示器（FED)、等离子体显示面板 (PDP)、电致发光显示器（ELD)、电泳显示器（EPD)和有机发光显示设备之类的显示设备中 所包括的一种输入装置，能够使用户在观看显示设备的屏幕的同时利用手指、笔等直接触 摸显示屏而输入信息。触摸面板已经商品化为例如智能电话、台式个人电脑（PC)等的便携 式信息设备以及例如笔记本电脑、监控器、电视机（TV)等的各种电子设备的输入装置。
[0005] 根据触摸感测的方式，触摸面板可分为电阻式、电容式、红外式等。近年来，由于电 容式的制造工艺简便且触摸灵敏度高，因此电容式吸引了许多注意力。电容式触摸面板分 为互电容式和自电容式。互电容触摸面板实现了不同于自电容触摸面板的多触摸输入。
[0006] 近年来，利用电场（或摩擦力）对人的皮肤施加电触觉刺激的触觉技术已经与触 摸技术一起发展起来。采用触觉技术的显示设备对触觉电极施加触觉信号，以产生用于刺 激人体触觉感受器的吸引力，利用所述吸引力刺激用户的触觉感受，从而能使用户识别触 摸和触摸的质感。
[0007] 但是，由于采用传统触觉技术的显示设备对具有相同形状的触觉对象施加相同的 触觉信号，因此具有相同形状但具有不同材料的触觉对象不能给用户提供材料的触感。
[0008] 例如，图1为显示分别对应于采用传统触觉技术的显示设备中具有不同质感的触 觉对象的触觉信号的示图。图1的（a)显示了对应于具有棱镜图案质感对象la且材料为 塑料的第一触觉对象1的触觉信号，图1的（b)显示了对应于具有棱镜图案质感对象2a且 材料为橡胶的第二触觉对象2的触觉信号。
[0009] 如图1所示，采用传统触觉技术的显示设备产生分别对应于质感对象la和2a的 形状但与触觉对象1和2的材料无关的触觉信号，并将触觉对象1和2的触感提供给用户。 因此，虽然触觉对象1和2具有不同的材料，但用户的手指从分别具有形状相同的质感对象 la和2a的触觉对象1和2中感觉到相同的触觉感受。
[0010] 为此，采用传统触觉技术的显示设备不能实现具有与触觉对象的质感对象相同的 形状和质感的触觉感受。
【发明内容】
[0011] 因此，本发明致力于提供对来自触觉对象的触觉信号进行建模的方法和显示设 备，可基本避免因现有技术的局限和缺陷而造成的一个或多个问题。
[0012] 本发明的一个方面在于提供对来自触觉对象的触觉信号进行建模的方法、显示设 备及其驱动方法，可实现具有触觉对象的形状和质感的触觉感受。
[0013] 本发明的部分其他优点和特征将在下面的描述中进行阐释，在研究下文后，本发 明的部分其他优点和特征对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见，或者可通过实践 本发明而获知。利用书面描述和相关权利要求书及附图中所具体指出的结构，可以实现和 获得本发明的目的和其他优点。
[0014] 如本文中所具体实现和广泛描述的那样，为了实现这些和其他优点，按照本发明 的意图，提供一种对来自触觉对象的触觉信号进行建模的方法，包括：在相对于具有质感 对象的触觉对象移动传感器单元的同时，通过所述传感器单元获得对应于所述质感对象的 形状的测量数据，且通过力传感器获得与施加到所述触觉对象的压力水平对应的力测量数 据；基于所述测量数据计算对应于所述质感对象的形状建模数据和冲力建模数据；基于所 述力测量数据计算对应于所述质感对象的摩擦力建模数据；基于所述形状建模数据、冲力 建模数据和摩擦力建模数据产生与所述触觉对象对应的触觉信号的设置信息；以及将所述 触觉信号的设置信息存储在存储器中。
[0015] 在本发明的另一方面，提供一种显示设备，包括：具有多个像素的显示面板；驱动 所述多个像素的显示驱动器；布置在所述显示面板上的触摸面板，所述触摸面板具有多条 发送线和多条接收线；触摸驱动器，所述触摸驱动器在触摸模式下感测所述多条接收线中 的每一条的电容变化以产生触摸感测数据，并且在触觉模式下产生触觉信号以将所述触觉 信号提供给至少一条发送线；以及控制器，所述控制器基于输入的图像源数据产生图像数 据以提供所述图像数据至所述显示驱动器，基于所述触摸感测数据计算触摸区域，并从所 述图像源数据所包括的多项触觉对象数据中提取与所述触摸区域对应的触觉对象的触觉 对象数据，其中，在所述触觉模式下，所述触摸驱动器产生包括载波波形和与所述触觉对象 的触觉对象数据对应的触觉基础波形的触觉信号。
[0016] 在本发明的再一方面，提供一种显示设备，包括：具有多个像素的显示面板；驱动 所述多个像素的显示驱动器；布置在所述显示面板上的触摸面板，所述触摸面板具有多条 发送线和多条接收线；布置在所述触摸面板上的触觉面板，所述触觉面板包括触觉电极层； 感测所述多条接收线中的每一条的电容变化以产生触摸感测数据的触摸驱动器；产生触觉 信号以提供所述触觉信号至所述触觉电极层的触觉驱动器；以及控制器，所述控制器基于 输入的图像源数据产生图像数据以提供所述图像数据至所述显示驱动器，基于所述触摸感 测数据计算触摸区域，并从所述图像源数据所包括的多项触觉对象数据中提取与所述触摸 区域对应的触觉对象的触觉对象数据，其中，所述触觉驱动器产生包括载波波形和与所述 触觉对象的触觉对象数据对应的触觉基础波形的触觉信号，并将所述触觉信号提供给所述 触觉电极层。
[0017] 在本发明的又一方面，提供一种显示设备的驱动方法，包括：感测施加到触摸面板 的用户触摸以产生触摸感测数据；基于所述触摸感测数据计算触摸区域；从输入的图像源 数据所包括的多项触觉对象数据中提取与所述触摸区域对应的触觉对象的触觉对象数据； 产生触觉信号，所述触觉信号包括载波波形和与所述触觉对象的触觉对象数据对应的触觉 基础波形；以及利用所述触觉信号在所述触摸区域中实现触觉感受。
[0018] 应当理解的是，本发明的上文的概要描述和下文的详细描述都是示例性和解释性 的，意在对要求保护的本发明提供进一步解释。
【附图说明】
[0019] 用于对本发明提供进一步的理解、并入且构成了本申请的一部分的附图例示了本 发明的多个实施方式，并与文字描述一起用于解释本发明的原理。附图中：
[0020] 图1为显示分别对应于采用传统触觉技术的显示设备中具有不同质感的触觉对 象的触觉信号的示图；
[0021] 图2为示意性地阐释按照本发明的一个实施方式对来自触觉对象的触觉信号进 行建模的设备的示图；
[0022] 图3和图4为用于描述按照本发明的一个实施方式的形状建模方法的示图；
[0023] 图5为用于描述按照本发明的一个实施方式的形状表现方法的示图；
[0024] 图6为用于描述按照本发明的一个实施方式的质感建模方法的示图；
[0025] 图7为显示按照本发明的一个实施方式的质感表现方法中的电压电平和摩擦力 之间的相关性的图表；
[0026] 图8为显示按照本发明的一个实施方式的质感表现方法中的载波波形频率和摩 擦力之间的相关性的图表；
[0027] 图9为用于描述按照本发明的一个实施方式对来自触觉对象的触觉信号进行建 模的方法的流程图；
[0028] 图10为用于描述按照本发明的另一个实施方式对来自触觉对象的触觉信号进行 建模的方法的流程图；
[0029] 图11为示意性地阐释按照本发明的第一实施方式的显示设备的框图；
[0030] 图12为示意性地阐释图11中所示的触摸面板的电极结构的示图；
[0031] 图13为用于描述图11中所示的触摸驱动器的框图；
[0032] 图14为显示按照本发明的一个实施方式的触觉基础波形（haptic basic waveform)、载波波形和触觉信号的波形图；
[0033] 图15为用于描述按照本发明的第二实施方式的显示设备的触摸驱动器的示图；
[0034] 图16为用于描述按照本发明的第三实施方式的显示设备的示图；
[0035] 图17为用于描述按照本发明的一个实施方式的触觉信号的示图；
[0036] 图18为用于描述按照本发明的一个实施方式的显示设备的驱动方法的流程图； 以及
[0037] 图19为用于描述按照本发明的另一个实施方式的显示设备的驱动方法的流程 图。
【具体实施方式】
[0038] 现在将对本发明的典型实施方式进行详细说明，其中的多个例子显示于附图中。 尽可能地在整个附图中使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。
[0039] 说明书中所描述的术语应按照下文进行理解。
[0040] 在本文中使用时，术语"第一"和"第二"是用于将一个要素区别于另一要素，但这 些要素不受限于这些术语。应进一步理解的是，在本文中使用时，术语"包括"、"具有"和/ 或"包含"指明了所描述的特征、整数、步骤、运算、单元和/或组件的存在，但并不排除存在 或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、运算、单元、组件和/或其组合。术语"至少一个" 应被理解为包括一个或多个相关列举项的任意和所有组合。例如，"至少一个第一项、第二 项和第三项"的意思表示从两个或更多个第一项、第二项和第三项中所提出的所有项的组 合以及第一项、第二项或第三项。术语"在……上"应被解释为包括一个单元形成于另一单 元顶部的情况以及两者间布置有第三单元的情况。
[0041] 下文将参照附图详细描述按照本发明的多个实施方式的来自触觉对象的触觉信 号的建模方法及使用该方法的显示设备。在本说明书中，在每个附图中添加单元的附图标 记时，应当注意的是，尽可能地使用单元的相同的附图标记来指代其它附图中的相似单元。 在下文的描述中，当对相关已知功能或配置的详细描述被认为会不必要地混淆本发明的重 点时，所述详细描述将被省略。
[0042] 图2为示意性地阐释按照本发明的一个实施方式对来自触觉对象的触觉信号进 行建模的设备的示图。
[0043] 参照图2,按照本发明的一个实施方式对来自触觉对象的触觉信号进行建模的设 备可包括台面110,触觉对象样本10,传感器传送盘130,盘传送单元150,传感器单元170 和触觉信号建模单元190。
[0044] 台面110可布置于底座（未显示）中以支撑触觉对象样本10。
[0045] 在触觉对象样本10的表面上可提供用户进行触摸时刺激用户触觉感受的质感对 象11。例如，质感对象11可包括触觉对象样本10的平滑质感图案或粗糙质感图案。粗糙 质感图案可具有规则或不规则几何结构的形式。
[0046] 传感器传送盘130可支撑传感器单元170,并可通过盘传送单元150的驱动而沿X 轴或Y轴方向传送，从而沿X轴或Y轴方向传送传感器单元170。
[0047] 盘传送单元150可布置于底座中与台面110相邻，并可基于手指的扫动沿X轴或 Y轴方向传送传感器传送盘130。按照一个实施方式的盘传送单元150可将电动机的旋转 运动转换为直线运动从而沿X轴或Y轴方向传送传感器传送盘130。盘传送单元150可包 括具有导向轨和导向块的LM导向单元，或可包括具有滚珠丝杠、球状螺母和驱动马达的滚 珠丝杠模块，但不限于此。
[0048] 传感器单元170可测量触觉对象样本10的质感对象11的X轴位置、Y轴位置和Z 轴位置以产生包括X轴数据、Y轴数据和Z轴数据的测量数据Mxyz。按照一个实施方式的 传感器单元170可包括支撑杆171，3轴传感器173,线性轴承175,力传感器177和3轴辅 助传感器178。
[0049] 支撑杆171可布置为垂直于触觉对象样本10的顶部。在支撑杆171的下端可布 置尖端171a，尖端171a与触觉对象样本10中所提供的质感对象11直接接触。在此，尖端 171a的直径可等于用户手指的大小，例如，直径可为10mm至20_。
[0050] 3轴传感器173可布置在支撑杆171上，并可对触觉对象样本10中所提供的质感 对象11的量和形状进行建模。3轴传感器173可基于与触觉对象样本10的质感对象11接 触的尖端171a的位置变化而产生包括X轴数据，Y轴数据和Z轴数据的测量数据Mxyz，并