KR100901381B1

KR100901381B1 - 층 구조의 전기활성 폴리머를 이용한 햅틱 버튼 시스템

Info

Publication number: KR100901381B1
Application number: KR1020080064091A
Authority: KR
Inventors: 신병석; 김상연
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2009-06-05

Abstract

본 발명은 층 구조의 전기활성 폴리머를 이용한 햅틱 버튼 시스템으로서, 보다 구체적으로는 (1) 제1 전기활성 폴리머 층; (2) 상기 제1 전기활성 폴리머 층의 양면에 접촉하는 제1 전극 쌍; (3) 상기 제1 전기활성 폴리머 층의 상부에 위치하며, 서로 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들로 구성되는 제2 전기활성 폴리머 층; (4) 상기 제2 전기활성 폴리머 층의 상기 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들 각각의 양면에 접촉하는 제2 전극 쌍들; 및 (5) 상기 제1 전극 쌍 및 상기 제2 전극 쌍들에 전압을 인가하는 전기 회로를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

본 발명에서 제안하고 있는 층 구조의 전기활성 폴리머를 이용하는 햅틱 버튼에 따르면, 층 구조의 전기활성 폴리머를 이용하여 햅틱 버튼 시스템을 구현함으로써, 실행중인 어플리케이션에 따라서 사용자에게 버튼 감각과 같은 역감 자극뿐만 아니라 재질감과 같은 다양한 촉감을 동시에 전달할 수 있다.

햅틱 버튼, 전기활성 폴리머, 층 구조, 전극, 전기활성 폴리머 조각, 전기 회로, 역감, 촉감

Description

층 구조의 전기활성 폴리머를 이용한 햅틱 버튼 시스템{A HAPTIC BUTTON SYSTEM USING A LAYER-STRUCTURED ELECTRO-ACTIVE POLYMER}

본 발명은 층 구조의 전기활성 폴리머를 이용한 햅틱 버튼 시스템으로서, 보다 구체적으로는 층 구조의 전기활성 폴리머를 이용하여 햅틱 버튼 시스템을 구현함으로써, 실행중인 어플리케이션에 따라서 사용자에게 버튼 감각과 같은 역감 자극뿐만 아니라 재질감과 같은 다양한 촉감을 동시에 전달할 수 있는 햅틱 버튼 시스템에 관한 것이다.

‘햅틱(haptic)’이라 함은, 일반적으로 컴퓨터 촉각 기술을 일컫는 용어로서, 그리스어로 ‘만지는’이라는 뜻의 형용사 ‘haptesthai'에서 유래되었다. 기존의 컴퓨터 기술은 인간과 컴퓨터가 정보를 주고받는 데에 주로 시각 또는 청가 정보가 이용되었다. 그러나 사용자가 가상현실을 통해 더욱 구체적이고 실감나는 정보를 원하게 됨에 따라, 이를 충족시키기 위해 개발된 것이 촉각과 힘까지 전달하는 햅틱 기술이다.

폴리머(polymer; 중합체)는 분자가 중합하여 생기는 화합물을 말하는 것으로서, 모노머(monomer; 단위체)에 대응한다. 중합 반응에는 중합체의 분자량이 단위 체의 배수가 되는 중첨가나, 간단한 분자를 탈리하여 배수의 분자량이 되지 않는 중축합 등의 반응이 있다. 폴리머 구조에는 사슬 모양의 폴리머, 다리걸침 폴리머(사슬모양 폴리머가 간단한 분자에 의하여 결합된 것), 그물 모양 폴리머 등이 있다. 합성폴리머(합성고분자), 천연폴리머(고무, 녹말, 단백질 등) 등도 중요한 폴리머들이다.

전기활성 폴리머(electro-active polymer; EAP)는 넓은 범위의 물리적, 전기적 특성을 잘 나타내도록 제조되고 처리되는 폴리머의 일종이다. 도 1은 전기활성 폴리머(EAP)의 구동 원리를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전기활성 폴리머(EAP)에 전극이 인가되면 전기활성 폴리머가 신장되게 되는데, 이때 양 끝에 고정부를 설치하면 전기활성 폴리머는 상하 방향으로 돌출하게 된다. 전기활성 폴리머를 햅틱 버튼에 적용한 예는, 본 발명의 발명자 중 일인인 김상연이 발명자인 특허출원 제10-2006-0000672호에서 제안된 바 있다. 도 2는 전기활성 폴리머를 이용한 기존의 햅틱 버튼의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고정부(33)에 고정된 전기활성 폴리머(31)의 양면과 접촉하는 전극(32a, 32b)에 전압이 인가되면 전기활성 폴리머(31)에 변형이 발생하는데, 햅틱 버튼(100)은 이 변형에 의하여 사용자에게 역감 자극을 전달하게 된다. 그러나 상기 제안된 특허발명은, 그 구조상의 한계로 인하여 사용자에게 역감 자극만을 전달할 수 있을 뿐 촉감 자극을 전달할 수는 없다는 문제점이 있다. 즉, 상기 제안된 발명은, 사용자에게 버튼 감각과 같은 역감 자극은 제공하지만 재질감과 같은 촉감 자극은 전달할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 층 구조의 전기활성 폴리머를 이용하여 햅틱 버튼 시스템을 구현함으로써, 실행중인 어플리케이션에 따라서 사용자에게 버튼 감각과 같은 역감 자극뿐만 아니라 재질감과 같은 다양한 촉감을 동시에 전달할 수 있는 햅틱 버튼 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 층 구조의 전기활성 폴리머를 이용하는 햅틱 버튼으로서,

(1) 제1 전기활성 폴리머 층;

(2) 상기 제1 전기활성 폴리머 층의 양면에 접촉하는 제1 전극 쌍;

(3) 상기 제1 전기활성 폴리머 층의 상부에 위치하며, 서로 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들로 구성되는 제2 전기활성 폴리머 층;

(4) 상기 제2 전기활성 폴리머 층의 상기 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들 각각의 양면에 접촉하는 제2 전극 쌍들; 및

(5) 상기 제1 전극 쌍 및 상기 제2 전극 쌍들에 전압을 인가하는 전기 회로를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 전기활성 폴리머 층의 일부분이 신장되지 않도록 고정하는 고정부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 전기활성 폴리머 층의 서로 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들을 분리하고, 상기 전기활성 폴리머 조각들의 일부분이 신장되지 않도록 고정하는 분리부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 사용자의 버튼 입력을 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 사용자에게 바이어스 강성을 제공하는 메탈 돔을 더 포함하며, 상기 제1 전기활성 폴리머 층은 상기 메탈 돔의 상부 곡면을 따라 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 층 구조의 전기활성 폴리머(EAP)를 이용한 햅틱 버튼 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 층 구조의 전기활성 폴리머(EAP)를 이용한 햅틱 버튼 시스템(300)은, 제1 전기활성 폴리머 층(310), 제1 전기활성 폴리머 층(310)의 양면 에 접촉하는 제1 전극 쌍(도시되지 않음), 제1 전기활성 폴리머 층(310)의 상부에 위치하며, 서로 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들로 구성되는 제2 전기활성 폴리머 층(330), 및 제2 전기활성 폴리머 층(330)의 상기 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들 각각의 양면에 접촉하는 제2 전극 쌍들(도시되지 않음)을 포함한다. 또한, 도 3에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 층 구조의 전기활성 폴리머(EAP)를 이용한 햅틱 버튼 시스템(300)은, 제1 전극 쌍 및 제2 전극 쌍들에 전압을 인가하는 전기 회로를 더 포함한다. 뿐만 아니라, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 층 구조의 전기활성 폴리머(EAP)를 이용한 햅틱 버튼 시스템(300)은, 제1 전기활성 폴리머 층(310)의 일부분이 신장되지 않도록 고정하는 고정부(320), 및 제2 전기활성 폴리머 층(330)의 서로 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들을 분리하고, 상기 전기활성 폴리머 조각들의 일부분이 신장되지 않도록 고정하는 분리부(340)를 더 포함할 수 있다. 또한, 도 3에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 층 구조의 전기활성 폴리머(EAP)를 이용한 햅틱 버튼 시스템(300)은, 사용자의 버튼 입력을 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다. 센서는 접점 스위치, 터치 패드 중 적어도 하나일 수 있다.

제1 전기활성 폴리머 층(310)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 층 구조의 전기활성 폴리머 중 하부층을 형성하면서 사용자에게 버튼 감각과 같은 역감 자극을 전달하는 역할을 한다. 이에 비해, 제2 전기활성 폴리머 층(330)은, 층 구조의 전기활성 폴리머 중 상부층을 형성하면서, 서로 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴 리머의 조각들에 의하여 사용자에게 재질감과 같은 세밀한 촉감 자극을 전달하는 역할을 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실행중인 어플리케이션에 따라 제1 전기활성 폴리머 층(310)과 제2 전기활성 폴리머 층(330)에 각각 적합한 전압이 인가될 경우, 제1 전기활성 폴리머 층(310)의 변형으로 인하여 제1 전기활성 폴리머 층(310) 및 제1 전기활성 폴리머 층(310)의 상부에 배치된 제2 전기활성 폴리머 층(330)이 동시에 돌출되게 되며, 이에 따라 사용자는 버튼 감각과 같은 역감 자극을 느낄 수 있게 된다. 동시에, 제2 전기활성 폴리머 층(330)을 구성하는 각각의 전기활성 폴리머 조각들이 개별적으로 돌출되게 되며, 그 결과 사용자는 재질감과 같은 촉감 자극을 동시에 느낄 수 있게 된다.

제1 전극 쌍은, 제1 전기활성 폴리머 층(310)의 양면에 접촉하여 제1 전기활성 폴리머 층(310)에 대하여 전압을 인가하는 역할을 한다. 마찬가지로, 제2 전극 쌍들(340)은, 제2 전기활성 폴리머 층(330)의 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들 각각의 양면에 접촉하여 제2 전기활성 폴리머 층(330)에 대하여 전압을 인가하는 역할을 한다.

도 3에 도시되지는 않았지만, 전기 회로는, 현재 실행중인 어플리케이션의 상황에 따라 전압 파형을 달리하여 제1 전극 쌍 및 제2 전극 쌍들에 전압을 인가할 수 있으며, 특히 제1 전극 쌍 및 제2 전극 쌍들에 서로 다른 전압을 인가할 수 있다.

고정부(320)는, 제1 전기활성 폴리머 층(310)의 일부분이 신장되지 않도록 고정하는 역할을 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예에 따라서는, 고정 부(320)가 제1 전기활성 폴리머 층(310)의 양 끝 부분에 하나씩 배치될 수 있으며, 이에 따라 횡방향으로 신장할 수 없게 되는 제1 전기활성 폴리머 층(310)이 종방향으로 돌출되게 되어 사용자에게 역감 자극을 전달하게 된다.

이에 비해, 분리부(340)는, 제2 전기활성 폴리머 층(330)의 서로 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들을 분리하는 역할, 및 전기활성 폴리머 조각들의 일부분이 신장되지 않도록 고정하는 역할을 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예에 따라서는, 분리부(340)가 제2 전기활성 폴리머 층(330)의 서로 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들의 양 끝 부분 및 전기활성 폴리머 조각들의 사이에 하나씩 배치될 수 있으며, 이에 따라 횡방향으로 신장할 수 없게 되는 제2 전기활성 폴리머 층(330)의 서로 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들은 종방향으로 돌출되게 되어 사용자에게 재질감과 같은 다양한 촉감 자극을 전달하게 된다.

또한, 도 3에 도시되지는 않았지만, 사용자에게 바이어스 강성을 제공하는 메탈 돔을 더 포함할 수 있으며, 이때 제1 전기활성 폴리머 층(310)은 상기 메탈 돔의 상부 곡면을 따라 접촉하도록 배치된다.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 전기활성 폴리머(EAP)의 구동 원리를 나타내는 도면.

도 2은 전기활성 폴리머를 이용한 기존의 햅틱 버튼의 구성을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 층 구조의 전기활성 폴리머(EAP)를 이용한 햅틱 버튼 시스템의 구성을 나타내는 도면.

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 기존의 햅틱 버튼

31: 전기활성 폴리머

32a, 32b: 전극

33: 고정부

300: (본 발명의 일 실시예에 따른) 층 구조의 전기활성 폴리머(EAP)를 이용한 햅틱 버튼 시스템

310: 제1 전기활성 폴리머 층

320: 고정부

330: 제2 전기활성 폴리머 층

340: 분리부

Claims

층 구조의 전기활성 폴리머를 이용하는 햅틱 버튼으로서,

(1) 제1 전기활성 폴리머 층;

(2) 상기 제1 전기활성 폴리머 층의 양면에 접촉하는 제1 전극 쌍;

(3) 상기 제1 전기활성 폴리머 층의 상부에 위치하며, 서로 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들로 구성되는 제2 전기활성 폴리머 층;

(4) 상기 제2 전기활성 폴리머 층의 상기 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들 각각의 양면에 접촉하는 제2 전극 쌍들; 및

(5) 상기 제1 전극 쌍 및 상기 제2 전극 쌍들에 전압을 인가하는 전기 회로

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성 폴리머를 이용하는 햅틱 버튼.
제1항에 있어서,

상기 제1 전기활성 폴리머 층의 일부분이 신장되지 않도록 고정하는 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성 폴리머를 이용하는 햅틱 버튼.
제1항에 있어서,

상기 제2 전기활성 폴리머 층의 서로 분리된 적어도 2개 이상의 전기활성 폴리머의 조각들을 분리하고, 상기 전기활성 폴리머 조각들의 일부분이 신장되지 않도록 고정하는 분리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성 폴리머를 이용 하는 햅틱 버튼.
제1항에 있어서,

사용자의 버튼 입력을 감지하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성 폴리머를 이용하는 햅틱 버튼.
제1항에 있어서,

사용자에게 바이어스 강성을 제공하는 메탈 돔을 더 포함하며, 상기 제1 전기활성 폴리머 층은 상기 메탈 돔의 상부 곡면을 따라 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전기활성 폴리머를 이용하는 햅틱 버튼.