KR101095237B1 - 촉감표현장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촉감표현장치에 관한 것으로, 중앙부에 굴곡부가 형성되고 상기 굴곡부에 대칭되게 좌우로 수평부가 형성된 탄성판과, 상기 탄성판의 상기 수평부의 상부와 하부에 각각 구비될 뿐만 아니라 상기 굴곡부를 중심으로 좌우대칭으로 구비되어 인가되는 전압에 따라 수축 및 팽창이 이루어져 상기 굴곡부를 중심으로 구동변위가 발생되는 피에조층 및 상기 피에조층의 상부와 하부에 각각 구비되어 전압을 인가받는 전극을 포함한다.

촉감표현장치, 탄성판, 피에조, 전극, 압전세라믹

Description

촉감표현장치{Touch expression device}

본 발명은 촉감표현장치에 관한 것이다.

최근 전자제품을 간편하게 사용하려는 사용자의 요구에 따라 전자제품을 터치하여 입력하는 터치스크린와 촉감표현장치의 사용이 보편화되고 있다. 촉감표현장치는 터치하여 입력하는 개념 이외에도 인터페이스에 사용자의 직관적 경험을 반영하고 피드백을 좀더 다양화하는 개념이 포함된다.

촉감표현장치는 공간절약이 가능하고 조작성 향상과 간편성을 이룰 수 있고, 사양변경이 간편하며 이용자 인식이 높다는 점 외에도 IT 기기와의 연동성이 용이하다는 많은 장점이 있다. 이와 같은 장점으로 인해, 산업, 교통, 서비스, 의료, 모바일 등 다양한 분야에서 폭넓게 이용되고 있다.

이와 같은 촉감표현장치는 화면 속의 물체, 버튼, 아이콘 등을 만지는 촉감정보를 표현하는 장치로써 사용자에게 실제처럼 촉감을 전달해주는 것이 쉽지 않으며 이를 위한 촉감표현장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

여러가지 촉감표현장치의 기술들 중 현재 상품화되어 있는 기술들도 많이 있는데 그중 하나가 진동이다. 핸드폰 등 다양한 모바일 기기에서 키입력, 목록검색, 각종 알림동작 시에 진동을 발생시켜 촉감을 표현한다.

여기서, 진동을 발생시키는 진동발생기가 사용되는바, 보통 진동을 발생시키는 모터가 사용된다. 또한, 이러한 진동 방식 이외에도 다양한 촉감표현을 위한 기계적변위 및 동작을 구현하는 구동기가 필요하다.

종래기술에 따른 촉감표현장치의 대표적인 방식은 진동방식에 사용되는 편평형 진동모터로, 상하부 커버의 내측에 스테이터와, 스테이터와 대향하여 설치된 로터에 의하여 진동모터의 구동토크를 발생시켜서 진동을 발생시키는 원리이다.

편평형 진동모터는 서로 결합하는 상,하부커버, 상,하부커버의 내측 중심부에 수직하게 제공된 지지축, 하부커버의 내측에 제공된 스테이터, 스테이터와 대응하여 지지축에 회전가능하게 제공된 로터 등을 포함하는 구조로 그 구조 및 구성물이 복합하다.

이에 따라 그 크기의 소형화에 제약이 따르고 동작 주파수도 수백 Hz로 제한되어 그 응용분야가 제한적이었다.

따라서, 종래기술의 단점을 극복하고 소형이고 큰변위 또는 큰힘을 낼수 있으며 구조가 간단하여 사용자가 원하는 촉감을 표현할 수 있는 촉감표현장치에 대한 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 구조가 간단하며 다양한 동작변위를 갖는 촉감표현장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 촉감표현장치는 중앙부에 굴곡부가 형성되고 상기 굴곡부에 대칭되게 좌우로 수평부가 형성된 탄성판과, 상기 탄성판의 상기 수평부의 상부와 하부에 각각 구비될 뿐만 아니라 상기 굴곡부를 중심으로 좌우대칭으로 구비되어 인가되는 전압에 따라 수축 및 팽창이 이루어져 상기 굴곡부를 중심으로 구동변위가 발생되는 피에조층 및 상기 피에조층의 상부와 하부에 각각 구비되어 전압을 인가받는 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 탄성판은 강철, 황동, 구리, 알루미늄, 티타늄 및 텅스텐 중 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄성판의 폭과 길이는 변위량에 따라 다양하게 설계되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피에조층은 인가되는 전압에 따라 인장 또는 수축되는 압전세라믹 또는 압전크리스탈로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피에조층의 폭과 길이는 상기 탄성판의 폭과 길이에 대응되는 것을 특징으로 한다.

또한, 굴곡부는 원형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 굴곡부는 삼각형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 굴곡부는 사각형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 굴곡부는 다각형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 탄성판에 장착된 피에조층이 전압을 인가받을 때 상하구동함에 따라 촉감표현장치가 구동됨으로써 사용자가 화면속의 물체나 버튼 및 아이콘 등을 직접 만지는 것과 같은 촉감을 느낄 수 있게한다.

또한, 촉감표현장치는 피에조층의 크기 및 형상변경으로 소형화로 제작가능하며 탄성판의 크기 및 형상을 다양하게 설계함에 따라 다양한 힘과 변위량을 구현할 수 있다.

따라서, 이와 같이 간단한 구조의 촉감표현장치를 제공함로써 사용자는 기기 의 터치패널상에서 원하는 다양한 촉감을 구현받을 수 있게 된다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉감표현장치의 개략적인 단면도이고, 도 2와 도 3은 촉감표현장치가 상하로 구동하는 것을 나타낸 사시도, 도 4는 촉감표현장치의 세부구조도, 도 5 내지 도 8은 촉감표현장치의 굴곡부 형상의 다양한 실시예들을 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 촉감표현장치(100)는 탄성판(110), 피에조층(120), 전극층(130)으로 이루어져 있다.

탄성판(110)은 가운데 부분에 굴곡이 있는 굴곡부(111)가 형성되고, 굴곡부(111)의 양쪽에는 수평부(미도시)가 형성되어 있는 판이다.

탄성판(110)의 재질은 강철, 황동, 구리, 알루미늄, 티타늄, 텅스텐 등 휘어짐이 가능한 다양한 재질이 사용될 수 있다.

또한, 탄성판(110)은 일정한 폭을 갖고 길게 형성되는데, 탄성판(110)의 폭과 길이는 최종적으로 촉감표현장치(100)의 전체 크기를 결정할 뿐만 아니라, 촉감표현장치(100)의 특성인 동작변위 및 공진주파수 등에 영향을 주는 요소이므로 촉감표현장치(100)의 사용목적에 따라 설계시 다양하게 고려되어야 한다.

탄성판(110)의 굴곡부(111)는 탄성판(110)의 중앙부에 특정한 모양으로 굴곡형성되는데, 이는 촉감표현장치(100)가 Z방향으로 상하 동작시 양끝단이 본체에 고정되어 있으므로 굴곡부(111)에 대한 Z방향의 구동변위량을 최대화하기 위함이다. 이러한 구조로 인해, 탄성판(110)은 굴곡진동을 이룸과 동시에 상하 구동변위를 최대로 이룰 수 있다.

탄성판(110)의 굴곡부(111)를 벗어난 양쪽의 수평부에는 탄성판(110)을 중심으로 상하측에 피에조층(120)이 각각 장착된다.

피에조층(120)은 굴곡부(111)를 중심으로 대칭되게 수평부에 장착되며 탄성판(110)의 상하에 각각 장착되는 바이몰프(Bimorph) 타입이다.

여기서, 바이몰프 타입이라 함은, 두 개의 피에조층으로 이루어져 인가되는 전기에 따라 발진하는 형상을 말한다.

피에조층(120)은 피에조물질로 이루어져 있는데, PZT(압전세라믹), 압전크리스탈 등 다양한 압전물질이 사용될 수 있다.

또한, 피에조층(120)은 탄성판(110)의 폭과 길이에 대응되는 폭과 길이로 장착되며, 촉감표현장치(100)의 사용목적과 원하는 촉감에 따라 다양한 형상 및 재질로 형성된다.

각각의 피에조층(120)의 상하부에는 전극(130)이 형성되어 있는바, 전극(130)에 일정한 전압을 인가하면 피에조층(120)이 수축 및 팽창하며 굴곡진동함에 따라 상하로 구동하게 되고 이에 따라 촉감표현장치(100)가 전체적으로 상하구동한다.

도 2 및 도 3은 촉감표현장치(100)가 전극(130)에 전압이 가해지고 피에조층(120)이 상하구동함에 따라 전체적으로 상하구동하는 것을 나타낸 것이다.

피에조층(120)의 양끝단이 전자기기의 본체에 고정됨에 따라 탄성판(110)의 중앙에 형성된 굴곡부(111)를 중심으로 화살표방향과 같이 상하로 구동된다.

피에조층(120)은 전극(130)으로부터 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창을 반복구현하면서 상하로 구동된다.

도 4는 촉감표현장치(100)의 각 층을 단면으로 자세히 나타낸 것으로, 탄성 판(110)의 중앙부에 상하구현이 용이하도록 굴곡부(111)가 형성되고, 탄성판(110)의 수평부의 상하부에는 피에조층(120)이 장착된다. 여기서, 피에조층(120)은 굴곡부(111)를 중심으로 좌우가 대칭되게 장착된다.

피에조층(120)은 각각 상하부에 전극(130)이 형성되어 있으며 여기서 일정전압을 인가받는다.

여기서, 촉감표현장치(100)의 구동을 위하여 탄성판(110)의 상하측 피에조층(110)의 분극 방향이 같다고 가정하였을 때, 상측 피에조층(120)의 상부전극(131)과 하부전극(132)에 각각 (+)전극과 (-)전극의 전압이 인가된다면, 하측 피에조층(120)의 상부전극(133)과 하부전극(134)에는 그와 반대로 각각 (-)전극과 (+)전극의 전압이 인가되어 피에조층(120)이 구동하게 된다.

한편, 분극 방향이 다르다고 가정하였을 때, 상측 피에조층(120)의 상부전극(131)과 하부전극(132)에 각각 (+)전극과 (-)전극의 전압이 인가된다면, 하측 피에조층(120)의 상부전극(133)과 하부전극(134)에는 그와 동일하게 각각 (+)전극과 (-)전극의 전압이 인가되어 피에조층(120)이 구동하게 된다.

이때 상하측 피에조층(120)의 분극방향이 다르게 배치된다면 인가하는 전압을 같은 방향으로 인가하면 된다.

도 5 내지 도 8은, 탄성판(110)의 중앙부에 형성된 굴곡부(111)의 다양한 형상에 대한 다양한 실시예를 나타낸 것으로, 도 5와 같이 굴곡부(111a)가 원형상으 로 구현되어 상하구동을 용이하게 할 수도 있고, 도 6과 같이 굴곡부(111b)가 사각형상으로 구현되어 상하구동을 용이하게 할 수도 있다.

또한, 도 7과 같이 굴곡부(111c)가 삼각형상으로 구현될 수도 있고, 도 8과 같이 세 개 이상의 각이 진 다각형상으로 구현될 수도 있다.

다양한 형상으로 구현되는 굴곡부(111)는 탄성판(110)에 장착되어 있는 피에조층(120)이 동작시 탄성판(110)에 의한 구속력을 최대한 감소시키기 위한 구조로 상기 언급된 형상 이외에 다양한 형태로 구현이 가능하다.

이러한 굴곡부(111)의 구조로 인해, 본 발명의 촉감표현장치(100)는 Z방향으로 최대한 큰 구동변위를 발생시킬 수 있다.

이와 같이 다양한 형상으로 구현될 수 있는 굴곡부(111)는 탄성판(110)의 상하구동시 최대변위를 발생시키기 위한 것으로 촉감표현장치(100)의 사용목적에 따라 다양하게 설계될 수 있다.

상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 촉감표현장치(100)는, 피에조층(120)의 상하구동에 따라 촉감표현장치(100)가 구동됨으로써 사용자가 화면속의 물체나 버튼 및 아이콘 등을 직접 만지는 것과 같은 촉감을 느낄 수 있게 한다.

또한, 촉감표현장치(100)는 피에조층(120)의 크기 및 형상을 변경함으로써 소형화로 제작가능하며 탄성판(110)의 크기 및 형상을 다양하게 설계함에 따라 다양한 힘과 변위량을 구현할 수 있다.

따라서, 이와 같은 간단한 구조의 촉감표현장치(100)는 다양한 구동변위를 제공할 수 있어 사용자는 기기의 터치패널상에서 다양한 촉감을 구현받을 수 있게 된다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 촉감표현장치는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 촉감표현장치의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 촉감표현장치가 구동되는 사시도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 촉감표현장치가 구동되는 또다른 사시도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 촉감표현장치의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 촉감표현장치의 굴곡부의 확대도이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 촉감표현장치의 굴곡부의 확대도이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 촉감표현장치의 굴곡부의 확대도이다.

도 8은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 촉감표현장치의 굴곡부의 확대도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 촉감표현장치 110 : 탄성판

111, 111a, 111b, 111c: 굴곡부

120 : 피에조층 130 : 전극
131 : 상부전극 132 : 하부전극

Claims (9)

1. 중앙부에 굴곡부가 형성되고 상기 굴곡부에 대칭되게 좌우로 수평부가 형성된 탄성판;

   상기 탄성판의 상기 수평부의 상부와 하부에 각각 구비될 뿐만 아니라 상기 굴곡부를 중심으로 좌우대칭으로 구비되어 인가되는 전압에 따라 수축 및 팽창이 이루어져 상기 굴곡부를 중심으로 구동변위가 발생되는 피에조층; 및

   상기 피에조층의 상부와 하부에 각각 구비되어 전압을 인가받는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉감표현장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 탄성판은 강철, 황동, 구리, 알루미늄, 티타늄 및 텅스텐 중 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 촉감표현장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 탄성판의 폭과 길이는 변위량에 따라 다양하게 설계되는 것을 특징으로 하는 촉감표현장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 피에조층은 인가되는 전압에 따라 인장 또는 수축되는 압전세라믹 또는 압전크리스탈로 이루어진 것을 특징으로 하는 촉감표현장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 피에조층의 폭과 길이는 상기 탄성판의 폭과 길이에 대응되는 것을 특징으로 하는 촉감표현장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 굴곡부는 원형상인 것을 특징으로 하는 촉감표현장치.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 굴곡부는 삼각형상인 것을 특징으로 하는 촉감표현장치.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 굴곡부는 사각형상인 것을 특징으로 하는 촉감표현장치.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 굴곡부는 다각형상인 것을 특징으로 하는 촉감표현장치.

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