KR101466226B1 - 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈 - Google Patents

플렉시블 복합 촉감 생성 모듈 Download PDF

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송한욱
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Abstract

본 발명은 고주파 및 저주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈 및 그 진동모듈을 갖는 플렉시블 복합 액추에이터에 대한 것이다. 보다 상세하게는 복합 촉감을 전달하는 플렉시블 햅틱모듈에 있어서, 정전기 압력(Electrostatci Pressure)에 의해 진동을 생성하는 고주파 진동 레이어; 및 상기 고주파 진동 레이어의 일면에 구비되며 정전기 압력(Electrostatci Pressure)에 의한 유전체의 압축 운동을 이용한 저주파 구동 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈에 관한 것이다.

Description

플렉시블 복합 촉감 생성 모듈{Flexible complex haptic generating module}
본 발명은 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈에 대한 것이다. 보다 상세하게는 정전기 압력을 이용하여 고주파 진동에 의해 사용자에게 표면질감에 대한 촉감을 제공하고, 독립적으로 고분자 유전체의 압축력을 이용하여 고성능, 저주파 진동에 의해 사용자에게 복합적인 촉각을 동시에 제공할 수 있는 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 햅틱(haptic)이란 물체를 만질 때, 사람의 핑거팁(손가락 끝 또는 스타일러스 펜)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백(Tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 힘 피드백(Kinesthetic force feedback)을 포괄하는 개념이다.
사람의 감각수용기로서, 기계적 자극의 수용기로는 고주파의 진동을 감지하는 파치니언 소체(Pacinian corpuscle), 저주파의 진동을 감지하는 마이스너 소체(Meissner's corpuscle), 국부적으로 누르는 압력을 감지하는 메르켈 디스크(Merkel's disc)와 피부를 눌려주는 스트레치를 감지하는 루피니 엔딩(Ruffini's ending)가 있다. 이러한 다양한 촉감수용기를 자극하여, 현실감있는 촉감을 재현하기 위해선, 액추에이터의 주파수 대역폭이 중요하다. 촉감수용기들은 각각 활성화되는 주파수 범위가 다르기 때문에, 이들을 모두 자극하기 위해선 250Hz이상의 대역폭을 갖는 액추에이터가 필요하다.
상기의 250Hz 이상의 대역폭을 만족시키는 기존의 액추에이터로는 솔레노이드 액추에이터, DC/AC 모터, 서버모터, 초음파 액추에이터, 형상기억합금세라믹 액추에이터 등 다양한 액추에이터들이 있다. 촉감제시장치의 대표적인 예로는 모바일디바이스에서 터치스크린의 입력에 따라 진동모터로, 진동을 발생시켜 고주파/저주파의 진동을 감지하는 파치니언/마이스너 소체를 자극하는 장치가 있다.
하지만 실제와 동일한 미세한 촉감을 구현하기 위해선, 사람이 구분 가능한 대역폭인 250Hz 보다 훨씬 높은 수 kHz의 대역폭을 제공할 수 있는 액추에이터가 필요하다. 이머젼사(immersion.com)에선 모바일기기에서 대역폭이 높은 피에조 액추에이터로 수 kHz의 대역폭을 제공하는 HD(High Definition) Haptic Device를 개발하였다. 피에조 액추에이터는 응답속도가 1ms정도로 빨라, 높은 대역폭을 갖는 장점이 있지만, 생성할 수 있는 변위가 작고 Brittle하여 Portable Device에 장착하기 어려운 단점을 가지고 있다.
반면에 본 발명에서 제시하는, 고분자 유전체 액추에이터는 반응속도가 어느 정도 빠르며, 높은 변위를 생성할 수 있고, 폴리머 형태로 구성됨으로 Brittle하지 않아 Portal Device 등 다양한 전자기기에 햅틱 액추에이터로 적용이 가능하다. 하지만 고분자 유전체의 고유의 점탄성 특성 때문에, 응답속도를 개선하는데는 한계가 있다.
도 1은 정전기 압력(Electrostatci Pressure)을 이용한 진동모듈의 단면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 정전기 압력을 이용한 진동모듈(1)은 상부기판(2)과 스페이서(14)에 의해 특정간격 이격되어 배치되는 하부 기판(3)을 갖고, 상부기판(2)의 하부면과 하부기판(3)의 상부면 각각에 전극층(4)을 구비하여, 양자 전압차에 의해 발생되는 정전기 압력에 의해 상부판을 진동시켜 촉감을 제공해 줄 수 있게 된다. 이러한 정전기 압력에 의한 진동은 광대역 주파수 구동이 가능하고, 고집적 구조에 용이하나, 그 진폭에 한계가 존재하여, 다양한 촉각을 제공하기 힘들다는 문제가 존재한다.
반면, 도 2a 고분자유전체 기판(7)의 사시도를 도시한 것이고, 도 2b는 상부전극(5)과 하부전극(6)에 전압이 인가된 상태의 고분자유전체 기판(7)의 사시도를 도시한 것이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 고분자유전체 기판(7)의 구동원리는 얇은 고분자유전체 기판(7) 위에 유연한 전극층(5,6)을 입히고 전압을 공급하면 필름의 두께는 감소하고 면적은 늘어나는 변형이 발생한다.
따라서 전극층(5,6)에 전압이 인가되면 고분자 유전체 기판(7)은 평면방향으로 인장되게 되고, 프레임에 의해 고분자유전체 기판(7)의 외각을 구속시키게 되면, 상부로 돌출시킬 수 있게 되다.
그러나 이러한 고분자 유전체 기판을 이용한 촉감제시장치는 수직방향의 변위를 상승시킬 수는 있으나 수직변위를 간접적으로 생성하게 됨으로써 수직력이 13mN정도의 수준으로 상대적으로 큰 힘(수직력)을 발생시키지 못하게 되는 문제가 존재하고, 고집적 모듈의 개발이 어렵고, 와이어링(Wiring) 및 제어가 어렵고, 유연한 전극 패터닝의 한계가 존재하게 되는 문제가 존재하게 된다.
따라서, 고주파 진동에 의한 촉감을 제공하면서도, 동시에 고분자 유전체를 이용하여, 반응속도가 빠르고, 고성능의 촉각을 복합적으로 제시해 줄 수 있는 진동모듈 및 액추에이터의 개발이 요구되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 정전기 압력을 이용하여 고주파 진동에 의해 사용자에게 표면재질감에 대한 촉감을 제공하고, 독립적으로 고분자 유전체의 압축력을 이용하여 고성능, 저주파 진동에 의해 사용자에게 복합적인 촉각을 동시에 제공할 수 있는 고주파 및 저주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈을 제공하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 정전기 압력에 의한 진동에 의해 40 ~ 250Hz정도의 고주파 진동을 발생시킴과 동시에, 고분자유전체 기판의 상부측으로 탄성력을 갖는 멤브레인 기판이 복원력 제공부 기능을 수행하게 됨으로써, 응답속도를 빠르게 하고, 진폭이 크며 상대적으로 5 ~ 40Hz 정도의 저주파, 고성능의 진동을 동시에 사용자에게 제공할 수 있는 고주파 및 저주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 목적은, 복합 촉감을 전달하는 플렉시블 햅틱모듈에 있어서, 정전기 압력(Electrostatci Pressure)에 의해 진동을 생성하는 고주파 진동 레이어; 및상기 고주파 진동 레이어의 일면에 구비되며 정전기 압력(Electrostatci Pressure)에 의한 유전체의 압축 운동을 이용한 저주파 구동 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈로서 달성될 수 있다.
상기 고주파 진동 레이어는 정전기 압력에 의해 진동되며, 다수의 홀이 형성되어 있고, 상기 저주파 구동 레이어는, 상기 고주파 진동 레이어 하부에 구비되며, 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되는 고분자 유전체 기판과, 상기 고분자 유전체 기판의 상부와 하부 각각으로 상기 홀에 대응한 위치에 구비되는 플렉시블 전극을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 고주파 진동 레이어는, 다수의 홀이 형성된 상부진동판과 상기 상부진동판과 소정간격 이격되어 배치되는 하부판을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 상부진동판의 하부면과 상기 하부판의 상부면 각각에는 다수의 홀이 형성된 유연전극이 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 상부진동판과 상기 하부판의 테두리에 구비되는 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 상부진동판에 구비된 유연전극으로 사인파 전압이 인가되고, 상기 하부판에 구비된 유연전극은 그라운드된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 고주파 진동 레이어와 상기 저주파 구동 레이어 사이에는, 상기 고주파 진동 레이어와 상기 저주파 구동 레이어 사이를 구획하고 다수의 홀이 형성된 중간 기판을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 저주파 구동 레이어는, 상기 고주파 진동 레이어의 하부측에 구비되며 탄성력을 갖는 멤브레인기판; 상기 멤브레인기판의 하부측에 구비되며 다수의 홀이 형성된 상부하우징; 상기 상부하우징에 형성된 다수의 홀에 삽입되어지는 상부 플렉시블 전극; 상기 상부하우징의 하부측에 구비되며 다수의 홀이 형성된 하부하우징; 및 상기 하부하우징에 형성된 다수의 홀에 삽입되어지는 하부 플렉시블 전극;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 상부 플렉시블 전극 각각과 상기 멤브레인 기판 사이에 배치되는 초기 인장용 로드를 더 포함하고, 상기 고분자 유전체 기판은 상기 상부하우징과 상기 하부하우징 사이에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 상부 플렉시블 전극은 그라운드되어지고, 상기 하부 플렉시블 전극에 전압이 인가되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 초기 인장용 로드가 위치한, 상기 멤브레인기판의 상부측에 구비되는 다수의 컨텍터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하부 플렉시블 전극에 전압이 인가되는 경우, 상기 상부 플렉시블 전극와 상기 하부 플렉시블 전극 사이의 상기 고분자 유전체가 인장되어, 상기 로드와 상기 컨텍터가 하부측으로 이동되는 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 정전기 압력을 이용하여 고주파 진동에 의해 사용자에게 표면재질감에 대한 촉감을 제공하고, 독립적으로 고분자 유전체의 압축력을 이용하여 고성능, 저주파 진동에 의해 사용자에게 복합적인 촉각을 동시에 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명의 실시예에 의하면, 정전기 압력에 의한 진동에 의해 40 ~ 250Hz정도의 고주파 진동을 발생시킴과 동시에, 고분자 유전체기판의 상부측으로 탄성력을 갖는 멤브레인 기판이 복원력 제공부 기능을 수행하게 됨으로써, 응답속도를 빠르게 하고, 진폭이 크며 상대적으로 5 ~ 40Hz 정도의 저주파, 고성능의 진동을 동시에 사용자에게 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 정전기 압력을 이용한 진동모듈의 단면도,
도 2a는 상부와 하부에 전극층을 갖는 고분자 유전체의 사시도,
도 2b는 도 2a에서 전극층으로 전압을 인가한 상태에서의 고분자 유전체의 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈의 사시도,
도 5a는 전압이 인가되지 않은 상태에서, 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 구동레이어의 부분 단면도,
도 5b는 전압이 인가된 상태에서, 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 구동레이어의 부분 단면도,
도 6a는 전압이 인가되지 않은 상태에서, 본 발명의 일실시예에 따른 컨텍터를 갖는 저주파 구동레이어의 부분 단면도,
도 6b는 전압이 인가된 상태에서, 본 발명의 일실시예에 따른 컨텍터를 갖는 저주파 구동레이어의 부분 단면도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 구동레이어의 단면도,
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 진동레이어의 단면도,
도 8b는 전압이 인가된 상태에서, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 진동레이어의 단면도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈의 분해 단면도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈의 단면도를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈(100)의 구성 및 작동원리에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈(100)의 분해 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈(100)의 사시도를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈(100)은 상부측에 구비되는 저주파 구동레이어와 하부측에 구비되는 고주파 진동레이어(10)로 구성되어짐을 알 수 있다. 고주파 진동레이어(10)는 후에 설명되는 바와 같이, 정전기 압력을 이용한 40 ~ 250Hz정도의 상대적으로 고주파수로 진동되게 되어 사용자에게 표면재질감을 제시해 줄 수 있고, 저주파 구동레이어(30)는 고분자 유전체의 압축력을 이용하여 10 ~ 40Hz정도의 상대적으로 저주파수로, 고성능 진동을 실현하게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 고분자 유전체(dielectric elastomer) 기판(7)는 전기활성 폴리머(electroactive polymer(EAP)) 등과 같이, 전압이 인가되면 평면방향으로 인장되고 두께 방향으로 압축되어지는 성질을 갖는다. 저주파 구동레이어(30)의 작동원리는 이러한 고분자 유전체를 이용한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 진동레이어(10)는 상부진동판(11)과 하부판(12), 상부진동판(11)과 하부판(12) 사이 테두리에 구비되는 고주파 진동레이어 스페이서(14), 상부진동판(11)의 하부면와 하부판(12)의 상부면 각각에 구비되는 유연전극(13) 등을 포함하여 구비되며, 이러한 상부진동판(11), 하부판(12), 유연전극(13)에는 다수의 홀이 서로 대응되어 형성되어 있음을 알 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 이러한 상부진동판(11), 하부판(12), 유연전극(13)에 형성된 홀은 9개(3*3)가 형성되어 있으나, 이는 하나의 실시예를 제시한 것일 뿐 홀의 개수는 본 발명의 권리범위에 영향을 미치지 않음은 자명하다.
상부진동판(11)과 하부판(12)은 고주파 진동레이어 스페이서(14)에 의해 소정간격 이격되어 지며, 하부판(12)에 구비된 유연전극(13)은 그라운드되고, 상부진동판(11)에 구비된 유연전극(13)에는 일정 전압이 인가되게 되면, 상부진동판(11)과 하부판(12) 사이에 정전기 압력이 발생되게 되어, 상부진동판(11)이 하부측으로 휘어지게 된다. 또한, 인가되는 전압이 제거되면, 정전기 압력이 상실되면서 상부진동판(11)은 다시 상부측으로 이동되게 된다. 따라서, 전압을 온/오프하거나, 사인파 전압을 인가하게 되는 경우, 전압 인가주기에 대응되게 상부진동판(11)이 진동되게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 구동레이어(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 멤브레인 기판(31), 초기 인장용 로드(32), 상부하우징(33), 상부 플렉시블 전극(34), 고분자 유전체 기판(7), 하부하우징(35), 하부 플렉시블전극(36) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다. 또한, 이러한 저주파 구동레이어(30)와 고주파 진동레이어(10)는 다수의 홀이 형성된 중간기판(20)에 의해 구획되어 진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상부하우징(33), 하부하우징(35)은 앞서 언급한 상부진동판(11)과 하부판(12)과 같이, 다수의 홀이 형성되어지게 되며, 플렉시블 PCB(FPCB) 기판으로 구성되어 짐을 알 수 있다.
이하에서는 이러한 저주파 구동레이어(30)의 작동원리를 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 먼저, 도 5a는 전압이 인가되지 않은 상태에서, 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 구동레이어(30)의 부분 단면도를 도시한 것이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 상부하우징(33)에 형성된 홀 각각에 상부 플렉시블 전극(34)이 형상맞춤되어 삽입되어 있고, 하부하우징(35)에 형성된 홀 각각에 하부 플렉시블전극(36)이 형상맞춤되어 삽입되어 짐을 알 수 있다.
또한, 멤브레인기판(31)과 상부 플렉시블 전극(34) 사이 위치 각각에는 핀 형태의 초기 인장용 로드(32)가 설치되어지고, 전압이 인가되지 않은 상태에서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 멤브레인 기판(31)의 탄성력과 고분자 유전체의 탄성력이 평형을 이루어 초기 인장용 로드(32)가 상부측으로 돌출된 상태에 있게 됨을 알 수 있다. 또한, 초기 인장용 로드(32)의 길이에 따라 멤브레인 기판(31)과 상부하우징(33) 사이에 일정 두께를 갖는 저주파 구동레이어 스페이서(37)가 더 포함될 수도 있다.
도 5b는 전압이 인가된 상태에서, 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 구동레이어(30)의 부분 단면도를 도시한 것이다. 도 5a의 상태에서, 하부 하우징(35)에 구비된 하부 플렉시블전극(36)은 그라운드시키고, 상부 하우징(33)에 구비된 상부 플렉시블 전극(34)에 일정 전압을 인가하게 되는 경우, 상부 플렉시블 전극(34)과 하부 플렉시블전극(36)에 접하는 고분자 유전체 기판(7)이 평면방향으로 인장되고, 두께방향으로 압축력이 작용하게 되면서, 상부 플렉시블 전극(34)과 멤브레인기판(31) 사이에 구비된 초기 인장용 로드(32)가 하부측으로 이동되게 됨을 알 수 있다. 또한, 멤브레인 기판(31)의 탄성력에 의해 초기 인장용 로드(32)가 하부측으로 이동되는 반응속도를 빠르게 구현할 수 있다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 구동레이어(30)의 단면도를 도시한 것이다.
따라서, 하부하우징(35)의 홀에 구비된 하부 플렉시블전극(36)에 전압을 인가하게 됨으로써, 멤브레인기판(31)과 상부 플렉시블 전극(34) 사이에 구비된 초기 인장용 로드(32)가 하부측으로 이동되고, 전압을 제거하는 경우, 다시 상부측으로 원상복귀되게 됨으로써, 사용자에게 고성능, 저주파 진동을 제공하게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 구동레이어(30)는 컨텍터(21)를 더 포함할 수 있다. 도 6a는 전압이 인가되지 않은 상태에서, 본 발명의 일실시예에 따른 컨텍터(21)를 갖는 저주파 구동레이어(30)의 부분 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 6b는 전압이 인가된 상태에서, 본 발명의 일실시예에 따른 컨텍터(21)를 갖는 저주파 구동레이어(30)의 부분 단면도를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 구동레이어(30)의 멤브레인기판(31)의 상부측으로 다수의 컨텍터(21) 들이 설치되어 질 수 있음을 알 수 있다. 이러한, 컨텍터(21)들은 초기 인장용 로드(32) 들이 위치한 곳의 멤브레인 기판(31)의 상부측에 구비되게 되며, 고주파 진동레이어(10)의 상부진동판(11)과 하부판(12)에 형성된 홀에 삽입되어 상부측으로 돌출되게 된다.
따라서, 하부 플렉시블전극(36)에 전압이 인가되지 않은 상태에서는 이러한 컨텍터(21)가 상부진동판(11)에 형성된 홀에서 돌출된 상태로 있게 되고, 하부 플렉시블전극(36)에 전압이 인가되게 되는 경우, 초기 인장용 로드(32)와 함께 하부측으로 이동되어, 사용자에게 촉감을 제공하게 된다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 진동레이어(10)의 작동원리에 대해 설명하도록 한다. 앞서 언급한 바와 같이, 고주파 진동레이어(10)는 저주파 구동레이어(100)의 상부 측에 구비되며, 고주파 진동레이어(10)와 저주파 구동레이어(30) 사이에는 중간기판(20)이 구비되어 서로를 구획하게 되며, 고주파 진동레이어(10)와 저주파 구동레이어(30)는 서로 독립적으로 구동되게 된다. 저주파 구동레이어(30)는 앞서 언급한 바와 같이, 고분자 유전체 기판(7)의 압축력에 의해 초기 인장용 로드(32)와 컨텍터(21)가 진동되면서 사용자에게 저주파, 고성능 액추에이터 역할을 제공하게 되며, 고주파 진동레이어(10)는 정전기 압력에 의해 고주파 진동을 하여, 사용자에게 표면 재질감에 관한 촉감을 제공하게 된다.
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 진동레이어(10)의 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 8b는 전압이 인가된 상태에서, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 진동레이어(10)의 단면도를 도시한 것이다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 진동레이어(10)는 상부진동판(11), 하부판(12), 상부진동판(11)의 하부면과 하부판(12)의 상부면 각각에 구비되는 유연전극(13) 및 상부진동판(11)과 하부판(12) 사이 테두리에 구비되는 고주파 진동레이어 스페이서(14)를 포함하고 있음을 알 수 있다.
이러한 상부진동판(11)과 하부판(12) 및 유연전극(13)에는 앞서 언급한 바와 같이, 컨텍터(21)가 돌출 또는 출몰하게 되는 다수의 홀이 형성되어 있다. 또한, 상부진동판(11)과 하부판(12) 각각은 플렉시블 PCB기판으로 구성되며, 상부진동판(11)과 하부판(12) 사이에 전압차가 발생되는 경우, 정전기 압력이 발생되게 된다.
하부판(12)은 중간기판(20)에 부착되어 구속되어 있게 되므로, 상부진동판(11)과 하부판(12)에 정전기 압력이 발생되는 경우. 도 8b에 도시된 바와 같이, 상부진동판(11)이 하부측으로 휘어지게 됨을 알 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명의 일실시예에서는 하부판(12)에 구비된 유연전극(13)을 그라운드시키고, 상부진동판(11)에 구비된 유연전극(13)에 일정 전압을 인가하게 되는 경우, 상부진동판(11)이 하부측으로 휘어지게 된다.
또한, 상부진동판(11)에 구비된 유연전극(13)에 인가된 전압을 제거하게 되면, 다시 상부진동판(11)이 원상태로 복귀하게 되며, 전압인가부를 통해 상부진동판(11)에 구비된 유연전극(13)에 사인파 전압을 인가하게 되는 경우, 사인파 주기와 일치되어, 상부진동판(11)이 정전기 압력에 의해 진동하게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는 하부판(12)에 구비된 유연전극(13)과 저주파 구동레이어(30)의 상부 플렉시블 전극(34)을 그라운드시키고, 상부진동판(11)에 구비된 유연전극(13)과 하부 플렉시블 전극(36)에 전압을 인가하게 됨으로써, 고주파 진동레이어(10)와 저주파 구동레이어(30) 사이의 간섭을 최소화할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈(100)의 분해 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈(100)의 단면도를 도시한 것이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈(100)은, 상대적으로 고주파 진동을 하여 사용자에게 표면질감에 대한 촉감을 제공하는 고주파 진동레이어(10)와, 컨텍터(21)의 돌출과 출몰에 의해 상대적으로 저주파, 고성능의 촉각을 제공하는 저주파 구동레이어(30)가 서로 독립적으로 작동하게 됨을 알 수 있다.
또한, 이러한 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈(100)에는 상부진동판(11)의 하부면에 구비된 유연전극(13)에 전압을 인가하기 위한 제1전압인가부와 하부하우징(35)의 홀에 형상맞춤되어 삽입설치된 하부 플렉시블전극(36)에 전압을 인가하게 위한 제2전압인가부를 포함할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 하부판(12)의 상부면에 구비된 유연전극(13)과, 상부 플렉시블 전극(34)은 그라운드되어지는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 제어부는 제1전압인가부와 제2전압인가부에 의해 상부진동판(11)의 하부면에 구비된 유연전극(13)에 인가되는 전압과, 하부 플렉시블전극(36)에 인가되는 전압의 세기와 주기를 조절하게 된다.
1:정전기 압력 진동모듈
2:상부기판
3:하부기판
4:전극
5:상부전극
6:하부전극
7:고분자유전체 기판
10:고주파 진동레이어
11:상부진동판
12:하부판
13:유연전극
14:고주파 진동레이어 스페이서
20:중간기판
21:컨텍터
30:저주파 구동레이어
31:멤브레인 기판
32:초기 인장용 로드
33:상부하우징
34:상부 플렉시블전극
35:하부하우징
36:하부 플렉시블전극
37:저주파 구동레이어 스페이서
100:저주파 및 고주파 플렉시블 복합 촉감 생성모듈

Claims (12)

  1. 복합 촉감을 전달하는 플렉시블 햅틱모듈에 있어서,
    정전기 압력(Electrostatci Pressure)에 의해 진동을 생성하는 고주파 진동 레이어; 및
    상기 고주파 진동 레이어의 일면에 구비되며 정전기 압력(Electrostatci Pressure)에 의한 유전체의 압축 운동을 이용한 저주파 구동 레이어를 포함하고,
    상기 고주파 진동 레이어는 정전기 압력에 의해 진동되며, 다수의 홀이 형성되어 있고,
    상기 저주파 구동 레이어는, 상기 고주파 진동 레이어 하부에 구비되며, 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되는 고분자 유전체 기판과, 상기 고분자 유전체 기판의 상부와 하부 각각으로 상기 홀에 대응한 위치에 구비되는 플렉시블 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 진동 레이어는,
    다수의 홀이 형성된 상부진동판과 상기 상부진동판과 소정간격 이격되어 배치되는 하부판을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 상부진동판의 하부면과 상기 하부판의 상부면 각각에는 다수의 홀이 형성된 유연전극이 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 상부진동판과 상기 하부판의 테두리에 구비되는 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 상부진동판에 구비된 유연전극으로 사인파 전압이 인가되고, 상기 하부판에 구비된 유연전극은 그라운드된 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 진동 레이어와 상기 저주파 구동 레이어 사이에는, 상기 고주파 진동 레이어와 상기 저주파 구동 레이어 사이를 구획하고 다수의 홀이 형성된 중간 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 저주파 구동 레이어는,
    상기 고주파 진동 레이어의 하부측에 구비되며 탄성력을 갖는 멤브레인기판;
    상기 멤브레인기판의 하부측에 구비되며 다수의 홀이 형성된 상부하우징;
    상기 상부하우징에 형성된 다수의 홀에 삽입되어지는 상부 플렉시블 전극;
    상기 상부하우징의 하부측에 구비되며 다수의 홀이 형성된 하부하우징; 및
    상기 하부하우징에 형성된 다수의 홀에 삽입되어지는 하부 플렉시블 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 상부 플렉시블 전극 각각과 상기 멤브레인 기판 사이에 배치되는 초기 인장용 로드를 더 포함하고,
    상기 고분자 유전체 기판은 상기 상부하우징과 상기 하부하우징 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 상부 플렉시블 전극은 그라운드되어지고, 상기 하부 플렉시블 전극에 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 초기 인장용 로드가 위치한, 상기 멤브레인기판의 상부측에 구비되는 다수의 컨텍터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 하부 플렉시블 전극에 전압이 인가되는 경우,
    상기 상부 플렉시블 전극와 상기 하부 플렉시블 전극 사이의 상기 고분자 유전체가 인장되어, 상기 로드와 상기 컨텍터가 하부측으로 이동되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 복합 촉감 생성 모듈.
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