KR101696134B1 - 위치 시그널링에 의한 압전 발생 - Google Patents

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KR101696134B1
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알란 콜리
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노키아 테크놀로지스 오와이
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Abstract

장치는 압전 변환기층(312); 압전 변환기층(312) 상의 적어도 하나의 압전 저항층(313); 및 전기 도전체 출력을 포함한다. 적어도 하나의 압전 저항층(313)은 복수의 이격된 압전 저항성 전극(314)을 포함한다. 장치는 압전 변환기층(312)이 전하를 발생하도록 변형될 때, 압전 저항성 전극(314) 중 적어도 하나가 응력을 받게 되고, 적어도 하나의 압전 저항층(313)은 압전 변환기층(312)으로부터 전하의 흐름을 제어하도록 구성된다. 전기 도전체 출력은 압전 저항성 전극(314)에 전기적으로 접속된다. 출력은 압전 변환기층(312)으로부터의 전하가 압전 저항성 전극(314) 외부로 흐르게 하도록 구성된다. 전기 도전체 출력은 전기 도전체 출력 중 적어도 하나 상의 전하에 기초하여 응력을 받고 있는 적어도 하나의 압전 저항성 전극(314)의 식별을 허용하기 위해 압전 저항성 전극(314)에 대해 구성된다.

Description

위치 시그널링에 의한 압전 발생{PIEZOELECTRIC GENERATING WITH LOCATION SIGNALING}
예시적인 비한정적인 실시예는 일반적으로 압전 전하 발생(piezoelectric charge generation)에 관한 것이다.
압전기(piezoelectricity)는 인가된 기계적 응력에 응답하여 특정 고체 재료(특히, 결정, 및 특정 세라믹) 내에 축적되는 전하이다. 압전 효과는 인가된 기계적 힘으로 인해 내부에 전하를 발생시킬 수 있다. 압전 부재를 포함하는 디바이스가 공지되어 있다. 압전 저항 효과는 기계적 응력이 인가될 때 부재의 전기 저항의 변화를 설명한다. 압전 효과에 대조적으로, 압전 저항 효과는 전위가 아니라, 단지 전기 저항만 변화시킨다.
이하의 요약 설명은 단지 예시적인 것으로 의도된다. 요약 설명은 청구범위의 범주를 한정하는 것으로 의도되지 않는다.
일 양태에 따르면, 예시적인 실시예는 압전 변환기층; 압전 변환기층 상의 적어도 하나의 압전 저항층; 및 전기 도전체 출력을 포함한다. 적어도 하나의 압전 저항층은 복수의 이격된 압전 저항성 전극을 포함한다. 장치는 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 압전 저항성 전극 중 적어도 하나가 응력을 받게 되도록 구성되고, 적어도 하나의 압전 저항층은 압전 변환기층으로부터 전하의 흐름을 제어하도록 구성된다. 전기 도전체 출력은 압전 저항성 전극에 전기적으로 접속된다. 출력은 압전 변환기층으로부터의 전하가 압전 저항성 전극 외부로 흐르게 하도록 구성된다. 전기 도전체 출력은 전기 도전체 출력 중 적어도 하나 상의 전하에 기초하여 응력을 받고 있는 적어도 하나의 압전 저항성 전극의 식별을 허용하기 위해 압전 저항성 전극에 대해 구성된다.
다른 양태에 따르면, 예시적인 방법은 압전 변환기층을 제공하는 단계; 압전 변환기층과 전기적으로 통신하는 적어도 하나의 압전 저항층을 제공하는 단계 - 적어도 하나의 압전 저항층은 복수의 이산의 이격된 압전 저항성 전극을 포함하여, 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 압전 저항성 전극 중 적어도 하나가 압전 저항층에 대해 응력을 받게 되어 압전 변환기층으로부터 전하의 흐름을 제어함 - ; 및 압전 저항성 전극으로부터 복수의 개별 전기 출력을 제공하는 단계 - 출력들 중 제 1 출력은 압전 저항성 전극 중 적어도 2개에 접속되고, 출력들 중 제 2 출력은 압전 저항성 전극의 적어도 2개의 상이한 전극에 접속됨 - 를 포함한다.
다른 양태에 따르면, 예시적인 실시예는 압전 변환기층; 압전 변환기층의 제 1 면과 전기적으로 통신하는 제 1 압전 저항층 - 제 1 압전 저항층은 복수의 이산의 이격된 압전 저항성 전극을 포함하고, 장치는 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 제 1 압전 저항성 전극 중 적어도 하나가 응력을 받게 되어 제 1 압전 저항층이 압전 변환기층으로부터 전하의 흐름을 제어하게 하도록 구성됨 - ; 및 제 1 압전 저항성 전극으로부터 복수의 개별 전기 출력 - 출력들 중 제 1 출력은 제 1 압전 저항성 전극에 접속되고, 출력 중 제 2 출력은 제 1 압전 저항성 전극 중 적어도 2개의 상이한 것에 접속됨 - 을 포함한다.
상기 양태 및 다른 특징이 첨부 도면과 관련하여 취한 이하의 상세한 설명에 설명된다.
도 1은 장치의 예시적인 실시예의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 구성요소의 일부를 도시하는 다이어그램이다.
도 3은 도 1에 도시된 장치의 구성요소의 예를 도시하는 개략 다이어그램이다.
도 4는 도 3에 도시된 예에 대응하는 회로 다이어그램이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3a에 도시된 복수의 디바이스를 접속하는데 관련된 문제점 및 해결책을 도시하는 회로 다이어그램이다.
도 5는 더 많은 픽셀이 추가됨에 따라 도 4a 및 도 4b의 2개의 상이한 시나리오의 비교를 도시하는 차트이다.
도 6a는 픽셀 구조의 도 3a에 유사한 다이어그램이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 복수의 픽셀 구조를 도시하는 다이어그램이다.
도 7은 픽셀을 접속하는데 사용된 크로스바 아키텍처의 일 예를 도시하는 다이어그램이다.
도 8은 도 7에 유사하지만, 대안적인 디자인에 의한 문제점을 도시하는 다이어그램이다.
도 9는 도 7에 도시된 예의 개략 단면도이다.
도 10은 도 9에서와 같은 개략 단면도이지만, 압전 저항층의 대안적인 구성을 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은 도 9 내지 도 10에 도시된 것으로부터 대안적인 저항기 실시예의 예를 도시하는 다이어그램이다.
도 12는 도전체 그리드 및 단락을 도시하는 도 11에 유사한 다이어그램이다.
도 13은 대안적인 예시적인 실시예의 개략 단면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 예의 분해 사시도이다.
도 15는 대안적인 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 16은 대안적인 예시적인 실시예의 개략 단면도이다.
도 17은 도 16에 도시된 복수의 디바이스를 포함하는 대안적인 예시적인 실시예의 평면도이다.
도 18은 대안적인 예시적인 실시예의 개략 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예의 특징을 구비하는 장치(10)의 정면도가 도시되어 있다. 특징은 도면에 도시되어 있는 예시적인 실시예를 참조하여 설명될 것이지만, 특징은 다수의 대안적인 형태의 실시예에서 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 게다가, 임의의 적합한 크기, 형상 또는 유형의 요소 또는 재료가 사용될 수 있다.
장치(10)는 전화 애플리케이션을 포함하는 핸드헬드(hand-held) 통신 디바이스이다. 대안적인 예에서, 장치는 전화 애플리케이션을 포함하지 않을 수도 있다. 도 1에 도시된 예에서, 장치(10)는 예를 들어, 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터 상에 제공될 수도 있는 바와 같은, 인터넷 브라우저 애플리케이션, 카메라 애플리케이션, 비디오 레코더 애플리케이션, 음악 플레이어 및 레코더 애플리케이션, 이메일 애플리케이션, 네비게이션 애플리케이션, 게임 애플리케이션 및/또는 임의의 다른 적합한 전자 디바이스 애플리케이션을 또한 포함한다. 도 1 및 도 2의 모두를 참조하면, 장치(10)는 본 예시적인 실시예에서, 하우징(12), 디스플레이(14), 수신기(16), 송신기(18), 재충전식 배터리(26), 및 콘트롤러(20)를 포함하고, 콘트롤러는 적어도 하나의 프로세서(22), 적어도 하나의 메모리(24), 및 소프트웨어(28)를 포함할 수 있다. 그러나, 모든 이들 특징이 이하에 설명되는 특징을 구현하는데 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 바와 같은 특징은 배터리를 갖지 않는 비휴대형 장치에 사용될 수도 있다.
디스플레이(14)는 본 예에서, 디스플레이 스크린으로서 그리고 사용자 입력의 모두로서 기능하는 터치 스크린 디스플레이이다. 그러나, 본 명세서에 설명된 특징은 터치, 사용자 입력 특징을 갖지 않는 디스플레이에 사용될 수 있다. 대안적으로, 다른 예는 전자 디스플레이 스크린의 부분이 아닌 터치패드 또는 터치패널을 갖는 장치를 포함할 수도 있다. 하우징(12) 내부의 전자 회로는 그 위에 콘트롤러(20)와 같은 구성요소를 갖는 인쇄 배선판(printed wiring board: PWB)을 포함할 수 있다. 회로는 마이크로폰으로서 제공된 사운드 트랜스듀서 및 스피커 및/또는 이어피스로서 제공된 사운드 트랜스듀서(32)를 포함할 수 있다.
수신기(16) 및 송신기(18)는 예를 들어, 이동 전화 기지국과 같은, 장치(10)가 무선 전화 시스템과 통신하게 하는 무선 이동 통신 인터페이스를 형성한다. 무선 이동 통신 인터페이스(16, 18)는 예를 들어, 장치가 4G, 4G LTE, 3G, CDMA에 의해 통신하게 할 수 있다. 그러나, 대안적인 예시적인 실시예에서, 수신기(16) 및 송신기(18)는 예를 들어, 장치(10)가 전화 기능을 갖지 않을 때, 제공되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 장치(10)는 단지 게임 디바이스, 또는 음악/비디오 플레이어, 또는 텔레비전 콘솔을 위한 사용자 핸드셋일 수도 있다. 장치(10)를 위한 인터넷 액세스는 예를 들어, 텔레비전 콘솔을 통한 단거리 통신 시스템 또는 무선 WLAN에 의해 제공될 수도 있다. 이들은 단지 몇몇 예일 뿐이고, 한정으로서 고려되어서는 안된다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 특징을 포함하는 장치는 광범위한 용례에 적용 가능할 수도 있는데, 이들 용례는 예를 들어, 걷기/달리기로부터 에너지 하베스팅(energy harvesting)을 위한 신발 내로의 통합; 이동으로부터 에너지 하베스팅을 위한 의자 또는 의복 내로의 통합; 적어도 부분적 자가발전식(self-powered) 터치스크린; 적어도 부분적 자가발전식 무선 센서(예를 들어, 타이어 내의 자동차 전원식 센서); 풍력 에너지를 하베스팅하기 위한 디바이스; 사람 걷기로부터 에너지를 하베스팅하기 위해 바닥에 통합된 디바이스; 차량을 위한 것과 같은 가속도로부터 에너지를 하베스팅하기 위해 관성 질량체와의 통합; 및 압착으로부터 에너지를 하베스팅하기 위한 디바이스의 신체 내의 통합을 포함할 수 있다. 이들은 단지 예일 뿐 한정으로서 고려되어서는 안된다.
장치(10)는 본 예에서 압전기에 기초하여 전기를 발생하기 위한 적어도 하나의 발전기(30)를 포함한다. 발전기(들)(30)는 본 예에서 압전 하베스터/장치이다. 발전기(들)는 예를 들어 터치스크린(14)과 함께 또는 후방에 통합될 수 있다. 발전기(들)(30)에 의해 발생된 전기는 터치스크린(14)에 의해 사용되고, 그리고/또는 배터리(26) 내에 저장되고, 그리고/또는 콘트롤러(20) 및/또는 도 2에 버스 라인(32)에 의해 나타낸 바와 같이 장치의 다른 전자 부품에 공급될 수 있다.
도 3a를 또한 참조하면, 발전기 또는 압전 하베스터/장치(30)의 예시적인 실시예(301)가 도시되어 있다. 대응 등가 회로가 도 3b에 도시되어 있다. 본 예시적인 실시예에서, 발전기(30)는 압전 변환기층(312), 및 근접 제 1 압전 저항층(313)(이 경우에, 포지티브 압전 저항층임)을 포함한다. 압전 저항층(313)은 압전 변환기층(312)의 제 1 면과 전기 통신하고 있어, 압전 변환기층(312)이 전하를 발생하도록 변형될 때, 압전 저항층(313)은 또한 변형되고 압전 변환기층(312)으로부터 전하의 흐름을 제어하도록 구성된다.
이 경우에, 압전 변환기층(312)과 압전 저항층(313)의 근접도는 이들의 직접 물리적 접촉하도록 이루어진다. 압전 변환기층(312)의 변형은 압전 저항층(313)의 변형을 유발한다. 압전 저항층(313)의 변형은 그 비변형 상태에 비교하여 압전 저항층의 저항을 변화시킨다. 압전 변환기층으로부터 저장 회로부(331)로의 전하의 흐름은 이하에 더 설명되는 바와 같이 압전 저항층을 통한 통로로 한정된다. 따라서, 변형에 의해 압전 저항층(313)의 저항을 변화시키는 것은, 압전 저항층(313)이 압전 변환기층(312)으로부터의 전하의 흐름을 제어하는 것을 가능하게 한다.
제 1 압전 저항층(313)은 본 예에서 포지티브 압전 저항층이다. 즉, 예를 들어, 금속 절연체 복합체일 수 있는 제 1 압전 저항층의 저항은 기계적 응력에 응답하여 감소한다. 포지티브 압전 저항층은 다른 회로부와의 전기적 접속을 가능하게 하기 위해 전극을 형성하는 도전층(314)으로 코팅된다.
본 예에서, 압전 변환기층(312)은 압전층(312x), 제 1 도전층(312z)(예를 들어, 금속층과 같은), 및 제 2 도전층(312y)(예를 들어, 금속층과 같은)을 포함한다. 제 1 도전층(312z)은 본 예에서, 압전층(312x)의 제 1 면과 직접 전기 통신하고 있다. 제 2 도전층(312y)은 본 예에서 압전층(312x)의 대향하는 제 2 면과 직접 전기 통신하고 있다. 도전층(312y, 312z)의 하나 이상은 금속일 필요는 없다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 그래핀 필름을 포함하는 도전층이 제공될 수 있다.
압전 저항층(313)은 압전 변환기층(312)과 통합되기 때문에, 압전 변환기층(312)과 압전 저항층(313)을 포함하는 층상 구조체(311)가 임의의 외부 회로 없이 단일 적층형 포일로서 제조될 수 있다. 예를 들어, 롤-투-롤 생산(roll-to-roll production)이 사용될 수 있다.
층상 구조체(311)는 2개의 회로부, 즉 저항기(322)를 포함하는 이퀄라이징 회로부(equalizing circuit portion)(321), 및 저장 캐패시터(332)를 포함하는 저장 회로부(331)에 접속된다. 저장 회로부(331)는 제 1 압전 저항층(313)을 거쳐 제 1 도전층(312z)에서 압전 변환기층(312)의 제 1 면에 전기적으로 접속된다. 저장 회로부(331)는 또한 제 2 도전층(312y)에서 압전 변환기층의 대향 제 2 면에 전기적으로 접속된다. 저장 회로부(331)는 압전 변환기층(312)에 의해 발생된 전하를 저장하도록 구성된다. 이퀄라이징 회로부(321)는 제 1 도전층(312z)에서 압전 변환기층(312)의 제 1 면에, 그리고 제 2 도전층(312y)에서 압전 변환기층(312)의 대향 제 2 면에 접속된다. 제 2 이퀄라이징 회로부(321)는 압전 변환기층의 대향하는 제 1 면과 제 2 면 사이에서 전하가 이퀄라이징되는 것을 가능하게 하도록 구성된다. 이들 회로부는 외부 회로부이거나 또는 층상 구조체와 통합될 수도 있다.
응력 또는 힘(F(t))이 압전 변환기층(312)에 인가됨에 따라, 압전 재료(312x)의 양 면에 필드가 형성된다. 이는 2개의 도전층(312y, 312z) 내의 전하의 축적을 야기하여 병렬 플레이트 캐패시터를 형성한다. 압력 하에 있을 때, 포지티브 압전 저항층(313)은 저항(322)(Rs)을 갖는 이퀄라이징 회로부(321)보다 더 양호하게 도통한다. 따라서, 전류는 원리적으로 회로의 우측 저장 분기(저장 회로부(331)) 내에 흐른다. 압전 캐패시터(CP)(압전 변환기층(312)의 고유 캐패시턴스를 표현함)는 저장 캐패시터(332)(CL)로/로부터 전하를 이동함으로써 충전할 수 있다(더 높은 임피던스 부하(333)를 통한 전류는 무시할 수 있음). 응력/힘(F)이 해제될 때, 도전성 플레이트 상에 전하를 유지하는 전기장이 제거되고, 따라서 전하는 소산되거나 방전될 것이다. 그러나, 포지티브 압전 저항층(313)이 전도도를 감소시키기 때문에, 차단된 우측 저장 회로부(331)를 거쳐 이와 같이 행해질 수 없다. 그러나, 포지티브 압전 저항층(313)을 구비하지 않는 회로의 좌측 이퀄라이징 분기(이퀄라이징 회로부(321))는 압전 변환기층(312)의 도전성 플레이트(312y, 312z)를 방전하기 위해 이용 가능하게 유지된다. 즉, 응력 하에서의 압전 저항층(RP)의 저항은 RP << Rs를 만족하고, 비응력 상태일 때 압전 저항층(RP)의 저항은 Rs << RP를 만족한다.
포지티브 압전 저항층(313)은 전술된 사용과 관련하여 다이오드인 것으로 고려될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 압전 저항층은 그 전도도 불균형이 그를 가로질러 인가된 전기 바이어스에 의한 것이 아니라 기계적 응력에 의해 구동되기 때문에, 전기 다이오드에 직접 상응하지 않는다. 본 특정 예시적인 실시예에서, 바이어스의 임의의 역전이 응력의 인가에 의해 위상에서 항상 발생한다. 따라서, 압전 저항층은 단지 하나의 전류 극성을 위한 도전 상태에서 발견되어, 반도체 다이오드의 거동을 모방한다. 압전 저항층은 또한 압전 변환기가 기계적 응력을 받고(예를 들어, 압축됨) 해제되는 것과 동시에 개방되고 폐쇄되는 압력 작동식 스위치에 유사한 것으로 고려될 수도 있다.
도 3의 장치가 에너지 하베스터로서 더 효율적으로 동작하게 하기 위해, 압전 저항층(313)의 내부 캐패시턴스(CF)는 CP보다 작을 수도 있다. 본 예에서 더 작을수록 더 양호하다. 일 예시적인 실시예에서, 압전 변환기층(312)은 압전 재료로서 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 이는 약 1 nF/cm2의 정도의 CP 압전-캐패시턴스(압전 변환기층(312)의 고유 캐패시턴스)를 제공할 수 있다. 더욱이, 평균 압전 저항층의 두께는 약 5 내지 10 마이크로미터일 수 있고, 반면에 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF)는 20 내지 50 마이크로미터의 두께일 수 있다(캐패시턴스는 일반적으로 유전체 두께에 반비례함). 마지막으로, 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF)의 유전 상수는 -12이고, 반면에 절연체/도전체 복합체의 유전 상수는 훨씬 더 작을 가능성이 없다. 따라서, 디바이스의 기능을 향상시키기 위해, 압전 저항층의 캐패시턴스는 압전 변환기층에 대해 감소될 수 있다. 상기는 단지 예일 뿐이고, 한정으로서 고려되어서는 안된다는 것을 주목해야 한다.
임의의 압전 소자 및 연계된 정류 회로에 기초하는 압전 발생기를 설명할 때, 인가된 응력은 전체 활성 영역을 가로질러 균일하게 분배되는 것으로 종종 가정된다. 그러나, 다수의 실제 에너지 하베스팅 용례에서, 자극된 영역은 단지 총 표면의 일부일 뿐이다(예를 들어, 스크린 상의 손가락 터치 또는 압전 카펫 상의 걸음걸이). 매우 국부화된 응력이 대형 압전 소자에 인가되면, 병렬의 n+1 캐패시터의 어레이(자극된 영역에 동일한 영역을 각각 가짐)로서 구조체를 모델링할 수 있고, 이들 중 단지 하나 (0)만이 압전 재료의 분극에 의해 구동된다(도 4a 참조). 다음에, 정류 회로가 출력 라인 상의 단일 다이오드로 이루어지는 것을 가정한다(도 4b 참조). 여기서, n개의 비활성 캐패시터가 스테이지 (0)에서 발생된 신호에 유해한 기생 캐패시턴스를 제시한다. 달리 말하면, 캐패시터 (0)(구동된 픽셀)로/로부터 흐르는 전하는 다이오드를 통해 펌핑되기보다는 기생 캐패시터 (1) 내지 (n)(비활성 픽셀)와 대부분 교환될 것이어서, 훨씬 더 낮은 에너지 및 전압 출력을 야기한다. 이는 신호 증폭기가 이러한 약한 출력을 검출하기 위해 하류측에 요구되기 때문에, 압전 터치스크린의 기본적인 문제점이다. 어떠한 자가 충전도 따라서 현실적으로 성취가능하지 않다.
이 문제점을 해결하기 위해, 발전기의 총 면적은 자율적인 "픽셀"(또는 타일)로 분할될 수도 있다. 이들 픽셀은 예를 들어, 사람의 손가락끝의 크기와 같은, 자극의 측방향 크기에 각각 대략적으로 일치할 수 있다. 각각의 픽셀은 그 자신의 정류 회로(도 4b 참조)를 가질 수 있다. 이 방식으로, 픽셀 (0)이 구동됨에 따라, 모든 기생 캐패시터가 이들의 연계 다이오드에 의해 컷오프되고, 따라서 단지 이용 가능한 전류 경로만이 전술된 예에서 스테이지 (0)에서 다이오드 및 저항기를 통한다. 실제로, 도 5에 도시된 시뮬레이션은, 픽셀의 수가 40에 의해 도시된 바와 같이 스케일업됨에(scaled up) 따라, 출력 전압(VL)이 도 4a에 모델링된 회로에 대해 급속하게 소멸하는 것을 확인한다. 역으로, 도 4b의 회로에서, 출력 전압(VL)은 42에 도시되어 있는 바와 같이 픽셀의 수에 거의 독립적이다.
명백하게, 대면적 터치패널(특히, 플렉시블 터치패널)에서, 각각의 픽셀에 대해 국부적으로 다이오드를 구현하는 것은 실용적이지도 않고 비용 효과적이지도 않다. 그러나, 본 명세서에 설명된 바와 같은 특징은, 2개의 폴리머를 함께 적층하는 것만큼 기술적으로 저비용이고 간단한 해결책으로, 각각의 픽셀에 대해 적소에 정류 메커니즘을 유지함으로써 큰 스케일링에 대한 가능성을 제공한다.
도 6a 및 도 6b를 또한 참조하면, 도 3a에 유사하지만, 압전 변환기층(312)에 대한 압전 저항층의 캐패시턴스를 감소시키기 위한 어셈블리(411)의 일 예(401)가 도시되어 있다. 본 예에 의해 도시된 바와 같이, 이는 대응 압전 변환기층(312)에 대한 압전 저항층의 면적을 감소시킴으로써 성취될 수 있고, 따라서 캐패시턴스의 대응 감소를 성취한다. 도 6a의 실시예는, 압전 저항층(413)의 면적이 압전 변환기층(312)의 면적과 비교하여 감소되는 것을 제외하고는 도 3a와 동일하다. 마찬가지로, 포지티브 압전 저항층과 다른 회로부 사이의 전기 접속을 가능하게 하는 도전층(414)이 대응적으로 크기가 감소된다. 이 접근법은 몇몇 경우에(예를 들어, 터치패널 픽셀) 특히 효과적일 수 있다. 더 작은 압전 저항층은 압전 변환기층을 활성화하는 동일한 인가된 응력이 또한 압전 저항층의 저항의 변화를 활성화하도록 위치될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 마찬가지로, 압전 저항층은 층의 저항이 도통 상태에 있을 때 전류가 통과하는 것을 가능하게 하기에는 너무 크도록 너무 작게 형성되지 않아야 한다.
다수의 압전 저항층 "픽셀"은 도 4b에 도시된 바와 같이 압전 변환기층(412)을 갖고 배열될 수 있다(예를 들어, 그리드를 형성함)는 것이 이해될 수 있을 것이다. 이는 압력이 전체 디바이스 영역 위에 균일하게 인가되지 않더라도, 시스템이 효과적으로 동작하게 할 수 있다. 그리드의 기하학적 구조는 압전 저항층에 대한 낮은 캐패시턴스 및 낮은 온 저항에 대한 영향을 가질 수 있고, 큰 충분한 전류가 지원될 수 있게 할 수 있다. 이산 픽셀의 크기 및 간격은 용례에 의존한다. 예를 들어, 터치스크린을 위한 픽셀은 1 미크론 내지 1 mm의 인접 픽셀들 사이의 간격을 갖고, 1 내지 10 mm 범위일 수도 있다. 카펫 발걸음 에너지 하베스터에 대한 이산 픽셀은 다른 예로서, 인접한 이산 픽셀들 사이에 최대 수십 cm의 큰 공간일 수 있다(예를 들어, 최대 1 미터). 이들은 단지 예일 뿐이고, 한정으로서 고려되어서는 안된다는 것을 주목하라.
상기 설명으로부터, 0.1 내지 1000 Mohm 범위의 저항의 값(Rs)이 대부분의 용례에서 최적일 수 있다. Rs를 구현하기 위해, 완전 통합된 "연성"(예를 들어, 가요성, 신장 가능성 및/또는 변형 가능성) 디바이스에서도, 압전 변환기층의 2개의 도전층은 예를 들어 고도의 저항성 폴리머의 부분 또는 도전성 접착 테이프와 접속될 수도 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 특징은 통합 압전 발전기의 어레이로부터 자가발전식 터치패널을 위해 사용될 수 있다. 에너지 하베스팅 및 감지 용례를 위해 잠재적으로 이용 가능한 통합 압전 빌딩 블록은 그대로 본 명세서에 참조에 의해 합체되어 있는 국제 특허 출원 PCT/IB2012/055384호에 설명되어 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 특징은 예를 들어, 자가발전식 터치패널과 같은 특정 용례를 위해 이 기술을 이용할 수 있다. 장치의 크기 또는 변형 가능성의 임의의 제한을 암시하지 않기 위해, "터치스크린"보다는 용어 "터치패널"을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 따라서, 생성 단계는 코어 빌딩 블록의 재료 및 제조에 의존하지 않고, 오히려 다수의 이들 빌딩 블록이 특정 기능을 성취하기 위해 함께 조립될 수 있는 아키텍처(들)에 의존한다.
예를 들어 스마트폰 및 태블릿 컴퓨터와 같은 휴대형 핸드헬드 디바이스에 있어서, 입력을 위한 2개의 가장 인기있는 해결책은 저항성 터치스크린 및 용량성 터치스크린이 되어 왔다. 저항성 터치 기술의 주 이익은 그 제조 간단성 및 저비용이다. 과거에는, 저항성 터치스크린의 큰 단점은 멀티터치를 지원하지 않는다는 것이었다. 용량성 터치스크린은, 다른 한편으로, 독립적인 판독을 갖는 픽셀의 어레이로서 제조될 수 있고, 따라서 멀티터치 이벤트를 지원한다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 특징은 저항성 터치스크린을 갖는 "픽셀"을 제공하는데 사용될 수 있다. 이는 이어서 멀티터치를 지원하는 저항성 터치스크린을 허용할 수 있다. 양 기술은 작동을 위한 외부 전력의 일정한 공급을 필요로 하여, 터치스크린을 모바일 디바이스에서 전력 고소비(power-hungry) 기능부가 되게 한다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 하나 이상의 발전기를 포함하는 자가발전식 터치스크린은 이 터치스크린 전력 고소비 기능부 문제점을 해결할 것이다(또는 적어도 부분적 자가발전식 터치스크린으로 이 문제점을 적어도 부분적으로 해결함).
도 7을 또한 참조하면, 압전 저항층(413)으로 형성된 픽셀(46)에 접속된 크로스바 아키텍처(44)의 도전체의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 복수의 부재(413)로서 도시된 압전 저항층은 복수의 이격된 압전 저항성 전극(414)을 갖는다. 본 예에서, 각각의 픽셀(46)은 압전 저항층(413)의 상부에 2개의 이격된 전극 패드(414a, 414b)를 갖는 전극(414)을 갖는다. 크로스바 아키텍처를 사용하는 목적은 그 픽셀 상의 터치 이벤트의 평면 좌표를 고유하게 식별하기 위해, 행 노드(48) 중 하나 및 열 노드(49) 중 하나에 압력 하에서 IPG(개별 픽셀(46) 내의)에 의해 국부적으로 발생된 DC 전류를 출력하기 위한 것이다. 일 기본적인 예시적인 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 여기서, 디바이스는 연속적인 하부 전극(312y), 연속적인 압전 필름(312x), 픽셀화된 구조체의 형태의 패터닝된 중간 전극(312z), 압전 저항 필름(413)(여기서 패터닝되어 도시되어 있지만, 연속적일 수 있음), 및 패터닝된 상부 전극(414)으로 구성된다. 각각의 픽셀(46)의 패터닝된 상부 전극(414)은 크로스바 아키텍처(44)에 의해 대응 행 노드(48) 및 대응 열 노드(49) 각각에 각각 접속된 2개의 전기 절연된 전극 패드(414a, 414b)로 제조된다. 일 예에서, 압력이 개별 픽셀(46) 위에 균일하게 인가될 수도 있어, 2개의 독립적인 상부 전극 패드(414a, 414b)에 의해 제공된 출력이 거의 동일하게 된다. 도 8에 의해 도시된 바와 같이, 듀얼 출력(행 및 열)을 갖는 단일의 연속적인 패드(414)가 간단히 모든 노드를 함께 단락할 것이기 때문에, 열 및 행 전극 패드(414a, 414b)를 분할할 필요가 있다.
도 9 및 도 10의 단면도는 패터닝된 압전 저항층(413)(도 9) 또는 연속적인 압전 저항층(313)(도 10)을 갖는 실시예가 어째서 전기적으로 등가인지를 이해하는 것을 돕는다. 실제로, 압전 저항층(313, 413)은 단지 압축되는 경우에만 도전성이 되는 절연체이기 때문에, 활성 픽셀(응력 하의)로부터 그 비활성 이웃(압전 저항층이 휴지 상태에 있는 동안)으로 연속적인 압전 저항층(313)을 통해 어떠한 전류도 흐르지 않을 수 있다. 도 10에 도시된 영역(I)은 절연체 영역을 형성하고, 도 10에 도시된 영역(J)은 도전체 영역을 형성한다. 따라서, 실제로, 연속적인 압전 저항 필름이 가장 간단하고, 따라서 아마도 바람직한 실시예이다. 연속적인 압전 저항성 필름은 패터닝된 압전 저항성 필름 이외의 임의의 유형의 실시예에 사용될 수 있다.
도 9 및 도 10은 쇼트 저항기(short resistor: RS)(322)를 위한 예시적인 구현예를 또한 도시하고 있다. 도 9 내지 도 10이 도시하는 바와 같이, 각각의 픽셀은 비교적 큰 저항기(322)(예를 들어, 1 내지 1000 MOhm과 같은)를 통해 하부 전극(312y)에 접속될 수 있다. 이들 예시적인 실시예는 압전 필름(312x) 자체를 통해 통과하는 수직 저항기(322)의 구현예를 수반한다. 따라야 하는 접근법은 이 경우에 두 가지 측면(two fold)이다. 선택의 압전 재료가 고유적으로 열악한 도전체(예를 들어, ZnO와 같은)이면, 적합한 Rs가 자연적으로 제공된다. 대략 1 mm 이상의 실제 픽셀 크기에 대해, 수 ㎛ 두께 압전 저항 필름을 가로지르는 수직 저항은 측방향 저항보다 우세한데, 즉 모든 픽셀은 전기적으로 독립적인 것으로서 여전히 처리될 수 있다는 것을 주목하라. 다른 한편으로, 선택의 압전 재료가 양호한 절연체이면, 이는 도전성 마이크로 섬유 또는 나노 섬유(예를 들어, 탄소 나노튜브 또는 Au 또는 Ag와 같은 금속 나노와이어)를 갖는 복합체로 가공되어, 몇개의 내부 삼출 경로가 필름을 가로지르는 몇몇 전류의 전달을 허용할 수 있다.
그러나, 개별 픽셀들 사이의 몇몇 평면형 회로를 거쳐 이들 저항기를 구현하는 것이 또한 가능하다. 원리적으로, 개별 Rs 저항기는 제 2 금속층을 형성하는 모든 패드에 대해 구현되고, 이어서 제 1 금속층에 접속되어야 한다. 이 예가 도 11에 도시되어 있다. 평면형 회로(50)는 압전층(312x) 상에 있고 개별 도전성 플레이트(312z)에 접속된 저항기(322')(Rs)를 포함할 수 있다. 압전 저항성 필름(313, 413) 및 제 3 금속층(414)의 전극은 명료화를 위해 단지 도 11에는 도시되어 있지 않다. 이 구성을 실현하기 위한 가장 간단한 방식은 제 2 금속층의 모든 패드(312z)를 접속하기 위해 열악한 도전성 필름(52)을 사용하고, 이어서 도 12의 예에 의해 도시된 바와 같이 모든 패드와 얽힌 그리드(54)를 거쳐 제 1 금속층(312y)에 이러한 필름을 단락하는 것(56)일 것이다. 그리드 기하학적 구조는 개별 패드(312z)에 대해, 접지로의 전기 경로가 이웃 패드에 대한 것보다 덜 저항성이고, 이에 의해 기생 효과를 제한한다.
모든 이하의 예시적인 실시예에서, 저항기(Rs)는 압전 저항 필름 자체 내에 매립된 것으로 가정되고, 따라서 더 이상 도면에 도시되지 않는다. 도 13 내지 도 14에 도시된 다른 예시적인 실시예에서, 크로스바 아키텍처는 압전 필름(312x)의 상부측에 제조된 도전체(58)의 열의 어레이에 의해 그리고 압전 필름(312x)의 하부측에 제조된 도전체(59)의 수직 행의 어레이에 의해 구성된다. 이에 따라, 터치 이벤트 후에 열 노드에 의해 생성된 DC 신호는 포지티브 피크의 형태를 취할 것이고, 반면에 행 노드에 의해 생성된 연계된 DC 신호는 네거티브 피크의 형태를 취할 것이다(또는 압전 필름의 배향 및 극성에 따르면, 그 반대도 마찬가지임). 도 14에 도시된 분해 사시도에서, 압전 필름(312x)의 하부측의 IPG의 적층 순서가 역전되어 있는데, 즉 행 노드에 접속된 접촉 패드가 바로 그 하부에 있는 층이라는 것을 주목하라. 이는 도 7의 실시예에 대해 패드를 분할할 필요를 제거하여, 출력이 동일한 픽셀 내의 비균질하게 인가된 응력에 덜 민감하게 한다.
저항성 터치스크린에서 발생하는 것에 유사하게, 터치 이벤트의 평면 위치는 활성 IPG에 의해 발생된 전류가 어떻게 상이한 저항의 경로를 가로질러 분할되는지(저항성 맵핑)를 관찰함으로써 결정될 수 있다. 기본 실시예가 도 15에 도시되어 있다. 여기서, 디바이스는 연속적인 하부 전극(312y), 연속적인 압전 필름(312x), 픽셀화된 전극 구조체의 형태의 패터닝된 중간 전극(전술된 바와 같이, 압전 필름이 하부 및 중간 전극을 접속하는 쇼트 저항기(Rs)를 제공하는 것으로 가정됨), 압전 저항성 필름(패터닝된(413) 또는 연속적인(313)), 및 평면내 저항이 금속의 것보다 높은(0.1 내지 10 kOhm이 적합한 범위일 것임. 이 저항은 여전히 << Rs이어야 함) 필름(예를 들어, 탄소 필름)으로 제조된 연속적인 상부 전극으로 구성된다. 다음에, 금속 전극은 필름 에지에 접속되고, 4개의 출력(A 내지 D)을 제공한다. 예를 들어 도트(60)에 의해 표시된 코너의 것과 같은 픽셀이 가압될 때, IPG에 의해 발생된 전류는 모든 출력(A 내지 D)을 향해 저항성 상부 전극을 통해 흐르지만, 명백하게 단자(A, B)에서 측정된 전류는 C 및 D에서 측정된 것보다 높을 것이다. 적합한 캘리브레이션에 의해, 정확한 공간 맵핑이 가능하다.
공간적으로 분석되지 않은 집합적 출력에 기초하는 실시예가 있을 수도 있다. 예를 들어, 실시예는 심지어 대면적 자가발전식 터치 센서가 터치 이벤트의 평면 좌표를 분석할 필요 없이(예를 위해, 도어의 임의의 점 상의 노크는 내부의 벨이 울리게 함) 유용할 것인 경우를 포함할 수 있다. 대안적으로, 대면적 터치 센서가 자극 압력 스폿보다 큰 몇개의 "대형 버튼"만을 필요로 하는 경우가 존재할 수도 있다. 이들 "대형 버튼" 중 임의의 하나에 대해, 불리언(Boolean) 출력에 의해, 전술된 동일한 고려사항이 적용될 수도 있다. 즉, 전력 발생을 최대화하고 강력한 신호를 출력하기 위해, 활성 IPG의 면적은 인가된 자극(인간 손가락과 같은)의 것에 대략 일치할 수 있다. 도 16에 의해 도시된 바와 같이, 따라서 단일의 버튼(62)은 단일의 IPG로 제조되지 않고, 오히려 단일의 집합적 출력(64)이 모든 상부 전극에 접속되어 있는 IPG(46)의 어레이로 구성될 수 있다. 이는 도 4b에 도시된 등가의 회로를 모방할 수 있다(캐패시터는 제외됨). 여기서, 어떠한 픽셀(46)이 가압되더라도, 동일한 최대 출력이 각각의 버튼(62)에 대해 64에서 항상 수집된다. 도 17은 의미있는 구현예를 개략적으로 도시하고 있다. 본 예에서, 장치(66)는 4개의 버튼(62)을 포함한다. 각각의 버튼(62)은 그 자신의 각각의 집합적 출력(64)을 갖는 IPG(46)의 어레이를 갖는다.
본 실시예의 광범위한 적용 가능성을 더 강조하기 위해, 본 출원인은 다른 예를 제안한다. CPU가 자가발전식 압전 카펫 상의 이들의 발걸음으로부터 상이한 룸을 가로질러 배회하는 사람을 검출하는 집을 고려한다. 여기서, 각각의 룸은 불리언 출력을 갖는 별개의 개별적인 픽셀이지만(룸은 비어있거나 점유되어 있음), 단일의 룸 내에서 플로어 영역은 단일의 자극 풋프린트보다 훨씬 크다. 개별적인 룸을 위한 압전 카펫은 이어서 공통 집합적 출력을 갖는 그리고 평균 풋프린트 크기에 대략 일치하는 단일의 타일의 영역을 갖는 IPG "타일"의 어레이로 구성될 수도 있다.
지금까지 고려된 모든 실시예에서, 단일의 압전 필름의 사용이 항상 가정된다. 이러한 필름은 종종 매우 얇기 때문에(예를 들어, PVDF), 서로의 상부에 다수의 층을 적층하는 가능성을 방해하는 두께, 변형 가능성 또는 투명성의 견지에서, 실제로 심각한 제약은 아닐 수도 있다. 이러한 것이 해당되는 경우에, 몇몇 아키텍처는 터치 이벤트를 위한 위치 선택도를 유지하면서 총 에너지 발생을 부스트하도록 조합될 수 있다. 모든 것의 가장 간단한 조합은 단일의 집합적 출력(64)을 갖는 도 16에 62에 의해 도시된 바와 같이, 위치-비선택적인 하나(또는 하나 초과)에 걸쳐, 예를 들어 위치 선택적 아키텍처(도 7에 도시된 바와 같이)를 적층하는 것일 것이다. 62로부터의 에너지는 신호 형태(411)를 더 증폭하는데 사용되거나, 또는 단지 터치 감지에 병렬로 몇몇 대안적인 사용을 위해 저장될 수 있다.
본 명세서에 상세히 설명된 예시적인 실시예는 이들의 적용 가능성을 제한하기 위해 일반적인 방식으로 제시된다. 그러나, 기술을 위한 몇몇 용례는 이하를 포함할 수도 있다.
Figure 112015106296655-pct00001
본 명세서에 설명된 바와 같은 특징들의 일부의 장점은
· 자가발전식
· 작은 격리된 픽셀
· 큰 면적
· 가요성
· 투명성
을 포함한다.
가요성 및 투명성을 고려하면, 이들은 코어 기술 빌딩 블록(IPG)에 의해 반드시 허가되지는 않는다. 이들은 필요하다면, 모든 층의 가요성 및/또는 투명 버전이 선택되면, 성취될 수 있다. 예를 들어, PVDF는 가요성의 투명한 압전 소자이다. 금속층은 변형 가능한 투명한 도전체(예를 들어, 그래핀 또는 그래핀 잉크)로 제조될 수도 있다. 압전 저항층은 또한 가요성이고 투명할 수도 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 특징에 의해, 기능적 아키텍처가 대응 DC 신호를 출력하기 위해 전력을 내부에서 또한 발생하면서, 터치 이벤트를 공간적으로 분석할 수 있는(그 위치를 식별함) 새로운 터치 패널을 구성하기 위해, 통합 압전 발전기(IPG)(예를 들어, 국제 특허 출원 번호 PCT/IB2012/055384호에 설명된 바와 같은)의 어레이를 조립하도록 제공될 수도 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 특징에 의해, 이는 이전까지 실현된 것보다 더 간단하고 효율적으로 행해질 수도 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 특징은 이하와 함께 사용될 수도 있다.
A. 개별 픽셀이 크로스바 아키텍처에 의해 분석되는 IPG의 어레이.
B. 이들 상보적인 어레이에 의해 발생된 행 및 열 좌표를 조합함으로써 개별 픽셀이 분석되는, 압전 필름의 어느 하나의 측에 제조된 IPG의 2개의 어레이.
C. 이들 상보적인 어레이에 의해 발생된 행 및 열 좌표를 조합함으로써 개별 픽셀이 분석되는, 2개의 독립적인 압전 필름 상에 제조된 IPG의 2개의 어레이의 스택.
D. 단일의 터치 이벤트에 의해 발생된 전류가 어떻게 대향 전극을 가로질러 저항성 필름을 통해 분할되는지(종래의 저항성 터치스크린에 유사하지만, 전류는 내부에서 발생됨)를 분석함으로써 개별 픽셀이 분석되는(위치 식별됨) IPG의 어레이.
E. 개별 픽셀이 개별적으로 분석되지 않지만, 어레이의 어떠한 요소라도 터치되거나 가압되면 유사한 집합적 출력을 제공하는 IPG의 어레이.
F. 개별 픽셀이 A 내지 D에 대한 아키텍처에 의해 분석되고, 부가의 에너지가 E에 대한 나머지 집합적 출력 아키텍처에 의해 발생되는 2개(또는 그 이상)의 독립적인 압전 필름 상에 제조된 IPG의 2개(또는 그 이상)의 어레이의 스택.
G. 압전 필름이 절연체보다는 열악한 도전체이거나 또는 열악한 도전체가 되도록 가공되는 A 내지 F에 대한 장치. 이는 1 내지 1000 MOhm/cm2의 정도로 수직 방향의 전기 저항을 갖는 필름으로서 의도될 것이다.
일 유형의 예시적인 실시예는 압전 변환기층; 압전 변환기층 상의 적어도 하나의 압전 저항층; - 적어도 하나의 압전 저항층은 복수의 이격된 압전 저항성 전극을 포함하고, 장치는 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 압전 저항성 전극 중 적어도 하나가 응력을 받게 되도록 구성되고, 적어도 하나의 압전 저항층은 압전 변환기층으로부터 전하의 흐름을 제어하도록 구성됨 - ; 및 압전 저항성 전극에 전기적으로 접속된 전기 도전체 출력 - 출력은 압전 변환기층으로부터의 전하가 압전 저항성 전극 외부로 흐르게 하도록 구성되고, 전기 도전체 출력은 전기 도전체 출력 중 적어도 하나 상의 전하에 기초하여 응력을 받고 있는 적어도 하나의 압전 저항성 전극의 식별을 허용하기 위해 압전 저항성 전극에 대해 구성됨 - 을 포함하는 장치에 제공될 수도 있다.
전기 도전체 출력은 크로스바 아키텍처를 포함할 수 있다. 장치는, 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 압전 저항성 전극의 적어도 2개는 응력을 받고, 적어도 2개의 압전 저항 전극의 각각은 전기 도전체 출력 중 상이한 하나에 접속되도록 구성된다. 적어도 2개의 압전 저항성 전극은 적어도 2개의 압전 저항성 전극과 압전 변환기층 사이에 압전 저항성 재료를 갖는 압전 저항 변환기층의 제 1 면 상에 위치될 수 있다. 압전 저항성 재료는 적어도 2개의 압전 저항성 전극과 압전 변환기층 사이에 연속적인 필름을 포함할 수 있다. 전기 도전체 출력은 출력의 열 및 행을 포함할 수 있다. 장치는 압전 변환기층의 제 1 도전층을 압전 변환기층의 압전층을 통해 압전 변환기층의 제 2 도전층에 접속하는 복수의 저항기를 추가로 포함할 수 있다. 픽셀이 압전 저항성 전극 아래에 형성될 수 있고, 장치는 압전 변환기층의 제 1 도전층을 압전 변환기층의 제 2 도전층에 접속하는 복수의 저항기를 추가로 포함하고, 저항기는 픽셀들 사이의 평면형 회로 상에 형성된다. 적어도 하나의 압전 저항층은 압전 변환기층의 제 1 측 상의 제 1 압전 저항층 및 압전 변환기층의 제 2 상이한 측 상의 제 2 압전 저항층을 포함할 수 있다. 전기 도전체 출력은 압전 변환기층의 제 1 측 상의 제 1 세트의 출력 및 압전 변환기층의 제 2 측 상의 제 2 상이한 세트의 출력을 포함할 수 있다. 장치는 응력을 받고 있는 적어도 하나의 압전 저항성 전극의 위치의 저항성 맵핑을 위한 수단을 포함할 수 있다. 장치는 어셈블리에서 압전 변환기층 및 적어도 하나의 압전 저항층과 적층된 제 2 압전 변환기층 및 제 2 압전 저항층을 추가로 포함할 수 있다. 장치는 압전 변환기층으로부터, 응력을 받고 있는 적어도 하나의 제 1 압전 저항성 전극을 통해 흐르는 전하에 적어도 부분적으로 기초하여, 적어도 하나의 제 1 압전 저항성 전극 중 어느 것이 응력을 받고 있는지를 식별하기 위한 수단을 추가로 포함할 수 있다.
예시적인 방법은 압전 변환기층을 제공하는 단계; 압전 변환기층과 전기적으로 통신하는 적어도 하나의 압전 저항층을 제공하는 단계 - 적어도 하나의 압전 저항층은 복수의 이산의 이격된 압전 저항성 전극을 포함하여, 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 압전 저항성 전극 중 적어도 하나가 압전 저항층에 대해 응력을 받게 되어 압전 변환기층으로부터 전하의 흐름을 제어함 - ; 및 압전 저항성 전극으로부터 복수의 개별 전기 출력을 제공하는 단계 - 출력들 중 제 1 출력은 압전 저항성 전극 중 적어도 2개에 접속되고, 출력들 중 제 2 출력은 압전 저항성 전극의 적어도 2개의 상이한 전극에 접속됨 - 를 포함할 수 있다.
복수의 개별 전기 출력을 제공하는 단계는 크로스바 아키텍처로서 전기 출력을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 압전 저항성 전극의 적어도 2개는 응력을 받고, 적어도 2개의 압전 저항성 전극의 각각은 전기 출력 중 상이한 것에 접속된다. 방법은 압전 변환기층의 제 1 도전층을 압전 변환기층의 압전층을 통해 압전 변환기층의 제 2 도전층에 접속하는 복수의 저항기를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 픽셀이 압전 저항성 전극 아래에 형성될 수 있고, 방법은 압전 변환기층의 제 1 도전층을 압전 변환기층의 제 2 도전층에 접속하는 복수의 저항기를 추가로 포함할 수 있고, 저항기는 픽셀들 사이의 평면형 회로 상에 형성된다. 적어도 하나의 압전 저항층을 제공하는 단계는 압전 변환기층의 제 1 측 상에 제 1 압전 저항층을, 그리고 압전 변환기층의 제 2 상이한 측 상에 제 2 압전 저항층을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
일 유형의 예시적인 장치는 압전 변환기층; 압전 변환기층의 제 1 면과 전기적으로 통신하는 제 1 압전 저항층 - 제 1 압전 저항층은 복수의 이산의 이격된 압전 저항성 전극을 포함하고, 장치는 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 제 1 압전 저항성 전극 중 적어도 하나가 응력을 받게 되어 제 1 압전 저항층이 압전 변환기층으로부터 전하의 흐름을 제어하게 하도록 구성됨 - ; 및 제 1 압전 저항성 전극으로부터 복수의 개별 전기 출력 - 출력들 중 제 1 출력은 제 1 압전 저항성 전극에 접속되고, 출력 중 제 2 출력은 제 1 압전 저항성 전극 중 적어도 2개의 상이한 것에 접속됨 - 을 포함할 수 있다.
상기 설명은 단지 예시적인 것이라는 것이 이해되어야 한다. 다양한 대안예 및 수정예가 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 안출될 수 있다. 예를 들어, 다양한 종속항에 언급된 특징들은 임의의 적합한 조합(들)으로 서로 조합될 수 있다. 게다가, 전술된 상이한 실시예로부터의 특징은 새로운 실시예에 선택적으로 조합될 수 있다. 이에 따라, 상세한 설명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 이러한 대안예, 수정예 및 변형예를 포함하도록 의도된다.
10: 장치 12: 하우징
14: 디스플레이 16: 수신기
18: 송신기 20: 콘트롤러
22: 프로세서 24: 메모리
26: 배터리 28: 소프트웨어

Claims (20)

  1. 압전 전하 발생 장치로서,
    압전 변환기층과,
    상기 압전 변환기층 상의 적어도 하나의 압전 저항층 - 상기 적어도 하나의 압전 저항층은 복수의 이격된 압전 저항성 전극을 포함하고, 상기 장치는 상기 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 상기 압전 저항성 전극 중 적어도 하나가 응력을 받게 되도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 압전 저항층은 상기 압전 변환기층으로부터 전하의 흐름을 제어하도록 구성됨 - 과,
    상기 압전 저항성 전극에 전기적으로 접속된 전기 도전체 출력 - 상기 출력은 상기 압전 변환기층으로부터의 전하가 상기 압전 저항성 전극으로부터 흘러나오도록 구성되고, 상기 전기 도전체 출력은 상기 전기 도전체 출력 중 적어도 하나 상의 전하에 기초하여 응력을 받고 있는 적어도 하나의 압전 저항성 전극의 식별을 가능하게 하기 위해 상기 압전 저항성 전극에 대해 구성됨 - 을 포함하는
    압전 전하 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 도전체 출력은 크로스바 아키텍처(a crossbar architecture)를 포함하는
    압전 전하 발생 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 상기 압전 저항성 전극의 적어도 2개는 응력을 받고, 상기 적어도 2개의 압전 저항 전극의 각각은 상기 전기 도전체 출력 중 상이한 하나에 접속되도록 구성되는
    압전 전하 발생 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 압전 저항성 전극은 상기 적어도 2개의 압전 저항성 전극과 상기 압전 변환기층 사이에 압전 저항성 재료를 갖는 상기 압전 저항 변환기층의 제 1 면 상에 위치되는
    압전 전하 발생 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 압전 저항성 재료는 상기 적어도 2개의 압전 저항성 전극과 상기 압전 변환기층 사이에 연속적인 필름을 포함하는
    압전 전하 발생 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 도전체 출력은 상기 출력의 열 및 행을 포함하는
    압전 전하 발생 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 변환기층의 제 1 도전층을 상기 압전 변환기층의 압전층을 통해 상기 압전 변환기층의 제 2 도전층에 접속하는 복수의 저항기를 더 포함하는
    압전 전하 발생 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    픽셀들이 상기 압전 저항성 전극 아래에 형성되고, 상기 장치는 상기 압전 변환기층의 제 1 도전층을 상기 압전 변환기층의 제 2 도전층에 접속하는 복수의 저항기를 더 포함하고, 상기 저항기는 상기 픽셀들 사이의 평면형 회로 상에 형성되는
    압전 전하 발생 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압전 저항층은 상기 압전 변환기층의 제 1 측 상의 제 1 압전 저항층 및 상기 압전 변환기층의 제 2 상이한 측 상의 제 2 압전 저항층을 포함하는
    압전 전하 발생 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전기 도전체 출력은 상기 압전 변환기층의 제 1 측 상의 제 1 세트의 출력 및 상기 압전 변환기층의 제 2 측 상의 제 2 상이한 세트의 출력을 포함하는
    압전 전하 발생 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 응력을 받고 있는 상기 적어도 하나의 압전 저항성 전극의 위치의 저항성 맵핑을 위한 수단을 포함하는
    압전 전하 발생 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    어셈블리에서 상기 압전 변환기층 및 적어도 하나의 압전 저항층과 적층된 제 2 압전 변환기층 및 제 2 압전 저항층을 더 포함하는
    압전 전하 발생 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 변환기층으로부터, 응력을 받고 있는 상기 적어도 하나의 제 1 압전 저항성 전극을 통해 흐르는 전하에 기초하여, 상기 적어도 하나의 제 1 압전 저항성 전극 중 어느 것이 응력을 받고 있는지를 식별하기 위한 수단을 더 포함하는
    압전 전하 발생 장치.
  14. 압전 변환기층을 제공하는 단계와,
    상기 압전 변환기층과 전기적으로 통신하는 적어도 하나의 압전 저항층을 제공하는 단계 - 상기 적어도 하나의 압전 저항층은 복수의 이산의 이격된 압전 저항성 전극을 포함하여, 상기 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 상기 압전 저항성 전극 중 적어도 하나가 상기 압전 저항층에 대해 응력을 받게 되어 상기 압전 변환기층으로부터 전하의 흐름을 제어함 - 와,
    상기 압전 저항성 전극으로부터 복수의 개별 전기 출력을 제공하는 단계 - 상기 출력들 중 제 1 출력은 상기 압전 저항성 전극 중 적어도 2개에 접속되고, 상기 출력들 중 제 2 출력은 상기 압전 저항성 전극의 적어도 2개의 상이한 전극에 접속됨 - 를 포함하는
    압전 장치 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 개별 전기 출력을 제공하는 단계는 크로스바 아키텍처로서 상기 전기 출력을 형성하는 것을 포함하는
    압전 장치 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 상기 압전 저항성 전극의 적어도 2개는 응력을 받고, 상기 적어도 2개의 압전 저항성 전극의 각각은 상기 전기 출력 중 상이한 것에 접속되는
    압전 장치 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 압전 변환기층의 제 1 도전층을 상기 압전 변환기층의 압전층을 통해 상기 압전 변환기층의 제 2 도전층에 접속하는 복수의 저항기를 제공하는 단계를 더 포함하는
    압전 장치 제조 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    픽셀들이 상기 압전 저항성 전극 아래에 형성되고, 상기 방법은 상기 압전 변환기층의 제 1 도전층을 상기 압전 변환기층의 제 2 도전층에 접속하는 복수의 저항기를 더 포함하고, 상기 저항기는 상기 픽셀들 사이의 평면형 회로 상에 형성되는
    압전 장치 제조 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압전 저항층을 제공하는 단계는 상기 압전 변환기층의 제 1 측 상에 제 1 압전 저항층을, 그리고 상기 압전 변환기층의 제 2 상이한 측 상에 제 2 압전 저항층을 제공하는 것을 포함하는
    압전 장치 제조 방법.
  20. 압전 전하 발생 장치로서,
    압전 변환기층과,
    상기 압전 변환기층의 제 1 면과 전기적으로 통신하는 제 1 압전 저항층 - 상기 제 1 압전 저항층은 복수의 이산의 이격된 압전 저항성 전극을 포함하고, 상기 장치는 상기 압전 변환기층이 전하를 발생하도록 변형될 때, 상기 제 1 압전 저항성 전극 중 적어도 하나가 응력을 받게 되어 상기 제 1 압전 저항층이 상기 압전 변환기층으로부터 전하의 흐름을 제어하게 하도록 구성됨 - 과,
    상기 제 1 압전 저항성 전극으로부터 복수의 개별 전기 출력 - 상기 출력들 중 제 1 출력은 상기 제 1 압전 저항성 전극에 접속되고, 상기 출력 중 제 2 출력은 상기 제 1 압전 저항성 전극 중 적어도 2개의 상이한 것에 접속됨 - 을 포함하는
    압전 전하 발생 장치.
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