KR101841365B1 - 촉각 피드백 장치 - Google Patents

촉각 피드백 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101841365B1
KR101841365B1 KR1020160147978A KR20160147978A KR101841365B1 KR 101841365 B1 KR101841365 B1 KR 101841365B1 KR 1020160147978 A KR1020160147978 A KR 1020160147978A KR 20160147978 A KR20160147978 A KR 20160147978A KR 101841365 B1 KR101841365 B1 KR 101841365B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
charge
tactile feedback
feedback device
surface charge
disposed
Prior art date
Application number
KR1020160147978A
Other languages
English (en)
Inventor
김상우
승완철
윤홍준
곽성수
김동훈
김태윤
강민기
이강혁
김성균
이정환
김성수
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020160147978A priority Critical patent/KR101841365B1/ko
Priority to US15/788,902 priority patent/US10613633B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101841365B1 publication Critical patent/KR101841365B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B21/00—Teaching, or communicating with, the blind, deaf or mute
    • G09B21/001—Teaching or communicating with blind persons
    • G09B21/003—Teaching or communicating with blind persons using tactile presentation of the information, e.g. Braille displays
    • G09B21/004—Details of particular tactile cells, e.g. electro-mechanical or mechanical layout
    • H01L41/083—
    • H01L41/113—
    • H01L41/18—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/002—Electrostatic motors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

본 발명은 기존의 가상현실, 증강현실장치에 쓰일 촉각 피드백 장치 및 모방현실 구축에 관한 것으로 정전기력를 이용한 팁-어레이(Tip-array)형 촉각 피드백 장치를 제작하여 이를 통해 기존에는 시각에만 국한되어 있던 가상현실을 촉각과 더불어 질감까지 느낄 수 있는 다차원 감각을 제공하고자 한다.

Description

촉각 피드백 장치 {TACTILE FEEDBACK DEVICE}
본 발명은 모방현실을 구현하기 위해 가상현실, 증강현실 장치에 쓰일 촉각 피드백 전달 장치에 관한 것이다.
실제 사물 혹은 가상의 사물로부터 보다 직관적인 형태의 정보 교류가 가능한 VR(Virtual Reality) 또는 AR(Augmented Reality) 기술에 정밀한 촉각 피드백 기술이 더해질 경우, 가상 현실보다 한 차원 진화한 실체하는 가상, 즉 모방 현실의 구현이 가능하다.
현재 정보습득 방식은 시청각적 정보(텍스트, 사진, 동영상)를 PC, 스마트폰 등을 통해 습득하던 형태에서 직관적인 경험을 통해 정보 습득이 가능한 VR과 AR 형태로 진화하고 있다.
가상의 사물에 대한 시청각적인 정보를 표현하는 것뿐만 아니라 다른 감각정보(촉각, 미각, 후각)가 더해질 경우, 가상현실보다 한 차원 진화한 실체 하는 가상, 즉 모방 현실의 구현이 가능하며 이는 휴대폰에서 스마트폰으로의 진화처럼 전반적인 삶의 영역에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대된다.
인체의 오감 중 시청각 및 미각, 후각 정보는 일방적인 수동적 정보이지만 촉각정보의 경우 가상현실과의 상호작용을 통해 능동적 정보 교환이 가능하여 직관적이고 효율적인 정보 습득 가능하다. 따라서 모방현실 구현을 위해서는 촉각 피드백 장치의 개발이 가장 우선되어야 한다.
기존의 촉각 피드백 장치는 크게 전기적, 기계적 자극을 통한 방식이 있으나 전기적 자극의 경우 실제 촉각 정보와의 괴리감으로 인해 정확한 촉각 정보를 전달하기가 어렵고, 기계적 자극의 경우 구성 요소의 복잡성, 큰 부피, 높은 구동전력 등에 의해 실제 적용이 어려다는 문제점이 있었다.
기계적인 자극을 통한 촉각 피드백 장치 구현을 위해서는 정밀한 액추에이팅 기술이 반드시 요구되지만, 기존의 액추에이터들은 많은 기술적 한계를 갖고 있다.
종래에 기존 액추에이터로 여러 가지 장치들이 사용되며, 각각 장치의 단점으로는, 편심모터-긴 응답시간, 선형공진-약한 내구성, 압전-높은 소비전력 요구, 전기활성폴리머-매우 큰 전위차 필요, 정전기력-국소적인 촉각 피드백 불가 등이 있으며 이러한 장치들의 한계점으로 인해 기술 완성도 측면에서 아직 부족한 상황이다.
본 발명은 기존의 가상현실, 증강현실장치에 쓰일 촉각 피드백 장치 및 모방현실 구축에 관한 것으로 정전기력를 이용한 팁-어레이(Tip-array)형 촉각 피드백 장치를 제작하여 이를 통해 기존에는 시각에만 국한되어 있던 가상현실을 촉각과 더불어 질감까지 느낄 수 있는 다차원 감각을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 장치는, 복수의 표면 전하 유도부를 포함한 표면 전하 유도 장치; 및 상기 표면 전하 유도 장치의 상부에 상기 표면 전하 유도 장치와 이격되어 배치된 복수의 압력 전달부를 포함한 압력 전달 장치를 포함하고, 상기 표면 전하 유도 장치의 각각의 표면 전하 유도부에서 유도된 표면 전하의 극성에 따라 상기 압력 전달 장치의 압력 전달부에 척력 또는 인력을 인가하여 압력 전달부를 이동시킨다.
상기 복수의 표면 전하 유도부는 복수의 픽셀로 이루어지며, 상기 픽셀 별로 각각 상기 압력 전달부가 복수개 배치되어 있다.
상기 표면 전하 유도부의 각각의 픽셀은, 기판; 상기 기판 상의 일부에 배치된 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 절연시키도록 덮고 있는 산화물층; 상기 산화물층의 내부에 배치된 제 1 전하 트랩층; 상기 산화물층을 상에 배치된 채널층; 및 상기 채널층의 양단에 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다.
상기 산화물층은 터널링 산화물층 및 게이트 산화물층으로 이루어진다. 상기 터널링 산화물층은 상기 채널층 및 상기 제 1 전하 트랩층 사이에 배치되고, 상기 게이트 산화물층은 상기 게이트 전극 및 상기 제 1 전하 트랩층 사이에 배치된다.
상기 채널층은 2차원 물질이 이용되고, 상기 2차원 물질은 낮은 캐리어 농도를 갖는 전계 차폐를 최소화하는 소재가 이용된다. 상기 낮은 캐리어 농도를 갖는 전계 차폐를 최소화하는 소재는 MoS2, WSe2, MoTe2, WS2 중 어느 하나 이상이 이용된다.
상기 압력 전달부는 제 2 전하 트랩층 및 상기 제 2 전하 트랩층 상에 배치된 압력 전달 돌기를 포함한다.
상기 제 2 전하 트랩층으로 일렉트렛이 이용될 수 있다.
상기 제 2 전하 트랩층은 고밀도 전하 수용이 가능하며 수용된 전하의 반영구적 유지가 가능한 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 고밀도 전하 수용이 가능하며 수용된 전하의 반영구적 유지가 가능한 소재는, CYTOP, TEFLON AF, Parylene 중 어느 하나 이상이 이용된다.
상기 제 1 전하 트랩층으로 고밀도 전하수용이 가능하며 표면전하 제어가 가능한 소재가 이용되는 것이 바람직하다. 상기 고밀도 전하수용이 가능하며 표면전하 제어가 가능한 소재는, CYTOP, TEFLON AF, Parylene 중 어느 하나 이상이 이용된다.
상기 압력 전달 돌기는 인체 적합성이 뛰어난 경량 소재가 이용되는 것이 바람직하다. 상기 인체 적합성이 뛰어난 경량 소재는 P(VDF-TrFE), PFA, TEFLON, KAPTON, PDMS 중 어느 하나 이상이 이용된다.
상기 압력 전달 돌기는 압력 전달 돌기 지지대 상에 배치되고, 압력 전달 돌기의 상부는 지지대 위로 노출되어 지지대에 걸쳐 있으며 압력 전달 돌기의 하부는 지지대 아래로 배치되어 상기 제 2 전하 트랩층과 결합되어 있다.
본 발명에 따르면, 정전기력를 이용한 촉각 전달 장치를 개발함으로써 종래에 연구 개발되던 촉각 피드백 장치들의 구조적, 성능적 한계를 극복 할 수 있을 것으로 기대된다.
이러한 본 발명의 촉각 피드백 장치의 구성요소인 압력 전달 장치, 표면 전하 유도 장치를 최적화 하여 이를 기존 가상/증강현실에 이용할 수 있을 것이며, 이러한 추가적인 출력장치에 의해 기존에 제공되던 시각적인 정보 이외에 촉각 정보가 더해짐에 따라 한 차원 진화한 복합적 출력장치가 될 것이라고 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 장치의 모습을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 장치의 실제 작동에 따른 촉각 정보의 전달에 대한 개념도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 전하 유도부의 각각의 픽셀에 대한 구조를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 전달부의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 전하 유도부의 작동 모습을 순서대로 도시한 도면이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 장치의 모습을 도시한다. 도 1에서 보는 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 장치는 복수의 표면 전하 유도부를 포함한 표면 전하 유도 장치(20); 및 상기 표면 전하 유도 장치의 상부에 상기 표면 전하 유도 장치와 이격되어 배치된 복수의 압력 전달부를 포함한 압력 전달 장치(10)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 장치는 표면 전하 유도 장치(20)의 각각의 표면 전하 유도부에서 유도된 표면 전하의 극성에 따라 압력 전달 장치(10)의 압력 전달부에 척력 또는 인력을 인가하여 압력 전달부를 이동시키게 된다. 이러한 압력 전달부의 이동이 피부에 닿음에 의해 촉각에 의한 정보를 얻게 된다.
인체에 자극을 전달하기 위한 최소 전하량을 구하면, 쿨롱힘 공식에 의해 전하형성층에서 100μC/m2이상의 표면전하 유도 시 1.5mm이상의 동작변위를 가지며 피부가 느낄 수 있는 충분한 압력 전달이 가능하다는 것을 알 수 있으며, 표면전하 유도 기술로는 코로나폴링(200-3700μC/m2), 일렉트론 빔(600-7500μC/m2), 소프트 X레이(300-4000μC/m2), 전기장(17600μC/m2) 등의 방법이 있으며 이는 모두 촉각 전달 장치를 구동시키기에 충분하다.
본 발명에서는 후술하는 바와 같이 표면 전하 유도부에서 전하를 유도하여 각 픽셀별로 압력 전달 장치의 압력 전달부에 척력 또는 인력을 인가하는 구조를 갖고 있다.
표면 전하 유도 장치(20)는 복수의 표면 전하 유도부를 포함하고 있다. 복수의 표면 전하 유도부는 복수의 픽셀로 이루어지며, 각 픽셀별로 각각 압력 전달부가 복수개가 배치된다. 예를 들어, 4x4의 16개의 픽셀로 이루어진 촉각 피드백 장치의 경우에는 픽셀이 16개 존재하며, 그에 따라 16개의 표면 전하 유도부 및 16개의 압력 전달부를 포함하게 된다. 본 발명에 따르면, 표면전하 유도부에서 입력 정보에 따른 각 픽셀에서의 표면 전하가 유도되고 유도된 전하가 압력 전달부 아래 부분에 대전된 전하와 서로 쿨롱힘(척력 또는 인력)을 발생시켜 압력 돌기들의 수직높이가 바뀌게 되어 각기 다른 압력 센싱을 통한 피부로의 촉각 정보가 전달되게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 장치의 실제 작동에 따른 촉각 정보의 전달에 대한 개념도를 도시한다. 도 2에서 보는 것처럼 입력 정보에 따라 각 픽셀에서 표면 전하가 유도되고 유도된 표면 전하의 극성 및 유도된 전하량에 따라 각각 픽셀별로 압력 전달부의 압력 돌기의 수직 높이를 변경시키고 이를 통해 피부로의 촉각 정보가 전달된다. 도 2에서는 압력 전달부의 하부는 양전하로 대전된 상태이며, 입력 정보에 따라 표면 전하 유도부에 양전하가 유도되게 됨으로써 척력이 발생되는 경우이다.
표면 전하 유도 장치(20)의 표면 전하 유도부의 각각의 픽셀에 대한 구조는 도 3에서 도시된다. 도 3에서 도시된 것처럼, 표면 전하 유도부의 각각의 픽셀은 기판(21); 게이트 전극(22); 산화물층(23); 제 1 전하 트랩층(24); 채널층(25); 소스 전극(26); 및 드레인 전극(27)을 포함한다.
표면전하 유도부의 구조는 상용화된 floating gate memory의 inverted구조를 가지며 전하형성 원리는 기존 floating gate memory와 동일하지만 형성된 전하로부터 발생되는 전기장은 채널이 아닌 압력돌기부로 전달되어야 하기 때문에 채널층으로 부터의 차폐 최소화를 위해 매우 얇고 intrinsic 전하 캐리어 농도가 낮은 채널층을 이용하는 것이 바람직하다. 이하에서는 구체적인 구성별로 추가적으로 설명하도록 하겠다.
기판(21)은 특별한 제한은 없으며 기판으로 이용되는 물질이라면 무엇이든 가능하다. 기판 재질로는 플렉서블하고 유연한 재료가 이용될 수도 있다.
게이트 전극(22)은 기판 상에 배치되며, 도 3에서와 같이 기판 상에 형성된 홈에 배치될 수도 있으나 이는 일 예에 불과하며 이에 제한되는 것은 아니고 다양한 형태로 배치될 수 있다. 게이트 전극 물질 역시 통상적으로 이용되는 게이트 전극 물질이면 무엇이든 가능하며, 이에 대한 특별한 제한은 없다.
산화물층(23)은 게이트 전극을 절연시키도록 게이트 전극을 덮고 있어 게이트 산화물의 역할을 하며, 그 내부에 제 1 전하 트랩층(24)을 포함하고 있다. 이러한 산화물층은 또한 제 1 전하 트랩층으로부터 채널층 방향으로 터널링 산화물의 역할도 동시에 한다. 터널링 산화물층은 채널층(25) 및 제 1 전하 트랩층(24) 사이에 배치되고, 게이트 산화물층은 게이트 전극(22) 및 제 1 전하 트랩층(24) 사이에 배치된다. 산화물 역시 일반적으로 이용되는 것이면 무엇이든 가능하며 특별한 제한은 없다.
제 1 전하 트랩층(24)은 도 3에서 도시된 것처럼 산화물층(23) 내부에 배치된다. 제 1 전하 트랩층(24)은 입력 정보에 따라 표면 전하 유도부에서 유도되는 전하의 극성 및 양이 정해지는 부분이다. 제 1 전하 트랩층(24)은 입력 정보에 따라 전하 극성 및 양이 쉽게 변경되어야 하기 때문에 쉽게 전하를 트랩할 수 있고 또한 쉽게 전하를 잃을 수도 있어야 한다. 따라서 고밀도의 전하 수용 및 표면 전하의 제어가 가능한 소재가 이용되는 것이 바람직하다. 또한 기계적으로 플렉서블한 소재 특성을 갖는 것이 바람직하며, 저전력으로도 구동 가능한 기능을 갖는 것이 바람직하다. 정리하면, 고밀도 전하수용 및 표면전하 제어 가능 소재가 이용되는 것이 바람직하다. 상기 고밀도 전하수용이 가능하며 표면전하 제어가 가능한 소재는, CYTOP, TEFLON AF, Parylene 중 어느 하나 이상이 이용된다.
채널층(25)은 산화물층(23) 위에 배치된다. 채널층은 전자 차폐 효과를 최소화하기 위해 원자층 수준의 매우 얇은 두께를 가지며 인트린식(intrinsic) 캐리어 농도 및 기계적으로 플렉서블한 특성을 갖는 소재가 이용되는 것이 바람직하다. 정리하면, 얇은 두께, 낮은 캐리어 농도를 갖는 전계 차폐 최소화 반도체 소재가 이용되는 것이 바람직하다. 채널층(25)으로는 2차원 물질이 이용되는 것이 바람직하며, 이러한 2차원 물질은 낮은 캐리어 농도를 갖는 전계 차폐를 최소화하는 소재가 이용되는 것이 바람직하다. 상기 낮은 캐리어 농도를 갖는 전계 차폐를 최소화하는 소재는 MoS2, WSe2, MoTe2, WS2 중 어느 하나 이상이 이용된다.
채널층(25)의 양단에는 각각 소스 전극(26) 및 드레인 전극(27)이 배치되며, 이러한 전극들의 경우 특별한 제한은 없다.
도 1에서 보는 것처럼, 압력 전달 장치(10)는 표면 전하 유도 장치(20)의 상부에 표면 전하 유도 장치와 이격되어 배치되며, 압력 전달 장치(10)는 복수의 압력 전달부를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 전달부의 단면도를 도시한다. 도 4에서 도시된 것처럼, 압력 전달부는 제 2 전하 트랩층(14) 및 압력 전달 돌기(12)를 포함한다. 한편, 앞서 설명한 것처럼 압력 전달부 역시 복수개의 픽셀로 이루어지며, 픽셀 당 각각 압력 전달부가 배치된다. 각 픽셀 별로 각각 표면 전하 유도부 및 압력 전달부가 존재하게 되며, 따라서 압력 전달부의 압력 전달 돌기(12) 및 제 2 전하 트랩층(14)은 도 4와 같이 각각 서로 분리되어 배치된다. 이처럼 별도로 분리되어 배치되는 경우에 각각의 압력 전달 돌기(12)는 압력 전달 돌기 지지대(16)에 배치된다. 압력 전달 돌기 지지대(16)는 기판과 같이 플렉서플한 유연 재료로 이루어진 것이 이용되는 것이 바람직하나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
압력 전달 돌기 지지대(16)는 복수개의 압력 전달 돌기들(12)이 픽셀별로 개별적으로 삽입되어 위아래로 이동 가능하도록 이루어져 있으며, 압력 전달 돌기부의 상부는 지지대(16)의 외부로 노출되어 지지대(16)에 걸쳐 있고, 압력 전달 돌기부의 하부는 지지대(16)의 내부에 배치되어 외부에 노출되지 아니하며, 압력 전달 돌기부의 하부의 아래에 배치된 제 2 전하 트랩층(14)이 표면 전하 유도부로부터 받는 정전기적 힘(쿨롱 힘)에 따라 압력 전달 돌기들이 지지대를 기준으로 위로 움직일 수 있는 구조가 이루어진다.
압력 전달 돌기(12)는 피부에 직접 닿는 재료로써 신체안정성, 가벼운, 피부보다 강한 강도, 높은 내구성 등이 고려되어야 한다. 따라서, 압력 전달 돌기는 인체 적합성이 뛰어난 경량 소재가 이용되는 것이 바람직하다. 상기 인체 적합성이 뛰어난 경량 소재는 P(VDF-TrFE), PFA, TEFLON, KAPTON, PDMS 중 어느 하나 이상이 이용된다.
제 2 전하 트랩층(14)은 높은 밀도의 전하 응집력, 긴 시간 동안 유지하는 유도전하의 안정성을 고려해야 한다. 제 2 전하 트랩층은 고밀도 전하 수용이 가능하며 수용된 전하의 반영구적 유지가 가능한 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 고밀도 전하 수용이 가능하며 수용된 전하의 반영구적 유지가 가능한 소재는, CYTOP, TEFLON AF, Parylene 중 어느 하나 이상이 이용된다. 구체적으로 제 2 전하 트랩층으로는 일렉트렛이 이용되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 전하 유도부의 작동 모습을 순서대로 도시한 도면이다. 도 5에서 보는 것처럼 ① 게이트 전극에 전압을 인가함으로써 제 1 전하 트랩층에 전하가 유도되고 ② 이를 통해 쿨롱 힘을 압력 돌기부 하부의 제 2 전하 트랩층에 인가하여 압력 돌기부의 수직 높이를 변경시키며 ③ 이후 게이트 전압에 다른 극성의 전압을 인가함으로써 제 1 전하 트랩층의 트랩된 전하들이 사라지게 되어 쿨롱 힘의 인가가 종료될 수 있다.
본 발명은 기존의 가상현실, 증강현실장치에 쓰일 촉각 피드백 장치 및 모방현실 구축에 관한 것으로 정전기력를 이용한 팁-어레이(Tip-array)형 촉각 피드백 장치를 제작하여 이를 통해 기존에는 시각에만 국한되어 있던 가상현실을 촉각과 더불어 질감까지 느낄 수 있는 다차원 감각을 제공하고자 하며, 이를 위해 본 발명 장치의 구성요소인 압력 전달부, 표면전하 유도부의 재료적, 구조적 접근을 통한 최적화 작업이 중요하다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 제 1 전하 트랩층을 포함한 복수의 표면 전하 유도부를 포함한 표면 전하 유도 장치; 및
    상기 표면 전하 유도 장치의 상부에 상기 표면 전하 유도 장치와 이격되어 배치된 복수의 압력 전달부를 포함한 압력 전달 장치를 포함하고,
    상기 압력 전달부는 제 2 전하 트랩층 및 상기 제 2 전하 트랩층 상에 배치된 압력 전달 돌기를 포함하며,
    상기 표면 전하 유도 장치의 각각의 표면 전하 유도부에서 유도된 표면 전하의 극성에 따라 상기 압력 전달 장치의 압력 전달부에 척력 또는 인력을 인가하여 압력 전달부를 이동시키는,
    촉각 피드백 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 표면 전하 유도부는 복수의 픽셀로 이루어지며,
    상기 픽셀 별로 각각 상기 압력 전달부가 복수개 배치되어 있는,
    촉각 피드백 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 표면 전하 유도부의 각각의 픽셀은,
    기판;
    상기 기판 상의 일부에 배치된 게이트 전극;
    상기 게이트 전극을 절연시키도록 덮고 있는 산화물층;
    상기 산화물층의 내부에 배치된 제 1 전하 트랩층;
    상기 산화물층을 상에 배치된 채널층; 및
    상기 채널층의 양단에 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는,
    촉각 피드백 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산화물층은 터널링 산화물층 및 게이트 산화물층으로 이루어진,
    촉각 피드백 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 터널링 산화물층은 상기 채널층 및 상기 제 1 전하 트랩층 사이에 배치되고,
    상기 게이트 산화물층은 상기 게이트 전극 및 상기 제 1 전하 트랩층 사이에 배치되는,
    촉각 피드백 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 채널층은 2차원 물질인,
    촉각 피드백 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 2차원 물질은 낮은 캐리어 농도를 갖는 전계 차폐를 최소화하는 소재가 이용되는,
    촉각 피드백 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 낮은 캐리어 농도를 갖는 전계 차폐를 최소화하는 소재는 MoS2, WSe2, MoTe2, WS2 중 어느 하나 이상이 이용되는,
    촉각 피드백 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전하 트랩층은 일렉트렛인,
    촉각 피드백 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전하 트랩층은 고밀도 전하 수용이 가능하며 수용된 전하의 반영구적 유지가 가능한 소재로 이루어진,
    촉각 피드백 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고밀도 전하 수용이 가능하며 수용된 전하의 반영구적 유지가 가능한 소재는, CYTOP, TEFLON AF, Parylene 중 어느 하나 이상이 이용되는,
    촉각 피드백 장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전하 트랩층으로 고밀도 전하수용이 가능하며 표면전하 제어가 가능한 소재가 이용되는,
    촉각 피드백 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고밀도 전하수용이 가능하며 표면전하 제어가 가능한 소재는, CYTOP, TEFLON AF, Parylene 중 어느 하나 이상이 이용되는,
    촉각 피드백 장치.
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 전달 돌기의 소재로 P(VDF-TrFE), PFA, TEFLON, KAPTON, PDMS 중 어느 하나 이상이 이용되는,
    촉각 피드백 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 전달 돌기는 압력 전달 돌기 지지대 상에 배치되고, 압력 전달 돌기의 상부는 지지대 위로 노출되어 지지대에 걸쳐 있으며 압력 전달 돌기의 하부는 지지대 아래로 배치되어 상기 제 2 전하 트랩층과 결합되어 있는,
    촉각 피드백 장치.
KR1020160147978A 2016-11-08 2016-11-08 촉각 피드백 장치 KR101841365B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160147978A KR101841365B1 (ko) 2016-11-08 2016-11-08 촉각 피드백 장치
US15/788,902 US10613633B2 (en) 2016-11-08 2017-10-20 Tactile feedback device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160147978A KR101841365B1 (ko) 2016-11-08 2016-11-08 촉각 피드백 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101841365B1 true KR101841365B1 (ko) 2018-03-22

Family

ID=61901077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160147978A KR101841365B1 (ko) 2016-11-08 2016-11-08 촉각 피드백 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10613633B2 (ko)
KR (1) KR101841365B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200007168A (ko) 2018-07-12 2020-01-22 한국과학기술연구원 촉각피드백 장치
US20210085091A1 (en) * 2019-09-19 2021-03-25 Apple Inc. Pneumatic Haptic Device Having Actuation Cells for Producing a Haptic Output over a Bed Mattress
US11989351B2 (en) 2019-05-07 2024-05-21 Adam Farley Virtual, augmented and mixed reality systems with physical feedback

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111223405B (zh) * 2020-01-08 2022-01-25 云谷（固安）科技有限公司 显示装置及显示装置的保护方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100773061B1 (ko) * 2005-12-23 2007-11-02 강원대학교산학협력단 핀형 진동촉각 장치

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5543589A (en) * 1994-05-23 1996-08-06 International Business Machines Corporation Touchpad with dual sensor that simplifies scanning
US7388571B2 (en) * 2002-11-21 2008-06-17 Research In Motion Limited System and method of integrating a touchscreen within an LCD
US20070085837A1 (en) * 2005-10-17 2007-04-19 Eastman Kodak Company Touch input device with display front
US8211782B2 (en) * 2009-10-23 2012-07-03 Palo Alto Research Center Incorporated Printed material constrained by well structures
US10966006B2 (en) * 2010-12-31 2021-03-30 Nokia Technologies Oy Apparatus and method for a sound generating device combined with a display unit
CN102279463B (zh) * 2011-04-18 2013-10-23 上海丽恒光微电子科技有限公司 具有mems光阀的显示装置及其形成方法
KR20140058789A (ko) * 2012-11-06 2014-05-15 삼성디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법
US9190603B2 (en) * 2013-04-03 2015-11-17 Nokia Technologies Oy Piezoelectric generating with location signaling
KR20150121399A (ko) 2014-04-18 2015-10-29 에스케이하이닉스 주식회사 전하 트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자 및 그 제조방법
US9379194B2 (en) * 2014-11-09 2016-06-28 Tower Semiconductor Ltd. Floating gate NVM with low-moisture-content oxide cap layer
JP6920785B2 (ja) * 2015-08-19 2021-08-18 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置
US10019085B2 (en) * 2015-09-30 2018-07-10 Apple Inc. Sensor layer having a patterned compliant layer
CN105467579B (zh) * 2016-02-03 2017-03-22 京东方科技集团股份有限公司 一种mems光阀、显示装置
KR20180084550A (ko) * 2017-01-17 2018-07-25 삼성전자주식회사 전자 장치 및 전자 장치의 제어 방법
KR102629341B1 (ko) * 2017-02-24 2024-01-25 삼성전자 주식회사 멀티태스킹을 위한 인터페이스 제공 방법 및 이를 구현하는 전자 장치
US9984269B1 (en) * 2017-03-08 2018-05-29 Tower Semiconductor Ltd. Fingerprint sensor with direct recording to non-volatile memory
CN107546337B (zh) * 2017-08-24 2020-07-24 京东方科技集团股份有限公司 有机发光器件及其亮度调节方法、显示装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100773061B1 (ko) * 2005-12-23 2007-11-02 강원대학교산학협력단 핀형 진동촉각 장치

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200007168A (ko) 2018-07-12 2020-01-22 한국과학기술연구원 촉각피드백 장치
US11036297B2 (en) 2018-07-12 2021-06-15 Korea Institute Of Science And Technology Tactile feedback device
US11989351B2 (en) 2019-05-07 2024-05-21 Adam Farley Virtual, augmented and mixed reality systems with physical feedback
US20210085091A1 (en) * 2019-09-19 2021-03-25 Apple Inc. Pneumatic Haptic Device Having Actuation Cells for Producing a Haptic Output over a Bed Mattress
US11896136B2 (en) * 2019-09-19 2024-02-13 Apple Inc. Pneumatic haptic device having actuation cells for producing a haptic output over a bed mattress

Also Published As

Publication number Publication date
US20180129286A1 (en) 2018-05-10
US10613633B2 (en) 2020-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101841365B1 (ko) 촉각 피드백 장치
KR100896812B1 (ko) 자력을 이용한 햅틱 모듈 및 이를 채용하는 전자장치
Yang et al. Recent advances and opportunities of active materials for haptic technologies in virtual and augmented reality
US8854331B2 (en) Method and apparatus for providing haptic feedback utilizing multi-actuated waveform phasing
US8345013B2 (en) Method and apparatus for generating haptic feedback from plasma actuation
US20080218488A1 (en) Active driving type visual-tactile display device
US8212783B2 (en) Tactile and visual display device
US9377908B2 (en) Haptic actuating touch screen
KR102067641B1 (ko) 커버 윈도우 일체형 햅틱 엑추에이터를 포함하는 터치디스플레이
CN107077198B (zh) 电子设备
CN109613973A (zh) 具有智能材料致动部件和电磁致动部件的触觉致动器
KR20180106918A (ko) 일렉트릿-기반 정전기 햅틱 액추에이터
CN106608612B (zh) 主动式触觉传感器
KR101632665B1 (ko) 표면형 디스플레이 장치 및 방법
KR20130109027A (ko) 촉감을 발생시키는 터치 스크린
KR101303329B1 (ko) 고집적 및 고성능 촉감제공 액추에이터, 고집적 및 고성능 촉감 액추에이터 어레이 및 촉감 감성피드백 제공장치
KR20080049590A (ko) 능동 구동형 시촉감 디스플레이 장치
KR101562240B1 (ko) 주름진 코러게이티드 고분자 유전체를 이용한 플렉서블 햅틱모듈 및 촉감제공방법
CN106843615B (zh) 一种显示屏和显示系统
KR101284132B1 (ko) 고분자 유전체 기반 고성능 구동기, 그 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터, 진동모터, 작동방법, 촉각 감성 피드백 제공장치 및 시청각장애인을 위한 고분자 유전체 기반 촉각 감성피드백 제공장치
CN110174792B (zh) 显示面板、驱动电路及显示装置
US11036297B2 (en) Tactile feedback device
KR101075174B1 (ko) 다양한 형태의 충격발생이 가능한 충격발생장치
KR101085462B1 (ko) 탄성반력을 이용한 진동발생모듈
Gao et al. Haptic Feedback

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant