KR102193906B1 - 압전 소자를 이용한 버튼 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 압전 소자를 이용한 버튼 장치는, 일면에 제1 외부 전극 및 제2 외부 전극이 형성된 압전체 및 일면이 상기 압전체의 타면에 부착되는 플레이트로 이루어지는 압전 소자; 상기 압전체의 일면 측에 배치되는 지지판; 상기 플레이트의 타면에 부착되는 커버; 및 상기 커버에 가해지는 외력에 의하여 상기 압전 소자가 변형될 수 있는 공간을 제공하도록 상기 지지판과 상기 플레이트 사이에 마련되는 스페이서를 포함한다.

Description

압전 소자를 이용한 버튼 장치{Button device using piezoelectric element}
본 발명은 버튼 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전 소자를 이용한 버튼 장치에 관한 것이다.
근래에 휴대 전화나 게임기, 가전제품 등의 사용자 인터페이스, 혹은 엘리베이터의 버튼이나 건물 내의 스위치 등으로 압전 소자를 이용한 버튼이 각광받고 있다.
압전 소자란 압전 효과를 이용하는 소자로서, 외력(또는 접촉)을 가하면 전기 분극이 일어나서 전위차가 생기고, 반대로 전압을 가하면 변형이나 변형력이 생기는 성질을 가진 소자를 의미한다.
압전 소자를 이용한 버튼은 외력을 감지하여 전기적 신호를 생성함으로써 입력 수단으로 기능할 수 있을 뿐만 아니라, 압전 소자에 전기적 신호를 가하여 진동을 발생시킴으로써 사용자에게 피드백을 줄 수도 있는 장점을 가지고 있다.
이러한 장점에도 불구하고 압전 소자를 이용한 버튼은 박형으로 제작하기가 쉽지 않은 등 구현에 어려움이 있어 아직까지 널리 활용되지 못하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 박형으로 제작하기가 용이하여 휴대 전화 등 휴대용 제품에 사용되기에 보다 적합한, 압전 소자를 이용한 버튼 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 압전 소자를 이용한 버튼 장치는, 일면에 제1 외부 전극 및 제2 외부 전극이 형성된 압전체 및 일면이 상기 압전체의 타면에 부착되는 플레이트로 이루어지는 압전 소자; 상기 압전체의 일면 측에 배치되는 지지판; 상기 플레이트의 타면에 부착되는 커버; 및 상기 커버에 가해지는 외력에 의하여 상기 압전 소자가 변형될 수 있는 공간을 제공하도록 상기 지지판과 상기 플레이트 사이에 마련되는 스페이서를 포함한다.
상기 버튼 장치는, 상기 플레이트와 상기 커버 사이의 접착제층을 더 포함할 수 있다.
상기 버튼 장치는, 상기 접착제층 내에 마련되어 상기 외력을 상기 압전 소자로 전달하는 도트를 더 포함할 수 있다.
상기 도트는 상기 접착제층보다 경질일 수 있다.
상기 버튼 장치는, 상기 제1 외부 전극 및 상기 제2 외부 전극과 각각 연결되는 도선 패턴이 형성된 연성회로기판을 더 포함할 수 있다.
상기 압전체는 적층형 압전체일 수 있다.
상기 압전체의 일면에는 더미 전극이 더 형성되고, 상기 제1, 제2 외부 전극 및 상기 더미 전극을 포함하는 전극들이 서로 대칭을 이루도록 배치될 수 있다.
상기 제2 외부 전극은 환형으로 형성되고, 상기 제1 외부 전극은 상기 환형의 안쪽에 형성될 수 있다.
상기된 본 발명에 따른 압전 소자를 이용한 버튼 장치는, 박형으로 제작하기가 용이하여 휴대 전화 등 휴대용 제품에 사용되기에 보다 적합한 장점이 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 버튼 장치의 측면도이다.
도 1b는 도 1a의 버튼 장치에 외력이 가해지는 경우에 압전 소자가 변형되는 모습의 예를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전체(12)의 측면도 및 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전체(12)의 측면도 및 평면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 압전체(12)의 측면도 및 평면도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 버튼 장치의 측면도이다.
도 5b는 도 5a의 버튼 장치에 외력이 가해지는 경우에 압전 소자가 변형되는 모습의 예를 보여준다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 버튼 장치의 측면도이고, 도 1b는 도 1a의 버튼 장치에 외력(또는 접촉)(F)이 가해지는 경우에 압전 소자가 변형되는 모습의 예를 보여준다.
본 실시예에 따른 버튼 장치는, 압전 소자(10), 지지판(20), 커버(30), 스페이서(40)를 포함한다.
지지판(20)은 그 위에 놓인 스페이서(40), 압전 소자(10), 커버(30) 등을 지지하는 역할을 한다. 지지판(20)은 예컨대 강화유리, 에폭시 등으로 제작될 수 있다.
압전 소자(10)는 압전체(12) 및 플레이트(13)를 포함한다. 압전체(12)는 일면(도 1에서는 하면)에 제1 외부 전극(11a) 및 제2 외부 전극(11b)이 형성된다. 플레이트(13)의 일면에는 압전체(12)가 부착된다. 압전체(12)와 플레이트(13)는 접착제(14)에 의해 부착될 수 있다.
압전체(12)는 수정, 전기석(tourmaline), 로셸염(Rochelle salt), 타이타늄산바륨(barium titanate), 인산이수소암모늄(Monoammonium Phosphate), 타타르산에틸렌다이아민 등의 압전성이 뛰어난 재료를 이용하여 제작될 수 있다. 압전체(12)는 한쪽면에 제1 외부 전극(11a) 및 제2 외부 전극(11b)이 형성된 적층형 압전체인 것이 바람직하며, 압전체(12)의 구체적인 예들은 도 2 내지 4를 참조하여 후술하기로 한다.
플레이트(13)는 전형적으로 금속제로서, 예컨대 스테인레스 재질일 수 있으며, 압전체(12)보다 큰 면적을 가진다.
지지판(20)은 압전체(12)의 일면(도 1에서는 하면) 측에 배치되고, 스페이서(40)가 플레이트(13)의 일면 중 압전체(12)가 부착된 영역 밖의 가장자리와 지지판(20) 사이에 마련된다. 스페이서(40)는 압전 소자(10)가 변형될 수 있는 공간(S)을 제공하도록 압전체(12)보다 두꺼운 두께(바람직하게는 압전체(12)와 후술할 연성회로기판(70)을 겹친 것보다 두꺼운 두께)를 가진다.
플레이트(13)와 스페이서(40)는 접착제에 의해 부착될 수 있고, 스페이서(40)와 지지판(20) 역시 접착제에 의해 부착될 수 있다. 실시예에 따라서는, 지지판(20)과 스페이서(40)는 일체형으로 구현될 수도 있다.
압전체(12)와 플레이트(13)의 모양이 예컨대 원형인 경우, 공간(S) 역시 원형이 되도록 스페이서(40)가 구현될 수 있다. 압전체(12)와 플레이트(13)의 모양은 원형 이외의 다른 형상(예컨대 삼각 또는 사각)일 수 있으며, 이 경우 공간(S) 역시 삼각 또는 사각 형태가 되도록 스페이서(40)가 구현될 수 있다.
플레이트(13)의 타면(도 1에서는 상면)에는 접착제층(50)에 의하여 커버(30)가 부착된다.
접착제층(50) 내에는 압전 소자(10)의 중심을 기준으로 일정 영역에 해당하는 부분에 도트(dot)(60)가 마련될 수 있다. 도트(60)는 접착제층(50)보다 경질의 재질로서 커버(30)에 가해지는 외력을 압전 소자(10)로 보다 신뢰성 있게 전달하는 역할을 할 수 있다. 실시예에 따라서는 도트(60)는 생략될 수도 있다. 다만 도트(60)로 인하여 감도가 보다 개선될 수 있다.
손가락 등에 의하여 커버(30)에 외력(F)이 가해지면, 도 1b에 도시된 바와 같이 공간(S) 내에서 압전 소자(10)가 변형을 일으키고, 이에 따라 제1,2 외부 전극(11a, 11b)에서 검출되는 전압을 측정함으로써 외력 또는 접촉을 검출할 수 있다.
제1,2 외부 전극(11a, 11b)에서 검출되는 전압을 측정하기 위하여, 본 실시예에 따른 버튼 장치는 제1,2 외부 전극(11a, 11b)과 각각 연결되는 도선 패턴(미도시)이 형성된 연성회로기판(70)을 구비할 수 있다.
연성회로기판(70)은 제1,2 외부 전극(11a, 11b)에서 검출되는 전압을 측정하는 회로 장치(미도시)와 연결될 수 있다. 응용에 따라서는, 상기 회로 장치는 연성회로기판(70)을 통하여 제1,2 외부 전극(11a, 11b)에 전기적 신호를 인가함으로써 압전 소자(10)에 진동을 일으킬 수도 있다.
실시예에 따라서는, 연성회로기판(70) 대신에, 제1,2 외부 전극(11a, 11b)에 와이어를 연결하여 제1,2 외부 전극(11a, 11b)에서 검출되는 전압을 측정할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전체(12)의 측면도 및 평면도이다.
본 실시예에 따른 압전체(12)는, 일면에 제1 및 제2 외부 전극(11a, 11b)이 형성되고, 내부에 복수의 압전층(15)이 적층되며, 압전층(15) 사이에는 적층 방향으로 서로 다른 극성을 가지도록 교번하는 제1 및 제2 내부 전극(16a, 16b)이 개재된다. 제1 및 제2 외부 전극(11a, 11b)과 제1 및 제2 내부 전극(16a, 16b)은 각각 제1 및 제2 도전성 비아(17a, 17b)를 이용하여 전기적으로 연결된다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전체(12)의 측면도 및 평면도이다.
본 실시예에 따른 압전체(12)는 도 2에 도시된 압전체(12)의 일면에 적어도 하나의 더미 전극(11c)이 더 형성된 것이다. 더미 전극(11c)은 제1 및 제2 외부 전극(11a, 11b)과 전기적으로 연결되지 않은 전극으로서, 제1 및 제2 외부 전극(11a, 11b)과 더미 전극(11c)으로 구성되는 4개의 전극들은 서로 대칭을 이루도록 배치된다. 예컨대 도시된 바와 같이 제1 및 제2 외부 전극(11a, 11b)이 (도 3을 기준으로) 가로로 배치된 경우, 더미 전극(11c)은 제1 및 제2 외부 전극(11a, 11b) 사이에 세로로 배치된다. 이러한 더미 전극(11c)으로 인하여 압전체(12)가 대칭 형상을 띠게 되므로, 압전 소자(10)가 안정적인 변형을 일으키도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 압전체(12)의 측면도 및 평면도이다.
본 실시예에 따른 압전체(12)에서 제2 외부 전극(18b)은 환형으로 형성되며, 제1 외부 전극(18a)은 환형의 안쪽에 배치된다. 따라서 제1 및 제2 외부 전극(18a, 18b) 전체의 형상은 대칭을 이루게 되므로, 압전 소자(10)가 안정적인 변형을 일으키도록 할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 버튼 장치의 측면도이고, 도 5b는 도 5a의 버튼 장치에 외력(또는 접촉)(F)이 가해지는 경우에 압전 소자가 변형되는 모습의 예를 보여준다.
본 실시예에 따른 버튼 장치는, 압전 소자(110), 지지판(120), 커버(130), 스페이서(140)를 포함한다.
지지판(120)은 그 위에 놓인 스페이서(140), 압전 소자(110), 커버(130) 등을 지지하는 역할을 한다.
압전 소자(110)는 압전체(112) 및 플레이트(113)를 포함한다. 압전체(112)는 일면(도 1에서는 상면)에 제1 외부 전극(111a) 및 제2 외부 전극(111b)이 형성된다. 플레이트(113)의 일면에는 압전체(112)가 부착된다. 압전체(112)와 플레이트(113)는 접착제(114)에 의해 부착될 수 있다.
압전체(112)는 한쪽면에 제1 외부 전극(111a) 및 제2 외부 전극(111b)이 형성된 적층형 압전체인 것이 바람직하며, 압전체(112)로는 앞에서 도 2 내지 4를 참조하여 설명한 압전체가 이용될 수 있다.
플레이트(113)는 전형적으로 금속제로서, 예컨대 스테인레스 재질일 수 있으며, 압전체(112)보다 큰 면적을 가진다.
지지판(120)은 플레이트(113)의 타면(도 5에서는 하면) 측에 배치되고, 플레이트(113)의 타면의 가장자리와 지지판(20) 사이에 스페이서(140)가 마련된다. 스페이서(40)는 소정의 두께를 가져 압전 소자(10)가 변형될 수 있는 공간(S)을 제공한다.
플레이트(113)와 스페이서(140)는 접착제에 의해 부착될 수 있고, 스페이서(140)와 지지판(120) 역시 접착제에 의해 부착될 수 있다. 실시예에 따라서는, 지지판(120)과 스페이서(140)는 일체형으로 구현될 수도 있다.
압전체(112)와 플레이트(113)의 모양이 예컨대 원형인 경우, 공간(S) 역시 원형이 되도록 스페이서(140)가 구현될 수 있다. 압전체(112)와 플레이트(113)의 모양은 원형 이외의 다른 형상(예컨대 삼각 또는 사각)일 수 있으며, 이 경우 공간(S) 역시 삼각 또는 사각 형태가 되도록 스페이서(140)가 구현될 수 있다.
제1,2 외부 전극(111a, 111b)에서 검출되는 전압을 측정하기 위하여, 본 실시예에 따른 버튼 장치는 제1,2 외부 전극(111a, 111b)과 각각 연결되는 도선 패턴(미도시)이 형성된 연성회로기판(170)을 구비할 수 있다.
연성회로기판(170)은 제1,2 외부 전극(11a, 11b)에서 검출되는 전압을 측정하는 회로 장치(미도시)와 연결될 수 있다. 응용에 따라서는, 상기 회로 장치는 연성회로기판(170)을 통하여 제1,2 외부 전극(111a, 111b)에 전기적 신호를 인가함으로써 압전 소자(110)에 진동을 일으킬 수도 있다.
실시예에 따라서는, 연성회로기판(170) 대신에, 제1,2 외부 전극(111a, 111b)에 와이어를 연결하여 제1,2 외부 전극(111a, 111b)에서 검출되는 전압을 측정할 수도 있다.
연성회로기판(170)은 압전체(112)의 대략 전체를 덮는 층 형태일 수도 있고, 제1,2 외부 전극(111a, 111b)과 연결되는 도선 패턴을 가이드하기에 충분한 정도의 배선 형태일 수도 있다.
연성회로기판(170)이 층 형태인 경우, 연성회로기판(170) 위에 접착제층(150)에 의하여 커버(130)가 부착될 수 있다.
연성회로기판(170)이 배선 형태인 경우, 연성회로기판(170)을 포함하여 압전체(112)의 일면(도 5에서는 상면)에 접착제층(150)에 의하여 커버(130)가 부착될 수 있다.
접착제층(150) 내에는 압전 소자(110)의 대략 가운데에 해당하는 부분에 도트(dot)(160)가 마련될 수 있다. 도트(160)는 접착제층(150)보다 경질의 재질로서 커버(130)에 가해지는 외력을 압전 소자(110)로 보다 신뢰성 있게 전달하는 역할을 할 수 있다. 실시예에 따라서는 도트(160)는 생략될 수도 있다. 다만 도트(160)로 인하여 감도가 보다 개선될 수 있다.
손가락 등에 의하여 커버(130)에 외력(F)이 가해지면, 도 5b에 도시된 바와 같이 공간(S) 내에서 압전 소자(110)가 변형을 일으키고, 이에 따라 제1,2 외부 전극(111a, 111b)에서 검출되는 전압을 측정함으로써 외력 또는 접촉을 검출할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 압전 소자를 이용한 버튼 장치로서,
    일면에 제1 외부 전극 및 제2 외부 전극이 형성된 압전체 및 일면이 상기 압전체의 타면에 부착되는 플레이트로 이루어지는 압전 소자;
    상기 압전체의 일면 측에 배치되는 지지판;
    상기 플레이트의 타면에 부착되는 커버;
    상기 커버에 가해지는 외력에 의하여 상기 압전 소자가 변형될 수 있는 공간을 제공하도록 상기 지지판과 상기 플레이트 사이에 마련되는 스페이서;
    상기 플레이트와 상기 커버 사이의 접착제층; 및
    상기 접착제층 내에 마련되어 상기 외력을 상기 압전 소자로 전달하는 도트를 포함하는 버튼 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도트는 상기 접착제층보다 경질인 버튼 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 외부 전극 및 상기 제2 외부 전극과 각각 연결되는 도선 패턴이 형성된 연성회로기판을 더 포함하는 버튼 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압전체는 적층형 압전체인 버튼 장치.
  7. 압전 소자를 이용한 버튼 장치로서,
    일면에 제1 외부 전극 및 제2 외부 전극이 형성된 압전체 및 일면이 상기 압전체의 타면에 부착되는 플레이트로 이루어지는 압전 소자;
    상기 압전체의 일면 측에 배치되는 지지판;
    상기 플레이트의 타면에 부착되는 커버; 및
    상기 커버에 가해지는 외력에 의하여 상기 압전 소자가 변형될 수 있는 공간을 제공하도록 상기 지지판과 상기 플레이트 사이에 마련되는 스페이서를 포함하고,
    상기 압전체의 일면에는 더미 전극이 더 형성되고, 상기 제1, 제2 외부 전극 및 상기 더미 전극을 포함하는 전극들이 서로 대칭을 이루도록 배치되는 버튼 장치.
  8. 압전 소자를 이용한 버튼 장치로서,
    일면에 제1 외부 전극 및 제2 외부 전극이 형성된 압전체 및 일면이 상기 압전체의 타면에 부착되는 플레이트로 이루어지는 압전 소자;
    상기 압전체의 일면 측에 배치되는 지지판;
    상기 플레이트의 타면에 부착되는 커버; 및
    상기 커버에 가해지는 외력에 의하여 상기 압전 소자가 변형될 수 있는 공간을 제공하도록 상기 지지판과 상기 플레이트 사이에 마련되는 스페이서를 포함하고,
    상기 제2 외부 전극은 환형으로 형성되고, 상기 제1 외부 전극은 상기 환형의 안쪽에 형성되는 버튼 장치.
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