KR20130016004A

KR20130016004A - 트랜스듀서 모듈

Info

Publication number: KR20130016004A
Application number: KR1020110091092A
Authority: KR
Inventors: 치-유 추앙; 치아-난 칭; 바오-젱 리우
Original assignee: 치프 랜드 일렉트로닉스 코., 엘티디.
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-02-14
Also published as: TW201308865A; EP2555175A1; JP2013039016A; US20130034252A1

Abstract

트랜스듀서 모듈은 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서를 포함한다. 제1 트랜스듀서는 제1 포인트를 통해 제1 평판에 직접 또는 간접적으로 설치되며, 제2 트랜스듀서는 제1 트랜스듀서의 제2 포인트에 설치된다. 일 실시예에서, 트랜스듀서 모듈은 제2 트랜스듀서 상에 설치된 질량 블록을 더 포함한다.

Description

트랜스듀서 모듈 {TRANSDUCER MODULE}

본 발명은 트랜스듀서에 관한 것으로, 특히 트랜스듀서를 사용하여 음파 또는 햅틱 진동을 발생시키는 트랜스듀서 모듈에 관한 것이다.

트랜스듀서는 일종의 에너지 형태를 다른 에너지 형태로 변환시키는 에너지 변환 장치로서, 가장 흔히 보는 것은 모터 또는 발전기와 같은 전기기계식의 트랜스듀서이다. 모터는 입력되는 전기 에너지를 전자기유도를 통해 기계 에너지로 변환하여 출력하며, 일반적으로 흔히 보는 모터는 회전 운동의 방식으로 기계 에너지를 출력하는데, 브러쉬 직류 모터, 서보 모터(servo motor), 스텝 모터 등이 있다. 기타 비교적 보기 드문 리니어 모터(liner motor)와 같은 경우는 입력되는 전기 에너지를 선형 운동 에너지로 직접적으로 변환하여 출력한다. 만약 에너지 변환 방향을 변화시켜 입력되는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하면 이러한 장치를 발전기라 부르며, 흔히 보는 발전기 형식은 전력 시스템에 이용되는 단상 또는 3상 교류발전기이다. 그 밖에, 트랜스듀서는 지능재료(smart material)로 설계 구현할 수 있으며, 흔히 보는 지능재료는 예를 들면 압전 재료(piezoelectric material), 전기활성중합체(EAP), 형상기억합금(SMA), 자왜 재료(magnetostrictive material), 전왜 재료(electrostrictive material) 등이 있다.

도 1은 종래의 에너지 변환장치를 나타내며, 그 중 트랜스듀서(10)는 흔히 압전 재료로 구성되며, 예를 들면 유니몰프(unimorph), 바이몰프(bimorph) 또는 멀티몰프(multimorph)로서 그 역압전효과(Reverse Piezoelectric Effect)의 특성을 이용하여 입력된 전기 신호를 기계 운동으로 변환하여 출력한다. 일반적으로 사용하는 압전 시트 형태는 직사각형 또는 원형(버저(buzzer)의 제조에 이용됨)이 있으나, 다른 형식일 수도 있으며, 이는 실제적인 응용 상황에 의해 결정된다. 만약 출력된 힘의 크기를 성능지표로 하면, 멀티몰프가 가장 바람직하고, 그 다음은 바이몰프이며, 유니몰프가 가장 바람직하지 않다. 원가면에서 볼 경우, 압전 웨이퍼의 가격은 그 압전재료의 퇴적층수와 양의 상관관계를 가지므로, 만약 성능에 대한 요구가 높지 않다면, 원가를 고려할 경우 일반적으로 유니몰프를 사용한다.

도 1에 도시한 구조는 종래의 진동 전달 장치(Vibration Propagation Device)이며, 탄성 트랜스듀서(10)를 구동시켜, 접착 부재(12)를 통해 트랜스듀서(10)의 진동 에너지를 상부 하우징(14)에 전달하여 음파(acoustic wave) 또는 햅틱 피드백(haptic feedback)을 발생시킨다. 일반적인 종래의 방법은 트랜스듀서를 접착 부재 또는 고정 방식을 통해 상부 하우징(14)의 하부에 고정하여 트랜스듀서(10)로부터 진동 에너지를 상부 하우징(14)에 전달한다. 그러나, 일반적으로 사용하는 트랜스듀서(10)의 재료로 인하여, 그 엔드 포인트 또는 가장자리의 진폭 및 출력이 제한적이어서 전달되는 진동 에너지가 한정되어 햅틱 피드백의 터치반응이 명확하지 않거나 또는 상부 하우징(14)에 생성된 음압(Sound Pressure Level, SPL)을 지나치게 저하시킨다.

따라서, 새로운 에너지 변환 모듈을 안출하여, 관성력을 증가시키는 것이 매우 시급하다.

상기 내용을 감안하여, 본 발명의 실시예의 목적은 종래의 트랜스듀서 모듈과 비교할 때 비교적 좋은 음파 또는 햅틱 진동 효과를 가지고 있거나 트랜스듀서 장치의 조립 과정을 개선할 수 있는 트랜스듀서 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 트랜스듀서 모듈은, 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서를 포함한다. 그 중, 제1 트랜스듀서는 제1 포인트를 통해 제1 평판에 직접 또는 간접적으로 설치되며, 제2 트랜스듀서는 제1 트랜스듀서의 제2 포인트에 설치된다. 일 실시예에서 제2 트랜스듀서에 설치된 하나 이상의 질량 블록을 더 포함한다.

본 발명의 트랜스듀서 모듈은, 진동 진폭을 증가시키고, 전달되는 관성력을 향상시키거나 또는 공진 모드(resonant mode)를 조절하는데 이용될 수 있다.

도 1은 종래의 에너지 변환 장치를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 각종 트랜스듀서 모듈의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 각종 트랜스듀서 모듈의 단면도이다.
도 4a는 제1 트랜스듀서 또는 제2 트랜스듀서의 상세한 단면도이다.
도 4b는 다른 제1 트랜스듀서 또는 제2 트랜스듀서의 상세한 단면도이다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 트랜스듀서 모듈(transducer module)의 단면도를 나타낸다. 본 실시예에서, 트랜스듀서 모듈은 전기 에너지를 기계 에너지로 변환시키지만 이에 한정하지 않는다. 본 실시예의 트랜스듀서 모듈은 주로 제1 트랜스듀서(transducer, P로 표시함)(21) 및 제2 트랜스듀서(P'로 표시함)(23)를 포함한다. 그 중, 제1 트랜스듀서(21)는 제1 포인트(21A)를 통해 제1 평판(25A) 상에 설치되고, 제2 트랜스듀서(23)는 제1 트랜스듀서(21)의 제2 포인트(21B)에 설치된다. 제1 트랜스듀서(21)와 제2 트랜스듀서(23) 사이에 절연 부재(미도시)를 사용하여 상기 제1 트랜스듀서(21)와 제2 트랜스듀서(23)를 분리시킬 수 있다.

도 2a에 도시한 제1 트랜스듀서(21)는 평면 형상을 가지지만 다른 형상일 수도 있다. 예를 들면, 도 2b는 다른 트랜스듀서 모듈의 단면도를 나타내며, 여기서 제1 트랜스듀서(21)는 곡면 형상을 가진다. 상기 제1 트랜스듀서(21)의 제1 포인트(21A) 및 제2 포인트(21B)는 두 엔드 포인트이나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 2c는 다른 트랜스듀서 모듈의 단면도를 나타내며, 그 중 비엔드 포인트인 제1 포인트(21A)는 제1 평판(25A) 상에 설치된다. 도 2d는 다른 트랜스듀서 모듈의 단면도를 나타내며, 제1 트랜스듀서(21)는 비엔드 포인트(예를 들면 미들 포인트이다)인 제1 포인트(21A)를 제1 평판(25A) 상에 설치하고, 하나 이상의 엔드 포인트에 하나 이상의 제2 트랜스듀서(23)가 설치되어 있다.

도 2a의 제1 트랜스듀서(21)는 제1 포인트(21A)를 통해 제1 평판(25A) 상에 직접적으로 설치된다. 하지만 도 2e에 도시한 바와 같이, 제1 지지체(27A)를 통해 제1 평판(25A) 상에 간접적으로 설치될 수도 있다. 바꾸어 말하자면, 제1 지지체(27A)의 양단(兩端)은 각각 제2 평판(25A) 및 제1 트랜스듀서(21)에 커플링된다. 이와 유사하게, 도 2d의 제1 트랜스듀서(21)는 비엔드 포인트(예를 들면 미들 포인트이다)인 제1 포인트(21A)를 통해 제1 평판(25A) 상에 직접적으로 설치된다. 그러나, 도 2f에 도시한 바와 같이, 제1 지지체(27A)를 통해 제1 평판(25A) 상에 간접적으로 설치될 수도 있다. 제1 트랜스듀서(21)가 엔드 포인트인 제1 포인트(21A)를 통해 제1 평판(25A) 상에 간접 설치되든지(도 2e) 아니면 비엔드 포인트인 제1 포인트(21A)를 통해 제1 평판(25A) 상에 설치되든지(도 2f), 본 발명의 실시예는 또한 제2 지지체(27B) 및 제2 평판(25B)을 더 포함할 수 있으며, 도 2g에 도시한 바와 같이, 제2 지지체(27B)의 양단을 각각 제1 트랜스듀서(21) 및 제2 평판(25B)에 커플링한다.

상기의 각종 트랜스듀서 모듈은 제2 트랜스듀서(23) 상에 하나 이상의 질량 블록(29)(M으로 표시한다)을 설치할 수 있다. 다음의 설명은 도 2a에 도시한 구조를 예로 들고 있으나, 도 2b ~ 도 2g에도 동일하게 적용할 수 있다.

도 3a는 본 발명 실시예의 트랜스듀서 모듈의 단면도를 나타내며, 질량 블록(inertial mass)(29)은 제2 트랜스듀서(23)의 상부 표면에 설치된다. 도 3b는 본 발명의 다른 트랜스듀서 모듈의 단면도를 나타내며, 그 질량 블록(29)은 제2 트랜스듀서(23)의 하부 표면에 설치된다. 도 3c는 본 발명의 트랜스듀서 모듈의 단면도를 나타내며, 그 질량 블록(29)은 제2 트랜스듀서(23)의 측변에 설치된다.

상기 도 2a ~ 도 2g 및 도 3a ~ 도 3c에 따른 각종 트랜스듀서 모듈은 제1 트랜스듀서(21)가 전기 에너지를 받아 구동되면, 진동 및 관성력을 발생시켜 제1 평판(25A)에 전달함으로써 제1 평판(25A)을 진동하여 공기를 밀어, 음파(acoustic wave)를 발생시키거나 또는 햅틱 피드백(haptic feedback)을 발생시킨다. 제1 트랜스듀서(21)가 전기 에너지를 받아 구동되면, 제2 트랜스듀서(23)를 선택 구동시켜 더욱 큰 진동 및 관성력을 발생시켜 제1 평판(25A)에 전달함으로써 더욱 강한 음파를 발생시키거나 또는 더욱 강한 햅틱 피드백을 발생시킨다. 또는 진동 모드를 조절하는 선택 방식을 증가시키거나 제1 트랜스듀서(21) 양단의 진폭을 증가시켜 전달되는 관성력을 증가시킬 수 있다. 제1 트랜스듀서(21), 제2 트랜스듀서(23)가 전기 에너지를 받아 구동될 경우, 제2 트랜스듀서(23)의 관성 질량을 증가시키거나 또는 진동 모드를 조절하도록 질량 블록(29)을 선택 사용할 수 있다. 도 1에 도시한 종래의 트랜스듀서 장치와 비교하면, 본 실시예는 비교적 좋은 음파 또는 햅틱 피드백의 진동 효과가 있다.

아래 도 2a ~ 도 2g 및 도 3a ~ 도 3c에 도시한 각종 트랜스듀서 모듈의 각 구성 요소를 상세하게 설명한다.

본 실시예에서, 부분 또는 전체 구성 요소는 모듈 형태로 제작할 수 있어 조립 시간이 단축된다. 예를 들면, 제1 트랜스듀서(21) 및 제2 트랜스듀서(23)을 모듈로 제작하거나 또는 제1 트랜스듀서(21), 제2 트랜스듀서(23) 및 질량 블록(29)을 모듈로 제작한다. 심지어 제1 지지체(27A), 제2 지지체(27B), 제1 평판(25A) 및/또는 제2 평판(25B)을 기타 구성요소와 함께 모듈로 제작할 수도 있다. 본 실시예에서 각종 구성요소 사이의 설치 방식은 일체 성형, 접착 고정, 잠금 고정, 나사 고정 또는 기타 방식을 사용할 수 있다. 제1 평판(25A) 또는 제2 평판(25B)은 스크린, 터치 패널, 프레임(frame), 기판 또는 하우징(housing)일 수 있다. 제1 지지체(27A) 또는 제2 지지체(27B)는 중공체 또는 고형체일 수 있으며, 그 형상은 통형, 막대형 또는 기타 형상 일 수 있으며, 그 수량은 하나 또는 다수 개일 수 있다. 질량 블록(29)은 각종 형상의 각종 재질을 사용할 수 있는데, 예를 들면 금속과 같은 고밀도 재료 또는 지르코니아(zirconia)와 같은 고영률(Young's modulus)재료를 사용할 수 있다.

본 실시예에서, 제1 트랜스듀서(21)에 사용하는 지능재료는 압전(piezoelectric) 재료(예를 들면, 지르콘 티탄산 납(lead zirconate titanate, PZT)), 전기활성중합체(electroactive polymer, EAP), 형상기억합금(shape memory alloy, SMA), 또는 자왜 재료(magnetostrictive material)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제2 트랜스듀서(23)는 제1 트랜스듀서(21)의 재료를 사용하거나 보이스코일모터(voice coil motor), 편축회전질량모터(ERM motor), 또는 선형 공진 액추에이터(Linear Resonant Actuator, LRA)를 사용할 수 있다.

도 4a는 제1 트랜스듀서(21) 또는 제2 트랜스듀서(23)의 상세한 단면도이다. 제2 트랜스듀서(23)를 예로 들면, 제2 트랜스듀서(23)는 도전층(230), 제1 지능재료층(231A) 및 제1 전극층(232A)을 포함한다. 그 중, 제1 지능재료층(231A)은 도전층(230)의 상부 표면에 형성되고, 제1 지능재료층(231A)의 상부 표면에 제1 전극층(232A)을 도포한다. 도전층(230) 및 제1 전극층(232A)은 각각 제1 지능재료층(231A)을 구동하기 위한 두 전극이다. 실시함에 있어서, 상기 도전층(230)은 전기전도가 가능한 박막 재료(예를 들면 전극층) 또는 판상 재료(예를 들면 금속판)이다. 도전층(230)이 금속판일 때, 제2 트랜스듀서(23)의 견고성, 내구성을 증가시킬 수 있으며, 관성력을 증가시켜 음파 또는 햅틱 피드백을 발생시킬 수 있다. 도 4a의 제2 트랜스듀서(23)는 단일층의 제1 지능재료층(231)을 사용하므로, 일반적으로 압전 재료로 사용할 경우, 유니몰프(unimorph)라고 부른다. 그 밖에, 실시함에 있어서, 제2 트랜스듀서(23)는 2층 또는 다층의 제1 지능재료층(231A)을 사용하여 종래의 다층/적층(multi-layer)의 압전웨이퍼를 형성할 수 있다.

도 4b는 다른 제1 트랜스듀서(21) 또는 제2 트랜스듀서(23)의 상세한 단면도이다. 제2 트랜스듀서(23)를 예로 들면, 도전층(230), 제1 지능재료층(231A), 제1 전극층(232A), 제2 지능재료층(231B) 및 제2 전극층(232B)을 포함한다. 그 중, 제1 지능재료층(231A)은 도전층(230)의 상부 표면에 형성되고, 제1 지능재료층(231A)의 상부 표면에 제1 전극층(232A)을 도포한다. 제2 지능재료층(231B)은 도전층(230)의 하부 표면에 형성되고 제2 지능재료층(231B)의 하부 표면에 제2 전극층(232B)을 도포한다. 도전층(230)은 제1 지능재료층(231A)/제2 지능재료층(231B)의 공유전극이며, 제1 전극층(232A)/제2 전극층(232B)은 각각 제1 지능재료층(231A)/제2 지능재료층(231B)의 구동에 필요한 전극이다. 도 4b의 제1 트랜스듀서(23)는 이중(二重)의 제1 지능재료층(231A)/제2 지능재료층(231B)을 사용하므로, 일반적으로 압전 재료로 사용되면 바이몰프(bimorph)라고 부른다. 그 밖에, 실시함에 있어서 적어도 제2 트랜스듀서(23)의 일측은 2층 또는 다층의 제1 지능재료층(231A)을 사용하여 종래의 다층/적층(multi-layer) 압전 웨이퍼를 형성할 수 있다.

이상은 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명했으나 본 발명의 권리범위는 여기에 한정되지 않는다. 본 발명에 개시된 정신에 따라 진행한 균등한 변경 또는 수정은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다.

10: 트랜스듀서
12: 접착 부재
14: 상부 하우징
21: 제1 트랜스듀서
21A: 제1 포인트
21B: 제2 포인트
23: 제2 트랜스듀서
230: 도전층
231A: 제1 지능재료층
231B: 제2 지능재료층
232A: 제1 전극층
232B: 제2 전극층
25A: 제1 평판
25B: 제2 평판
27A: 제1 지지체
27B: 제2 지지체
29: 질량 블록
P: 제1 트랜스듀서
P': 제2 트랜스듀서

Claims

제1 포인트를 통해 제1 평판에 직접 또는 간접적으로 설치되는 제1 트랜스듀서; 및
상기 제1 트랜스듀서의 제2 포인트에 설치되는 제2 트랜스듀서
를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트는 상기 제1 트랜스듀서의 두 개의 엔드 포인트인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 포인트는 상기 제1 트랜스듀서의 비엔드 포인트이며, 상기 제2 포인트는 상기 제1 트랜스듀서의 엔드 포인트인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서는 평면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서는 곡면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 포인트와 상기 제1 평판 사이에 설치된 제1 지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2 트랜스듀서 상에 설치된 하나 이상의 질량 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제7항에 있어서,
상기 질량 블록은 상기 제2 트랜스듀서의 상부 표면, 하부 표면, 또는 측단 가장자리에 설치되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제6항에 있어서,
제2 평판; 및
양단(兩端)이 각각 상기 제1 트랜스듀서 및 상기 제2 평판에 커플링된 제2 지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제9항에 있어서,
상기 제1 평판 또는 상기 제2 평판은 스크린, 터치 패널, 프레임, 기판 또는 하우징인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서가 사용하는 지능재료는 압전 재료, 전기활성중합체(EAP), 형상기억합금(SMA), 또는 자왜 재료인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제11항에 있어서,
상기 압전 재료는 지르콘 티탄산 납(PZT)인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2 트랜스듀서가 사용하는 지능재료는 압전 재료, 전기활성중합체(EAP), 형상기억합금(SMA), 자왜 재료, 보이스코일모터(voice coil motor), 편축회전질량모터(ERM motor), 또는 선형 공진 액추에이터(LRA)인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서 또는 제2 트랜스듀서는,
도전층;
상기 도전층의 상부 표면에 형성된 하나 이상의 제1 지능재료층; 및
상기 제1 지능재료층의 상부 표면에 형성된 하나 이상의 제1 전극층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제14항에 있어서,
상기 도전층은 금속판인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.
제14항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서 또는 제2 트랜스듀서는,
상기 도전층의 하부 표면에 형성된 하나 이상의 제2 지능재료층;
상기 제2 지능재료층의 하부 표면에 형성된 하나 이상의 제2 전극층
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 모듈.