KR20170024563A

KR20170024563A - 평행 판 액추에이터

Info

Publication number: KR20170024563A
Application number: KR1020160108228A
Authority: KR
Inventors: 바히드 코쉬카바; 후안 마누엘 크루즈-헤르난데즈
Original assignee: 임머숀 코퍼레이션
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2017-03-07
Also published as: US20190050059A1; CN106484096A; JP2017045459A; US10488933B2; US20170060244A1; US10120449B2; JP6649205B2; CN106484096B; EP3136205A1

Abstract

본 출원은 일반적으로 햅틱 액추에이터들에 관한 것이다. 예를 들어, 본 출원은 고성능 평행 판 액추에이터들에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 버튼들, 패널들, 트랙 패드들, 터치 패널들, 웨어러블들, 게임 디바이스들 및/또는 터치 민감 표면들과 같은 다양한 응용에서 햅틱 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있는 액추에이터에 관한 것이다.

Description

평행 판 액추에이터{PARALLEL PLATE ACTUATOR}

관련 출원들에 대한 상호 참조

본 출원은, 발명의 명칭이 "Parallel Plate Actuator"이고 2015년 8월 25일에 출원된 미국 임시 특허 출원 번호 62/209,738의 이득을 주장하며, 그 개시내용은 본 명세서에 전체적으로 참조로 포함된다.

발명의 분야

햅틱 효과들은 전자 디바이스와 개인의 상호작용을 강화하기 위해 사용된다. 햅틱 효과들은 사용자가 터치 감각을 경험할 수 있게 하며, 터치 감각은 디바이스에 내장되는 액추에이터에 의해 전형적으로 발생된다. 그러한 햅틱 효과 액추에이터는 디스플레이 또는 오디오 디바이스를 통한 시각 및/또는 오디오 효과들에 대안으로 또는 이 효과들에 더하여, 전자 디바이스와 사용자의 상호작용의 확인 응답 또는 피드백을 제공한다.

편심 회전 질량(Eccentric rotating mass)(ERM) 모터 및 선형 공진 액추에이터들(linear resonant actuators)(LRA)은 부피가 크고 일반적으로 국부 햅틱 피드백을 제공하지 않는다. 피에조 폴리머들/세라믹스 및 스마트 겔들과 같은 스마트 액추에이터들이 사용되었지만 종종 약하거나 강한 국부 진동을 제공할 수 없다. 더욱이, 다수는 일정한 가속도/진동만을 제공하는 방식으로 설계된다. 햅틱들을 위한 종래의 평행 판 액추에이터들은 고전압을 필요로 하고 약한 차단력을 일반적으로 갖는다.

따라서, 햅틱 피드백을 발생시키기 위해 얇은 액추에이터들에 대한 요구가 있다.

전술한 것을 고려하여, 평행 판 액추에이터들을 포함하는, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 시스템들 및 방법들이 본원에 제공된다.

실시예들에서, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 액추에이터들이 본원에 제공된다. 적절하게는, 그러한 액추에이터들은 제1 도체 및 적어도 제1 절연체를 포함하는 제1 판, 제2 도체 및 적어도 제2 절연체를 포함하는 제2 판, 및 제1 판과 제2 판 사이에 위치되어 제1 판과 제2 판을 분리하는 하나 이상의 스페이서들을 포함하는 평행 판 구조체를 포함한다. 적절하게는, 제1 힘으로 사용자에 의한 평행 판 구조체의 제1 접촉은 정전기 상호작용으로부터 햅틱 피드백을 제공하고, 제1 힘보다 더 큰 제2 힘으로 사용자에 의한 제2 접촉은 스페이서들을 압축하고 부가 햅틱 피드백을 사용자에게 활성화시킨다.

또한 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치되어 제1 전극과 제2 전극을 분리하는 하나 이상의 스페이서들을 포함하는, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 액추에이터들이 본원에 제공된다. 적절하게는, 제1 힘으로 사용자에 의한 액추에이터의 제1 접촉은 정전기 상호작용으로부터 햅틱 피드백을 제공하고, 제1 힘보다 더 높은 제2 힘으로 사용자에 의한 제2 접촉은 스페이서들을 압축하고 정전기 상호작용으로부터 부가 햅틱 피드백을 활성화시킨다.

부가 실시예들에서, 제1 접촉 및 제2 접촉에 응답하여 사용자에게 제1 햅틱 피드백 및 제2 햅틱 피드백을 제공하는 디바이스들이 본원에 제공된다. 실시예들에서, 디바이스들은 기판 및 기판과 연관되는 평행 판 구조체를 포함한다. 평행 구조체는 제1 도체 및 적어도 제1 절연체를 포함하는 제1 판, 제2 도체 및 적어도 제2 절연체를 포함하는 제2 판, 및 제1 판과 제2 판 사이에 위치되어 제1 판과 제2 판을 분리하는 하나 이상의 스페이서들을 포함한다. 제1 힘으로 사용자로부터의 제1 접촉은 정전기 상호작용으로부터 제1 햅틱 피드백을 제공하고, 제1 힘보다 더 높은 제2 힘으로 사용자로부터의 제2 접촉은 스페이서들을 압축하고 제2 햅틱 피드백을 활성화시킨다.

본 기술의 전술한 및 다른 특징들 및 양태들은 실시예들의 이하의 설명으로부터 및 첨부 도면들에 예시된 바와 같이 더 잘 이해될 수 있다. 본원에 포함되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면들은 본 기술의 원리들을 예시하는 역할을 더 한다. 도면들 내의 구성요소들은 반드시 축척에 따라 도시되는 것은 아니다.
도 1a는 본 기술의 일 실시예에 따른 햅틱 피드백을 제공하는 액추에이터의 단면도를 도시한다.
도 1b는 본 기술의 일 실시예에 따른 압축된 스페이서의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 기술의 일 실시예에 따른 햅틱 피드백을 제공하는 부가 액추에이터의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 기술의 일 실시예에 따른 햅틱 피드백을 제공하는 추가 액추에이터의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 기술의 일 실시예에 따른 스페이서 구조체의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 기술의 일 실시예에 따른 추가 스페이서 구조체의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 기술의 일 실시예에 따른 햅틱 피드백을 제공하는 액추에이터를 포함하는 디바이스를 도시한다.

다양한 실시예들은 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 다양한 실시예들에 대한 참조는 여기에 첨부되는 청구항들의 범위를 제한하지 않는다. 부가적으로, 본 명세서에 진술되는 임의의 예들은 제한적이도록 의도되지 않고 첨부된 청구항들에 대한 많은 가능한 실시예들의 일부만을 진술한다.

실시예들에서, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 얇은 액추에이터들이 본원에 제공된다. 얇은 액추에이터들은 간단한 평행 판 액추에이터보다 더 높은 성능 및/또는 상이한 진동을 갖는 평행 판 액추에이터들에 적절히 기초한다. 액추에이터의 성능은 도처에 설명되는 바와 같이, 스마트 재료 액추에이터들, 피에조(폴리머 또는 세라믹) 및/또는 히드로겔들을 평행 판 액추에이터에 제공함으로써 증폭된다.

본원에 사용되는 바와 같이, "햅틱 피드백"은 터치의 감지를 통해, 본원에 설명된 바와 같은 시스템으로부터 사용자로 전달되는 진동, 질감, 및/또는 열 등과 같은 정보를 언급한다. 햅틱 피드백은 또한 "햅틱 피드백 신호"를 제공하는 것으로 본원에 설명된다.

실시예들에서, 예를 들어 도 1a에 도시된 바와 같이, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 액추에이터들(100)이 본원에 제공된다.

실시예들에서, 도 1a에 도시된 액추에이터(100)는 평행 판 구조체(108)를 포함한다. 평행 판 구조체(108)는 제1 도체(116) 및 적어도 제1 절연체(114)를 포함하는 제1 판(110)을 적절히 포함하는 평행 판 액추에이터이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 실시예들에서, 제1 판(110)은 또한 부가 절연체(118)를 더 포함한다.

평행 판 구조체(108)는 제2 도체(120) 및 적어도 제2 절연체(122)를 포함하는 제2 판(112)을 더 포함한다. 실시예들에서, 제2 판(112)은 또한 부가 절연체(124)를 더 포함할 수 있다. 그러나, 추가 실시예들에서, 제2 도체(120)는 절연체를 포함하는 것이 요구되지 않는다. 그 대신에, 제1 도체(116)(사용자에게 가장 가까움)는 절연체(114)를 필요로 하는 평행 판 구조체의 유일한 도체일 수 있다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 평행 판 구조체(108)는 또한 하나 이상의 스페이서들(126)을 포함한다. 스페이서들(126)은 적절히 제1 판(110)과 제2 판(112) 사이에 위치되어 제1 판과 제2 판을 분리한다. 이것은 본원에 설명되는 바와 같이 "평행 판"으로 칭해지는 구성을 야기하여, 2개의 전도 판들 또는 전도 요소들은 스페이서 요소들에 의해 분리되어, 판들 사이에 정전기 필드의 형태로 에너지를 저장할 수 있는 구조체를 야기한다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 실시예들에서, 액추에이터(100)는 또한 사용자(102)를 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 평행 판 구조체(108)와 연관되는 기판(140)을 포함한다. 기판(140)의 예들은 다양한 터치 패드들 또는 스크린들, 키보드 구조체들, 게임 패드들 및 다른 디바이스 인터페이스들을 포함한다. 기판(140)은 액추에이터(100)에 대한 물리 접합(예를 들어, 글루, 접착제, 금속 납땜 등)을 통해 또는 전자(와이어 또는 언와이어) 결합 또는 연결을 통해 액추에이터(100)와 연관될 수 있다. 본원에 설명되는 다양한 액추에이터들 및 기판들은 웨어러블들, 터치 스크린들, 터치 패드들, 이동 전화들, 태블릿들, 게임 시스템들 및 컨트롤러들, 컴퓨터들 등과 같지만, 이들에 제한되지 않는 디바이스들로 통합될 수 있다.

본원에 설명되는 평행 판 구조체들을 포함하는 디바이스 또는 어셈블리와 사용자의 제1 또는 초기 상호작용 또는 접촉(예를 들어, 적절한 경우, 평행 판 구조체(108)와 직접 접촉을 포함하는, 기판(140) 또는 다른 사용자 인터페이스와의 접촉 또는 상호작용) 햅틱 피드백(104)이 제공된다. 사용자로부터의 이러한 제1 접촉 또는 상호작용은 제1 힘에 있다. 적절하게는, 이러한 제1 초기 햅틱 피드백은 사용자에 의해 어셈블리, 디바이스, 기판, 인터페이스 또는 직접 평행 판과의 초기 접촉 또는 상호작용에 응답하여 진동 또는 펄스를 야기하는 정전기 상호작용 또는 정전기 필드의 형태이다. 실시예들에서, 사용자로부터의 이러한 제1 또는 초기 접촉은 스페이서들(126)을 압축하는 것이 아니라, 서로를 끌어당기고/반발시키는 제1 및 제2 판들(110, 112) 사이에서 정전기력으로부터 초기 햅틱 피드백을 간단히 촉발시키는 제1 힘에 있다.

사용자(102)에 의한 제2 추가 접촉 시에, 스페이서들(126)은 예를 들어 도 1b(압축되는 단일 스페이서(126)의 확대도)에 도시된 바와 같이, 압축된다. 제2 접촉은 제1 힘보다 더 높은 제2 힘에 있고, 스페이서들(126)의 압축을 야기한다. 압축은 제2 부가 햅틱 피드백을 사용자(102)에게 활성화시킨다.

실시예들에서, 제2 접촉은 제1 접촉의 연속이다. 즉, 사용자는 본원에 설명되는 바와 같이, 어셈블리, 디바이스, 인터페이스 또는 기판, (또는 평행 판 구조체)으로부터 그 또는 그녀의 접촉을 제거하는 것이 아니라, 그 대신에 제2의 적절히 더 높은 힘을 인가하여 부가 햅틱 피드백을 개시한다. 그러한 실시예들에서, 제1 및 제2 접촉들은 본원에 사용되는 바와 같이, 사용자로부터 초기 상호작용을 지정하고 관련 피드백을 사용자에게 지정한 다음에, 사용자로부터 추가 또는 제2 상호작용을 지정한 뒤에, 부가 햅틱 피드백을 사용자에게 간단히 지정하며, 제1 및 제2 접촉들은 사용자의 접촉 또는 상호작용의 제거에 의해 구별되지 않는다. 오히려, 사용자는 접촉 또는 상호작용을 유지하고, 평행 판 구조체를 포함하는 어셈블리 또는 디바이스와 상호작용의 힘을 간단히 증가(또는 감소, 또는 반복)시켜, 본원에 설명되는 별개 햅틱 피드백들을 초래한다.

예시적 실시예들에서, 하나 이상의 스페이서들(126)은 스마트 히드로겔을 포함하는 히드로겔을 적절히 포함한다. 본원에 사용되는 바와 같이, "히드로겔"은 구조 완전성을 유지하는 동안 대량의 물을 흡수하고 방출할 수 있는 가교된 친수성 폴리머들의 망상을 언급한다. 히드로겔들은 외부 자극들 예컨대 염분, 버퍼 조건들 또는 성분들, pH, 온도, 광뿐만 아니라, 전기 필드에 응답하여 형상을 변화시키는 능력을 나타낸다. 예시적 히드로겔들은 예컨대 [Palleau et al., "Reversible patterning and actuation of hydrogels by electrically assisted ionoprinting", Nature Communications 4:2257 (2013)]에 개시된 바와 같이, 예를 들어 소듐 폴리아크릴레이트(pNaAc)와 같은 고분자전해질들을 포함하며, 그것의 개시는 히드로겔들 및 그 조제 방법들의 개시를 위해 그 안에 포함하여, 본원에 전체적으로 참조로 포함된다.

실시예들에서, 제2 힘으로 제2 접촉으로부터의 압축에 의해 히드로겔 스페이서를 변형시키는 것은 제1 및 제2 판들(110, 112)이 서로 더 가깝게 이동하는 것을 허용하여, (판들 사이의 거리를 감소시킴으로써) 그들 사이에서 정전기 상호작용을 증가시키고, 사용자에게 제2 부가 햅틱 피드백을 제공한다. 실시예들에서, 이러한 제2 부가 햅틱 피드백은 제1 햅틱 피드백과 달라서, 사용자는 2개의 개별 햅틱 피드백들(그러한 실시예들에서, 정전기 상호작용)을 경험하며, 하나는 액추에이터(100)와의 제1 초기 접촉에서 나오고, 다른 것은 스페이서들(126)의 압축을 야기하는 제2 상호작용에 의한 것이다.

더 추가 실시예들에서, 스페이서들의 압축은 예를 들어 특정 폴리머 스페이서들 또는 피에조 폴리머들 또는 피에조 세라믹스, 또는 스페이서들(126)로서 사용되는 유전체 엘라스토머들의 사용에 의해, 부가 에너지를 액추에이터에 제공할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 피에조 구조체(즉, 폴리머 또는 세라믹)의 압축은 부가 에너지를 제1 및 제2 판들(110, 112)에 전달하여, 정전기 상호작용의 강도 또는 기간을 더 증가시키며, 따라서 더 강한 정전기 피드백일 수 있는 제2 부가 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 따라서, 특정 실시예들에서, 스페이서들(126)은 여분의 작동을 평행 판 구조체(108)에 추가하고/하거나, 그것의 햅틱 응답을 강화할 수 있다. 예를 들어, 스마트 겔들 또는 폴리머들은 전기 필드 하에 확장/변형되며, 따라서 여분의 작동을 시스템에 제공하고/하거나, 그것의 햅틱 응답을 강화할 수 있다.

더 추가 실시예에서, 도 2에서 액추에이터(200)에 관해 도시된 바와 같이, 압전 구조체(202)는 판들(110 및 112) 사이에 배치될 수 있다. 스페이서들(126)의 압축 시에, 판(110)은 압전 구조체(202)와 최종적으로 접촉하여 압전 구조체의 압축을 야기할 것이다. 압전 구조체의 이러한 압축은 부가 에너지를 평행 판 구조체(108)에 전달하여, 제1 및 제2 판들 사이의 증가된 정전기력에 의해 부가적인 추가 햅틱 응답을 야기할 수 있다. 압전 구조체(202)(예를 들어, 압전 폴리머 또는 압전 세라믹)는 제1 및 제2 판들(110, 112) 중 하나 상에 매우 얇은 코팅으로 도포되고/되거나, 원하는 경우 제1 및 제2 절연체들(114, 122) 상에 포함될 수 있다.

본원에 설명되는 바와 같이, 적절히 스페이서들(126)은 판들의 작동력 및 가속도(즉, 진동)를 증폭할 수 있는, 피에조(폴리머 또는 세라믹) 재료들 또는 탄성 히드로겔들을 포함하는 스마트 액추에이터들이다. 적절하게는, 초기 정전기 상호작용으로부터의(즉, 사용자에서의 제1 초기 접촉으로부터의) 햅틱 피드백은 제1 주파수에 있고 (즉, 스페이서들(126)의 압축을 야기하는 더 높은 힘으로 제2 부가 접촉으로부터의) 부가 햅틱 피드백은 제2 주파수에 있다. 2개의(또는 그 이상의) 별개 햅틱 피드백들을 평행 판 구조체(108)로부터, 예를 들어 상이한 가속도들로, 사용자에게 제공하는 능력은 본원에 설명되는 액추에이터들의 고유 장점이다. 실시예들에서, 제1 및 제2 판들(110, 112) 사이의 거리가 스페이서들(126)의 압축으로부터 감소됨에 따라, 정전기력의 강도는 판들 사이에서 증가되어, 더 강한 정전기 상호작용 또는 힘, 및 더 강한, 또는 더 높은 주파수 햅틱 피드백을 사용자에게 야기한다. 강도는 또한 본원에 설명되는 바와 같이, 스페이서들(126)로부터 평행 판 구조체로의 에너지 전달에 의해 증가될 수 있다.

적절하게는, 제2 부가 햅틱 피드백과 연관되는 주파수는 제1 초기 햅틱 피드백보다 더 높은 주파수에 있지만, 반대가 또한 본원에 구체화된다. 예시적 실시예들에서, 초기 및/또는 부가 햅틱 피드백의 진동의 주파수는 대략 1Hz 내지 대략 1000Hz, 더 적절히 대략 1Hz 내지 대략 500Hz, 대략 1Hz 내지 대략 200Hz, 대략 10Hz 내지 대략 200Hz, 대략 10Hz 내지 대략 100Hz, 또는 대략 10Hz, 대략 20Hz, 대략 30Hz, 대략 40Hz, 대략 50Hz, 대략 60Hz, 대략 70Hz, 대략 80Hz, 대략 90Hz 또는 대략 100Hz에 따른다.

특정 실시예들에서, 사용자의 제1 접촉은 더 높은 강도(더 높은 주파수를 포함함) 정전기 상호작용만이 제공되도록 스페이서들(126)을 압축하는 그러한 힘일 수 있다.

부가 실시예들에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 액추에이터(300)는 제1 판(110)과 제2 판(112) 사이에 위치되는 제2 액추에이터(302)를 포함한다. 제2 액추에이터(302)는 정전기 필드의 발생을 허용하기 위해, 도체(120) 아래에, 또는 적어도 도체(120)의 일부 아래에 위치되는 것으로 적절히 도시되지만, 그것은 또한 도체(120) 위에 위치될 수 있다. 절연체(공간 제약들로 인해 도시되지 않음)는 또한 도체(120) 위에, 즉 판(112)과 판(110) 사이에 적절히 위치된다.

스페이서들(126)의 압축, 및 판 구조체의 최종 접촉 시에, 제2 액추에이터(302)는 제2 부가 햅틱 피드백을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 제2 액추에이터(302)는 피드백을 제공하기 위해 압전 폴리머, 유전체 엘라스토머, 또는 복합물일 수 있거나, 예를 들어 스마트 재료 액추에이터, 스마트 재료 합금, 매크로 파이버 복합물, 형상 기억 폴리머 등을 포함하는 햅틱 피드백을 위한 추가 액추에이터일 수 있다. 스페이서들(126)을 제1 및 제2 판들(110, 112)이 접촉하는 지점까지 압축함으로써, 정전기 필드는 더 이상 활성이 아니지만, 오히려, 제2 부가 햅틱 피드백은 제2 액추에이터(302)에서만 기인한다. 이러한 제2 작동은 압전 액추에이터의 활성화에서 기인할 수 있다.

추가 실시예들에서, 유전체 엘라스토머(2개의 전극들 사이에 위치되는 엘라스토머)는 스페이서(126)로 포함될 수 있으며, 스페이서는 본원에 설명되는 바와 같이 부가 작동을 제공할 수 있다.

도처에 설명되는 바와 같이, 스페이서들(126)의 압축 모듈러스는 (제1 힘으로) 사용자에 의한 제1 초기 접촉과, (제1 힘보다 더 높은 제2 힘으로) 제2 추가 접촉 사이를 식별하는 능력을 제공하며, 그것에 의해 스페이서들이 압축된다. 본원에 설명되는 바와 같이, 스페이서들(126)은 다양한 히드로겔들 또는 피에조 재료들일 수 있지만, 다른 실시예들에서, 스페이서들(126)은 다른 타입들의 폴리머들, 고무들, 탄성 재료들 등일 수 있다. 적절하게는, 스페이서들(126)의 압축 모듈러스는 대략 0.1 kPa 내지 대략 150 kPa에 따른다.

더 추가 실시예들에서, 본원에 제공되는 액추에이터들은 햅틱 피드백을 제공할 수 있으며 사용자의 접촉은 강조된 또는 강화된 햅틱 피드백을 제공하기 위해 초기 정전기 상호작용 및 부가 정전기 상호작용(스페이서들(126)의 압축에서 기인함) 둘 다를 조합하는 응답을 촉발시킨다. 본원에 설명되는 바와 같이 스페이서들(126)의 압축이 정전기 상호작용의 부가 증폭을 제공하는 실시예들에서, 이러한 햅틱 피드백은 확대된 효과(즉, 더 강한 정전기 상호작용 또는 증가된 주파수)를 가질 수 있다. 부가 제2 액추에이터를 이용하는 실시예들에서, 사용자의 접촉은 예를 들어 동일한, 또는 실질적으로 동일한 시간에 발생하는 피드백의 2개의 상이한 주파수들, 또는 2개의 상이한 크기들을 포함하는, 정전기 상호작용 및 부가 제2 작동 둘 다로부터 피드백을 촉발시킬 수 있다.

부가 실시예들에서, 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치되어 제1 전극과 제2 전극을 분리하는 하나 이상의 스페이서들을 포함하는, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 액추에이터들이 본원에 제공된다. 본원에 설명되는 바와 같이, 적절하게는, 제1 힘으로 사용자에 의한 액추에이터의 제1 초기 접촉은 정전기 상호작용으로부터 햅틱 피드백을 제공한다. 제1 힘보다 더 큰 제2 힘으로 사용자에 의한 제2 추가 접촉은 스페이서들을 압축하고 정전기 상호작용으로부터 제2 부가 햅틱 피드백을 활성화시킨다.

도 4는 본원에 설명되는 실시예들에 따른 액추에이터의 전극-스페이서-전극 부분의 일 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 스페이서(126)는 제1 전극(402)과 제2 전극(404) 사이에 배향되고 제1 전극과 제2 전극을 분리한다. 절연체들이 도시되지 않지만, 그들은 구조체에 추가될 수 있다. 본원에 설명되는 바와 같이, 스페이서(126)의 압축 시에, 제1 및 제2 전극들(402, 404)은 서로 더 가깝게 배치되거나 이동되는 것에 의해 그들 사이에서 정전기 상호작용을 증가시키고, 제2 부가 햅틱 피드백을 제공한다. 실시예들에서, 이러한 제2 부가 피드백은 (즉, 스페이서(126)의 압축 없이) 사용자에 의한 초기 접촉만으로부터 발생하는 것과 다르고, 더 강한 정전기 상호작용, 더 높은 주파수 상호작용, 둘 다의 조합, 또는 제1 피드백과 별개의 다른 피드백일 수 있다.

본원에 설명되는 바와 같이, 스페이서(126)는 히드로겔 또는 피에조(폴리머) 또는 피에조(세라믹)를 적절히 포함할 수 있다. 그러한 액추에이터들은 또한 본원에 설명되는 바와 같이, 사용자와 인터페이스하는 기판을 더 포함할 수 있다.

도 5는 스페이서(126)가 분극가능 구조체(502)로부터 전극(504)을 분리하는 추가 실시예를 도시한다. 그러한 실시예들에서, 분극가능 구조체(502)(예를 들어, 영구적 분극을 갖는 분극가능 구조체)는 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이, 전하의 분리를 야기한다. 분극가능 구조체(502)의 전하 분리는 전극(504)과 조합하여, 본원에 설명되는 바와 같이 액추에이터의 역할을 하기에 충분할 수 있다. 실시예들에서, 상부 전극은 그러한 액추에이터들에 요구되지 않는다. 스페이서(126)의 압축 시에, 분극가능 구조체(502) 및 전극(504)은 서로 더 가깝게 배치되어, 사용자에 의한 제1 초기 접촉(즉, 스페이서(126)의 압축 없이, 더 낮은 힘)으로부터만 발생하는 것과 별개의, 정전기 상호작용을 증가시키고 제2 부가 햅틱 피드백을 제공한다.

또한 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 접촉 및 제2 접촉에 응답하여 사용자에게 제1 햅틱 피드백 및 제2 햅틱 피드백을 제공하는 디바이스들이 본원에 제공된다. 예시적 터치 스크린으로 도시되는(구조체들을 아래에 나타내기 위해 부분적으로만 도시되는) 디바이스(600)는 기판(140)(예를 들어 터치 스크린의 상부 패널), 기판과 연관되는 평행 판 구조체(108)를 포함한다. 본원에 설명되는 바와 같이, 평행 판 구조체(108)는 제1 도체(116) 및 적어도 제1 절연체(114)를 포함하는 제1 판(110), 및 제2 도체 및 적어도 제2 절연체(122)를 포함하는 제2 판(112)을 포함한다. 평행 판 구조체(108)는 또한 제1 판과 제2 판 사이에 위치되어 제1 판과 제2 판을 분리하는 하나 이상의 스페이서들(126)을 포함한다.

본원에 설명되는 평행 판 구조체를 포함할 수 있는 디바이스들은 도처에서 언급되고, 예를 들어 이동 전화들, 태블릿들, 컴퓨터들, 자동차 인터페이스들, 게임 콘솔들 및 컨트롤러들 등을 포함한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 평행 판 구조체는 이동 전화 또는 태블릿의 터치 스크린, 컴퓨터, 텔레비전, 게임 시스템, 터치 패드, 터치 민감 구조체, 컴퓨터 모니터, 랩톱 디스플레이 디바이스, 워크북 디스플레이 디바이스의 스크린, 키오스크 스크린, 휴대용 전자 디바이스 스크린, 또는 다른 적절한 터치 민감 시스템 등의 표면 아래에 구현될 수 있다. 평행 판 구조체들은 또한 키보드들, 자동차들 또는 다른 기계류 및 차량들 내의 인터페이스들 등에 사용될 수 있다. 게이밍에서, 평행 판 구조체는 다양한 핸드헬드 디바이스들 또는 컨트롤러들 등에 사용될 수 있다. 평행 판 구조체는 또한 시계들 및 팔찌들, 밴드들, 의복, 가방들, 지갑들 등을 포함하는 웨어러블들에 포함될 수 있다.

도처에 설명되는 바와 같이, 제1 힘으로 제1 접촉은 정전기 상호작용으로부터 제1 햅틱 피드백을 제공한다. 제1 힘보다 더 높은 제2 힘으로 제2 접촉은 스페이서들을 압축하고 제2 햅틱 피드백을 활성화시킨다.

적절하게는, 본원에 설명되는 디바이스의 평행 판들에서의 사용을 위한 스페이서들은 히드로겔을 포함하고, 다른 실시예들에서, 스페이서들은 피에조(폴리머) 또는 피에조(세라믹)를 포함한다.

본원에 설명되는 디바이스들에서, 제2 부가 햅틱 피드백은 정전기 상호작용에서 적절히 나온다. 그러나, 추가 실시예들에서, 평행 판 구조체는 제1 판과 제2 판 사이에 위치되는 제2 액추에이터를 더 포함할 수 있으며, 제2 액추에이터는 제2 부가 피드백을 제공할 수 있다. 디바이스들의 그러한 실시예들에서, 부가 햅틱 피드백은 본원에 설명되는 바와 같이, 정전기력과 다를 수 있다. 본원에 제공되는 디바이스들의 예시적 실시예들에서, 제2 액추에이터는 스마트 재료 액추에이터일 수 있다.

본원에 설명되는 바와 같이, 디바이스들의 실시예들에서, 초기 정전기 상호작용으로부터의(즉, 사용자에서의 제1 초기 접촉으로부터의) 햅틱 피드백은 제1 주파수에 있고 제2 부가 햅틱 피드백(즉, 스페이서들의 제2 부가 접촉/압축으로부터의)은 제2 주파수에 있다. 적절하게는, 디바이스들에서, 부가 햅틱 피드백과 연관되는 제2 주파수는 제1 초기 햅틱 피드백보다 더 높은 주파수에 있지만, 반대가 또한 이용될 수 있다.

다양한 실시예들이 상기 설명되었지만, 그들은 제한이 아닌 본 기술의 예시들 및 예들로만 제시되었다는 점이 이해되어야 한다. 형태 및 상세에 있어서의 다양한 변화들은 본 기술의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것 없이 그 안에서 이루어질 수 있다는 점이 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 분명할 것이다. 따라서, 본 기술의 폭 및 범위는 상기 설명된 실시예들 중 어느 것에 의해 제한되어야 하는 것이 아니라, 첨부된 청구항들 및 그들의 균등물들에 따라서만 정의되어야 한다. 또한 본원에서 논의된 각각의 실시예, 및 본원에 열거된 각각의 참조의 각각의 특징은 임의의 다른 실시예의 특징들과 조합하여 사용될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 본원에서 논의되는 모든 특허들 및 공보들은 본원에 전체적으로 참조로 포함된다.

Claims

사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 액추에이터로서,
i. 제1 도체 및 적어도 제1 절연체를 포함하는 제1 판;
ii. 제2 도체를 포함하는 제2 판; 및
iii. 상기 제1 판과 상기 제2 판 사이에 위치되어 상기 제1 판과 상기 제2 판을 분리하는 하나 이상의 스페이서들
을 포함하는 평행 판 구조체(parallel plate structure)를 포함하고,
제1 힘으로 상기 사용자에 의한 상기 평행 판 구조체의 제1 접촉은 정전기 상호작용으로부터 햅틱 피드백을 제공하고;
상기 제1 힘보다 더 큰 제2 힘으로 상기 사용자에 의한 제2 접촉은 상기 스페이서들을 압축하고 부가 햅틱 피드백을 상기 사용자에게 활성화시키는 액추에이터.
제1항에 있어서, 상기 제2 접촉은 상기 제1 접촉의 연속인 액추에이터.
제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 스페이서들은 히드로겔을 포함하는 액추에이터.
제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 스페이서들은 피에조(폴리머) 또는 피에조(세라믹)를 포함하는 액추에이터.
제1항에 있어서, 상기 부가 햅틱 피드백은 정전기 상호작용에서 나오는 액추에이터.
제1항에 있어서, 상기 제1 판과 상기 제2 판 사이에 위치되는 제2 액추에이터를 더 포함하는 액추에이터.
제6항에 있어서, 상기 제2 액추에이터는 상기 부가 햅틱 피드백을 제공하는 액추에이터.
제6항에 있어서, 상기 액추에이터는 스마트 재료 액추에이터(smart material actuator)인 액추에이터.
제1항에 있어서, 상기 사용자를 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 상기 평행 판 구조체와 연관되는 기판을 더 포함하는 액추에이터.
제1항에 있어서, 상기 정전기 상호작용으로부터의 햅틱 피드백은 제1 주파수에 있고 상기 부가 햅틱 피드백은 제2 주파수에 있는 액추에이터.
제10항에 있어서, 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 더 높은 액추에이터.
사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 액추에이터로서,
a) 제1 전극;
b) 제2 전극; 및
c) 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 분리하는 하나 이상의 스페이서들
을 포함하고,
제1 힘으로 상기 사용자에 의한 상기 액추에이터의 제1 접촉은 정전기 상호작용으로부터 햅틱 피드백을 제공하고;
상기 제1 힘보다 더 큰 제2 힘으로 상기 사용자에 의한 제2 접촉은 상기 스페이서들을 압축하고 정전기 상호작용으로부터 부가 햅틱 피드백을 활성화시키는 액추에이터.
제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 스페이서들은 히드로겔을 포함하는 액추에이터.
제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 스페이서들은 피에조(폴리머) 또는 피에조(세라믹)를 포함하는 액추에이터.
제12항에 있어서, 상기 사용자를 위한 사용자 인터페이스를 제공하도록 구성되는 평행 판 구조체와 연관되는 기판을 더 포함하는 액추에이터.
제12항에 있어서, 상기 제2 접촉은 상기 제1 접촉의 연속인 액추에이터.
제1 접촉 및 제2 접촉에 응답하여 사용자에게 제1 햅틱 피드백 및 제2 햅틱 피드백을 제공하는 디바이스로서,
a) 기판;
b) 상기 기판과 연관되는 평행 판 구조체
를 포함하며, 상기 평행 구조체는,
i. 제1 도체 및 적어도 제1 절연체를 포함하는 제1 판;
ii. 제2 도체 및 적어도 제2 절연체를 포함하는 제2 판; 및
iii. 상기 제1 판과 상기 제2 판 사이에 위치되어 상기 제1 판과 상기 제2 판을 분리하는 하나 이상의 스페이서들을 포함하고,
제1 힘으로 상기 제1 접촉은 정전기 상호작용으로부터 상기 제1 햅틱 피드백을 제공하고;
상기 제1 힘보다 더 높은 제2 힘으로 상기 제2 접촉은 상기 스페이서들을 압축하고 상기 제2 햅틱 피드백을 활성화시키는 디바이스.
제15항에 있어서, 상기 하나 이상의 스페이서들은 히드로겔을 포함하는 디바이스.
제15항에 있어서, 상기 하나 이상의 스페이서들은 피에조(폴리머) 또는 피에조(세라믹)를 포함하는 디바이스.
제15항에 있어서, 상기 제2 햅틱 피드백은 정전기 상호작용에서 나오는 디바이스.
제15항에 있어서, 상기 제1 판과 상기 제2 판 사이에 위치되는 제2 액추에이터를 더 포함하는 디바이스.
제19항에 있어서, 상기 제2 액추에이터는 상기 제2 햅틱 피드백을 제공하는 디바이스.
제20항에 있어서, 상기 제2 액추에이터는 스마트 재료 액추에이터인 디바이스.
제15항에 있어서, 상기 정전기 상호작용으로부터의 상기 제1 햅틱 피드백은 제1 주파수에 있고 상기 제2 햅틱 피드백은 제2 주파수에 있는 디바이스.
제22항에 있어서, 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 더 높은 디바이스.