KR20170038218A - Piezoelectric actuator actuating haptic device - Google Patents

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    • 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

Abstract

Suggested is a piezoelectric element for driving a haptic device, capable of improving the reliability of a product with a small current value generated by reducing capacitance while maintaining generated displacement. The piezoelectric element for driving a haptic device according to the present invention includes a piezoelectric part which includes a piezoelectric material, a first electrode of a first spiral structure which is formed on one side of the piezoelectric part, and a second electrode of a second spiral structure which is formed on the other side of the piezoelectric part.

Description

햅틱 디바이스 구동용 압전소자{Piezoelectric actuator actuating haptic device}Technical Field [0001] The present invention relates to a piezoelectric actuator actuating haptic device,

본 발명은 햅틱 디바이스 구동용 압전소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발생변위는 유지되면서도 커패시턴스를 감소시켜 발생하는 전류값이 작아 제품신뢰성이 향상된 햅틱 디바이스 구동용 압전소자에 관한 것이다.The present invention relates to a piezoelectric device for driving a haptic device, and more particularly, to a piezoelectric device for driving a haptic device, which has improved product reliability due to a small current value generated by reducing a capacitance while maintaining generated displacement.

사용자가 컴퓨터나 프로그램과 의사 소통을 보다 쉽고 편리하게 할 수 있도록 여러 가지 방법이 사용되고 있다. 이를 위해, 최근에는 사용자가 터치하고 입력하는 개념 이외에도 인터페이스에 사용자의 직관적 경험을 반영하고 피드백을 좀 더 다양화하는 개념을 포함하는 햅틱 디바이스(haptic device)가 채용되고 있다. 상기 햅틱 디바이스는 공간 절약이 가능하고 조작성 향상과 간편성을 이룰 수 있으며, 사양 변경이 간편하며 이용자 인식이 높다는 점 외에도 IT 기기와의 연동성이 용이하다는 많은 장점이 있다. Various methods are being used to make it easier for the user to communicate with the computer or program. To this end, in addition to the concept of touching and inputting by the user, a haptic device including a concept of reflecting the user's intuitive experience on the interface and further diversifying the feedback is employed. The haptic device has many merits that it is possible to save space, improve operability and simplicity, change specifications easily, high user recognition, and easy interoperability with IT devices.

이와 같은 장점으로 인해, 상기 햅틱 디바이스는 산업, 교통, 서비스, 의료 및 모바일 등 다양한 분야에서 폭넓게 이용되고 있다. 일반적으로 햅틱 다비이스는 투명성을 갖는 터치 패널이 화상을 표시하는 LCD 등의 화상표시장치에 밀착되게 배치되고, 사용자가 터치 패널을 통하여 화상을 보면서 터치 패널을 압박 조작하는 경우, 진동모터(vibration motor) 또는 압전 엑추에이터(piezoelectric actuator)와 같은 진동발생수단에 의해 터치 패널에 진동감이 인가됨으로써 사용자에게 진동감이 전달되는 구조를 채용하고 있다. Due to these advantages, the haptic device is widely used in various fields such as industry, transportation, service, medical, and mobile. In general, a haptic device is disposed in close contact with an image display device such as an LCD for displaying an image, and when a user presses the touch panel while viewing an image through the touch panel, a vibration motor ) Or a vibration actuator such as a piezoelectric actuator is applied to the touch panel to transmit the vibration to the user.

이 중, 진동발생수단으로서의 진동모터는 휴대폰 전체가 떨리는 방식으로 사용자에게 촉각 피드백을 인가하도록 작동하기 때문에 터치 패널을 통해 사용자에게 전달되는 진동감이 감소되는 문제점이 있었다. 또한, 진동모터에 전압 인가시 회전 관성에 의해 목표 진동량에 도달하는데 시간이 걸리므로 터치 스크린 등에서 적합한 진동을 빠르게 구현하는데 한계가 있었다. 반면에, 진동발생수단으로서의 압전 액츄에이터는 소정 부분을 진동시킴으로써 진동감을 향상시킬 수 있으며, 반응 속도가 진동모터에 비해 빨라 터치 스크린 등에서 적합한 진동을 빠르게 구현할 수 있어 그 사용량이 더욱 증가할 것으로 예상된다.Among them, the vibration motor as the vibration generating means operates to apply the tactile feedback to the user in a way that the entire cellular phone vibrates, so that the vibration feeling transmitted to the user through the touch panel is reduced. In addition, since it takes time to reach the target vibration amount by the rotational inertia when voltage is applied to the vibration motor, there is a limit to quickly realize a suitable vibration in a touch screen or the like. On the other hand, the piezoelectric actuator as the vibration generating means can improve the sense of vibration by vibrating a predetermined portion, and the vibration velocity is faster than that of the vibration motor, so that vibration suitable for a touch screen or the like can be quickly realized.

도 1은 일반적인 압전 액츄에이터의 분해사시도이다. 햅틱용 압전 액츄에이터에 적용되는 압전소자(10)는 압전의 여러 가지 진동 모드 중 31모드를 이용할 수 있다. 압전소자(10)를 31모드로 구동하기 위해서 압전물질층(11)을 사이에 위치시키고, 양면에 전극(11, 12)을 구비한다. 전극(11, 12)은 일반적으로 압전물질층(11) 전면을 도포하는 전면 전극을 사용하는데 이는 압전소자(10)의 변위를 최대화하기 위한 것이다. 1 is an exploded perspective view of a general piezoelectric actuator. The piezoelectric element 10 applied to the haptic piezoelectric actuator can use 31 modes among various vibration modes of piezoelectric. In order to drive the piezoelectric element 10 in the 31 mode, the piezoelectric material layer 11 is placed between the electrodes 11 and 12 on both sides. The electrodes 11 and 12 generally use front electrodes that apply the entire surface of the piezoelectric material layer 11 to maximize the displacement of the piezoelectric element 10.

그러나, 이렇게 압전물질층(11)의 전면을 도포하는 전면 전극은 면적에 비례하는 커패시턴스 값이 크게 되고, 액츄에이터의 변위를 증가시키기 위해 공진주파수를 사용한다면 전류가 많이 발생하게 된다. 전류가 많이 발생하는 경우, 압전 액츄에이터의 구동회로에 과부하가 걸리게 되어 제품의 내구성이나 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다. However, the capacitance of the front electrode applied to the front surface of the piezoelectric material layer 11 is large in proportion to the area, and if the resonance frequency is used to increase the displacement of the actuator, a large amount of current is generated. When a large amount of current is generated, the drive circuit of the piezoelectric actuator is overloaded, resulting in a problem that the durability and reliability of the product are deteriorated.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 발생변위는 유지되면서도 커패시턴스를 감소시켜 발생하는 전류값이 작아 제품신뢰성이 향상된 햅틱 디바이스 구동용 압전소자를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a piezoelectric element for driving a haptic device in which product reliability is improved due to a small current value generated by reducing a capacitance while maintaining generated displacement .

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자는 압전물질을 포함하는 압전부; 압전부의 일면에 형성된 제1나선구조의 제1전극; 및 압전부의 타면에 형성된 제2나선구조의 제2전극;을 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric element for driving a haptic device, including: a piezoelectric unit including a piezoelectric material; A first electrode having a first helical structure formed on one surface of the piezoelectric portion; And a second electrode having a second helical structure formed on the other surface of the piezoelectric portion.

제1전극, 압전부, 및 제2전극이 순차 적층된 방향을 수직방향이라 하고, 분극방향이 수직방향이면, 수직방향에 수직하는 수평방향으로 변위가 발생할 수 있다. The direction in which the first electrode, the piezoelectric portion, and the second electrode are sequentially stacked is referred to as a vertical direction, and if the polarization direction is vertical, displacement may occur in a horizontal direction perpendicular to the vertical direction.

제1전극 및 제2전극은 서로 대응하는 위치에 형성될 수 있다. The first electrode and the second electrode may be formed at positions corresponding to each other.

또한, 제1전극 및 제2전극은 동일한 형상일 수 있다. Further, the first electrode and the second electrode may have the same shape.

또한, 제1전극 및 제2전극은 서로 상이한 측면에서 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. In addition, the first electrode and the second electrode may be electrically connected to the outside on different sides.

또한, 제1전극 및 제2전극의 나선구조의 전극선의 간격은 압전부의 두께보다 같거나 클 수 있다. The distance between the electrode lines of the helical structure of the first electrode and the second electrode may be equal to or greater than the thickness of the piezoelectric portion.

이상 설명한 바와 같이, 종래의 햅틱용 압전 소자의 경우, 대부분 전면 전극을 사용하여, 커패시턴스값이 크고 액츄에이터의 변위를 증가시키기 위해 공진주파수를 사용한다면 전류가 많이 발생하는 문제점이 있었으나, 본 발명에 따르면, 햅틱 디바이스 구동용 압전소자에 있어 전면전극을 형성한 압전소자의 변위와 유사한 변위를 나타내면서도 전극의 면적을 감소시킬 수 있어 발생전류를 줄여 제품 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다. As described above, in the conventional haptic piezoelectric element, a large amount of current is generated if a front electrode is used and a resonance frequency is used to increase the capacitance of the actuator and increase the displacement of the actuator. However, according to the present invention , It is possible to reduce the area of the electrode while showing a displacement similar to displacement of the piezoelectric element in which the front electrode is formed in the piezoelectric element for driving the haptic device, thereby reducing the generated current and improving the product reliability.

도 1은 일반적인 압전 액츄에이터의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 단면도이다.
도 4는 발명의 일실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 분해사시도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 디바이스 변위를 시뮬레이션한 결과이다. 1 is an exploded perspective view of a general piezoelectric actuator.
2 is an exploded perspective view of a piezoelectric element for driving a haptic device according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a piezoelectric element for driving a haptic device according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view of a piezoelectric element for driving a haptic device according to an embodiment of the present invention.
5 is an exploded perspective view of a piezoelectric element for driving a haptic device according to another embodiment of the present invention.
6A to 6D are simulation results of a haptic device displacement according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. It should be understood that while the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein, The present invention is not limited thereto.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 분해사시도이고, 도 3은 발명의 일실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 평면도, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 분해사시도이다. 이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. FIG. 2 is an exploded perspective view of a piezoelectric element for driving a haptic device according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view of a piezoelectric element for driving a haptic device according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view of a piezoelectric element for driving a haptic device according to another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a plan view of a piezoelectric element for driving a haptic device according to an example. Hereinafter, description will be made with reference to Figs. 2 to 5. Fig.

본 발명에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자(100)는 압전물질을 포함하는 압전부(110); 압전부(110)의 일면에 형성된 제1나선구조의 제1전극(120); 및 압전부(110)의 타면에 형성된 제2나선구조의 제2전극(130);을 포함한다. A piezoelectric element (100) for driving a haptic device according to the present invention includes: a piezoelectric unit (110) including a piezoelectric material; A first electrode 120 having a first helical structure formed on one surface of the piezoelectric portion 110; And a second electrode 130 having a second spiral structure formed on the other surface of the piezoelectric unit 110.

압전부(110)는 압전물질과 유도된 전압을 위한 전극을 포함할 수 있다. 압전물질은 외부에서 기계적에너지(압력, 진동)가 인가되어졌을 때 전기적에너지(전압)를 발생하거나 또는 반대의 현상을 나타낼 수 있는 물질로서, PbZrO3, PbTiO3, KNbO3, NaNbO3, BiTiO3, NaTiO3 또는 BaTiO3 등이 사용될 수 있다. The piezoelectric portion 110 may include an electrode for the piezoelectric material and the induced voltage. The piezoelectric material is a material that can exhibit a mechanical energy (pressure, vibration) of producing electrical energy (voltage) when turned is applied or the opposite phenomenon from the outside, PbZrO 3, PbTiO 3, KNbO 3, NaNbO 3, BiTiO 3 , NaTiO 3 or BaTiO 3 Etc. may be used.

전극(120, 130)에는 도전성물질이 사용될 수 있다. 전극에는 전기전도성이 높은 물질이 포함되고, 특히 전기전도성이 높은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극은 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. The electrodes 120 and 130 may be formed of a conductive material. The electrode includes a material having high electrical conductivity, and in particular, may include a metal having high electrical conductivity. For example, the electrode may be formed of silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), copper (Cu), nickel (Ni), or an alloy thereof.

제1전극(120) 및 제2전극(130)은 각각 제1나선구조 및 제2나선구조를 갖는 형태의 나선구조의 전극이다. 본 발명에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자(100)는 후막 형태의 압전소자로서, 전체 두께에 비해 면적이 넓은 형태로 구현된다. 만약, 제1전극(120) 및 제2전극(130)이 햅틱 디바이스 구동용 압전소자(100)의 전면에 형성되어 있다면 면적이 넓게 되어 커패시턴스가 크게 되고, 압전소자의 변위를 크게 하기 위하여 공진주파수를 사용한다면, 전류가 많이 발생하게 되는데, 이는 구동 회로에 악영향을 미칠 수 있다. The first electrode 120 and the second electrode 130 are spiral electrodes having a first spiral structure and a second spiral structure, respectively. The piezoelectric element 100 for driving a haptic device according to the present invention is a thick-film piezoelectric element, and is realized in a form having a larger area than the entire thickness. If the first electrode 120 and the second electrode 130 are formed on the front surface of the piezoelectric element 100 for driving a haptic device, the area is enlarged to increase the capacitance. To increase the displacement of the piezoelectric element, , A large amount of current is generated, which may adversely affect the driving circuit.

그러나, 본 발명에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자(100)의 전극은 각각 나선구조로서 전극선 사이에는 압전부(121)가 노출되도록 형성되어 전체 전극의 면적이 감소되기 때문에 커패시턴스를 감소시켜 이러한 문제를 해결할 수 있다. 또한, 전극(120, 130)은 전체 면적에 비교적 균일하게 전계를 가할 수 있도록 나선구조를 채택하여 전극면적이 감소됨에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자(100)의 변위감소를 최소화하였다. However, since the electrode of the piezoelectric element 100 for driving a haptic device according to the present invention has a helical structure and the piezoelectric portion 121 is exposed between the electrode lines, the area of the entire electrode is reduced, thereby reducing the capacitance, Can be solved. In addition, the electrodes 120 and 130 adopt a spiral structure so as to apply an electric field relatively uniformly over the entire area, thereby minimizing the displacement of the piezoelectric element 100 for driving the haptic device as the electrode area is reduced.

햅틱 디바이스 구동용 압전소자(100)에서 제1전극(120), 압전부(110) 및 제2전극(130)이 순차 적층된 방향을 수직방향이라 하면, 제1전극(120) 및 제2전극(130)은 압전부(110)를 사이에 두고 서로 대응하는 위치에 형성될 수 있다. When the direction in which the first electrode 120, the piezoelectric unit 110 and the second electrode 130 are sequentially stacked in the piezoelectric element 100 for driving a haptic device is referred to as a vertical direction, the first electrode 120 and the second electrode 130, (130) may be formed at positions corresponding to each other with the piezoelectric unit (110) interposed therebetween.

도 3에서, 제1전극(120) 및 제2전극(130) 사이의 압전부(110)의 두께를 d1이라 하고, 도 4에서 제1전극(120)의 나선구조의 전극선 사이의 두께를 d2라 하면, d2는 d1과 같거나 큰 것이 바람직하다. 나선구조의 전극의 전극선 사이의 두께가 클 수록 전극의 총 면적이 감소되고, 이에 따라 커패시턴스가 감소되어 발생되는 전류가 작아지게 된다. 다시 말하면, 전극선 사이의 두께가 커지면 전극선의 두께는 작아지게 되고, 전체 전극면적이 작아지게 된다. 3, the thickness of the piezoelectric portion 110 between the first electrode 120 and the second electrode 130 is d 1 , and the thickness between the electrode lines of the spiral structure of the first electrode 120 in FIG. d 2 , it is preferable that d 2 is equal to or larger than d 1 . The larger the thickness between the electrode lines of the helical structure electrode is, the smaller the total area of the electrode is, and the smaller the capacitance is, the smaller the generated current is. In other words, when the thickness between the electrode lines becomes large, the thickness of the electrode line becomes small, and the total electrode area becomes small.

전극(120, 130)의 나선구조에서의 전극선 사이 두께, 즉 전극(120, 130)의 면적이 감소될 수 있는 영역의 두께는 적어도 압전체의 두께와 같거나 전극(120, 130)의 면적변화로 인한 커패시턴스 감소 효과를 얻을 수 있다. 전극(120, 130)의 나선구조에서의 전극선의 두께는 항상 일정하지 않을 수 있으므로 평균두께를 기준으로 정할 수 있다. The thickness of the region where the thickness of the electrode lines in the helical structure of the electrodes 120 and 130, that is, the area where the area of the electrodes 120 and 130 can be reduced, is at least equal to the thickness of the piezoelectric body, The capacitance reduction effect can be obtained. Since the thickness of the electrode line in the spiral structure of the electrodes 120 and 130 may not always be constant, it can be determined based on the average thickness.

제1전극(120) 및 제2전극(130)은 동일한 형상으로 제작될 수 있고, 서로 상이한 형상으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제1전극(120) 및 제2전극(130)은 도 2에서와 같이 서로 동일한 형상으로 동일한 위치에 각각 형성되어 있을 수 있다. 이 때, 제1나선구조 및 제2나선구조는 동일하다. 이 경우에는 제1전극(120) 및 제2전극(130)의 형상과 위치가 동일하여 전극형성시 용이하나, 전극이 외부전원과 연결되기 위한 인출이 어려울 수 있다. 즉, 햅틱 디바이스 구동용 압전소자가 박형이므로 각각의 전극을 동일한 위치에서의 인출시 각각의 외부전원에 연결하기 어려운 점이 있다. The first electrode 120 and the second electrode 130 may be formed in the same shape and different shapes. For example, the first electrode 120 and the second electrode 130 may be formed in the same shape and at the same positions, respectively, as shown in FIG. At this time, the first helical structure and the second helical structure are the same. In this case, since the first electrode 120 and the second electrode 130 have the same shape and position, it is easy to form an electrode, but it may be difficult to draw the electrode to be connected to an external power source. That is, since the piezoelectric element for driving the haptic device is thin, it is difficult to connect each electrode to each external power source when the electrode is drawn out at the same position.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 분해사시도이다. 본 실시예에서 햅틱 디바이스 구동용 압전소자(200)의 제1전극(220)은 제2전극(230)과 나선구조이기는 하나 서로 상이한 형상으로 구현된다. 즉, 제1전극(220) 및 제2전극(230)은 압전부(210)를 기준으로 동일 위치에 형성되어 있으나 나선구조의 시작부분이 서로 상이하게 형성되어 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자(200)는 나선구조의 시작부분에서 외부전원과 연결되기 위한 인출이 되므로 도 2에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자(200)보다 외부와의 연결이 용이하다. 5 is an exploded perspective view of a piezoelectric element for driving a haptic device according to another embodiment of the present invention. The first electrode 220 of the piezoelectric element 200 for driving the haptic device is formed in a shape different from that of the second electrode 230 in spiral structure. That is, although the first electrode 220 and the second electrode 230 are formed at the same position with respect to the piezoelectric portion 210, the starting portions of the spiral structure are formed to be different from each other. Therefore, the piezoelectric element 200 for driving the haptic device according to the present embodiment is drawn out to be connected to the external power source at the beginning of the spiral structure. Therefore, the piezoelectric element 200 for driving the haptic device, This is easy.

예를 들어, 햅틱 디바이스 구동용 압전소자(200)에서 제1전극(220) 및 제2전극(230)을 내부전극이라 하면, 전극(220, 130)을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 외부전극(미도시)을 추가할 수 있다. 도 5에서 제1전극(220)에 대응하는 외부전극은 도면을 기준으로 좌측면 또는 후면에 형성될 수 있고, 제2전극(230)에 대응하는 외부전극은 도면을 기준으로 우측면 또는 전면에 형성될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 제1전극(220) 및 제2전극(230)의 형상이 상이하여 전극형성시 양 전극이 완전히 동일한 경우보다 공정이 복잡하나, 외부와의 전기적 연결시에는 전극끼리 위치상 겹치지 않아 연결이 용이한 장점이 있다. For example, when the first electrode 220 and the second electrode 230 are referred to as internal electrodes in the piezoelectric element 200 for driving the haptic device, external electrodes (not shown) for electrically connecting the electrodes 220 and 130 to the outside Not shown) can be added. 5, external electrodes corresponding to the first electrodes 220 may be formed on the left or rear surface with reference to the drawing, and external electrodes corresponding to the second electrodes 230 may be formed on the right or front surface . Therefore, in the present embodiment, the shapes of the first electrode 220 and the second electrode 230 are different, so that the process is more complicated than when both electrodes are completely formed at the time of electrode formation, but when the electrode is electrically connected to the outside, There is an advantage that connection is easy because it does not overlap.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 변위를 시뮬레이션한 결과이다. 본 실시예의 햅틱 디바이스 구동용 압전소자는 압전부의 두께는 50㎛, 제1전극 및 제2전극의 두께는 3㎛로 하였다. 5A to 5D are simulation results of displacement of a piezoelectric element for driving a haptic device according to an embodiment of the present invention. In the piezoelectric element for driving the haptic device of this embodiment, the thickness of the piezoelectric portion was 50 mu m, and the thickness of the first electrode and the second electrode was 3 mu m.

햅틱 디바이스 구동용 압전소자는 압전부에 높은 전계를 일정 시간 인가하여 다이폴(dipole)들을 정렬시키는 폴링(polling)공정을 거쳐 분극(Polarization)이 발생할 수 있도록 한다. 분극이 발생되어야 전계를 인가할 때 전계 방향과 다이폴들의 방향이 일치하면 압전부가 수축팽창이 가능하다. Piezoelectric elements for driving a haptic device can cause polarization by applying a high electric field to the piezoelectric portion for a predetermined time to poles the dipoles. If the direction of the electric field is matched with the direction of the dipoles when applying the electric field, the piezoelectric part can expand and shrink.

본 실시예에서 햅틱 디바이스 구동용 압전소자에서 제1전극, 압전부, 및 제2전극이 순차 적층된 방향을 수직방향이라고 하면, 즉 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 두께방향을 수직방향이라고 할 때, 분극방향이 수직방향이면 수평방향으로 변위가 발생하였다. In the present embodiment, when the direction in which the first electrode, the piezoelectric portion, and the second electrode are sequentially stacked in the piezoelectric element for driving the haptic device is referred to as a vertical direction, that is, when the thickness direction of the piezoelectric element for driving the haptic device is referred to as a vertical direction, When the polarization direction was vertical, displacement occurred in the horizontal direction.

즉, 도 6(a)에서 분극방향이 수직방향인 햅틱 디바이스 구동용 압전소자에 전계를 가하면, 도 6(b)에서와 같이 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 수평방향, 즉 도면을 기준으로 좌우방향으로 팽창이 발생하고, 이후, 다시 도 6(c)와 같이 수축되고, 도 6(d)와 같이 더욱 수축된다. 계속 전계를 가해주면, 도 6(b)의 팽창상태와 도 6(c)의 수축상태를 반복하는 변위가 발생하게 된다. That is, when an electric field is applied to a piezoelectric element for driving a haptic device whose polarization direction is vertical in Fig. 6 (a), the piezoelectric element for driving a haptic device, as shown in Fig. 6 (b) And then contracted again as shown in Fig. 6 (c), and further contracted as shown in Fig. 6 (d). If the electric field continues to be applied, a displacement occurs in which the expansion state of Fig. 6 (b) and the contraction state of Fig. 6 (c) are repeated.

이러한 변위를 시뮬레이션을 통하여 확인하였는데, 본 발명에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 경우 약 0.215 ㎛의 변위를 발생시켰고, 종래의 전면전극을 갖는 압전소자의 경우, 약 0.225 ㎛의 변위를 발생시켰다. 따라서, 본 발명에 따른 나선구조를 갖는 전극을 포함하는 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 경우 전면전극을 갖는 압전소자와 변위는 유사하나 전극면적이 감소되어 커패시턴스가 감소하게 되어 발생전류가 적은 장점이 구현된다. A displacement of about 0.215 mu m was generated in the piezoelectric element for driving a haptic device according to the present invention, and a displacement of about 0.225 mu m was generated in the case of a piezoelectric element having a conventional front electrode. Therefore, in the case of a piezoelectric element for driving a haptic device including an electrode having a spiral structure according to the present invention, displacement is similar to that of a piezoelectric element having a front electrode, but the capacitance is reduced due to a reduced electrode area, do.

본 발명에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자는 압전부 및 양 측면의 제1전극과 제2전극을 포함하고 있는데, 여기에 다시 압전부와 전극이 추가적으로 적층되어 다층 압전소자를 구현할 수 있다. 제1전극, 압전부 및 제2전극이 두께방향으로 적층된 햅틱 디바이스 구동용 압전소자는 제1전극 상에 추가적인 압전부와 제2전극을 더 포함할 수 있고, 또는 제2전극 상에 추가적인 압전부 및 제1전극을 더 포함할 수 있다. A piezoelectric element for driving a haptic device according to the present invention includes a piezoelectric electrode and a first electrode and a second electrode on both sides, and a piezoelectric portion and an electrode are further laminated thereon to realize a multilayer piezoelectric element. The piezoelectric element for driving the haptic device in which the first electrode, the piezoelectric portion and the second electrode are laminated in the thickness direction may further include a piezoelectric portion and a second electrode on the first electrode, And may further include a first electrode and a first electrode.

즉, 본 발명에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자는 …/제1전극/압전부/제2전극/압전부/제1전극/압전부/제2전극/…의 구조를 갖도록 복수의 압전체층을 반복적층할 수 있으며, 이에 따라, 적층수를 조절함으로써 햅틱 디바이스 구동용 압전소자의 발생변위가 조절된다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 햅틱 디바이스 구동용 압전소자는 전면전극을 갖는 압전소자보다 발생변위가 작아질 수 있으므로 이를 보충하기 위해서 복수층으로 구현되어 발생변위를 증가시킬 수 있다. 제1전극 및 제2전극은 서로 극성이 다른 전극이므로 복수개의 전극 각각은 외부 인출시 동일극성의 전극끼리 함께 외부전원과 전기적으로 연결될 수 있도록 하고 타 극성의 전극과 접촉하지 않도록 연결시키는 것이 바람직하다. In other words, the piezoelectric element for driving a haptic device according to the present invention includes: / First electrode / piezoelectric / second electrode / piezoelectric / first electrode / piezoelectric / second electrode / And the generated displacement of the piezoelectric element for driving the haptic device is adjusted by adjusting the number of stacked layers. As described above, since the piezoelectric element for driving a haptic device according to the present invention can have a smaller displacement than a piezoelectric element having a front electrode, it can be implemented in a plurality of layers to compensate for the displacement, thereby increasing the displacement. Since the first electrode and the second electrode are electrodes having different polarities from each other, it is preferable that each of the plurality of electrodes is electrically connected to the external power source together with the electrodes of the same polarity at the time of external drawing, .

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

100, 200 햅틱 디바이스 구동용 압전소자
110, 210 압전부
120, 220 제1전극
130, 230 제2전극
d1 압전부 두께
d2 전극선사이의 간격100, 200 Piezoelectric device for driving a haptic device
110, 210,
120, 220 First electrode
130, 230 Second electrode
d 1 Total thickness
d Spacing between two electrode lines

Claims (6)

압전물질을 포함하는 압전부;
상기 압전부의 일면에 형성된 제1나선구조의 제1전극; 및
상기 압전부의 타면에 형성된 제2나선구조의 제2전극;을 포함하는 햅틱 디바이스 구동용 압전소자.
A piezoelectric unit including a piezoelectric material;
A first electrode having a first helical structure formed on one surface of the piezoelectric portion; And
And a second electrode having a second helical structure formed on the other surface of the piezoelectric portion.
청구항 1에 있어서,
상기 제1전극, 상기 압전부, 및 상기 제2전극이 순차 적층된 방향을 수직방향이라 하고,
분극방향이 수직방향이면, 상기 수직방향에 수직하는 수평방향으로 변위가 발생하는 것인 햅틱 디바이스 구동용 압전소자.
The method according to claim 1,
A direction in which the first electrode, the piezoelectric portion, and the second electrode are sequentially stacked is referred to as a vertical direction,
And a displacement occurs in a horizontal direction perpendicular to the vertical direction when the polarization direction is vertical.
청구항 1에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극은 서로 대응하는 위치에 형성된 것인 햅틱 디바이스 구동용 압전소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode are formed at positions corresponding to each other.
청구항 1에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극은 동일한 형상인 것인 햅틱 디바이스 구동용 압전소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode have the same shape.
청구항 1에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극은 서로 상이한 측면에서 외부와 전기적으로 연결되는 것인 햅틱 디바이스 구동용 압전소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode are electrically connected to each other at different sides from each other.
청구항 1에 있어서,
상기 제1나선구조의 전극선의 간격 및 제2나선구조의 전극선의 간격은 상기 압전부의 두께보다 같거나 큰 것인 햅틱 디바이스 구동용 압전소자.The method according to claim 1,
Wherein an interval of the electrode lines of the first helical structure and an interval of the electrode lines of the second helical structure are equal to or larger than a thickness of the piezoelectric portion.
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KR20020075814A (en) * 2001-03-24 2002-10-07 주식회사 코아텍 Sourface Mounted Piezoelectric Devices with Internal Built-In Capacitor
KR20100077958A (en) * 2008-12-29 2010-07-08 전자부품연구원 Piezoelectric speaker
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