WO2012067370A2 - 압전소자를 이용한 햅틱 모듈 - Google Patents

압전소자를 이용한 햅틱 모듈 Download PDF

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WO2012067370A2
WO2012067370A2 PCT/KR2011/008416 KR2011008416W WO2012067370A2 WO 2012067370 A2 WO2012067370 A2 WO 2012067370A2 KR 2011008416 W KR2011008416 W KR 2011008416W WO 2012067370 A2 WO2012067370 A2 WO 2012067370A2
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support
vibration member
haptic module
elastic support
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정회원
서종식
김민기
천세준
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(주)하이소닉
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    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047—Membrane type

Definitions

  • the present invention relates to a haptic module using a piezoelectric element.
  • Modern interface devices provide the user with forced or contact feedback known as haptic feedback.
  • haptic feedback For example, haptic versions of joysticks, mice, gamepads, steering wheels, or other devices output forces to the user based on events or interactions that occur in a graphical environment, such as in a game or other application program. can do.
  • the touch pad which is a small rectangular flat pad provided in a mobile terminal, senses the position of the pointing object by any of various sensing techniques such as a capacitive sensor or a pressure sensor that senses the pressure applied thereto.
  • the above haptic feedback is also provided to the touch pad of the portable terminal.
  • FIG. 15 is a structural diagram illustrating a haptic feedback enabled mobile terminal disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2001-0108361.
  • the touch pad 16 is flexibly installed in the housing (not shown) of the portable terminal by the spring 62.
  • a piezoelectric actuator 64 is mounted below the touch pad 16.
  • the piezoelectric actuator 64 includes a vibration member (not shown) coupled to the touch pad 16 and a piezoelectric element (not shown) coupled to the vibration member.
  • a portion 66 of the piezoelectric actuator 64 is coupled to the touch pad 16, and the other portion 68 is coupled to the mass 70. And when the portion 66 moves relative to the other portion 68, the mass 70 moves with the other portion 68.
  • the mass 70 moves approximately along the Z axis and is free to move because it is not coupled to the housing. Movement of the mass 70 along the Z axis causes an inertial force transmitted to the touch pad 16 through the piezoelectric actuator 64, and the touch pad 16 moves along the Z axis due to the elastic coupling. The movement of the touch pad 16 is detected as a haptic sensation by a user who contacts the touch pad 16.
  • the conventional haptic actuator 64 has a problem in that the sensitivity of the haptic feedback is lowered because the vertical movement force is weak.
  • an object of the present invention is to provide a haptic module capable of stably increasing vertical vibration force and improving sensitivity of haptic feedback.
  • Another object of the present invention is to apply a sinusoidal voltage to the piezoelectric element to prevent the vibration member and the like from vibrating abruptly, to reduce the instantaneous power consumption by smoothing the slope of the input voltage, the feeling of click
  • the present invention provides a haptic module with an improved click feeling.
  • the base A vibrating member mounted to be moved upward and downward on an upper portion of the base; A piezoelectric element coupled to the vibration member; A power supply unit for applying power to the piezoelectric element; A panel member mounted on an upper portion of the vibration member; If necessary, it comprises a control unit for controlling the power applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element is a haptic module characterized in that the vibration member to generate vibration in the vertical direction by bending the vibration member to provide.
  • one end is connected to any one of the base or the vibration member, the other end is formed in a bar shape connected to the other (elastic) to elastically support the vibration member in the upward direction
  • the piezoelectric element is mounted to the elastic support portion, when the power is applied to the elastic support portion to deform the vibration to generate the vibration in the panel member,
  • the elastic support portion is formed to be inclined up and down from one end to the other end direction In the free state, the vertical gap between one end and the other end of the elastic support is greater than the vertical gap between the vibration member and the base to elastically support the vibration member in the upward direction.
  • one end of the elastic support is integrally connected to the vibration member and the other end is inclined downward to be seated on the upper portion of the base, the vibration member has an outer peripheral surface of the elastic support
  • the separation hole spaced apart from the member is characterized in that the upper and lower openings are formed.
  • the piezoelectric element is mounted to the lower portion of the elastic support, respectively, the upper surface of the piezoelectric element between the piezoelectric element and the elastic support portion is equipped with a GND electrode, the lower surface of the piezoelectric element
  • the positive electrode is mounted, and when the power is applied to the piezoelectric element through the positive electrode and the GND electrode, the piezoelectric element contracts and relaxes in the longitudinal direction to bend and deform the elastic support in the vertical direction.
  • the base is formed in the lower portion of the elastic support portion is formed in the vertical opening and the through hole through which the piezoelectric element is inserted in the vertical bending of the elastic support portion is formed, the width of the through hole in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the elastic support portion It is characterized in that the larger than the width of the piezoelectric element.
  • the elastic support is made of a plurality of each formed on the edge of the vibration member, the length of the elastic support is characterized in that all the same.
  • the cushion member is mounted between the mobile terminal cover and the vibration member along the outer circumferential surface of the touch pad.
  • the vibration member includes: a coupling portion coupled to the panel portion; A first support part having one end connected to the coupling part and the other end protruding in the horizontal direction from the coupling part;
  • the coupling part is formed to protrude in a horizontal direction parallel to the first support part, the end is bent in a downward direction and consists of a second support part fixed to the base, the piezoelectric element is mounted on the first support part When applied, the first support portion is bent and deformed in the vertical direction to generate vibration in the vertical direction.
  • the second support portion the upper support portion is formed in one end is connected to the coupling portion and the other end protrudes in the horizontal direction;
  • a lower support part spaced apart from the upper support part at a lower part of the upper support part, and having one end fixedly coupled to the base; It is formed to be bent, one end is connected to the other end of the upper support portion, the other end is made of a bent portion connected to the other end of the lower support, characterized in that the elastic support the coupling portion and the panel member in the vertical direction.
  • the first support portion and the second support portion are spaced apart from the bottom surface of the panel member.
  • the base is a support block for supporting the other end of the first support is formed protruding, the first support is spaced apart from the bottom of the base, the other end of the first support
  • the bending deformation of the first support portion by the piezoelectric element is characterized in that the lowering is prevented in contact with the support block.
  • both sides of the coupling portion is characterized in that the first support portion and the second support portion are formed in pairs.
  • the first support portion and the second support portion is characterized in that the front, rear, left and right symmetrically arranged with respect to the center of the panel portion.
  • the panel member includes a frame having a lower portion engaged with the coupling portion; A liquid crystal part seated on an upper portion of the frame; The touch pad is coupled to the upper part of the frame while covering the upper part of the liquid crystal part, and a first seating recess in which the liquid crystal part is seated and a second seating recess in which the touch pad is seated are formed on an upper surface of the frame.
  • the lower portion of the frame is characterized in that the separation groove is formed to be spaced apart from the first support portion and the second support portion.
  • the piezoelectric element is deformed by the power applied by the controller to generate vibration in the vertical direction to the vibration member and the panel member, and the waveform of the voltage applied to the piezoelectric element is It is characterized by consisting of a sine wave form.
  • the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element is characterized in that the resonant frequency corresponding to the natural frequency of the vibration member.
  • the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element is characterized in that 100 to 350 Hz.
  • the force is effectively transmitted to the panel member to increase and decrease the driving force, thereby improving the vibration sensitivity or the clicking feeling of the panel member.
  • the vibration member and the like By applying a sinusoidal voltage to the piezoelectric element, the vibration member and the like can be prevented from rapidly vibrating and noise can be prevented, and the instantaneous power consumption can be lowered by smoothing the slope of the input voltage.
  • the frequency of the applied voltage is the same as the resonant frequency of the vibration member, it is possible to maximize the amount of displacement of the vibration member to further improve the feeling of click.
  • FIG. 1 is a perspective view of a portable terminal equipped with a haptic module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a portable terminal equipped with a haptic module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view seen from A-A of FIG.
  • FIG. 5 and 6 are views illustrating the operation of a mobile terminal equipped with a haptic module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a perspective view of a haptic module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of one direction of a haptic module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of another direction of the haptic module according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the vibration member and the panel member is lowered by the piezoelectric element in FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the vibration member and the panel member are raised by the piezoelectric element in FIG.
  • FIG. 13 is a graph showing waveforms of voltage and current applied to a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a graph illustrating a Bode Plot according to a third embodiment of the present invention.
  • 15 is a structural diagram showing a portable terminal capable of haptic feedback according to the prior art
  • 16 is a graph showing waveforms of voltage and current applied to a conventional piezoelectric element
  • vibration member 232: coupling portion
  • 234 first support portion
  • 236 second support portion
  • 237 upper support portion
  • 238 lower support portion
  • 239 bent portion
  • 260 frame
  • 262 separation groove
  • 263 first seating groove
  • 264 second seating groove
  • FIG. 1 is a perspective view of a portable terminal to which a haptic module is applied according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a portable terminal equipped with a haptic module according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken from AA
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken from BB of FIG. 1
  • FIGS. 5 and 6 are views illustrating an operation process of a portable terminal equipped with a haptic module according to a first embodiment of the present invention.
  • the haptic module according to the first embodiment of the present invention includes a base 120, a vibration member 130, a touch pad 140, a cushion member 150, and an elastic support 135. ) And a piezoelectric element 170.
  • a portable terminal including the above-described configuration, the portable terminal basic body 110 and the portable terminal cover 160 will be described.
  • 1 and 2 has a main board and the like installed therein, and implements various functions according to the information input through the touch pad 140.
  • the portable terminal main body 110 is not shown in order to display the main part well.
  • the base 120 is mounted on an upper portion of the mobile terminal basic body 110.
  • the base 120 is formed in a rectangular flat plate shape and made of SUS material.
  • the base 120 is formed with a plurality of through holes 121 along the edge.
  • the through hole 121 has a rectangular shape, and is open in the vertical direction and the outer direction, and is disposed below the elastic support part 135 to be described later.
  • the piezoelectric element 170 mounted below the elastic support 135 is inserted and disposed in the through hole 121 when the elastic support 135 is bent and deformed, as described later.
  • the width of the through hole 121 in a direction orthogonal to the length direction is greater than the width of the piezoelectric element 170 so that the piezoelectric element 170 and the base 120 do not interfere with each other.
  • the vibration member 130 is mounted to move up and down on the base 120.
  • the vibration member 130 is formed in a rectangular flat plate shape made of SUS material, and is mounted on the upper part of the base 120 by the elastic support part 135 and elastically supported upward as described later.
  • a spaced hole 131 is formed in the vibrating member 130 to space the outer circumferential surface of the elastic support part 135 to be described later from the vibrating member 130.
  • the spacing hole 131 is formed of four each formed on the edge of the vibration member 130, the width of the direction perpendicular to the longitudinal direction of the elastic support portion 135 is formed larger than the width of the elastic support portion 135 The side of the elastic support 135 is spaced apart from the side of the vibration member 130.
  • the spacer 131 is formed in the vibration member 130 to space the outer circumferential surface of the elastic support 135 from the vibration member 130 so that the elastic support 135 may be bent and deformed in the vertical direction.
  • the interference with the vibration member 130 is reduced, there is an effect that the elastic support 135 can be easily deformed with a small force.
  • the touch pad 140 and the cushion member 150 are mounted on the vibration member 130.
  • the touch pad 140 is formed of an LCD liquid crystal to output various information of the mobile terminal basic body 110 as an image, detects a touch, receives information, and transmits the information to the mobile terminal basic body 110.
  • the cushion member 150 is made of a rubber material and has an elastic force, and is formed along the outer circumferential surface of the touch pad 140 in a hollow rectangular shape.
  • the mobile terminal cover 160 is fixedly coupled to the base 120 while surrounding the upper portion of the touch pad 140.
  • the mobile terminal cover 160 has an open lower portion, and the base 120, the vibration member 130, and the touch pad 140 are inserted into the inside of the mobile terminal cover 160, and an inner lower surface thereof is disposed with the cushion member 150. In contact with the cushion member 150 and the vibration member 130 in the direction of the base 120 while being fixed to the base 120.
  • the cushion member 150 disposed between the mobile terminal cover 160 and the vibration member 130 is slightly compressed to closely adhere to the mobile terminal cover 160 and the vibration member 130.
  • the cover 160 and the vibration member 130 are completely sealed.
  • the cushion member 150 is mounted in close contact between the mobile terminal cover 160 and the vibration member 130 to prevent foreign matter from penetrating into the mobile terminal cover 160 and the vibration.
  • the member 130 is not inclined and functions to insulate the mobile terminal cover 160 from electricity.
  • the vibration member 130 is not in close contact with the base 120 by being supported in the upward direction of the base 120 by the elastic support 135 as described below.
  • an opening hole 161 through which the touch pad 140 is inserted is formed through the upper and lower portions of the mobile terminal cover 160 to expose the upper portion of the touch pad 140 to the outside.
  • the elastic support 135 is formed in the shape of a rectangular bar (bar), consisting of four are arranged on each one of the edges of the vibration member 130.
  • one end of the elastic support part 135 is integrally connected to the vibration member 130 and the other end is connected to the base 120.
  • one end of the elastic support 135 is formed integrally with the outer end of the vibration member 130 forming the separation hole 131, the other end is separated from the vibration member 130 to be separated from the base 120 )
  • the other end of the elastic support 135 is formed to be inclined downward in the direction of the base 120, that is, downward, and is seated on an upper portion of the base 120.
  • the other end of the elastic support 135 is bent to be plastically deformed downward with respect to one end.
  • the elastic support 135 is formed to be inclined downward in a free state, the vertical gap between one end and the other end is formed larger than the vertical gap between the vibration member 130 and the base 120.
  • the other end of the elastic support 135 is seated on the upper portion of the base 120 when the vibration member 130 is assembled, the other end of the elastic support 135 is slightly bent upwards and the vibration member 130. Is elastically supported in the upward direction.
  • the other end of the elastic support 135 is formed on the upper part of the base 120. It is in contact with each other and can not be moved in the downward direction is bent upward relative to one end of the elastic support 135.
  • the vibration member 130 connected to one end of the elastic support 135 is elastically supported upward by the elastic restoring force of the other end of the elastic support 135.
  • the elastic support part 135 is disposed in a compressed state between the vibration member 130 and the base 120 to elastically support the vibration member 130 in an upward direction.
  • the force is effectively transmitted to the elastic support 135 to improve driving force of the vibration member 130, thereby causing vibration of the touch pad 140.
  • the elastic support 135 is made of the same length, and one end is disposed adjacent to the vertex of the vibration member 130, respectively.
  • the elastic support part 135 is formed to have a length similar to the outer periphery of the shorter length of the outer periphery of the vibration member 130.
  • one end and the other end of the elastic support 135 disposed on the shorter outer side of the outer side of the vibrating member 130 are disposed adjacent to the vertex of the vibrating member 130, but the vibrating member (
  • the elastic support 135 disposed at the outer periphery of the long length of the outer periphery of the 130 is disposed adjacent to the vertex of the vibration member 130 and the other end is disposed adjacent to the center of the outer periphery.
  • the elastic support parts 135 have the same length and are formed on the edges of the vibrating member 130, thereby uniformly supporting the vibrating member 130 so that the haptic feedback is accurately applied to the touch pad 140. This has the effect of being implemented.
  • the piezoelectric element 170 is formed in a rectangular flat plate shape, and is mounted on the lower portion of the elastic support 135, respectively.
  • a GND electrode (not shown) is mounted on an upper surface of the piezoelectric element 170 between the piezoelectric element 170 and the elastic support 135, and a positive electrode (not shown) is provided on the lower surface of the piezoelectric element 170. Is mounted).
  • the GND electrode and the positive electrode are formed very thinly on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 170, they are not separately shown on the drawing.
  • the piezoelectric element 170 contracts or relaxes in the longitudinal direction to deflect the elastic support 135 in the vertical direction.
  • the piezoelectric element 170 is inserted into the through hole 121 disposed below the elastic support 135.
  • the through hole 121 is disposed below the elastic support part 135 and is wider than the width of the piezoelectric element 170 in a direction orthogonal to the length direction of the elastic support part 135 on the base 120. It is formed to have a large width, so that the (+) electrode and the base 120 is short-circuited by preventing the piezoelectric element 170 from being interfered with by the base 120 during bending deformation of the elastic support 135. It is effective in preventing and smoothly operating.
  • the GND electrode may be mounted on the bottom surface of the piezoelectric element 170 and the (+) electrode may be mounted on the top surface of the piezoelectric element 170, but the (+) electrode may be mounted on the piezoelectric element 170.
  • the GND electrode It is more preferable to mount the (+) electrode on the lower surface.
  • FIG. 5 illustrates a state in which the vibrating member 130 moves upward
  • FIG. 6 illustrates a state in which the vibrating member 130 moves downward.
  • the piezoelectric element 170 when the piezoelectric element 170 is contracted in the longitudinal direction, the length of the lower surface of the elastic support part 135 is shorter than the upper surface length, and the other end is bent to the elastic support part 135 inclined downward. There is a force to build up.
  • the vibration member 130 which is integrally connected to one end of the elastic support 135 is upward. Will move.
  • the cushion member 150 is compressed in the direction of the portable terminal cover 160 and becomes thinner, and is further in close contact between the portable terminal cover 160 and the vibration member 130.
  • the vibration member 130 connected to one end of the elastic support 135 is supported in the direction by the cushion member 150 and the mobile terminal cover 160, the one end of the elastic support 135 is relatively. That is, the vibrating member 130 is moved downward.
  • the cushion member 150 expands in the direction of the vibration member 130 to become thick, and is closely attached between the mobile terminal cover 160 and the vibration member 130.
  • the elastic support 135 When the piezoelectric element 170 is continuously contracted and relaxed in the longitudinal direction, the elastic support 135 is continuously vertically deformed and deformed according to the above process, causing the vibration member 130 to vibrate in the vertical direction.
  • the user can detect the haptic feedback through the touch pad 140.
  • the elastic support part 135 is disposed in a compressed state between the vibration member 130 and the base 120 to elastically support the vibration member 130 in an upward direction, thereby providing the piezoelectric element 170 with the piezoelectric element 170.
  • the elastic support 135 is bent and deformed by the force to effectively transmit the force to the elastic support 135 to improve the driving force of the vibration member 130, thereby improving the vibration sensitivity of the touch pad 140 It can be effective.
  • FIG. 7 is a perspective view of a haptic module according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of a haptic module according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a perspective view of a haptic module according to a second embodiment of the present invention.
  • Another direction exploded perspective view of the haptic module FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 7, and FIG. 11 is a cross-sectional view of the vibration member and the panel member lowered by the piezoelectric element in FIG. 10, and
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the vibration member and the panel member being raised by the piezoelectric element.
  • the haptic module of the present invention includes a base 220, a vibration member 230, a piezoelectric element 270, a panel member 280, and a controller (not shown) as required. )
  • the base 220 is formed in a hexahedral shape, the top of which is open so that the vibration member 230, the piezoelectric element 270, and the panel member 280 are disposed therein.
  • the base 220 is formed with an insertion groove 222 for inserting and coupling the end of the second support portion 236 of the vibration member 230 to be described later, the first support portion of the vibration member 230 (
  • the support block 224 for supporting the end of the 234 is formed to protrude.
  • the vibrating member 230 is mounted to be moved upward and downward on the base 220, and includes a coupling part 232, a first support part 234, and a second support part 236.
  • the coupling part 232 has a flat plate shape, is coupled to a lower edge of the panel member 280, and a circuit board is mounted below the coupling part 232.
  • the coupling part 232 may be formed in one hollow quadrangle and may be coupled to the entire lower edge of the panel member 280.
  • the coupling part 232 may be divided into two as in the second embodiment, and one edge of the panel member 280 may be formed. It may be coupled to the lower portion and the lower side of the other side, respectively, may be divided into two or more if necessary.
  • the coupling portion 232 is mounted so that the front, rear, left and right symmetric with respect to the center of the panel member 280, the vibrating member 230 to stably support the panel member 280 in the vertical direction. To help.
  • the first support part 234 has a rod shape and protrudes in the horizontal direction from the coupling part 232.
  • one end of the first support part 234 is integrally connected to the coupling part 232, and the other end, that is, the end thereof protrudes in the horizontal direction.
  • the first support part 234 protrudes one by one from both sides of the coupling part 232.
  • the second support portion 236 is formed to protrude in the horizontal direction parallel to the first support portion 234 in the coupling portion 232, the end is bent downward to be fixed to the base 220.
  • the second support part 236 is disposed inward from the first support part 234 and is formed to protrude one by one from both sides of the coupling part 232.
  • first support part 234 and the second support part 236 are formed in pairs on both sides of the coupling part 232.
  • the first support part 234 and the second support part 236 are arranged symmetrically in front, rear, left and right with respect to the center of the panel member 280, and stably support the panel member 280.
  • the coupling part 232 is separated into two bars.
  • the first support part 234 and the second support part 236 formed at each coupling part 232 protrude in a direction facing each other. It is.
  • the piezoelectric element 270 is long coupled to the lower portion of the first support part 234.
  • the panel member 280 Since the piezoelectric element 270 is mounted on the first support part 234, the panel member 280 is vertically deformed by contracting or extending when power is applied and bending the first support part 234 up and down. It plays a role of generating vibration so that it can flow.
  • Such a structure for compressing or extending the power when the power is applied to the piezoelectric element 270 is sufficient to use a conventionally known technique, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the other end of the first support part 234 is supported by the support block 224 protruding from the base 220.
  • the other end of the first support part 234 is not fixedly coupled to the support block 224, so that the lower end of the first support part 234 simply contacts the upper surface of the support block 224.
  • first support part 234 is spaced apart from the bottom surface of the base 220.
  • the other end of the first support part 234 is contacted with the support block 224 when the first support part 234 is deformed by the piezoelectric element 270, and thus the lower end of the first support part 234 is prevented from falling.
  • the coupling part 232 and the panel member 280 connected to one end of the 234 are raised.
  • the second support part 236 includes an upper support part 237, a lower support part 238, and a bent part 239.
  • One end of the upper support part 237 is connected to the coupling part 232 and the other end is formed to protrude in a horizontal direction parallel to the first support part 234.
  • the length of the upper support 237 is smaller than the length of the first support 234.
  • the lower support part 238 is spaced apart from the upper support part 237 at the lower portion of the upper support part 237, and one end of the second support part 236 is fixedly coupled to the base 220.
  • One end of the lower support part 238, that is, the end of the second support part 236 is inserted into and fixed to the insertion groove 222 formed in the base 220, thereby fixing it not to move in the vertical direction as well as in the left and right directions. do.
  • One end of the lower support portion 238 is further protruded outward than the coupling portion 232 is inserted into the insertion groove 222 is coupled.
  • the bent portion 239 is bent in a ' ⁇ ' shape, one end is connected to the other end of the upper support portion 237, the other end is connected to the other end of the lower support portion 238.
  • the second support part 236 elastically supports the coupling part 232 and the panel member 280 in the vertical direction.
  • the panel member 280 is mounted on the vibration member 230, and includes a frame 260, a liquid crystal unit 250, and a touch pad 240.
  • the frame 260 is formed in a rectangular shape, the lower portion is coupled to the coupling portion 232.
  • the coupling part 232 is formed with a first mounting groove 263 for mounting the liquid crystal unit 250 and a first mounting groove 264 for mounting the touch pad 240.
  • the first seating groove 263 is formed deeper inside the first seating groove 264.
  • the first mounting groove 263 is seated on the liquid crystal part 250 at the top of the frame 260.
  • the touch pad 240 covers the upper portion of the liquid crystal part 250 and is seated in the first seating groove 264 formed in the upper portion of the frame 260.
  • first support part 234 and the second support part 236 are spaced apart from the bottom surface of the panel member 280.
  • first support part 234 and the second support part 236 are in contact with the bottom surface of the panel member 280 when the bending deformation of the vibration member 230 by the piezoelectric element 270 causes a failure in bending deformation. To prevent this.
  • a spaced groove 262 is formed in the lower portion of the frame 260 to be spaced apart from the first support portion 234 and the second support portion 236.
  • the controller controls power applied to the piezoelectric element 270.
  • the controller applies power to the piezoelectric element 270.
  • the piezoelectric element 270 is bent and deformed in the vertical direction when power is applied by the control unit, and thus the vibration member 230 and the panel member 280 on which the piezoelectric element 270 is mounted are lifted in the vertical direction. It generates vibrations during exercise, and the vibrations are felt by the user by clicking on the contact.
  • the haptic module of the present invention and the above is not limited to the same structure as in the above-described embodiment, and may be applied to the case where the piezoelectric element 270 is mounted on the vibration member 230.
  • the piezoelectric element 270 is mounted on the vibrating member 230, and power is applied to the piezoelectric element 270 to generate vibration in the vibrating member 230, thereby causing a user to make a vibration. Try to feel a click.
  • the voltage applied to the piezoelectric element 270 forms a sinusoidal waveform.
  • the waveform of the input voltage is inputted in the form of a curve having a certain period with a gentle slope rather than a square wave, as in the conventional square wave.
  • the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 270 is to be a resonance frequency corresponding to the natural frequency of the vibration member 230.
  • the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 270 is preferably 100 ⁇ 350 HZ.
  • the vibration member 230 is caused by resonance.
  • the displacement amount can be increased.
  • the vibration member 230 supports the panel member 280 upward without being deformed.
  • the first support portion 234 is disposed in the horizontal direction and the bottom surface of the other end is in contact with the upper portion of the support block 224.
  • the first support part 234 to which the piezoelectric element 270 is coupled tries to bend one end and the other end relative to the center thereof.
  • one end of the first support part 234 is coupled to the frame 260 through the coupling part 232 and thus cannot be moved, and the other end of the first support part 234 moves in one direction. Done.
  • the first support portion 234 As the other end of the first support portion 234 moves in one direction, the first support portion 234 is bent while moving downward, and the first support portion moves as the first support portion 234 moves downward. The other end of 234 is lowered together with the panel member 280 while compressing the second support 236.
  • the piezoelectric element 270 is contracted while the first support part 234 to which the piezoelectric element 270 is coupled. Bends upwards.
  • the first support part 234 to which the piezoelectric element 270 is coupled tries to bend one end and the other end relative to the center thereof.
  • one end of the first support part 234 is coupled to the frame 260 through the coupling part 232 and thus cannot be moved, so that the other end of the first support part 234 is in the one direction direction. Will move.
  • the first support portion 234 As the other end of the first support portion 234 moves in one direction, the first support portion 234 is bent while moving upward, and the first support portion moves as the first support portion 234 moves upward.
  • the other end of 234 is raised together with the panel member 280 while expanding the second support 236.
  • Lifting motion of the panel member 280 as described above, is made quickly when the user touches the finger on the touch pad 240, the force of the panel member 280 according to the lifting of the user's finger, that is, vibration sensitivity Feel it.
  • the lifting motion of the panel member 280 as described above may be generated only once when the user touches the touch pad 240, or may be generated several times such as a vibration motor by shortening the period.
  • the vibration of the vibration member 230 and the panel member 280 is performed.
  • the feature is better so that the user can feel a good click.
  • the input maximum voltage is 75V and the output maximum current is 150mA.
  • the instantaneous power consumption is 75V ⁇ 0.15A ⁇ 11.25W.
  • the instantaneous power consumed at this time is 75V ⁇ 0.025A ⁇ 2W.
  • FIG. 13 illustrates a board diagram when the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 270 is equal to the resonance frequency of the vibration member 230.

Abstract

압전소자를 이용한 햅틱 모듈이 개시되어 있다. 이러한 햅틱 모듈은 베이스와, 상기 베이스의 상부에 상하 이동되게 장착되는 진동부재와, 상기 진동부재에 결합되는 압전소자와, 상기 압전소자에 전원을 인가하기 위한 전원부와, 상기 진동부재의 상부에 장착되는 패널부재를 포함한다. 본 발명에 의하면, 압전소자에 의해 진동부재가 승강운동을 함에 따라 패널부재에 효과적으로 힘을 전달하여 승강운동이 잘 이루어져 구동력을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 패널부재의 진동감도 또는 클릭감을 향상시킬 수 있다.

Description

압전소자를 이용한 햅틱 모듈
본 발명은 압전소자를 이용한 햅틱 모듈에 관한 것이다.
최근 인터페이스 장치에는 햅틱 피드백으로 알려진 강제 피드백 또는 접촉식 피드백이 사용자에게 제공된다. 예컨대, 조이스틱, 마우스, 게임패드, 스티어링 휠 또는 기타 장치들의 햅틱 버전은, 게임 또는 다른 애플리케이션 프로그램에서와 같은 그래픽 환경에서 발생하는 이벤트(event) 또는 상호작용을 근거로 사용자에게 힘(force)을 출력할 수 있다.
한편, 휴대단말기에 제공되는 작은 사각형의 평면 패드인 터치패드(touch pad)는 이에 가해진 압력을 감지하는 용량형 센서 또는 압력 센서와 같은 임의의 다양한 센싱 기술로 포인팅 오브젝트의 위치를 감지한다.
이러한 휴대단말기의 터치패드에도 상기한 햅틱 피드백이 제공된다.
도 15는 종래기술로서의 한국공개특허 제10-2001-0108361호에 개시된 햅틱 피드백이 가능한 휴대단말기를 도시한 구조도이다. 도 15에 도시된 바와 같이 터치패드(16)는 스프링(62)에 의해 휴대단말기의 상기 하우징(미도시)에 유연하게 설치된다. 상기 터치패드(16)의 하부에 압전 액추에이터(64)가 장착된다. 상기 압전 액추에이터(64)는 터치패드(16)에 결합된 진동부재(미도시)와, 상기 진동부재에 결합된 압전소자(미도시)로 이루어진다. 상기 압전 액추에이터(64)의 일부위(66)는 상기 터치패드(16)에 결합되며, 타부위(68)는 질량(70)에 결합된다. 그리고 일부위(66)가 타부위(68)에 대해 이동할 때 상기 질량(70)은 타부위(68)와 함께 이동한다. 상기 질량(70)은 대략 Z축을 따라 이동하며, 상기 하우징에 결합되지 않으므로 자유로이 이동한다. Z축에 따른 상기 질량(70)의 운동은 상기 압전 액추에이터(64)를 통해 터치패드(16)로 전송되는 관성력을 일으키며, 상기 터치패드(16)는 탄성 결합으로 인해 Z축을 따라 이동한다. 이러한 상기 터치패드(16)의 운동은 상기 터치패드(16)에 접촉하는 사용자에 의해 햅틱 센세이션으로 감지된다.
그리나 종래의 햅틱 액추에이터(64)는 상기 질량(70)의 관성력에 의해서만 햅틱 피드백이 구현되기 때문에 상하 이동력이 약하여 햅틱 피드백의 감도가 떨어지는 문제가 있었다.
도 16은 종래의 압전소자에 인가되는 전압 및 전류의 파형을 도시한 그래프이다. 도 16에 도시된 바와 같이 종래에는 상기 압전소자에 구형파(Square Wave) 전압이 인가되었다. 구형파 전압은 순간 전압이 급격하게 증가하는 것으로써, 도 2에서는 입력최고전압이 75V이고 출력최고전류는 150mA로 표시되어 있다. 소비전력 P = V×I 이기 때문에, 이때 소비되는 순간전력은 75V × 0.15A 이여서 약 11.25W가 된다.
위와 같이 종래에는 상기 압전소자에 급격하게 증가하는 구형파 전압을 인가하기 때문에, 상기 진동부재 및 패널부가 급하게 진동하면서 소음이 발생하고, 입력전압의 기울기가 크기 때문에 순간소비전력이 크게 되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상하 진동력을 안정적으로 증대시키고, 햅틱 피드백의 감도를 향상시킬 수 있는 햅틱 모듈을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 압전소자에 사인파 형태의 전압을 인가하여 진동부재 등이 급격하게 진동하면서 소음이 발생하는 것을 방지하고, 입력전압의 기울기를 완만하게 하여 순간소비전력을 낮출 수 있으며, 클릭감을 향상시킬 수 있는 클릭감이 향상된 햅틱 모듈을 제공하는 데에 있다.
상기 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 베이스와; 상기 베이스의 상부에 상하 이동되게 장착되는 진동부재와; 상기 진동부재에 결합되는 압전소자와; 상기 압전소자에 전원을 인가하기 위한 전원부와; 상기 진동부재의 상부에 장착되는 패널부재와; 필요에 따라, 상기 압전소자에 인가되는 전원을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지며, 상기 압전소자는 상기 진동부재를 휨 변형시켜 상기 패널부재에 상하 방향으로 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 햅틱 모듈을 제공한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 일단이 상기 베이스 또는 상기 진동부재 중 어느 한 곳에 연결되고, 타단이 나머지 한 곳에 연결된 바(bar) 형상으로 형성되어 상기 진동부재를 상방향으로 탄성 지지하는 탄성지지부;를 포함하며, 상기 압전소자는 상기 탄성지지부에 장착되며, 전원 인가시 상기 탄성지지부를 휨 변형시켜 상기 패널부재에 진동을 발생시키며, 상기 탄성지지부는, 일단에서 타단 방향으로 상하 경사지게 형성되며, 자유상태에서 상기 탄성지지부의 일단과 타단 사이의 상하 간격은 상기 진동부재와 상기 베이스 사이의 상하 간격보다 크게 형성되어 상기 진동부재를 상방향으로 탄성 지지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 있어, 상기 탄성지지부는 일단이 상기 진동부재에 일체로 연결되고 타단이 하향 경사지게 형성되어 상기 베이스의 상부에 안착되되, 상기 진동부재에는 상기 탄성지지부의 외주면을 상기 진동부재와 이격시키는 이격공이 상하 개방 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 있어, 상기 압전소자는 상기 탄성지지부의 하부에 각각 장착되고, 상기 압전소자와 상기 탄성지지부 사이인 상기 압전소자의 상면에는 GND전극이 장착되며, 상기 압전소자의 하면에는 (+)전극이 장착되고, 상기 (+)전극과 상기 GND전극을 통해 상기 압전소자에 전원 인가되면 상기 압전소자는 길이 방향으로 수축 이완되어 상기 탄성지지부를 상하 방향으로 휨 변형되게 하되, 상기 베이스에는 상기 탄성지지부의 하부에 배치되며 상하 개방 형성되어 상기 탄성지지부의 상하 휨 변형시 상기 압전소자가 삽입 배치되는 관통공이 형성되고, 상기 탄성지지부의 길이 방향과 직교되는 방향으로 상기 관통공의 너비는 상기 압전소자의 너비보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 있어, 상기 탄성지지부는 다수개로 이루어져 상기 진동부재의 테두리에 각각 형성되되, 상기 탄성지지부의 길이는 모두 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 있어, 상기 휴대단말기커버와 상기 진동부재 사이에는 상기 터치패드의 외주면을 따라 쿠션부재가 장착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 상기 진동부재는, 상기 패널부와 결합되는 결합부와; 일단이 상기 결합부에 연결되고, 타단이 상기 결합부에서 수평방향으로 돌출 형성된 제1지지부와; 상기 결합부에서 상기 제1지지부와 나란하게 수평방향으로 돌출 형성되고, 끝단이 하방향으로 절곡되어 상기 베이스에 고정결합된 제2지지부로 이루어지며, 상기 압전소자는 상기 제1지지부에 장착되어 전원 인가시 상기 제1지지부를 상하방향으로 휨 변형시켜 상기 패널부에 상하방향으로 진동을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어, 상기 제2지지부는, 일단이 상기 결합부에 연결되고 타단이 수평방향으로 돌출 형성된 상부지지부와; 상기 상부지지부의 하부에서 상기 상부지지부와 이격배치되고, 일단이 상기 베이스에 고정결합된 하부지지부와; 절곡 형성되어 일단이 상기 상부지지부의 타단에 연결되고, 타단이 상기 하부지지부의 타단에 연결된 절곡부로 이루어져, 상기 결합부 및 패널부재를 상하방향으로 탄성지지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어, 상기 제1지지부 및 제2지지부는 상기 패널부재의 저면과 이격되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어, 상기 베이스에는 상기 제1지지부의 타단을 지지하는 지지블럭이 돌출 형성되되, 상기 제1지지부는 상기 베이스의 저면과 이격되어 있고, 상기 제1지지부의 타단은 상기 압전소자에 의해 상기 제1지지부의 휨 변형시 상기 지지블럭에 접하여 하강이 저지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어, 상기 결합부의 양측에는 상기 제1지지부와 제2지지부가 한 쌍씩 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어, 상기 제1지지부 및 제2지지부는 상기 패널부의 중심을 기준으로 전후좌우 대칭되게 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어, 상기 패널부재는, 하부가 상기 결합부와 결합하는 프레임과; 상기 프레임의 상부에 안착되는 액정부와; 상기 액정부의 상부를 덮으면서 상기 프레임의 상부에 결합되는 터치패드로 이루어지되, 상기 프레임의 상면에는 상기 액정부가 안착되는 제1안착홈과, 상기 터치패드가 안착되는 제2안착홈이 형성되어 있으며, 상기 프레임의 하부에는 상기 제1지지부 및 제2지지부와 이격되기 위한 이격홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 상기 압전소자는 상기 제어부에 의해 인가되는 전원에 의해 변형되어 상기 진동부재와 패널부재에 상하방향의 진동을 발생시키고, 상기 압전소자에 인가되는 전압의 파형은 사인파 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 실시예에 있어, 상기 압전소자에 인가되는 전압의 주파수는 상기 진동부재의 고유진동수와 일치하는 공진주파수인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 실시예에 있어, 상기 압전소자에 인가되는 전압의 주파수는 100 내지 350 Hz 인 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 햅틱 모듈에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
압전소자에 의해 진동부재가 승강운동을 함에 따라 패널부재에 효과적으로 힘을 전달하여 승강운동이 잘 이루어져 구동력을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 패널부재의 진동감도 또는 클릭감을 향상시킬 수 있다.
압전소자에 사인파 형태의 전압을 인가하여 진동부재 등이 급격하게 진동하면서 소음이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 입력전압의 기울기를 완만하게 하여 순간소비전력을 낮출 수 있다.
또한, 인가되는 전압의 주파수가 진동부재의 공진주파수와 동일하기 때문에, 진동부재 변위량을 극대화하여 클릭감을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 모듈이 구비된 휴대단말기의 사시도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 모듈이 구비된 휴대단말기의 분해사시도,
도 3은 도 1 의 A-A에서 바라본 단면도,
도 4는 도 1 의 B-B에서 바라본 단면도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 모듈이 구비된 휴대단말기의 동작과정도,
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 햅틱 모듈의 사시도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 햅틱 모듈의 일방향 분해사시도,
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 햅틱 모듈의 타방향 분해사시도,
도 10은 도 7의 C-C선을 취하여 본 단면도,
도 11은 도 10에서 압전소자에 의해 진동부재 및 패널부재가 하강한 상태의 단면도,
도 12는 도 10에서 압전소자에 의해 진동부재 및 패널부재가 상승한 상태의 단면도,
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전소자에 인가되는 전압 및 전류의 파형을 도시한 그래프,
도 14는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 보드선도(Bode Plot)을 도시한 그래프.
도 15은 종래기술에 따른 햅틱 피드백이 가능한 휴대단말기를 도시한 구조도,
도 16는 종래의 압전소자에 인가되는 전압 및 전류의 파형을 도시한 그래프,
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110 : 휴대단말기본체,
120 : 베이스, 121 : 관통공,
130 : 진동부재, 131 : 이격공, 135 : 탄성지지부,
140 : 터치패드,
150 : 쿠션부재,
160 : 휴대단말기커버, 161 : 개방공,
170 : 압전소자,
220 : 베이스, 222 : 삽입홈, 224 : 지지블럭
230 : 진동부재, 232 : 결합부, 234 : 제1지지부, 236 : 제2지지부, 237 : 상부지지부, 238 : 하부지지부, 239 : 절곡부,
250 : 액정부, 240 : 터치패드,
260 : 프레임, 262 : 이격홈, 263 : 제1안착홈, 264 : 제2안착홈,
270 : 압전소자,
280 : 패널부재,
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 모듈이 적용된 휴대단말기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 모듈이 구비된 휴대단말기의 분해사시도이며, 도 3은 도 1의 A-A에서 바라본 단면도이고, 도 4는 도 1의 B-B에서 바라본 단면도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 모듈이 구비된 휴대단말기의 동작과정도을 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 모듈은 베이스(120), 진동부재(130), 터치패드(140), 쿠션부재(150), 탄성지지부(135) 및 압전소자(170)를 포함하여 이루어진다. 이하에서는, 편의상 상기한 구성과 휴대단말기본체(110), 휴대단말기커버(160)를 포함한 휴대단말기가 설명된다.
도 1 및 도 2에 도시된 휴대단말기본체(110)는 내부에 메인보드 등이 설치되어 있으며, 상기 터치패드(140)를 통해 입력된 정보에 따라 다양한 기능을 구현한다.
도 3 내지 도 6에서는 주요 부분을 잘 표시하기 위해 상기 휴대단말기본체(110)는 도시하지 않았다.
이러한 상기 휴대단말기본체(110)의 상부에는 상기 베이스(120)가 장착된다.
상기 베이스(120)는 직사각형의 평판 형상으로 형성되며, SUS재질로 이루어진다.
또한 베이스(120)에는 테두리를 따라 다수개의 관통공(121)이 형성된다.
상기 관통공(121)은 직사각형 형상이며, 상하 방향 및 외측 방향으로 개방 형성되고, 후술할 상기 탄성지지부(135)의 하부에 배치된다.
이러한 상기 관통공(121)에는 후술하는 바와 같이 상기 탄성지지부(135)의 휨 변형시 상기 탄성지지부(135)의 하부에 장착된 상기 압전소자(170)가 삽입 배치되는데, 상기 탄성지지부(135)의 길이 방향과 직교되는 방향으로 상기 관통공(121)의 너비는 상기 압전소자(170)의 너비보다 크게 형성되어 상기 압전소자(170)와 상기 베이스(120)가 서로 간섭되지 않도록 한다.
상기 진동부재(130)는 상기 베이스(120)의 상부에 상하 이동되게 장착된다.
상기 진동부재(130)는 SUS재질로 이루어진 직사각형의 평판 형상으로 형성되며, 후술하는 바와 같이 상기 탄성지지부(135)에 의해 상기 베이스(120)의 상부에 이격되게 장착되며 상방향으로 탄성 지지된다.
그리고 상기 진동부재(130)에는 후술할 상기 탄성지지부(135)의 외주면을 상기 진동부재(130)와 이격시키는 이격공(131)이 상하 개방 형성된다.
상기 이격공(131)은 4개로 이루어져 상기 진동부재(130)의 테두리에 각각 형성되며, 상기 탄성지지부(135)의 길이 방향과 직교되는 방향의 너비가 상기 탄성지지부(135)의 너비보다 크게 형성되어 상기 탄성지지부(135)의 측면이 상기 진동부재(130)의 측면과 이격되게 한다.
이와 같이 상기 진동부재(130)에 상기 이격공(131)을 형성하여 상기 탄성지지부(135)의 외주면을 상기 진동부재(130)과 이격시킴으로써, 상기 탄성지지부(135)가 상하 방향으로 휨 변형될 때 상기 진동부재(130)과의 간섭을 줄여 상기 탄성지지부(135)가 적은 힘으로 쉽게 변형될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한 상기 진동부재(130)의 상부에는 상기 터치패드(140)와 상기 쿠션부재(150)가 장착된다.
상기 터치패드(140)는 LCD액정으로 이루어져 상기 휴대단말기본체(110)의 다양한 정보를 영상으로 출력하며, 터치를 감지하여 정보를 입력받아 상기 휴대단말기본체(110)에 전달한다.
상기 쿠션부재(150)는 고무 재질로 이루어져 탄성력을 갖으며, 중공의 직사각형 형상으로 상기 터치패드(140)의 외주면을 따라 형성된다.
상기 휴대단말기커버(160)는 상기 터치패드(140)의 상부를 감싸면서 상기 베이스(120)에 고정 결합된다.
구체적으로 상기 휴대단말기커버(160)는 하부가 개방되어 내부에 상기 베이스(120), 상기 진동부재(130) 및 상기 터치패드(140)가 삽입 배치되며, 내측 하면이 상기 쿠션부재(150)와 접하여 상기 쿠션부재(150)와 상기 진동부재(130)를 상기 베이스(120) 방향으로 누르면서 상기 베이스(120)에 고정 장착된다.
이로 인해 상기 휴대단말기커버(160)와 상기 진동부재(130) 사이에 배치된 상기 쿠션부재(150)는 약간 압축되면서 상기 휴대단말기커버(160)와 상기 진동부재(130)에 밀착되어 상기 휴대단말기커버(160)와 상기 진동부재(130) 사이를 완전히 밀폐하게 된다.
이와 같이 상기 쿠션부재(150)는 상기 휴대단말기커버(160)와 상기 진동부재(130) 사이에 밀착되게 장착됨으로써, 상기 휴대단말기커버(160)의 내부에 이물질이 침투하는 것을 방지하고, 상기 진동부재(130)이 기울어지지 않도록 하며, 상기 휴대단말기커버(160)에 전기가 통하지 않도록 절연 기능을 한다.
물론 상기 진동부재(130)는 후술하는 바와 같이 상기 탄성지지부(135)에 의해 상기 베이스(120)의 상방향으로 지지됨으로 상기 베이스(120)에 밀착되지는 않는다.
또한 상기 휴대단말기커버(160)의 상부에는 상기 터치패드(140)가 삽입되는 개방공(161)이 상하 관통 형성되어 상기 터치패드(140)의 상부가 외부로 노출되게 한다.
상기 탄성지지부(135)는 직사각형의 바(bar)형상으로 이루어지며, 4개로 이루어져 상기 진동부재(130)의 테두리에 각각 하나씩 배치된다.
그리고 상기 탄성지지부(135)는 일단이 상기 진동부재(130)에 일체로 연결되고 타단이 상기 베이스(120)에 연결된다.
즉 상기 탄성지지부(135)의 일단은 상기 이격공(131)을 이루는 상기 진동부재(130)의 외측 단부에 일체로 형성되고, 타단은 상기 진동부재(130)과 이격되게 분리되어 상기 베이스(120)에 연결된다.
그리고 상기 탄성지지부(135)의 타단은 상기 베이스(120) 방향 즉 하방향으로 하향 경사지게 형성되어 상기 베이스(120)의 상부에 안착된다.
즉 상기 탄성지지부(135)의 타단은 일단을 중심으로 하방향으로 소성변형되게 절곡 형성된 것이다.
이러한 상기 탄성지지부(135)는 자유상태에서 하향 경사지게 형성되며, 일단과 타단 사이의 상하 간격이 상기 진동부재(130)과 상기 베이스(120) 사이의 상하 간격보다 크게 형성된다.
따라서 상기 진동부재(130)의 조립시 상기 탄성지지부(135)의 타단이 상기 베이스(120)의 상부에 안착되면 상기 탄성지지부(135)의 타단은 상방향으로 약간 휘어지면서 상기 진동부재(130)를 상방향으로 탄성 지지하게 된다.
즉 상기 휴대단말기커버(160)가 상기 진동부재(130)를 상기 베이스(120) 방향으로 누르면서 상기 베이스(120)에 고정될 때 상기 탄성지지부(135)의 타단은 상기 베이스(120)의 상부와 접하고 있어 하방향으로 이동하지 못하고 상기 탄성지지부(135)의 일단에 대해 상대적으로 상방향으로 휘어지게 된다.
그리고 상기 탄성지지부(135)의 타단이 휘어지면서 상기 탄성지지부(135)의 타단의 탄성 복원력에 의해 상기 탄성지지부(135)의 일단과 연결된 상기 진동부재(130)는 상방향으로 탄성 지지된다.
이와 같이 상기 탄성지지부(135)가 상기 진동부재(130)과 상기 베이스(120) 사이에서 압축된 상태로 배치되어 상기 진동부재(130)를 상방향으로 탄성 지지함으로써, 후술하는 바와 같이 상기 압전소자(170)에 의해 상기 탄성지지부(135)가 휨 변형될 때 상기 탄성지지부(135)에 효과적으로 힘을 전달하여 상기 진동부재(130)의 구동력을 향상시키고, 이로 인해 상기 터치패드(140)의 진동 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 상기 탄성지지부(135)는 서로 동일한 길이로 이루어지며, 일단이 각각 상기 진동부재(130)의 꼭짓점과 인접하게 배치된다.
즉 상기 탄성지지부(135)는 상기 진동부재(130)의 외주변 중 길이가 짧은 외주변과 비슷한 길이로 형성된다.
이로 인해 상기 진동부재(130)의 외주변 중 길이가 짧은 외주변에 배치된 상기 탄성지지부(135)는 일단과 타단이 각각 상기 진동부재(130)의 꼭짓점과 인접하게 배치되지만, 상기 진동부재(130)의 외주변 중 길이가 긴 외주변에 배치된 상기 탄성지지부(135)는 일단만 상기 진동부재(130)의 꼭짓점에 인접하게 배치되고 타단은 외주변의 중심부에 인접하게 배치된다.
이와 같이 상기 탄성지지부(135)는 길이가 서로 동일하며, 상기 진동부재(130)의 테두리에 각각 형성됨으로써, 상기 진동부재(130)를 균일하게 지지하여 상기 터치패드(140)에 햅틱 피드백이 정확하게 구현되도록 하는 효과가 있다.
한편 상기 압전소자(170)는 사각형의 평판 형상으로 형성되며, 상기 탄성지지부(135)의 하부에 각각 장착된다.
이러한 상기 압전소자(170)와 상기 탄성지지부(135) 사이인 상기 압전소자(170)의 상면에는 GND전극(미도시)이 장착되며, 상기 압전소자(170)의 하면에는 (+)전극(미도시)이 장착된다.
상기 GND전극과 (+)전극은 상기 압전소자(170)의 상면과 하면에 매우 얇게 형성되어 있으므로, 도면상에는 별도로 표시하지 않았다.
상기 GND전극과 상기 (+)전극을 통해 상기 압전소자(170)에 전원이 인가되면, 상기 압전소자(170)는 길이 방향으로 수축 또는 이완되어 상기 탄성지지부(135)를 상하 방향으로 휨 변형시킨다.
그리고 상기 압전소자(170)는 상기 탄성지지부(135)의 하부에 배치된 상기 관통공(121)에 삽입 배치된다.
이와 같이 상기 관통공(121)은 상기 탄성지지부(135)의 하부에 배치되며, 상기 베이스(120)에 상기 탄성지지부(135)의 길이 방향과 직교되는 방향으로 상기 압전소자(170)의 너비보다 큰 너비를 갖도록 형성됨으로써, 상기 탄성지지부(135)의 휨 변형시 상기 압전소자(170)가 상기 베이스(120)의 간섭을 받지 않도록 하여 상기 (+)전극과 상기 베이스(120)가 합선되는 것을 방지하고, 동작이 원활하게 이루어지도록 하는 효과가 있다.
또한 경우에 따라 상기 GND전극이 상기 압전소자(170)의 하면에 장착되고 (+)전극이 상기 압전소자(170)의 상면에 장착되게 할 수도 있으나, 상기 (+)전극이 상기 압전소자(170)의 상면에 장착되면 상기 탄성지지부(135)의 하면이 상기 베이스(120)의 상면과 접할 때 합선될 수 있으므로 본 발명의 제 1 실시예와 같이 상기 탄성지지부(135)의 상면에 상기 GND전극을 장착하고 하면에 상기 (+)전극을 장착하는 것이 더 바람직하다.
위 구성으로 이루어진 본 발명의 햅틱 모듈이 구비된 휴대단말기의 동작과정을 설명한다.
도 5는 상기 진동부재(130)가 상방향으로 이동한 상태를 나타낸 것이고, 도 6은 상기 진동부재(130)가 하방향으로 이동한 상태를 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(170)가 길이 방향으로 수축되면, 상기 탄성지지부(135)의 하면의 길이가 상면 길이보다 짧아지게 되어 상기 탄성지지부(135)에는 타단이 더 하향 경사지게 휘어지려는 힘이 발생하게 된다.
그러나 상기 탄성지지부(135)의 타단은 상기 베이스(120)의 상면에 접하여 하방향으로 이동할 수 없기 때문에 상대적으로 상기 탄성지지부(135)의 일단과 일체로 연결된 상기 진동부재(130)가 상방향으로 이동하게 된다.
이때 상기 쿠션부재(150)는 상기 휴대단말기커버(160) 방향으로 압축되어 얇아지며, 상기 휴대단말기커버(160)와 상기 진동부재(130) 사이에 더욱 밀착된다.
반대로 도 6에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(170)가 길이 방향으로 이완하면 상기 탄성지지부(135)의 하면의 길이가 상면이 길이보다 길어지게 되어 상기 탄성지지부(135)에는 타단이 상방향으로 휘어지려는 힘이 발생하게 된다.
그러나 상기 탄성지지부(135)의 일단과 연결된 상기 진동부재(130)는 상기 쿠션부재(150) 및 상기 휴대단말기커버(160)에 의해 방향으로 지지되어 있기 때문에 상대적으로 상기 탄성지지부(135)의 일단, 즉 상기 진동부재(130)가 하방향으로 이동하게 된다.
이때 상기 쿠션부재(150)는 상기 진동부재(130) 방향으로 팽창하여 두께가 두꺼워지며, 상기 휴대단말기커버(160)와 상기 진동부재(130) 사이에 밀착된다.
이러한 상기 압전소자(170)가 길이 방향으로 연속적으로 수축 이완되면 상기 탄성지지부(135)는 위의 과정에 따라 연속적으로 상하 휨 변형되어 상기 진동부재(130)가 상하 방향으로 진동되게 하고, 이로 인해 사용자는 상기 터치패드(140)를 통해 햅틱 피드백을 감지할 수 있게 된다.
이와 같이 상기 탄성지지부(135)가 상기 진동부재(130)와 상기 베이스(120) 사이에서 압축된 상태로 배치되어 상기 진동부재(130)를 상방향으로 탄성 지지함으로써, 상기 압전소자(170)에 의해 상기 탄성지지부(135)가 휨 변형될 때 상기 탄성지지부(135)에 효과적으로 힘을 전달하여 상기 진동부재(130)의 구동력을 향상시키고, 이로 인해 상기 터치패드(140)의 진동 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 햅틱 모듈의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 햅틱 모듈의 일방향 분해사시도이며, 도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 햅틱 모듈의 타방향 분해사시도이고, 도 10은 도 7의 C-C선을 취하여 본 단면도이며, 도 11은 도 10에서 압전소자에 의해 진동부재 및 패널부재가 하강한 상태의 단면도이고, 도 12는 도 10에서 압전소자에 의해 진동부재 및 패널부재가 상승한 상태의 단면도이다.
도 7 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 햅틱 모듈은 베이스(220)와, 진동부재(230)와, 압전소자(270)와, 패널부재(280)와 필요에 따른 제어부(미도시)로 이루어진다.
상기 베이스(220)는 육면체 형상으로 형성되어 있고, 상부가 개방되어 내부에 상기 진동부재(230), 압전소자(270) 및 패널부재(280)가 배치된다.
상기 베이스(220)에는 후술하는 상기 진동부재(230)의 제2지지부(236)의 끝단이 삽입되어 결합되기 위한 삽입홈(222)이 형성되어 있고, 상기 진동부재(230)의 제1지지부(234)의 끝단을 지지하기 위한 지지블럭(224)이 돌출 형성되어 있다.
상기 진동부재(230)는 상기 베이스(220)의 상부에 상하 이동되게 장착되고, 결합부(232)와, 제1지지부(234)와, 제2지지부(236)로 이루어진다.
상기 결합부(232)는 평판 형상으로 이루어져, 상기 패널부재(280)의 테두리 하부에 결합되고, 상기 결합부(232)의 하부에는 회로기판이 장착되어 있다.
상기 결합부(232)는 1개의 중공 사각형상으로 이루어져 상기 패널부재(280)의 테두리 하부 전체에 결합될 수도 있고, 본 제 2 실시예와 같이 2개로 분할되어 상기 패널부재(280)의 일측 테두리 하부와 타측 테두리 하부에 각각 결합될 수도 있으며, 필요에 따라서는 2개 이상으로 분할되어 결합될 수도 있다.
이때, 상기 결합부(232)는 상기 패널부재(280)의 중심을 기준으로 전후좌우가 대칭을 이루도록 장착되어, 상기 진동부재(230)가 상기 패널부재(280)를 상하방향으로 안정적으로 지지할 수 있도록 한다.
상기 제1지지부(234)는 막대 형상으로 이루어져, 상기 결합부(232)에서 수평방향으로 돌출 형성되어 있다.
즉, 상기 제1지지부(234)는 일단이 상기 결합부(232)에 일체로 연결되고, 타단 즉 끝단이 수평방향으로 돌출 형성되어 있다.
본 제 2 실시예에서는 상기 제1지지부(234)가 상기 결합부(232)의 양측에서 1개씩 돌출 형성되어 있다.
상기 제2지지부(236)는 상기 결합부(232)에서 상기 제1지지부(234)와 나란하게 수평방향으로 돌출 형성되고, 끝단이 하방향으로 절곡되어 상기 베이스(220)에 고정결합된다.
이러한 상기 제2지지부(236)는 상기 제1지지부(234)보다 안쪽에 배치되어 있고, 상기 결합부(232)의 양측에서 1개씩 돌출 형성되어 있다.
즉, 상기 결합부(232)의 양측에는 상기 제1지지부(234)와 제2지지부(236)가 한 쌍씩 형성된다.
그리고, 상기 제1지지부(234) 및 제2지지부(236)는 상기 패널부재(280)의 중심을 기준으로 전후좌우 대칭되게 배치되어, 상기 패널부재(280)를 안정적으로 지지한다.
본 제 2 실시예에서는 상기 결합부(232)가 2개로 분리되어 있는바, 각각의 결합부(232)에 형성된 상기 제1지지부(234)와 제2지지부(236)는 상호 마주보는 방향으로 돌출되어 있다.
상기 제1지지부(234)의 하부에는 상기 압전소자(270)가 길게 결합되어 있다.
상기 압전소자(270)는 상기 제1지지부(234)에 장착되어 있기 때문에, 전원인가시 수축 또는 신장되어 상기 제1지지부(234)를 상하방향으로 휨 변형시켜 상기 패널부재(280)가 상하방향으로 유동할 수 있도록 진동을 발생시키는 역할을 한다.
이러한 상기 압전소자(270)에 전원인가시 압축 또는 신장되도록 하는 구조 등은 종래의 공지된 기술을 사용하면 충분하기 때문에, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
그리고, 상기 제1지지부(234)의 타단 즉 끝단은 상기 베이스(220)의 내부에 돌출 형성된 상기 지지블럭(224)에 지지된다.
상기 제1지지부(234)의 타단은 상기 지지블럭(224)에 고정결합되어 있지 않고 타단의 하부가 상기 지지블럭(224)의 상면에 단순히 접하고만 있도록 한다.
또한, 상기 제1지지부(234)는 상기 베이스(220)의 저면과 이격되어 있다.
따라서, 상기 제1지지부(234)의 타단은 상기 압전소자(270)에 의해 상기 제1지지부(234)의 휨 변형시 상기 지지블럭(224)에 접하여 하강이 저지되어 상대적으로 상기 제1지지부(234)의 일단과 연결된 상기 결합부(232) 및 패널부재(280)가 상승하게 된다.
상기 제2지지부(236)는, 상부지지부(237)와, 하부지지부(238)와, 절곡부(239)로 이루어진다.
상기 상부지지부(237)는 일단이 상기 결합부(232)에 연결되고 타단이 상기 제1지지부(234)와 나란하게 수평방향으로 돌출 형성된다.
상기 상부지지부(237)의 길이는 상기 제1지지부(234)의 길이보다 작다.
상기 하부지지부(238)는 상기 상부지지부(237)의 하부에서 상기 상부지지부(237)와 이격배치되고, 상기 제2지지부(236)의 끝단인 일단이 상기 베이스(220)에 고정결합되어 있다.
상기 하부지지부(238)의 일단 즉 상기 제2지지부(236)의 끝단은 상기 베이스(220)에 형성된 상기 삽입홈(222)에 삽입되어 고정됨으로써, 상하방향뿐만 아니라 좌우방향으로도 이동하지 못하게 고정된다.
이러한 상기 하부지지부(238)의 일단은 상기 결합부(232)보다 외측방향으로 더 돌출되어 상기 삽입홈(222)에 삽입되어 결합된다.
상기 절곡부(239)는 '⊂'형상으로 절곡 형성되어, 일단이 상기 상부지지부(237)의 타단에 연결되고, 타단이 상기 하부지지부(238)의 타단에 연결되어 있다.
이러한 구조로 인해 상기 제2지지부(236)는 상기 결합부(232) 및 패널부재(280)를 상하방향으로 탄성지지하게 된다.
상기 패널부재(280)는 상기 진동부재(230)의 상부에 장착되어 있고, 프레임(260)과, 액정부(250)와, 터치패드(240)를 포함하여 이루어진다.
상기 프레임(260)은 사각 형상으로 형성되고, 하부가 상기 결합부(232)와 결합되어 있다.
상기 결합부(232)에는 상기 액정부(250)가 안착되기 위한 제1안착홈(263)과, 상기 터치패드(240)가 안착되기 위한 제1안착홈(264)이 형성되어 있다.
상기 제1안착홈(263)은 상기 제1안착홈(264)의 안쪽에서 더 깊게 형성되어 있다.
상기 액정부(250)는 상기 프레임(260)의 상부에서 상기 제1안착홈(263)이 안착된다.
상기 터치패드(240)는 상기 액정부(250)의 상부를 덮으면서 상기 프레임(260)의 상부에 형성된 상기 제1안착홈(264)에 안착된다.
한편, 상기 제1지지부(234) 및 제2지지부(236)는 상기 패널부재(280)의 저면과 이격되어 있다.
이는 상기 압전소자(270)에 의한 상기 진동부재(230)의 휨 변형시 상기 제1지지부(234) 및 제2지지부(236)가 상기 패널부재(280)의 저면과 접하여 휨 변형에 장애가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
이를 위해, 상기 프레임(260)의 하부에는 상기 제1지지부(234) 및 제2지지부(236)와 이격되기 위한 이격홈(262)이 형성되어 있다.
상기 제어부는 상기 압전소자(270)에 인가되는 전원을 제어한다.
즉, 상기 패널부재(280)에 장착된 별도의 센서(미도시)에 의해 사용자가 상기 패널부재(280)를 접촉하였다고 감지되면, 상기 제어부는 상기 압전소자(270)에 전원을 인가하게 된다.
상기 압전소자(270)는 상기 제어부에 의해 전원이 인가되면 상하방향으로 휨 변형되고, 이로 인해 상기 압전소자(270)가 장착된 상기 진동부재(230) 및 패널부재(280)가 상하방향의 승강운동하면서 진동을 발생시키게 되고, 이러한 진동은 사용자로 하여금 접촉에 따른 클릭감으로 느껴지게 된다.
위와 본 발명의 햅틱 모듈은 상술한 실시예와 같은 구조에 한정하지 않고, 진동부재(230)에 압전소자(270)가 장착되어 있는 경우에 모두 적용될 수 있다.
이를 위해, 본 발명이 적용되는 햅틱 모듈은 진동부재(230)에 압전소자(270)가 장착되어 있고, 압전소자(270)에는 전원이 인가되어 진동부재(230)에 진동을 발생시켜 사용자로 하여금 클릭감을 느끼도록 한다.
이때, 상기 압전소자(270)에 인가되는 전압은 사인파 형태의 파형을 이루도록 한다.
즉, 입력전압의 파형이 종래의 구형파와 같이 급격한 변화가 있는 것이 아니라, 구형파보다 완만한 기울기를 가지면서 일정한 주기를 갖는 곡선형태로 입력되는 것이다.
이때, 상기 압전소자(270)에 인가되는 전압의 주파수는 상기 진동부재(230)의 고유진동수와 일치하는 공진주파수가 되도록 한다.
이로 인해 상기 압전소자(270)에 전압이 인가되면, 인가되는 전압의 주파수가 상기 진동부재(230)의 고유진동수와 일치하기 때문에, 상기 진동부재(230)의 변위량을 극대화하여 클릭감을 더욱 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 압전소자(270)에 인가되는 전압의 주파수는 100 ~ 350 HZ임이 바람직하다.
즉, 상기 진동부재(230)의 고유진동수는 100 ~ 350 HZ사이의 주파수이고, 상기 압전소자(270)에 인가되는 전압의 주파수도 140 ~ 350 HZ이기 때문에, 공진현상에 의해 상기 진동부재(230)의 변위량을 크게 할 수 있다.
이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정에 대하여 살펴본다.
상기 압전소자(270)에 전원이 인가되지 않은 상태에서는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 진동부재(230)는 변형됨이 없이 상기 패널부재(280)를 상방향으로 지지하고 있다.
구체적으로, 상기 제1지지부(234)는 수평방향으로 배치되어 있고 타단의 하면이 상기 지지블럭(224)의 상부에 접하고 있다.
그리고 상기 제2지지부(236)는 절곡되어 끝단이 상기 삽입홈(222)이 삽입되어 결합되어 있다.
이러한 상태에서 사용자가 상기 터치패드(240)를 터치하면 상기 압전소자(270)를 신장시키는 방향으로 전원이 인가되고, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(270)가 신장되면서 상기 압전소자(270)가 결합된 상기 제1지지부(234)는 아래방향으로 휘어지게 된다.
즉, 상기 압전소자(270)가 신장되면서 상기 압전소자(270)가 결합된 상기 제1지지부(234)는 중심부에 대하여 일단과 타단이 상대적으로 상방향으로 휘어지려고 한다.
상기 제1지지부(234)의 일단과 타단이 상방향으로 휘어질 경우, 상기 제1지지부(234)의 일단과 타단은 가까워져 그 거리가 짧아지게 된다.
이러한 상태에서 상기 제1지지부(234)의 일단은 상기 결합부(232)를 통해 상기 프레임(260)에 결합되어 있는바 이동할 수가 없게 되어, 상기 제1지지부(234)의 타단이 일단 방향으로 이동하게 된다.
상기 제1지지부(234)의 타단이 일단방향으로 이동함에 따라 상기 제1지지부(234)는 아래방향으로 이동하면서 휘어지고, 상기 제1지지부(234)가 아래방향으로 이동함에 따라 상기 제1지지부(234)의 타단은 상기 제2지지부(236)를 압축시키면서 상기 패널부재(280)와 함께 하강하게 된다.
그 후 상기 압전소자(270)를 수축시키는 방향으로 전원이 인가되면, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(270)는 수축되면서 상기 압전소자(270)가 결합된 상기 제1지지부(234)는 윗방향으로 휘어지게 된다.
즉, 상기 압전소자(270)가 수축되면서 상기 압전소자(270)가 결합된 상기 제1지지부(234)는 중심부에 대하여 일단과 타단이 상대적으로 하방향으로 휘어지려고 한다.
상기 제1지지부(234)의 일단과 타단이 하방향으로 휘어질 경우, 상기 제1지지부(234)의 일단과 타단은 가까워져 그 거리가 짧아지게 된다.
이러한 상태에서 상기 제1지지부(234)의 일단은 상기 결합부(232)를 통해 상기 프레임(260)에 결합되어 있는바 이동할 수 없게 되어, 상기 제1지지부(234)의 타단이 상기 일단 방향으로 이동하게 된다.
상기 제1지지부(234)의 타단이 일단방향으로 이동함에 따라 상기 제1지지부(234)는 윗방향으로 이동하면서 휘어지고, 상기 제1지지부(234)가 윗방향으로 이동함에 따라 상기 제1지지부(234)의 타단은 상기 제2지지부(236)를 팽창시키면서 상기 패널부재(280)와 함께 상승하게 된다.
위와 같은 상기 패널부재(280)의 승강운동은, 사용자가 상기 터치패드(240)에 손가락을 접촉하였을 때 신속하게 이루어져, 사용자의 손가락에 상기 패널부재(280)의 승강에 따른 힘 즉 진동감도를 느끼도록 한다.
위와 같은 상기 패널부재(280)의 승강운동은 사용자가 상기 터치패드(240)을 접촉하였을 때 한번만 발생하도록 할 수도 있고, 주기를 짧게 하여 진동모터와 같이 여러번 발생하도록 할 수도 있다.
한편, 상기 압전소자(270)에 인가된 전원이 차단되면 팽창되어 있던 상기 제2지지부(236)의 탄성복원력에 의해 상기 진동부재(230) 및 패널부재(280)는 도 10에 도시된 바와 같은 초기 상태로 돌아가게 된다.
이때, 상기 압전소자(270)에 인가되는 전압이 사인파 형태를 이루면서, 상기 진동부재(230)의 공진주파수와 동일한 주파수를 가지도록 입력되면, 상기 진동부재(230) 및 패널부재(280)의 진동특성이 더욱 좋아져 사용자로 하여금 좋은 클릭감을 느끼도록 할 수 있다.
배경기술에서의 언급 및 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 압전소자(270)에 종래의 구형파 전압을 인가하였을 때에는, 입력최고전압이 75V이고 출력최고전류는 150mA이다.
따라서 이때 소비되는 순간전력은 75V × 0.15A ≒ 11.25W이다.
그러나, 본 발명과 같이 압전소자(270)에 사인파 전압이 인가되면, 입력최고전압(75V)이 동일한 경우에, 도 13에 도시된 바와 같이 발생되는 출력최고전류는 25mA가 된다.
따라서, 이때 소비되는 순간전력은 75V × 0.025A ≒ 2W이다.
위와 같이 상기 압전소자(270)에 인가되는 전압을 구형파에서 사인파로 바꾸게 되면, 전력소모를 매우 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 사인파 형태의 입력전압이 구형파보다 그 기울기가 완만하기 때문에, 진동부재의 급격한 변위운동에 따른 소음을 줄일 수 있다.
그리고, 도 13은 상기 압전소자(270)에 인가되는 전압의 주파수를 상기 진동부재(230)의 공진주파수와 동일하였을 경우의 보드선도를 도시한 것이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 진동부재(230)의 공진주파수가 200Hz이기 때문에, 상기 압전소자(270)에 인가되는 전압의 주파수를 200Hz로 할 경우 변위량이 현저하게 증가하였음을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 구체예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 베이스와;
    상기 베이스의 상부에 상하 이동되게 장착되는 진동부재와;
    상기 진동부재에 결합되는 압전소자와,
    상기 압전소자에 전원을 인가하기 위한 전원부와,
    상기 진동부재의 상부에 장착되는 패널부재를 포함하여 이루어지며,
    상기 압전소자는 상기 진동부재를 휨 변형시켜 상기 패널부재에 상하 방향으로 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    일단이 상기 베이스 또는 상기 진동부재 중 어느 한 곳에 연결되고, 타단이 나머지 한 곳에 연결된 바(bar) 형상으로 형성되어 상기 진동부재를 상방향으로 탄성 지지하는 탄성지지부;를 포함하며,
    상기 압전소자는 상기 탄성지지부에 장착되며, 전원 인가시 상기 탄성지지부를 휨 변형시켜 상기 패널부재에 진동을 발생시키며,
    상기 탄성지지부는, 일단에서 타단 방향으로 상하 경사지게 형성되며,
    자유상태에서 상기 탄성지지부의 일단과 타단 사이의 상하 간격은 상기 진동부재와 상기 베이스 사이의 상하 간격보다 크게 형성되어 상기 진동부재를 상방향으로 탄성 지지하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성지지부는 일단이 상기 진동부재에 일체로 연결되고 타단이 하향 경사지게 형성되어 상기 베이스의 상부에 안착되되,
    상기 진동부재에는 상기 탄성지지부의 외주면을 상기 진동부재와 이격시키는 이격공이 상하 개방 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 압전소자는 상기 탄성지지부의 하부에 각각 장착되고,
    상기 압전소자와 상기 탄성지지부 사이인 상기 압전소자의 상면에는 GND전극이 장착되며,
    상기 압전소자의 하면에는 (+)전극이 장착되고,
    상기 (+)전극과 상기 GND전극을 통해 상기 압전소자에 전원 인가되면 상기 압전소자는 길이 방향으로 수축 이완되어 상기 탄성지지부를 상하 방향으로 휨 변형되게 하되,
    상기 베이스에는 상기 탄성지지부의 하부에 배치되며 상하 개방 형성되어 상기 탄성지지부의 상하 휨 변형시 상기 압전소자가 삽입 배치되는 관통공이 형성되고,
    상기 탄성지지부의 길이 방향과 직교되는 방향으로 상기 관통공의 너비는 상기 압전소자의 너비보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성지지부는 다수개로 이루어져 상기 진동부재의 테두리에 각각 형성되되,
    상기 탄성지지부의 길이는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  6. 청구항 2 내지 청구항 4 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 휴대단말기커버와 상기 진동부재 사이에는 상기 터치패드의 외주면을 따라 쿠션부재가 장착되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동부재는,
    상기 패널부와 결합되는 결합부와;
    일단이 상기 결합부에 연결되고, 타단이 상기 결합부에서 수평방향으로 돌출 형성된 제1지지부와;
    상기 결합부에서 상기 제1지지부와 나란하게 수평방향으로 돌출 형성되고, 끝단이 하방향으로 절곡되어 상기 베이스에 고정결합된 제2지지부로 이루어지며,
    상기 압전소자는 상기 제1지지부에 장착되어 전원 인가시 상기 제1지지부를 상하방향으로 휨 변형시켜 상기 패널부에 상하방향으로 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2지지부는,
    일단이 상기 결합부에 연결되고 타단이 수평방향으로 돌출 형성된 상부지지부와;
    상기 상부지지부의 하부에서 상기 상부지지부와 이격배치되고, 일단이 상기 베이스에 고정결합된 하부지지부와;
    절곡 형성되어 일단이 상기 상부지지부의 타단에 연결되고, 타단이 상기 하부지지부의 타단에 연결된 절곡부로 이루어져,
    상기 결합부 및 패널부재를 상하방향으로 탄성지지하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1지지부 및 제2지지부는 상기 패널부재의 저면과 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 베이스에는 상기 제1지지부의 타단을 지지하는 지지블럭이 돌출 형성되되,
    상기 제1지지부는 상기 베이스의 저면과 이격되어 있고,
    상기 제1지지부의 타단은 상기 압전소자에 의해 상기 제1지지부의 휨 변형시 상기 지지블럭에 접하여 하강이 저지되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  11. 청구항 7 내지 청구항 10 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합부의 양측에는 상기 제1지지부와 제2지지부가 한 쌍씩 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  12. 청구항 7 내지 청구항 10 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1지지부 및 제2지지부는 상기 패널부의 중심을 기준으로 전후좌우 대칭되게 배치된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 패널부재는,
    하부가 상기 결합부와 결합하는 프레임과;
    상기 프레임의 상부에 안착되는 액정부와;
    상기 액정부의 상부를 덮으면서 상기 프레임의 상부에 결합되는 터치패드로 이루어지되,
    상기 프레임의 상면에는 상기 액정부가 안착되는 제1안착홈과, 상기 터치패드가 안착되는 제2안착홈이 형성되어 있으며,
    상기 프레임의 하부에는 상기 제1지지부 및 제2지지부와 이격되기 위한 이격홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전소자에 인가되는 전원을 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어지되,
    상기 압전소자는 상기 제어부에 의해 인가되는 전원에 의해 변형되어 상기 진동부재와 패널부재에 상하방향의 진동을 발생시키고,
    상기 압전소자에 인가되는 전압의 파형은 사인파 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 압전소자에 인가되는 전압의 주파수는 상기 진동부재의 고유진동수와 일치하는 공진주파수인 것을 특징으로 하는햅틱 모듈.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 압전소자에 인가되는 전압의 주파수는 100 내지 350 Hz 인 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 햅틱 모듈.
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