KR101495000B1 - 촉각 디스플레이 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촉각 디스플레이 액추에이터에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 다수 개의 홈이 배열형성된 프레임; 외부 터치가 인가되며, 상기 홈을 덮도록 상기 프레임과 결합되는 플렉서블 기판; 상기 플렉서블 기판의 저면과 이격공간을 사이에 두고 상기 홈의 내부에 설치되는 절연부재; 및, 상기 절연부재에 수평방향으로 상호 이격 설치되어 상호 절연되며, 입력신호를 따라 스위칭하는 제1전극패턴과 제2전극패턴을 포함하는 전극패턴부;를 포함하며, 각 전극패턴에 전원 인가시 각 전극패턴에 대응되는 위치의 플렉서블 기판의 표면에서는 각 전극패턴과 반대 극성의 전하가 유도되어 인력이 발생하며, 상기 플렉서블 기판은 상기 인력에 의해 상기 이격공간의 내측으로 끌어당겨지고, 상기 전원의 스위칭에 의해 상기 이격공간의 내외측 방향으로 진동하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 액추에이터의 진동하는 부분의 양면이 공기 중에 노출된 상태로 형성되어 잦은 사용에도 고장을 줄일 수 있고, 외부에서 터치하는 부분으로부터 전원이 인가되는 부분과 이격형성되어 잦은 터치에도 캐패시턴스가 누적되지 않아 오작동 발생을 현저하게 감소시킬 수 있는 촉각 디스플레이 액추에이터가 제공된다.

Description

촉각 디스플레이 액추에이터{ACTUATOR FOR TACTILE DISPLAY}

본 발명은 촉각 디스플레이 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액추에이터의 진동하는 부분의 양면이 진공 또는 공기 중에 노출된 상태에서 진동이 가능하여 잦은 사용에도 고장을 줄일 수 있는 촉각 디스플레이 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 햅틱(Haptic)이란 단어의 사전적인 의미는 "촉감”으로써 물체를 만질 때 사람이 느낄 수 있는 촉각적 감각을 통칭하는 것으로, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감(tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근 감각적인 힘(kinesthetic force) 모두를 합쳐서 부르는 말이다.

이러한 촉감에 관한 연구를 촉감 구현(haptic display feedback) 연구라고 하며, 이는 물리적 장치를 이용하여 사람이 사물과의 직접적인 접촉이 없이도 그 사물에 대한 정보를 전달받을 수 있는 분야를 일컫는 말로, 사람에게 원격지에 있는 물체의 물리적 특성을 전달하는 원격조종(teleoperation)에 관한 연구로부터 시작되었다.

그리고, 최근엔 인간과 기계의 인터페이스에서 촉각을 발생시키는 것은 소비자의 주요한 경향 중 하나가 된다. 특히, 최근에 들어서는 시각의 촉각화를 이용한 시각장애인용 점자출력기(braille display), 가상현실(virture rearity), 컴퓨터 인터페이스, 의용공학 등 여러 분야에서도 적용되고 있다. 또한, 시각 및 촉각의 정보와 그로 인한 의사소통의 중요성이 나날이 증가함으로써 햅틱 디스플레이의 중요성은 계속적으로 부각되어지고 있다.

일반적인 촉각 디스플레이 장치는 사용자의 피부와 접촉하는 부분의 변위 혹은 힘을 능동적으로 제어함으로서, 촉각을 자극하며, 이로부터 촉감을 전달한다. 이러한 촉각 디스플레이 장치의 핵심 기술은 좁은 면적에 다수의 촉각 자극 요소Tactile Stimulating Element)를 배치하는 데에 있으며, 인간의 피부 감각을 모사할 수 있을 만큼 다수의 구동기(Actuator)를 좁은 면적에 집적할 수 있는 기술이 중요하다.

따라서, 많은 연구자들이 1Hz에서 100um, 40Hz에서 10um이상의 움직임을 가질 수 있는 촉각 디스플레이(Tactile display)를 개발하기 위해 노력하고 있으며, 소형화와 제작의 용이함, 가벼움, 부드러움, 유연함, 높은 효율을 목표로 개발되어지고 있다.

즉, 종래의 기술은 액추에이터를 단순화시켜 소형화하고자 하였으나, 이러한 액추에이터는 두께방향으로의 작은 움직임만을 가지어 이를 증폭하기 위한 기술이 요구된다.

따라서, 최근에 액체를 통해 커플링함으로써 이를 구현하고자 하였으나, 이러한 방식은 액체를 고정하는 과정에서 접착이 어려울 뿐 아니라 제작이 복잡하며 소형화 및 배열 타입으로 제작하기 힘든 한계를 가진다.

또한, 액추에이터의 진동하는 부분이 일 면에 액체와 접하게 됨으로써 불량이 자주 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 과제는 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액추에이터의 진동하는 부분의 양면이 공기 중에 노출된 상태로 형성되어 잦은 사용에도 고장을 줄일 수 있는 촉각 디스플레이 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 외부에서 터치하는 부분으로부터 전원이 인가되는 부분과 이격형성되어 잦은 터치에도 캐패시턴스가 누적되지 않아 오작동 발생을 현저하게 감소시킬 수 있는 촉각 디스플레이 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 터치하는 부분이 폴리머 형태로 제공되어 각종 모바일 기기에 적용가능한 촉각 디스플레이 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제는, 본 발명에 따라, 다수 개의 홈이 배열형성된 프레임; 외부 터치가 인가되며, 상기 홈을 덮도록 상기 프레임과 결합되는 플렉서블 기판; 상기 플렉서블 기판의 저면과 이격공간을 사이에 두고 상기 홈의 내부에 설치되는 절연부재; 및, 상기 절연부재에 수평방향으로 상호 이격 설치되어 상호 절연되며, 입력신호를 따라 스위칭하는 제1전극패턴과 제2전극패턴을 포함하는 전극패턴부;를 포함하며, 각 전극패턴에 전원 인가시 각 전극패턴에 대응되는 위치의 플렉서블 기판의 표면에서는 각 전극패턴과 반대 극성의 전하가 유도되어 인력이 발생하며, 상기 플렉서블 기판은 상기 인력에 의해 상기 이격공간의 내측으로 끌어당겨지고, 상기 전원의 스위칭에 의해 상기 이격공간의 내외측 방향으로 진동하는 것을 특징으로 하는 촉각 디스플레이 액추에이터에 의해 달성될 수 있다.

삭제

또한, 상기 플렉서블 기판은 도전성 폴리머 재질의 멤브레인인 것이 바람직하다.

또한, 상기 절연부재는 폴리머 재질인 것이 바람직하다.

또한, 상기 이격공간은 진공인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 액추에이터의 진동하는 부분의 양면이 공기 중에 노출된 상태로 형성되어 잦은 사용에도 고장을 줄일 수 있는 촉각 디스플레이 액추에이터가 제공된다.

또한, 외부에서 터치하는 부분으로부터 전원이 인가되는 부분과 이격형성되어 잦은 터치에도 캐패시턴스가 누적되지 않아 오작동 발생을 현저하게 감소시킬 수 있는 촉각 디스플레이 액추에이터가 제공된다.

또한, 터치하는 부분이 폴리머 형태로 제공되어 각종 모바일 기기에 적용가능한 촉각 디스플레이 액추에이터가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 촉각 디스플레이 액추에이터의 개략도,
도 2는 도 1의 작동상태도이다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 촉각 디스플레이 액추에이터에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 촉각 디스플레이 액추에이터의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 촉각 디스플레이 액추에이터는 프레임(10), 플렉서블 기판(20), 전극패턴부(30) 및 절연부재(40)를 포함하여 구성된다.

상기 프레임(10)은 평판형태로 마련되며, 다수 개의 홈이 배열형성된다.

상기 플렉서블 기판(20)은 프레임(10)의 홈을 덮도록 고정 결합되며, 그 상면에 외부 터치가 인가된다.

여기서, 상기 플렉서블 기판(20)은 도전성 폴리머 재질의 멤브레인으로서, 후술하는 전극패턴부(30)의 정전기 인력에 의해 상하방향으로 진동하는 부재이다.

상기 홈에는 바닥면과 맞닿도록 형성되며 홈의 높이보다 낮은 높이를 가지는 폴리머 재질의 절연부재(40)가 형성되어, 플렉서블 기판(20)의 저면과 절연부재(40)의 사이에는 이격공간(11)이 형성된다. 상기 이격공간(11)은 진공상태인 것이 바람직하다.

상기 절연부재(40)의 내부에는 소정의 AC전원과 연결되는 전극패턴부(30)가 형성되며, 상기 전극패턴부(30)는 (+)와 (-)가 교대로 인가되는 제1전극패턴(31)과 제2전극패턴(32)으로 구성되며, 제1전극패턴(31)과 제2전극패턴(32)은 절연부재(40)에 의해 상호 절연된다.

상기 제1전극패턴(31)과 상기 제2전극패턴(32)은 상기 AC전원의 전원신호에 따라 스위칭하도록 연결된다.

도 2는 도 1의 작동상태도이다. 도 2를 참조하면, 상기와 같이 연결된 상태에서 전극패턴부(30)에 전원 인가시 전극패턴부(30)에 전하(+극, -극)가 저장되고, 플렉서블 기판(20) 주변에 전기장(electrical field)이 형성되며, 플렉서블 기판(20)의 상면에는 전극패턴부(30)에 저장되는 전하와 반대 극성을 가진 전하가 유도된다.

그 결과, 플렉서블 기판(20)과 전극패턴부(30) 사이에 생성되는 정전기력(electrical force)에 의해 플렉서블 기판(20)은 이격공간(11)을 사이에 두고 전극패턴부(30) 측으로 끌리는 힘을 받게 된다.

즉, 전극패턴부(30)는 인가되는 AC전원의 전원신호에 따라 스위칭하는 전기장을 생성하게 되며, 플렉서블 기판(20)은 생성되는 전기장에 따라 끌어 당겨졌다 놓였다를 계속하여 반복하면서 진동하게 된다.

여기서, 플렉서블 기판(20)의 진동은 인력(attracting force)에 의해 크기가 결정되며, 진동 주파수는 AC전원의 전압신호에 의해 결정된다.

상기와 같은 상태에서, 플렉서블 기판(20)의 상면에 터치가 가능하며, 소정의 검출회로를 통해 플렉서블 기판(20)의 진동정보를 제공할 수도 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 촉각 디스플레이 액추에이터에서는 진동하는 부분의 양면이 특정 액체나 고체와 맞닿아 있지 않은 상태에서 진동하게 되므로 잦은 사용으로 인한 불량을 줄일 수 있다.

또한, 진동하는 부분이 전원이 인가되는 전극패턴들과 이격되어 있어 캐패시턴스 누적으로 인한 오작동을 현저하게 줄일 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
10 : 프레임 11 : 이격공간
20 : 플렉서블 기판 30 : 전극패턴부
31 : 제1전극패턴 32 : 제2전극패턴
40 : 절연부재

Claims (5)

1. 다수 개의 홈이 배열형성된 프레임;
   외부 터치가 인가되며, 상기 홈을 덮도록 상기 프레임과 결합되는 플렉서블 기판;
   상기 플렉서블 기판의 저면과 이격공간을 사이에 두고 상기 홈의 내부에 설치되는 절연부재; 및,
   상기 절연부재에 수평방향으로 상호 이격 설치되어 상호 절연되며, 입력신호를 따라 스위칭하는 제1전극패턴과 제2전극패턴을 포함하는 전극패턴부;를 포함하며,
   각 전극패턴에 전원 인가시 각 전극패턴에 대응되는 위치의 플렉서블 기판의 표면에서는 각 전극패턴과 반대 극성의 전하가 유도되어 인력이 발생하며, 상기 플렉서블 기판은 상기 인력에 의해 상기 이격공간의 내측으로 끌어당겨지고, 상기 전원의 스위칭에 의해 상기 이격공간의 내외측 방향으로 진동하는 것을 특징으로 하는 촉각 디스플레이 액추에이터.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 플렉서블 기판은 도전성 폴리머 재질의 멤브레인인 것을 특징으로 하는 촉각 디스플레이 액추에이터.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 절연부재는 폴리머 재질인 것을 특징으로 하는 촉각 디스플레이 액추에이터.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 이격공간은 진공인 것을 특징으로 하는 촉각 디스플레이 액추에이터.

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