KR101187980B1 - 햅틱 피드백 디바이스 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 햅틱 피드백 디바이스 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 햅틱 피드백 디바이스는 접촉에 대해 반응하는 패널부, 상기 패널부에 가해지는 접촉 압력 변화에 따라 다른 종류의 촉각을 피드백하도록 진동을 발생시키는 액추에이터, 상기 액추에이터를 지지하는 지지 플레이트, 상기 액추에이터가 상기 지지 플레이트에 고정되도록 상기 액추에이터의 길이 방향 단부와 상기 지지 플레이트의 사이에 형성되는 접합부, 및 상기 지지 플레이트의 상기 액추에이터에 대응하는 부분에 홈 형상으로 구비되는 진동공간 확장부를 포함할 수 있다.

Description

햅틱 피드백 디바이스 및 이를 포함하는 전자 장치{Haptic feedback device and electronic device including the same}
본 발명은 햅틱 피드백 디바이스 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액추에이터의 하부에 진동 공간을 충분히 확보하여 향상된 햅틱감을 전달하는 햅틱 피드백 디바이스 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
최근 전자장치를 간편하게 사용하려는 사용자의 요구에 따라 전자 제품을 터치하여 입력하는 터치 방식의 디바이스 사용이 보편화되고 있다.
현재, 햅틱 피드백 디바이스란, 터치하여 입력하는 개념 이외에도 인터페이스에 사용자의 직관적 경험을 반영하고 터치에 대한 피드백을 좀 더 다양화하는 개념이 포함된다.
이때, 햅틱 피드백 디바이스는 공간 절약이 가능하고 조작성 향상과 간편성을 이룰 수 있고, 사양 변경이 간편하며 이용자 인식이 높다는 점 이외에도 IT기기와의 연동성이 용이하다는 많은 장점이 있다.
이와 같은 장점으로 인해 컴퓨터, 교통, 서비스, 의료, 모바일 등에서 사용되는 전자장치에 폭 넓게 이용되고 있다. 이러한 전자장치에 햅틱 기능을 구현하기 위한 액추에이터로서 진동 모터를 사용하여 왔다. 그러나 진동 모터의 경우 빠른 터치에 대한 반응속도가 낮다는 문제가 있었으며, 반응속도를 높이기 위해 피에조(piezo) 방식의 액추에이터를 이용하는 방법이 제안되고 있다.
피에조 타입의 햅틱 피드백 디바이스는 피에조의 하면에 접착제를 도포하여 SUS 재질의 플레이트에 고정하고, 전압을 가하면 피에조가 상하로 진동을 하고, 피에조 상부의 터치 패널에 피에조의 진동이 전달되어 다양한 종류의 촉각이 피드백되는 방식이다.
이때, 피에조 상부의 터치 패널뿐만 아니라 하부의 접착제와 플레이트에도 피에조의 진동이 전달되고, 따라서 피에조의 진동력이 접착제와 플레이트에 의해 상쇄되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액추에이터의 하부에 진동 공간을 충분히 확보하여 향상된 햅틱감을 전달하는 햅틱 피드백 디바이스 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 햅틱 피드백 디바이스는 접촉에 대해 반응하는 패널부, 상기 패널부에 가해지는 접촉 압력 변화에 따라 다른 종류의 촉각을 피드백하도록 진동을 발생시키는 액추에이터, 상기 액추에이터를 지지하는 지지 플레이트, 상기 액추에이터가 상기 지지 플레이트에 고정되도록 상기 액추에이터의 길이 방향 단부와 상기 지지 플레이트의 사이에 형성되는 접합부, 및 상기 지지 플레이트의 상기 액추에이터에 대응하는 부분에 홈 형상으로 구비되는 진동공간 확장부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 햅틱 피드백 디바이스에 있어서, 상기 진동공간 확장부는 깊이가 상기 액추에이터의 진폭의 1/2일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 햅틱 피드백 디바이스에 있어서, 상기 진동공간 확장부는 상기 지지 플레이트의 상기 액추에이터에 대응하는 부분 중 상기 접합부 이외의 부분에 균일한 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 햅틱 피드백 디바이스에 있어서, 상기 진동공간 확장부의 저면은 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 햅틱 피드백 디바이스에 있어서, 상기 액추에이터는 피에조 또는 폴리머 액추에이터일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전자 장치는 상기한 기술적 특징을 갖는 햅틱 피드백 디바이스와, 상기 햅틱 피드백 디바이스를 내부에 수용하기 위한 케이스로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 햅틱 피드백 디바이스 및 이를 포함하는 전자 장치에 의하면, 더 큰 진동력을 피드백하여 사용자에게 향상된 햅틱감을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 피드백 디바이스를 포함하는 전자 장치의 분해 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 햅틱 피드백 액추에이터의 확대 분해 사시도 및 조립 평면도이다.
도 3은 본 발명의 본 발명의 햅틱 피드백 액추에이터의 두께 방향 수직 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 피드백 액추에이터의 두께 방향 수직 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 형태를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 형태에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 형태를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시 형태의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일 또는 유사한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 피드백 디바이스를 포함하는 전자 장치의 분해 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 햅틱 피드백 액추에이터의 확대 분해 사시도 및 조립 평면도이며, 도 3은 본 발명의 본 발명의 햅틱 피드백 액추에이터의 두께 방향 수직 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치는 이동통신 단말기(10)를 예로 들어 설명하나 이에 제한되지 않고, 각종 OA기기, 의료기기, 모바일 통신기기, 교통 발권기 등의 사용자의 접촉에 따라 진동 변화가 발생하는 햅틱 기기 전반에 응용될 수 있다.
이하에서는 전자장치로 이동통신 단말기(10)를 기준으로 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치인 이동통신 단말기(10)는 케이스(12, 14) 및 햅틱 피드백 디바이스(60)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(12, 14)는 전면 케이스(12)와 후면 케이스(14)로 이루어질 수 있으며, 상기 전면 케이스(12)와 후면 케이스(14)가 결합되어 내부 공간이 형성될 수 있다.
상기 내부공간에는 햅틱 피드백 디바이스(60)가 러버 링(80)에 끼워져서 장착될 수 있으며, 상기 햅틱 피드백 디바이스(60)를 구성하는 햅틱 피드백 액추에이터(50)를 구동할 수 있는 회로 기판(미도시)이 실장 될 수 있다.
여기서, 햅틱 피드백 디바이스(60)는 햅틱 디바이스(20) 및 햅틱 피드백 액추에이터(50)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 전자장치인 이동통신 단말기(10)의 경우 햅틱 디바이스로써 영상을 제공하는 디스플레이 패널(20)이 사용된다. 즉, 디스플레이 패널(20)에 접촉이 가해져 접촉 압력이 변하게 되면, 디스플레이 패널(20) 자체가 접촉에 대해서 햅틱 반응한다.
상기 디스플레이 패널(20)은 터치 스크린 패널(미도시)과 화상 표시부(미도시)를 포함할 수 있다. 그리고 외부 표면에 형성되는 터치 스크린 패널은 외부 필름층, ITO 필름층 및 베이스 필름층을 적층하여 이루어진다.
또한, 화상 표시부는 터치 스크린 패널의 저면에 배치되며, 상기 이동통신 단말기(10)의 전면에 제공하도록 빛을 발광하게 된다. 이때, 화상 표시부는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma display panel) 중에서 하나를 선택적으로 사용할 수 있다.
상기 햅틱 피드백 액추에이터(50)는 액추에이터(30) 및 지지 플레이트(40)를 포함할 수 있다. 또한, 햅틱 피드백 디바이스(60)는 터치 압력이 가해지는 상기 디스플레이 패널(20)과 상기 디스플레이 패널(20)을 진동하게 하는 햅틱 피드백 액추에이터(50)를 포함할 수 있는 개념이다.
상기 액추에이터(30)는 피에조 또는 폴리머 액추에이터로 구성되어 상기 디스플레이 패널(20)의 접촉 압력 변화에 따라 사용자에게 다른 종류의 촉각을 피드백하도록 진동을 발생시킨다.
상기 액추에이터(30)는 회로 기판에 구성되는 제어부(미도시)에 의해서 진동의 크기와 진동 횟수(진동수, 진동 주파수)가 결정되며, 이때 제어부는 전압의 인가를 달리하면서 진동의 크기(진동력) 및 진동 횟수를 다르게 할 수 있다.
상기 액추에이터(30)는 바(bar) 형상을 가지는 전극이 개재되는 세라믹 적층제이며, 상기 세라믹 적층제의 분극은 동일 방향으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 지지 플레이트(40)는 상기 액추에이터(30)를 지지하며, 상기 지지 플레이트(40)와 상기 액추에이터(30) 사이에는 상기 액추에이터(30)가 상기 지지 플레이트에 고정되도록 접합부(70)가 형성된다.
상기 접합부(70)는 상기 액추에이터(30)의 길이방향 단부에 접착제를 도포하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 접착제는 상기 액추에이터(30)가 상기 지지 플레이트(40)에 견고히 고정되도록 접착력이 큰 것을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 접착력이 크면서 변이 강성을 유지할 수 있는 열경화성 접착제를 사용할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 액추에이터(30)의 길이방향 단부에 접착제를 도포하나, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 상기 액추에이터(30)의 길이방향 중앙부에 도포할 수도 있으며, 설계 사양에 따라 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
또한, 본 실시예에서는 상기 액추에이터(30)와 상기 지지 플레이트(40)의 접합에 대해서만 도시하고 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 상기 액추에이터(30)와 상기 디스플레이 패널(20) 사이에도 접착제를 도포하여 접합할 수 있으며, 이때 접착제는 상기 액추에이터(30)에서 발생하는 진동을 상기 디스플레이 패널(20)로 잘 전달할 수 있는 특성을 가지는 것이 바람직하며, 예를 들어 UV 접착제와 같은 혐기성 접착제가 사용될 수 있다.
상기 액추에이터(30)는 두 개의 바 형상의 압전체가 소정의 간격을 두고 쌍을 이루어 상기 지지 플레이트(40)의 폭방향 단부 각각에 병렬로 배치될 수 있다. 한편, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 요구되는 조건에 따라 액추에이터의 배치 구조를 다양하게 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 플레이트(40)의 폭방향 단부 각각에 두 개의 바 형상의 압전체를 길이 방향으로 이격시켜 나란히 배치할 수도 있다.
여기서, 상기 액추에이터(30)는 길이 방향으로 신축이 발생되는데 상기 지지 플레이트(40)는 길이 변화가 발생되지 않는 재질이기 때문에, 상기의 신축 방향으로 진동되는 것이 아니라 상기 액추에이터(30)의 두께 방향에서 상하로 진동하게 된다.
따라서, 상기 액추에이터(30)가 이렇게 두께 방향에서 상하로 진동함에 따라 길이 방향으로 진동하는 것보다 큰 진동력을 상기 디스플레이 패널(20)에 전달할 수 있는 것이다.
상기 지지 플레이트(40)의 상기 액추에이터(30)에 대응하는 부분에 상기 지지 플레이트(40)의 두께 방향으로 함입된 진동공간 확장부(42)가 형성될 수 있다.
즉, 상기 액추에이터(30)에 전압이 인가되어 상기 액추에이터(30)가 두께 방향에서 상하로 진동할 때, 상기 진동공간 확장부(42)에 의해 상기 액추에이터(30)의 진동이 하부에서 상기 지지 플레이트(40)로 상쇄되는 것을 방지하고 따라서 디스플레이 패널(20)로 전달되는 진동의 크기가 훨씬 커지게 되는 것이다.
상기 진동공간 확장부(42)는 상기 지지 플레이트(40)를 식각하여 형성될 수 있으며, 상기 액추에이터(30)의 진폭의 1/2 정도의 깊이를 가지는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 액추에이터(30)의 진폭이 24㎛인 경우, 상기 진동공간 확장부(42)의 깊이는 12㎛정도로 식각하는 것이 바람직하며, 이때, 접합부(70)의 두께는 1~2㎛ 정도로 상기 액추에이터(30)의 진폭에 비해 상대적으로 작기 때문에 이를 고려하더라도 상기 액추에이터(30)의 진동 공간을 충분히 확보한다는 차원에서 진폭의 1/2 정도로 설계될 수 있다.
상기 진동공간 확장부(42)는 상기 액추에이터(30)와 상기 지지 플레이트(40)의 사이에서 상기 접합부(70)를 제외한 부분에 형성될 수 있다. 본 실시예에서처럼 상기 접합부(70)가 상기 액추에이터(30)의 길이방향 단부에 형성되는 경우, 이를 제외한 영역에서 상기 진동공간 확장부(42)가 상기 지지 플레이트(40)에 균일한 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 액추에이터(30)에서 발생하는 진동이 디스플레이 패널(20)로 직접 전달되는 경우를 설명하고 도시하고 있지만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 디스플레이 패널(20)로의 진동 전달에 있어서 진동의 증폭 또는 진동에 대한 충격 완화를 위해 상기 디스플레이 패널(20)과 상기 액추에이터(30) 사이에 진동 플레이트를 개재시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 피드백 액추에이터의 두께 방향 수직 단면도이다.
도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 피드백 액추에이터는 진동공간 확장부의 저면이 경사지게 형성되는 것으로, 이외의 구성은 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 피드백 액추에이터와 실질적으로 동일하므로, 이들 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 피드백 액추에이터는 진동공간 확장부(142)가 액추에이터(130)의 길이방향 양단부에 형성되는 접합부(170) 중 일측에서 타측으로 갈수록 저면이 하향 경사지게 형성되어 있다. 이는 상기 접합부(170) 중 일측에서 상기 액추에이터(130)의 진동이 발생하여 타측으로 갈수록 진폭이 점점 증가하는 경우를 상정하여 설계한 것이다.
한편, 본 실시예는 상기 접합부(170)가 상기 액추에이터(130)의 길이방향 양단부에 형성되는 경우를 도시하고 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 상기 접합부(170)가 상기 액추에이터(130)의 길이방향에서 중앙부에 형성되는 경우, 상기 진동공간 확장부(142)는 저면이 접합부측에서 양단으로 갈수록 하향 경사지게 형성될 수 있다.
이는 상기 액추에이터의 길이방향의 중앙부에서 양단부로 갈수록 접합부에서 멀어짐에 따라 자유도가 증가하게 되므로, 상기 액추에이터의 진폭이 상기 양단부로 갈수록 커지기 때문이다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 이동통신 단말기 12, 14: 케이스
20: 디스플레이 패널 30: 액추에이터
40: 지지 플레이트 42: 진동공간 확장부
50: 햅틱 피드백 액추에이터 60: 햅틱 피드백 디바이스
70: 접합부 80: 러버 링

Claims (10)

  1. 접촉에 대해 반응하는 패널부;
    상기 패널부에 가해지는 접촉 압력 변화에 따라 다른 종류의 촉각을 피드백하도록 진동을 발생시키는 액추에이터;
    상기 액추에이터를 지지하는 지지 플레이트;
    상기 액추에이터가 상기 지지 플레이트에 고정되도록, 상기 액추에이터의 길이 방향 단부와 상기 지지 플레이트의 사이에 형성되는 접합부; 및
    상기 지지 플레이트의 상기 액추에이터에 대응하는 부분에 홈 형상으로 구비되는 진동공간 확장부; 를 포함하는 햅틱 피드백 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동공간 확장부는 깊이가 상기 액추에이터의 진폭의 1/2인 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진동공간 확장부는 상기 지지 플레이트의 상기 액추에이터에 대응하는 부분 중 상기 접합부 이외의 부분에 균일한 깊이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진동공간 확장부의 저면은 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터는 피에조 또는 폴리머 액추에이터인 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 디바이스.
  6. 내부 공간이 형성되는 케이스; 및
    상기 케이스 내에 수용되어 배치되는 햅틱 피드백 디바이스; 를 포함하고,
    상기 햅틱 피드백 디바이스는
    접촉에 대해 반응하는 패널부;
    상기 패널부에 가해지는 접촉 압력 변화에 따라 다른 종류의 촉각을 피드백하도록 진동을 발생시키는 액추에이터;
    상기 액추에이터를 지지하는 지지 플레이트;
    상기 액추에이터가 상기 지지 플레이트에 고정되도록, 상기 액추에이터의 길이 방향 단부와 상기 지지 플레이트의 사이에 형성되는 접합부; 및
    상기 지지 플레이트의 상기 액추에이터에 대응하는 부분에 홈 형상으로 구비되는 진동공간 확장부; 를 포함하는 전자 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 진동공간 확장부는 깊이가 상기 액추에이터의 진폭의 1/2인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 진동공간 확장부는 상기 지지 플레이트의 상기 액추에이터에 대응하는 부분 중 상기 접합부 이외의 부분에 균일한 깊이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 진동공간 확장부의 저면은 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 액추에이터는 피에조 또는 폴리머 액추에이터인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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