KR101790614B1 - Apparatus for providing tactile information - Google Patents
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Abstract
실시 예는, 제1방향으로 이격된 복수 개의 제1전극라인; 상기 제1전극라인의 상부에 배치되고, 제2방향으로 이격된 복수 개의 제2전극라인; 및 상기 제1전극라인과 제2전극라인 사이에 배치되는 반도체 소자를 포함하고, 상기 제1방향과 제2방향은 교차하고, 상기 복수 개의 제1전극라인은 상기 제2방향으로 연장되고, 상기 복수 개의 제2전극라인은 상기 제1방향으로 연장되고, 상기 반도체 소자는 상기 복수 개의 제1전극라인을 따라 연장되는 복수 개의 제1반도체 라인을 포함하는 촉각정보 제공 장치를 개시한다.An embodiment includes: a plurality of first electrode lines spaced in a first direction; A plurality of second electrode lines disposed on the first electrode line and spaced apart from each other in the second direction; And a semiconductor device disposed between the first electrode line and the second electrode line, wherein the first direction intersects the second direction, the plurality of first electrode lines extend in the second direction, A plurality of second electrode lines extend in the first direction, and the semiconductor device includes a plurality of first semiconductor lines extending along the plurality of first electrode lines.
Description
실시 예는 촉각정보를 입력 및 출력하는 장치에 관한 것이다.Embodiments relate to an apparatus for inputting and outputting tactile information.
촉각을 전자신호로 바꾸는 터치센서는 ITO(indium-tin-oxide) 박막을 전극으로 사용하므로 플렉시블 디스플레이 등의 차세대 정보통신(IT) 기기에 적용하기에는 한계가 있다.The touch sensor that converts the tactile sense into an electronic signal uses an indium-tin-oxide (ITO) thin film as an electrode, and thus has limitations in application to a next-generation information communication (IT) device such as a flexible display.
터치센서는 횡방향 자극은 인지하지 못할 뿐만 아니라 섬세한 자극을 정량적으로 계측하여 전자신호로 정밀하게 변환시키기 어렵다. 더욱이 촉각신호의 온오프(ON, OFF) 만 구분할 수 있는 기존의 터치 센서는 인간의 촉각 감지 능력과 비교할 때 매우 부족한 특성을 보여준다.The touch sensor not only can not recognize the transverse stimulus but also it is difficult to quantitatively measure the delicate stimulus and accurately convert it into an electronic signal. Furthermore, existing touch sensors that can only distinguish on / off (ON, OFF) of tactile signals show very poor characteristics when compared with human tactile sensing ability.
따라서, 이러한 기술의 결핍을 해결하기 위한 압력의 세기를 감지 가능한 터치센서에 대한 연구가 진행되어 왔고, 현재는 압력센서를 추가로 부착하여 터치 센서 전체에 가해지는 압력을 감지하는 방식이 사용되고 있다.Therefore, studies have been made on a touch sensor capable of detecting the intensity of a pressure for solving the lack of the technique, and a method of sensing the pressure applied to the entire touch sensor by attaching a pressure sensor is used now.
그러나, 센서에 가해지는 압력을 감지하는 방식은 다중인식 등의 첨단 기술에는 적용하기 힘든 문제가 있고, 특히 플렉시블한 터치센서에는 적용할 수 없는 문제가 있다.However, there is a problem that the method of sensing the pressure applied to the sensor is difficult to apply to advanced technologies such as multi-recognition, and in particular, there is a problem that it can not be applied to a flexible touch sensor.
또한, 전자신호를 촉각으로 변환하는 측면에 있어서, 현재는 햅틱 센서(haptic sensor)로 대표되는 촉각발현 장치를 주로 사용하고 있다. 휴대폰, 게임, 컨트롤러 등에 삽입된 액츄에이터(actuator)를 이용해 진동을 발생시키는 방식으로 인체에 촉각 자극을 가하는 것에 불과하여, 인간이 실제 사물을 만지면서 감지하는 실제 자극과는 큰 차이가 있다.In terms of converting an electronic signal into a tactile sense, a tactile display device represented by a haptic sensor is mainly used. It is a tactile stimulus to the human body in a way that generates vibration by using an actuator inserted in a cell phone, a game, a controller, and the like, and there is a big difference from a real stimulus that a human senses when touching an actual object.
실시 예는 외부의 촉각정보를 센싱하고 외부로 촉각을 부여할 수 있는 촉각정보 제공 장치를 제공한다.The embodiment provides a tactile information providing apparatus capable of sensing external tactile information and imparting a tactile sense to the outside.
또한, 투명도 및 유연성이 향상된 촉각정보 제공 장치를 제공한다.Further, there is provided a tactile information providing apparatus with improved transparency and flexibility.
본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치는, 제1방향으로 이격된 복수 개의 제1전극라인; 상기 제1전극라인의 상부에 배치되고, 제2방향으로 이격된 복수 개의 제2전극라인; 및 상기 제1전극라인과 제2전극라인 사이에 배치되는 반도체 소자를 포함하고, 상기 제1방향과 제2방향은 교차하고, 상기 복수 개의 제1전극라인은 상기 제2방향으로 연장되고, 상기 복수 개의 제2전극라인은 상기 제1방향으로 연장되고, 상기 반도체 소자는 상기 복수 개의 제1전극라인을 따라 연장되는 복수 개의 제1반도체 라인을 포함한다.An apparatus for providing tactile information according to an embodiment of the present invention includes: a plurality of first electrode lines spaced apart from each other in a first direction; A plurality of second electrode lines disposed on the first electrode line and spaced apart from each other in the second direction; And a semiconductor device disposed between the first electrode line and the second electrode line, wherein the first direction intersects the second direction, the plurality of first electrode lines extend in the second direction, A plurality of second electrode lines extend in the first direction, and the semiconductor device includes a plurality of first semiconductor lines extending along the plurality of first electrode lines.
상기 제1전극라인과 제2전극라인의 선폭은 0.5㎛ 내지 20.0㎛일 수 있다.The line width of the first electrode line and the second electrode line may be 0.5 탆 to 20.0 탆.
상기 복수 개의 제1전극라인 사이의 간격 및 상기 복수 개의 제2전극라인 사이의 간격은 5.0㎛ 내지 200.0㎛일 수 있다.The spacing between the plurality of first electrode lines and the spacing between the plurality of second electrode lines may be between 5.0 mu m and 200.0 mu m.
상기 반도체 소자는 상기 복수 개의 제2전극라인을 따라 연장되는 복수 개의 제2반도체 라인을 포함할 수 있다.The semiconductor device may include a plurality of second semiconductor lines extending along the plurality of second electrode lines.
상기 반도체 소자는 상기 복수 개의 제1반도체 라인 및 상기 복수 개의 제2반도체 라인이 교차하여 형성된 메쉬(mesh) 영역을 포함할 수 있다.The semiconductor device may include a mesh region formed by intersecting the plurality of first semiconductor lines and the plurality of second semiconductor lines.
상기 제1반도체 라인 및 제2반도체 라인의 선폭은 0.5㎛ 내지 20.0㎛이고, 상기 복수 개의 제1반도체 라인 사이의 간격 및 상기 복수 개의 제2반도체 라인 사이의 간격은 5.0㎛ 내지 200.0㎛일 수 있다.The line widths of the first semiconductor line and the second semiconductor line are 0.5 mu m to 20.0 mu m and the interval between the plurality of first semiconductor lines and the interval between the plurality of second semiconductor lines may be 5.0 mu m to 200.0 mu m .
상기 복수 개의 제1전극라인을 지지하는 절연성 기판을 포함할 수 있다.And an insulating substrate supporting the plurality of first electrode lines.
상기 절연성 기판은 상기 복수 개의 제2전극라인과 대응되게 패터닝된 복수 개의 절연라인을 포함할 수 있다.The insulating substrate may include a plurality of insulating lines patterned corresponding to the plurality of second electrode lines.
상기 복수 개의 제2반도체 라인은 상기 복수 개의 절연라인에 각각 지지될 수 있다. The plurality of second semiconductor lines may be respectively supported by the plurality of insulation lines.
상기 제1반도체 라인은 상기 제1전극라인과 전기적으로 연결되고, 상기 제2반도체 라인은 상기 제2전극라인과 전기적으로 연결될 수 있다.The first semiconductor line may be electrically connected to the first electrode line, and the second semiconductor line may be electrically connected to the second electrode line.
상기 제1반도체 라인은 상기 제1전극라인의 접촉 면적이 상기 제2전극라인과 접촉 면적보다 클 수 있다.The first semiconductor line may have a contact area of the first electrode line greater than a contact area of the second electrode line.
상기 제2전극라인을 따라 연장되어 상기 제1반도체 라인과 교차하는 지지부재를 포함할 수 있다.And a support member extending along the second electrode line and intersecting the first semiconductor line.
실시 예에 따르면, 입력되는 압력을 전자신호로 변환한 후, 이에 대응하는 전자신호를 인가하여 동일한 자극의 발현이 가능하다.According to the embodiment, after the input pressure is converted into an electronic signal, the corresponding electronic signal is applied to enable the expression of the same stimulus.
또한, 압전소재의 역압전 특성을 이용하여 외부로 촉각을 부여할 수 있다.In addition, the tactile sense can be given to the outside by using the reverse piezoelectric characteristic of the piezoelectric material.
또한, 압전소자가 메쉬 구조로 제작되므로 장치의 총 단면적 대비 소재가 차지하는 면적이 적어, 기존의 박막형 터치센서에 비해 시인성 측면에서 유리하며, 나노구조 배열로 이루어져 있기 때문에 유연성을 개선할 수 있다. In addition, since the piezoelectric element is manufactured with a mesh structure, the area occupied by the material is smaller than the total cross-sectional area of the device, which is advantageous in view of visibility compared with the conventional thin film touch sensor.
또한, 메쉬를 구성하는 전극열의 측면에서 인가되는 자극의 수용이 가능하므로 고해상도, 고감도의 센서 구현이 가능하다.In addition, it is possible to accommodate a stimulus applied from the side of the electrode row constituting the mesh, and thus it is possible to realize a sensor of high resolution and high sensitivity.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.The various and advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and can be more easily understood in the course of describing a specific embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치의 개념도이고,
도 2는 도 1의 반도체 소자와 전극의 배치를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 도 1의 변형 예이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치의 개념도이고,
도 5는 도 4의 반도체 소자와 전극의 배치를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 도 4의 제1전극라인과 절연라인을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치의 개념도이고,
도 8은 기판 상에 제1전극라인 및 제1반도체 라인을 형성한 상태를 보여주는 도면이고,
도 9a 및 도 9b는 촉각정보 제공 장치가 휘어진 상태를 보여주는 개념도이고,
도 10a는 촉각정보 제공 장치에 외부 압력이 인가된 상태를 보여주는 도면이고,
도 10b는 촉각정보 제공 장치에 입력된 외부 압력에 대응하여 외부에 자극을 발현하는 역압전 상태를 보여주는 도면이고,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치의 개념도이고,
도 12는 미통전시 나노 로드를 보여주는 개념도이고,
도 13은 통전시 나노 로드를 보여주는 개념도이고,
도 14는 나노 로드 어레이의 상부와 하부에 전극이 배치된 상태를 보여주는 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a tactile information providing apparatus according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view for explaining the arrangement of the semiconductor element and the electrode of FIG. 1,
Fig. 3 is a modification of Fig. 1,
4 is a conceptual diagram of a tactile information providing apparatus according to an embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a view for explaining the arrangement of the semiconductor element and the electrode of FIG. 4,
FIG. 6 is a view for explaining the first electrode line and the insulation line of FIG. 4,
7 is a conceptual diagram of a tactile information providing apparatus according to another embodiment of the present invention,
8 is a view showing a state in which a first electrode line and a first semiconductor line are formed on a substrate,
9A and 9B are conceptual diagrams showing a state in which the tactile information providing device is bent,
10A is a view showing a state where external pressure is applied to the tactile information providing apparatus,
10B is a diagram showing an inverse piezoelectric state in which a stimulus is generated in response to an external pressure input to the tactile information providing apparatus,
11 is a conceptual diagram of a tactile information providing apparatus according to another embodiment of the present invention,
12 is a conceptual view showing a nano-rod in case of non-energization,
13 is a conceptual view showing a nano-rod at the time of energization,
FIG. 14 is a conceptual diagram showing a state in which electrodes are disposed on upper and lower sides of a nano-rod array.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the embodiments of the present invention are not intended to be limited to the specific embodiments but include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the embodiments.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the embodiments, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the embodiments of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiments, in the case where one element is described as being formed "on or under" another element, the upper (upper) or lower (lower) or under are all such that two elements are in direct contact with each other or one or more other elements are indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치의 개념도이고, 도 2는 도 1의 반도체 소자와 전극의 배치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1의 변형 예이다.FIG. 1 is a conceptual diagram of a tactile information providing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view for explaining the arrangement of the semiconductor element and the electrode of FIG. 1, and FIG. 3 is a modification of FIG.
도 1을 참고하면 촉각정보 제공 장치는, 제1방향으로 이격된 복수 개의 제1전극라인(100)과, 제2방향으로 이격된 복수 개의 제2전극라인(200), 및 제1전극라인(100)과 제2전극라인(200) 사이에 배치되는 반도체 소자(300)를 포함한다. 여기서, 제1방향은 도면상 Y방향으로 정의하며 제2방향은 X방향으로 정의하며 수직 방향은 Z 방향으로 정의한다.1, the tactile information providing apparatus includes a plurality of
제1전극라인(100)은 제2방향으로 연장되고 제2전극라인(200)은 제1방향으로 연장될 수 있다. 여기서 제1방향과 제2방향은 서로 수직일 수 있다. 따라서, 제1전극라인(100)과 제2전극라인(200)은 교차할 수 있다. The
제1전극라인(100)과 제2전극라인(200)은 다양한 도전성 재질을 미리 정해진 폭으로 절단하여 제작할 수 있다. 제1전극라인(100)과 제2전극라인(200)의 선폭(W1, W2)은 2.0㎛ 내지 20.0㎛이고, 제1전극라인(100) 사이의 간격(d1) 및 복수 개의 제2전극라인(200) 사이의 간격(d2)은 10.0㎛ 내지 200.0㎛일 수 있다. 이러한 선폭 및 간격을 만족하는 경우 투명하면서도 플렉시블한 소자를 제작할 수 있다.The
제1전극라인(100)과 제2전극라인(200)은 도전성 재질이면 특별히 한정하지 않는다. 제1전극라인(100)과 제2전극라인(200)은 Al, Ni, Au, Pt, Ag, Ti, Cr, 로 이루어진 그룹에서 하나 이상의 재질이 선택될 수 있다. 제1전극라인(100)과 제2전극라인(200)은 그라핀 혹은 질화붕소를 포함할 수 있다. 그라핀은 기판상에 촉매 물질을 이용하여 성장시킬 수 있다. 이때, 기판은 육방정 질화 붕소(hexagonal boron nitride) 기판일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.The
제1전극라인(100)은 기판에 선형으로 형성된 금속 촉매 (Cu, Ni, Ti, Pt) 상에 화학기상증착법(CVD)방식으로 합성될 수 있다. 또는, 금속 촉매를 이용해 CVD방식으로 합성된 그래핀 필름을 금속박막이 증착된 기판에 부착 후, 선형으로 패턴을 만들 수 있다.The
제2전극라인(200)은 물리증착(physical vapor deposition) 방식으로 형성된 금속 배열이며 용도에 따라 절연막 (질화붕소, polymer film) 상에 형성된 전극 배열을 전사하는 방식으로 형성할 수 있다.The
반도체 소자(300)는 제1전극라인(100)과 제2전극라인(200) 사이에 배치된다. 반도체 소자는 제1전극라인(100)과 제2전극라인(200)에 전기적으로 연결될 수 있다. 반도체 소재의 형태는 성장방식 및 성장시 조건의 변화를 통해 임의로 조절 가능하며, 용도에 따라 선폭 및 형태를 제어하여 압력에 대한 높은 감도 (작은 선폭) 및 내구성 (큰 선폭), 혹은 외부로 발현하는 압력의 세기를 조절할 수 있다. 압전소재 특성 상 높이가 커질수록 압력발현 강해질 수 있다.The
반도체 소자는 제1전극라인(100)상에서 유기금속 화학기상증착법(MOCVD)을 포함하는 화학증착법, 스퍼터링법(sputtering), 열 또는 전자빔 증발법(thermal or electron beam evaporation), 펄스레이저 증착법(pulse laserdeposition; PLD), 분자빔 에피 박막 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등에 의해 형성할 수 있다.The semiconductor device may be formed on the
이러한 반도체 소자는 PZT, ZnO, ZnS, ZnO:Al, BaTiO3등과 같이 압전 성질을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 또한, 반도체 소자는 TiO2, Al2O3 SnO2, SiO2, In2O3, CdO, MgO, CaO, SrO, BaO, NiO, Cu2O, CuO 등의 산화물, GaN, InGaN, AlGaN 등의 질화물, SiC 등의 카바이드, 및 GaAs, GaP, InP, GaInP, AlGaAs 등의 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물을 포함할 수 있다. Such semiconductor devices may include materials having piezoelectric properties such as PZT, ZnO, ZnS, ZnO: Al, BaTiO 3, and the like. In addition, the semiconductor device may be formed of TiO 2 , Al 2 O 3 SnO 2 , Oxides such as SiO 2 , In 2 O 3 , CdO, MgO, CaO, SrO, BaO, NiO, Cu 2 O and CuO; nitrides such as GaN, InGaN and AlGaN; carbides such as SiC; GaInP, AlGaAs, and the like.
반도체 소자(300)의 두께는 5㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 소자의 두께가 5㎛ 이하인 경우에는 자극수용 및 자극 발현의 감도가 떨어지며, 두께가 20νm 를 초과하는 경우에는 탄성이 부족하여 플렉시블 장치에 부적합할 수 있다.The thickness of the
반도체 소자(300)는 복수 개의 제1전극라인(100)을 따라 연장되는 복수 개의 라인일 수 있다. 반도체 라인(300)의 선폭은 0.5㎛ 내지 20.0㎛이고, 복수 개의 반도체 라인(300) 사이의 간격은 5.0㎛ 내지 200.0㎛일 수 있다. 이러한 조건을 만족하는 경우 투명하면서도 플렉시블한 소자를 제작할 수 있다. The
반도체 소자(300)는 두께 대 선폭의 비가 1:0.1 내지 1:1일 수 있다. 두께 1을 기준으로 선폭이 0.1보다 얇아지면 자극수용 및 자극 발현의 감도가 떨어지며, 선폭이 1보다 두꺼워지면 탄성이 부족하여 플렉시블 장치에 부적합할 수 있다The
촉각정보 제공 장치는 제1전극라인(100)과 제2전극라인(200)이 교차하는 영역을 이용하여 복수 개의 X, Y 좌표를 산출할 수 있다. 따라서, 외부에서 입력되는 자극의 좌표를 인식한 후 이를 출력할 수 있다. The tactile information providing apparatus can calculate a plurality of X, Y coordinates using an area where the
반도체 소자(300)는 강유전체이므로 특정 지점에서 발생한 전위차를 검출할 수 있으며, 또한, 특정 지점에서만 전압을 가하여 자극을 발현할 수 있다. Since the
자극의 입력 및 발연 측면에서 반도체 소자(300), 제1전극라인(100) 및 제2전극라인(200)이 교차하는 센싱 영역에서의 두께가 나머지 두께보다 더 두껍게 설계될 수도 있다.The sensing region where the
예시적으로, 반도체 소자(300), 제1전극라인(100) 및 제2전극라인(200)의 선폭이 10㎛인 경우 이들이 교차하는 영역(센싱 영역)의 선폭은 20 내지 50㎛일 수 있다. 이 경우 센싱 감도를 높이면서도 플렉시블한 소자를 제작할 수 있다. Illustratively, when the line width of the
실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치는 해당 인터페이스에 인가되는 압력 자극을 전자신호로 변환한 후, 이에 대응하는 전자신호를 인가하여 동일한 자극의 발현이 가능하다. 예시적으로, 회사에서 집에 있는 애완동물을 쓰다듬는 감촉을 전달받거나 의사가 타지에 있는 환자에 대한 촉진을 가능케 한다. 또한, 유연한 나노소재로 구성된 유연한 전자소자이므로, 해당 장치를 인체 및 의복에 부착하여 인체의 변화 (맥박, 심장박동 등) 또는, 주변 환경의 변화 (공기의 흐름, 기압변화 등)를 관측한 후, 이를 원격의 객체에게 직접 전달하는 것이 가능하다.The tactile information providing apparatus according to the embodiment can convert the pressure stimulus applied to the interface into an electronic signal and then apply the corresponding electronic signal to express the same stimulus. By way of example, a company may be given the feeling of petting pet at home or allowing a doctor to promote a patient in the trough. In addition, since it is a flexible electronic device composed of a flexible nano material, the device is attached to the human body and clothing to observe changes in human body (pulse, heartbeat, etc.) or changes in surrounding environment , It is possible to pass this directly to the remote object.
도 2를 참고하면, 반도체 라인의 상면과 하면은 각각 제1전극라인(100) 및 제2전극라인(200)과 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 외부 자극에 의해 반도체 라인이 눌려지면 미세한 전류 변화가 발생하게 되고, 컨트롤러는 전류가 변화하는 좌표를 산출할 수 있다. Referring to FIG. 2, the top and bottom surfaces of the semiconductor line are electrically connected to the
도 3을 참고하면, 제2전극라인(200)을 따라 연장되어 제1반도체 라인(310)과 교차하는 지지부재(400)를 더 포함할 수 있다. 이러한 지지부재(400)는 제2전극라인(200)을 지지하여 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 지지부재(400)는 폴리머 및 산화물 박막을 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.Referring to FIG. 3, the semiconductor device may further include a
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치의 개념도이고, 도 5는 도 4의 반도체 소자와 전극의 배치를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 4의 제1전극라인과 절연라인을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a conceptual diagram of a tactile information providing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a view for explaining the arrangement of the semiconductor element and the electrode in FIG. 4, Fig.
도 4를 참고하면, 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치는 기판(10)상에 형성된 제1전극라인(100)과, 제1전극라인(100)과 교차하게 배치된 제2전극라인(200), 및 그 사이에 배치된 반도체 소자(310, 320)를 포함한다.4, a tactile information providing apparatus according to an embodiment includes a
반도체 소자(310, 320)는 제1전극라인(100)을 따라 제2방향으로 연장된 제1반도체 라인(310)과 제2전극라인(200)을 따라 제1방향으로 연장된 제2반도체 라인(320), 및 제1반도체 라인(310)과 제2반도체 라인(320)이 교차하는 영역에 형성된 메쉬 영역을 포함한다. 반도체 소자(310, 320)는 절연라인과 제1전극라인(100)상에서 메쉬 형상으로 성장할 수 있다. The
도 6을 참고하면, 기판(10)은 제2전극라인(200)에 대응되게 패터닝되어 복수 개의 절연라인(10)을 형성할 수 있다. 기판(10)은 육방정 질화 붕소(hexagonal boron nitride) 기판일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. Referring to FIG. 6, the
제1전극라인(100), 제2전극라인(200), 및 절연라인(10)의 선폭은 2.0㎛ 내지 20.0㎛이고, 제1전극라인(100) 사이의 간격 및 복수 개의 제2전극라인(200) 사이의 간격은 10.0㎛ 내지 200.0㎛일 수 있다. 이러한 선폭 및 간격을 만족하는 경우 투명하면서도 플렉시블한 소자를 제작할 수 있다.The line width of the
실시 예에 따르면, 메쉬 구조의 반도체 소자에 의해 장치의 총 단면적 대비 소재가 차지하는 면적이 적어 기존의 박막형 터치센서에 비해 시인성 측면에서 유리하다. 또한, 나노 구조 배열로 이루어져 있기 때문에 유연성이 개선될 수 있다. 또한, 메쉬를 구성하는 전극열의 측면에서 인가되는 자극의 수용이 가능하므로 고해상도 및 고감도의 센서 구현이 가능해진다.According to the embodiment, since the semiconductor element of the mesh structure occupies less area than the total cross-sectional area of the device, it is advantageous in view of visibility compared to the conventional thin film touch sensor. Also, since the nanostructure array is formed, the flexibility can be improved. In addition, it is possible to accommodate the magnetic poles applied from the side of the electrode row constituting the mesh, and thus it is possible to realize a sensor of high resolution and high sensitivity.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치의 개념도이고, 도 8은 기판 상에 제1전극라인 및 제1반도체 라인을 형성한 상태를 보여주는 도면이다.FIG. 7 is a conceptual diagram of a tactile information providing apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a view illustrating a state in which a first electrode line and a first semiconductor line are formed on a substrate.
실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치는 제1전극라인(100)상에 형성된 하부 반도체 라인(330), 및 제2전극라인(200)상에 배치된 상부 반도체 라인(340)을 포함한다. 이때, 하부 반도체 라인(330)과 상부 반도체 라인(340)은 서로 교차되게 적층될 수 있다.The tactile information providing apparatus according to the embodiment includes a
도 8을 참고하면, 하부 반도체 라인(330)은 제1전극라인(100)상에서 성장할 수 있다. 또한, 상부 반도체 라인(340) 역시 동일한 방법으로 제2전극라인(200)상에서 성장할 수 있다. 이후 하부 반도체 라인(330)과 상부 반도체 라인(340)을 교차되게 적층하여 제작할 수 있다.Referring to FIG. 8, the
도 9a 및 도 9b는 촉각정보 제공 장치가 휘어진 상태를 보여주는 개념도이고, 도 10a는 촉각정보 제공 장치에 외부 압력이 인가된 상태를 보여주는 도면이고, 도 10b는 촉각정보 제공 장치에 입력된 외부 압력에 대응하여 외부에 자극을 발현하는 역압전 상태를 보여주는 도면이다.10A is a view showing a state where an external pressure is applied to the tactile information providing apparatus, and FIG. 10B is a view showing a state where the external pressure is inputted to the tactile information providing apparatus. FIG. And a reverse-piezoelectric state in which a stimulus is generated externally in response to the input signal.
도 9a 및 도 9b를 참고하면, 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치는 메쉬 구조의 반도체 소자에 의해 장치의 총 단면적 대비 소재가 차지하는 면적이 적고, 나노 구조 배열로 이루어져 있기 때문에 유연성이 향상된다. 9A and 9B, flexibility of the tactile information providing device according to the embodiment is improved because the area occupied by the material is smaller than the total sectional area of the device due to the semiconductor device of the mesh structure, and the tactile information providing device is composed of the nanostructure array.
또한, 도 10a 및 도 10b와 같이, 해당 인터페이스에 인가되는 압력 자극을 전자신호로 변환한 후, 이에 대응하는 전자신호를 인가하여 동일한 자극의 발현이 가능하다. 자극 발현을 용이성을 위해, 메쉬 구조의 교차점에 위치하는 반도체 소재의 두께를 나머지 부분에 비해 약 2배 내지 5배로 두껍게 제작하여 인가전압에 대한 압력발현의 정도를 키울 수 있다.Also, as shown in FIGS. 10A and 10B, the pressure stimulus applied to the interface is converted into an electronic signal, and a corresponding stimulus is generated by applying the corresponding electronic signal. The thickness of the semiconductor material located at the intersection of the mesh structure may be increased to about 2 to 5 times the thickness of the remaining portion to increase the degree of pressure expression with respect to the applied voltage.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치의 개념도이고, 도 12는 미통전시 나노 로드를 보여주는 개념도이고, 도 13은 통전시 나노 로드를 보여주는 개념도이고, 도 14는 나노 로드 어레이의 상부와 하부에 전극이 배치된 상태를 보여주는 개념도이다.FIG. 11 is a conceptual diagram of a tactile information providing apparatus according to another embodiment of the present invention, FIG. 12 is a conceptual diagram showing a nano-rod at the time of non-energization, FIG. 13 is a conceptual diagram showing a nano- FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state in which electrodes are arranged on the upper and lower sides of the array. FIG.
도 11 내지 도 14를 참고하면, 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치는 수직 성장한 복수 개의 압전모듈(P1) 및 복수 개의 압전모듈(P1)에 전원을 인가하는 전극모듈을 포함한다.Referring to FIGS. 11 to 14, the tactile information providing apparatus according to the embodiment includes a plurality of vertically-grown piezoelectric modules P1 and an electrode module for applying power to the plurality of piezoelectric modules P1.
압전모듈(P1)은 수직 성장한 제1압전소자(350) 및 제1압전소자(350)와 접합된 제2압전소자(360)를 포함한다. 이때, 제1압전소자(350)와 제2압전소자(360)의 압전계수의 비는 1:5 내지 1:30일 수 있다. 압전계수의 비가 1:5 미만인 경우에는 인간이 인식하는 촉각을 부여하기 어려울 수 있으며, 압전계수의 비가 1:30을 초과하는 경우에는 과도한 계수차이에 의해 소자가 파괴될 수 있다. 예시적으로 압전계수의 비가 1:5인 경우 전기장 인가시 제2압전소자의 기계적 변형은 제1압전소자의 변형의 5배일 수 있다. The piezoelectric module P1 includes a vertically grown first
제1압전소자(350)는 ZnO, ZnS, ZnO:Al, TiO2, Al2O3 SnO2, SiO2, In2O3, CdO, MgO, CaO, SrO, BaO, NiO, Cu2O, CuO 등의 산화물, GaN, InGaN, AlGaN 등의 질화물, SiC 등의 카바이드, 및 GaAs, GaP, InP, GaInP, AlGaAs를 포함할 수 있고, 제2압전소자(360)는 PZT, BaTiO3,PbTiO3,KNbO3일 수 있다.The first
제1압전소자(350)는 나노로드일 수 있고, 제2압전소자(360)는 나노로드의 외주면에 형성된 코팅층일 수 있다.The first
도 12와 같이 미통전시에는 압전모듈(P1)은 수직 성장한 구조를 유지하나, 도 13과 같이 통전시에는 제1압전소자(350)와 제2압전소자(360)의 역압전 특성이 달라져 휘어지게 된다. 따라서, 실시 예에 따른 촉각정보 제공 장치는 압력이 입력되는 좌표를 센싱하거나 해당 좌표에서 촉각을 부여하기 유리하다.12, the piezoelectric module P1 maintains a vertically grown structure. However, the reverse piezoelectric characteristics of the first
도 14를 참고하면, 전극모듈은 하부 전극기판(20)과 상부 전극기판(30)을 포함할 수 있다. 제1압전소자(350)는 상부 전극기판(30)과 전기적으로 연결되고, 제2압전소자(360)는 하부 전극기판(20)의 전극층(22)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1압전모듈(P1)은 절연층(21)에 의해 하부 전극기판(20)의 전극층(22)과 절연될 수 있다.Referring to FIG. 14, the electrode module may include a
이때, 제1압전소자(350)의 직경 대 길이의 비는 1:2 내지 1:10이 바람직하다. 1:2 미만인 경우에는 길이가 너무 짧아 촉각을 부여하기 어렵고 1:10을 초과하는 경우 길이가 너무 길어져 외부 압력에 파괴될 수 있다.At this time, the ratio of the diameter to the length of the first
Claims (12)
상기 제1전극라인의 상부에 배치되고, 제2방향으로 이격된 복수 개의 제2전극라인; 및
상기 제1전극라인과 제2전극라인 사이에 배치되는 반도체 소자를 포함하고,
상기 제1방향과 제2방향은 교차하고, 상기 복수 개의 제1전극라인은 상기 제2방향으로 연장되고, 상기 복수 개의 제2전극라인은 상기 제1방향으로 연장되고,
상기 반도체 소자는 상기 복수 개의 제1전극라인을 따라 연장되는 복수 개의 제1반도체 라인, 및 상기 복수 개의 제2전극라인을 따라 연장되는 복수 개의 제2반도체 라인을 포함하는 촉각정보 제공 장치.
A plurality of first electrode lines spaced apart in a first direction;
A plurality of second electrode lines disposed on the first electrode line and spaced apart from each other in the second direction; And
And a semiconductor element disposed between the first electrode line and the second electrode line,
The first direction and the second direction intersect, the plurality of first electrode lines extend in the second direction, the plurality of second electrode lines extend in the first direction,
Wherein the semiconductor device includes a plurality of first semiconductor lines extending along the plurality of first electrode lines and a plurality of second semiconductor lines extending along the plurality of second electrode lines.
상기 제1전극라인과 제2전극라인의 선폭은 0.5㎛ 내지 20.0㎛인 촉각정보 제공 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the line width of the first electrode line and the second electrode line is 0.5 mu m to 20.0 mu m.
상기 복수 개의 제1전극라인 사이의 간격 및 상기 복수 개의 제2전극라인 사이의 간격은 5.0㎛ 내지 200.0㎛인 촉각정보 제공 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the interval between the plurality of first electrode lines and the interval between the plurality of second electrode lines is 5.0 占 퐉 to 200.0 占 퐉.
상기 반도체 소자는 상기 복수 개의 제1반도체 라인 및 상기 복수 개의 제2반도체 라인이 교차하여 형성된 메쉬(mesh) 영역을 포함하는 촉각정보 제공 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor device includes a mesh region formed by intersecting the plurality of first semiconductor lines and the plurality of second semiconductor lines.
상기 제1반도체 라인 및 제2반도체 라인의 선폭은 0.5㎛ 내지 20.0㎛이고,
상기 복수 개의 제1반도체 라인 사이의 간격 및 상기 복수 개의 제2반도체 라인 사이의 간격은 5.0㎛ 내지 200.0㎛인 촉각정보 제공 장치.
The method according to claim 1,
The line widths of the first semiconductor line and the second semiconductor line are 0.5 mu m to 20.0 mu m,
Wherein the spacing between the plurality of first semiconductor lines and the spacing between the plurality of second semiconductor lines is 5.0 占 퐉 to 200.0 占 퐉.
상기 복수 개의 제1전극라인을 지지하는 절연성 기판을 포함하는 촉각정보 제공 장치.
The method according to claim 1,
And an insulating substrate for supporting the plurality of first electrode lines.
상기 절연성 기판은 상기 복수 개의 제2전극라인과 대응되게 패터닝된 복수 개의 절연라인을 포함하는 촉각정보 제공 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the insulating substrate includes a plurality of insulating lines patterned corresponding to the plurality of second electrode lines.
상기 복수 개의 제2반도체 라인은 상기 복수 개의 절연라인에 각각 지지되는 촉각정보 제공 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the plurality of second semiconductor lines are respectively supported by the plurality of insulation lines.
상기 제1반도체 라인은 상기 제1전극라인과 전기적으로 연결되고, 상기 제2반도체 라인은 상기 제2전극라인과 전기적으로 연결되는 촉각정보 제공 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first semiconductor line is electrically connected to the first electrode line, and the second semiconductor line is electrically connected to the second electrode line.
상기 제1반도체 라인은 상기 제1전극라인의 접촉 면적이 상기 제2전극라인과 접촉 면적보다 큰 촉각정보 제공 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first semiconductor line has a contact area of the first electrode line greater than a contact area of the second electrode line.
상기 제2전극라인을 따라 연장되어 상기 제1반도체 라인과 교차하는 지지부재를 포함하는 촉각정보 제공 장치.The method according to claim 1,
And a support member extending along the second electrode line and intersecting the first semiconductor line.
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