KR20050096219A - 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한촉감 디스플레이 장치 - Google Patents

고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한촉감 디스플레이 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20050096219A
KR20050096219A KR1020040021066A KR20040021066A KR20050096219A KR 20050096219 A KR20050096219 A KR 20050096219A KR 1020040021066 A KR1020040021066 A KR 1020040021066A KR 20040021066 A KR20040021066 A KR 20040021066A KR 20050096219 A KR20050096219 A KR 20050096219A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dielectric film
hole
frame
holes
lower frame
Prior art date
Application number
KR1020040021066A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100560860B1 (ko
Inventor
최혁렬
전재욱
이성일
최후곤
정광목
이상원
최병준
Original Assignee
최혁렬
전재욱
이성일
최후곤
정광목
이상원
최병준
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 최혁렬, 전재욱, 이성일, 최후곤, 정광목, 이상원, 최병준 filed Critical 최혁렬
Priority to KR1020040021066A priority Critical patent/KR100560860B1/ko
Publication of KR20050096219A publication Critical patent/KR20050096219A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100560860B1 publication Critical patent/KR100560860B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D75/00—Packages comprising articles or materials partially or wholly enclosed in strips, sheets, blanks, tubes, or webs of flexible sheet material, e.g. in folded wrappers
    • B65D75/52—Details
    • B65D75/58—Opening or contents-removing devices added or incorporated during package manufacture
    • B65D75/5827—Tear-lines provided in a wall portion
    • B65D75/5833—Tear-lines provided in a wall portion for tearing out a portion of the wall
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D33/00—Details of, or accessories for, sacks or bags
    • B65D33/02—Local reinforcements or stiffening inserts, e.g. wires, strings, strips or frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D33/00—Details of, or accessories for, sacks or bags
    • B65D33/16—End- or aperture-closing arrangements or devices
    • B65D33/1691—End- or aperture-closing arrangements or devices using adhesive applied to attached closure elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D75/00—Packages comprising articles or materials partially or wholly enclosed in strips, sheets, blanks, tubes, or webs of flexible sheet material, e.g. in folded wrappers
    • B65D75/04—Articles or materials wholly enclosed in single sheets or wrapper blanks
    • B65D75/06—Articles or materials wholly enclosed in single sheets or wrapper blanks in sheets or blanks initially folded to form tubes
    • B65D75/12—Articles or materials wholly enclosed in single sheets or wrapper blanks in sheets or blanks initially folded to form tubes with the ends of the tube closed by flattening and heat-sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D85/00—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials
    • B65D85/30—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials for articles particularly sensitive to damage by shock or pressure
    • B65D85/36—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials for articles particularly sensitive to damage by shock or pressure for bakery products, e.g. biscuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한 촉감 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소 전극과 박층 유전체 필름을 수회 적층하여 형성한 유전체 필름을 홀 사이에 삽입 고정, 즉 외곽을 고정시킨 다음에 유전체 필름의 탄소 전극에 고전압을 가하여 유전체 필름의 중심부가 원형 돌출되도록 함으로써 선장력 볼이 없어도 유전체 필름만으로 자극 핀을 상하로 이동시킬 수 있고, 또한 선장력 볼을 사용하지 않고, 유전체 필름 자체를 이용하기 때문에 홀의 크기 조절이 가능함으로써 점자 출력 셀의 크기를 소형화시킬 수 있다.

Description

고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한 촉감 디스플레이 장치{BRAILLE DISPLAY CELL USING DIELECTRIC ELASTOMER AND TACTILE DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한 촉감 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점자 출력 셀의 형태를 큰 변위와 출력을 얻을 수 있도록 하는 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한 촉감 디스플레이 장치에 관한 것이다.
햅틱(Haptic)이란 단어는 그리스어로 "만지다"를 뜻하며, 햅틱 감각이란 사람의 피부 및 근육 등에서 느끼는 모든 감각을 의미한다.
햅틱 디스플레이(Haptic Display)는 원격조작(Tele-Manipulation)이나 가상현실(Virtual Reality), 기능 전수(Skill Transfer), 훈련(Training), 의료 공학(Medical Engineering) 등 다양한 분야에서 응용이 될 수 있는 기술이며, 햅틱 디스플레이의 궁극적인 목표는 사용자로 하여금 실제 환경과 접촉을 하고 있는 것과 가능하면 유사하게 느끼도록 사용자의 역각 및 촉각을 자극(Stimulate)하는 것이다.
이러한 햅틱 디스플레이는 크게 나누어 역감 디스플레이(Kinesthetic Display)와 촉감 디스플레이(Tactile Display)로 나눈다. 현재까지는 많은 연구가 역감 디스플레이에 관하여 수행되어 왔으나, 최근에 들어서 촉감 디스플레이의 중요성에 관하여 많은 연구자들이 인식하기 시작하고 있으며, 원격지의 국부적인 표면 탄성, 질감, 형상 등을 전달할 수 있는 기술로 원격촉지각(Teletaction)이라는 용어까지 등장하고 있다.
촉각이란 통각, 압각, 냉각, 온각과 같은 피부 감각의 하나로 촉각을 감지하는 수용기는 메르켈 소체로서 촉각 지각은 신체 부위에 따라 민감도가 다르다. 이러한 민감도의 차이는, 두 점 역치(Two-Point Threshold)로 검사할 수 있다. 손가락 끝의 두 점을 컴퍼스로 동시에 건드릴 때, 만약 두 점이 아주 가깝다면 두 점으로 감각되지 않고, 한 점으로 감각된다. 두 점 사이의 거리를 점점 크게 할 때 최초로 두 점이 판별되는 데, 도달한 거리를 두 점 역치라 한다. 혀끝의 경우 0.5~1㎜로 가장 예민한 곳이며, 손끝의 경우 한계값은 1~3㎜, 손바닥의 경우 10㎜ 정도의 간격을 갖는다.
한편 촉감 디스플레이 장치는 시각 장애자용 점자 출력기로 응용될 수 있으며, 단순한 텍스트 기반의 정보 전달뿐만이 아니라 그림이나 동영상, 웹서핑까지 가능하도록 할 수 있는 정보 전달 장치로 사용될 수 있다.
일반적인 촉감 디스플레이 장치는 사용자의 피부와 접촉하는 부분의 변위 혹은 힘을 능동적으로 제어함으로서, 촉각을 자극하며, 이로부터 촉감을 전달한다. 이러한 촉감 디스플레이 장치의 핵심 기술은, 좁은 면적에 다수의 촉각 자극 요소(Tactile Stimulating Element)를 배치하는 데에 있으며, 인간의 피부 감각을 모사할 수 있을 만큼 다수의 구동기(Actuator)를 좁은 면적에 집적할 수 있는 기술이 중요하다.
이상적인 촉감 디스플레이를 위한 구동기의 밀도는 1개/㎟이며 2㎜정도의 돌출부, 각 촉각 자극 요소당 1N이하, 구동속도 50Hz이상, 10W/㎠정도의 에너지밀도를 가져야 하는 것으로 알려져 있다. 이는 인간 손의 접촉면에 대하여 실험적으로 구한 결과이나 인간의 손은 자극 속도와 자극의 깊이, 힘의 세기 등 관련된 요소들의 조합에 따라 반응에 관한 민감도의 차이가 존재하며, 또한 손바닥의 부위에 따라서도 많은 차이가 있으므로 실제로 촉감 디스플레이의 설계를 할 때에는 다양한 형태의 장치를 개발할 수 있다.
이러한 촉감 디스플레이 장치로는 공압과 솔레노이드를 이용한 기구, 형상 기억 합금을 이용한 것, 보이스 코일(Voice Coil) 구동기를 이용한 것, 정전기 원리를 이용한 것, 고분자 유전체를 이용한 것 및 전기를 이용한 피부 자극기 등이 개발된 바 있다.
이하 종래의 촉감 디스플레이 장치중 구동기의 일종인 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀의 구성 및 동작 원리를 도 1 내지 도 3c를 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 고분자 유전체 점자 출력 셀의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 고분자 유전체 점자 출력 셀(10)은, 하부 프레임(11)과, 하부 유전체 필름(12)과, 상부 유전체 필름(13)과, 상부 프레임(14)과, 볼 베어링(15) 및 자극 핀(16)으로 구성된다.
하부 프레임(11)은 5.6×8㎜의 직사각형의 플라스틱 재질로 형성되고, 장방형으로 형성되며, 3×2 배열의 홀(11-1)이 형성된다. 홀은 1.6㎜의 지름을 가지며, 홀과 홀의 간격은 중심부를 중심으로 2.4㎜이다.
하부 유전체 필름(12)은 하부 프레임(11)과 동일 크기로 형성되고, 상면에 패턴 형태의 공통 -전극(12-1)이 형성되고, 저면에 하부 프레임(11)의 홀(11-1)과 대응 위치에 +전극(12-3)이 형성된다.
상부 유전체 필름(13)은 하부 유전체 필름(12)과 반대, 즉 저면에 패턴 형태의 공통 -전극(13-1)이 형성되고, 상면에 하부 프레임(11)의 홀(11-1)과 대응 위치에 +전극(13-3)이 형성된다.
상부 프레임(14)은 하부 프레임(11-)과 대응되는 형태로 3×2 배열의 홀(14-1)이 형성된다.
볼 베어링(15)은 플라스틱 재질로 형성되고, 하부 유전체 필름(12)과 상부 유전체 필름(13) 사이에 몰딩, 접합 방식 등에 의해 삽입된다.
자극 핀(16)은 플라스틱 또는 합성 수지재로 형성되고, 상부 프레임(14)의 각 홀(14-1)에서 돌출 형성되도록 일단이 이의 홀(14-1)을 관통하여 상부 유전체 필름(13)의 +전극(13-3)에 본딩 방식에 의해 부착된다.
또한 하부 프레임(11)과, 하부 유전체 필름(12)과, 상부 유전체 필름(13)과, 상부 프레임(14)과, 볼 베어링(15)은 순차적으로 압착되어 하나의 기판 형태로 형성된다.
이러한 종래의 고분자 유전체 점자 출력 셀은 실리콘이나 우레탄과 같이 유전율이 높은 유연한 고분자 유전체의 양면에 부드러운 전극을 입히고, 전극에 전압을 가하면 양쪽 표면에 쌓이는 양과 음의 전하에 의하여 상호간에 인력이 발생하고, 이로 인하여 고분자 유전체가 두께 방향으로는 압축을 하고, 면적 방향으로는 팽창을 하는 원리이다.
도 2에 도시된 바와 같이 고분자 유전체는 정전기력(Electrostatic Force)을 이용한 구동기와 유사하며, 일종의 전기장에 의해서 유도된 변형 현상으로 볼 수 있다(Maxwell Stress). 그래서 간단한 정전기력에 의한 변형 모델을 바탕으로 유효변형압력을 유도하게 되면 아래의 수학식 1을 얻을 수 있다.
εr과 εo는 각각 상대 유전율과, 대기중에서 유전체의 절대 유전율을 나타내며, σ는 두께방향의 스트레스, V와 t는 각각 가해준 전압과, 두께를 나타낸다. 따라서, 수학식 1에 의하면 고분자 유전체의 스트레스에 가해진 전압의 제곱에 비례한다는 것을 알 수 있다.
고분자 유전체는 비압축성이기 때문에 전압을 가했을 경우, 두께 방향으로 수축이 발생하면서 면적 방향으로 팽창이 된다. 압축력에 의한 최종 두께 t는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
여기에서 δz는 수직 방향 변형률이며, to는 초기 두께이다. 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 δz에 의한 z방향의 변형률로 정리하면 다음과 같다.
여기에서 Y는 재료의 인장 강도, δz는 수직 방향 변형률이다. 수학식 3에서 우변은 전압에 따른 상수항이므로, 수학식 3은 δZ에 대한 3차 방정식으로 나타내면 다음과 같다.
고분자 유전체의 수평 방향의 변형률 δr은 다음과 같이 계산할 수 있다.
δr은 수학식 5와 같이 구할 수 있으나 급수 전개를 통하여 근사치를 구해보면 다음과 같다.
이와 같은 과정을 통하여 고분자 유전체의 수직, 수평 방향에 대한 변형량을 모두 구할 수 있다.
이러한 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀의 동작을 도 3a 내지 3c를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
고분자 유전체 점자 출력 셀은 두 장의 고분자 유전체 필름을 겹쳐 놓은 구조의 구동기이며, 각각의 필름은 양면에 유연한 탄소 전극 A, B가 도포 되어 있다.
도 3a는 고분자 유전체 필름 위에 유연한 전극(탄소 전극) A, B를 도포한 초기 상태이고, 전극 A와 전극 B는 한 장의 실리콘 양면에 도포되어 있다. 다시 말해 바깥쪽은 전극 A이며, 안쪽은 전극 B이다. 도 3b에 나타낸 것과 같이 전극 A에 양(+)의 전압을 가하고, 전극 B에 음(-)의 전압을 가하게 되면, 전극 A가 있는 고분자 유전체는 팽창하게 되고, 전극 A가 입혀져 있는 쪽으로 이동된다. 이 때 선장력(Pretension)에 의한 효과가 나타나게 된다. 두 장의 실리콘 필름 사이에 선장력 볼(Pretensioning Ball), 즉 볼 베어링을 넣었기 때문에 두 장의 필름은 모두 늘어난 상태이다.
그래서 언제라도 이러한 균형이 깨지면 원래대로 돌아갈려는 상태에 있다. 도 3b와 같이 전극 A가 칠해져 있는 필름이 팽창하게 되면 다른 필름도 같이 변형되게 되며, 이 때 원래대로 돌아갈려는 힘에 의하여 더 큰 변위를 얻을 수 있게 된다. 즉 전압에 의한 팽창력과 실리콘 필름 자체 내의 복원력으로 인하여 더 큰 힘과 변위를 얻게 되는 것이다.
또한 상대적인 움직임을 얻기 위해서는 도 3c에 나타낸 것과 같이 전극 A의 부분에 음(-)의 전압(혹은 전극 B에 걸리는 것과 동일한 전압)을 인가하게 되면 처음 상태로 돌아가게 된다.
따라서 이러한 높낮이의 변화를 통하여 정보를 전달 할 수 있는 원리이다.
그러나 이러한 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀은 선장력을 이용한 볼 베어링의 이동량이 적기 때문에 확실한 촉감을 제공할 수 없어 많은 피로감을 주고, 또한 볼 베어링의 선장력을 이용하기 때문에 어느 정도 볼 베어링의 한계 크기로 인하여 부피를 줄일 수 있는 한계가 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄소 전극과 박층 유전체 필름을 수회 적층하여 형성한 유전체 필름을 홀 사이에 삽입 고정, 즉 외곽을 고정시킨 다음에 유전체 필름의 탄소 전극에 고전압을 가하여 유전체 필름의 중심부가 원형 돌출되도록 함으로써 선장력 볼이 없어도 유전체 필름만으로 자극 핀을 상하로 이동시킬 수 있도록 하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 특징은, 선장력을 제공하는 볼 베어링을 사용하지 않고, 유전체 필름 자체를 이용하기 때문에 홀의 크기 조절이 가능함으로써 점자 출력 셀의 크기를 소형화시킬 수 있도록 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
장방형으로 형성되고, n개 홀이 삼각형으로 형성되는 제 1하부 프레임과,
상기 제 1하부 프레임과 동일 크기로 형성되는 제 1실리콘 층과,
상기 제 1하부 프레임과 대응 위치에 홀이 형성되고, 홀 내부에 유전체 필름이 고정 설치되는 하부 전극판과,
상기 제 1실리콘 층과 상기 하부 전극판 사이에 상기 제 1하부 프레임의 홀의 개수와 동일 개수가 삽입되고, 상기 제 1실리콘 층에 의해 고정되는 제 1방향성 볼 베어링과,
상기 제 1하부 프레임과 동일 형태로 형성되는 제 1상부 프레임과,
n개 홀이 삼각형으로 형성되고, n개의 홀이 역삼각형으로 형성되데, 역삼각형으로 형성된 홀의 크기가 더 크게 형성되는 제 2하부 프레임과,
상기 제 1상부 프레임의 홀과 대응 위치에 핀 관통용 홀이 형성되는 제 2실리콘 층과,
상기 제 2하부 프레임과 대응 위치에 홀이 형성되고, 홀 내부에 유전체 필름이 고정 설치되는 상부 전극판과,
상기 제 2유전체 필름과 상기 상부 전극판 사이에 상기 제 2하부 프레임의 n개의 역삼각형으로 형성된 홀의 개수와 동일 개수가 삽입되고, 상기 제 2실리콘 층에 의해 고정되는 제 2방향성 볼 베어링과,
n×m 형태의 배열로 홀이 형성되는 제 2상부 프레임과,
상기 제 2상부 프레임의 각 홀에서 돌출 형성되도록 일단이 상기 제 2상부 프레임의 홀을 관통하여 상기 상부 전극판의 유전체 필름 상단과, 상기 제 2상부 프레임의 홀과 상기 제 2실리콘 층과 제 2하부 프레임 및 제 1상부 프레임의 홀을 각각 관통하여 상기 하부 전극판의 유전체 필름 상단에 부착되며, 상기 제 1방향성 볼 베어링 및 제 2방향성 볼 베어링에 의해 상방향으로만 이동되는 복수의 자극 핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서 상기 상, 하부 전극판의 홀에 고정된 유전체 필름은,
박층의 유전체 필름 위에 탄소 전극을 순차적으로 n회 적층하여 형성시키는 것을 특징으로 한다.
여기에서 또한 상기 유전체 필름은,
상기 상, 하부 전극판의 홀 내주면에 고정 가능하도록 링 형태로 형성된 고정용 프레임에 의해 고정 설치되며, 상기 고분자 유전체에 초기 변형을 줌으로써 성능의 향상 뿐만 아니라 상기 제 1방향성 볼 베어링 및 제 2방향성 볼 베어링과 동일하게 구동시 변형된 방향으로 변위를 유도하기 위하여 탄성체의 직경을 고정용 프레임 및 홀의 내경보다 크게 구성한 것을 특징으로 한다.
여기에서 또 상기 탄소 전극은,
복수의 +전극과 -전극을 가지며, 각각의 동일 전극은 상호 인접하도록 적층되고, 서로 엇갈리는 패턴 형태로 형성되며, 상기 고분자 유전체의 필름의 상면 및 하면에 전극 보호 코팅을 한다.
여기에서 또 상기 제 1상, 하부 프레임과, 상기 제 2상, 하부 프레임과, 상기 상, 하부 전극판은,
각각 비아홀이 구비되며, 상기 비아홀에 의해 전기적으로 결선되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징은,
상기 점자 출력 셀을 구비하는 촉감 디스플레이 장치에 있어서,
사용 전원을 시스템에 필요한 전압으로 가변시켜 각각의 회로에 공급하는 전압 공급회로와,
외부의 컴퓨터로부터 데이터를 전송받는 USB 드라이버와,
상기 USB 드라이버로부터 전송되는 데이터를 이용하여 복수의 상기 점자 출력 셀을 도트 매트릭스 방식으로 제어하도록 제어 신호를 n채널로 출력하는 마이크로 컴퓨터와,
상기 마이크로 컴퓨터의 각 채널로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경하는 D/A 컨버터와,
각각의 상기 D/A 컨버터의 신호를 증폭시켜 출력하는 OP 앰프와,
각각의 상기 OP 앰프로부터 출력되는 증폭 신호를 광 신호로 변경하여 전달하는 포토 커플러와,
각각의 상기 포토 커플러로부터 출력되는 신호에 의해 동작되어 상기 전압 공급회로로부터 출력되는 고전압을 상기 복수의 점자 출력 셀로 공급하는 고속 스위칭용 고전압 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀의 구성을 도 4 및 도 5a 및 도 5b를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀의 구성을 나타낸 분해 사시도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4중 상(하)부 전극판의 부분 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀(100)은, 제 1하부 프레임(110)과, 제 1실리콘 층(120)과, 하부 전극판(130)과, 제 1방향성 볼 베어링(140)과, 제 1상부 프레임(150)과, 제 2하부 프레임(160)과, 제 2실리콘 층(170)과, 상부 전극판(180)과, 제 2방향성 볼 베어링(190)과, 제 2상부 프레임(200) 및 자극 핀(210)으로 구성된다.
제 1하부 프레임(110)은 5.6×8㎜의 직사각형의 플라스틱 재질로 형성되고, 3개 홀(111)이 삼각형으로 형성된다. 홀은 2.5㎜의 지름을 가진다.
제 1실리콘 층(120)은 하기에서 설명할 제 1방향성 볼 베어링(140)을 고정시키도록 제 1하부 프레임(110)과 동일 크기로 형성된다.
하부 전극판(130)은 플라스틱 재질로 형성되고, 제 1하부 프레임(110)과 대응 위치에 홀(131)이 형성되고, 각 홀(131)에 하부 유전체 필름(133)이 고정된다. 여기에서 하부 유전체 필름(133)은 도 5a에 도시된 바와 같이 박층의 유전체 필름 위에 탄소 전극(도시생략)을 순차적으로 n회 적층하여 형성시키며, 하부 전극판(130)의 홀(131) 내주면에 고정 가능하도록 링 형태로 형성된 고정용 프레임(135)에 의해 고정 설치된다. 여기에서 또한 각각의 하부 유전체 필름(133)은 패턴으로 통해 전기적으로 연결된다. 여기에서 또 탄소 전극은 복수의 +전극과 -전극을 가지며, 각각의 동일 전극은 상호 인접하도록 적층되고, 서로 엇갈리는 패턴 형태로 형성된다. 한편 도 4에 나타난 하부 유전체 필름(133)은 홀(131)의 내주면에 결합된 상태가 아닌 돌출된 형태로 형성되었는데 이는 탄성체(133)의 직경(d)을 고정용 프레임(135) 및 홀(131)의 내경(df)보다 크게 구성하여 하부 유전체 필름(133)의 면적을 넓히고, 효과를 향상시키기 위한 변형된 실시 형태로, "凸"의 역상 형태로 형성되어 돌출부가 홀(131)의 내주면에 결합된 형태이다.
제 1방향성 볼 베어링(140)은 플라스틱 재질로 형성되고, 제 1실리콘 층(120)과 하부 전극판(130) 사이에 3개가 삽입된다. 여기에서 제 1방향성 볼 베어링(140)은 하기에서 설명할 자극 핀(210)이 하방향으로 이동하는 것을 막고, 현재 위치를 중심으로 상방향으로만 이동할 수 있는 방향성을 제공하는 것으로, 종래의 선장력을 제공하는 볼 베어링(15)과는 다른 효과를 가진다. 또한 종래의 볼 베어링(15)보다 상대적으로 적은 크기로 형성할 수 있다.
제 1상부 프레임(150)은 제 1하부 프레임(110)과 동일 형태, 즉 3개 홀(151)이 삼각형으로 형성되고, 동일 재질로 형성된다.
제 2하부 프레임(160)은 3개 홀(161)이 삼각형으로 형성되고, 3개의 홀(163)이 역삼각형으로 형성되데, 역삼각형으로 형성된 3개의 홀(163)의 크기가 더 크게 형성된다. 여기에서 3개 역삼각형으로 형성된 홀(163)의 크기는 제 1하부 프레임(110)에 형성된 홀(111)과 동일한 크기(2.5㎜)이며, 또한 3개의 삼각형의 홀(161)은 종래의 점자 출력 셀의 하부 프레임(11)에 형성된 3×2 배열의 홀(11-1)(1.6㎜)보다 작은 지름(1.3㎜)으로 형성된다.
제 2실리콘 층(170)은 하기에서 설명할 제 2방향성 볼 베어링(190)을 고정시키도록 제 2하부 프레임(160)과 동일 크기로 형성되고, 제 1상부 프레임(150)의 홀(151)과 대응 위치에 핀 관통용 홀(171)이 형성된다.
상부 전극판(180)은 플라스틱 재질로 형성되고, 제 2하부 프레임(160)과 대응 위치에 홀(181)이 형성되고, 각 홀(181)에 상부 유전체 필름(183)이 고정된다. 여기에서 상부 유전체 필름(183)은 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이 박층의 유전체 필름 위에 탄소 전극(도시생략)을 순차적으로 n회 적층하여 형성시키며, 상부 전극판(180)의 홀(181) 내주면에 고정 가능하도록 링 형태로 형성된 고정용 프레임(185)에 의해 고정 설치된다. 여기에서 또한 각각의 상부 유전체 필름(183)은 패턴으로 통해 전기적으로 연결된다. 여기에서 또 탄소 전극은 복수의 +전극과 -전극을 가지며, 각각의 동일 전극은 상호 인접하도록 적층되고, 서로 엇갈리는 패턴 형태로 형성된다. 한편 도 4에 나타난 상부 유전체 필름(183)은 홀(181)의 내주면에 결합된 상태가 아닌 돌출된 형태로 형성되었는데 이는 탄성체(183)의 직경(d)을 고정용 프레임(185) 및 홀의 내경(df)(181)보다 크게 구성하여 상부 유전체 필름(183)의 면적을 넓히고, 효과를 향상시키기 위한 변형된 실시 형태로, "凸"의 역상 형태로 형성되어 돌출부가 홀(181)의 내주면에 결합된 형태이다.
제 2방향성 볼 베어링(190)은 플라스틱 재질로 형성되고, 제 2실리콘 층(170)과 상부 전극판(180) 사이에 3개가 삽입된다. 여기에서 제 2방향성 볼 베어링(190)은 하기에서 설명할 자극 핀(210)이 하방향으로 이동하는 것을 막고, 현재 위치를 중심으로 상방향으로만 이동할 수 있는 방향성을 제공하는 것으로, 종래의 선장력을 제공하는 볼 베어링과는 다른 효과를 가진다. 또한 종래의 볼 베어링보다 상대적으로 적은 크기로 형성할 수 있다.
제 2상부 프레임(200)은 3×2 형태의 배열로 홀(201)이 형성되데, 제 2하부 프레임(160)의 삼각형의 홀(161)보다 조금 넓은 지름(1.5㎜)으로 갖는다.
자극 핀(210)은 제 2상부 프레임(200)의 각 홀(201)에서 돌출 형성되도록 일단이 제 2상부 프레임(200)의 홀(201)을 관통하여 상부 전극판(180)의 상부 유전체 필름(183)에 3개가 부착되고, 나머지 3개는 제 2상부 프레임(200)의 홀(201)을 관통하여 상부 전극판(180)의 홀(131)과, 제 2실리콘 층(170)과, 제 2하부 프레임(160)의 홀(161) 및 제 1상부 프레임(150)의 홀(151)을 각각 관통하여 하부 전극판(130)의 하부 유전체 필름(133)에 부착된다. 여기에서 자극 핀(210)은 상부 전극판(180)에 3개가 부착되는 것보다 하부 전극판(130)에 부착되는 것이 더 길게 형성되고, 각각 부착된 상태에서 제 2상부 프레임(200)의 홀(201)에 돌출된 길이는 동일하다.
그리고 제 1상, 하부 프레임(150, 110)과, 제 2상, 하부 프레임(200, 160)과, 상, 하부 전극판(130, 180)은, 각각 비아홀(도시 생략)이 구비되며, 비아홀에 의해 전기적으로 결선된다.
또 제 1하부 프레임(110)과, 제 1실리콘 층(120)과, 하부 전극판(130)과, 제 1방향성 볼 베어링(140)과, 제 1상부 프레임(150)과, 제 2하부 프레임(160)과, 제 2실리콘 층(170)과, 상부 전극판(180)과, 제 2방향성 볼 베어링(190)과, 제 2상부 프레임(200)은 순차적으로 압착되어 하나의 기판 형태로 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀의 동작을 도 4 및 도 5a 및 5b를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀은 선장력이 없는 상태에서도 큰 변위와 출력을 얻을 수 있는 구동 방식이다.
도 5를 참조하면, 하부 전극판(130)의 하부 유전체 필름(133)과, 상부 전극판(180)의 상부 유전체 필름(183)은 각각 홀(131, 181)에 외곽이 접착 고정되어 있다.
상, 하부 유전체 필름(183, 133)의 외곽을 고정시킬 경우 전기장의 인가에 의하여 필름이 확장을 하게 된다. 이때 고분자 유전체는 비압축성 재료이며, 외곽이 고정되어 있으므로 필름의 변형은 필름의 중심부의 원형 돌출로 나타나게 된다.
이러한 것은 아래의 수학식 7에 의해 다음과 같이 유도할 수 있다.
상기의 수학식 7로부터 변형율 δa에 대한 곡률 반경r과 δ의 변화를 구할 수 있다. 이때 sin(θ/2)를 급수 전개하면 아래의 수학식 8과 같다.
수학식 8에서 구한 sin값을 수학식 1에 대입하여 θ값을 구하면 다음과 같은 수학식 9를 얻을 수 있다.
이때 수학식 4와 수학식 5를 이용하여 δa를 구할 수 있으며, 이때의 값을 수학식 9에 대입하여 θ값을 구할 수 있다. 또한 수학식 7에서 곡률 반경 r은 다음과 같이 표현된다.
따라서 얻고자 하는 h는 다음과 같은 식을 통하여 계산된다.
전체 영역의 변형률로 환산하면 다음과 같다.
δa는 구동기 변형률, δi는 초기 조건에 의한 초기 변형률로 다음과 같이 나타낸다.
δr은 전압이 가해진 부분의 수평 변형률로 수학식 4, 5를 이용하여 얻어진다. 이렇게 구해진 해를 통하여 수직 방향 변위 h를 구할 수 있다.
한편, 제 1하부 프레임(110)과, 제 1실리콘 층(120)과, 하부 전극판(130)과, 제 1방향성 볼 베어링(140)과, 제 1상부 프레임(150)과, 제 2하부 프레임(160)과, 제 2실리콘 층(170)과, 상부 전극판(180)과, 제 2방향성 볼 베어링(190)과, 제 2상부 프레임(200)과, 자극 핀(210)이 적층 결합된 상태에서 상, 하부 유전체 필름(183, 133)에 전압을 가하면 이의 돌출과, 제 1, 2방향성 볼 베어링(140, 190)의 지지로 인해 자극 핀(210)이 현재 위치에서 상방향만으로 이동된다.
따라서 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀(100)은 탄소 전극과 유전체를 수회 적층시켜 형성된 유전체 필름만을 이용하여 선장력이 없는 상태에서도 자극 핀(210)을 큰 변위로 이동시킬 수 있다.
또한, 제 1하부 프레임(110)과, 제 1상부 프레임(150) 및 제 2하부 프레임(160)에 각각 형성된 홀이 서로 엇갈리는 형태로 형성된 상태로 적층시키면 그 홀간의 간격이 종래보다 작게 형성됨으로써 셀(100)의 면적을 소형화시킬 수 있고, 또 제 1, 2방향성 볼 베어링(140, 190)의 크기가 종래보다 상대적으로 작아지기 때문에 홀의 크기가 작아지기 때문에 셀(100)의 면적을 더욱 더 소형화시킬 수 있다.
이하 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀을 이용한 촉감 디스플레이 장치의 구성을 도 6을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀을 이용한 촉감 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀을 이용한 촉감 디스플레이 장치(400)는, 점자 출력 셀(410)과, 전압 공급회로(420)와, USB 드라이버(430)와, 마이크로 컴퓨터(440)와, D/A 컨버터(450)와, OP 앰프(460)와, 포토 커플러(470) 및 고속 스위칭용 고전압 릴레이(480)로 구성된다.
점자 출력 셀(410)은 상기에서 설명한 바와 같이 공통 -전극과, +전극(도시 생략)이 형성된다.
전압 공급회로(420)는 사용 전원을 시스템에 필요한 전압(수십 볼트~수만 볼트)으로 가변시켜 각각의 회로에 공급한다.
USB 드라이버(430)는 외부의 컴퓨터(도시 생략)로부터 데이터를 전송받는다.
마이크로 컴퓨터(440)는 내부에 각종 프로그램과 데이터가 저장되고, 또한 USB 드라이버(430)로부터 전송되는 데이터를 이용하여 복수의 점자 출력 셀(410)을 도트 매트릭스 방식으로 제어하도록 제어 신호를 n채널로 출력한다.
D/A 컨버터(450)는 마이크로 컴퓨터(440)의 각 채널로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경한다.
OP 앰프(460)는 각각의 D/A 컨버터(450)의 신호를 증폭시켜 출력한다.
포토 커플러(470)는 각각의 OP 앰프(460)로부터 출력되는 증폭 신호를 광 신호로 변경, 즉 회로를 전기적으로 분리시키고, USB 통신 방식에서 발생되는 노이즈를 제거한다.
고속 스위칭용 고전압 릴레이(480)는 각각의 포토 커플러(470)로부터 출력되는 신호에 의해 동작되어 전압 공급회로(420)로부터 출력되는 고전압을 각각의 점자 출력 셀(410)의 +전극과, 공통 -전극으로 공급한다.
이하, 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀을 이용한 촉감 디스플레이 장치의 동작을 도 7a 및 도 7b를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 7a는 본 발명이 적용된 도트 매트릭스 방식을 설명하기 위한 설명도이고, 도 7b는 도트 매트릭스 방식에 따른 타이밍을 나타낸 타이밍도이다.
먼저 다수의 점자 출력 셀(410)을 독립적으로 제어하기 위해서는 마이크로 컴퓨터(440) 자체의 다수의 입출력 포트가 요구되며, 그에 따른 하드웨어의 부담은 증가한다. 이러한 문제를 보완, 효과적인 제어를 하기 위해 본 발명에서는 도트 매트릭스(Dot Matrix) 방식을 이용하였다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여 이를 설명하면, 데이터 0, 1, 2, 3은 순차적으로 "High"가 되는 데이터 라인이며, 데이터 4, 5, 6, 7은 실제 나타내려는 데이터, 즉 스캔 라인이라고 할 수 있다. 그림 7b에서 볼 수 있듯이 데이터 라인은 규칙적으로 변화하지만 스캔 라인은 임의로 사용자가 요구하는 출력값을 나타냄으로써 연결된 고속 스위칭용 고전압 릴레이를 구동시킨다.
데이터 라인의 0번이 "High"가 되는 순간 스캔 라인 6, 7이 "High"가 되어 실질적으로 스캔 라인 6, 7에 연결된 점자 출력 셀이 활성화된다. 다음으로 데이터 라인의 1번이 "High"가 되고, 스캔 라인의 7번이 "High"가 되면 7번 라인에 연결된 점자 출력 셀이 활성화되며, 다음으로 데이터 라인 3으로 넘어가게 된다. 이런 순서로 계속 반복되면서 데이터 라인과 스캔 라인을 통하여 다수의 점자 출력 셀(310)을 제어하게 된다. 이와 같은 매트릭스 방식을 적용함으로써 최소의 입력 데이터를 이용하여 다수의 점자 출력 셀(410)을 보다 효율적으로 제어할 수 있었다.
한편 고분자 유전체는 회로상 커패시터 성분의 특징을 가지고 있다. 유전체 자체에 전원을 인가시 전원이 충전되어 단순히 전원을 제거한다 하여도 어느 시간동안은 그 잔류 전하가 남아있게 된다. 따라서 구동 주파수 증가시 축전된 전하가 미처 방전하지 못해 변위가 감소하는 현상이 발생한다. 그래서 본 발명에서는 고전압 릴레이(480)와 전원 노이즈 방지를 위하여 포토 커플러(470)를 사용한다. 고전압 릴레이(480)는 두 개가 한쌍을 이루며, 하나의 점자 출력 셀(410)에 설치된다.
상기와 같이 구성된 상태에서 외부의 컴퓨터와 USB 드라이버(430)를 케이블로 연결한 상태에서 디스플레이하고자 하는 정보를 전달하면 마이크로 컴퓨터(440)는 내부 프로그램을 동작시켜 해당 정보가 점자 출력 셀(410)에서 디스플레이되도록 상기에서 설명한 도트 매트릭스 방식의 제어 신호를 출력한다.
그러면 이 제어 신호는 D/A 컨버터(450)에서 아날로그 신호로 컨버팅되고, OP 앰프(460)에서 증폭되어 포토 커플러(470)로 전달된다.
그러면 포토 커플러(470)는 고속 스위칭용 고전압 릴레이(480)를 온/오프시켜 이와 연결된 점자 출력 셀(410)의 상, 하부 유전체 필름에 형성된 탄소 전극에 전압을 인가한다.
이로 인해 상, 하부 유전체 필름의 중앙부가 돌출되어 이와 본딩 접합된 점자 출력 셀(410)의 자극 핀이 상, 하로 이동하면서 점자 정보를 디스플레이한다.
《재료의 성능 실험》
실험은 본 발명에 따라 개발된 3×2 촉감 디스플레이 장치에 사용되는 직경 2㎜ 점자 출력 셀을 사용한다.
점자 출력 셀에 이용되는 유전체 재료는 다양하며, 이들 중에 변위, 힘, 응답 특성을 고려하여 최적의 성능을 갖는 재료를 선정하는 것은 매우 중요하다. 실험에서 사용된 재료는 Nusil(CF 19-2186), ShinEtsu(KE-44K), Dow Corning(Sylgard)를 사용하여 실험하였다. 재료는 표 2에서와 같은 조건에서 제작하여 실험을 하였으며, 도 8은 인가 전압에 따른 변위를 나타내고 있다. 표 2로부터 각각의 재료는 인가되는 전압의 변화에 따라 미세한 변위의 차이를 확인할 수 있다.
《시각 장애인 대상 실험 결과》
본 발명에 따라 제작된 3×2 촉감 디스플레이 장치를 실제 시각 장애인에게 테스트하기 위하여 한국 시각 장애인 연합회에서 근무하고 있는 8명을 대상으로 실험하였다. 실험에 참여한 시각 장애인은 다음과 같다.
-성별 : 남자 7명, 여자 1명
-평균 나이 : 32.6세
-구별 : 전맹 7명, 약시 1명
3×2 촉감 디스플레이 장치를 3가지 주파수 변화(15, 30, 45, 60Hz)에 따라서 다음과 같이 두 가지 인식률을 측정하는 방법으로 수행하였다.
-점자를 나타내는 점을 정확히 인식하는 인식률(Hit Recognition Rate)
-정확히 인식한 점을 조합하여 숫자로 인식할 수 있는 인식률(Number Recognition Rate)
도 9는 점을 정확히 인식하고 있는가에 대한 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 도 9의 그래프에서 볼 수 있듯이 점에 대한 인식률은 60%이상의 결과를 확인할 수 있다. 도 10은 점으로 표시된 숫자를 정확히 인식하고 있는가에 대한 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 도 10의 그래프에서 볼 수 있듯이 숫자에 대한 인식률은 40% 이상의 결과를 확인할 수 있다.
이와 같은 촉감 디스플레이 장치는 미리 경험해 보지 못한 상태에서 점에 대한 인식률 60%와 숫자에 대한 인식률 40%라는 기대 이상의 높은 수치를 얻을 수 있었으며, 개발된 촉감 디스플레이 장치가 실용화 가능성을 충분히 보여주었다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한 촉감 디스플레이 장치에 의하면, 탄소 전극과 박층 유전체 필름을 다수회 적층하여 형성한 유전체 필름을 홀 사이에 삽입 고정, 즉 외곽을 고정시킨 다음에 유전체 필름의 탄소 전극에 고전압을 가하여 유전체 필름의 중심부가 원형 돌출되도록 함으로써 선장력 볼이 없어도 유전체 필름만으로 자극 핀을 상하로 이동시킬 수 있고, 또한 선장력 볼을 사용하지 않고, 유전체 필름 자체를 이용하기 때문에 홀의 크기 조절이 가능함으로써 점자 출력 셀의 크기를 소형화시킬 수 있다.
도 1은 종래의 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀의 구성을 나타낸 분해 사시도
도 2는 일반적인 고분자 유전체의 구동 원리를 나타낸 설명도
도 3a 및 도 3c는 종래의 점자 출력 셀의 구동 원리를 나타낸 설명도
도 4는 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀의 구성을 나타낸 분해 사시도
도 5a 및 도 5b는 도 4중 상(하)부 전극판의 부분 단면을 나타낸 단면도
도 6은 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀를 이용한 촉감 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도
도 7a는 본 발명이 적용된 도트 매트릭스 방식을 설명하기 위한 설명도
도 7b는 도트 매트릭스 방식에 따른 타이밍을 나타낸 타이밍도
도 8은 인가 전압에 따른 변위를 나타낸 그래프
도 9는 점을 정확히 인식하고 있는가에 대한 실험 결과를 나타낸 그래프
도 10은 점으로 표시된 숫자를 정확히 인식하고 있는가에 대한 실험 결과를 나타낸 그래프
도 11은 도 4 및 도 5a와 도 5b의 액츄에이터를 사용하여 제작된 본 발명의 실제 모습과 사람의 손가락을 올렸을 때의 모습을 촬영한 사진
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 점자 출력 셀 110 : 제 1하부 프레임
120 : 제 1실리콘 층 130 : 하부 전극판
133 : 하부 유전체 필름 140 : 제 1방향성 볼 베어링
150 : 제 1상부 프레임 160 : 제 2하부 프레임
170 : 제 2실리콘 층 180 : 상부 전극판
183 : 상부 유전체 필름 190 : 제 2방향성 볼 베어링
200 : 제 2상부 프레임 210 : 자극 핀

Claims (6)

  1. 장방형으로 형성되고, n개 홀이 삼각형으로 형성되는 제 1하부 프레임과,
    상기 제 1하부 프레임과 동일 크기로 형성되는 제 1실리콘 층과,
    상기 제 1하부 프레임과 대응 위치에 홀이 형성되고, 홀 내부에 유전체 필름이 고정 설치되는 하부 전극판과,
    상기 제 1실리콘 층과 상기 하부 전극판 사이에 상기 제 1하부 프레임의 홀의 개수와 동일 개수가 삽입되고, 상기 제 1실리콘 층에 의해 고정되는 제 1방향성 볼 베어링과,
    상기 제 1하부 프레임과 동일 형태로 형성되는 제 1상부 프레임과,
    n개 홀이 삼각형으로 형성되고, n개의 홀이 역삼각형으로 형성되데, 역삼각형으로 형성된 홀의 크기가 더 크게 형성되는 제 2하부 프레임과,
    상기 제 1상부 프레임의 홀과 대응 위치에 핀 관통용 홀이 형성되는 제 2실리콘 층과,
    상기 제 2하부 프레임과 대응 위치에 홀이 형성되고, 홀 내부에 유전체 필름이 고정 설치되는 상부 전극판과,
    상기 제 2유전체 필름과 상기 상부 전극판 사이에 상기 제 2하부 프레임의 n개의 역삼각형으로 형성된 홀의 개수와 동일 개수가 삽입되고, 상기 제 2실리콘 층에 의해 고정되는 제 2방향성 볼 베어링과,
    n×m 형태의 배열로 홀이 형성되는 제 2상부 프레임과,
    상기 제 2상부 프레임의 각 홀에서 돌출 형성되도록 일단이 상기 제 2상부 프레임의 홀을 관통하여 상기 상부 전극판의 유전체 필름 상단과, 상기 제 2상부 프레임의 홀과 상기 제 2실리콘 층과 제 2하부 프레임 및 제 1상부 프레임의 홀을 각각 관통하여 상기 하부 전극판의 유전체 필름 상단에 부착되며, 상기 제 1방향성 볼 베어링 및 제 2방향성 볼 베어링에 의해 상방향으로만 이동되는 복수의 자극 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상, 하부 전극판의 홀에 고정된 유전체 필름은,
    박층의 유전체 필름 위에 탄소 전극을 순차적으로 n회 적층하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체 필름은,
    상기 상, 하부 전극판의 홀 내주면에 고정 가능하도록 링 형태로 형성된 고정용 프레임에 의해 고정 설치되며, 상기 고분자 유전체에 초기 변형을 줌으로써 성능의 향상 뿐만 아니라 상기 제 1방향성 볼 베어링 및 제 2방향성 볼 베어링과 동일하게 구동시 변형된 방향으로 변위를 유도하기 위하여 탄성체의 직경을 고정용 프레임 및 홀의 내경보다 크게 구성한 것을 특징으로 하는 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄소 전극은,
    복수의 +전극과 -전극을 가지며, 각각의 동일 전극은 상호 인접하도록 적층되고, 서로 엇갈리는 패턴 형태로 형성되며, 상기 고분자 유전체의 필름의 상면 및 하면에 전극 보호 코팅을 하는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1상, 하부 프레임과, 상기 제 2상, 하부 프레임과, 상기 상, 하부 전극판은,
    각각 비아홀이 구비되며, 상기 비아홀에 의해 전기적으로 결선되는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀.
  6. 상기 제 1 항의 점자 출력 셀을 구비하는 촉감 디스플레이 장치에 있어서,
    사용 전원을 시스템에 필요한 전압으로 가변시켜 각각의 회로에 공급하는 전압 공급회로와,
    외부의 컴퓨터로부터 데이터를 전송받는 USB 드라이버와,
    상기 USB 드라이버로부터 전송되는 데이터를 이용하여 복수의 상기 점자 출력 셀을 도트 매트릭스 방식으로 제어하도록 제어 신호를 n채널로 출력하는 마이크로 컴퓨터와,
    상기 마이크로 컴퓨터의 각 채널로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경하는 D/A 컨버터와,
    각각의 상기 D/A 컨버터의 신호를 증폭시켜 출력하는 OP 앰프와,
    각각의 상기 OP 앰프로부터 출력되는 증폭 신호를 광 신호로 변경하여 전달하는 포토 커플러와,
    각각의 상기 포토 커플러로부터 출력되는 신호에 의해 동작되어 상기 전압 공급회로로부터 출력되는 고전압을 상기 복수의 점자 출력 셀로 공급하는 고속 스위칭용 고전압 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀을 이용한 촉감 디스플레이 장치.
KR1020040021066A 2004-03-29 2004-03-29 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한촉감 디스플레이 장치 KR100560860B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040021066A KR100560860B1 (ko) 2004-03-29 2004-03-29 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한촉감 디스플레이 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040021066A KR100560860B1 (ko) 2004-03-29 2004-03-29 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한촉감 디스플레이 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050096219A true KR20050096219A (ko) 2005-10-05
KR100560860B1 KR100560860B1 (ko) 2006-03-14

Family

ID=37276326

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040021066A KR100560860B1 (ko) 2004-03-29 2004-03-29 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한촉감 디스플레이 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100560860B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100778761B1 (ko) * 2006-03-13 2007-11-27 한국과학기술원 유변유체를 이용한 영상의 형상정보 촉감전달장치 및 그방법
KR101032305B1 (ko) * 2008-12-23 2011-05-06 한국과학기술원 햅틱피드백 제공장치와 그 제어방법
US8212783B2 (en) 2006-12-05 2012-07-03 Electronics And Telecommunications Research Institute Tactile and visual display device
CN103268720A (zh) * 2013-04-27 2013-08-28 张居晓 电极式盲文点字显示器
KR20210084948A (ko) 2019-12-30 2021-07-08 부산대학교 산학협력단 오른손 법칙을 이용한 휴대용 전자식 점자 단말기

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100951836B1 (ko) 2008-08-12 2010-04-12 한국과학기술원 전기유변유체를 이용한 햅틱모듈, 그 제어방법 및 햅틱모듈을 갖는 햅틱 제공 장치
KR100968903B1 (ko) * 2008-11-24 2010-07-14 한국과학기술원 간격조절부를 구비한 햅틱피드백 제공장치 및 그 장치를 구비한 전자기기 및 그 장치를 이용한 햅틱피드백 제공방법
KR102647375B1 (ko) * 2016-11-29 2024-03-12 엘지디스플레이 주식회사 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치
KR20230122743A (ko) 2022-02-15 2023-08-22 창원대학교 산학협력단 점자 학습장치 및 이를 이용한 점자 학습방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100778761B1 (ko) * 2006-03-13 2007-11-27 한국과학기술원 유변유체를 이용한 영상의 형상정보 촉감전달장치 및 그방법
US8212783B2 (en) 2006-12-05 2012-07-03 Electronics And Telecommunications Research Institute Tactile and visual display device
KR101032305B1 (ko) * 2008-12-23 2011-05-06 한국과학기술원 햅틱피드백 제공장치와 그 제어방법
CN103268720A (zh) * 2013-04-27 2013-08-28 张居晓 电极式盲文点字显示器
KR20210084948A (ko) 2019-12-30 2021-07-08 부산대학교 산학협력단 오른손 법칙을 이용한 휴대용 전자식 점자 단말기

Also Published As

Publication number Publication date
KR100560860B1 (ko) 2006-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. A wearable soft haptic communicator based on dielectric elastomer actuators
US11996005B2 (en) Method of interactive reading for users of self-scrolling Braille
US6445284B1 (en) Electro-mechanical transducer suitable for tactile display and article conveyance
US6693516B1 (en) Electro-mechanical transducer suitable for tactile display and article conveyance
Chouvardas et al. Tactile displays: Overview and recent advances
Streque et al. New magnetic microactuator design based on PDMS elastomer and MEMS technologies for tactile display
US20150062018A1 (en) Wearable tactile display
KR100560860B1 (ko) 고분자 유전체를 이용한 점자 출력 셀 및 이를 이용한촉감 디스플레이 장치
Lee et al. Braille display device using soft actuator
Choi et al. Tactile display as a braille display for the visually disabled
Lee et al. A wearable textile-embedded dielectric elastomer actuator haptic display
Phung et al. Bidirectional tactile display driven by electrostatic dielectric elastomer actuator
Chouvardas et al. Tactile displays: a short overview and recent developments
US20180190151A1 (en) Display module for visually impaired persons, display system for visually impaired persons, and control method therefor
US20120295232A1 (en) Touch sense device for the visually impaired
Makino et al. Multi primitive tactile display based on suction pressure control
Lacôte et al. “Tap Stimulation”: An Alternative To Vibrations To Convey The Apparent Haptic Motion Illusion
Rahal et al. Continuous tactile perception for vibrotactile displays
Carpi et al. Opportunities of hydrostatically coupled dielectric elastomer actuators for haptic interfaces
Mansour et al. Design of a novel multi-modal tactile display device for biomedical applications
Goethals Tactile feedback for robot assisted minimally invasive surgery: an overview
Kyung et al. A novel interactive mouse system for holistic haptic display in a human-computer interface
Trase et al. Thin-film bidirectional transducers for haptic wearables
Başçiftçi et al. A third eye with human-computer interaction for the visually impaired
Kim et al. A new modular pin-array tactile device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120214

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130111

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee