피에조 터치 스위치: 젖은 손으로도 사용 가능한 초소형 압전 터치 센서의 가능성

터치 스위치는 스마트폰을 비롯한 다양한 기기에서 찾아볼 수 있습니다. 미적인 디자인에 도움이 되고, 사용하기 편리하며, 인기가 급속히 높아지고 있습니다. 하지만 물과 땀에 취약해 장갑을 착용한 상태에서는 거의 사용이 불가능합니다. 현재 TDK에서 개발 중인 PiezoTap™은 압전 기술을 기반으로 한 압전 스위치로 터치 스위치의 잠재력을 확장할 것으로 기대됩니다.

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터치 스위치(터치 센서라고도 함)는 사람이나 물체가 접촉하면 활성화되는 스위치(센서)를 의미합니다. 기계식 버튼을 대체할 수 있어 제품 디자인과 사용 편의성이 향상돼 주목받고 있다.

터치 스위치는 작동하는 데 단단한 힘이 필요하지 않으며 부드럽게 접촉하기만 하면 되기 때문에 조명, 자동문 및 엘리베이터에서 흔히 볼 수 있습니다. 특히 최근에는 화면의 터치에 반응하는 정전식 터치 스위치가 스마트폰과 태블릿에 널리 사용되기 시작했습니다. 정전식 터치 스위치는 손가락 끝과 감지 영역이 근접할 때 발생하는 정전용량 변화를 감지하여 작동합니다.

그러나 정전식 터치 스위치는 물과 땀에 취약하고 장갑과 함께 사용하려면 특수 전도성 장갑이 필요하다는 심각한 단점이 있습니다. 일반 장갑을 사용하면 손가락과 감지 영역 사이의 정전 용량 변화를 감지하기 어려워 스위치가 작동하지 않게 됩니다. 또한 물이나 땀이 있으면 불규칙한 반응이 발생할 수 있습니다. 소형 터치 스위치는 웨어러블 기기, 아웃도어 제품, 물 근처에서 사용하는 제품 등 다양한 분야에 활용될 것으로 예상되면서 이러한 애플리케이션에 대한 문제점을 해결해야 할 필요성이 커지고 있습니다.

TDK에서 개발 중인 소형의 고감도 압전 스위치인 PiezoTap™은 장갑과 젖은 상태에서 터치 스위치가 겪었던 문제를 해결합니다. PiezoTap은 정전 용량 방식이 아닌 압전 효과를 기반으로 제작된 초소형, 슬림형 피에조 스위치입니다. 장갑을 낀 상태나 젖은 환경에서도 사용이 가능하다. 압전효과를 이용해 압력을 감지하는 방식이다. 즉, 접촉으로 인한 힘에 의해 발생하는 미세한 기계적 응력을 압전소자를 이용해 전압으로 변환하는 방식이다. 밀봉된 장치의 인클로저 내부에 PiezoTap을 탑재함으로써 기존에 터치 스위치를 설치할 수 없었던 애플리케이션이 가능해지며 제품 디자인의 폭이 크게 확대됩니다.

PiezoTap은 또한 무게가 0.046g, 크기가 7 x 7 x 0.2mm에 불과한 초소형 슬림 디자인을 특징으로 하며 인클로저 재질에 관계없이 설치할 수 있습니다. 인클로저에 구멍을 뚫지 않고 장착할 수 있어 소형 터치 스위치가 필요한 제품의 설계 자유도가 크게 향상됩니다.

야외에서 자주 사용하는 TWS(진정한 무선 이어폰)를 비롯해 다양한 애플리케이션에 매우 적합할 것으로 예상된다. 스마트 안경, 스마트 시계 등의 웨어러블 기기; 냉장고, 조리기구, 세탁기, 전동칫솔, 욕실 리모컨 등 물 근처에서 사용되는 제품; 그리고 자동차 대시보드.

압전 효과를 이용한 PiezoTap™의 작동 원리

압전 방식과 정전 용량 방식의 비교 결과

● 맨손가락, 터치스크린 호환 장갑, 터치스크린 비호환 장갑이 건조하고 젖었을 때 오결과 발생 비교 ● 평가 기준 OK: 의도한 동작 성공 NG: 의도하지 않은 결과(예: 단일 탭이 길게 해석됨) 누르다)

PiezoTap은 현재 개발 중인 제품으로 2023년부터 대량 생산이 시작될 예정입니다. Piezo & Protection Devices Business Group의 PiezoTap 개발자 중 한 명인 Atsushi Tamura가 설명합니다. “피에조탭(PiezoTap)은 TWS, 스마트워치, 스마트글라스 등 웨어러블 기기의 소형화 및 방수는 물론 냉장고, 세탁기 등 가전제품의 디자인 개선에도 기여할 것으로 기대된다. 현재 우리의 초점은 소비자 제품에 있지만 다음 단계에서는 자동차 디스플레이와 계기판으로 사업을 확장할 계획입니다.”