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Nikkei X-TECH_2022.11.29

첨단기술 뉴스 플러스
유리창을 공중 촉각 디바이스로
imec, 디스플레이 위에 대면적 압전 소자를 제작

벨기에의 첨단 일렉트로닉스 연구기관 imec은 이탈리아 베네치아에서 개최된 초음파 관련 국제 심포지엄 ‘IEEE Ultrasonics Symposium’(22년 10월 10일~13일 개최)에서 평판 디스플레이(FPD) 가공 기술로 제작한 압전 마이크로 초음파 트랜스듀서(pMUT) 어레이를 발표했다.

FPD 가공 기술을 이용해 디스플레이상에 초음파 어레이를 제작함으로써 초음파에 의한 공중(空中) 촉각에서 새로운 유저 체험을 제공할 수 있다고 한다. 예를 들면, 유리창 전면에 pMUT 어레이를 제작해 근처에 있는 사람의 몸 전체에 촉각을 줄 수 있다. imec은 공중 촉각이나 생체 모니터링 등의 용도를 위해, 현재 500개의 디스플레이 업체와 협상을 벌이고 있다고 한다.

코로나19 확산으로 비접촉 인터페이스에 대한 요구가 높아지고 있다. 그러나 비접촉 인터페이스는 조작 시에 촉감이 없는 것이 사용하기 어려운 원인 중 하나로 지적되고 있다. 그래서 압전 소자가 발신하는 초음파를 통해 공중에서 손에 촉감을 주는 기술 등이 개발되고 있다.

압전 소자를 사용하는 시스템은 높은 압력을 줄 수 있는 점이 장점이다. 그러나 초음파 진동자의 주파수가 높기 때문에 공중에서의 흡수가 커서 수십 cm라는 짧은 거리에서만 사용할 수 있다. 또한 실리콘 가공 기술을 사용해 제작하면, 칩 위에 붙여야 하는 관계로 사이즈에 제약이 생긴다. 일반적으로는 사방 2cm 정도의 사이즈로만 제작할 수 있어, 공중 촉각을 실현할 수 있는 범위도 한정된다.

그래서 imec은 거리가 떨어져 있어도 압력이 높으면서 넓은 범위에서 공중 촉각을 구현할 수 있는 초음파 어레이를 개발했다. 포인트는 공중에서 흡수가 작은 저주파 진동을 발생함과 동시에 FPD 가공 기술을 사용함으로써 대면적으로 만들 수 있고 또한 높은 음압을 발생할 수 있다는 점에 있다.

-- 소자를 대구경화하여 저주파로 --
구체적으로는 유기 EL의 모듈 공정에서 일반적으로 사용되고 있는 에칭이나 디포지션 가공 기술을 이용함으로써 디스플레이 상에 압전 소자를 만든다. 최대 수십 cm의 압전 소자를 만들 수 있다고 한다. 또한 낮은 주파수에서도 충분히 작동하는 Si 트랜지스터인 TFT(Thin Film Transistor)를 매우 저렴하게 제조할 수 있는 것도 특징이다.

초음파 주파수는 pMUT의 크기에 의존하기 때문에 트랜스듀서의 직경을 크게 해서 저주파를 실현하였다. 그리고 초음파 어레이 압전 소자 재료를 기존의 PVDF(Polyvinylidene fluoride)에서 ScAlN(질화스칸듐 알루미늄)으로 변경했다. 이러한 아이디어를 통해 떨어진 장소에서도 기존과 같은 압력이 되도록 개선했다고 한다.

제작한 초음파 어레이는 저주파인 200kHz에서 피크 압력 1.5kPa를 달성했다. 이는 공중 촉각을 실현하기 위한 압력 레벨인 1kPa 이상이라는 지표를 충족한다고 한다.

-- 끝 --

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