KR100494984B1 - 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치 및방법 - Google Patents

Abstract

전자 제품의 디스플레이를 자동으로 온/오프 시키기 위하여, 전자 제품의 기능을 동작시키기 위한 입력 신호를 입력하기 위하여, 회로 패턴으로 된 다수의 작동키를 포함하는 제어 패널과, 상기 전자 제품의 기능 또는 동작 상태를 나타내기 위한 디스플레이부와, 상기 제어 패널과 접속되며, 펄스 신호를 발생시키기 위한 발진 회로와, 상기 제어 패널과 접속되며, 상기 제어 패널 내부의 캐패시턴스의 변화를 감지하기 위한 감지 회로 및 상기 제어 패널 및 상기 감지 회로와 접속되며, 상기 감지 회로의 출력 신호에 따라 상기 디스플레이를 동작시키는 마이콤을 포함하는 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치 및 방법이 제공된다.

Description

캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치 및 방법{AN APPARATUS AND METHOD TO CONTROL AUTOMATICALLY DISPLAY USING THE VARIATION OF CAPACITANCE}

본 발명은 자동 디스플레이 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디스플레이를 자동으로 on/off 시키기 위하여, 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 전자 제품중 디스플레이 오프(off) 기능이 있는 전자 제품은 별도의 디스플레이 온/오프(on/off) 버튼이 부착되어 있어서, 소비자가 이러한 디스플레이 온/오프 버튼을 수동으로 조작하였다.

상기와 같이, 수동으로 디스플레이 온/오프를 조작하는 제품에서 디스플레이 오프 모드를 설정한 경우에, 평상시에는 디스플레이 오프 상태가 유지되며, 디스플레이를 다시 온(on)시키기 위해서는 버튼을 눌러서 확인해야 했다.

또한, 디스플레이 오프 모드를 해지하기 위해서는 수동으로 기능을 설정해야 하며, 디스플레이 오프 모드가 설정된 경우, 소비자는 전자 제품이 고장난 것으로 오인할 경우도 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 평소에는 전자 제품의 디스플레이가 오프되었다가, 소비자가 전자 제품을 사용하기 위하여, 일정 거리 이내로 접근하면 캐패시턴스의 변화량을 감지하여 디스플레이를 온(on) 시키고, 일정 거리 이상으로 멀어지면 디스플레이를 오프(off)시킴으로써 불필요한 전력 손실을 방지하고, 전자 제품 디스플레이의 수명을 연장시키기 위한 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전자 제품의 기능을 동작시키기 위한 입력 신호를 입력하기 위하여, 회로 패턴으로 된 다수의 작동키를 포함하는 제어 패널과, 상기 전자 제품의 기능 또는 동작 상태를 나타내기 위한 디스플레이부와, 상기 제어 패널과 접속되며, 펄스 신호를 발생시키기 위한 발진 회로와, 상기 제어 패널과 접속되며, 상기 제어 패널 내부의 캐패시턴스의 변화를 감지하기 위한 감지 회로 및 상기 제어 패널 및 상기 감지 회로와 접속되며, 상기 감지 회로의 출력 신호에 따라 상기 디스플레이를 동작시키는 마이콤을 포함하는 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전자 제품의 기능을 동작시키기 위한 제어 패널의 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 기능을 개시하는 단계와, 상기 제어 패널의 캐패시턴스 변화를 감지하는 단계 및 소정 시간 동안 상기 캐패시턴스 변화가 감지되었는지를 판단하여, 상기 캐패시턴스 변화가 감지된 상태가 소정 시간을 경과하지 못한 경우에는 상기 캐패시턴스 변화를 감지하는 단계로 진행되며, 상기 캐패시턴스 변화가 감지된 상태가 소정 시간을 경과한 경우에는 디스플레이를 온(on)시키는 단계를 포함하는 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 방법이 제공된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1c를 참조하여, 본 발명의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.

상기 도 1a는 일반적인 캐패시터를 나타내며, 상기 도 1b는 프린징(fringing) 현상을 나타낸다.

상기 도 1a에 도시된 바와 같은 일반적인 캐패시터는 캐패시턴스를 높이기 위하여 얇은 판을 쓰고, 판 사이의 간격을 좁게한다. 따라서, 프린징을 무시해도 거의 정확한 캐패시턴스를 얻을 수 있다.

상기 도 1b에 도시된 바와 같은 구조는 우리가 사용하는 전자 제품의 제어 패널과 유사한 구조를 갖는다. 이와 같은 구조에서 자기장은 양쪽 판의 끝부분과 끝부분 사이에 형성되는데 이를 프린징(fringing)이라고 한다.

따라서, 상기 도 1a의 경우에는 절연체를 판과 판 사이에 넣어야 캐패시턴스가 증가하지만, 상기 도 1b의 경우에는 절연체를 판과 판 사이에 넣지 않고, 판 위쪽이나 판 아래쪽에 전기장이 형성된 곳으로 절연체가 접근하면 캐패시턴스가 증가하게 된다.

도 1c는 본 발명의 작동 원리를 나타내는 예시도이다.

전자 제품의 제어 패널을 단순히 기능적 신호를 전도하기 위한 판이 아니라, 하나의 공기중에 노출된 캐패시터로 생각할 수 있다. 그러면, 제어 패널의 일반키 부분과 작동키 부분 사이에는 캐패시턴스가 형성된다.

캐패시턴스는 다음의 식과 같다.

C = ε₀ε_rA/d

여기서, ε₀ 는 공기중 유전 상수, ε_r 는 절연체의 유전 상수, A는 판의 면적, 그리고 d는 판과 판 사이의 거리를 나타낸다.

상기 식을 전자 제품의 제어 패널에 적용시키면, 상기 제어 패널은 양면 인쇄 회로 기판(PCB)이므로, 일반키 부분과 작동키 부분은 회로 패턴으로 구성된다. 즉, PCB의 동판 위에 절연 물질이 코팅되어 있다. 여기서, 코팅된 절연 물질은 그에 따른 유전 상수 (ε_r)를 가지며, 상기 일반키 부분과 작동 키 부분 사이에 일부분이 위치하고 있기 때문에, 코팅을 하지 않은 경우(즉, 동판 사이에 절연체 없이 공기만이 존재할 때)보다는 제어 패널의 캐패시턴스가 증가하게 된다.

그러나, 상기 위의 공식은 평면 상태의 가정하에서 적용되어, 양쪽 판의 윗면들 사이에서 전기장이 형성되는 프린징 현상을 무시한 상태이므로, 실제 3차원 상태에서는 캐패시턴스의 계산식이 훨씬 복잡하게 되며, 주변 환경에 따른 캐패시턴의 변화가 심하게 된다. 그러나, 상기 제어 패널이 확실히 고정되어 있으면, 유전 상수를 갖는 물체(즉, 사람의 손가락)가 접근할 때와 접근하기 않을 때의 캐패시턴스는 변화하기 때문에, 이러한 캐패시턴스의 차이를 활용할 수 있게 된다.

도 2에는 본 발명에 따른 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치의 블록도가 도시된다. 상기 자동 디스플레이 제어 장치는 제어 패널(100), 발진 회로(200), 감지 회로(300), 마이콤(400) 및 디스플레이부(500)로 구성된다.

상기 제어 패널(100)은 전자 제품의 다양한 기능을 수행하기 위한 입력 신호를 입력하는 기능을 수행하며, 인쇄 회로 기판(PCB)상에 회로 패턴으로 된 다수의 작동키를 포함한다.

상기 발진 회로(200)는 상기 제어 패널의 다수의 작동키중 일반키 부분과 접속되며, 펄스 신호를 발생시키는 기능을 수행한다. 그리고, 상기 감지 회로(300)는 상기 제어 패널의 다수의 작동키중 상기 일반키 부분과 인접하고 있는 작동키 부분에 접속되며, 상기 일반키와 작동키 사이에 존재하는 캐패시턴스의 변화를 감지하는 기능을 수행한다.

상기 마이콤(400)은 상기 제어 패널에 입력된 입력 신호에 따라 전자 제품의 동작을 제어하며, 상기 감지 회로와 접속되어, 상기 감지 회로의 출력 신호에 따라 상기 디스플레이(500)를 동작시키는 기능을 수행한다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치의 회로 구성도가 도시된다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 발진 회로(200)는 다수의 저항(R14 - R23), 비교기(210) 및 트랜지스터(220)로 구성된다.

상기 비교기(210)의 (+) 입력단에는 전원(VDD)이 인가되며, (-)입력단은 캐패시터(C4)를 통하여 접지와 연결된다. 상기 비교기(210)의 출력단은 저항(R19, R20, R 21)을 통하여 트랜지스터(220)의 베이스와 연결되며, 상기 트랜지스터의 베이스에는 저항(R22)을 통하여 전원(VDD)이 인가된다. 그리고, 상기 트랜지스터의 에미터에도 전원(VDD)이 인가되며, 상기 트랜지스터의 컬렉터는 상기 전자 제품 제어 패널의 다수의 작동키중 일반키에 접속된다.

한편, 상기 감지 회로(300)는 다수의 저항(R1∼R13)과 비교기(230)로 구성되며, 상기 비교기(230)의 (-)입력단은 상기 발진 회로가 접속되어 있는 일반키에 인접하는 작동키에 접속된다.

상기 비교기(230)의 (+)입력단에는 저항(R4), 저항(R5∼R8) 및 캐패시터(C3)를 통하여 전원(VDD)이 인가된다.

한편, 상기 저항(R5∼R8)은 고정값을 가진 저항이거나, 또는 가변 저항일 수 있다. 만약, 상기 저항(R5∼R8)을 가변 저항으로 설치하면, 저항값을 변화시켜서 캐패시터 변화의 감도를 조절할 수 있게 된다.

그리고, 상기 비교기(230)의 출력단은 저항(R9∼R13)을 통하여 전원(VDD)이 인가되며, 상기 마이콤(400)의 입력 포트에 연결된다.

상기와 같은 회로 구성도를 갖는 자동 디스플레이 제어 장치의 동작을 살펴보면, 다음과 같다.

우선, 사용자가 전자 제품을 사용하지 않는 경우(즉, 사용자가 전자 제품의 제어 패널에 접근하지 않는 경우), 상기에서 살펴본 바와 같이, 제어 패널의 일반 키 부분은 발진 회로에 연결되어 있으며, 작동 키 부분은 접지에 연결된 저항과 함께 비교기(230)의 (-) 입력단에 연결되어 있으므로, 이 때에는 일반 키 부분과 작동 키 부분 사이에 형성된 캐패시턴스가 작기 때문에, 상기 제어 패널의 다수의 작동키는 캐패시터로서 역할을 수행하지 못하게 된다. 그러므로, 상기 비교기(230)의 (+) 입력단에 인가되는 고정 전압은 (R5∼R8/(R5∼R8 + R4))*VDD 가 된다. 여기서, R5∼R8 = 5.83㏀, R4 = 100㏀, VDD = 12V이면, 상기 고정 전압은 약 0.661V가 되므로, 상기 비교기(230)의 출력은 변화가 없는 상태를 항상 유지하게 된다.

한편, 사용자가 전자 제품을 사용하려고 접근하는 경우(즉, 사용자가 전자 제품의 제어 패널에 접근하는 경우), 사용자의 손가락이 상기 제어 패널의 키 부분에 1㎜ 내지 2㎜ 정도 간격으로 가까이 접근되었을 때는, 절연체가 상기 제어 패널의 일반 키 부분과 작동 키 부분 사이에 삽입되는 형태가 되어, 캐패시턴스가 증가하게 된다. 또한, 상기 키 부분에 형성된 캐패시턴스가 공기중으로 노출되어 있는 면적을 어느 정도 감소시킴으로써 방전되는 것이 방지하는 효과도 캐패시턴스를 높이는데 기여한다.

상기 발진 회로가 연결되어 있는 일반 키 부분에서 발진되는 각각의 펄스에 대한 방전 시간 상수 τ는 τ= RC이므로, C(캐패시턴스)값은 방전 시간에 대하여 비례하게 된다.

따라서, 사용자의 손(즉, 절연체)이 제어 패널에 가까이 가면 갈수록, 상기 제어 패널의 일반키 부분과 작동키 부분 사이의 캐패시턴스가 증가하므로, 캐패시턴스가 변화하게 된다. 이러한 캐패시터스 변화를 감지하여, 디스플레이가 온 또는 오프된다.

도 4a 내지 도 4d에는 전자 제품에 사용자가 접근할 때, 감지 회로 입력단의 파형 변화를 나타내는 도면이 도시된다.

상기 도 4a는 사용자의 손이 접근 초기의 펄스 상태를 나타내며, 발진 회로의 입력 펄스가 올라갈 때에는 상방으로, 내려갈때는 하방으로 파형이 발생하며, 폭의 증가보다는 높이의 증가율이 높게 된다.

상기 도 4b는 사용자의 손이 접근중이거나 가까이 접근한 후, 일정한 시간이 경과한 경우를 나타내며, 이와 같은 경우에는 + 측 높이의 증가는 일정 전압(최고 전압)에 도달하면 정지되고, - 측의 변화는 거의 없게 된다. 그리고, + 측 폭의 증가는 - 측 파형이 발생하는 곳에서 멈추게 되고, - 측은 그 반대가 되며, 파형의 전체적인 높이가 상승하게 된다.

상기 도 4c는 사용자의 손이 아주 가까이 접근한 경우를 나타내며, 이와 같은 경우에는, + 측 파형의 전체적인 높이만 증가하게 되며, 파형이 입력측과 거의 같아지게 된다.

상기 도 4d는 사용자의 손이 상기 제어 패널의 키 부분에 접촉한 경우를 나타내며, 이와 같은 경우에는 파형이 굴곡된다.

도 5a 내지 도 5d에는 전자 제품에 사용자가 접근할 때, 감지 회로 출력단의 파형 변화를 나타내는 도면이 도시된다.

상기 도 4a의 상태에서, 상기 감지 회로의 비교기의 출력단의 펄스는 상기 비교기의 (+) 입력단의 고정된 기준 전압(여기서는, 약 0.661V)을 넘는 범위에서만 로우(low)로 하강하게 된다.

상기 도 5a 내지 상기 도 5d는 상기 도 4a 내지 도 4d에 각각 대응되는 감지 회로 출력단의 파형이다. 이러한 출력 파형의 신호는 상기 마이콤으로 입력되며, 상기 마이콤에서는 상기 신호에 따라, 디스플레이를 제어하게 된다.

도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

우선, 전자 제품의 기능을 동작시키기 위한 제어 패널의 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 기능을 개시한다(610). 그리고 나서, 상기 제어 패널의 캐패시턴스 변화를 감지하게 된다(620). 사용자가 전자 제품을 사용하기 위하여, 사용자의 손이 상기 제어 패널에 접근하게 되면, 캐패시턴스가 증가하기 때문에, 캐패시턴스 변화를 감지할 수 있게 된다.

상기 제어 패널의 캐패시턴스 변화가 감지되었는지를 판단하여(630), 만약 캐패시턴스 변화가 감지되지 않은 경우에는 상기 620단계로 진행된다. 그리고, 만약 캐패시턴스 변화가 감지된 경우에는 이러한 캐패시턴스 변화가 소정 시간 동안 감지되었는지를 판단하게 된다(640).

판단 결과, 만약 상기 캐패시턴스 변화가 소정 시간 동안 감지되지 않은 경우에는 상기 620단계로 진행되며, 상기 캐패시턴스 변화가 소정 시간 동안 감지된 경우에는 디스플레이를 온(on)시킨다(650). 여기서, 소정 시간은 임의로 설정 가능하며, 바람직하게는 약 0.3초이다.

그리고 나서, 상기 제어 패널의 캐패시턴스 변화를 감지하여(660), 상기 제어 패널의 캐패시턴스 변화가 감지되었는지를 판단하게 된다(670). 판단한 결과, 상기 제어 패널의 캐패시턴스 변화가 감지된 경우에는 상기 650단계로 진행되어 디스플레이가 on되며, 만약 상기 제어 패널의 캐패시턴스 변화가 감지되지 않은 경우에는 이러한 상태가 소정 시간을 경과했는지를 판단한다(680).

판단한 결과, 상기 캐패시턴스 변화가 감지되지 않은 상태가 소정 시간을 경과하지 않은 경우에는 상기 650 단계로 진행되며, 그렇지 않고 소정 시간 동안 캐패시턴스 변화가 감지되지 않은 경우에는 디스플레이가 오프(off)(690)된다.

여기서, 소정 시간은 소정 시간은 임의로 설정 가능하며, 바람직하게는 약 0.3초이다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치 및 방법에 관한 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치 및 방법에 따르면, 사용자가 전자 제품을 사용할 경우에만 전자 제품의 디스플레이를 자동으로 온(on)시키며, 사용하지 않을 경우에는 자동으로 오프(off)시킴으로써 불필요한 전력 손실을 방지하고, 전자 제품 디스플레이의 수명이 연장되게 된다.

도 1a는 일반적인 캐패시터의 개략도.

도 1b는 프린징(fringing) 현상을 나타내는 개략도.

도 1c는 본 발명의 작동 원리를 나타내는 예시도.

도 2는 본 발명에 따른 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치의 블록도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치의 회로 구성도.

도 4a 내지 도 4d는 전자 제품에 사용자가 접근할 때, 감지 회로 입력단의 파형 변화를 나타내는 예시도.

도 5a 내지 도 5d는 전자 제품에 사용자가 접근할 때, 감지 회로 출력단의 파형 변화를 나타내는 예시도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 방법의 흐름도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 제어패널 200 : 발진회로

300 : 감지회로 400 : 마이콤

500 : 디스플레이부

600 : 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 방법 흐름도

Claims (6)

1. 전자 제품의 기능을 동작시키기 위한 입력 신호를 입력하기 위하여, 회로 패턴으로 된 다수의 작동키를 포함하는 제어 패널;

   상기 전자 제품의 기능 또는 동작 상태를 나타내기 위한 디스플레이부;

   상기 제어 패널과 접속되며, 펄스 신호를 발생시키기 위한 발진 회로;

   상기 제어 패널과 접속되며, 상기 제어 패널 내부의 캐패시턴스의 변화를 감지하기 위한 감지 회로; 및

   상기 제어 패널 및 상기 감지 회로와 접속되며, 상기 감지 회로의 출력 신호에 따라 상기 디스플레이를 동작시키는 마이콤을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 발진 회로는 상기 제어 패널의 다수의 작동키중 임의의 제 1 작동키에 접속되며, 상기 감지 회로는 상기 발진 회로가 접속된 상기 제 1 작동키에 인접하는 제 2 작동키에 접속되고, 상기 감지 회로는 상기 제어 패널의 상기 제 1 작동키와 상기 제 1 작동키에 인접하는 상기 제 2 작동키 간의 캐패시턴스 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 발진 회로는 전압 비교기, 저항 및 트랜지스터로 구성되며, 상기 전압 비교기의 출력단에는 상기 저항을 통하여, 상기 트랜지스터의 베이스가 연결되며, 상기 트랜지스터의 컬렉터는 상기 제어 패널의 임의의 제 1 작동키에 연결되는 것을 특징으로 하는 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 감지 회로는 전압 비교기와 저항으로 구성되며, 상기 전압 비교기의 (+) 입력단에는 저항을 통하여 전원이 인가되며, (-) 입력단은 상기 제어 패널의 임의의 제 1 작동키에 인접하는 제 2 작동키에 접속되고, 상기 전압 비교기의 (+) 입력단에 연결되는 저항은 가변 저항인 것을 특징으로 하는 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 장치.
5. (a) 전자 제품의 기능을 동작시키기 위한 제어 패널의 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 기능을 개시하는 단계;

   (b) 상기 제어 패널의 캐패시턴스 변화를 감지하는 단계; 및

   (c) 소정 시간 동안 상기 캐패시턴스 변화가 감지되었는지를 판단하여,

   (c1) 상기 캐패시턴스 변화가 감지된 상태가 소정 시간을 경과하지 못한 경우에는 상기 (b) 단계로 진행되며,

   (c2) 상기 캐패시턴스 변화가 감지된 상태가 소정 시간을 경과한 경우에는 디스플레이를 온(on)시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 방법.
6. 제 5항에 있어서, (d) 소정 시간 동안 상기 캐패시턴스 변화가 감지되지 않았는지를 판단하여,

   (d1) 상기 캐패시턴스 변화가 감지되지 않은 상태가 소정 시간을 경과한 경우에는 디스플레이를 오프(off) 시키며,

   (d2) 상기 캐패시턴스 변화가 감지되지 않은 상태가 소정 시간을 경과하지 않은 경우에는, 상기 (c2)단계로 진행되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시턴스 변화를 이용한 자동 디스플레이 제어 방법.