KR100706706B1 - 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는스위치 매트릭스 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치로서, 다수의 키버튼을 포함하고 각각의 키버튼 표면 또는 키버튼 주위 또는 키버튼 밑부분에 형성되어 사용자의 접촉을 감지하는 다수의 감지 전극을 포함하는 키패드 구성과, 2개의 독립적인 방향으로 형성된 다수의 연결 도선의 교차점을 다수 포함하며 상기 다수의 교차점 중 일부는 상기 다수의 키버튼에 대응되어 배치되며 상기 대응되는 키버튼이 눌려지는 경우의 기계적 접촉을 전기적 신호로 변환하여 발생시키는 기계적 연결형 스위치 매트릭스와, 하나 이상의 신호 변환기로서, 상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 다수의 교차점 중 상기 키버튼에 대응되어 배치되는 교차점을 제외한 다른 일부의 교차점에 전기적으로 연결되며 상기 다수의 감지 전극 중에서 상기 신호 변환기에 대응되는 감지 전극에서 전기적 접촉 신호가 발생하는 경우 해당 전기적 접촉 신호를 입력받아 상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 상기 연결된 교차점에 인가하는 하나 이상의 신호 변환기를 포함하는 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 키패드 구성에 다수의 감지 전극을 배치하여 감지 전극을 통하여 다수의 문자를 키버튼의 어느 부분이 눌려졌는지에 대응하여 원터치로 입력할 수 있도록 구성된 스위치 매트릭스 장치에 있어서 정전기 및 노이즈의 영향을 최소화하고 또한 감지 전극에서의 접촉에 의해서 발생하지만 신호 처리 관점에서는 필요하지 않은 교차점이 연결되는 현상, 즉 리던던시(redundancy) 신호를 제거할 수 있다.

감지 전극, 멤브레인 스위치, 러버 스위치, 기계적 연결형 스위치, 신호 변환, 리던던시, 정전기, 노이즈, 문자 입력, 스위치 매트릭스, 키버튼, 키패드

Description

기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치{SWITCH MATRIX DEVICE ACCEPTING MECHANICAL CONTACT SIGNAL AND ELECTRICAL CONTACT SIGNAL SIMULTANEOUSLY}

도 1a는 종래의 기계적 연결형 스위치의 구성을 나타내는 단면도.

도 1b는 종래의 기계적 연결형 스위치에서 스위치 매트릭스 내의 도선 배치를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치의 블록도.

도 3a는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서 감지 전극 구성이 키버튼 내에 장착된 구성을 예시적으로 나타내는 도면.

도 3b는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서 감지 전극 구성이 키버튼 내에 장착된 또다른 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.

도 3c는 도 3a 내지 도 3b의 구성을 사용한 키패드의 예시적인 구현예.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서 신호 변환기의 구현예.

도 5a는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서 키버튼 내에 감지 라인이 배치되는 예를 나타내는 도면.

도 5b는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치를 사용하여 구현한 문자 입력 장치의 예를 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 키버튼 115: 구멍

120: 돌출 커버 130: 멤브레인 스위치 매트릭스

135: 교차점 140: 본체 내부 회로

150: 플렉서블 밴드 와이어 커넥터 160: 케이스

170: 감지 라인 175: 감지점

185: 내부 전극 190: 비전도성 물질

210: 키패드 구성 220: 기계적 연결형 스위치 매트릭스

230: 감지 전극 구성 240: 신호 변환기

310: 모노스테이블 바이브레이터 320: 트랜지스터

330: 전달 게이트 340: 인버터

350: 펄스 파형 변형 감지부 360: 위치 선택부

370: 프리차지 트랜지스터 380: 방전 감지 래치 소자

본 발명은 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 키패드 구성에 다수의 감지 전극을 배치하여 감지 전극을 통하여 다수의 문자를 키버튼의 어느 부분이 눌려졌는지에 대응하여 원터치로 입력할 수 있도록 구성된 스위치 매트릭스 장치에 있어서 정전기 및 노이즈의 영향을 최소화하고 또한 감지 전극에서의 접촉에 의해서 발생하지만 신호 처리 관점에서는 필요하지 않은 교차점이 연결되는 현상, 즉 리던던시 신호를 제거할 수 있도록 구성된 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 관한 것이다.

이동통신 단말기의 제조에 있어서 중요한 문제점 중의 하나는 정전기 방지이다. 인체에 정전기가 축적된 상태에서 이동통신 단말기에 접촉하면 축적된 전하가 방전되며 이 경우 이동통신 단말기 내부의 회로에 전기적 충격이 가해질 수 있으므로 그 회로 내부에 존재하는 소자에는 치명적인 손상이 발생할 수 있다. 따라서 이동통신 단말기의 경우 케이스 물질에 정전기 방지용 코팅을 하는 등의 처리를 통하여 정전기에 의한 손상을 방지하고 있다.

또 다른 문제점 중의 하나는 인체와 결부된 노이즈 현상이다. 인체를 안테나로 모델링한다면 주위에 배치되어 있는 전기 배선의 영향에 의한 60 Hz의 전기적 신호 또는 그 이외의 전자 기기에서 발생하는 전기적 신호에 노출되며, 이러한 이유로 사용자가 전자 기기를 만질 때 예컨대 60 Hz의 전기적 신호 성분 등의 다양한 교류 신호 성분이 전달된다. 이러한 현상은 예컨대 이동통신 단말기의 회로에 손가락이 접촉되는 경우 해당 회로에서는 공급 전압의 두 배가 넘는 진폭의 노이즈조차 주입되는 것을 통하여 확인할 수 있다. 따라서 일반적으로 회로 설계시 이러한 노이즈 성분을 줄이도록 설계를 하고 있다.

이러한 이유로 이동통신 단말기에 사용되는 키패드에서는 기계적 연결형 스위치 형태의 키패드를 사용한다.

도 1a는 종래의 이동통신 단말기 등의 전자 기기에서 사용되는 기계적 연결형 스위치의 구성을 나타내는 단면도로서, 종래의 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 대표적인 구성인 멤브레인 스위치의 단면도를 도시한다.

도시되듯이 멤브레인 스위치는 다수의 키버튼(110a 내지 110d)과 돌출 커버(120)와, 멤브레인 스위치 매트릭스(130)와, 본체 내부 회로(140)와, 플렉서블 밴드 와이어 커넥터(flexible band wire connector, 150)로 구성되며, 키버튼((110a 내지 110d)은 케이스(160)에 장착된다. 본체 내부 회로(140)는 예컨대 이동통신 단말기 또는 리모콘 등의 전자 기기 본체의 내부 회로를 의미하며, 플렉서블 밴드 와이어 커넥터(150)는 정전기 방지 등의 용도로 사용된다.

즉 각 키버튼으로부터 연결선을 도출하는 대신에 이동통신 단말기 등의 전자 기기의 내부 회로(140)로 들어가는 연결선의 개수를 줄여주는 것과 동시에 인체와 접촉된 전도성 물질이 직접적으로 내부 회로에 연결되어 정전기 또는 노이즈에 의한 영향을 받는 것을 방지하기 위하여 멤브레인 스위치 매트릭스(130)와 플렉서블 밴드 와이어 커넥터(150)를 포함하여 구성된다.

도 1b는 종래의 이동통신 단말기 등의 전자 기기에서 사용되는 멤브레인 스위치에서 멤브레인 스위치 매트릭스 내의 도선 배치를 나타내는 도면이다.

현재의 스위치 매트릭스는 사용자가 키패드에 위치한 키버튼이나 네비게이션 키 중 어떤 것을 누르면 그 밑의 돔 형태의 멤브레인에 압력을 가하게 되고, 이러한 압력으로 인해 다시 멤브레인 밑에 가로 방향과 세로 방향으로 매트릭스 형태로 형성된 도선 사이에 전기적 통로가 형성되도록 하여 사용자의 입력을 받아들이는 것을 기본적인 동작원리로 하고 있다.

이와 같은 동작 원리는 별도의 도면으로 도시하지는 않았지만 기계적 연결형 스위치 매트릭스 중의 하나인 러버(rubber) 버튼형의 스위치 매트릭스에서도 마찬가지이다. 러버 버튼형 스위치 매트릭스에서는 멤브레인 대신에 전도성 고무가 입혀진 키버튼의 하단부가 매트릭스 형태의 도선 사이에 전기적 통로가 형성되도록 하는 것이 차이점일 뿐 기본 동작원리는 동일하다.

즉 현재의 기계적 연결형 스위치 매트릭스는 입력 장치의 표면에 있는 하나의 점에 가해지는 물리적 힘이 x와 y방향으로 교차하며 배치된 도선들이 만드는 교차점(135a 내지 135l) 중 하나에 전기적 접촉을 일으키는 방법이라고 할 수 있다. 예컨대 도선(Line 1)과 도선(Line C)의 교차점에 키버튼이 배치된다고 하면 이 키버튼을 누름으로써 도선(Line 1)과 도선(Line C)이 접촉되어 전기적 신호를 발생시키게 되는 것이다. 즉 기계적 접촉을 통하여 전기적 신호를 발생시키는 것이다.

따라서 이러한 기계적 연결형 스위치 매트릭스는 주로 수자가 배열되고, 거기에 몇 개의 기능성 키가 더해지는 이동통신 단말기 등의 휴대용 전자기기 또는 리모콘 등의 신호 입력 장치에 널리 쓰이고 있다.

한편, 이동통신 단말기를 이용한 단문 메시지 통신이나 인터넷 사용의 필요성이 증대함에 따라서 이동통신 단말기에서의 문자 입력의 중요성이 증대하고 있지만, 이동통신 단말기에 내장된 키패드를 사용하여 문자를 입력하는 것은 상당히 복잡하고 어려운 작업이다.

이러한 문자 입력의 편의성을 위해서 키패드에 배치되는 버튼의 수를 늘리려는 여러 가지 시도가 이루어진 적이 있지만, 제한된 면적에 입력 키버튼의 개수를 늘인다는 것은 하나의 키와 그에 인접한 다른 키와의 간격이 좁아진다는 것을 의미하고 따라서 입력시 오류의 가능성이 커진다는 점에서 이러한 기술의 보급이 지연되고 있는 상황이다. 예컨대 노키아 또는 블루베리 등의 제조사에서 다수의 버튼을 이용한 확장 키버튼을 출시하였지만 이러한 제품은 키버튼의 수가 증가한 만큼 이동통신 단말기의 크기 역시 커지기 때문에 사용자들로부터 그다지 큰 호응을 받지 못하고 있는 상황이다.

따라서 이러한 키버튼의 수를 증가시키지 않고도 예컨대 키버튼이 어느 방향에서 눌려졌는지 감지하여 다양한 신호 입력을 수행할 수 있도록 하는 구성에 대해서 연구 개발이 계속되고 있다.

예컨대 본 출원인에 의해서 2005년 5월 11일자로 출원된 "원터치 방식의 문자 입력 장치"라는 명칭의 특허출원번호 제10-2005-39447호 또는 2005년 5월 24일자로 출원된 "신호 입력을 위한 케이스"라는 명칭의 특허출원번호 제10-2005-43645호 또는 2005년 5월 30일자로 출원된 "원터치 방식의 문자 입력 장치"라는 명칭의 특허출원번호 제10-2005-45487호는 감지점 또는 감지 라인을 이용하여 형성되는 감지 전극을 키패드의 키버튼 주위나 키버튼 표면 또는 키버튼 밑부분에 배치하고 이를 이용하여 하나의 키버튼이 단순히 눌려지나 아니냐의 두 가지 상태를 구별하는 것이 아니라 사용자가 키버튼을 왼쪽에서 누르고 있느냐 또는 오른쪽에서 누르고 있느냐 또는 중앙 부분을 누르고 있느냐 등 사용자가 키버튼을 누르는 방향을 같이 감지하여 다수의 문자를 한번에 입력시킬 수 있는 것이다.

또는 감지 전극이 아니라 키버튼 밑에 있는 기계적 연결형 스위치 자체에서 이러한 왼쪽 또는 오른쪽의 방향성 입력을 위해서 키버튼이 눌려지는 기울기를 감지하거나 또는 각 방향에 대응되는 기계적 연결형 스위치를 별도로 배치하고 이에 따른 x방향과 y방향의 연결선을 추가하는 구성을 생각할 수도 있으나 이러한 구성은 키버튼 작동의 신뢰성과 제조비용의 측면에서 불리한 결과를 가져오게 된다.

즉 하나의 키버튼이 어느 쪽으로 기울여져서 눌려지는지 또는 기울기가 없이 눌려지는 지 감지할 수 있다면 해당 키버튼에 할당된 다수의 문자를 선택할 있으며, 이러한 기울기를 기계적으로 감지하는 대신 키버튼 주위 또는 표면 또는 밑부분에 감지 전극을 배치하여 감지 전극에서 접촉을 감지함으로써 실제로 키버튼이 기울어지지 않더라도 전기적으로 사용자의 접촉을 감지할 수 있도록 구성하는 것이 이동통신 단말기의 제조 측면에서 유리하다.

따라서 이동통신 단말기의 크기 또는 무게가 늘어나지 않으면서 또한 키패드의 모양도 사용자에게 익숙한 현재의 키패드의 모양을 유지하거나 크게 벗어나지 않으면서도 다수의 문자를 간편하게 입력할 수 있으려면 키버튼 그 자체에 감지 전 극을 부가하여 마치 하나의 키버튼이 좌우 또는 상하로 기계적으로 기우는 것을 감지하는 것과 동일한 효과를 전기적 신호로 얻는다는 것이 피할 수 없는 접근방법이라고 하겠다.

문제는 이동통신 단말기에서 하나의 키버튼을 누를 때 그 옆의 감지 전극을 누를 수 있을 정도로 키버튼 사이의 간격이 크지 않을 수 있다는 점이다. 따라서 감지 전극은 해당 키버튼 주위의 케이스 표면 부분에 설치하는 것보다 아예 인접한 키버튼의 일부에 설치하는 것이 바람직할 수 있다.

이러한 구성에 있어서 감지점 또는 감지 라인을 추가적으로 사용함에 있어서 중요한 고려 사항은 사용자의 접촉을 감지하는 것 역시 정전기와 노이즈에 의한 영향을 최소화하기 위해서는 종래의 기계적 연결형 스위치 매트릭스에 의해서 신호를 입력받는 것과 마찬가지로 전자 기기 내부 회로와 직접적으로 연결되지 않도록 구성하여야 한다는 것이다.

또한 다수의 감지 전극에 의해서 동시에 다수의 감지 신호가 입력될 수 있으므로 이러한 경우에 대해서 고려하여 신호를 입력하여야 한다는 것이다.

본 발명에서는 이러한 문제점들을 고려하여 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치를 개시한다.

본 발명의 목적은 키패드 구성에 다수의 감지 전극을 배치하여 감지 전극을 통하여 다수의 문자를 키버튼의 어느 부분이 눌려졌는지에 대응하여 원터치로 입력할 수 있도록 구성된 스위치 매트릭스 장치에 있어서 정전기 및 노이즈의 영향을 최소화하고 또한 감지 전극에서의 접촉에 의해서 발생하지만 신호 처리 관점에서는 필요하지 않은 교차점이 연결되는 현상, 즉 리던던시 신호를 제거할 수 있도록 구성된 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치로서, 다수의 키버튼을 포함하고 각각의 키버튼 표면 또는 키버튼 주위 또는 키버튼 밑부분에 형성되어 사용자의 접촉을 감지하는 다수의 감지 전극을 포함하는 키패드 구성과, 2개의 독립적인 방향으로 형성된 다수의 연결 도선의 교차점을 다수 포함하며 상기 다수의 교차점 중 일부는 상기 다수의 키버튼에 대응되어 배치되며 상기 대응되는 키버튼이 눌려지는 경우의 기계적 접촉을 전기적 신호로 변환하여 발생시키는 기계적 연결형 스위치 매트릭스와, 하나 이상의 신호 변환기로서, 상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 다수의 교차점 중 상기 키버튼에 대응되어 배치되는 교차점을 제외한 다른 일부의 교차점에 전기적으로 연결되며 상기 다수의 감지 전극 중에서 상기 신호 변환기에 대응되는 감지 전극에서 전기적 접촉 신호가 발생하는 경우 해당 전기적 접촉 신호를 입력받아 상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 상기 연결된 교차점에 인가하는 하나 이상의 신호 변환기를 포함하는 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서, 상기 신호 변환기는, 상기 대응되는 감지 전극에 연결되며 상기 대응되는 감지 전극에서 인가되는 접촉 감지 신호를 반전시키는 인버터와, 상기 인버터의 출력에 연결되며 상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 다수의 교차점 중 상기 키버튼에 대응되어 배치되는 교차점을 제외한 다른 일부의 교차점에 전기적으로 연결되어 스위치로 작동하는 전달(transmission) 게이트를 포함하도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서, 상기 감지 전극은 매우 높은 저항값을 가지는 풀업(pull-up) 저항을 통하여 공급 전압(VDD)과 연결되거나 주기적 충전과 인체에 의한 방전 감지를 통하여 접촉신호를 감지하도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서, 상기 키패드 구성의 상기 키버튼 중 하나 이상은 표면에 다수의 전도성 전극과 비전도성 물질을 포함하며 그 위에 절연막으로 덮여지도록 구성하여 다수의 감지 전극이 키버튼 표면에 배치되도록 구성되며, 상기 신호 변환기는, 상기 다수의 전도성 전극 사이에 생성되는 커패시턴스에 의해서 발생되는 반응 파형의 변화를 측정하는 반응 파형 측정부와, 상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 다수의 교차점 중 상기 키버튼에 대응되어 배치되는 교차점을 제외한 다른 일부의 교차점에 전기적으로 연결되어 스위치로 작동하는 다수의 전달 게이트와, 상기 반응 파형 변화의 측정을 기초로 상기 다수의 전달 게이트 중에서 온(on)시킬 전달 게이트를 선택하는 위치 선택부를 포함하도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들 이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서, 상기 신호 변환기는 상기 키버튼 중 하나에 대응되어 배치된 다수의 감지 전극에서 생성되는 접촉 감지 신호를 조합하여 리던던시(redundancy) 신호를 제거하도록 구성된 논리 회로를 더 포함하도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서, 상기 키버튼에는 2개의 감지 전극이 배치되고 상기 논리 회로는 상기 2개의 감지 전극에서 인가되는 신호를 XOR 연산하여 2개의 감지 전극에서 동시에 접촉이 발생하는 경우 리던던시 신호를 제거하도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서, 제5항에 있어서, 상기 키버튼에는 2개의 감지 전극이 배치되고 상기 논리 회로는 상기 2개의 감지 전극에서 인가되는 신호를 XOR 연산하여 2개의 감지 전극에서 동시에 접촉이 발생하는 경우 리던던시 신호를 제거함으로써 상기 키패드 구성의 가장자리에 위치하는 키버튼에서도 세 개의 구별된 글자중 하나를 선택하도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서, 상기 신호 변환기는, 상기 대응되는 감지 전극에 연결되며 상기 대응되는 감지 전극에서 인가되는 접촉 감지 신호를 일정 시간 동안 유지되는 펄스로 형성하는 모노스테이블 바이브레이터와, 상기 모노스테이블 바이브레이터 내부에서 시정수를 정하는 커패시턴스의 전압을 초기화시켜 상기 모 노스테이블 바이브레이터의 동작을 초기화하는 트랜지스터와, 상기 모노스테이블 바이브레이터의 출력에 연결되며 상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 다수의 교차점 중 상기 키버튼에 대응되어 배치되는 교차점을 제외한 다른 일부의 교차점에 전기적으로 연결되어 스위치로 작동하는 전달 게이트를 포함하도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서, 상기 키버튼 표면 전체에는 전도성 도료 또는 전도성 물질이 감지 전극으로서 배치되는 것이고, 상기 신호 변환기는 상기 키버튼 표면 전체에 배치된 감지 전극에서 접촉이 발생하는 순서를 감지하여 리던던시 신호를 제거하도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서, 상기 키버튼은 부도체로 이루어진 것이고 내부에 감지 전극의 배치를 위한 다수의 구멍이 형성되며, 상기 감지 전극은 상기 다수의 구멍에 대응되어 다수 형성되도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서, 상기 키패드 구성은 0번 내지 9번 키버튼과 '*'표 키버튼 및 '#' 키버튼을 포함하는 12개의 키버튼으로 구성되고, 상기 1번 키버튼에는 일본어 문자 'あ', 'か', 'さ'가 대응되고, 상기 2번 키버튼에는 일본어 문자 'た', 'な', 'ん'가 대응되고, 상기 3번 키버튼에는 일본어 모음에 1번째 및 2번째에 해당되는 '一', '二'가 대응되고, 상기 4번 키버튼에는 일본어 문자 'は ', 'ま', 'や'가 대응되고, 상기 5번 키버튼에는 일본어 문자 'ら', 'わ'가 대응되고, 상기 6번 키버튼에는 일본어 모음에 3번째 및 4번째에 해당되는 '三', '四'가 대응되고, 상기 7번 키버튼에는 일본어 문자 'が', 'ざ' 'だ'가 대응되고, 상기 8번 키버튼에는 일본어 문자 'ば', 'ぱ''가 대응되고, 상기 9번 키버튼에는 일본어 모음에 5번째에 해당되는 '五'가 대응되고, 상기 '*'표 키버튼에는 일본어의 요음(拗音) 또는 촉음(促音)에 해당되는 'あ', 'や', 'つ'가 대응되고, 상기 '#'표 키버튼에는 히라가나와 가타가나 입력의 전환을 위한 기능이 대응되어 일본어 문자를 입력할 수 있도록 구성할 수 있다.

이하, 본 발명의 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치를 도면을 참조로 하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치의 블록도이다.

도시되듯이 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치는 키패드 구성(210)과, 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)와, 감지 전극 구성(230)과, 신호 변환기(240)를 포함한다.

키패드 구성(210)은 내부에 다수의 키버튼을 포함하고 있으며, 키버튼을 누름으로써 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)에서 해당 키버튼에 해당되는 전기적 신호를 발생하도록 구성된다. 또한 키패드 구성(210)에서는 감지 전극 구성(230)이 내부의 키버튼의 표면이나 주위 또는 밑 부분 등에 배치된다.

도 3a는 이러한 감지 전극 구성(230)이 키버튼 내에 장착된 구성을 예시적으 로 나타내는 도면이다. 도시되듯이, 종래의 멤브레인 스위치 등의 기계적 연결형 스위치에 관련된 키버튼과는 다르게 키버튼(110)은 내부에 하나 이상의 구멍(115a 내지 115b)을 포함하고 있으며 이 구멍 부분에 감지 전극 구성(230)의 감지 라인(170a 내지 170b)의 돌출 부분, 즉 감지점(175a 내지 175b)이 끼워져서 감지점이 노출되는 형태로 키버튼이 구성될 수 있다. 키버튼(110)은 부도체이며, 감지 라인(170a 내지 170b)은 도체로 구성되어 있어서 사용자의 접촉을 전기적으로 감지할 수 있도록 구성된다. 또한 비록 2개의 감지점만이 도시가 되었지만 4개의 감지점을 배치하여 4가지 방향에서의 접촉을 감지하도록 구성하는 것도 가능하다.

또한 키버튼 표면을 전도성 물질로 덮고 이를 다시 비전도성 UV 코팅물질로 덮은 형태를 캐패시터 구조의 접촉 감지 소자로 사용하는 것도 가능하다.

도 3b는 현재 대부분의 이동통신 단말기용 키버튼 제조에서 최종 공정으로 비전도성 UV 코팅이 이루어지는 것을 고려하여 감지 전극 구성(230)이 키버튼 내에 장착된 구성의 또 다른 방식을 예시적으로 나타내는 도면이다.

도시되듯이, 종래의 기계적 연결형 스위치와는 다르게 키버튼(110)은 그 표면에 하나 이상의 전도성 물질로 구성된 내부 전극(185a 내지 185b)을 포함하고 있으며 이 물질의 윗부분에 비전도성 물질(190)이 덮여있어서 사용자의 접촉을 커패시터 방법으로 감지할 수 있도록 구성된다. 또한 비록 2개의 내부전극만이 도시가 되었지만 4개의 내부전극을 배치하여 4가지 방향에서의 접촉을 감지하도록 구성하는 것도 가능하다.

도 3c는 도 3a 또는 도 3b의 구성을 사용한 키패드의 예시적인 구현예이다. 도시되듯이 12개의 키버튼을 이용하여 종래의 QWERTY 방식의 키보드의 문자배치를 구현하였으며, 각 키버튼 내에는 감지점(도 3a의 175a 내지 175b와 도 3b의 185a 내지 185b로 표시됨)이 하나 또는 두 개가 포함되어 있어서 다수의 문자를 원터치로 입력하도록 구성된다.

예컨대 사용자가 'E'를 입력하려고 한다면, 주입력 버튼인 키버튼(110b)을 누르면서 동시에 부입력 버튼인 키버튼(110a)의 감지점에 손가락을 접촉하는 것에 의해서 가능하다. 이하 "주입력 버튼"은 사용자가 의도적으로 눌러서 기계적 연결형 스위치를 동작시키는 키버튼을 의미하며 "부입력 버튼"은 사용자가 감지점을 접촉하기 위해 누르는 버튼을 의미한다. 부입력 버튼은 기계적 연결형 스위치를 동작시키지 않으며 또한 기계적 연결형 스위치를 동작시키더라도 주입력 버튼에 비해서 늦게 동작시킨다.

중요한 점은 이 경우 주입력 키버튼(110b)은 기계적 연결형 스위치에 의해서 신호가 입력되고 부입력 키버튼(110a)은 감지점에 의해서 신호가 입력된다는 것이다. 또는 키버튼(110b)과 키버튼(110a)이 둘 다 눌려진다고 하더라도 그 눌려지는 순서는 키버튼(110b)이 눌려진 후 키버튼(110a)이 눌려지므로 사용자가 'E'를 입력하는 것을 의도한다는 것을 확인할 수 있다.

또한 이러한 감지점은 도 3a 또는 도 3b에 도시되듯이 각 버튼에 대해서 독립적으로 구성되는 것이 아니라 동일한 선상에 있는 감지점들을 하나로 간주하여 4개의 감지 라인(SL1 내지 SL4)으로 생각할 수 있다. 즉 하나의 키버튼에 두 개의 감지점이 포함되더라도 이것은 하나의 감지 라인으로 간주할 수 있으며, 이러한 것 이 가능한 것은 기계적 연결형 스위치에 의해서 주입력 키버튼이 어느 것인지 확인할 수 있기 때문이다. 또한 하나의 키버튼에 두 개의 감지점이 포함되는 경우에 이를 각기 다른 감지 라인의 구성으로 간주하는 것도 가능하다.

기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)는 가로 세로 방향으로 교차하여 배치되는 다수의 도선을 포함하며, 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)는 키패드 구성(210)을 통하여 사용자가 누르는 기계적 접촉을 전기적인 신호로 변환하여 예컨대 플렉서블 밴드 와이어 커넥터 등으로 연결된 내부 회로(300)에 전달할 뿐만 아니라, 신호 변환기(240)에서 변환되는 전기적 신호 역시 내부 회로(300)에 전달한다. 이를 위하여 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220) 내에 배치되는 다수의 도선이 형성하는 교차점은 상기 키버튼 구성(210)의 키버튼보다 많게 형성된다. 즉 교차점은 각 키버튼에 대응되는 교차점과 감지 전극 구성(230)에 대응되는 교차점들을 포함한다.

감지 전극 구성(230)은 키패드 구성(210) 내에 배치된 각 키버튼의 표면 또는 주위 또는 밑부분에 배치된 감지점 또는 감지 라인으로 구성된 다수의 감지 전극을 포함한다. 감지 전극 구성(230)은 도 3a 내지 도 3b에 도시되듯이 키버튼 내에 배치될 수도 있다.

신호 변환기(240)는 감지 전극 구성(230)에 의해서 전기적으로 감지된 신호를 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)를 이용하여 간접적으로 내부 회로(300)에 연결되도록 변환한다. 이를 위하여 신호 변환기(240)는 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220) 내의 다수의 도선이 형성하는 교차점 중에서 각 키버튼에 대응되지 않는 교차점 부분에 배치된다.

신호 변환기(240)에 있어서 가장 근본적으로 고려하여야 할 점은 상기 감지점이나 감지 라인에의 접촉이 기계적 연결형 스위치를 누르는 동작처럼 어느 특정부위에 집중되는 압력에 의해서가 아니라 감지 부위에서 관찰되는 전기적 크기의 변화가 공간적으로 분산된 위치에서 발생된다는 것이다. 이러한 전기적 신호의 변화를 기계적으로 동작하는 스위치 매트릭스에서의 신호의 일부로 변환시키기 위해서는 기계적 연결형 스위치의 본래 기능 즉 두 도선 사이의 전기적 연결이 형성되는가 그렇지 않은가를 구분하는 기능을 감지 전극 구성(230)으로부터의 신호에 대해서도 제공할 수 있도록 하는 것이 필요하다.

이를 위한 방법이 예컨대 트랜지스터로 구성된 스위치 소자를 사용하는 것이다. 반도체 스위치의 대표적인 예는 CMOS 전달 게이트이다. 이러한 반도체 스위치는 평상시에는 입력 단자와 출력 단자 사이의 저항이 매우 높기 때문에 마치 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)가 오프(off) 상태에 있는 것과 같은 성질을 나타내지만, 일정 값 이상의 제어 신호가 게이트에 가해지면 입력 단자와 출력 단자 사이의 저항이 매우 작은 값이 되어서 마치 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)에서 접촉이 일어난 것과 동일한 효과를 나타낸다. 따라서 이와 같은 접촉 신호를 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220) 내의 교차점 중에서 각 키버튼에 대응되는 교차점을 제외한 다른 교차점에 대응하여 할당하는 것에 의해서 감지 전극 구성(230)에서의 전기적 신호를 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)에 의해서 내부 회로(300)로 전달하게 된다.

이러한 경우 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치 구성에서 내부 회로(300)로 전달되는 신호는, 키패드 구성(210)에서 압력을 가해서 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)를 통해서 내부 회로(300)로 전달되거나 또는 감지 전극 구성(230)에 접촉하여 생성된 전기적 신호가 신호 변환기(240)에 의해서 형성된 낮은 오믹 경로(low ohmic path)에 의해 전달되는 신호인지 구별할 수 없으며 단순히 종래의 매트릭스 스위치에서 교차점의 수가 더 늘어난 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다.

도 4a는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서 신호 변환기의 제1 구현예를 나타내는 도면이다.

감지 전극 구성 중에서 일부의 감지점만이 도시되며 마찬가지로 신호 변환기 역시 일부의 감지점 및 이에 대응되는 기계적 연결형 스위치 매트릭스에 대해서만 도시한다.

우선 도 4a의 감지 전극 구성(230)에 포함된 감지점(SP)의 전압은 평상시 하이(high) 상태를 유지하도록 구성한다. 또한 인체에 흐르는 전류를 최소화시키기 위해서는 공급전압(VDD)으로부터 이 감지점(SP)으로 연결된 풀-업 저항(R)을 매우 크게 유지한다. 이제 인체와 감지점(SP)이 접촉하게 되면 풀-업 저항(R)과 인체 저항은 하나의 전압 배분기를 형성하게 되고 따라서 감지점(SP)에서의 전압은 공급전압(VDD) 아래로 하강하게 된다.

모노스테이블 바이브레이터(monostable vibrator, 310)는 감지점(SP)에서 인 체와의 접촉이 있는 경우 일정 시간 동안 펄스를 발생시키도록 구성되는 회로이다.

이 경우 인체에서 발생되는 노이즈, 예컨대 60 Hz 성분의 노이즈가 문제가 된다. 이 노이즈가 접촉에 의한 전기적 신호와 섞이게 되어서 마치 1초에 60번의 접촉이 일어났다 사라지는 현상이 발생될 수 있기 때문이다. 이러한 현상은 타이머를 사용하여 일정 시간 접촉 신호를 유지하도록 하는 것에 의해서도 해결되지 못한다. 즉 타이머에 의해서 형성된 펄스가 종료된 후에도 또다시 연속적인 스위치 단속과 같은 효과가 발생하여 여러 번 감지점(SP)을 접촉한 것과 같은 신호가 발생하기 때문이다. 따라서 커패시터(C)를 더 포함하도록 구성된 모노스테이블 바이브레이터(310)를 사용하는 것이다.

감지점(SP)에서 접촉 신호가 발생하게 되면, 예컨대 감지점(SP)에서의 전압이 공급 전압(VDD)보다 짧은 시간이라도 하강하게 되면, 우선 모노스테이블 바이브레이터(310)로부터 일정 시간 동안의 접촉 신호가 발생하도록 구성한다. 이 일정 시간 내에서도 감지점(SP)에서의 전압이 노이즈에 의해서 교란이 되면 그때마다 모노스테이블 바이브레이터(310)의 내부에서 RC 시정수를 정하는 역할을 하는 커패시터(C)를 방전시켜서 모노스테이블 바이브레이터(310)에 의해서 접촉 신호가 유지되는 시간을 연장시키도록 구성한다. 이후 감지점(SP)에서의 신호가 다시 완전히 공급 전압(VDD)의 값으로 안정되면 이러한 커패시터(C)의 동작이 종료하게 된다.

이 경우 중요한 점은 어떤 모노스테이블 회로에서도 그 펄스의 지속구간을 정하는 RC구성을 취할 수밖에 없고, 그 구성을 이루는 커패시터(C)에서의 전압이 초기상태의 값에서 출발하여 일정한 값에 이르면 펄스의 지속구간이 끝나는 원리인 데, 노이즈가 들어오는 경우에는 감지점(SP)에 아직 손가락이 접촉되어 있다는 것을 의미하므로 이러한 노이즈 발생을 하나의 접촉 신호로 해석하여 그때마다 커패시터(C)의 전압값을 초기화시켜 펄스를 유지한다는 것이다.

또한 트랜지스터(320)는 커패시터(C)의 전압을 초기화시키기 위해서 포함된다.

전달 게이트(330)는 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 가로 방향 연결 도선 또는 세로 방향 연결 도선(A 내지 B)에 연결되며 모노스테이블 바이브레이터(310)에서 출력되는 펄스 신호를 사용하여 연결 도선(A 내지 B)에 해당하는 교차점에서 전기적 신호를 생성하도록 한다.

도 4b는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서 신호 변환기의 제2 구현예를 나타내는 도면이다.

도 4a와 마찬가지로 감지 전극 구성 중에서 일부의 감지점만이 도시되며 마찬가지로 신호 변환기 역시 일부의 감지점 및 이에 대응되는 기계적 연결형 스위치 매트릭스에 대해서만 도시한다.

도 4b의 구성에서는 인버터(340)를 사용하여 전달 게이트(330)에 신호를 전달한다.

평상시 인버터(340)의 입력은 풀업 저항(R)에 의해서 하이 상태이며, 따라서 로우(low)를 출력하게 된다. 따라서 평상시에는 전달 게이트(330)가 오프 상태이며 따라서 연결 도선(A 또는 B) 사이에는 전기적 연결이 되지 않는 상태이다. 그러나 감지점(SP)에 접촉이 생기면 인버터(340)의 출력이 하이가 되면서 전달 게이트(330)가 온(on) 상태로 되고 따라서 연결 도선(A 또는 B) 사이에 전기적 연결이 형성된다. 따라서 기계적 연결형 스위치 구성에서 접촉이 이루어진 것과 동일한 효과를 가져온다.

도 4c는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서 신호 변환기의 제3 구현예를 나타내는 도면이다.

여기에서는 여러 부분으로 분할하여 전도성 전극(SPa 내지 SPb, SPa' 내지 SPb')을 배치한 후 다른 부분에는 비전도성 물질을 구성하며 이 위에 절연막이 도포된 경우에 적용할 수 있는 접촉신호감지 방법이다.

이 경우 손가락으로 키버튼을 접촉하면 예컨대 SPa나 SPb부분 위에 접촉하게 된다면 SPa나 SPb 위의 커패시턴스는 보통 때에는 무시가 가능한 크기이지만 접촉시에는 손가락이 SPa나 SPb의 상대 전극이 되어서 그 커패시턴스가 증가하게 된다. 따라서 그 접촉 면적(즉 키버튼의 가장자리만 접촉하는지, 한쪽으로 치우쳐 접촉하는지, 또는 거의 전 면적을 커버하는지)에 따라 변하는 커패시턴스를 교류파형이나 펄스파형을 가해 알아낼 수 있고, 이를 감지함으로써 감지 전극에서의 접촉여부를 판별할 수 있게 된다.

예컨대 펄스파형을 사용하는 경우 이러한 펄스에 대한 반응을 펄스 파형 변형 감지부(350)에 의해서 측정할 수 있으며 이 그 파형이 변하는 값이 미리 정한 임계값보다 더 크게 되면 해당되는 키버튼의 왼쪽, 즉 SPa 또는 SPb 부분이나 오른 쪽, 즉 SPa'또는 SPb'부분에 접촉되었는지를 알 수 있다. 따라서 위치 선택부(360)는 해당되는 (기계적 연결형) 스위치를 작동시키기 위해서 전달 게이트(330)를 선택한다.

즉 도 4c는 커패시턴스의 변화를 위에서 설명한 커패시터형 감지소자의 위치에 일정 파형을 입력하고 그 파형이 어떻게 변하는가를 측정하여 접촉여부를 감지하는 방법을 도시하는 도면이다.

도 4d는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치에 있어서 신호 변환기의 제4 구현예를 나타내는 도면이다. 여기에서는 평상시 전압을 하이 상태로 유지하는 방법으로 풀-업 저항을 사용하는 대신에 주기적으로 프리차지(precharge) 트랜지스터(370)를 잠깐씩 온(on)시키며 감지 전극을 미리 충전시켜놓는 구성을 취한다. 이러한 구성에서 감지점에 손가락이 접촉하게 되면 이 충전된 감지 전극에서 방전이 일어나고 이 방전 현상이 감지되면 이 신호를 기억하는 방전 감지 래치 소자(380)가 전달게이트(330)에 제어 신호를 보내게 된다.

도 4a 내지 도 4d에 도시된 구성을 통하여 감지 전극 구성에 의해서 생성된 신호를 기계적 연결형 스위치 매트릭스에 해당되는 신호로 변경한 후에는 다음과 같은 문제가 발생한다.

종래의 기계적 연결형 스위치 매트릭스는 한 번에 한 개의 접촉 신호만을 입력받는다. 본래 그 용도가 전화기에서처럼 한번에 번호 한 개씩을 선택하도록 하는 그런 용도로 만들어졌기 때문이다. 그런데 이러한 구성에서는 여러 개의 교차점에 서 동시에 연결이 될 때 신호의 구별이 힘들어지게 되는 어려움이 따른다.

그러나 본 발명에 따른 스위치 매트릭스에 있어서는 보통의 기계적 연결형 스위치 매트릭스와는 달리 두 개 이상의 교차점에서 신호가 발생할 수 있다. 즉 키패드 구성(210)에서 발생되는 신호와 감지 전극 구성(230) 및 신호 변환기(240)에 의해서 생성되고 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)에 인가된 신호의 두 가지 신호가 발생될 수 있다.

즉 하나의 주입력 버튼을 누를 때 그 키버튼에 해당되는 교차점이 눌려지는 것이 당연하며 또한 이 키버튼에 속해 있는 감지 전극 구성(230)에서 변환된 신호에 따른 교차점에서 신호가 발생된다. 또한 부입력 버튼에서 감지 전극 구성(230)에 의해서 변환된 신호에 따른 교차점에서도 신호가 발생된다.

따라서 하나의 문자를 선택하기 위해서는 3개의 교차점에서 발생한 신호를 조합하여야 한다는 문제점이 생긴다.

따라서 주입력 버튼을 누를 때 접촉되는 해당 감지 전극 구성으로부터의 신호는 고유의 정보를 포함하는 것이 아니므로 이러한 불필요한 신호 즉 리던던시 신호가 신호 변환기(240)에 의해서 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)로 인가되지 않는다면 이러한 문자 선택의 어려움을 해소할 수 있다.

예컨대 도 3a의 키버튼(110) 표면의 왼쪽과 오른쪽에 배치된 두 개의 감지점(175a 내지 175b)이 XOR 게이트를 통하여 연결되어 이후 신호 변환기(240)에 입력된다고 할 때, 사용자에 의해서 두 개의 감지점(175a 내지 175b)에서 동시에 접촉하면 이를 주입력 버튼의 신호로 인식하고 왼쪽 감지점(175a) 또는 오른쪽 감지점 (175b) 어느 한쪽에서만 접촉 신호가 감지되면 이를 부입력 버튼의 해당신호로 인식하도록 구성할 수 있다. 이 경우 XOR 게이트는 키버튼(110)이 눌리지 않은 경우 또는 주입력 버튼으로 눌린 경우에는 모두 출력이 로우이므로 리던던시 신호를 쉽게 제거할 수 있다. 결국 XOR 게이트의 출력이 로우일 경우에 한하여 기계적 연결형 스위치 매트릭스(220)에 감지 전극에서의 접촉에 해당하는 신호를 보낼 수 있게 된다.

이와 같은 XOR 게이트를 사용하는 방법은 가장 자리 키버튼의 활용도를 한층 더 높이는 효과를 가져온다. 예를 들어 도 3c에서 맨 왼쪽 줄의 키버튼에는 주 버튼만 눌렸는지, 두 번째 줄의 키버튼도 건드렸는지의 두 가지의 구별만 가능하고 따라서 두 개의 글자만 할당될 수 있었는데, 이 XOR 방법을 사용하면 이 가장자리의 버튼에도 세 개의 글자가 할당되는 것이 가능하다.

예컨대 도 5a에 도시된 맨 왼쪽 버튼에서도 손가락이 왼쪽으로 치우쳐서 눌리며 감지 라인 1에만 접촉이 되고 감지 라인 2를 건드리지 않게 되면 이 주입력 버튼에서도 XOR 방법 적용의 결과로 감지 라인에 해당하는 신호가 나오게 되고, 이 신호는 도 3c에서는 얻을 수 없었던 새로운 신호로 구별될 수 있게 된다.

이러한 XOR 게이트를 이용한 구성은 단지 그 개념에 충실한 구현방법인데, 이러한 기본 개념에 해당하는 신호정리 과정은 다른 로직을 통하여 구현될 수 있다.

즉 다수의 감지 라인 또는 감지점에서 생성되는 접촉 신호의 결합을 통하여 주입력 버튼인지 부입력 버튼인지를 구별하고 이를 신호 변환기(240)에 입력시켜서 해당되는 전달 게이트를 온(ON) 시키는 구성으로서, AND 게이트와 인버터 등을 사용하여 구성하는 것도 가능하다.

또 다른 방안은 키버튼 상의 감지점이 접촉되는 시점을 고려하여 해당 감지 신호를 발생시키는 방법이다. 예컨대 하나의 키버튼 전체에 전도성 도료를 입힌 경우를 생각하면 예컨대 7번 8번 9번의 3개의 키버튼으로 구성되면 세로 방향으로 각각 세 개의 감지 라인 배열(7번 키버튼에 형성된 전도성 도료를 SL1, 8번 키버튼에 형성된 전도성 도료를 SL2, 9번 키버튼에 형성된 전도성 도료를 SL3라 하자)로 간주할 수 있다.

예컨대 8번 키버튼을 주입력 버튼으로 눌렀을 때 8번 키버튼에 발라져있는 감지 라인(SL2)에서 가장 먼저 접촉이 감지될 것이고 기타 감지 라인(SL1 또는 SL3)에서는 그 다음에 접촉이 감지될 것이다.

이 경우 리던던시 신호를 없애는 방법은 매번 감지 라인에서 접촉을 감지할 때마다 자신보다 먼저 발생된 접촉 감지 신호가 존재하는 지 여부를 확인하는 것이다. 예컨대 위의 경우 감지 라인(SL2)에서 접촉 감지 신호가 발생하는 경우 다른 감지 라인(SL1, SL3)에서는 접촉이 감지되지 않았으므로 이 접촉 감지 신호는 주입력 버튼에 해당하는 리던던시 신호로 해석하는 것이다. 이와 같은 동작은 에지트리거드(edge triggered) D-플립플롭(flip-flop)을 사용하여 간단히 구현할 수 있다.

즉 감지 라인(SL2)의 신호를 이 플립플롭의 클럭 단자에 인가하고 감지 라인(SL3)의 신호는 입력 단자 D에 인가하면 된다. 이 경우에 감지 라인(SL2)의 상태가 변하는 시점에 감지 라인(SL3)은 아직 로우(low)이므로 플립플롭의 Q단자는 0이 되 어서 감지 라인(SL2)의 접촉 신호 발생을 원천적으로 봉쇄하는 것이다.(즉 발생되는 신호는 8번 키버튼이 기계적 연결형 스위치를 눌러서 발생되는 신호뿐임)

이제 어느 정도 시간이 지난 후 감지 라인(SL3)으로부터의 접촉 신호가 오는 시점에서는 이미 감지 라인(SL2)에서 접촉 신호가 발생해 있으므로 이 플립플롭의 클럭 단자에 감지 라인(SL3)을 연결하고 입력 단자 D에 감지 라인(SL2)을 연결하면 Q 단자에는 하이가 출력되고 이 출력을 감지 라인(SL3)에 대응되는 교차점에 연결된 전달 게이트를 구동시키면 된다. 이 경우 비로소 8번이라는 주입력 버튼 신호와 감지 라인(SL3)에서의 신호, 즉 부입력 버튼이 9번 키버튼이라는 것을 나타내는 신호가 조합된다.

도 5b는 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치를 사용하여 구현한 문자 입력 장치의 예로서, 일본어 문자를 입력하도록 구성된 구현예를 도시한다.

일본어 글자는 기본적으로 '아(あ)', 이(い), 우(う), 에(え), 오(お)에 해당되는 문자가 'あ', 'か', 'さ', 'た', 'な', 'は', 'ま', 'や', 'ら', 'わ'의 10개 부분과 결합하여 50여 가지의 문자로서 구성된다. 또한 사용되지 않거나 하는 문자를 제외하고 받침 글자 'ん'를 포함하면 50개의 문자로 이루어진다고 생각할 수 있다. 또한 탁음(濁音, 예컨대 'が')과 반탁음(半濁音, 예컨대 'ぱ')도 있고, 발음의 특성을 살리려 사용되는 요음(拗音), 즉 작은 글자로 된 '아(ぁ)', '야(ゃ)', '와(ゎ)', 또 소리를 끝낼 때의 종성에 해당하는 촉음(促音) 'っ' 등의 문자까지 함께 생각하면 입력시 필요한 글자수가 거의 80개로 늘어나고, 여기에 히라가나 와 가타가나의 글자까지 고려하면 그 수는 배로 늘어난다. 따라서 이러한 문자의 입력을 위해서는 매 글자마다 하나의 버튼을 배정하는 것은 아주 어려운 일이라서 컴퓨터의 입력자판조차 이를 수용할 수 없다는 단점이 있었다.

그러나 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치를 사용하여 구현한 문자 입력 장치의 경우 이러한 복잡한 과정이 필요없이 간단하게 문자를 입력할 수 있다.

도시되듯이 1번 키버튼에는 일본어 문자 'あ', 'か', 'さ'가 대응되고, 2번 키버튼에는 일본어 문자 'た', 'な', 'ん'가 대응되고, 3번 키버튼에는 일본어 모음에 1번째 및 2번째에 해당되는 '一', '二'가 대응되고, 4번 키버튼에는 일본어 문자 'は', 'ま', 'や'가 대응되고, 5번 키버튼에는 일본어 문자 'ら', 'わ'가 대응되고, 6번 키버튼에는 일본어 모음에 3번째 및 4번째에 해당되는 '三', '四'가 대응되고, 7번 키버튼에는 일본어 문자 'が', 'ざ' 'だ'가 대응되고, 8번 키버튼에는 일본어 문자 'ば', 'ぱ'가 대응되고, 9번 키버튼에는 일본어 모음에 5번째에 해당되는 '五'가 대응되고, '*'표 키버튼에는 일본어의 요음 또는 촉음에 해당되는 'あ', 'や', 'つ'가 대응되고, '#'표 키버튼에는 히라가나와 가타가나 입력의 전환을 위한 기능이 대응된다. 또한 0번 키버튼에는 공백 문자(space)의 입력을 위한 기능이 대응되지만 기타 다른 문자, 예컨대 쉼표 또는 마침표 등의 문자가 대응될 수도 있다. 또한 이러한 키버튼 구성에 대응되는 문자들을 달리하여 문자의 사용 빈도에 따라 자주 사용되는 문자들을 키버튼의 중앙에 대응되도록 할 수 있을 것이다.

일본어 모음의 1번째 내지 5번째에 대응되는 한자(一, 二, 三, 四, 五)는 예컨대 문자 카(か)에 대해서 각 '아(あ)', 이(い), 우(う), 에(え), 오(お)에 해당되는 문자 'か',　'き', 'く',　'け',　'こ'를 한자(一, 二, 三, 四, 五)에 대응시키는 것으로, 'き'에 해당되는 문자를 입력하려면, 이는 'か'의 2번째(二)에 해당되므로 1번 키버튼을 주입력 버튼으로 하여 1번 키버튼만을 누르고 다른 키버튼에 배치된 감지 라인을 접촉시키지 않으면서 동시에 또는 순차적으로 3번 키버튼을 주입력 버튼으로 하여 2번째 음을 입력시키도록 구성하면 된다. 또한 'ど'에 해당되는 문자를 입력하려면 'だ'에 해당되는 7번 키버튼을 주입력 버튼으로 하여 7번 키버튼을 누르고 동시에 8번 키버튼을 부입력 버튼으로 하여 8번 키버튼에 배치된 감지 라인을 접촉시키면서 동시에 또는 순차적으로 9번 키버튼을 주입력 버튼으로 하여 9번 키버튼만을 누르면 'だ'의 다섯 번째(五) 음에 해당되는 'ど'가 입력된다.

기타 영어나 한글에 입력 또는 다른 문자의 입력에 있어서도 마찬가지로 하나의 키버튼에 다수의 문자를 대응시키도록 구성하고 본 발명에 따른 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치를 통하여 구현할 수 있을 것이다.

비록 본 발명이 구성이 구체적으로 설명되었지만 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 보호 범위는 청구범위의 기재를 통하여 정하여진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 키패드 구성에 다수의 감지 전극 을 그 전극이 표면에 노출된 형태 또는 절연체로 덮인 형태로 배치하고, 그 감지점에의 접촉신호를 정전기 및 노이즈의 영향을 최소화할 수 있도록 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 신호의 일부로 편입시키는데, 그 변환된 신호가 모두 편입되지 않도록 접촉신호 중 리던던시 신호를 제거함으로써 편입되는 신호의 개수를 꼭 필요한 개수로 줄이고, 이렇게 함으로써, 만들어진 변환기를 사용함으로써, 키버튼의 어느 부분이 눌려졌는지를 알아내어 한 번의 동작 사이클에 하는 글자를 선택하여 입력할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims (11)

1. 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치로서,

   다수의 키버튼을 포함하고 각각의 키버튼 표면 또는 키버튼 주위 또는 키버튼 밑부분에 형성되어 사용자의 접촉을 감지하는 다수의 감지 전극을 포함하는 키패드 구성과,

   2개의 독립적인 방향으로 형성된 다수의 연결 도선의 교차점을 다수 포함하며 상기 다수의 교차점 중 일부는 상기 다수의 키버튼에 대응되어 배치되며 상기 대응되는 키버튼이 눌려지는 경우의 기계적 접촉을 전기적 신호로 변환하여 발생시키는 기계적 연결형 스위치 매트릭스와,

   하나 이상의 신호 변환기로서, 상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 다수의 교차점 중 상기 키버튼에 대응되어 배치되는 교차점을 제외한 다른 일부의 교차점에 전기적으로 연결되며 상기 다수의 감지 전극 중에서 상기 신호 변환기에 대응되는 감지 전극에서 전기적 접촉 신호가 발생하는 경우 해당 전기적 접촉 신호를 입력받아 상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 상기 연결된 교차점에 인가하는 하나 이상의 신호 변환기

   를 포함하는 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 신호 변환기는,

   상기 대응되는 감지 전극에 연결되며 상기 대응되는 감지 전극에서 인가되는 접촉 감지 신호를 반전시키는 인버터와,

   상기 인버터의 출력에 연결되며 상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 다수의 교차점 중 상기 키버튼에 대응되어 배치되는 교차점을 제외한 다른 일부의 교차점에 전기적으로 연결되어 스위치로 작동하는 전달(transmission) 게이트를 포함하는 것인 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 감지 전극은 매우 높은 저항값을 가지는 풀업(pull-up) 저항을 통하여 공급 전압(VDD)과 연결되거나 주기적 충전과 인체에 의한 방전 감지를 통하여 접촉신호를 감지하는 것인 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 키패드 구성의 상기 키버튼 중 하나 이상은 표면에 다수의 전도성 전극과 비전도성 물질을 포함하며 그 위에 절연막으로 덮여지도록 구성하여 다수의 감지 전극이 키버튼 표면에 배치되도록 구성되며,

   상기 신호 변환기는,

   상기 다수의 전도성 전극 사이에 생성되는 커패시턴스에 의해서 발생되는 반응 파형의 변화를 측정하는 반응 파형 측정부와,

   상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 다수의 교차점 중 상기 키버튼에 대응되어 배치되는 교차점을 제외한 다른 일부의 교차점에 전기적으로 연결되어 스위치로 작동하는 다수의 전달 게이트와,

   상기 반응 파형 변화의 측정을 기초로 상기 다수의 전달 게이트 중에서 온(on)시킬 전달 게이트를 선택하는 위치 선택부를 포함하는 것인 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 신호 변환기는 상기 키버튼 중 하나에 대응되어 배치된 다수의 감지 전극에서 생성되는 접촉 감지 신호를 조합하여 리던던시(redundancy) 신호를 제거하도록 구성된 논리 회로를 더 포함하는 것인 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 키버튼에는 2개의 감지 전극이 배치되고 상기 논리 회로는 상기 2개의 감지 전극에서 인가되는 신호를 XOR 연산하여 2개의 감지 전극에서 동시에 접촉이 발생하는 경우 리던던시 신호를 제거하는 것인 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 키버튼에는 2개의 감지 전극이 배치되고 상기 논리 회로는 상기 2개의 감지 전극에서 인가되는 신호를 XOR 연산하여 2개의 감지 전극에서 동시에 접촉이 발생하는 경우 리던던시 신호를 제거함으로써 상기 키패드 구성의 가장자리에 위치하는 키버튼에서도 세 개의 구별된 글자 중 하나를 선택하는 것인 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 신호 변환기는,

   상기 대응되는 감지 전극에 연결되며 상기 대응되는 감지 전극에서 인가되는 접촉 감지 신호를 일정 시간 동안 유지되는 펄스로 형성하는 모노스테이블 바이브레이터와,

   상기 모노스테이블 바이브레이터 내부에서 시정수를 정하는 커패시턴스의 전압을 초기화시켜 상기 모노스테이블 바이브레이터의 동작을 초기화하는 트랜지스터와,

   상기 모노스테이블 바이브레이터의 출력에 연결되며 상기 기계적 연결형 스위치 매트릭스의 다수의 교차점 중 상기 키버튼에 대응되어 배치되는 교차점을 제외한 다른 일부의 교차점에 전기적으로 연결되어 스위치로 작동하는 전달 게이트를 포함하는 것인 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 키버튼 표면 전체에는 전도성 도료 또는 전도성 물질이 감지 전극으로서 배치되는 것이고,

   상기 신호 변환기는 상기 키버튼 표면 전체에 배치된 감지 전극에서 접촉이 발생하는 순서를 감지하여 리던던시 신호를 제거하는 것인 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 키버튼은 부도체로 이루어진 것이고 내부에 감지 전극의 배치를 위한 다수의 구멍이 형성되며,

    상기 감지 전극은 상기 다수의 구멍에 대응되어 다수 형성되는 것인 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 키패드 구성은 0번 내지 9번 키버튼과 '*'표 키버튼 및 '#' 키버튼을 포함하는 12개의 키버튼으로 구성되고,

    상기 1번 키버튼에는 일본어 문자 'あ', 'か', 'さ'가 대응되고,

    상기 2번 키버튼에는 일본어 문자 'た', 'な', 'ん'가 대응되고,

    상기 3번 키버튼에는 일본어 모음에 1번째 및 2번째에 해당되는 '一', '二' 가 대응되고,

    상기 4번 키버튼에는 일본어 문자 'は', 'ま', 'や'가 대응되고,

    상기 5번 키버튼에는 일본어 문자 'ら', 'わ'가 대응되고,

    상기 6번 키버튼에는 일본어 모음에 3번째 및 4번째에 해당되는 '三', '四'가 대응되고,

    상기 7번 키버튼에는 일본어 문자 'が', 'ざ' 'だ'가 대응되고,

    상기 8번 키버튼에는 일본어 문자 'ば', 'ぱ''가 대응되고,

    상기 9번 키버튼에는 일본어 모음에 5번째에 해당되는 '五'가 대응되고,

    상기 '*'표 키버튼에는 일본어의 요음(拗音) 또는 촉음(促音)에 해당되는 'あ', 'や', 'つ'가 대응되고,

    상기 '#'표 키버튼에는 히라가나와 가타가나 입력의 전환을 위한 기능이 대응되어 일본어 문자를 입력할 수 있는 것인 기계적 접촉 신호와 전기적 접촉 신호를 동시에 받아들이는 스위치 매트릭스 장치.

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