KR100787834B1

KR100787834B1 - 정전용량식 입력장치

Info

Publication number: KR100787834B1
Application number: KR1020070017801A
Authority: KR
Inventors: 한상열
Original assignee: (주)엠아이디티
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2007-12-27

Abstract

본 발명은 제조 생산성 향상과 비용 절감을 이룰 수 있고, 포인팅과 스크롤의 입력에 편리한 정전용량식 입력장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 정전용량식 입력장치(1)는, 기판(10), 상기 기판(10)의 상면에 일정간격으로 배열된 다수의 제1 극판(20), 상기 제1 극판(20) 위에 일정 거리(d) 이격되어 적층된 단일의 제2 극판(30), 상기 제2 극판(30) 위에 적층된 접촉패드(40), 및 상기 제1 극판(20)과 상기 제2 극판(30) 사이의 공간에 설치되어 다수의 지점에서 상기 제2 극판(30)을 상기 제1 극판(20)에 탄성적으로 받쳐주는 탄성받침대(50)를 포함하고; 상기 접촉패드(40)에 가해진 압력에 의해 상기 제1 극판(20)들과 상기 제2 극판(30)의 중첩위치에서 상기 제1 극판(20)들과 상기 제2 극판(30) 사이의 거리(d)가 복원성 있게 가변되어 상기 제1 극판(20)들과 상기 제2 극판(30) 사이에 정전용량변화를 일으킴으로써 상기 중첩점들이 센싱포인트가 되며, 측정된 상기 센싱포인트들의 정전용량변화로부터 상기 센싱포인트들의 위치와 가해진 압력의 크기에 따라 소정의 입력신호를 생성한다.

Description

정전용량식 입력장치{Capacitive Input Device}

도1은 본 발명에 따른 예시적인 정전용량식 입력장치의 분해도,

도2는 본 발명에 따른 예시적인 정전용량식 입력장치의 단면도,

도3은 종래 정전용략식 입력장치의 분해도,

도4는 종래 정전용량식 입력장치의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 본 발명의 정전용량식 입력장치

10: 기판

20: 제1 극판

30: 제2 극판

40: 접촉패드

41: 입력내용

50: 탄성받침대

51: 기둥

52: 연결대

(기술분야)

본 발명은 정전용량식 입력장치에 관한 것이며, 특히 제조 생산성 향상과 비용 절감을 이룰 수 있고 포인팅과 스크롤의 입력에 편리한 정전용량식 입력장치에 관한 것이다.

(배경기술)

휴대전화기, 엠피쓰리, PDA, PMP, 휴대용 게임기, DMB 수신기 등 각종 휴대용 단말기에는 소정 작동과 데이터를 입력하기 위한 입력장치가 설치되어 있으며, 휴대용 단말기에 탑재되는 메뉴가 다양해지고 단말기들의 기능이 통합되는 추세에 따라 입력장치의 작동은 더욱 다양해지고 조작 회수도 그만큼 더 증가하게 되었다.

휴대용 단말기의 입력장치로 사용되는 키패드에는 돔 스위치가 널리 사용되어 왔으나, 슬림화된 모델을 중심으로 돔 스위치 대신 정전용량식 입력장치가 도입되기에 이르렀으며, 이런 정전용량식 입력장치는 휴대전화기의 소형화에 바람직한 환경을 제공하면서 다양하게 응용되고 있다.

널리 알려진 바와 같이 휴대용 단말기에 적용된 정전용량식 입력장치는, 기판 위에 일정한 간격을 두고 입력키에 대응하는 다수의 극판(적극, 예: 동판)을 배치하여 이들 극판에 전압을 인가하는 구성으로 이루어져 있으며, 사람의 손이 극판(즉, 손의 접촉을 검출하는 센싱포인트)에 접촉될 때 손과 극판 사이의 유전율에 따른 기생 정전용량을 감지하여 어떤 극판이 선택되었는지를 판단하고, 판단된 입력신호를 휴대용 단말기의 CPU로 전송하여 해당 입력신호에 대응하는 입력이 실행되도록 하는 방식으로 작동된다.

휴대용 단말기의 소형화 추세에 따라 키패드의 버튼 간격이 좁아지게 되고 이로 인해 버튼을 조작할 때 원하지 않은 인접한 다른 버튼이 조작되는 등의 오작동의 가능성이 증가하고 있는 상황에서, 입력장치로서 정전용량식 입력장치가 제공됨에 따라, 휴대용 단말기의 소형화에 따른 오작동의 문제가 일부 완화되었다.

그러나 휴대용 단말기에 적용된 종래의 정전용량식 입력장치는, 손이 어떤 극판(전극)에 접촉 되었는가 만을 판별할 수 있을 뿐이고 각각의 극판들이 단일의 작동만을 입력하는 장치이므로, 지금까지 휴대용 단말기에 적용된 정전용량식 입력장치는 단지 선택메뉴의 위치를 이동하는 작동을 입력하는 기능만을 담당하고 이동된 메뉴에서의 필요한 작동을 입력하는 것은 기존의 돔 스위치를 이용하는 이중 구조가 적용되었으며, 따라서 돔 스위치 방식의 입력장치의 한계를 완전히 벗어났다고 할 수 없었다. 또한 종래의 정전용량식 입력장치는 외부조건(접촉되는 손 또는 피부의 온도 및 습도 등의 변화)에 따라 정전용량 값이 달라 질 수 있어 오동작의 원인이 되기도 한다.

위와 같은 종래 정전용량식 입력장치들의 문제점을 해소하기 위해, 본 발명자 소유의 대한민국 특허등록 제661,000호(2006. 12. 18 등록)의 '휴대용 전자장치의 입력장치'가 제안되었다. 제661,000호의 입력장치는 손과 같은 도체를 극판에 접촉시킴으로써 발생하는 기생 정전용량을 검출하여 입력신호를 생성하는 것이 아 니라, 접촉 압력의 크기에 따른 다르게 발생하는 정전용량변화의 크기로부터 다양한 입력신호로 생성할 수 있게 하는 구조를 채용한 입력장치이며, 이로써 다양하고 정교한 형태의 작동을 오작동 없이 입력할 수 있게 되었다.

도3과 도4는 상기한 종래 정전용략식 입력장치의 분해도 및 단면도이다. 도시된 바와 같이 종래 입력장치(100)는, 기판(110), 기판(110)에 일정 간격의 행으로 인쇄된 다수의 제1 극판(120), 제1 극판(120) 위에 피복되어 압력에 의해 탄성적으로 두께가 가변되는 탄성층(130), 및 제1 극판(120)과 수직방향으로 일정 간격의 열로 탄성층(130) 위에 인쇄되어 탄성층(130)의 두께에 해당하는 거리(d)를 두고 제1 극판(120)에 대해 격자 형태로 배치된 다수의 제2 극판(140), 제2 극판(140) 위에 피복된 보호층(150) 및 보호층(150) 위에 피복되어 입력내용이 표시된 표시시트(160)로 구성되어 있고, 제1 극판들(120)과 제2 극판들(140)의 교차점들에서 압력에 의한 거리(d)의 변화에 따라 정전용량의 변화를 일으킴으로써 상기 교차점들이 그물망 형태의 센싱포인트를 형성하며, 센싱포인트들의 정전용량을 측정하고 측정된 정전용량으로부터 센싱포인트의 위치와 가해진 압력의 크기에 대응하는 입력신호를 생성한다.

본 발명의 목적은, 접촉 압력의 크기에 따른 정전용량변화의 크기로부터 입력신호를 생성함으로써 다양한 입력내용을 입력할 수 있는 정전용량식 입력장치에 관련하여 그 적층 구조를 양산하기 용이한 구조로 개량함으로써 제조 생산성을 향상시키고 제조비용을 절감하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 휴대용 단말기에 적용하여 포인팅과 스크롤 입력을 편리하게 실현할 수 있는 정전용량식 입력장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따라 새로운 구조의 정전용량식 입력장치가 제공된다.

본 발명에 따른 정전용량식 입력장치는, 기판, 상기 기판의 상면에 일정간격으로 배열된 다수의 제1 극판, 상기 제1 극판 위에 일정 거리 이격되어 적층된 단일의 제2 극판, 상기 제2 극판 위에 적층된 접촉패드, 및 상기 제1 극판과 상기 제2 극판 사이의 공간에 설치되어 다수의 지점에서 상기 제2 극판을 상기 제1 극판에 탄성적으로 받쳐주는 탄성받침대를 포함한다.

본 발명의 정전용량식 입력장치는, 상기 접촉패드에 가해진 압력에 의해 상기 제1 극판들과 상기 제2 극판의 중첩위치에서 상기 제1 극판들과 상기 제2 극판 사이의 거리가 복원성 있게 가변되어 상기 제1 극판들과 상기 제2 극판 사이에 정전용량변화를 일으킴으로써 상기 중첩점들이 센싱포인트가 되며, 측정된 상기 센싱포인트들의 정전용량변화로부터 상기 센싱포인트들의 위치와 가해진 압력의 크기에 따라 소정의 입력신호를 생성한다.

바람직하게, 상기 제1 극판은, 행과 열이 서로 엇갈리게 배치된 행렬 매트릭스 배열의 사각 형상으로 되어 있다.

바람직하게, 상기 탄성받침대는 상기 제1 극판들과 겹치지 않게 상기 제1 극판들의 사이사이에 배치되는 다수의 기둥을 포함하고, 더욱 바람직하게 인접한 상기 기둥들은 연결대에 의해 상호 연결되어 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 정전용량식 입력장치를 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 정전용량식 입력장치를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도1은 본 발명에 따른 예시적인 정전용량식 입력장치의 분해도, 도2는 본 발명에 따른 예시적인 정전용량식 입력장치의 단면도이다.

본 발명에 따른 정전용량식 입력장치(1)는 예를 들어 휴대전화기, 엠피쓰리, PDA, PMP, 휴대용 게임기, DMB 수신기 등 각종 휴대용 단말기에 각종 데이터나 조작을 입력하는 것에 사용하기 적합한 입력장치로서, 예를 들어 휴대용 단말기의 CPU에 회로적으로 연결된다. 본 발명의 입력장치(1)와 휴대용 단말기의 회로적 연결은 본 발명의 특징과 직접적인 관련이 없고 또한 종래의 관련 기술을 참조할 수 있으므로 그 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 입력장치(1)는, 도1과 도2에 도시된 바와 같이, 기판(10), 다수의 제1 극판(20)들, 단일의 제2 극판(30), 접촉패드(40) 및 탄성받침대(50)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

기판(10)은 그 위에 제1 극판(20), 탄성받침대(50), 제2 극판(30) 및 접촉패드(40)를 적층시킬 수 있는 예를 들어 회로기판(PCB 및 FPCB)과 같은 통상의 기판으로서, 입력장치(1)의 구성요소들을 지지하는 작용을 한다. 기판(10)의 크기는 본 발명의 입력장치(1)가 적용되는 휴대용 단말기의 종류와 본 발명의 입력장치의 크기 및 이에 의해 입력되는 입력내용의 종류 등에 따라 적절히 선택될 수 있다.

제1 극판(20)은 일반적인 본 발명의 입력장치(1)와 같은 통상적인 정전용량 식 입력장치에 널리 사용되는 동판과 같은 도전체로 구성되며, 기판(10)의 일측면(도시된 구체예에서는 표면)에 일정간격으로 다수개가 배열되어 있다.

제1 극판(20)들의 형상, 개수, 배치 및 각 제1 극판(20)의 사이즈 등은, 본 발명의 입력장치(1)가 사용되는 휴대용 단말기의 종류, 입력장치(1)의 장착에 허용된 공간 크기, 입력장치(1)에 요구되는 입력 작동의 종류 등에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

도시된 구체예에는 본 발명의 입력장치(1)를 휴대용 단말기에 적용하여 포인터를 이동시키는 포인팅과 스크롤바를 이동시키는 스크롤 입력에 적합하도록, 50(5ㅧ10)개의 사각(마름모)형 제1 극판(20)을 행과 열이 서로 엇갈리게 행렬 매트릭스로 배열된 예를 도시한 것이다.

물론 본 발명의 입력장치(1)의 제1 극판(20)을 휴대전화기와 같은 휴대용 단말기에 널리 적용되는 0-9의 숫자, *, #, 상하좌우 이동, SAND, END 등을 입력하기에 바람직하도록 다른 행렬 매트릭스로 배열하는 것도 배제되지 아니한다.

제2 극판(30)도 통상적인 정전용량식 입력장치에 널리 사용되는 동판과 같은 도전체로 구성되며, 제1 극판(20)으로부터 일정 거리(d) 이격 되어 후술하는 접촉패드(40)의 일측면(도시된 구체예에 있어서는 저면)에 적층된다.

제2 극판(30)은 제1 극판(20)과 같이 복수개로 구성된 것이 아니라, 제1 극판(20)의 전체를 커버하는 단일의 동판으로 형성되어 있다.

상기 접촉패드(40)는 본 발명의 입력장치(1)가 휴대용 단말기에 적용되어 사용될 때 사용자의 손이 직접 접촉되는(압력이 가해지는) 최상층의 패드로서, 상기 제2 극판(30) 위에 적층된다.

바람직하게, 접촉패드(40)의 표면에는 본 발명의 입력장치(1)에 의해 입력할 수 있는 포인팅이나 스크롤을 나타내는 입력내용(41: 좌우방향 화살표시 등)이 인쇄되어 있다. 물론 상기 입력내용(41)에는 휴대전화기 등에 널리 적용되는 0-9의 숫자, *, #, 상하좌우 이동, SAND, END 등도 포함될 수 있으며, 이런 입력내용(41)은 제1 기판(20)의 개수와 배치에 대응되도록 할 수 있다.

상기 제1 극판(20)과 상기 제2 극판(30) 사이에는 제2 극판(30)이 제1 극판(20) 위에 일정 거리(d)를 유지한 상태로 적층되도록 하고, 제2 극판(30)을 제1 극판(20)에 대해 다수의 지점(포인트)에서 탄성적으로 지지하는 탄성받침대(50)가 적층된다.

상기 탄성받침대(50)는 제2 극판(30)을 제1 극판(20)의 상부에 일정 거리(d) 유지한 상태로 탄성적으로 지지할 수 있는 구조라면 특히 제한되지 않으며, 바람직하게, 제1 극판(20)들과 겹치지 않게 제1 극판(20)들의 사이사이에 배치된 다수의 기둥(51)을 포함하도록 구성할 수 있으며, 더욱 바람직하게 인접한 기둥(51)들은 연결대(52)로 상호 연결할 수 있다. 도시된 구체예에 있어서는 제1 극판(20)들의 사이사이와 외부 꼭짓점들 주변에 총 70개의 기둥(51)을 배치된 예를 도시한 것이다.

제1 극판(20)과 제2 극판(30) 사이의 상기 일정 거리(d)는 탄성받침대(50)의 기둥(51)의 높이에 의해 결정된다.

아울러 상기 기둥(51)은 탄성소재로 구성되어서 외부에서 접촉패드(40)에 압 력이 가해지면 압력이 가해진 지점의 기둥(51)이 탄성적으로 수축되면서 제2 극판(30)이 제1 극판(20) 쪽으로 접근함으로써 상기 일정 거리(d)를 복원성 있게 가변시킨다.

이때, 접촉패드(40)에도 탄성을 부여함으로써, 외부 압력에 의한 상기 일정 거리(d)의 복원성 있는 가변을 기둥(51)과 접촉패드(40)의 협력에 의해 이루어지도록 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 입력장치(1)의 적층 구조에 따라, 제1 극판(20)들과 제2 극판(30)은 그 중첩위치에서 기둥(51)의 높이에 대응하는 일정 거리(d)를 두고 이격되어 배치되며, 제1 극판(20)과 제2 극판(30) 사이에는 공기가 채워져 일종의 유전체로서의 작용을 한다.

이와 같이 제1 극판(20)들과 제2 극판(30)이 거리(d)를 두고 배치됨에 따라, 접촉패드(40)에 외력이 가해지면 외력이 가해진 지점의 탄성받침대(50)가 탄성적으로 가압되면서 제1 극판(20)과 상기 제2 극판(30)의 중첩위치에서 제1 극판(20)과 상기 제2 극판(30) 사이의 거리(d)가 복원성 있게 가변되어 정전용량변화를 일으키게 되어 이들 중첩점들이 입력장치(1)의 센싱포인트들이 된다.

즉, 사용자가 손으로 접촉패드(40)를 가압하게 되면, 탄성받침대(50)의 수축으로 제2 극판(30)이 아래로 이동되고, 가압하는 위치의 아래에 존재하는 해당 센싱포인트의 선택된 특정 제1 극판(20)과 제2 극판(30) 사이의 거리(d)가 복원성 있게 가변(줄어들게) 되며, 이런 거리(d)의 변화에 따라 해당 센싱포인트에서는 C=μA/d의 공식(여기에서 C는 정전용량, μ는 유전율, A는 면적, d는 극판 사이의 거리 이다)에 해당하는 정전용량변화가 발생하고, 이때 전전용량변화량은 누르는 압력의 크기에 따라 다르게 나타난다.

결국 센싱포인트들에서 측정된 정전용량변화로부터 센싱포인트들의 위치와 가해진 압력의 크기에 따른 소정의 입력신호가 생성되며, 생성된 입력신호는 입력장치(1)가 장착된 휴대용 단말기의 CPU 등으로 전송되어 해당 입력 작동이 실현된다. 이후 누르는 힘이 제거되면 탄성받침대(50)의 탄성에 의해 접촉패드(40)와 제2 극판(30)은 원래의 위치로 복원된다.

본 발명의 입력장치(1)에 있어서 제1 극판(20)을, 도1에 예시된 바와 같이, 행과 열이 서로 엇갈리게 배치된 행렬 매트릭스로 배열할 경우, 본 발명의 입력장치는 노트북의 터치패드로 입력할 수 있는 포인팅과 스크롤을 입력할 수 있는 입력장치로 사용할 수 있다. 도1과 같이 제1 극판(20)을 배치한 것은 입력장치(1)의 센싱포인트들이 그 전체의 면에 밀도 있게 균일하게 배치되게 함으로써 포인팅과 스크롤을 입력하기에 적합하도록 하기 위한 것이다.

도1에 예시된 바와 같은 제1 극판(20)의 배치에 따라, 본 발명의 입력장치(1)의 접촉패드(40) 위에 손가락을 접촉시킨 상태에서 가볍게 접촉패드(40)를 누르면서 접촉패드(40) 상을 따라 손가락을 이동시키면, 손가락이 이동됨에 따라 그 아래에 위치하는 탄성받침대(50)의 기둥(51)이 순차적으로 수축되면서 제2 극판(3)과 손가락의 아래에 제1 극판(20) 사이의 거리(d)가 순차적으로 복원성 있게 가변(줄어들게) 되어, 손가락이 움직이는 궤적의 아래에 있는 센싱포인트들이 손가락의 움직임에 따라 순차적으로 정전용량변화를 일으키게 되고, 이와 같은 여러 센싱포 인트들의 순차적인 정전용량변화는 입력장치(1)를 제어하는 제어부나 입력장치(1)가 장착된 휴대용단말기의 CPU의 관련 프로세서에 의해 포인팅이나 스크롤의 입력으로 인식하게 된다.

이런 손가락의 이동을 통해 예를 들어 디스플레이에 나타난 포인터가 목적하는 위치에 이르렀을 때, 지금까지의 압력보다 큰 힘으로 접촉패드(40)를 강하게 누르게 되면, 해당 센싱포인트에서 제1 극판(20)과 제2 극판(30) 사이의 거리(d)가 더 줄어들면서 더 줄어든 거리(d)에 대응하는 새로운 정전용량변화가 발생하고, 이런 새로운 정전용량변화는 해당 포인트에서 소정 입력이 선택된 것으로 휴대용 단말기의 CUP 등에 인식되어 선택된 입력 작동이 실현되게 되는 것이다.

제1 극판(20) 및 제2 기판(30)에 적용된 회로와 이를 제어하는 제어부 등은, 전술한 대한민국 특허등록 제661,000호를 포함한 관련 기술분야의 통상적인 기술을 이용하여 입력장치(1)가 적용되는 휴대용 단말기에 맞게 적절히 적용할 수 있는 것이므로 그 구체적인 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 입력장치는, 극판에 대한 단순한 접촉과 비첩촉의 구별로 입력신호를 생성하는 것이 아니라 접촉 압력의 크기에 따라 정전용량변화가 달라지는 현상으로부터 압력의 크기에 따라 입력신호가 생성되도록 함으로써, 오작동 없이 다양한 형태의 입력 작동을 실현할 수 있고 휴대용 단말기의 소형화에도 기여할 것이다.

특히, 본 발명의 입력장치에 의하면, 노트북의 터치패드로 입력할 수 있는 포인팅과 스크롤과 같은 입력을 휴대용 단말기에서도 실행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 입력장치(1)는, 기판(10), 제1 극판(20), 탄성받침대(50), 제2 극판(30), 접촉패드(40)의 전술한 바와 같은 특징적 적층 구조를 통해 일정 거리 이격된 제1 극판(20)과 제2 극판(30) 사이에 존재하는 공기를 유전체로 사용하므로, 종래와 같이 제1 극판과 제2 극판 사이에 정밀하게 실리콘과 같은 탄성층을 적층하는 어려움이 없으며, 결과적으로 보다 용이하게 양산할 수 있어 제조 생산성 향상과 제조비용 절감을 이룰 수 있다.

Claims

기판(10), 상기 기판(10)의 상면에 일정간격으로 배열된 다수의 제1 극판(20), 상기 제1 극판(20) 위에 일정 거리(d) 이격되어 적층된 단일의 제2 극판(30), 상기 제2 극판(30) 위에 적층된 접촉패드(40), 및 상기 제1 극판(20)과 상기 제2 극판(30) 사이의 공간에 설치되어 다수의 지점에서 상기 제2 극판(30)을 상기 제1 극판(20)에 탄성적으로 받쳐주는 탄성받침대(50)를 포함하고;

상기 접촉패드(40)에 가해진 압력에 의해 상기 제1 극판(20)들과 상기 제2 극판(30)의 중첩위치에서 상기 제1 극판(20)들과 상기 제2 극판(30) 사이의 거리(d)가 복원성 있게 가변되어 상기 제1 극판(20)들과 상기 제2 극판(30) 사이에 정전용량변화를 일으킴으로써 상기 중첩점들이 센싱포인트가 되며, 측정된 상기 센싱포인트들의 정전용량변화로부터 상기 센싱포인트들의 위치와 가해진 압력의 크기에 따라 소정의 입력신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 입력장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 극판(20)은, 행과 열이 서로 엇갈리게 배치된 행렬 매트릭스 배열의 사각 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 입력장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성받침대(50)는 상기 제1 극판(20)들과 겹치지 않게 상기 제1 극판(20)들의 사이사이에 배치되는 다수의 기둥(51)을 포함 하는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 입력장치.
제3항에 있어서, 인접한 상기 기둥(51)들은 연결대(52)에 의해 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 입력장치.