KR100867607B1

KR100867607B1 - 정전용량식 입력장치

Info

Publication number: KR100867607B1
Application number: KR1020070017800A
Authority: KR
Inventors: 한상열
Original assignee: 한상열
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2008-11-10
Also published as: KR20080078144A

Abstract

본 발명은 제조 생산성 향상과 비용 절감을 이룰 수 있는 구조의 정전용량식 입력장치에 관한 것이다. 본 발명의 정전용량식 입력장치(1)는, 기판(10), 기판(10)의 일측면에 일정간격으로 배열된 다수의 제1 극판(20), 일정 간격으로 다수의 홀(31)이 관통 형성되어 있는 단일의 제2 극판(30), 및 제2 극판(30)의 홀(31)에 삽입되어 제2 극판(30)을 관통하여 돌출되는 돌기(41)들이 일측면에 일정간격으로 형성되어 있고 돌기(41)들이 기판(10)에 접한 상태에서 제1 극판(20)들과 제2 극판(30)이 일정 거리(d)를 두고 서로 마주 보도록 기판(10) 상에 적층된 탄성의 접촉패드(40)를 포함한다. 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 정전용량식 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

31: 홀

40: 접촉패드

41: 돌기

42: 입력내용

50: 더미돔

(기술분야)

본 발명은 정전용량식 입력장치에 관한 것이며, 특히 제조 생산성 향상과 비용 절감을 이룰 수 있는 구조의 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 입 력신호를 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 아니라, 접촉 압력의 크기에 따른 다르게 발생하는 정전용량변화의 크기로부터 다양 한 입력신호로 생성할 수 있게 하는 구조를 채용한 입력장치이며, 이로써 다양하고 정교한 형태의 작동을 오작동 없이 입력할 수 있게 되었다.

도3과 도4는 상기한 종래 정전용량식 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.

이와 같은 종래의 입력장치는 제1 극판과 제2 극판 사이에 정밀하게 실리콘과 같은 탄성층을 적층시켜야 하는 구조이기 때문에 대량생산이 어려워 제조원가가 높아진다는 문제점을 내포하고 있다.

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 발명에 따라 새로운 구조의 정전용량식 입력장치가 제공된다.

본 발명에 따른 정전용량식 입력장치는, 기판, 상기 기판의 일측면에 일정간격으로 배열된 다수의 제1 극판, 일정 간격으로 다수의 홀이 관통 형성되어 있는 단일의 제2 극판, 및 상기 제2 극판의 상기 홀에 삽입되어 상기 제2 극판을 관통하여 돌출되는 돌기들이 일측면에 일정간격으로 형성되어 있고 상기 돌기들이 상기 기판에 접한 상태에서 상기 제1 극판들과 상기 제2 극판이 일정 거리를 두고 서로 마주 보도록 상기 기판 상에 적층된 탄성의 접촉패드를 포함한다.
상기 제2 극판은 상기 접촉패드의 돌기에 상기 홀이 타이트하게 삽입된 상태에서 상기 접촉패드의 저면에 견고하게 밀착되고 상기 제1 극판은 상기 기판 위에 적층되어, 상기 돌기가 상기 기판 위에 세워진 상태에서 상기 제1 극판과 상기 제2 극판은 상기 거리를 투고 마주본다.

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 극판들과 상기 제2 극판의 사이에는 더미돔이 매개되어 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 정전용량식 입력장치를 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 정전용량식 입력장치를 예시적으로 설 명하는 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) 및 접촉패드(40)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

기판(10)은 그 위에 제1 극판(20), 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 정전용량식 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 휴대전화기의 입력장치에서 일반적으로 입력하게 되는 입력내용(예, 휴대전화기에 널리 적용되는 0-9의 숫자, *, #, 상하좌우 이동, SAND, END 등)을 입력할 수 있도록 기판(10)의 상면에 21개의 사각형(다른 형상도 가능)의 제1 극판(20)이 3×7의 행렬 매트릭스로 배열된 예를 도시한 것이다.

제2 극판(30)도 통상적인 정전용량식 입력장치에 널리 사용되는 동판과 같은 도전체로 구성되며, 후술하는 접촉패드(40)의 일측면(도시된 구체예에 있어서는 저면)에 장착된다.

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

본 발명의 일 특징에 따라, 제2 극판(30)에는 다수의 홀(31)들이 관통 형성되어 있다. 홀(31)의 형성 위치는 특히 제한되지 않지만, 제1 극판(20)들의 위치와 중첩되지 않도록 제1 극판(20)들의 둘레에 적정 간격으로 형성할 수 있다.

도시된 구체예에는 제1 극판(20)이 3×7의 행렬 매트릭스로 배열된 것에 부합하여 제1 극판(20)들과 겹치지 않고 그 모서리들에 배치되도록, 제 극판(30)에 4×(32개)의 행렬 매트릭스로 홀(31)이 형성된 예를 도시한 것이다.

상기 접촉패드(40)는 본 발명의 입력장치(1)가 휴대용 단말기에 적용되어 사 용될 때 사용자의 손이 직접 접촉되는(압력이 가해지는) 최상층의 패드로서, 바람직하게 접촉패드(40)의 표면에는 본 발명의 입력장치(1)에 의해 입력할 수 있는 입력내용(42: 예, 휴대전화기에 널리 적용되는 0-9의 숫자, *, #, 상하좌우 이동, SAND, END 등)이 인쇄되어 있고, 이런 입력내용(42)은 제1 기판(20)의 개수와 배치에 대응되도록 할 수 있다.

접촉패드(40)에 인쇄된 입력내용(42)은, 본 발명의 입력장치(1)의 용도와 기능에 맞게 적절히 설계된 회로와 본 발명의 입력장치(1)가 적용된 휴대용 단말기에 탑재된 소프트웨어에 의해 설정될 수 있다.

본 발명의 특징에 따라, 접촉패드(40)의 저면 쪽으로는 제2 극판(30)의 홀(31)에 타이트하게 삽입되어 제2 극판(30)을 관통하여 돌출되는 돌기(41)들이 일정간격으로 형성되어 있으며, 돌기(41)의 형성 위치는 홀(31)의 위치에 대응하여 형성하면 된다.

도시된 구체예는 제2 극판(30)의 홀(31)이 4×8의 행렬 매트릭스로 배열된 것에 따라 돌기(41)도 같은 행렬로 32개가 접촉패드(40)의 저면에 일체로 형성된 예를 도시한 것이다. 돌기(41)는 접촉패드(40)를 성형할 때 일체로 성형할 수도 있고, 별도로 형성하여 접촉패드(40)에 부착할 수도 있다.

제2 극판(30)의 홀(31)과 접촉패드(40)의 돌기(41)가 대응하는 위치에 형성되어 있음에 따라, 돌기(41)가 홀(31)에 견고하게 삽입됨으로써 제2 극판(30)은 접촉패드(40)의 저면에 견고하게 조립된다.

접촉패드(40)는 탄성을 가져서 외부에서 압력이 가해지면 접촉패드(40)가 기 판(10) 쪽으로 복원성 있게 탄성적으로 가변되고 압력이 제거되면 원위치로 복원된다. 접촉패드(40)의 탄성은 접촉패드(40)에 가해진 외부의 압력에 의해 그 아래에 조립된 제2 극판(30)이 복원성 있게 탄성적으로 가압될 수 있도록 하기 위한 것이며, 돌기(41)에만 탄성을 부여할 수도 있고, 돌기(41)를 포함한 접촉패드(40)의 전체에 탄성을 부여하거나 돌기(41)를 제외한 나머지 부분에만 탄성을 부여할 수도 있다.

제1 극판(20)들이 부착된 기판(10)과 제2 극판(30)이 조립된 접촉패드(40)는 제1 극판(20)들과 제2 극판(30)이 서로 마주 보는 방향으로 기판(10) 위에 적층되며, 이때 돌기(41)들은 홀(31)을 관통하여 기판(10)에 접한 상태로 뻗어 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 입력장치(1)의 적층 구조에 따라, 제1 극판(20)들과 제2 극판(30)은 그 중첩위치에서 일정 거리(d)를 두고 이격된 상태로 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 접촉패드(40)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)의 특정 입력내용(42)을 가압하게 되면, 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 거리이다)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 접촉패드(40)의 탄성에 의해 접촉패드(40)와 제2 극판(30)은 원래의 위치로 복원된다.

바람직하게 상기 제1 극판(20)과 제2 극판(30) 사이의 공간에는 탄성고무재질의 더미돔(50)을 매개시킴으로써, 손으로 입력장치(1)를 가압하였을 때, 종래의 돔 스위치 방식의 입력장치에서 느껴지는 터치감과 유사한 터치감이 느껴지도록 할 수 있다. 더미돔(50)은 제1 극판(20)에 부착하거나 제2 극판(30)에 부착하면 된다.

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.

또한, 본 발명의 입력장치(1)는, 기판(10), 제1 극판(20), 제2 극판(30) 및 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 일측면에 일정간격으로 배열된 다수의 제1 극판(20), 일정 간격으로 다수의 홀(31)이 관통 형성되어 있는 단일의 제2 극판(30), 및 상기 제2 극판(30)의 상기 홀(31)에 삽입되어 상기 제2 극판(30)을 관통하여 돌출되는 돌기(41)들이 일측면에 일정간격으로 형성되어 있고 상기 돌기(41)들이 상기 기판(10)에 접한 상태에서 상기 제1 극판(20)들과 상기 제2 극판(30)이 일정 거리(d)를 두고 서로 마주 보도록 상기 기판(10) 상에 적층된 탄성의 접촉패드(40)를 포함하고;

상기 제2 극판(30)은 상기 접촉패드(40)의 돌기(41)에 상기 홀(31)이 타이트하게 삽입된 상태에서 상기 접촉패드(40)의 저면에 견고하게 밀착되고 상기 제1 극판(20)은 상기 기판(10) 위에 적층되어, 상기 돌기(41)가 상기 기판(10) 위에 세워진 상태에서 상기 제1 극판(20)과 상기 제2 극판(30)은 상기 거리(d)를 투고 마주보며;

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)들과 상기 제2 극판(30)의 사이에는 더미돔(50)이 매개되어 있는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 입력장치.