KR101168709B1 - 하이브리드 터치 패드 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 통상의 터치 패드의 기능을 실행하면서도 연속적인 방향 지시 기능을 함께 실행할 수 있는 새로운 형태의 하이브리드 터치 패드를 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 베이스 기판; 상기 베이스 기판의 일면에 형성된 것으로, 사용자에 의해 표면에 접촉이 있는지 여부, 접촉이 있는 경우의 접촉 위치, 접촉 위치의 변화를 감지하는 것이 가능한 슬라이딩 모듈; 및 상기 베이스 기판에서 상기 슬라이딩 모듈이 배치된 면의 반대 면인 이면에 배치된 복수 개의 스트로크 센서를 포함하는 하이브리드 터치 패드를 제공한다.

Description

하이브리드 터치 패드{Hybrid type touch pad}
본 발명은 하이브리드 터치 패드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통상의 트랙 패드나 터치 패드와 달리 연속적인 방향 지시가 가능한 새로운 형태의 하이브리드 터치 패드에 관한 것이다.
개인용 컴퓨터 등의 단말기의 입력 장치로 마우스, 터치 패드, 전자 펜, 트랙볼, 키보드, 광 트랙패드 등 다양한 장치들이 사용되고 있다. 그중에서 터치패드는 노트북 컴퓨터에 많이 사용되며, 컴퓨터 외에 리모콘 등에도 많이 사용된다. 최근에는 특히 스마트 폰의 포인팅 입력 장치로써 터치 패드가 널리 많이 사용되고 있다.
터치 패드는 손가락을 대상 장치(터치 패드)위에 올려놓고 슬라이딩해야 작동하는데, 바로 이 때문에 선택한 위치에는 손쉽게 접근하지만, 연속적인 방향지시(예컨대, 키보드의 상/하/좌/우 버튼)의 기능은 구현하지 못하는 단점이 있다.
그렇기 때문에 현재까지는 방향 지시는 조이스틱이나 키보드의 버튼으로, 위치 지시는 마우스 등과 같은 별도의 포인팅 장치로 사용하는 것이 일반적이다. 이에 이러한 기능을 하나의 장치에서 간편하고 구현할 필요성이 대두된다. 특히 하나의 장치에서 두 가지 다른 형태의 입력을 사용자가 직관적으로 편리하게 구별하여 사용할 수 있도록 하는 새로운 형태의 입력 장치의 필요성이 매우 크다.
본 발명은 상기한 문제점을 포함한 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 통상의 터치 패드의 기능을 실행하면서도 연속적인 방향 지시 기능을 함께 실행할 수 있는 새로운 형태의 하이브리드 터치 패드를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 사용자가 터치 패드를 사용하면서 동일한 기기 상에서 방향 지시를 직관적으로 편리하고 자유롭게 할 수 있도록 하는 새로운 형태의 하이브리드 터치 패드를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 베이스 기판;
상기 베이스 기판의 일면에 형성된 것으로, 사용자에 의해 표면에 접촉이 있는지 여부, 접촉이 있는 경우의 접촉 위치, 접촉 위치의 변화를 감지하는 것이 가능한 슬라이딩 모듈; 및
상기 베이스 기판에서 상기 슬라이딩 모듈이 배치된 면의 반대 면인 이면에 배치된 복수 개의 스트로크 센서를 포함하는 하이브리드 터치 패드를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 슬라이딩 모듈은 정전 용량 방식 터치 패드, 감압 방식 터치 패드, 광 트랙 패드 중에서 채택 된 하나인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 스트로크 센서는,
상기 베이스 기판의 이면 측에서 상기 베이스 기판과 간격을 두고 배치되는 변형 기판;
상기 베이스 기판의 이면에 형성된 제1전극;
상기 베이스 기판의 이면에 상기 제1전극과 이격되어 형성된 제2전극;
상기 변형 기판에서 상기 제1전극 및 제2전극과 대향하는 위치에 형성된 제3전극; 및
상기 베이스 기판의 이면에서 상기 변형 기판과 상기 베이스 기판 사이의 간격을 유지하는 스페이서를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제3전극은 피에조 레지스티브 필름으로 만들어져서, 상기 스트로크 센서는 상기 제3전극의 변형량에 따라 가해지는 스트로크 센서에 가해지는 힘의 크기의 측정이 가능한 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 통상의 터치 패드의 기능을 실행하면서도 연속적인 방향 지시 기능을 함께 실행할 수 있는 새로운 형태의 하이브리드 터치 패드를 제공할 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면 슬라이딩 입력과 방향 지시 입력을 하나의 장치에서 사용자가 직관적으로 편리하게 할 수 있으면서도 두 가지 기능의 혼선을 분명하게 피할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 터치 패드의 좌우 슬라이딩에 의한 구동 방식을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 터치 패드의 상하 스트로크에 의한 구동 방식을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2의 III 방향에서 바라본 스트로크 센서의 배열 구조를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 하이브리드 터치 패드에 사용되는 스트로크 센서의 일례의 구성을 보여주는 단면도.
도 5는 변형 기판이 변형된 상태를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 6은 0.5N이하의 힘이 가해질 때 급격하게 저항이 변화하도록 설계된 아날로그 센서의 힘에 따른 저항의 변화를 보여주는 그래프.
도 7은 동일한 센서에서 0.5N 이하의 힘이 가해질 때 민감하게 변형이 이루어지는 아날로그 센서의 힘에 따른 변형량(distance로 표시함)의 변화를 보여주는 그래프.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 하이브리드 터치 패드의 좌우 슬라이딩에 의한 구동 방식을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 하이브리드 터치 패드의 상하 스트로크에 의한 구동 방식을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있으며, 도 3에는 도 2의 III 방향에서 바라본 스트로크 센서의 배열 구조를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 터치 패드는 베이스 기판(200), 상기 베이스 기판(200)의 일측에 위치하는 슬라이딩 모듈(100) 및 상기 베이스 기판(200)에서 상기 슬라이딩 모듈(100)과 반대편에 위치하는 복수 개의 스트로크 센서를 포함한다.
상기 베이스 기판(200)은 전기 회로가 구현될 수 있는 것으로 플렉서블 기판(Flexible Printed Circuit Board: FPCB)일 수 있다.
상기 슬라이딩 모듈(100)은 사용자에 의해 표면에 접촉이 있는지 여부, 접촉이 있는 경우의 접촉 위치, 접촉 위치의 변화를 감지할 수 있는 것이면 어떤 것이라도 사용될 수 있는데, 예를 들어, 정전 용량 방식, 감압 방식의 터치 패드나, 광 트랙 패드가 사용될 수 있다.
정전 방식의 터치 패드는, 터치 패드 표면에 미세한 전류가 흐르고, 도전체가 접촉하게 되면 전류의 흐름이 특정 지점에서 변화하는 것을 감지하는 방식으로 구동 될 수 있다. 감압 방식의 터치 패드는, 상기 베이스 기판(200)의 일면에 대해 이격된 패드용 기판, 패드용 기판과 베이스 기판(200)의 간격을 유지하는 스페이서, 상기 패드용 기판 또는 베이스 기판(200)에 배치된 복수의 제1접촉 단자, 상기 제1접촉 단자들에 대향하여 배치된 제2접촉 단자(제2접촉 단자는 반드시 복수일 필요는 없음)를 포함할 수 있다. 이러한 구성을 가진 감압 방식 터치 패드에서 상기 패드용 기판의 표면에 접촉이 있는 경우, 상기 패드용 기판이 미세 변형되어 마주하는 제1접촉 단자와 제2접촉 단자 간에 접촉이 일어나고, 이 접촉 단자들 간에 전류가 흐를 수 있게 되면 해당 위치를 감지할 수 있다. 상기 광 트랙 패드는 피사체의 영상의 변화에 따라 디스플레이 화면상의 포인터가 이동할 수 있도록 하는 것으로, 광원과 이미지 센서를 구비한다. 예를 들어, 상기 광 트랙 패드는 광원으로부터 사용자의 손에 적외선을 비치고, 사용자 손의 영상과 이 영상의 변화를 이미지 센서로 감지하여 방향 이동을 감지하는 방식으로 구동된다.
상기 스트로크 센서들(310, 320, 330, 340)은 등간격으로 배치되는 것이 바람직한데, 예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같이 네 개의 스트로크 센서가 직사각형의 슬라이딩 모듈(100)의 각각의 변 중앙 부근에 위치하여 마름모의 각 꼭지점에 해당하는 위치에 배치된 형태일 수 있다.
상기 스트로크 센서들은 상기 슬라이딩 모듈(100)에서 중앙 부분을 제외한 특정 지점을 사용자가 누르면, 중앙부로부터 해당 지점으로 향하는 방향을 지시하는 명령으로 인식하도록 하는 기능을 한다.
도 4에는 본 발명의 하이브리드 터치 패드에 사용되는 스트로크 센서의 일례의 구성을 보여주는 단면도가 도시되어 있고, 도 5에는 변형 기판이 변형된 상태를 개략적으로 보여주는 단면도가 도시되어 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 스트로크 센서(350)는 고정 기판(352), 변형 기판(351), 제1전극(354), 제2전극(355), 제3전극(356) 및 스페이서(353)를 포함할 수 있다.
상기 고정 기판(352)은 상기 변형 기판(351)에 비해 강성(剛性, rigidity)이 커서 외력에 대해 상대적으로 변형이 잘 일어나지 않는 기판으로, 본 발명의 하이브리드 터치 패드에서의 베이스 기판(200)과 동일한 기판이 사용될 수 있고, 또는 베이스 기판(200)에 부착된 별도의 기판일 수 있다.
상기 변형 기판(351)은 상기 고정 기판(352)과 간격을 두고 배치되는 것으로 외력이 가해질 때 기판 평면에 수직한 방향으로의 변형이 상기 고정 기판(352)에 비해 용이하게 일어날 수 있도록 상기 고정 기판(352)에 비해 두께가 더 얇거나 재질이 더 플렉서블하다.
상기 제1전극(354)은 상기 고정 기판(352)의 표면에 형성되는 전극이다.
상기 제2전극(355)은 상기 고정 기판(352)의 표면에서 상기 제1전극(354)과 이격되어 형성된 전극이다.
상기 제3전극(356)은 상기 변형 기판(351)에서 상기 제1전극(354) 및 제2전극(355)과 대향하는 위치에 형성된 전극이다.
상기 스페이서(353)는 상기 베이스 기판(200)의 이면에서 상기 변형 기판(351)과 상기 베이스 기판(200) 사이의 간격을 유지하는 기능을 하는 것으로 상기 변형 기판(351)의 재질에 비해 강성이 큰 것이 바람직하다.
이와 같은 구성을 가진 스트로크 센서는 상기 변형 기판(351)의 기판 평면에 수직한 방향으로의 힘이 가해지면, 상기 변형 기판(351)이 변형되어 상기 제3전극(356)이 상기 제1전극(354) 및 제2전극(355)과 각각 접하게 되어, 상기 제1전극(354)과 제2전극(355)을 통하여 전류가 흐를 수 있는 상태가 되고 이를 감지하는 방식으로 구동된다.
상기 스트로크 센서는 기본적으로 제3전극(356)이 제1전극(354) 및 제2전극(355)과 접촉할 때의 접촉 여부를 감지하는 방식으로 온-오프(on-off) 센서로 기능할 수 있고, 또는 상기 제3전극(356)이 피에조-레지스티브 필름으로 이루어진 경우에는 상기 제3전극(356)의 변형량에 따라 저항이 변화될 수 있어서, 저항의 변화를 측정하여 누르는 힘의 크기를 감지할 수 있는 힘 측정 센서로 기능할 수도 있다.
이상과 같은 구조를 가지는 본 발명의 하이브리드 터치 패드는 사용자가 도 1에 도시된 것과 같은 슬라이딩 동작을 할 때에는 통상의 터치 패드나 트랙 패드와 같이 포인팅 장치로 기능하거나 단말기의 디스플레이 자체에 적용된 터치스크린의 형태로 기능할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 것과 같이 하이브리드 터치 패드의 평면 방향에 수직한 방향으로 사용자가 힘을 가하면 스트로크 센서들이 사용자가 누른 위치를 감지하여 연속적인 방향 지시 기능을 할 수 있다.
상기 복수의 스트로크 센서들에 있어서 사용자가 누른 위치를 감지하는 방식은 복수의 스트로크 센서들의 출력에 근거한 삼각측량 방식으로 수행될 수 있다.
먼저, 스트로크 센서가 온-오프 방식으로 구동되는 경우에는, 도 3에서 F로 지시된 부분에 특정 힘의 범위의 외력이 가해질 때 310번, 340번 두 개의 스트로크 센서만 이를 감지하고, 나머지 두 개의 스트로크 센서는 이를 감지하지 못하도록 할 수 있다. 이와 같은 방식으로 두 개의 스트로크 센서에서 외력이 감지된 경우에는 그 두 개의 스트로크 센서 사이의 방향을 지시하는 것으로 인식하도록 할 수 있다. 또, 하나의 스트로크 센서에서만 외력이 감지되는 경우에는 해당 스트로크 센서의 위치 방향으로의 방향 지시로 인식하도록 할 수 있다. 또한, 사용자가 중앙 부분에 외력을 작용하여 네 개의 스트로크 센서가 모두 온(on) 상태가 된 경우에는 방향 지시가 아니고 다른 기능을 구현하는 것으로 취급하도록 할 수 있다.
그 다음으로, 스트로크 센서가 힘의 크기를 측정할 수 있는 형태인 경우에는 각각의 스트로크 센서에서 인식한 힘의 크기를 기준으로, 가장 큰 힘이 작용한 지점과 두 번째, 세 번째 큰 힘이 작용한 지점을 고려하면 사용자가 어느 방향을 지시한 것인지 인식할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 330번 스트로크 센서에는 1.0N이 인식되고, 이와 인접한 320번 및 310번 스트로크 센서에서는 0.6N이 인식된 경우에는 330번 스트로크 센서가 위치한 방향을 지시하는 것으로 인식할 수 있다. 또, 310번 및 330번 스트로크 센서에서는 각각 0.8N, 0.7N이 인식되고, 나머지 320번 및 340번 스트로크 센서에서는 0.3N 및 0.4N이 인식되는 경우에는 310번 및 330번 스트로크 센서들의 사이의 방향을 지시하는 것으로 인식하도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 하이브리드 터치 패드는 스트로크 센서들과 슬라이딩 모듈(100)이 함께 적층된 형태로 제작되기 때문에 슬라이딩 모듈(100)을 구동하고자 하는 사용자의 입력과 스트로크 센서를 구동하고자 하는 사용자의 입력을 구별하는 것이 필요하다. 이하에서는 슬라이딩 모듈(100)을 구동하고자 하는 사용자의 입력과 스트로크 센서를 구동하고자 하는 사용자의 입력을 구별하는 방법을 설명한다.
도 6에는 0.5N이하의 힘이 가해질 때 급격하게 저항이 변화하도록 설계된 아날로그 센서의 힘에 따른 저항의 변화를 보여주는 그래프가 도시되어 있고, 도 7에는 동일한 센서에서 0.5N 이하의 힘이 가해질 때 민감하게 변형이 이루어지는 아날로그 센서의 힘에 따른 변형량(distance)의 변화를 보여주는 그래프가 도시되어 있다.
기본적으로 "수직방향의 누르는 힘의 크기" 또는 "수직방향으로의 stroke의 유무"의 두 가지 관점에서 슬라이딩 모듈(100) 입력 동작과 방향 지시 입력 동작을 구분할 수 있다.
반복 실험을 통해 얻은 결과에 따르면, 터치 패드나 트랙 패드를 슬라이딩 할 때 가해지는 힘의 크기는 대략 0.1N 내지 0.3N 정도이다. 따라서 스트로크 센서를 0.5N 이상에서 반응하도록 설계한다면 스트로크 센서의 입력과 슬라이딩 입력을 구별할 수 있다.
즉, 슬라이딩 모듈(100)에서는 슬라이딩 방식으로 포인터를 이동시키는 동작과, 포인터가 지시하는 위치를 선택하는 동작, 단말기 화면을 확대하거나 축소하는 동작, 단말기 화면을 넘기는 동작 등을 인식하여 구현하도록 할 수 있다. 이러한 동작들에서는 비교적 큰 힘을 필요로 하지 않기 때문에, 슬라이딩 모듈(100)의 일반적인 입력보다 각각의 스트로크 센서들이 감응하는 입력 힘의 크기를 크게 설정하면 인접하여 적층된 슬라이딩 모듈(100)과 스트로크 센서 간에 혼동을 피할 수 있다.
지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 슬라이딩 모듈 200: 베이스 기판
310, 320, 330, 340, 350: 스트로크 센서
351: 변형 기판 352: 고정 기판
353: 스페이서 354: 제1전극
355: 제2전극 356: 제3전극

Claims (4)

  1. 베이스 기판(200);
    상기 베이스 기판(200)의 일면에 형성된 것으로, 사용자에 의해 표면에 접촉이 있는지 여부, 접촉이 있는 경우의 접촉 위치, 접촉 위치의 변화를 감지하는 것이 가능한 슬라이딩 모듈(100); 및
    상기 베이스 기판(200)의 타면에 또는 상기 슬라이딩 모듈(100)과 상기 베이스 기판(200)의 일면 사이에 배치된 복수 개의 스트로크 센서를 포함하며,
    상기 슬라이딩 모듈(100)은 정전 용량 방식 터치 패드, 감압 방식 터치 패드, 광 트랙 패드 중에서 채택 된 하나이며,
    상기 스트로크 센서는,
    상기 베이스 기판(200)과 간격을 두고 배치되며, 외력에 의하여 변형 가능한 변형 기판(351);
    상기 베이스 기판(200)의 일면과 타면 중 하나의 면에 형성된 제1전극(354);
    상기 제1전극(354)이 형성된 상기 베이스 기판(200)의 면에 상기 제1전극(354)과 이격되어 형성된 제2전극(355);
    상기 변형 기판(351)에서 상기 제1전극(354) 및 제2전극(355)과 대향하는 위치에 형성된 제3전극(356); 및
    상기 변형 기판(351)과 상기 베이스 기판(200) 사이의 간격을 유지하는 스페이서(353)를 포함하며,
    상기 제3전극(356)은 피에조 레지스티브 필름으로 만들어져서, 상기 스트로크 센서는 상기 제3전극(356)의 변형량에 따라 상기 스트로크 센서에 가해지는 상기 외력의 크기의 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 하이브리드 터치 패드.
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  3. 삭제
  4. 삭제
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