KR101370811B1 - 멤브레인 스위치시트와 이를 포함하는 멤브레인 스위치 키보드 - Google Patents

Abstract

저렴한 제조 비용으로 제조되어 스위치매트릭스 방식의 키입력장치에 사용되는 멤브레인 스위치시트 및 이를 포함하는 멤브레인 스위치시트가 개시된다. 멤브레인 스위치시트는 하부 시트, 스페이서 시트 및 상부 시트를 포함한다. 하부 시트는 하부 베이스필름과, 하부 베이스필름의 일면에 서로 다른 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층과 제2 도전성 잉크층을 포함한다. 스페이서 시트는 하부 시트 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 형성된 복수의 스페이서 홀들을 갖는다. 상부 시트는 스페이서 시트 위에 배치되고, 상부 베이스 필름과, 상부 베이스 필름의 일면에 인쇄된 그라운드층을 포함한다. 키버튼 영역이 눌려짐에 따라, 그라운드층은 스페이서 홀을 통해 굴곡되어 제1 및 제2 도전성 잉크층들에 근접하여 제1 도전성 잉크층과 제2 도전성 잉크층간에 형성되는 전기장을 변화시킨다.

Description

멤브레인 스위치시트와 이를 포함하는 멤브레인 스위치 키보드{MEMBRANE SWITCH SHEET AND MEMBRANE SWITCH KEYBOARD}

본 발명은 멤브레인 스위치시트와 이를 포함하는 멤브레인 스위치 키보드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저렴한 재질과 단일 제조 공정으로 인쇄되어 제조되는 멤브레인 스위치시트와 이를 포함하는 멤브레인 스위치 키보드에 관한 것이다.

일반적으로, 멤브레인 스위치시트는 멤브레인 방식의 키보드 등의 키입력장치에 널리 사용된다. 멤브레인 방식의 키보드는 키버튼 밑에 전기가 통하는 얇은 필름이 깔려있는 형태의 키보드로서, 멤브레인의 탄성력을 이용, 시트간의 접점전극으로 온/오프(On/Off)를 판별한다.

멤브레인 스위치시트는 얇은 폴리에스터 필름 세장으로 구성된다. 즉, 하부 시트, 스페이서 시트 및 상부 시트의 세 장의 필름을 겹쳐서 구성된 멤브레인 스위치시트는 그 윗부분의 필름에 무게가 인가될 경우(스위치매트릭스의 스위칭동작에 의해 키가 입력될 경우), 상부 시트와 하부 시트의 접점전극으로 동작하여 스위치가 온(ON)되며, 무게가 제거될 경우(스위치매트릭스의 스위칭동작이 해제된 경우), 필름자체의 복원력으로 인해 스위치가 오프(OFF)된다.

상부 시트에는 도전성 잉크층을 이용한 인쇄공정을 통해 도전라인과 접점전극을 형성한다.

또한, 하부 시트에도 도전성 잉크층을 이용해 첫 번째 인쇄공정을 통해 낮은 저항값을 갖는 저저항의 도전라인을 형성하고 두 번째 인쇄공정을 통해 높은 저항값을 갖는 고저항의 접점전극을 형성한다.

따라서, 상부 시트와 하부 시트의 표면에 도전성 잉크층을 이용한 인쇄공정을 통해 형성된 도전라인들의 전기전도성(저항값)은 실버와 같은 고가의 전도성 매질과 잉크베이스의 혼합 비율을 제어함으로써 원하는 전기전도성(저항값)을 얻을 수 있다.

하지만, 멤브레인 스위치시트에 실버가 사용되므로 고가의 재질 사용으로 인해 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다. 이러한 고가의 실버에 사용에 따라 제조 비용을 줄이기 위해, 도전라인은 카본 인쇄하고, 접점전극은 실버 인쇄하는 2도 인쇄 방식을 채용한다. 그러나, 2도 인쇄의 경우, 인쇄 공정이 1도 인쇄에 비해 증가되어 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.

한국공개특허 제10-2007-0119976호 (발명의 명칭: 발광 키보드, 공개일: 2007년 12월 21일) 한국공개특허 제10-2009-0007585호 (발명의 명칭: 안티-고스트 키보드, 공개일: 2009년 1월 19일) 한국공개특허 제10-2009-0120635호 (발명의 명칭: 멤브레인 스위치시트, 공개일: 2009년 11월 25일)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 저렴한 재질과 단일 제조 공정으로 인쇄되어 제조되는 멤브레인 스위치시트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 멤브레인 스위치시트를 포함하는 멤브레인 스위치 키보드를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 멤브레인 스위치시트는 하부 시트, 스페이서 시트 및 상부 시트를 포함한다. 상기 하부 시트는 하부 베이스필름과, 상기 하부 베이스필름의 일면에 서로 다른 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층과 제2 도전성 잉크층을 포함한다. 상기 스페이서 시트는 상기 하부 시트 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 형성된 복수의 스페이서 홀들을 갖는다. 상기 상부 시트는 상기 스페이서 시트 위에 배치되고, 상부 베이스 필름과, 상기 상부 베이스 필름의 일면에 인쇄된 그라운드층을 포함한다. 상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라, 상기 그라운드층은 상기 스페이서 홀을 통해 굴곡되어 상기 제1 및 제2 도전성 잉크층들에 근접하여 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층간에 형성되는 전기장을 변화시킨다.

일실시예에서, 상기 하부 시트는 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층 사이에 배치된 절연층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 절연층은 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층이 접촉되는 부위에 대응하여 형성된 홀을 가질 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 도전성 잉크층은 제1 방향으로 인쇄된 열주사배선, 상기 열주사배선에서 절곡된 제1 브리지배선, 상기 제1 브리지배선에 연결된 제1 접점전극, 상기 제1 접점전극에서 일정 간격 이격된 제2 접점전극, 상기 제2 접점전극에 연결된 제2 브리지배선 및 상기 제2 브리지배선에서 굴곡된 접촉배선을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 도전성 잉크층은 제2 방향으로 인쇄되어 행주사배선을 형성하고, 상기 행주사배선은 상기 절연층에 형성된 홀을 통해 상기 접촉배선과 접촉할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 도전성 잉크층, 상기 절연층 및 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 상부면에 순차적으로 형성되어, 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 그라운드층에 인접할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 도전성 잉크층, 상기 절연층 및 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 하부면에 순차적으로 형성되어, 상기 제1 도전성 잉크층은 상기 그라운드층에 인접할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 도전성 잉크층, 상기 절연층 및 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 상부면에 순차적으로 형성되고, 상기 하부 시트는 상기 제2 도전성 잉크층 위에 형성된 제1 전극보호층을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 상부 시트는 상기 그라운드층 아래에 형성되어 상기 제1 전극보호층과 마주하는 제2 전극보호층을 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 다른 실시예에 따른 멤브레인 스위치시트는 하부 시트, 스페이서 시트 및 상부 시트를 포함한다. 상기 하부 시트는 하부 베이스필름과, 상기 하부 베이스필름의 일면에 제1 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층을 포함한다. 상기 스페이서 시트는 상기 하부 시트 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 형성된 복수의 스페이서 홀들을 갖는다. 상기 상부 시트는 상기 스페이서 시트 위에 배치되고, 상부 베이스필름과, 상기 제2 도전성 잉크층과 일정 간격을 유지하도록 상기 상부 베이스필름의 하부면에 제2 방향으로 인쇄된 제2 도전성 잉크층을 포함한다. 이때, 상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라, 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 스페이서 홀을 통해 굴곡되어 상기 제1 도전성 잉크층에 미접촉되고, 상기 키버튼 영역의 눌림이 해제됨에 따라, 상기 제2 도전성 잉크층은 원복되어 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 일정 간격을 갖는다.

일실시예에서, 상기 제1 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 전면(front surface)에 인쇄될 수 있고, 상기 하부 시트는 상기 제1 도전성 잉크층을 커버하고 상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라 상기 상부 베이스필름에 접촉하는 하부 절연층을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 배면(rear surface)에 인쇄될 수 있다.

일실시예에서, 상기 하부 및 제2 도전성 잉크층들은 카본을 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 멤브레인 스위치 키보드는 하부 시트, 스페이서 시트, 상부시트 및 마이크로 콘트롤 유닛을 포함한다. 상기 하부 시트는 하부 베이스필름과, 상기 하부 베이스필름의 일면에 서로 다른 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층과 제2 도전성 잉크층을 포함한다. 상기 스페이서 시트는 상기 하부 시트 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 형성된 복수의 스페이서 홀들을 갖는다. 상기 상부시트는 상기 스페이서 시트 위에 배치되고, 상부 베이스 필름과, 상기 상부 베이스 필름의 일면에 인쇄된 그라운드층을 포함한다. 상기 마이크로 콘트롤 유닛은 상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라, 상기 그라운드층은 상기 스페이서 홀을 통해 굴곡되어 상기 제1 및 제2 도전성 잉크층들에 근접하여 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층간에 형성되는 전기장을 근거로 키좌표를 연산한다.

일실시예에서, 상기 하부 시트는 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층 사이에 배치된 절연층을 더 포함하고, 상기 절연층은 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층이 접촉되는 부위에 대응하여 형성된 홀을 가질 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 도전성 잉크층은 제1 방향으로 인쇄된 열주사배선, 상기 열주사배선에서 절곡된 제1 브리지배선, 상기 제1 브리지배선에 연결된 제1 접점전극, 상기 제1 접점전극에서 일정 간격 이격된 제2 접점전극, 상기 제2 접점전극에 연결된 제2 브리지배선 및 상기 제2 브리지배선에서 굴곡된 접촉배선을 포함하고, 상기 제2 도전성 잉크층은 제2 방향으로 인쇄되어 행주사배선을 형성하고, 상기 행주사배선은 상기 절연층에 형성된 홀을 통해 상기 접촉배선과 접촉할 수 있다.

일실시예에서, 상기 마이크로 콘트롤 유닛은, 커런트미러 기반의 전하적분회로를 구비하여 상기 키버튼 영역에 대응하여 배치된 열주사배선들과 행주사배선들에 각각 연결되고, 상기 제1 접점전극 및 상기 제2 접점전극 사이에 발생되는 정전용량의 차이를 검출하여 가압된 키버튼의 좌표를 판별하는 정전용량 감지회로를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 전하적분회로에 구비되는 수신회로부의 입력단에 배치되어 수신신호의 전위를 낮추는 가변저항 생성부를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 정전용량 감지회로는, 상기 열주사배선에 연결되고, 사각파의 송신신호를 상기 열주사배선에 인가하는 송신회로부와, 상기 행주사배선에 연결되고, 상기 행주사배선을 통해 사각파의 수신신호를 수신하는 수신회로부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 전하적분회로는 키버튼의 가압에 따른 접촉이 발생하면 상기 송신회로부에서 인가되는 사각파의 송신신호의 상승주기와 하강주기에 상응하여 전하를 각각 적분할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 다른 실시예에 따른 멤브레인 스위치 키보드는 하부 시트, 스페이서 시트, 상부 시트 및 마이크로 콘트롤 유닛을 포함한다. 상기 하부 시트는 하부 베이스필름과, 상기 하부 베이스필름의 일면에 제1 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층을 포함한다. 상기 스페이서 시트는 상기 하부 시트 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 형성된 복수의 스페이서 홀들을 갖는다. 상기 상부 시트는 상기 스페이서 시트 위에 배치되고, 상부 베이스필름과, 상기 제1 도전성 잉크층과 일정 간격을 유지하도록 상기 상부 베이스필름의 하부면에 제2 방향으로 인쇄된 제2 도전성 잉크층을 포함한다. 상기 마이크로 콘트롤 유닛은 상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라 상기 스페이서 홀을 통해 근접하는 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층에 의해 형성되는 전기장을 근거로 키좌표를 연산한다. 이때, 상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라, 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 스페이서 홀을 통해 굴곡되어 상기 제1 도전성 잉크층에 미접촉되고, 상기 키버튼 영역의 눌림이 해제됨에 따라, 상기 제2 도전성 잉크층은 원복되어 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 일정 간격을 갖는다.

일실시예에서, 상기 제1 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 전면에 인쇄되고, 상기 하부 시트는 상기 제1 도전성 잉크층을 커버하고 상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라 굴곡되는 상기 상부 베이스필름에 접촉하는 하부 절연층을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 배면에 인쇄될 수 있다.

일실시예에서, 상기 하부 및 제2 도전성 잉크층들은 카본을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 도전성 잉크층은 복수의 열주사배선들과 상기 열주사배선들 각각에서 분기된 복수의 제1 접점전극들을 포함하고, 상기 제2 도전성 잉크층은 복수의 행주사배선들과, 상기 행주사배선의 폭보다 넓게 확장되어 인쇄된 복수의 제2 접점전극들을 포함하고, 상기 제1 접점전극 및 상기 제2 접점전극은 상기 키버튼 영역에 대응할 수 있다.

일실시예에서, 상기 열주사배선들의 재질과 상기 제1 접점전극들의 재질은 동일하고, 상기 행주사배선들의 재질과 상기 제2 접점전극들의 재질은 동일할 수 있다.

일실시예에서, 상기 마이크로 콘트롤 유닛은, 커런트미러 기반의 전하적분회로를 구비하여 상기 키버튼 영역에 대응하여 배치된 열주사배선들과 행주사배선들에 각각 연결되고, 상기 제1 접점전극 및 상기 제2 접점전극 사이에 발생되는 정전용량의 차이를 검출하여 가압된 키버튼의 좌표를 판별하는 정전용량 감지회로를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 전하적분회로에 구비되는 수신회로부의 입력단에 배치되어 수신신호의 전위를 낮추는 가변저항 생성부를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 정전용량 감지회로는 송신회로부 및 수신회로부를 포함할 수 있다. 상기 송신회로부는 상기 열주사배선에 연결되고, 사각파의 송신신호를 상기 열주사배선에 인가하고, 상기 수신회로부는 상기 행주사배선에 연결되고, 상기 행주사배선을 통해 사각파의 수신신호를 수신한다. 이때, 상기 전하적분회로는 키버튼의 가압에 따른 접촉이 발생하면 상기 송신회로부에서 인가되는 사각파의 송신신호의 상승주기와 하강주기에 상응하여 전하를 각각 적분할 수 있다.

이러한 멤브레인 스위치시트 및 이를 포함하는 멤브레인 스위치 키보드에 의하면, 인쇄비용이 고가인 실버 페이스를 이용하지 않고 인쇄비용이 저렴한 카본 페이스트를 이용하므로써, 멤브레인 스위치 키보드의 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 실버 페이스트의 경우 2도 인쇄되므로 제조 비용이 높아지지만, 카본 페이스트의 경우 1도 인쇄가 가능하므로 제조 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 멤브레인 스위치 키보드를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 러버돔 시트를 설명하기 위해 일부 영역을 발췌한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 멤브레인 스위치시트를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 멤브레인 스위치시트의 일예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 멤브레인 스위치시트에 키 접촉부에 의한 눌림이 있는 경우를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 멤브레인 스위치시트의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 멤브레인 스위치시트에 키 접촉부에 의한 눌림이 있는 경우를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 스위치시트를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 멤브레인 스위치시트를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 도 8에 도시된 제1 도전성 잉크층을 설명하기 위한 확대된 평면도이다.
도 11은 도 8에 도시된 하부 시트를 설명하기 위한 평면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 하부 베이스필름에 형성된 제1 도전성 잉크층을 설명하기 위한 평면도이다.
도 13은 도 11에 도시된 하부 절연층을 설명하기 위한 평면도이다.
도 14는 도 11에 도시된 제2 도전성 잉크층을 설명하기 위한 평면도이다.
도 15는 도 8에 도시된 스페이서 시트를 설명하기 위한 평면도이다.
도 16은 도 8에 도시된 상부 시트를 설명하기 위한 평면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤브레인 스위치시트를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤브레인 스위치시트를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 19는 도 1에 도시된 마이크로 콘트롤 유닛의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 20은 도 19에 도시된 뮤츄얼-캐패시턴스 방식의 멤브레인 스위치시트용 정전용량 감지회로의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 등가회로도이다.
도 21은 도 19의 멤브레인 스위치시트용 정전용량 감지회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 22는 도 1에 도시된 마이크로 콘트롤 유닛의 다른 예를 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 스위치 키보드를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 스위치 키보드는 하부케이스(100), 상부케이스(200), 러버돔 시트(300), 멤브레인 스위치시트(400) 및 마이크로 콘트롤 유닛(Micro Control Unit)(500)을 포함한다.

상기 하부케이스(100)는 상기한 구성요소들이 적층되는 베이스(110)를 제공한다. 본 실시예에서, 상기 하부케이스(100)는 직사각형의 평판이며, 배면부에 스크류 조립을 위한 복수의 볼트홀들(H)이 형성되고, 상기 배면부의 좌우 상측에 멤브레인 스위치 키보드(100)의 기울기를 조절할 수 있는 다리(미도시)가 힌지 연결되어 설치되며, 상기 배면부의 좌우 하측에는 미끄럼을 방지하는 고무부재(미도시)로 이루어진 다리가 고정 설치된다.

상기 상부케이스(200)에는 복수의 키버튼들(210)이 배치되고, 상기 하부케이스(100)와의 체결을 통해 상기 멤브레인 스위치시트(400), 상기 마이크로 콘트롤 유닛(500) 및 상기 러버돔 시트(300)를 수용한다.

상기 러버돔 시트(300)는 상기 멤브레인 스위치시트(400) 위에 배치된다. 상기 러버돔 시트(300)에는 복수의 러버돔들(310)이 형성된다.

도 2는 도 1에 도시된 러버돔 시트(300)를 설명하기 위해 일부 영역을 발췌한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 플랫한 실리콘 재질의 시트에는 키버튼 영역에 대응하여 돌출된 복수의 러버돔들(310)이 형성된다. 상기 러버돔들(310)은 키버튼이 눌려짐에 따라 하향으로 이동되고, 상기 키버튼이 해제됨에 따라 원위치로 복원된다.

상기 러버돔들(310)은 상부로 갈수록 직경이 줄어드는 제1 원통형상부(312)와, 상기 제1 원통형상부(312) 위에 배치되고 상부로 갈수록 직경이 줄어드는 제2 원통형상부(314)를 가질 수 있다. 상기 제2 원통형상부(314)의 중심부는 후퇴된 제3 원통형상부(316)를 가질 수 있다. 상기 제3 원통형상부(316)의 직경은 하부로 갈수록 줄어드는 형상을 갖는다. 상기 제2 원통형상부(314)의 상부에 대응하는 저면에는 복수의 돌기들(318)이 형성될 수 있다. 상기 돌기들(318)의 수는 예를들어 6개일 수 있다. 상기 돌기들(318)은 키버튼의 해제시 원위치로 보다 쉽게 복원될 수 있는 복원력을 제공할 수 있다.

도 1의 설명으로 환원하여, 상기 멤브레인 스위치시트(400)는 3장의 시트들, 즉 하부 시트, 상기 하부 시트 위에 배치된 스페이서 시트 및 상기 스페이서 시트 위에 배치된 상부 시트를 포함한다.

상기 스페이서 시트에는 복수의 스페이서 홀들이 형성된다. 상기 스페이서 홀들이 형성되지 않은 영역은 상기 하부 시트에 형성된 주사배선과 상기 상부 시트에 형성된 주사배선간의 쇼트를 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 하부 시트에 형성된 주사배선이 열주사배선이라면, 상기 상부 시트에 형성된 주사배선은 행주사배선이다. 몰론, 그 역도 가능하다.

상기 마이크로 콘트롤 유닛(500)은 상기 멤브레인 스위치시트(400)에서 제공되는 정전용량 감지신호를 근거로 키좌표를 연산하고, 연산된 키좌표를 컴퓨터 본체(미도시) 등에 제공한다.

키를 누르면 키는 러버돔 시트의 러버돔을 누르게 되며, 눌린 러버돔은 아래에 있는 상부 시트를 누른다. 상부 시트가 눌리면, 하부 시트와의 접점전극이 연결되며, 키 스트로크가 인식된다. 즉, 사용자가 특정한 키를 눌렀을 때, 키보드에는 [x 번째 열과 y 번째 행의 교점]이라는 식의 데이터가 입력되어 키좌표를 판별한다.

본 발명에 따른 멤브레인 스위치 키보드는 외부의 먼지 등이 침투하기 어려워서 쉬운 제조방법과 저렴한 가격에도 불구하고 높은 신뢰도를 가진다. 특히, 상부 시트와 하부 시트를 밀봉하고 러버돔 시트까지 완전히 접착한다면, 외부의 이물질 유입이 불가능해진다. 이때 다른 키보드들의 사용이 불가능한 높은 습도나 먼지가 많은 환경 등의 가혹환경조건에서도 멤브레인 스위치 키보드는 사용이 가능하다. 따라서, 산업 환경 등에도 널리 사용될 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 멤브레인 스위치시트(400)를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 멤브레인 스위치시트(400)는 하부 시트(410), 스페이서 시트(420) 및 상부 시트(430)를 포함한다.

상기 하부 시트(410)는 하부 베이스필름(412)과, 상기 하부 베이스필름(412)의 일면에 제1 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층(414)을 포함한다. 상기 제1 도전성 잉크층(414)은 상기 베이스필름(412)의 전면에 인쇄될 수도 있고, 배면(rear surface)에 인쇄될 수도 있다. 본 실시예에서, 상기 베이스필름(412)의 전면은 상기 상부 시트(430)에 인접하는 면이고, 상기 베이스필름(412)의 배면은 상기 전면의 반대면이다.

상기 제1 도전성 잉크층(414)은 카본을 포함할 수 있다. 상기 카본은 실버에 비해 가격이 저렴하다. 상기 제1 도전성 잉크층(414)은 1도 인쇄되어 열주사배선들(414a)과 제1 접점전극들(414b)을 형성한다. 상기 열주사배선(414a)은 예를들어 수평방향(또는 X축 방향)으로 인쇄된다. 상기 제1 접점전극들(414b) 각각은 상기 열주사배선(414a)에서 분기된다. 하나의 열주사배선(414a)에는 복수개의 제1 접점전극들(414b)이 연결된다.

상기 제1 접점전극(414b)은 원형상을 포함하는 다양한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 접점전극(414b)이 원형상을 갖는다면, 상기 제1 접점전극(414b)의 직경은 상기 열주사배선(414a)의 폭보다 클 수 있다. 예를들어, 상기 제1 접점전극(414b)의 직경은 상기 열주사배선(414a)의 폭에 비해 두 배, 세 배 또는 네 배의 크기를 가질 수 있다.

상기 스페이서 시트(420)는 상기 하부 시트(410) 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 복수의 스페이서 홀들(422)이 형성된다. 멤브레인 스위치 키보드가 103 키보드라면, 스페이서 홀들의 수는 103개이다.

상기 상부 시트(430)는 상기 스페이서 시트(420) 위에 배치되고, 상부 베이스필름(432)과, 상기 상부 베이스필름(432)의 하부면에 제2 방향으로 인쇄된 제2 도전성 잉크층(434)을 포함한다. 상기 제2 도전성 잉크층(434)은 카본을 포함할 수 있다. 상기 카본은 실버에 비해 가격이 저렴하다.

상기 제2 도전성 잉크층(434)은 1도 인쇄되어 행주사배선들(434a)과 제2 접점전극들(434b)을 형성한다. 상기 행주사배선(434a)은 예를들어 수직방향(또는 Y축 방향)으로 인쇄된다. 상기 제2 접점전극들(434b) 각각은 상기 행주사배선(434a)의 폭보다 넣게 확장되어 상기 행주사배선(434a)에 형성된다. 하나의 행주사배선(434a)에는 복수개의 제2 접점전극들(434b)이 연결된다.

상기 제2 접점전극(434b)은 원형상을 포함하는 다양한 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 접점전극(434b)이 원형상을 갖는다면, 상기 제2 접점전극(434b)의 직경은 상기 행주사배선(434a)의 폭보다 클 수 있다. 예를들어, 상기 제2 접점전극(434b)의 직경은 상기 행주사배선(434a)의 폭에 비해 두 배, 세 배 또는 네 배의 크기를 가질 수 있다. 본 실시예에서, 가압된 키버튼의 좌표 검출을 위해, 상기 열주사배선은 좌표 검출을 위한 사각파의 송신신호를 전달하고, 상기 행주사배선은 좌표 검출을 위한 사각파의 수신신호를 전달할 수 있다. 한편, 가압된 키버튼의 좌표 검출을 위해, 상기 행주사배선은 좌표 검출을 위한 송신신호를 전달하고, 상기 열주사배선은 좌표 검출을 위한 수신신호를 전달할 수 있다.

상기 행주사배선(434a)과 상기 열주사배선(414a)은, XY 평면상에서 관찰할 때, 서로 교차할 수 있다. 상기 제2 접점전극들(434b) 각각은, XY 평면상에서 관찰할 때, 상기 제1 접점전극들(414b) 각각과 오버랩될 수 있다. 이때, 오버랩되는 상기 제2 접점전극(434b)과 상기 제1 접점전극(414b) 사이에는 상기 스페이서 시트(420)에 형성된 스페이서 홀(422)이 배치된다.

본 실시예에서, 상기 행주사배선(434a) 및 상기 제2 접점전극(434b)은 송신라인에 대응할 수도 있고, 상기 열주사배선(414a) 및 상기 제1 접점전극(414b)은 수신라인에 대응할 수 있다. 물론, 그 역도 가능하다.

예를들어, 특정 제1 접점전극(414b)과 특정 제2 접점전극(434b)이 근접하면, 해당 제1 접점전극(414b)과 해당 제2 접점전극(434b)간에는 정전용량이 변경된다. 변경된 정전용량은 제2 접점전극(434b)에 연결된 행주사라인을 통해 마이크로 콘트롤 유닛(500, 도 1에 도시됨)에 제공되어 정전용량이 변경된 특정 좌표가 인식될 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 멤브레인 스위치시트(400)의 일예를 설명하기 위한 단면도이다. 특히, 2개의 절연층들이 멤브레인 스위치시트(400)에 형성된 예가 도시된다.

도 3을 참조하면, 일례에 따른 멤브레인 스위치시트(400)는 하부 시트(410), 상기 하부 시트(410) 위에 배치된 스페이서 시트(420) 및 상기 스페이서 시트(420) 위에 배치된 상부 시트(430)를 포함한다.

상기 하부 시트(410)는 하부 베이스필름(412), 상기 하부 베이스필름(412)의 전면에 제1 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층(414) 및 상기 제1 도전성 잉크층(414)을 커버하는 하부 절연층(416)을 포함한다.

상기 스페이서 시트(420)는 상기 하부 시트(410) 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 복수의 스페이서 홀들(422)이 형성된다.

상기 상부 시트(430)는 상기 스페이서 시트(420) 위에 배치되고, 상부 베이스필름(432)과, 상기 상부 베이스필름(432)의 하부면에 제2 방향으로 인쇄된 제2 도전성 잉크층(434)을 포함한다.

도 4에서, 상기 하부 시트(410)에 형성된 제1 도전성 잉크층(414)과 상부 시트(430)에 형성된 제2 도전성 잉크층(434) 사이에는 하부 절연층(416)이 배치된다. 따라서, 제1 도전성 잉크층(414)과 제2 도전성 잉크층(434)은 직접적으로 접촉되지 않는다. 이에 따라 키 접촉부가 많은 횟수로 가압되더라도 제1 도전성 잉크층(414)이나 제2 도전성 잉크층(434)이 마모되거나 훼손되는 것을 방지할 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 멤브레인 스위치시트(400)에 키 접촉부에 의한 눌림이 있는 경우를 도시한 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 키 접촉부(미도시)가 눌려지면 하향으로 이동되어 상기 키 접촉부가 상부 시트(430)를 가압한다. 상기 상부 시트(430)가 가압됨에 따라, 상기 상부 시트(430)의 제2 도전성 잉크층(434)은 상기 스페이서 홀(422)을 통해 굴곡되어 상기 하부 시트(410)의 제1 도전성 잉크층(414)에 근접한다. 이때, 상기 제1 도전성 잉크층(414) 위에는 하부 절연층(416)이 배치되므로 상기 제2 도전성 잉크층(434)이 굴곡되더라도 상기 제2 도전성 잉크층(434)은 상기 제1 도전성 잉크층(414)에 직접적으로 접촉되지 않는다.

키 접촉부가 눌려지기전 제1 도전성 잉크층(414)과 제2 도전성 잉크층(434)간에 형성되는 제1 정전용량과 키 접촉부가 눌려진 후 제1 도전성 잉크층(414)과 제2 도전성 잉크층(434)간에 형성되는 제2 정전용량간에는 차이가 발생된다. 발생된 정전용량의 차이는 해당 위치가 눌려졌다는 것을 의미한다.

도 6은 도 3에 도시된 멤브레인 스위치시트(400)의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다. 특히, 1개의 절연층이 멤브레인 스위치시트(400)에 형성된 예가 도시된다.

도 6을 참조하면, 다른 예에 따른 멤브레인 스위치시트(400)는 하부 시트(1410), 스페이서 시트(420) 및 상부 시트(430)를 포함한다.

상기 하부 시트(1410)는 하부 베이스필름(1412)과, 상기 하부 베이스필름(1412)의 배면에 제1 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층(1414)을 포함한다.

상기 스페이서 시트(420)는 상기 하부 시트(1410) 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 복수의 스페이서 홀들(422)이 형성된다.

상기 상부 시트(430)는 상기 스페이서 시트(420) 위에 배치되고, 상부 베이스필름(432)과, 상기 상부 베이스필름(432)의 하부면에 제2 방향으로 인쇄된 제2 도전성 잉크층(434)을 포함한다.

도 6에서, 상기 하부 시트(1410)에 형성된 제1 도전성 잉크층(1414)과 상부 시트(430)에 형성된 제2 도전성 잉크층(434) 사이에는 하부 시트(1410)의 하부 베이스필름(1412)이 배치된다. 따라서, 제1 도전성 잉크층(1414)과 제2 도전성 잉크층(434)은 직접적으로 접촉되지 않는다. 이에 따라 키 접촉부가 많은 횟수로 가압되더라도 제1 도전성 잉크층(1414)이나 제2 도전성 잉크층(434)이 마모되거나 훼손되는 것을 방지할 수 있다.

도 7은 도 6에 도시된 멤브레인 스위치시트(400)에 키 접촉부에 의한 눌림이 있는 경우를 도시한 단면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 키 접촉부(미도시)가 눌려지면 하향으로 이동되어 상기 키 접촉부가 상부 시트(430)를 가압한다. 상기 상부 시트(430)가 가압됨에 따라, 상기 상부 시트(430)의 제2 도전성 잉크층(434)은 상기 스페이서 홀(422)을 통해 굴곡되어 상기 하부 시트(1410)의 제1 도전성 잉크층(1414)에 근접한다. 이때, 상기 제1 도전성 잉크층(1414)은 상기 하부 베이스필름(1412)의 배면에 배치되므로, 상기 제2 도전성 잉크층(414)이 굴곡되더라도 상기 제2 도전성 잉크층(434)은 상기 제1 도전성 잉크층(414)에 직접적으로 접촉되지 않는다.

키 접촉부가 눌려지기전 제1 도전성 잉크층(1414)과 제2 도전성 잉크층(434)간에 형성되는 제1 정전용량과 키 접촉부가 눌려진 후 제1 도전성 잉크층(1414)과 제2 도전성 잉크층(434)간에 형성되는 제2 정전용량간에는 차이가 발생된다. 발생된 정전용량의 차이는 해당 위치가 눌려졌다는 것을 의미한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 스위치시트를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 도 9는 도 8에 도시된 멤브레인 스위치시트를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.

도 8및 도 9를 참조하면, 멤브레인 스위치시트(600)는 하부 시트(610), 상기 하부 시트(610) 위에 배치된 스페이서 시트(620) 및 상기 스페이서 시트(620) 위에 배치된 상부 시트(630)를 포함한다.

상기 하부 시트(610)는 하부 베이스필름(612)과, 상기 하부 베이스필름(612)의 일면에 제1 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층(614)과, 상기 제1 도전성 잉크층(614) 위에 형성된 하부 절연층(616) 및 상기 하부 절연층(616) 위에 제2 방향으로 인쇄된 제2 도전성 잉크층(618)을 포함한다.

상기 제1 도전성 잉크층(614)은 카본을 포함할 수 있다. 상기 카본은 실버에 비해 가격이 저렴하다.

도 10은 도 8에 도시된 제1 도전성 잉크층을 설명하기 위한 확대된 평면도이다.

도 10을 참조하면, 상기 제1 도전성 잉크층(614)은 1도 인쇄되어 열주사배선들(614a), 제1 브리지배선(614b), 제1 접점전극들(614c), 제2 접점전극들(614d), 제2 브리지배선(614e) 및 접촉배선(614f)을 형성한다. 본 실시예에서, 상기 제1 접점전극(614c)은 송신센서에 대응하고, 상기 제2 접점전극(614d)은 수신센서에 대응할 수 있다. 상기 열주사배선들(614a), 상기 제1 브리지배선(614b), 상기 제1 접점전극들(614c), 상기 제2 접점전극들(614d), 상기 제2 브리지배선(614e) 및 상기 접촉배선(614f)은 동일한 물질을 포함하고, 동일한 공정에 의해 동일한 층에 형성된다.

상기 열주사배선(614a)은 예를들어 수평방향(또는 X축 방향)으로 인쇄된다.

상기 제1 브리지배선(614b)은 상기 열주사배선(614a)에서 절곡되어 상기 열주사배선(614a)과 상기 제1 접점전극(614c)을 연결한다.

상기 제1 접점전극들(614c) 각각은 상기 열주사배선(614a)에서 분기된다. 하나의 열주사배선(614a)에는 복수개의 제1 접점전극들(614c)이 연결된다. 상기 제1 접점전극(614c)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제1 접점전극(614c)은 핑거 형상을 갖는다.

상기 제2 접점전극(614d)은 상기 제1 접점전극(614c)으로부터 일정 간격 이격되어 형성된다. 상기 제2 접점전극(614d)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제2 접점전극(614d)은 핑거 형상을 갖는다. 이에 따라, 상기 제2 접점전극(614d)과 상기 제1 접점전극(614c)은 치합 형태로 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 접점전극(614c)과 제2 접점전극(614d) 각각은 3개의 핑거들을 갖는 것을 도시하였으나, 핑거의 수를 한정하는 것은 아니다.

상기 제2 브리지배선(614e)은 상기 제2 접점전극(614d)에서 연장된 형상을 갖는다.

상기 접촉배선(614f)은 상기 제2 브리지배선(614e)에서 굴곡된 형상을 갖는다. 상기 접촉배선(614f)은 상기 제2 브리지배선(614e)의 폭보다 넓은 폭을 갖는다.

도 8 및 도 9를 다시 참조하면, 상기 하부 절연층(616)은 상기 제1 도전성 잉크층(614)을 커버하도록 형성된다. 이때, 상기 하부 절연층(616)에는 상기 제1 도전성 잉크층(614)의 접촉배선(614f)이 형성된 부위를 노출하도록 홀(617)이 형성된다. 형성된 홀(617)을 통해 상기 제2 도전성 잉크층(618)은 상기 제1 도전성 잉크층(614)의 접촉배선(614f)과 접촉된다.

상기 제2 도전성 잉크층(618)은 1도 인쇄되어 행주사배선들을 형성한다. 상기 행주사배선은 예를들어 수직방향(또는 Y축 방향)으로 인쇄된다. 하나의 행주사배선은 상기 하부 절연층(616)에 형성된 홀을 통해 상기 접촉배선들(614f) 각각에 접촉된다. 상기 제2 도전성 잉크층(618)은 카본을 포함할 수 있다. 상기 카본은 실버에 비해 가격이 저렴하다.

상기 스페이서 시트(620)는 상기 하부 시트(610) 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 복수의 스페이서 홀들(622)이 형성된다. 멤브레인 스위치 키보드가 103 키보드라면, 스페이서 홀들의 수는 103개이다.

상기 상부 시트(630)는 상기 스페이서 시트(620) 위에 배치되고, 상부 베이스필름(632)과, 상기 상부 베이스필름(632)의 하부면에 인쇄된 그라운드층(634)을 포함한다.

본 실시예에서, 가압된 키버튼의 좌표 검출을 위해, 상기 열주사배선은 좌표 검출을 위한 사각파의 송신신호를 전달하고, 상기 행주사배선은 좌표 검출을 위한 사각파의 수신신호를 전달할 수 있다. 한편, 가압된 키버튼의 좌표 검출을 위해, 상기 행주사배선은 좌표 검출을 위한 송신신호를 전달하고, 상기 열주사배선은 좌표 검출을 위한 수신신호를 전달할 수 있다.

상기 행주사배선과 상기 열주사배선(614a)은, XY 평면상에서 관찰할 때, 서로 교차할 수 있다. 상기 제1 접점전극들(614c) 각각은, XY 평면상에서 관찰할 때, 상기 제2 접점전극들 (614d) 각각과 일정 간격 이격되어 배치된다. 이때, 상기 제1 접점전극(614c)과 상기 제2 접점전극(614d)사이에는 상기 스페이서 시트(620)에 형성된 스페이서 홀(622)이 배치된다.

본 실시예에서, 상기 행주사배선 및 상기 제2 접점전극(614d)은 송신라인에 대응할 수도 있고, 상기 열주사배선(614a) 및 상기 제1 접점전극(614c)은 수신라인에 대응할 수 있다. 물론, 그 역도 가능하다.

제1 접점전극(614c)에 송신신호가 제공될 때, 상기 제1 접점전극(614c)에 인접하는 제2 접점전극(614d)에는 수신신호가 검출된다. 이때, 키버튼이 가압되어 그라운드층(634)이 제1 접점전극(614c) 및 제2 접점전극(614d)에 근접하면, 검출된 수신신호는 변경되어 정전용량이 변경된다. 예를들어, 상기 그라운드층에 의해 수신신호는 저감되어 정전용량은 줄어든다.

변경된 정전용량은 제2 접점전극(614d)에 연결된 행주사라인을 통해 마이크로 콘트롤 유닛(500, 도 1에 도시됨)에 제공되어 정전용량이 변경된 특정 좌표가 인식될 수 있다.

도 11은 도 8에 도시된 하부 시트(610)를 설명하기 위한 평면도이다. 도 12는 도 11에 도시된 하부 베이스필름(612)에 형성된 제1 도전성 잉크층(614)을 설명하기 위한 평면도이다. 설명의 편의를 위해 7개의 송신라인들과 5개의 수신라인들이 배치된 것을 도시하지만, 키보드에 형성된 복수의 키버튼들에 대응하도록 송신라인들의 수와 수신라인들의 수는 변경될 수 있다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 하부 베이스필름(612) 위에 제1 방향(D1)으로 제1 내지 제5 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4), 상기 수신라인들 각각에 연결된 복수의 수신센서들, 상기 수신센서들 각각에 일정 간격 이격되어 형성된 복수의 송신센서들을 형성한다. 상기 수신센서와 상기 송신센서는 하나의 터치센서를 정의한다. 상기 수신라인들, 상기 수신센서들 및 상기 송신센서들은 동일한 층에 형성된다.

도 13은 도 11에 도시된 하부 절연층(616)을 설명하기 위한 평면도이다.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 상기 제1 내지 제5 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4), 상기 수신센서들 및 상기 송신센서들 위에 복수의 홀들이 형성된 하부 절연층(616)을 형성한다.

본 실시예에서, 하부 절연층(616)은 상기 제1 내지 제5 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4)과 송신라인이 중첩되는 부분에 대한 전기적인 쇼트를 방지하는 역할을 수행한다.

부가적으로 하부 절연층(616)은 상기 제1 내지 제5 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4), 상기 수신센서들 및 상기 송신센서들을 보호한다.

또한, 하부 절연층(616)은 산화 방지, 습기 침투 방지, 조립이나 인쇄공정중 스크래치에 의한 손상 방지의 역할을 더 수행할 수 있다.

도 14는 도 11에 도시된 제2 도전성 잉크층(618)을 설명하기 위한 평면도이다.

도 11 내지 도 14를 참조하면, 상기 하부 절연층(616) 위에 제2 방향(D2)으로 제1 내지 제7 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)을 형성한다.

상기 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)은 상기 하부 절연층(616)에 형성된 홀들을 통해 아래의 송신센서들과 전기적으로 연결된다.

도 15는 도 8에 도시된 스페이서 시트(620)를 설명하기 위한 평면도이다.

도 15를 참조하면, 상기 스페이서 시트(620)는 상기 하부 시트(610) 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 복수의 스페이서 홀들(622)이 형성된다. 멤브레인 스위치 키보드가 103 키보드라면, 스페이서 홀들의 수는 103개이다.

도 16은 도 8에 도시된 상부 시트(630)를 설명하기 위한 평면도이다.

도 16을 참조하면, 상부 시트(630)는 상기 스페이서 시트(620) 위에 배치되고, 상부 베이스필름(632)과, 상기 상부 베이스필름(632)의 하부면에 인쇄된 그라운드층(634)을 포함한다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤브레인 스위치시트를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.

도 17을 참조하면, 멤브레인 스위치시트는 하부 시트(710), 상기 하부 시트(710) 위에 배치된 스페이서 시트(720) 및 상기 스페이서 시트(720) 위에 배치된 상부 시트(730)를 포함한다.

상기 하부 시트(710)는 하부 베이스필름(712)과, 상기 하부 베이스필름(712)의 하부면에 제1 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층(714)과, 상기 제1 도전성 잉크층(714)의 하부면에 형성된 하부 절연층(716) 및 상기 하부 절연층(716)의 하부면에 제2 방향으로 인쇄된 제2 도전성 잉크층(718)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 도전성 잉크층들(714, 718)은 카본을 포함할 수 있다. 상기 카본은 실버에 비해 가격이 저렴하다. 상기 하부 베이스필름(712), 상기 제1 도전성 잉크층(714), 상기 하부 절연층(716) 및 상기 제2 도전성 잉크층(718)은 상기 하부 베이스필름(712)의 하부면에 순차적으로 형성된다. 즉, 상기 스페이서 시트(720)에 인접하는 부재는 상기 하부 베이스필름(712)이다.

본 실시예에서, 상기 제1 도전성 잉크층(714), 상기 하부 절연층(716) 및 상기 제2 도전성 잉크층(718)의 형상이나 제조 공정은 도 11 내지 도 14에서 설명된 실시예와 유사하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 스페이서 시트(720)는 상기 하부 시트(710) 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 복수의 스페이서 홀들(722)이 형성된다.

상기 상부 시트(730)는 상기 스페이서 시트(720) 위에 배치되고, 상부 베이스필름(732)과, 상기 상부 베이스필름(732)의 하부면에 인쇄된 그라운드층(734)을 포함한다.

동작시, 키 접촉부(미도시)가 눌려지면 상기 키 접촉부는 하향으로 이동되어 상기 키 접촉부가 상부 시트(730)를 가압한다. 상기 상부 시트(730)가 가압됨에 따라, 상기 상부 시트(730)의 그라운드층(734)은 상기 스페이서 홀(722)을 통해 굴곡되어 상기 하부 시트(710)에 근접한다. 이때, 상기 제1 도전성 잉크층(714)은 상기 하부 베이스필름(712)의 배면에 배치되므로, 상기 그라운드층(734)이 굴곡되더라도 상기 그라운드층(734)은 상기 제1 도전성 잉크층(714)에 직접적으로 접촉되지 않는다.

상기 그라운드층(734)이 상기 하부 시트(710)에 인접함에 따라, 키 접촉부가 눌려지기전 상기 제1 도전성 잉크층(774)과 상기 제2 도전성 잉크층(718)간에 형성되는 제1 정전용량과 키 접촉부가 눌려진 후 상기 제1 도전성 잉크층(714)과 상기 제2 도전성 잉크층(718)간에 형성되는 제2 정전용량간에는 차이가 발생된다. 발생된 정전용량의 차이는 해당 위치가 눌려졌다는 것을 의미한다.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤브레인 스위치시트를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.

도 18을 참조하면, 멤브레인 스위치시트는 하부 시트(810), 상기 하부 시트(810) 위에 배치된 스페이서 시트(820) 및 상기 스페이서 시트(820) 위에 배치된 상부 시트(830)를 포함한다.

상기 하부 시트(810)는 하부 베이스필름(812)과, 상기 하부 베이스필름(812)의 상부면에 제1 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층(814)과, 상기 제1 도전성 잉크층(814) 위에 형성된 하부 절연층(816)과, 상기 하부 절연층(816) 위에 제2 방향으로 인쇄된 제2 도전성 잉크층(818) 및 상기 제2 도전성 잉크층(818) 위에 형성된 제1 전극보호층(819)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 도전성 잉크층들(814, 818)은 카본을 포함할 수 있다. 상기 카본은 실버에 비해 가격이 저렴하다. 상기 하부 베이스필름(812), 상기 제1 도전성 잉크층(814), 상기 하부 절연층(816), 상기 제2 도전성 잉크층(818) 및 상기 제1 전극보호층(819)은 상기 하부 베이스필름(812)의 상부면에 순차적으로 형성된다. 즉, 상기 스페이서 시트(820)에 인접하는 부재는 상기 제1 전극보호층(819)이다.

상기 스페이서 시트(820)는 상기 하부 시트(810) 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 복수의 스페이서 홀들(822)이 형성된다.

상기 상부 시트(830)는 상부 베이스필름(832)과, 상기 상부 베이스필름(832)의 하부면에 형성된 그라운드층(834) 및 상기 그라운드층(834)의 하부면에 형성된 제2 전극보호층(836)을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 그라운드층(834) 및 상기 제2 전극보호층(836)은 상기 상부 베이스필름(832)의 하부면에 순차적으로 형성된다. 즉, 상기 스페이서 시트(820)에 인접하는 부재는 상기 제2 전극보호층(836)이다.

동작시, 키 접촉부(미도시)가 눌려지면 상기 키 접촉부는 하향으로 이동되어 상기 키 접촉부가 상부 시트(830)를 가압한다. 상기 상부 시트(830)가 가압됨에 따라, 상기 상부 시트(830)의 그라운드층(834)은 상기 스페이서 홀(822)을 통해 굴곡되어 상기 하부 시트(810)에 근접한다. 이때, 상기 제2 도전성 잉크층(818)은 상기 하부 베이스필름(812)의 배면에 배치되고 상기 제1 전극보호층(819) 및 상기 제2 전극보호층(836)이 존재하므로, 상기 그라운드층(834)이 굴곡되더라도 상기 그라운드층(834)은 상기 제2 도전성 잉크층(818)에 직접적으로 접촉되지 않는다.

상기 그라운드층(834)이 상기 하부 시트(810)에 인접함에 따라, 키 접촉부가 눌려지기전 상기 제1 도전성 잉크층(874)과 상기 제2 도전성 잉크층(818)간에 형성되는 제1 정전용량과 키 접촉부가 눌려진 후 상기 제1 도전성 잉크층(814)과 상기 제2 도전성 잉크층(818)간에 형성되는 제2 정전용량간에는 차이가 발생된다. 발생된 정전용량의 차이는 해당 위치가 눌려졌다는 것을 의미한다.

도 19는 도 1에 도시된 마이크로콘트롤유닛(500)의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.

도 1 및 도 19를 참조하면, 마이크로 콘트롤 유닛(500)은 정전용량 감지회로(510), 중앙처리부(CPU)(520) 및 타이밍 제어부(530)를 포함하고, 멤브레인 스위치시트(400)에 전기적으로 연결된다. 상기 정전용량 감지회로(510), 상기 중앙처리부(CPU)(520) 및 상기 타이밍 제어부(530)는 하나의 칩에 구현될 수도 서로 다른 칩에 구현될 수도 있다.

상기 멤브레인 스위치시트(400)는 키버튼 영역을 갖는다. 예를들어, 101 키보드라면 101개의 키버튼 영역들이 상기 멤브레인 스위치시트(400)에 형성되고, 103 키보드라면 103개의 키버튼 영역들이 상기 멤브레인 스위치시트(400)에 형성되며, 106 키보드라면 106개의 키버튼 영역들이 상기 멤브레인 스위치시트(400)에 형성될 수 있다.

상기 키버튼 영역에는 X축 방향으로 연장되고 Y축 방향으로 배열된 복수의 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)과, Y축 방향으로 연장되고 X축 방향으로 배열된 복수의 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4)이 배치된다.

본 실시예에서, 설명의 편의를 위해 6개의 송신라인들과 4개의 수신라인들이 배치된 것을 도시하지만, 키보드에 형성된 복수의 키버튼들에 대응하도록 송신라인들의 수와 수신라인들의 수는 변경될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)은 특정 신호, 예를들어, 사각파의 송신신호를 전달하는 역할을 수행하고, 상기 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4)은 상기 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)로부터 유기된 신호에 의한 정전용량을 감지하는 역할을 수행한다. 일례에서, 상기 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)은 상기 멤브레인 스위치시트(400)에 형성된 상기 행주사라인 및 상기 제2 접점전극(434b; 도 1에 도시됨)에 대응할 수 있고, 상기 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4)은 상기 멤브레인 스위치시트(400)에 형성된 상기 열주사라인 및 상기 제1 접점전극(414b; 도 1에 도시됨)에 대응할 수 있다. 다른 예에서, 상기 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)은 상기 멤브레인 스위치시트(400)에 형성된 상기 열주사라인 및 상기 제1 접점전극(414b)에 대응할 수 있고, 상기 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4)은 상기 멤브레인 스위치시트(400)에 형성된 상기 행주사라인 및 상기 제2 접점전극(434b)에 대응할 수 있다.

상기 정전용량 감지회로(510)는 커런트미러 기반의 전하적분회로를 구비하여 상기 키버튼 영역에 대응하여 배치된 상기 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)과 상기 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4)에 각각 연결된다.

상기 정전용량 감지회로(510)는 송신회로부(512) 및 수신회로부(514)를 포함하고, 상기 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)과 상기 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4) 사이에 발생된 정전용량의 차이를 검출하여 가압된 키버튼의 좌표를 검출한다.

상기 송신회로부(512)는 송신기(512a) 및 송신스위치(512b)를 포함하고, 상기 타이밍 제어부(530)로부터 제공되는 제1 스위칭 제어신호(S1)에 응답하여 상기 송신신호를 상기 멤브레인 스위치시트(400)의 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)에 순차적으로 인가한다.

본 실시예에서, 상기 송신기(512a)는 사각파의 송신신호를 상기 멤브레인 스위치시트(400)의 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)에 출력한다. 상기 송신기(512a)에서 출력되는 송신신호의 세기가 약할 수 있다. 송신신호의 세기가 약하면 수신회로부(514)에서 신호를 처리하는데 어려움이 발생될 수 있다. 따라서, 송신기(512a)의 출력 전압을 높여 송신 에너지를 증가시킴으로써 수신라인에 유기되는 에너지의 양을 보다 증가시킬 수도 있다. 상기 송신신호의 전압을 높이기 위해 송신회로부(512)에는 차지 펌프(charge pump)와 같은 전원 승압기(미도시)가 더 구비될 수도 있다.

상기 수신회로부(514)는 수신스위치(514a), 가변저항 생성부(514b), 전하적분회로(514c) 및 아날로그-디지털 변환기(514d)를 포함하고, 키버튼의 가압에 따른 접촉이 발생하면 상기 송신라인과 수신라인 사이에 발생되는 정전용량의 차이를 상기 멤브레인 스위치시트(400)의 수신라인(R0, R1, R2, R3, R4)으로부터 검출한다. 즉, 상기한 정전용량 감지회로(510)는 뮤츄얼-캐패시턴스(Mutual-Capacitance) 모드로 동작되어 가압된 키버튼의 좌표를 감지한다. 상기한 뮤츄얼-캐패시턴스 모드를 통한 키버튼의 좌표 감지는, 횡축으로 배치된 송신라인에 특정 신호를 인가하고, 종축으로 배치된 수신라인을 통해 유기된 신호에 의한 정전용량 성분을 감지하여 키버튼의 가압 여부를 감지하는 방식이다.

상기 수신스위치(514a)는 상기 멤브레인 스위치시트(400)의 수신라인들중 어느 하나와 상기 가변저항 생성부(514b)를 서로 연결시켜, 수신라인을 통해 전달되는 수신신호(RX)를 상기 가변저항 생성부(514b)에 제공한다.

상기 가변저항 생성부(514b)는 상기 수신스위치(514a)를 통해 입력되는 상기 수신신호(RX)의 전위를 낮추어 상기 전하적분회로(514c)에 제공한다. 상기 가변저항 생성부(514b)는 가변저항을 포함할 수 있다. 또한, 상기 가변저항 생성부(514b)는 시리얼 저항을 포함할 수 있다.

상기 전하적분회로(514c)는 커런트미러(Current Mirror)를 기반으로 구성될 수 있다. 커런트미러 기반의 전하적분회로(514c)는 상기 송신회로부(512)에서 인가되는 사각파의 송신신호의 상승주기와 하강주기에 상응하여 전하를 각각 적분하여 상기 멤브레인 스위치시트(400)의 송신라인과 수신라인 사이에 발생되는 정전용량의 차이를 검출하여 가압된 키버튼의 좌표를 검출한다. 본 실시예에서, 상기 수신회로부(514)에는 수신스위치(514a)가 구비되어 수신라인(R0, R1, R2, R3, R4)으로부터 수신신호를 수신하는 것을 도시하였으나, 상기 수신스위치(514a)는 생략될 수도 있다. 이때, 수신회로부는 복수개 구비되어, 수신라인들 각각에 연결된다.

필름형태로 구성되는 멤브레인 스위치시트(400)의 두께로 인해 스페이서 시트(420, 도 3에 도시됨)에 형성된 스페이서 홀(422, 도 3에 도시됨)을 통해 근접하는 접점전극들간의 간격은 작다. 따라서, 검출되는 수신신호(전하량)의 변화폭은 수십 fF 내지 수 Pf과 같이 매우 작을 수 있으므로, 수신신호에 의한 전하량을 누적하고 누적된 전하를 전압으로 증폭하여 변환하는 전하적분회로(charge integrator: 5143c)가 수신회로부(514)에 사용될 수 있다. 그리고 검출된 전압의 값을 디지털화하여 데이터 처리를 할 수 있도록 하기 위한 아날로그-디지털 컨버터(ADC: 514d) 등이 사용될 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 멤브레인 스위치 키보드에 의하면, 서로 교차하는 송신라인과 수신라인들은 서로 직접적으로 접촉하지 않은 절연된 상태에서 정전용량이 형성됨과 동시에 송신라인의 송신신호로부터 발생한 전기적인 에너지 장(electric field)에 의해서 일정한 수준의 송신라인의 에너지가 수신라인으로 유기된다. 이때, 사용자에 의해서 키버튼의 가압이 발생하는 경우, 가압된 키버튼 지점들에 대응하는 전극라인들에 인가되는 송신신호와 수신라인들에 유기되는 수신신호는 가압된 키버튼에 의하여 각각의 전극들에 형성되는 정전용량(또는 캐패시턴스)의 변화와 정/전기적인 에너지 장의 변화가 발생하게 되어 수신라인으로 유기되는 에너지의 양의 변화가 발생하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지회로는 수신라인으로부터 검출되는 전기적인 에너지, 즉 전하량(또는 정전용량의 변화량)을 전압의 단위로 변환하여 키버튼의 가압이 발생되었을 때와 그렇지 않을 때의 전압의 차이를 이용하여 가압된 키버튼의 좌표를 판정한다. 이러한 정전용량의 변화에 의한 전하량의 차이들을 독립된 종축에 대한 모든 횡축의 변화량을 측정하여 측정값을 종축과 횡축의 이차원적으로 배열을 구성하여 처리하기 때문에 멀티-키 스트로크를 용이하게 판별할 수 있다.

도 20은 도 19에 도시된 뮤츄얼-캐패시턴스 방식의 멤브레인 스위치시트용 정전용량 감지회로의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 등가회로도이다. 도 21은 도 20의 멤브레인 스위치시트용 정전용량 감지회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

도 20 및 도 21을 참조하면, 멤브레인 스위치시트(400: 도 7에 도시됨)(또는 도 9, 도 17 및 도 18에 도시됨)에 연결된 송신회로부(512)는 제1 스위치(SW0), 제2 스위치(SW1), 제1 인버터(IN1) 및 제2 인버터(IN2)를 포함하고, 사각파의 송신신호(TX)를 상기 멤브레인 스위치시트(400)에 제공한다. 설명의 편의를 위해 상기 송신회로부(512)에 구비되어 사각파의 송신신호를 출력하는 송신기(212; 도 7에 도시됨)(또는 도 9, 도 17 및 도 18에 도시됨)를 제1 스위치(SW0)와 제2 스위치(SW1)로 표기하였다. 즉, 상기 제1 스위치(SW0)가 온되면 하이레벨인 전원전압(VDD)이 출력되고, 상기 제2 스위치(SW1)가 온되면 로우레벨인 접지전압(GND)이 출력된다. 따라서, 하이레벨과 로우레벨을 갖는 사각파의 송신신호가 출력될 수 있다.

상기 수신회로부(514)는 상단 스위치(SW11), 하단 스위치(SW12), 상단 커런트미러부(UCM), 하단 커런트미러부(LCM), 출력 스위칭부(SW13), 출력캐패시터(C1) 및 인에이블 스위치(SW14)를 포함한다.

사각파 형태를 갖는 송신신호(TX)의 매 주기에서, 제1 및 제2 송신스위치 제어신호들(S0, S1)과 제1 및 제2 적분 제어신호들(CP, CN)에 응답하여 송신신호(TX)의 상승에지(rising edge)에서의 정전용량 감지회로의 동작과 하강에지(falling edge)에서의 정전용량 감지회로의 동작은 서로 다르다. 본 실시예에서, 제1 송신스위치 제어신호(S0)와 제1 적분 제어신호(CP)는 서로 동상이다.

즉, 송신신호(TX)의 상승에지에서, 상기 제1 스위치(SW0), 상기 멤브레인 스위치시트(400), 상기 하단 스위치(SW12) 및 상기 하단 커런트미러부(LCM)를 따라 제1 전류경로가 형성되고, 상기 제1 전류경로를 따라 흐르는 전류는 상기 하단 커런트미러부(LCM)의 우측에 배치된 NMOS들에 미러링되므로 상기 상단 커런트미러부(UCM), 상기 하단 커런트미러부(LCM)를 따라 제2 전류경로가 형성된다. 상기 제2 전류경로를 따라 흐르는 전류는 상기 상단 커런트미러부(UCM)의 우측에 배치된 PMOS들에 미러링되어 상기 상단 커런트미러부(UCM) 및 상기 출력 스위칭부(SW13)를 따라 제3 전류경로가 형성된다. 상기 제3 전류경로에 따른 전류에 상응하는 전하는 출력캐패시터(C1)에 충전된 후 출력단자를 통해 출력된다. 여기서, 수신신호(RX)는 상기 하단 커런트미러부(LCM)를 통해 방전되므로 시간이 지남에 따라 감소하는 전압레벨을 갖는다.

한편, 송신신호(TX)의 하강에지에서, 상기 상단 커런트미러부(UCM), 상기 상단 스위치(SW11), 상기 멤브레인 스위치시트(400) 및 상기 제2 스위치(SW1)를 따라 제1 전류경로가 형성된다. 상기 상단 커런트미러부(UCM)의 좌측 PMOS들을 통해 흐르는 전류는 상기 상단 커런트미러부(UCM)의 우측 PMOS들에 미러링되어 제2 전류경로가 형성된다. 상기 제2 전류경로에 따른 전류에 상응하는 전하는 출력캐패시터(C1)에 충전에 충전된 후 출력단자를 통해 출력된다. 여기서, 수신신호(RX)는 상기 상단 커런트미러부(UCM)로부터 지속적으로 전하가 공급되므로 시간이 지남에 따라 증가하는 전압레벨을 갖는다.

따라서, 상기 송신신호(TX)의 상승에지 및 하강에지 각각에서 수신되는 전하를 적분할 수 있게 됨으로써, 상승에지에서 수신되는 전하만을 적분하는 기술에 비해서 두 배의 전하 에너지를 적분할 수 있다.

한편, 상기 송신신호(TX)의 상승에지 구간이나 하강에지 구간동안 키버튼이 가압되면, 상기 멤브레인 스위치시트(400)에 형성된 정전용량(C0)은 감소한다. 즉, 상기 송신신호(TX)의 파형과 상기 수신신호(RX)의 파형은 서로 역상이므로 인체의 접촉에 의해 발생된 캐패시터의 정전용량이 상기 멤브레인 스위치시트(400)에 형성된 정전용량을 감소시킨다.

한편, 본 실시예에 의하면, 송신신호(TX)의 충전에 대응하여 수신신호(RX)에서 방전경로를 구성하거나 송신신호(TX)의 충전에 대응하여 수신신호(RX)에서 함께 충전시키므로써, 상기 멤브레인 스위치시트(400)에 형성된 캐패시터(C0)의 양단에 단기간에 전달되는 전하량을 증가 또는 감소시키는 방식으로 정전용량의 감지속도를 빠르게 할 수 있다. 즉, 일단이 접지전극에 연결된 캐패시터의 타단을 통해 전하를 충전시킬 때 충전 초기에는 전하가 빠르게 충전되지만 일정 시간이 경과된 후에는 충전속도가 느려진다. 하지만, 캐패시터의 일단 및 타단을 충전단자 및 방전단자로 각각 이용한 후, 상기 캐패시터의 일단 및 타단을 다시 충전단자 및 충전단자로 각각 이용하면, 충전 및 방전 동작시 전하가 흐르는 속도는 빨라진다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 정전용량의 감지 속도를 고속화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 송신신호의 상승주기와 하강주기 모두를 적분하는 전하적분회로의 구성을 연산증폭기(OP-AMP)가 아닌 커런트미러로 구성하므로써 회로의 구성을 간단하게 할 수 있다. 또한, 송신신호의 상승주기와 하강주기에서 모두 적분함에 따라 적분 후 출력 전압의 변화 성분에 있어 전압값을 정밀하게 유지할 수 있다.

도 22는 도 1에 도시된 마이크로콘트롤유닛(500)의 다른 예를 설명하기 위한 개략도이다.

도 1 및 도 22를 참조하면, 마이크로 콘트롤 유닛(500)은 정전용량 감지회로(1510) 및 중앙처리부(CPU)(1520)를 포함하고, 멤브레인 스위치시트(400)에 전기적으로 연결된다. 상기 정전용량 감지회로(1510) 및 상기 중앙처리부(1520)는 하나의 칩에 구현될 수도 서로 다른 칩에 구현될 수도 있다.

상기 멤브레인 스위치시트(400)는 도 7, 도 9, 도 17 및 도 18에서 설명되었으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 정전용량 감지회로(1510)는 커런트미러 기반의 전하적분회로를 구비하여 상기 멤브레인 스위치시트(400)의 키버튼 영역에 대응하여 배치된 상기 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)과 상기 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4)에 각각 연결된다.

상기 정전용량 감지회로(1510)는 송신회로부(1512)를 포함하고, 상기 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)과 상기 수신라인들(R0, R1, R2, R3, R4) 사이에 발생된 정전용량의 차이를 검출하여 가압된 키버튼의 좌표를 검출한다.

상기 송신회로부(1512)는 복수의 송신기들을 포함하고, 송신신호(TX)들을 상기 멤브레인 스위치시트(400)의 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6) 각각에 인가한다. 본 실시예에서, 송신라인들의 수가 7개이므로, 송신기들의 수는 7개이다.

상기 송신기(1512a)는 사각파의 송신신호(TX)를 상기 멤브레인 스위치시트(400)의 송신라인들(T0, T1, T2, T3, T4, T5, T6)에 출력한다. 상기 송신기(1512a)에서 출력되는 송신신호(TX)의 세기가 약할 수 있다. 송신신호(TX)의 세기가 약하면 수신회로부(1514)에서 신호를 처리하는데 어려움이 발생될 수 있다. 따라서, 송신기(1512a)의 출력 전압을 높여 송신 에너지를 증가시킴으로써 수신라인에 유기되는 에너지의 양을 보다 증가시킬 수도 있다. 상기 송신신호(TX)의 전압을 높이기 위해 송신회로부(1512)에는 차지 펌프(charge pump)와 같은 전원 승압기(미도시)가 더 구비될 수도 있다.

상기 수신회로부(1514)는 가변저항 생성부(1514a), 전하적분회로(1514b) 및 아날로그-디지털 변환기(1514d)를 포함하고, 키버튼의 가압에 따른 접촉이 발생하면 상기 송신라인과 수신라인 사이에 발생되는 정전용량의 차이를 상기 멤브레인 스위치시트(400)의 수신라인(R0, R1, R2, R3, R4)으로부터 검출한다. 즉, 상기한 정전용량 감지회로(1510)는 뮤츄얼-캐패시턴스(Mutual-Capacitance) 모드로 동작되어 가압된 키버튼의 좌표를 감지한다. 상기한 뮤츄얼-캐패시턴스 모드를 통한 키버튼의 좌표 감지는, 횡축으로 배치된 송신라인에 특정 신호를 인가하고, 종축으로 배치된 수신라인을 통해 유기된 신호에 의한 정전용량 성분을 감지하여 키버튼의 가압 여부를 감지하는 방식이다.

상기 가변저항 생성부(1514a)는 상기 수신신호(RX)의 전위를 낮추어 상기 전하적분회로(1514b)에 제공한다. 상기 가변저항 생성부(1514a)는 가변저항을 포함할 수 있다. 또한, 상기 가변저항 생성부(1514a)는 시리얼 저항을 포함할 수 있다.

상기 전하적분회로(1514b)는 커런트미러를 기반으로 구성될 수 있다. 커런트미러 기반의 전하적분회로(1514b)는 상기 송신회로부(1512)에서 인가되는 사각파의 송신신호(TX)의 상승주기와 하강주기에 상응하여 전하를 각각 적분하여 상기 멤브레인 스위치시트(400)의 송신라인과 수신라인 사이에 발생되는 정전용량의 차이를 검출하여 가압된 키버튼의 좌표를 검출한다.

필름형태로 구성되는 멤브레인 스위치시트(400)의 두께로 인해 스페이서 시트(420, 도 3에 도시됨)에 형성된 스페이서 홀(422, 도 3에 도시됨)을 통해 근접하는 접점전극들간의 간격은 작다. 따라서, 검출되는 수신신호(전하량)(RX)의 변화폭은 수십 fF 내지 수 Pf과 같이 매우 작을 수 있으므로, 수신신호(RX)에 의한 전하량을 누적하고 누적된 전하를 전압으로 증폭하여 변환하는 전하적분회로(charge integrator: 5143c)가 수신회로부(1514)에 사용될 수 있다. 그리고 검출된 전압의 값을 디지털화하여 데이터 처리를 할 수 있도록 하기 위한 아날로그-디지털 컨버터(ADC: 1514c) 등이 사용될 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 멤브레인 스위치 키보드에 의하면, 서로 교차하는 송신라인과 수신라인들은 서로 직접적으로 접촉하지 않은 상태에서 정전용량이 형성됨과 동시에 송신라인의 송신신호(TX)로부터 발생한 전기적인 에너지 장(electric field)에 의해서 일정한 수준의 송신라인의 에너지가 수신라인으로 유기된다. 이때, 사용자에 의해서 키버튼의 가압이 발생하는 경우, 가압된 키버튼 지점들에 대응하는 전극라인들에 인가되는 송신신호(TX)와 수신라인들에 유기되는 수신신호(RX)는 가압된 키버튼에 의하여 각각의 전극들에 형성되는 정전용량(또는 캐패시턴스)의 변화와 정/전기적인 에너지 장의 변화가 발생하게 되어 수신라인으로 유기되는 에너지의 양의 변화가 발생하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지회로는 수신라인으로부터 검출되는 전기적인 에너지, 즉 전하량(또는 정전용량의 변화량)을 전압의 단위로 변환하여 키버튼의 가압이 발생되었을 때와 그렇지 않을 때의 전압의 차이를 이용하여 가압된 키버튼의 좌표를 판정한다. 이러한 정전용량의 변화에 의한 전하량의 차이들을 독립된 종축에 대한 모든 횡축의 변화량을 측정하여 측정값을 종축과 횡축의 이차원적으로 배열을 구성하여 처리하기 때문에 멀티-키 스트로크를 용이하게 판별할 수 있다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 인쇄비용이 고가인 실버 페이스를 이용하지 않고 인쇄비용이 저렴한 카본 페이스트를 이용하므로써, 멤브레인 스위치 키보드의 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 실버 페이스트의 경우 2도 인쇄되므로 제조 비용이 높아지지만, 카본 페이스트의 경우 1도 인쇄가 가능하므로 제조 비용을 절감할 수 있다.

100 : 하부케이스 200 : 상부케이스
300 : 러버돔 시트 400 : 멤브레인 스위치시트
500 : 마이크로 콘트롤 유닛 410 : 하부 시트
420 : 스페이서 시트 430 : 상부 시트
412 : 하부 베이스필름 414 : 제1 도전성 잉크층
414a : 열주사배선 414b : 제1 접점전극
432 : 상부 베이스필름 434 : 제2 도전성 잉크층
434a : 행주사배선 434b : 제2 접점전극
510, 1510 : 정전용량 감지회로 512 : 송신회로부
514 : 수신회로부 512a : 송신기
512b : 송신스위치 514a : 수신스위치
514b, 1514a : 가변저항 생성부 514c, 1514b : 전하적분회로
514d, 1514d : ADC 520, 1520 : 중앙처리부
530 : 타이밍 제어부

Claims (28)

1. 하부 베이스필름과, 상기 하부 베이스필름의 일면에 서로 다른 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층과 제2 도전성 잉크층을 포함하는 하부 시트;
   상기 하부 시트 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 형성된 복수의 스페이서 홀들을 갖는 스페이서 시트; 및
   상기 스페이서 시트 위에 배치되고, 상부 베이스 필름과, 상기 상부 베이스 필름의 일면에 인쇄된 그라운드층을 포함하는 상부 시트를 포함하고,
   상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라, 상기 그라운드층은 상기 스페이서 홀을 통해 굴곡되어 상기 제1 및 제2 도전성 잉크층들에 근접하여 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층간에 형성되는 전기장을 변화시키는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
2. 제1항에 있어서, 상기 하부 시트는 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층 사이에 배치된 절연층을 더 포함하고,
   상기 절연층은 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층이 접촉되는 부위에 대응하여 형성된 홀을 갖는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 도전성 잉크층은 제1 방향으로 인쇄된 열주사배선, 상기 열주사배선에서 절곡된 제1 브리지배선, 상기 제1 브리지배선에 연결된 제1 접점전극, 상기 제1 접점전극에서 일정 간격 이격된 제2 접점전극, 상기 제2 접점전극에 연결된 제2 브리지배선 및 상기 제2 브리지배선에서 굴곡된 접촉배선을 포함하고,
   상기 제2 도전성 잉크층은 제2 방향으로 인쇄되어 행주사배선을 형성하고, 상기 행주사배선은 상기 절연층에 형성된 홀을 통해 상기 접촉배선과 접촉하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
4. 제2항에 있어서, 상기 제1 도전성 잉크층, 상기 절연층 및 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 상부면에 순차적으로 형성되어, 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 그라운드층에 인접하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
5. 제2항에 있어서, 상기 제1 도전성 잉크층, 상기 절연층 및 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 하부면에 순차적으로 형성되어, 상기 제1 도전성 잉크층은 상기 그라운드층에 인접하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
6. 제2항에 있어서, 상기 제1 도전성 잉크층, 상기 절연층 및 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 상부면에 순차적으로 형성되고,
   상기 하부 시트는 상기 제2 도전성 잉크층 위에 형성된 제1 전극보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
7. 제6항에 있어서, 상기 상부 시트는 상기 그라운드층 아래에 형성되어 상기 제1 전극보호층과 마주하는 제2 전극보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
8. 하부 베이스필름과, 상기 하부 베이스필름의 일면에 제1 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층을 포함하는 하부 시트;
   상기 하부 시트 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 형성된 복수의 스페이서 홀들을 갖는 스페이서 시트; 및
   상기 스페이서 시트 위에 배치되고, 상부 베이스필름과, 상기 제1 도전성 잉크층과 일정 간격을 유지하도록 상기 상부 베이스필름의 하부면에 제2 방향으로 인쇄된 제2 도전성 잉크층을 포함하는 상부 시트를 포함하되,
   상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라, 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 스페이서 홀을 통해 굴곡되어 상기 제1 도전성 잉크층에 미접촉되고,
   상기 키버튼 영역의 눌림이 해제됨에 따라, 상기 제2 도전성 잉크층은 원복되어 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 일정 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 전면(front surface)에 인쇄되고,
   상기 하부 시트는 상기 제1 도전성 잉크층을 커버하고 상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라 굴곡되는 상기 상부 베이스필름에 접촉하는 하부 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 배면(rear surface)에 인쇄된 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
11. 제9항에 있어서, 상기 하부 및 제2 도전성 잉크층들은 카본을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
12. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전성 잉크층은 복수의 열주사배선들과 상기 열주사배선들 각각에서 분기된 복수의 제1 접점전극들을 포함하고,
    상기 제2 도전성 잉크층은 복수의 행주사배선과 상기 행주사배선의 폭보다 넓게 확장되어 인쇄된 복수의 제2 접점전극들을 포함하고,
    상기 제1 접점전극 및 상기 제2 접점전극은 상기 키버튼 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
13. 제12항에 있어서, 상기 열주사배선들의 재질과 상기 제1 접점전극들의 재질은 동일하고, 상기 행주사배선들의 재질과 상기 제2 접점전극들의 재질은 동일한 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치시트.
14. 하부 베이스필름과, 상기 하부 베이스필름의 일면에 서로 다른 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층과 제2 도전성 잉크층을 포함하는 하부 시트;
    상기 하부 시트 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 형성된 복수의 스페이서 홀들을 갖는 스페이서 시트;
    상기 스페이서 시트 위에 배치되고, 상부 베이스 필름과, 상기 상부 베이스 필름의 일면에 인쇄된 그라운드층을 포함하는 상부 시트; 및
    상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라, 상기 그라운드층은 상기 스페이서 홀을 통해 굴곡되어 상기 제1 및 제2 도전성 잉크층들에 근접하여 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층간에 형성되는 전기장을 근거로 키좌표를 연산하는 마이크로 콘트롤 유닛을 포함하는 멤브레인 스위치 키보드.
15. 제14항에 있어서, 상기 하부 시트는 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층 사이에 배치된 절연층을 더 포함하고,
    상기 절연층은 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층이 접촉되는 부위에 대응하여 형성된 홀을 갖는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1 도전성 잉크층은 제1 방향으로 인쇄된 열주사배선, 상기 열주사배선에서 절곡된 제1 브리지배선, 상기 제1 브리지배선에 연결된 제1 접점전극, 상기 제1 접점전극에서 일정 간격 이격된 제2 접점전극, 상기 제2 접점전극에 연결된 제2 브리지배선 및 상기 제2 브리지배선에서 굴곡된 접촉배선을 포함하고,
    상기 제2 도전성 잉크층은 제2 방향으로 인쇄되어 행주사배선을 형성하고, 상기 행주사배선은 상기 절연층에 형성된 홀을 통해 상기 접촉배선과 접촉하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
17. 제16항에 있어서, 상기 마이크로 콘트롤 유닛은, 커런트미러 기반의 전하적분회로를 구비하여 상기 키버튼 영역에 대응하여 배치된 열주사배선들과 행주사배선들에 각각 연결되고, 상기 제1 접점전극 및 상기 제2 접점전극 사이에 발생되는 정전용량의 차이를 검출하여 가압된 키버튼의 좌표를 판별하는 정전용량 감지회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
18. 제17항에 있어서, 상기 전하적분회로에 구비되는 수신회로부의 입력단에 배치되어 수신신호의 전위를 낮추는 가변저항 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
19. 제17항에 있어서, 상기 정전용량 감지회로는,
    상기 열주사배선에 연결되고, 사각파의 송신신호를 상기 열주사배선에 인가하는 송신회로부; 및
    상기 행주사배선에 연결되고, 상기 행주사배선을 통해 사각파의 수신신호를 수신하는 수신회로부를 포함하고,
    상기 전하적분회로는 키버튼의 가압에 따른 접촉이 발생하면 상기 송신회로부에서 인가되는 사각파의 송신신호의 상승주기와 하강주기에 상응하여 전하를 각각 적분하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
20. 하부 베이스필름과, 상기 하부 베이스필름의 일면에 제1 방향으로 인쇄된 제1 도전성 잉크층을 포함하는 하부 시트;
    상기 하부 시트 위에 배치되고, 키버튼 영역들 각각에 대응하여 형성된 복수의 스페이서 홀들을 갖는 스페이서 시트;
    상기 스페이서 시트 위에 배치되고, 상부 베이스필름과, 상기 제1 도전성 잉크층과 일정 간격을 유지하도록 상기 상부 베이스필름의 하부면에 제2 방향으로 인쇄된 제2 도전성 잉크층을 포함하는 상부 시트; 및
    상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라 상기 스페이서 홀을 통해 근접하는 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 제2 도전성 잉크층에 의해 형성되는 전기장을 근거로 키좌표를 연산하는 마이크로 콘트롤 유닛을 포함하고,
    상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라, 상기 제2 도전성 잉크층은 상기 스페이서 홀을 통해 굴곡되어 상기 제1 도전성 잉크층에 미접촉되고,
    상기 키버튼 영역의 눌림이 해제됨에 따라, 상기 제2 도전성 잉크층은 원복되어 상기 제1 도전성 잉크층과 상기 일정 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
21. 제20항에 있어서, 상기 제1 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 전면에 인쇄되고,
    상기 하부 시트는 상기 제1 도전성 잉크층을 커버하고 상기 키버튼 영역이 눌려짐에 따라 굴곡되는 상기 상부 베이스필름에 접촉하는 하부 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
22. 제20항에 있어서, 상기 제1 도전성 잉크층은 상기 하부 베이스필름의 배면에 인쇄된 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
23. 제20항에 있어서, 상기 하부 및 제2 도전성 잉크층들은 카본을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
24. 제20항에 있어서, 상기 제1 도전성 잉크층은 복수의 열주사배선들과 상기 열주사배선들 각각에서 분기된 복수의 제1 접점전극들을 포함하고,
    상기 제2 도전성 잉크층은 복수의 행주사배선과 상기 행주사배선의 폭보다 넓게 확장되어 인쇄된 복수의 제2 접점전극들을 포함하고,
    상기 제1 접점전극 및 상기 제2 접점전극은 상기 키버튼 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
25. 제24항에 있어서, 상기 열주사배선들의 재질과 상기 제1 접점전극들의 재질은 동일하고, 상기 행주사배선들의 재질과 상기 제2 접점전극들의 재질은 동일한 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
26. 제24항에 있어서, 상기 마이크로 콘트롤 유닛은, 커런트미러 기반의 전하적분회로를 구비하여 상기 키버튼 영역에 대응하여 배치된 열주사배선들과 행주사배선들에 각각 연결되고, 상기 제1 접점전극 및 상기 제2 접점전극 사이에 발생되는 정전용량의 차이를 검출하여 가압된 키버튼의 좌표를 판별하는 정전용량 감지회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
27. 제26항에 있어서, 상기 전하적분회로에 구비되는 수신회로부의 입력단에 배치되어 수신신호의 전위를 낮추는 가변저항 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
28. 제26항에 있어서, 상기 정전용량 감지회로는,
    상기 열주사배선에 연결되고, 사각파의 송신신호를 상기 열주사배선에 인가하는 송신회로부; 및
    상기 행주사배선에 연결되고, 상기 행주사배선을 통해 사각파의 수신신호를 수신하는 수신회로부를 포함하고,
    상기 전하적분회로는 키버튼의 가압에 따른 접촉이 발생하면 상기 송신회로부에서 인가되는 사각파의 송신신호의 상승주기와 하강주기에 상응하여 전하를 각각 적분하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치 키보드.
    

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