KR101544902B1 - 압전 센서 장치를 이용한 키 입력 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 압전 센서 장치를 이용한 키 입력 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 얇고 가벼우면서도 사용자에게 키 감을 효과적으로 전달할 수 있게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 사용자에 의하여 눌려지는 누름면을 가지는 키 캡; 상기 누름면에 대응되는 영역에 구비된 압전 센서부; 상기 압전 센서부의 테두리에 형성되고, 적어도 하나의 굴곡영역을 가지는 가진부; 및 상기 압전 센서부에 의하여 압력이 감지되는 경우 상기 가진부를 가진시키는 제어 회로부를 포함하고, 상기 키 캡과 상기 압전 센서부 사이에는 연성 부재가 구비되며, 상기 연성 부재와 상기 압전 센서부 사이에는 상기 압전 센서부를 커버하는 압전 가이드부를 포함하는 키 입력 장치를 개시한다.

Description

압전 센서 장치를 이용한 키 입력 장치{KEY INPUT DEVICE USING PIEZOELECTRIC SENSOR DEVICE}

본 발명의 일 실시예는 키 감이 중요시되는 압력 키를 내장하는 전자기기에 적용되는 압전 센서 장치를 이용한 키 입력 장치에 관한 것이다.

최근, 터치스크린(touch screen) 또는 키를 통한 사용자의 입력에 대하여, 사용자에게 진동 등의 촉감을 전달하는 피드백(feedback)을 주기 위한 햅틱 기능이 전자기기에 적용되는 경우가 많아지고 있다.

그러나, 이를 위한 종래의 키 입력장치는 진동 액츄에이터 등을 통하여 전자기기 전체를 진동하는 방식으로 사용자에게 피드백을 주었다. 이에 따라, 키 입력장치를 동작시키는 손에 진동을 전달하는 것이 아니라, 전자기기를 잡고 있는 손에 진동을 전달하여 실감이 떨어지는 문제점이 있었다. 특히, 태블릿 PC(tablet personal computer), 노트북 PC(note book personal computer) 또는 데스크탑 PC(desktop personal computer)와 같이 크기가 큰 전자기기의 경우, 전자기기 전체를 진동시키는 기존의 방식으로는 사용자에게 키 입력에 대한 피드백(feedback)이나 향상된 키 감을 줄 수가 없었다는 문제점이 있었다.

또한, 최근에는 스마트워치나, 스마트 폰, 태블릿 키보드 등의 경우 갈수록 슬림하고 가벼워져야 하는 경우 대부분 정전식에 의존하고 있으나, 이에 반하여 여전히 키 감이 있는 스위치를 필요로 하는 부분이 아직도 존재하고 있다.

한편, 키 입력장치 중 현존하는 스위치(Switch)의 종류는 매우 많으나, 키 감을 중시하는 PC용 키보드나, QWERTY키 판 그리고 일반 스위치의 경우에는 각각을 얇고 가볍게 형성하기 위해서는 기구적인 한계가 존재한다. 다만, 얇고 가볍게 하는 방안으로 정전 방식의 키보드 입력 장치를 구현하는 것이 용이하나, 이러한 방식은 외부 노이즈에 약하고, 장갑을 착용하는 경우나, 금속성 커버장치에서는 동작이 불가하다는 문제점이 있었다. 또한, 정압 방식의 키보드 입력 장치를 구현하는 경우 일반적으로 압전 센서(Piezo Sensor)를 적용하게 되는데, 이때 키보드를 기준으로 볼 때 키 감이 떨어지거나, 딱딱하거나 키 인지가 어렵다는 문제점이 있었다.

공개특허공보 제10-2010-0046689호 '휴대장치용 입력장치' 공개특허공보 제10-2013-0007738호 '키 입력 장치'

본 발명의 일 실시예는 얇고 가벼우면서도 사용자에게 키 감을 효과적으로 전달할 수 있는 압전 센서 장치를 이용한 키 입력 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 압력 센서 장치는 돔 형상으로 형성되어 사용자에 의하여 눌려지는 압력에 따라 변형 및 복원되는 탄성부; 상기 탄성부의 하부에 구비되어, 상기 압력을 감지하는 센서부; 및 상기 탄성부 테두리 부위에 구비되어, 상기 압력이 감지되는 경우 가진되는 가진부를 포함할 수 있다.

상기 탄성부는 원형 또는 다각 형상의 돔 형상을 가질 수 있다.

상기 가진부는 상면에서 바라본 형상이 상기 탄성부의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다.

상기 탄성부는 측면에서 바라본 돔 형상의 높이가 0.7 mm 내지 0.72mm일 수 있다.

상기 가진부는 측면에서 바라본 경우 적어도 하나 이상의 굴곡 영역을 구비할 수 있다.

상기 가진부는 웨이브 스프링(wave spring)을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 키 입력 장치는 사용자에 의하여 눌려지는 누름면을 가지는 키 캡; 상기 누름면에 대응되는 영역에 구비된 압전 센서부; 상기 압전 센서부의 테두리에 형성된 가진부; 및 상기 압전 센서부에 의하여 압력이 감지되는 경우 상기 가진부를 가진시키는 제어 회로부를 포함할 수 있다.

상기 압전 센서부는 돔 형상으로 형성되어 사용자에 의하여 눌려지는 압력에 따라 변형 및 복원되는 탄성부; 및 상기 탄성부의 하부에 구비되어, 상기 압력을 감지하는 센서부를 포함할 수 있다.

상기 키 캡과 상기 압전 센서부 사이에는 연성 부재가 구비될 수 있다.

상기 연성 부재와 상기 압전 센서부 사이에는 상기 압전 센서부를 커버하는 압전 가이드부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 센서 장치를 이용한 키 입력 장치는 압전 센서를 통하여 사용자에 의한 압력이 가해지는 경우 사용자에 의한 키입력을 인지함과 동시에 압력에 대응되도록 가진부를 진동시킴으로써, 얇고 가벼우면서도 사용자에게 키 감을 효과적으로 전달할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 센서 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2a는 도 1의 압전 센서 장치에서 탄성부를 제거한 상태의 평면도이다.
도 2b는 도 1의 압전 센서 장치에 압력이 가해진 상태의 측면도이다.
도 2c는 도 1의 압전 센서 장치의 가진부의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 센서 장치를 구비하는 키 입력 장치를 나타내는 측면도이다.
도 4a는 도 3의 키 입력 장치에서의 가진부의 다른 예를 나타내는 측면도이다.
도 4b는 도 4a의 예에 따른 하중 대비 스트로크 특성 곡선을 나타내는 그래프이다

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 센서 장치를 나타내는 평면도이고, 도 2a는 도 1의 압전 센서 장치에서 탄성부를 제거한 상태의 평면도이며, 도 2b는 도 1의 압전 센서 장치에 압력이 가해진 상태의 측면도이며, 도 2c는 도 1의 압전 센서 장치의 가진부의 일 예를 나타내는 사시도이다.

도 1 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 센서 장치(10)는 사용자에 의하여 눌려지는 압력을 감지하는 센서 장치로서, 탄성부(110), 센서부(130) 및 가진부(120)를 포함한다. 한편, 상기 탄성부(110)와 가진부(120)의 폭(A, B)은 본 압전 센서 장치(10)가 사용되는 입력 장치의 종류에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

상기 탄성부(110)는 돔 형상으로 형성되어 사용자에 의하여 눌려지는 압력에 따라 변형 및 복원되도록 탄성을 가진다. 이러한 탄성부(110)는 원형 또는 다각 형상의 돔 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 탄성부(110)는 사용자에게 키감을 제공하기 위하여, 측면에서 바라본 돔 형상의 높이가 0.7 mm 내지 0.72mm로 형성될 수 있다. 이때, 상기 탄성부(110)의 높이가 0.7mm 이하인 경우에는 키감을 느끼기 어렵고, 0.72mm 이상인 경우에는 키감은 우수하나 압전 센서 장치의 두께가 두꺼워진다는 문제점이 있다.

상기 탄성부(110)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 탄성을 가지고, 돔 형상으로 형성되어 사용자의 손가락을 통해 상부(예를 들면, 도 3의 키 캡)에 가해지는 압력에 따라 변형 및 복원된다. 이러한 탄성부(110)는 실리콘 겔로 형성될 수 있다.

상기 센서부(110)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 탄성부(110)의 하부에 구비되어 상부에 가해지는 압력을 감지한다. 상기 센서부(110)는 상부에 가해지는 압력 신호를 감지하여 제2 도전 라인(131)을 통하여 연결된 제어 회로부(도 3의 240 참고)에 인가하고, 제어 회로부에 의하여 증폭된 신호가 가진부(120)에 전달된다. 이때, 상기 센서부(110)는 50ms 이하의 응답시간을 가지는 것이 바람직하다.

상기 가진부(120)는 탄성부(110)의 테두리 부위에 구비되어, 센서부(130)에 압력이 감지되는 경우 가진되는 장치이다. 상기 가진부(120)는 압전 재료(piezo-electric material) 또는 전기활성 고분자(electroactive polymer)로 구성될 수 있다. 이러한 가진부(120)는 상면에서 바라본 형상이 탄성부(130)의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 가진부(120)는 탄성부(130)가 원형으로 형성되는 경우, 원형의 테두리를 둘러싸도록 링 형상으로 형성될 수 있다.

상기 가진부(120)는 제어 회로부에 의하여 증폭된 신호를 제1 도전 라인(121)을 통하여 인가받아 해당 신호에 따라 가진된다. 이러한 가진부(120)는 사용자에게 향상된 스트로크, 즉 도 3에서와 같은 입력 장치의 경우에 키 감을 제공하기 위한 장치로서, 웨이브 스프링(wave spring)으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 가진부(120)는 탄성부(110) 테두리 부위의 외각에 웨이브 스프링을 설치하여 약간의 스트로크를 줌과 동시에 진동을 발생한다. 이와 같이, 상기 가진부(120)는 가진되기 위한 소정의 공간이 필요하므로, 도 2c에서와 같이 측면에서 바라본 경우 적어도 하나 이상의 굴곡 영역을 구비할 수 있다. 즉, 상기 가진부(120)는 바닥면에 대하여 평평한 형상이 아닌 다소 경사지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 가진부(120)는 상부에서 바라보면 링 형상을 가지지만, 측부에서 보면 바닥면과 수평이 아닌 약간의 경사(tilt)를 가질 수 있다. 이때, (1)측 가진부(120)의 스프링 탄성값(두께)과 (2)측의 스프링 탄성값(두께)을 달리하면, 도 4b에서와 같은 하중 대비 스트로크 특성을 가지는 곡선을 띄게 된다. 이에 따라, A 타입이나 B 타입과 같은 경우뿐 만 아니라 이들과 다른 각도를 줄 경우를 대비하여 다양한 스트로크를 제공할 수 있는 압력 센서 장치를 제공할 수 있게 된다. 따라서, 상기 가진부(120)는 외곽 원형을 웨이브 스프링 구조로 형성하여 사용자에게 스트로크 감을 제공할 뿐 만 아니라 가진을 위한 공간을 확보할 수 있다. 또한, 상기 가진부(120)는 웨이브 형으로 굴곡지게 형성되기 때문에, 부분적으로 공간이 확보될 수 있고, 이를 통하여 기존보다 향상된 진동판을 제공할 수 있다. 한편, 본 발명의 도면에서는 가진부(120)가 원형의 링 형상인 것으로 도시하도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 사각형 또는 다각형 또는 트위스트(Twist) 형으로 형성될 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 센서 장치(10)는 두께 2mm 이하의 박막형 구조물 중 스위치의 높이가 낮아야 하는 입력 장치에 적용되어 키입력 인지를 용이하게 할 수 있고, 기존의 돔 구조의 스위치에 비하여 현저하게 향상된 키 감을 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 센서 장치를 구비하는 키 입력 장치를 나타내는 측면도이며, 도 4a는 도 3의 키 입력 장치에서의 가진부의 다른 예를 나타내는 측면도이고, 도 4b는 도 4a의 예에 따른 하중 대비 스트로크 특성 곡선을 나타내는 그래프이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 센서 장치를 구비하는 키 입력 장치(20)는 키 캡(220), 압전 센서부(200), 가진부(210) 및 제어 회로부(240)를 포함한다. 도 3에서의 압전 센서부(200) 및 가진부(210)는 도 1 내지 도 2b의 압전 센서 장치와 동일한 구조 및 기능을 가지는 구성으로서, 이하에서는 중복을 피하기 위하여 간략하게 설명하기로 한다.

상기 키 캡(220)은 사용자에 의하여 눌려지는 누름면을 가지는 키로서, 폴리카보네이트(PC) 또는 금속과 같은 경질의 재료로 이루어질 수 있다. 본 발명에서의 키 캡(220)은 상면에서 볼 때 원 또는 사각 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 압전 센서부(200)는 누름면에 대응되는 영역에 구비되어 사용자에 의하여 키 캡에 가해지는 압력을 감지하는 센서 장치이다. 상기 압전 센서부(200)는 돔 형상으로 형성되어 사용자에 의하여 눌려지는 압력에 따라 변형 및 복원되는 탄성부(도 1의 130)와, 탄성부의 하부에 구비되어, 압력을 감지하는 센서부(도 2b의 130)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 센서부는 사용자에 의한 키 입력을 인지함과 동시에 인지된 키 입력 신호를 제어 회로부(240)로 제공한다.

한편, 상기 압전 센서부(200)는 다수 개의 키 패턴을 포함하여 다수 개의 키로부터 발생된 신호를 인식하고, 이에 대응되는 키보드값을 출력하는 PCB(Printed Circuited Board)(201) 상에 형성된다. 이때, 상기 PCB(201)의 키 패턴은 다수 개의 키 캡에 대응되도록 PVDF(PolyVinyliDen Fluoride) 인쇄 타입으로 형성되고, 커넥터를 통하여 제어 회로부에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 키 캡(220)과 압전 센서부(200) 사이에는 연성 부재(230)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 연성 부재(230)의 상면에는 키 캡(220)이 부착되고, 하면에는 압전 센서부(200)가 배치된다. 상기 연성 부재(230)는 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자에 의하여 키 캡(220)이 눌러졌을 때 눌림 방향으로 유연하게 구부러지게 된다.

또한, 상기 연성 부재(230)와 압전 센서부(200) 사이에는 압전 센서부(200)를 커버하는 압전 가이드부(210)를 포함할 수 있다. 상기 압전 가이드부(210)는 압전 센서부(200)를 커버하는 캡 역할을 수행하고, 그 형상은 압전 센서부(200)의 형상, 구체적으로는 탄성부의 형상에 대응되도록 상면에서 바라본 형상이 원형 또는 다각형상으로 형성될 수 있다. 이러한 압전 가이드부(210)는 압전 세라믹 80%wt, 실리콘 또는 ABS 20%wt로 구성될 수 있고, 경도는 90~100을 가지는 것이 바람직하다.

상기 제어 회로부(240)는 압전 센서부(200)에 의하여 압력이 감지되는 경우 가진부를 가진시킨다. 보다 구체적으로는, 상기 제어 회로부(240)는 압전 센서부(200)에 의하여 인지된 키 입력 신호를 수신하고, 수신된 키 입력 신호를 증폭한 후, 증폭된 신호를 가진부(도 1의 120 참조)에 전달하여 가진부를 가진시킬 수 있다. 이때, 상기 키 입력 신호 대비 가진부의 가진의 응답 속도는 30ms 이하로 구현될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 키 입력장치는 압력 센서 원리를 이용한 압전 센서부(200)와 압전 스피커인 가진부를 융합시켜 키 감이 있는 키 입력 장치를 구성하고 있기 때문에, 키보드 및 스마트폰용 퀴티 키보드(맹인용), 도어락, 스마트워치 등과 같이 키 감을 중시하는 입력 장치에 다양하게 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 압전 센서 장치를 이용한 키 입력 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10: 압전 센서 장치 20: 키 입력 장치
110: 탄성부 120: 가진부
121: 제1 도전 라인 130: 센서부
131: 제2 도전 라인 200: 압전 센서부
201: PCB 기판 210: 압전 가이드부
220: 키 캡 230: 연성 부재
240: 제어 회로부

Claims (10)

1. 삭제
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3. 삭제
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7. 사용자에 의하여 눌려지는 누름면을 가지는 키 캡;
   상기 누름면에 대응되는 영역에 구비된 압전 센서부;
   상기 압전 센서부의 테두리에 형성되고, 적어도 하나의 굴곡영역을 가지는 가진부; 및
   상기 압전 센서부에 의하여 압력이 감지되는 경우 상기 가진부를 가진시키는 제어 회로부를 포함하고,
   상기 키 캡과 상기 압전 센서부 사이에는 연성 부재가 구비되며,
   상기 연성 부재와 상기 압전 센서부 사이에는 상기 압전 센서부를 커버하는 압전 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 키 입력 장치.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 압전 센서부는
   돔 형상으로 형성되어 사용자에 의하여 눌려지는 압력에 따라 변형 및 복원되는 탄성부; 및
   상기 탄성부의 하부에 구비되어, 상기 압력을 감지하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 키 입력 장치.
   
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10. 삭제

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