KR101602601B1 - 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 패드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피에조 필름을 사용하면서도 터치 해제시점을 정확하게 인식하여 사용자에 의한 롱키와 멀티키 등의 다양한 터치패턴을 안정적으로 인식할 수 있는 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 터치키가 구비되는 터치 패드; 상기 터치 패드의 저면에 배치되고 초음파를 방출하는 피에조 필름; 및 상기 피에조 필름의 변위와 터치 패드 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석해서 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 제어부는 사용자에 의한 터치의 입력으로 인식된 후 해당 터치키의 초음파 임피던스의 변화가 일정 시간 이상 유지된 후 리턴된 터치키를 사용자에 의한 롱키 입력으로 인식하는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드를 제공한다.

Description

피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드{Touch Pad Capable of Recognizing Long Key and Multi Key using Piezo Effect}

본 발명은 터치 패드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피에조 필름을 사용하면서도 터치 해제시점을 정확하게 인식하여 사용자에 의한 롱키와 멀티키 등의 다양한 터치패턴을 안정적으로 인식할 수 있는 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드에 관한 것이다.

종래 기술의 피에조 효과(piezo effect)를 이용한 터치로서, 투명 전극이 형성된 터치 스크린이 가지는 문제점을 해결하기 위해 투명기판의 베젤 영역을 따라 다수의 압전소자를 마련하여 투명기판을 사용자가 터치할 때 가해지는 압력에 따른 압전소자들의 전위차를 감지해 터치 위치를 파악할 수 있는 압전 소자를 이용한 터치 패널이 개발된 바 있다(한국특허 제1329340호 참조).

또한, 종래 기술의 피에조 효과(piezo effect)를 이용한 터치로서, 압전체 고분자 필름을 이용하여 구조가 간단하면서도 투과성이 우수하고 입력의 위치 및 입력 신호의 강도까지 인식 가능한 터치 패널을 구현하기 위해 유연 압전 고분자 필름으로 형성된 압전체 기판을 사용하여 압력에 의해 생성된 전위차를 투명 전극을 통해 인식하는 터치 패널이 개발된 바 있다(한국특허 제0980447호 참조).

한편, 본 출원인은 피에조 필름을 사용하면서도 외부의 충격이나 진동 내지 물이나 케첩 등의 이물질로 인한 인위적 터치 오류를 필터링하고 메탈 플레이트의 두께가 두껍거나 터치키 간의 간격이 좁더라도 사용자에 의한 터치를 정확하게 인식할 수 있는 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치를 개발한 바 있다(한국특허출원 제10-2014-0184304호 참조).

그런데, 이러한 종래 기술의 피에조 효과(piezo effect)를 이용한 터치 장치들은 메탈이나 신소재 등에 추가적인 공정없이 곧바로 적용할 수 없거나 터치키가 구비된 메탈 플레이트 등에 터치 입력을 하더라도 터치 오브젝트(object)를 천천히 접촉 해제시키게 되면 압전소자(피에조 필름 등)의 변위값이 제대로 출력되지 않기 때문에 롱키(long key) 입력(키입력 상태가 일정 시간 유지되는 것)과 멀티키(multi key) 입력(여러 개의 키입력이 상태가 동시에 이루어지는 것)을 안전하게 인식할 수 없는 문제점이 있다.

한국특허 제1329340호(2013.11.07) 한국특허 제0980447호(2010.08.31) 한국특허출원 제10-2014-0184304호(2014.12.19)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 피에조 타입의 단점을 임피던스 타입이 보완하여 피에조 필름을 사용하면서도 터치스크린에서처럼 터치 해제시점을 정확하게 인식하여 사용자에 의한 롱키와 멀티키 등의 다양한 터치패턴을 안정적으로 인식할 수 있는 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드는 터치키가 구비되는 터치 패드; 상기 터치 패드의 저면에 배치되고 초음파를 방출하는 피에조 필름; 및 상기 피에조 필름의 변위와 터치 패드 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석해서 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 제어부는 사용자에 의한 터치의 입력으로 인식된 후 해당 터치키의 초음파 임피던스의 변화가 일정 시간 이상 유지된 후 리턴된 터치키를 사용자에 의한 롱키 입력으로 인식하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제어부는 사용자에 의한 어느 터치키의 터치 입력으로 인식된 후 해당 터치키의 초음파 임피던스의 변화가 유지되는 상태에서 다른 터치키가 입력되는 경우 사용자에 의한 멀티키 입력으로 인식하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드는 피에조(piezo) 타입의 단점인 터치 해제시 출력값 미인식 문제를 임피던스 변화와 그 리턴을 감지하는 임피던스(impedance) 타입으로 보완하여 사용자에 의한 롱키나 멀티키 등의 다양한 터치패턴을 정확하게 안정적으로 인식할 수 있는 유용한 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드를 나타내는 단면도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드의 터치키 입력에 따른 출력값을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드의 터치키 입력에 따른 출력값을 나타내는 도면이다.

본 발명의 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 터치 패드(100), 피에조 필름(200) 및 제어부(도면에 미도시)를 포함하여 구성된다.

터치 패드(100)는 여러 개의 터치키(touch key)(K1,K2,K3)가 구비되는 것으로, 메탈 플레이트(Metal Plate)나 기타 신소재로 이루어질 수 있지만 유리 등의 일반 터치패널 소재도 폭넓게 사용될 수 있다.

피에조 필름(Piezo Film)(200)은 상기 터치 패드(100)의 저면에 배치되는 압전필름으로 전기신호의 입력에 의해 상기 터치 패드(100)의 표면으로 초음파 펄스를 방출한다.

상기 피에조 필름(200)은 가해지는 기계적 에너지와 전기적 에너지를 서로 간에 변화시킬 수 있는 필름이며, 외부로부터 물리적인 힘을 받아 변형이 생기면 전기적 에너지가 발생하고, 반대로 전기적 에너지에 따라 물리적 변형이 발생한다.

상기 피에조 필름(200)에 의해 방출된 초음파 펄스는 상기 터치 패드(100)의 표면으로 이동한 후 그 표면에서 일부분은 다시 아래로 반사되는데, 이때 표면 및 그 표면과 접촉하는 임의의 터치 오브젝트(object)들의 초음파 임피던스에 관한 정보가 포함된다.

상기 피에조 필름(200)은 피에조 필름이 포함된 부분(Piezo Film Part)을 의미하는 것으로서, 단순히 필름만을 의미하는 것이 아니라 연성인쇄회로기판(FPCB)과 전기적으로 연결되어 초음파를 송(수)신하기 위한 전극(도면에 미도시) 등을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

또한, 상기 피에조 필름(200)은 얇은 필름(film) 형태로 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 압전 효과를 나타낼 수 있는 일정 두께를 지닌 세라믹 등의 소자를 포함하는 개념이다.

이에 더하여, 본 발명은 하부에서 상기 터치 패드(100)와 피에조 필름(200)을 지지하기 위해 베이스 플레이트(Base Plate)(300)가 사용될 수 있는데, 사용자에 의한 터치키 입력시 터치 패드(100)와 피에조 필름(200)이 아래로 휠 수 있는 단차인 휨공간(310)을 형성한다.

제어부(Control Section)(도면에 미도시)는 상기 피에조 필름(200)의 변위(V)와 터치 패드(100) 표면 및 그 표면과 접촉하는 손가락이나 터치펜 등의 터치 오브젝트(touch object)에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식한다.

즉, 상기 제어부는 사용자에 의한 정확하고 안정된 터치를 인식하고 터치오류를 필터링하기 위해 피에조 필름(200)의 변위를 감지(이하 압전기 모드 디텍터(Piezoelectric Mode Detector)를 "피에조 타입(piezo type)"이라 칭함)할 뿐만 아니라, 이에 더하여 각종 터치 오브젝트(touch object)에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석(이하 초음파 모드 디텍터(Ultrasonic Mode Detector)를 "임피던스 타입(impedance type)"이라 칭함)한다.

이때, 임피던스 타입에 의해 상기 터치 패드(100) 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트(touch object)로부터 반사된 초음파를 검출하기 위한 하이드로폰 어레이 등과 같은 별도의 초음파 수신기(도면에 미도시)가 더 구성될 수 있다.

참고로, 이하에서 설명되는 롱키(long key) 입력이란 사용자에 의한 터치키 입력 후 설정된 시간 이상 해당 키의 입력상태가 유지(지속)되는 것을 말하고, 멀티키(multi key) 입력이란 사용자에 의해 두 개 이상의 터치키가 동시에 입력(동시 입력상태가 유지)되는 것을 의미한다.

여기서, 멀티키(multi key) 입력은 어느 터치키(들)의 롱키(long key)나 멀티키(multi key) 입력 상태에서 다른 터치키(들)의 입력(롱키(long key)와 멀티키(multi key) 입력을 포함)이 이루어지는 것을 포함하는 개념이다.

그런데, 상기 피에조 타입으로 터치를 인식하는 경우 터치 패드(100)가 두꺼운 메탈 플레이트 등이거나 사용자가 터치키로부터 터치 오브젝트를 천천히 접촉 해제(slow detouch)시키게 되면 롱키(long key)를 판단하기 위한 피에조 필름(200)의 역변위(-V) 출력값(output)이 제대로 나오지 않는 문제점이 있다(도 2에 도시된 피에조 타입(piezo type)에서의 출력값 참조).

따라서, 이러한 피에조 타입의 롱키(long key) 입력 인식 문제를 해결하기 위해 상기 제어부는 사용자에 의한 터치키의 입력이 인식된 후 임피던스 타입을 고려하여 입력된 해당 터치키의 초음파 임피던스 변화가 롱키(long key)로 간주될 만큼 일정 시간 이상 유지(active)된 후 원래의 임피던스 값 내지 설정된 임피던스 값으로 리턴(return)된 터치키를 사용자에 의한 롱키(long key) 입력으로 인식하도록 구성할 수 있다(도 2에 도시된 임피던스 타입(impedance type)에서의 출력값 참조).

즉, 도 2의 각 리드 포인트(Read point) A,B,C,D,E,F에서 확인되는 출력값으로 알 수 있는 바와 같이, 피에조 타입(piezo type)에서 키입력 해제를 제대로 인식하지 못하는 것을 임피던스 타입(impedance type)에서 인식하여 롱키(long key) 입력을 정확하게 판단할 수 있는 것이다(A: p-off, i-on, B,C,D: p-off, i-on, E,F: p-off, i-off(p: piezo output, i: impedance output).

여기서, 상기 제어부는 어느 터치키가 사용자에 의한 터치의 입력으로 인식된 후 임피던스 타입을 고려하여 입력된 해당 터치키의 초음파 임피던스의 변화가 유지되는 상태(터치 입력이 해제되지 않은 상태)에서 다른 터치키가 입력되는 경우 사용자에 의한 멀티키 입력(multi key)으로 인식하도록 구성할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드는 피에조 타입(piezo type)과 임피던스 타입(impedance type)의 터치 인식 과정을 병행해서 사용하여 사용자에 의한 롱키(long key)와 멀티키(multi key) 터치 입력을 인식한다.

즉, 터치의 입력을 인식하기 위해 주로 피에조 타입(piezo type)이 사용되고 터치의 해제를 인식하기 위해 임피던스 타입(impedance type)이 사용되는데, 터치의 입력 인식시에도 피에조 타입(piezo type)의 단점을 보완하기 위해 또는 단독으로 임피던스 타입(impedance type)이 사용될 수 있음은 물론이다.

이러한 이중 터치 인식에 의해 피에조 타입의 경우 메탈 플레이트나 신소재 등을 터치 패드에 적용할 때 사용자가 터치키로부터 터치 오브젝트를 아주 천천히 접촉 해제(slow detouch)시킬 때의 피에조 필름(200)의 역변위값(-V) 미출력 문제를 해결할 수 있는 것이다.

따라서, 어느 터치키의 입력 상태가 유지(지속)되고 있는지, 또 입력의 해제가 어느 시점에 이루어지는지를 임피던스 타입(impedance type)으로 정확하게 파악할 수 있기 때문에 터치키의 롱키(long key) 입력을 판단할 수 있는 것이다.

또한, 어느 터치키의 키입력이 유지되는 상태를 임피던스 타입(impedance type)으로 인식할 수 있으므로 여러 터치키(두 개 이상)의 동시 입력 (유지)상태를 멀티키(multi key) 형식으로 손쉽게 인식할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 터치 패드는 기본적으로 메탈 소재나 기타 신소재를 피에조 타입(piezo type)으로 터치 패드에 적용할 때의 터치 해제 시점 파악(롱키 인식)의 문제점을 임피던스 타입(impedance type)으로 보완하여 롱키(long key) 입력과 멀티키(multi key) 입력을 정확하게 인식할 수 있는 것이다.

그러므로, 본 발명은 메탈 소재를 이용한 각종 가전제품의 사용자 터치메뉴는 물론이고 보안키가 필요한 디지털 도어락은 물론이고, 자동차 분야와 같은 메탈 소재가 주를 이루는 다양한 산업분야의 터치기술에 널리 적용될 수 있을 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.

100...터치 패드 200...피에조 필름
300...베이스 플레이트 310...휨공간
320...스페이서 K1,K2,K3...터치키

Claims (2)

1. 터치키가 구비되는 터치 패드;
   상기 터치 패드의 저면에 배치되고 초음파를 방출하는 피에조 필름; 및
   상기 피에조 필름의 변위와 터치 패드 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석해서 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부를 포함하여 구성되며,
   상기 제어부는 사용자에 의한 터치의 입력으로 인식된 후 해당 터치키의 초음파 임피던스의 변화가 일정 시간 이상 유지된 후 리턴된 터치키를 사용자에 의한 롱키 입력으로 인식하는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 사용자에 의한 어느 터치키의 터치 입력으로 인식된 후 해당 터치키의 초음파 임피던스의 변화가 유지되는 상태에서 다른 터치키가 입력되는 경우 사용자에 의한 멀티키 입력으로 인식하는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 롱키와 멀티키 인식이 가능한 터치 패드.

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