KR101661728B1 - 사용자 입력 장치 및 이를 구비한 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

사용자 입력 장치 및 이를 구비한 전자 기기가 개시된다. 사용자 입력 장치는 하부 기판, 상부 기판, 전기 유변 유체, 복수의 발광 키 패드부를 포함한다. 하부 기판에는 복수의 하부 전극이 형성되어 있다. 하부 기판과 이격되어 배치되어 있는 상부 기판에는 복수의 하부 전극에 대응하여 복수의 상부 전극이 형성되어 있고, 전기 유변 유체는 하부 기판과 상부 기판 사이의 간극에 담겨 있다. 복수의 발광 키 패드부는 상부 기판 상에 배치되어 있으며, 각각 서로 다른 키 심볼(key symbols) 또는 키 심볼 조합(key symbol combination)을 갖는데, 전자 기기의 구동 어플리케이션의 종류 또는 구동 어플리케이션의 진행 단계에 맞추어서 하나의 발광 키 패드부가 작동된다.

Description

사용자 입력 장치 및 이를 구비한 전자 기기{User's input apparatus and electronic device including the user's input apparatus}
사용자 인터페이스(user's interface)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전자 기기의 사용자 입력 장치(user's input apparatus)에 관한 것이다.
전자 기기, 특히 모바일 전자 기기의 소형화는 계속적으로 진행되고 있다. 그리고 디지털 기술이 발달함에 따라서 디지털 컨버젼스(digital convergence) 현상도 확산되고 있다. 여러 가지 모듈이 융합된 전자 기기는 실행되는 어플리케이션의 종류 및/또는 실행 단계에 따른 사용자 입력 인터페이스를 사용자에게 제공해야 한다. 기계식 입력 장치(예컨대, 키 버튼)를 이용하여 전자 기기에 필요한 모든 사용자 입력 인터페이스를 구현할 경우에는, 전자 기기에 장착되는 기계식 입력 장치의 크기가 작아지거나 또는 하나의 키 버튼이 여러 가지 목적의 입력 버튼으로서의 기능을 수행해야 한다. 하지만, 기계식 입력 장치의 크기가 작아지거나 또는 하나의 키 버튼이 여러 가지 목적의 입력 버튼 기능을 동시에 수행하는 것은, 소형화되는 전자 기기의 추세에 비추어볼 때 한계가 있을 뿐만 아니라 오입력에 따른 전자 기기의 오작동을 유발할 가능성을 높인다.
기계식 입력 장치가 갖는 전술한 제한을 극복하기 위하여 터치 패널(touch panel)을 구비한 사용자 입력 장치가 전자 기기에 널리 채용되고 있다. 예를 들어, 랩탑 컴퓨터나 넷북 등에서 마우스의 대용으로 구비되는 터치 패드(touch pad)나 전자 기기의 디스플레이 장치와 일체로 결합된 터치 스크린(touch screen) 등에 터치 패널이 사용되고 있다. 이 중에서 터치 스크린은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD) 등과 같은 디스플레이 장치의 화상 표시면에 터치 패널이 설치되어 있는 장치이다. 터치 스크린을 구비한 전자 기기는 실행되는 어플리케이션의 종류 및/또는 어플리케이션의 실행 단계에 따라서 서로 다른 입력 키 심볼을 화상 표시면에 디스플레이함으로써 여러 가지 입력 인터페이스를 제공할 수가 있다.
터치 스크린에 구비되는 터치 패널은 디스플레이 장치의 화상 표시면을 구성하도록 디스플레이 장치와 일체로 설치되거나 또는 디스플레이 장치의 화상 표시면 상에 추가로 부착될 수도 있다. 어떤 경우이든 터치 스크린은 디스플레이 장치와 결합되어 사용된다. 따라서 터치 스크린은 디스플레이 장치가 없는 전자 기기를 위한 입력 장치나 또는 화상 표시면 이외에 곳에 구비되는 기계식 입력 장치(예컨대, 셀률러 폰의 기능 버튼이나 숫자 버튼, 소형 전자 기기의 측면에 설치되는 버튼 등)의 대용으로는 사용될 수 없다.
한편, 터치 패널은 입력 여부를 감지하는 방법에 따라 저항 방식(resistive type), 정전용량 방식(capacitive type), 소오 방식(saw type), 적외선 방식(infrared type) 등으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 정전용량 방식의 터치 패널에서는 접촉 또는 가압에 의한 특정 지점에서의 정전용량의 변화를 감지함으로써, 해당 지점에서의 입력 여부를 판정한다. 이러한 터치 패널을 구비하는 사용자 입력 장치(터치 스크린에 한정되지 않는다)는 입력 여부에 대한 느낌, 즉 입력감 또는 햅틱감(haptic feeling)을 사용자에게 전달해주지 못한다. 이를 해결하기 위하여, 터치 패널의 하부에 진동 모터를 설치하는 방법이 제안되었는데, 이에 의하면 입력 감지되면 진동 모터를 이용하여 터치 패널 전체를 진동시킴으로써 사용자에게 입력감 또는 햅틱감을 제공한다.
기계식 입력 장치를 대체할 수 있으면서 동시에 기계식 키 버튼과 유사한 클릭감을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 구동 어플리케이션 또는 어플리케이션의 진행 단계에 따라서 입력 키 심볼의 위치, 모양, 구성 등이 동적으로 변하는 사용자 입력 장치 및 이를 구비한 전자 기기를 제공한다.
디스플레이 장치가 설치되지 않은 위치에서도 사용될 수 있고, 클릭감을 포함한 다양한 입력감을 주는 제공할 수 있는 사용자 입력 장치 및 이를 구비한 전자 기기를 제공한다.
일 실시예에 따른 전자 기기의 사용자 입력 장치는 하부 기판, 상부 기판, 전기 유변 유체, 복수의 발광 키 패드부를 포함한다. 하부 기판에는 복수의 하부 전극이 형성되어 있다. 하부 기판과 이격되어 배치되어 있는 상부 기판에는 복수의 하부 전극에 대응하여 복수의 상부 전극이 형성되어 있고, 전기 유변 유체는 하부 기판과 상부 기판 사이의 간극에 담겨 있다. 복수의 발광 키 패드부는 상부 기판 상에 배치되어 있으며, 각각 서로 다른 키 심볼(key symbols) 또는 키 심볼 조합(key symbol combination)을 갖는데, 전자 기기의 구동 어플리케이션의 종류 또는 구동 어플리케이션의 진행 단계에 맞추어서 하나의 발광 키 패드부가 작동된다.
다른 실시예에 따른 전자 기기의 사용자 입력 장치는 입력 장치 몸체, 복수의 발광 키 패드부, 및 제어부를 포한다. 입력 장치 몸체의 상부 기판과 하부 기판 사이의 간극에는 전기 유변 유체(electro-rheological fluid)가 담겨 있으며, 구동전압이 인가되면 간극에 국부적으로 전기장을 유도하는 구동전극 쌍들의 어레이가 상부 기판 및 하부 기판에 형성되어 있다. 복수의 발광 키 패드부는 상부 기판 상에 배치되어 있으며, 각각 서로 다른 키 심볼 또는 키 심볼 조합을 갖는다. 그리고 제어부는 전자 기기의 구동 어플리케이션의 종류 또는 구동 어플리케이션의 진행 단계에 맞추어서 복수의 발광 키 패드부 중에서 하나의 발광 키 패드부를 작동시킨다.
실시예에 따른 사용자 입력 장치는 소형의 전자기기에서도 수행되는 어플리케이션의 종류에 맞는 다양한 사용자 입력 인터페이스를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 소정의 크기 이상의 입력 키를 제공할 수 있어서 작은 입력 키에 의하여 초래될 수 있는 오입력을 방지할 수 있다. 특히, 기계식 입력 장치를 대체하면서도 기계식 키 버튼과 유사한 클릭감을 제공할 수 있다. 그리고 사용자 입력 장치는 구동 어플리케이션 또는 어플리케이션의 진행 단계에 따라서 입력 키 심볼의 위치, 모양, 구성 등이 동적으로 변화시킬 수가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 사용자 입력 장치(A)의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 입력 장치 몸체의 구성의 일례를 보여 주는 구성도이다.
도 3은 메탈 돔을 갖는 기계적인 키 패드에서의 힘(force)과 변위(displacement)의 관계를 보여 주는 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2의 입력 장치 몸체의 일례의 구성 및 이의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 2의 입력 장치 몸체의 다른 예의 구성 및 이의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 입력 장치 몸체의 구성의 다른 예를 보여 주는 구성도이다.
도 7은 도 6의 입력 장치 몸체의 일례의 구성 및 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
후술하는 사용자 입력 장치는 현재 기계식 키 패드를 구비하는 모든 종류의 전자 기기에서 기계식 키 패드의 전부 또는 일부를 대체하여 사용될 수 있다. 그리고 사용자 입력 장치는 현재 터치 스크린을 구비하는 모든 종류의 전자 기기에서 터치 스크린을 통해 표시되는 여러 가지 입력 키 심볼 또는 입력 키 심볼의 조합을 대신해서도 사용될 수도 있다. 예를 들어, 사용자 입력 장치는 키 패드를 구비하든 또는 터치 스크린을 구비하든 상관없이 모바일 기기의 숫자 패드, 측면 키, 클릭 휠, 및/또는 터치 스크린에 디스플레이되는 여러 가지 입력 키 심볼을 대체하여 사용될 수 있다. 사용자 입력 장치는 또한 랩탑 컴퓨터 등에 구비되어 있는 터치 패드로도 사용될 수도 있는데, 이에 대해서는 후술한다.
사용자 입력 장치가 사용될 수 있는 전자 기기의 종류에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 사용자 입력 장치는 모바일 폰은 물론 피디에이(Personal Digital Assistant, PDA), 휴대용 멀티미디어 재생기(Portable Multimedia Player, PMP), 전자책 단말기(E-book terminal), 휴대용 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자 기기에 사용될 수 있다. 휴대용 전자 기기의 일면에 구비되거나 또는 둘 이상의 면에 구비될 수 있으며, 상면이나 하면은 물론 측면에도 구비될 수 있다. 또는, 사용자 입력 장치는 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine, ATM), 정보 검색기, 무인 티켓 발매기 등과 같은 고정된 전자 기기에 사용될 수도 있다.
그리고 사용자 입력 장치는 실행되는 어플리케이션(application)의 종류 또는 어플리케이션의 진행 단계에 따라서 서로 다른 입력 키 심볼 또는 입력 키 심볼 조합을 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 사용자 입력 장치는 사용자에게 다양한 입력감 또는 클릭감을 제공할 수 있다. 사용자의 선택에 의하거나 및/또는 어플리케이션의 종류나 진행 단계에 따라서, 이러한 입력감 또는 클릭감은 달라질 수 있다. 예를 들어, 입력 위치인 접촉 지점으로부터 받는 힘, 즉 사용자 입력 장치의 반발력(reaction force)의 차이를 통해 사용자는 서로 다른 입력감 또는 클릭감을 느낄 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 반발력의 크기 차이가 구현될 수 있도록, 상하부 기판 사이의 간극에 전기 유변 유체(electro-rheological fluid)가 담겨 있으며, 또한 구동전압이 인가/해제되는 위치나 넓이 또는 구동전압이 해제되는 시점에서의 상하부 기판 사이의 간극의 변위의 크기 등을 조절한다.
도 1은 일 실시예에 따른 사용자 입력 장치(A)의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 사용자 입력 장치(A)는 입력 장치 몸체(input device body, 100), 감지부(sensing unit, 210), 및 제어부(controlling unit, 220)를 포함한다. 입력 장치 몸체(100)는 사용자 입력 장치(A)를 구성하는 물리적 구조체를 가리킨다. 반면, 감지부(210)와 제어부(220)는 입력 장치 몸체(100)로의 입력 여부를 감지하고 또한 입력 장치 몸체(100)의 동작을 제어하는 전기 회로 및/또는 하드웨어/소프트웨어일 수 있다. 감지부(210)와 제어부(220)는 그 기능에 따른 논리적인 구분으로서, 양자는 통합되어 구현되거나 또는 분리되어 개별적으로 구현될 수 있다. 또한, 감지부(210)와 제어부(220)의 논리적인 기능 구분도 단지 설명의 편의를 위한 것으로서, 통합된 하나의 구성요소가 감지부(210)와 제어부(220)가 수행하는 모든 기능을 수행하거나 또는 그 본질에 반하지 않는 한 어느 하나의 구성요소(예컨대, 감지부(210))에서 수행되는 일부 기능이 다른 구성요소(예컨대, 제어부(220))에서 수행될 수도 있다. 이하, 입력 장치 몸체(100)의 구조 및 동작에 관하여 먼저 설명한다.
도 2는 도 1의 입력 장치 몸체(100)의 구성의 일례를 보여 주는 구성도이다. 도 2를 참조하면, 입력 장치 몸체(100)는 한 쌍의 기판, 즉 하부 기판(112) 및 상부 기판(114), 한 쌍의 기판(112, 114) 사이의 간극에 담겨서 밀봉되어 있는 전기 유변 유체(120), 한 쌍의 기판(112, 114)에 형성된 구동전극 쌍(130)들의 어레이(array of driving electrodes pairs), 하나 또는 복수의 발광층(lighting layer, 140), 및 키 패드(key pad, 150)를 포함한다. 도 2는 입력 장치 몸체(100)의 구성과 적층 구조를 도식적으로 보여 주는 것으로서, 각 구성 요소의 실제 크기나 두께 등은 도시된 것과 차이가 있을 수 있다.
하부 기판(112)은 입력 장치 몸체(100)의 베이스 기판으로서, 전기 유변 유체(120)를 입력 장치 몸체(100)에 담아서 밀봉하기 위한 용기의 일면으로서 기능한다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 하부 기판(112)은 전자 기기의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 상에 부착될 수도 있다. 하부 기판(112)은 상부 기판(114)과의 사이에 소정의 인력이나 척력이 작용하더라도 변형이 되지 않을 수 있다. 이를 위하여, 하부 기판(112)은 딱딱한 재료로 만들어질 수 있는데, 여기에만 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 하부 기판(112)이 인쇄회로기판 상에 부착되는 경우라면, 하부 기판(112)은 폴리머 필름(polymer film) 등과 같은 유연한 재질로 형성될 수도 있다. 하부 기판(112)은 불투명한 재질로 형성될 수도 있다.
상부 기판(114)은 상측으로부터 소정의 힘이 가해지면(도 2의 경우에는 키 패드(150)를 사용자가 누르는 경우) 변형이 생길 수가 있다. 예를 들어, 사용자가 손가락이나 스타일러스 펜 등을 사용하여 키 패드(150)를 가압하는 경우에, 키 패드(150) 및 발광층(140)과 함께 상부 기판(114)도 변형될 수 있다. 이를 위하여, 상부 기판(114)은 변형이 가능한 폴리머 필름 등으로 만들어질 수 있다. 폴리머의 종류에는 특별한 제한이 없으며, 하부 기판(112)과 마찬가지로 반드시 투명한 재질의 물질로 형성될 필요는 없다.
상부 기판(114)은 하부 기판(112)과 소정의 간격으로 이격되어 배치되므로, 상부 기판(114)과 하부 기판(112) 사이에는 소정의 크기를 갖는 간극(gap)이 형성된다. 간극의 크기는 구동전극 쌍(130)에 인가되는 구동 전압의 크기나 입력 장치 몸체(100)의 넓이, 구동전극 쌍(130)의 단면적의 크기 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상하부 기판(114, 112) 사이의 간극은 약 50~500㎛ 정도가 될 수 있다.
하부 기판(112)과 상부 기판(114) 사이의 간극에는 전기 유변 유체(120)가 채워져 있다. 전기 유변 유체(120)는 외부로부터 밀봉될 수 있으며, 이를 위하여 상하부 기판(114, 112) 사이의 테두리에는 밀폐제(sealant, 도시하지 않음)가 배치될 수 있다. 전기 유변 유체(120)는 전기 절연성 유체(122)에 아주 미세한 입자(124)가 분산되어 있는 현탁액(suspension)을 가리킨다. 상하부 기판(114, 112) 사이의 간극에 전기장이 형성되면, 전기 유변 유체(120)는 점도(viscosity)가 수백 배에서 최대 100,000배 정도까지 증가한다. 그리고 전기 유변 유체(120)의 이러한 점도의 변화는 가역적이어서 전기장이 해제되면 원래의 상태로 복원된다.
전기 유변 유체(120)는 투명하거나 또는 불투명한 액체인데, 이를 구성하는 유체(122)로는 예를 들어, 실리콘유, 케로신 광유, 폴리염화비페닐 등이 사용될 수 있다. 하지만, 여기에만 한정되는 것은 아니다. 그리고 전기 유변 유체(120)에 포함되는 입자(124)의 크기는 최대 50㎛ 정도로서, 아주 미세하고 투명한 입자이다. 이러한 입자(124)로는 예컨대, 알루미노규산염(aluminosilicate), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole) 등과 같은 고분자 물질이나 풀러렌(fullerene) 등이 사용될 수 있다.
그리고 상하부 기판(114, 112) 사이의 간극에는 탄성체 스페이서(도시하지 않음)가 배치되어 있을 수 있다. 탄성체 스페이서는 수십 마이크로미터 이하의 작지만 탄성 특성을 갖는 고체로서, 전기 유변 유체(120) 내에 랜덤하게 또는 규칙적으로 분산되어 배치되어 있을 수 있다. 탄성체 스페이서를 구성하는 물질에는 특별한 제한이 없으며, 예를 들어 엘라스토머(elastomer)가 사용될 수 있다. 탄성체 스페이서는 상부 기판(114)이 변형된 경우에 복원력을 제공하며, 또한 상부 기판(114)을 구조적으로 지지하는 역할도 수행할 수 있다. 탄성체 스페이서도 투명한 물질로 형성될 필요는 없다.
구동전극 쌍(130)은 하부 기판(112)에 구비된 하부 전극(132)과 이 하부 전극(132)에 위치와 대응하는 위치의 상부 기판(114)에 구비된 상부 전극(134)으로 한정되는 한 쌍의 전극이다. 하부 전극(132)과 상부 전극(134)은 반드시 투명한 도전성 물질로 형성될 필요가 없으며, 구리(Cu) 등과 같이 전기 배선용으로 통상적으로 사용되는 금속 물질이 사용될 수 있다.
구동전극 쌍(130)들은 입력 장치 몸체(100)의 전면(entire surface) 또는 일부 영역에 매트릭스 형태(matrix type)로 배열될 수도 있다. 매트릭스 형태로 배열된 구동전극 쌍(130)들(즉, 구동전극 쌍들의 어레이)에는 소정의 조합으로(예컨대, 일부의 구동전극 쌍(130)들에만) 구동전압이 인가될 수 있다. 그리고 사용자 입력 장치(A)는 구동전극 쌍(130)들의 어레이에서 구동전압이 가해지는 구동전극 쌍(130)의 개수(예컨대, 구동전압이 가해지는 영역의 넓이), 가해진 구동전압이 해제되는 시점에서의 상부 기판(114)의 변위(displacement)의 크기, 가해진 구동전압이 해제되는 구동전극 쌍(130)의 개수 등을 변화시킴으로써 사용자에게 다양한 크기의 입력감 또는 클릭감을 제공할 수 있는데, 이에 관해서는 후술한다.
도 2에 도시되어 있는 구동전극 쌍들의 어레이는 매트릭스 형태로 배열된 구동전극 쌍(130)들의 일례이다. 도 2를 참조하면, 하부 기판(112)의 상면과 상부 기판(114)의 하면에는 각각 라인 타입의 전극 패턴(132, 134)이 다수 개가 나란하게 형성되어 있다. 여기서, 하부 기판(112)에 형성되어 있는 전극 패턴, 즉 하부 전극 패턴(132)들은 제1 방향(도 2의 절취 방향에 대하여 수직인 방향)으로 신장되며, 상부 기판(114)에 형성되어 있는 전극 패턴, 즉 상부 전극 패턴(134)들은 제1 방향에 수직인 제2 방향(즉, 도 2의 절취 방향)으로 신장되어 있다. 따라서 다수의 하부 전극 패턴(132)들과 다수의 상부 전극 패턴(134)들의 교차점들에서, 입력 장치 몸체(100)의 전면(entire area) 또는 일부 영역에 매트릭스 형태로 배열된 구동전극 쌍(130)들이 정의된다.
도 2에 도시된 것과는 달리, 구동전극 쌍(130)을 구성하는 하부 전극과 상부 전극은 각각 도트 타입으로 상하부 기판(114, 112)에 배치될 수 있다. 이 때, 서로 대향하는 상하부 전극은 매트릭스 형태로 상하부 기판(114, 112)의 전면 또는 일부 영역에 배치되어 있을 수도 있다. 이러한 하부 전극과 상부 전극은 각각 사각형과 같은 다각형 형상이나 원형의 전극 패턴일 수 있다. 그리고 도트 타입의 구동전극 쌍은 스위칭이 가능한 액티브 소자(active device)와 개별적으로 연결되어 있을 수 있는데, 이를 이용하면 제어부의 제어 신호에 응답하여 도트 타입의 구동전극 쌍은 개별적으로 스위칭이 이루어질 수도 있다.
구동전극 쌍(130)들에 인가되는 구동전압은 전기 유변 유체(120)의 점도를 국부적으로 변화시키기 위한 구동력을 제공한다. 이러한 구동전압은 사용자 입력 장치(A)가 설치되는 전자기기의 전원 장치로부터 공급될 수 있다. 그리고 구동전압이 가해지는 구동전극 쌍(130)의 개수, 가해진 구동전압이 해제되는 시점에서의 상부 기판(114)의 변위의 크기, 가해진 구동전압이 해제되는 구동전극 쌍(130)의 개수 등은 감지부(210) 및/또는 제어부(220)에 의하여 제어될 수 있다.
도 2에는 영역 I에 위치한 구동전극 쌍(130)에만 구동전압이 인가되고, 영역 II에 위치한 구동전극 쌍(130)에는 구동전압이 인가되지 않는 경우가 도시되어 있다. 이를 위하여, 상부 전극 패턴(134)에 소정 크기의 전위(Vd)를 인가한 상태에서, 영역 I에 위치한 하부 전극 패턴(132)은 접지와 연결시키고 영역 II에 위치한 하부 전극 패턴(132)은 플로팅(floating) 상태로 둘 수 있다. 물론, 상부 전극 패턴(114a)과 하부 전극 패턴(114b)에 인가되는 전위는 바뀔 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
도 2의 영역 I에서와 같이, 구동전극 쌍(130)에 구동전압이 인가(예를 들어, 상부 전극(134)에는 소정의 전위가 가해지고 하부 전극(132)은 접지와 연결)되면, 해당 구동전극 쌍(130)의 위치에 대응하는 상하부 기판(114, 112) 사이의 간극에는 국부적으로 전기장이 유도된다. 그리고 유도된 전기장에 의하여 이 부분(영역 I)에 있는 전기 유변 유체(120)의 점도는 증가한다. 전기장에 의하여 전기 유변 유체(120)의 점성이 증가하는 것은, 도 2에 도시된 바와 같이, 분극 특성을 갖는 입자(124)들이 일렬로 늘어서기 때문이다. 반면, 구동전극 쌍(130)에 구동 전압이 인가되지 않으면(예를 들어, 상부 전극(134)에는 소정의 전위가 가해지지만 하부 전극(132)은 플로팅 상태로 됨), 해당 구동전극 쌍(130)의 위치에 대응하는 상하부 기판(114, 112) 사이에는 전기장이 유도되지 않으며, 이 부분(영역 II)에 있는 전기 유변 유체(120)의 점도는 변화가 없다.
이러한 전기 유변 유체의 점도변화를 이용하는 터치 패널의 일례는, 본 출원의 출원인이 2009년 6월 19일에 출원한 한국특허출원 제2009-0055034호, "터치 패널 및 이를 구비하는 전자기기"에 상세히 기술되어 있다. 위 한국특허출원에는 전기 유변 유체의 점도변화를 이용하여 사용자 접촉면에 소정의 입력 버튼 영역을 한정하고, 또한 기계적인 키 패드를 조작할 때와 같은 클릭감을 사용자에게 제공하는 터치 패널이 개시되어 있는데, 위 한국특허출원은 참조에 의하여 본 명세서에 완전히 결합된다.
클릭감(click sensation)이란 휴대폰 등에서 사용되는 기계적인 키 패드(key pad) 또는 키 버튼(key button) 등을 누를 때 사용자가 손가락을 통해서 느끼는 딸깍하는 느낌을 가리킨다. 기계적인 키 패드에는 메탈 돔(metal dome)이라고 하는 돔 형상의 금속 박판이 키 버튼의 하부에 설치되어 있다. 소정의 크기 이상의 힘으로 계속 가압될 경우에 메탈 돔은 어느 순간에 돔 형상에 급격한 변형이 발생하게 되는데, 이를 버클링 포인트(buckling point)라고 한다. 메탈 돔이 변형되는 과정에는 이러한 버클링 포인트가 존재하기 때문에, 사용자는 기계적인 키 패드를 누를 때 딸깍하는 느낌을 받게 되는데, 이를 클릭감이라 한다.
도 3은 이러한 메탈 돔을 갖는 기계적인 키 패드에서의 힘(force)과 변위(displacement)의 관계를 보여 주는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 초기에는 사용자가 누르는 힘에 의하여 메탈 돔의 변위가 서서히 증가한다. 메탈 돔의 변위가 증가하면, 그에 따라서 메탈 돔의 지지력(변형에 대한 저항력)도 증가하므로 사용자가 느끼는 반발력도 그 만큼 증가한다. 그리고 메탈 돔의 변위가 x1에 도달하면, 메탈 돔의 지지력이 최대(작동력)에 도달되었다가 급격히 감소하게 되는데, 이와 같이 메탈 돔의 지지력이 최대가 되는 지점(즉, 터치 패널에서 작동력이 작용하는 지점)이 버클링 포인트이다. 버클링 포인트에 도달한 이후에도 사용자가 누르는 힘이 계속 유지되면 메탈 돔의 변위는 계속 증가하는데, 변위가 x2에 도달하면 메탈 돔은 하부 전극에 닿게 된다. 버클링 포인트에 도달한 이후에 사용자가 누르는 힘을 제거하면, 복귀력에 의해서 메탈 돔은 최초의 상태로 복원된다.
사용자 입력 장치(A)는 이러한 기계적인 키 패드에서의 메커니즘을 모사함으로써 사용자들에게 클릭감을 제공할 수 있다. 전술한 바와 같이, 사용자 입력 장치(A)는 구동전압이 가해지는 구동전극 쌍(130)이 있는 영역(영역 I)에 있는 전기 유변 유체(120)는 점도가 그 이전보다 상당히 크다. 점도가 증가된 영역 I(이하, '점도증가 영역'이라 한다)은 다른 영역(영역 II)에 비하여 누르는 힘에 대하여 보다 큰 반발력을 제공한다. 누르는 힘이 증가하거나 및/또는 누르는 힘에 의한 상부 기판(114)의 변위가 증가할수록 반발력도 증가한다. 그리고 누르는 힘이 일정 수준 이상이 되거나 및/또는 변위가 일정한 크기 이상에 도달했을 때, 가해지고 있는 구동전압을 해제한다. 구동전압이 해제되면 전기 유변 유체(114)의 점도가 급격히 감소하며, 그에 따라서 누르는 힘에 대한 반발력도 급격히 감소한다. 이와 같이, 사용자 입력 장치(A)에서 사용자는 구동전압이 해제되는 시점에서 버클링 포인트에서와 같은 클릭감을 느낄 수가 있다.
기계적인 키 패드(또는 이를 모사한 사용자 입력 장치(A))에서 사용자가 감지하는 클릭감을 결정하는 요소로는 작동력과 복귀력 (또는 클릭 레이트(Click Rate, CR))가 있다. 작동력은 버클링 포인트에 도달할 때의 메탈 돔의 지지력 또는 메탈 돔으로부터 받는 저항력, 즉 최대 반발력을 가리킨다. 복귀력은 버클링 포인트 이후에 변형된 메탈 돔이 원래 상태로 되돌아가고자 하는 복원력을 가리킨다. 그리고 클릭 레이트(CR)는 수학식 1과 같이 작동력과 복귀력의 함수로 정의될 수 있는데, 수학식 1을 참조하면 클릭 레이트(CR)는 작동력과 복귀력의 차이를 작동력으로 나눈 값이 된다.
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수학식 1에 의할 경우에, 기계적인 키 패드의 동작을 모사한 사용자 입력 장치(A)는, 작동력 및/또는 복귀력을 적절히 제어하면 사용자에게 다양한 클릭감을 제공할 수 있다. 작동력 및/또는 복귀력을 제어하여 사용자에게 다양한 클릭감을 제공하는 사용자 입력 장치의 일례는 본 출원의 출원인이 2010년 1월 7일에 출원한 한국특허출원 제2010-0001443호, "터치 패널 및 이를 구비하는 전자기기"에 상세히 기술되어 있다. 위 한국특허출원은 참조에 의하여 본 명세서에 완전히 결합되며, 이하에서는 이를 간략히 설명한다.
사용자 입력 장치(A)에서 작동력을 변화시킬 수 있는 한 가지 방법은 최대 반발력의 크기를 다르게 하는 것이다. 상부 기판(114)의 변위의 크기가 클수록 사용자가 느끼는 반발력은 증가하므로, 구동전압이 해제되는 시점에서의 상부 기판(114)의 변위의 크기를 다르게 하면 최대 반발력의 크기를 다르게 할 수 있다.
사용자 입력 장치(A)에서 작동력을 변화시킬 수 있는 다른 한 가지 방법은 구동전압이 가해지는 구동전극 쌍(130)의 개수를 다르게 하는 것이다. 보다 많은 구동전극 쌍에 구동전압을 인가하면 사용자 입력 장치(A)의 작동력은 증가한다. 반면, 보다 적은 구동전극 쌍에 구동전압을 인가하면 사용자 입력 장치(A)의 작동력은 감소한다.
이것은 구동전압이 가해진 구동전극 쌍(130) 사이의 간극에 위치한 전기 유변 유체(120)는 국부적으로 점도가 증가하는 것을 이용한 것이다. 왜냐하면, 점도가 증가된 전기 유변 유체(120)는 그 상측에서 누르는 힘에 대하여 보다 큰 반발력을 제공하기 때문이다. 반발력은 점도가 증가된 전기 유변 유체(120)의 영역에 비례하여 증가할 수 있으므로, 구동전압이 가해지는 구동전극 쌍(130)의 개수가 증가하면, 사용자 입력 장치(A)의 작동력도 증가할 수 있다.
뿐만 아니라, 점도가 증가된 전기 유변 유체(120)는 주변에 있는 전기 유변 유체(120)가 유동하는 것도 제한한다. 따라서 입력 버튼 영역뿐만 아니라 그 주변 영역에 위치한 구동전극 쌍에도 구동전압을 인가하면, 사용자 입력 장치(A)의 저항력은 증가할 수 있다. 다만, 점도증가 영역이 전부 입력 버튼 영역인지, 또는 그 주변 영역인지, 또는 입력 버튼 영역으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 있는지 등에 따라서, 사용자 입력 장치(A)로부터의 반발력 및/또는 저항력은 달라질 수 있다.
상하부 기판(114, 112), 전기 유변 유체(120), 및 구동전극 쌍(130)들의 어레이를 포함하는 입력 장치 몸체(100)는 기계식 입력 버튼과 같이 누르는 동작으로 입력을 하는 사용자 입력 장치는 물론 클릭 휠과 같이 슬라이드 동작으로 입력을 하는 사용자 입력 장치로도 사용될 수 있다. 그리고 입력 장치 몸체(100)는 슬라이드 동작 시에 다양한 입력감 또는 접촉감을 사용자에게 전달할 수도 있다.
계속해서 도 2를 참조하면, 상부 기판(114) 상에는 키 패드(150) 쪽으로 광을 조사하는 백라이트로서의 기능을 수행하는 복수의 발광층(lighting layers, 140)이 배치되어 있다. 그리고 키 패드(150)는 복수의 발광층(140)의 상측에 구비되어 있는데, 키 패드(150)에는 서로 다른 키 심볼(key symbols) 및/또는 키 심볼 조합(key symbol combination)이 서로 겹치지 않도록 형성되어 있다. 이러한 복수의 발광층(140)과 그 상측에 구비되어 있는 키 패드(150)의 구성은, 각각 서로 다른 키 심볼 또는 키 심볼 조합을 갖는 복수의 발광 키 패드부(lighting key pad units)의 일례이다.
그리고 도면에 도시되어 있지는 않지만, 복수의 발광층(140) 사이 및/또는 최상측의 발광층(144)과 키 패드(150) 사이에는 투명한 재질로 형성된 절연층이 개재되어 있을 수도 있다. 절연층은 발광층(140)에서 발생하는 열이나 발광층(140)으로 가해지는 전기 에너지 등이 다른 층에 영향을 미치는 것을 방지한다. 또한, 키 패드(150)의 상측에는 투명한 보호용 필름이 추가로 배치될 수 있다. 보호용 필름은 사용자 입력 장치(A)를 습기와 차단하거나 스크래치 등과 같은 외부로부터의 충격으로부터 보호하는 역할을 한다.
복수의 발광층(140)은 서로 다른 광원을 구비하면서 물리적으로 서로 다른 복수의 층(142, 144)으로 구성될 수 있으나, 각 층이 반드시 수직 방향으로 중첩될 필요는 없다. 각 발광층(142, 144)은 키 패드(150)의 전체 영역 중에서 일부 영역으로만 광을 조사하도록 소정의 형상으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 발광층(142)이 광을 조사하는 영역은 키 패드(150)의 하나의 키 심볼 또는 키 심볼 조합의 위치에 대응하고, 또는 제2 발광층(144)이 광을 조사하는 영역은 키 패드(150)의 다른 키 심볼 또는 키 심볼의 위치에 대응하고, 따라서 이 두 영역은 서로 겹치지 않을 수 있다. 이를 위하여, 복수의 발광층(140)은 발광 영역이 서로 겹치지 않는 하나 또는 복수의 전기 발광 시트(electroluminecent sheets, 도 4a 내지 도 4c 참조)를 이용하여 구현하거나 또는 광 경로가 서로 겹치지 않는 복수의 광 도파 필름(light waveguide films)을 이용하여 구현될 수 있다. 이 경우에, 대응하는 위치에 배치되어 있는 '하나의 전기 발광 시트 또는 광 도파 필름'과 '하나의 키 심볼 또는 키 심볼 조합'이 '하나의 발광 키 패드부'를 구성하는 것으로 간주될 수 있다.
이와는 달리, 복수의 발광층(140)은 물리적으로는 하나의 발광층만으로 구성되지만, 이 발광층에는 서로 다른 색상을 갖는 복수의 광원이 구비되어 있을 수 있다(본 명세서에서는, 비록 물리적으로 단일층으로 구성되어 있지만 서로 다른 색상으로 발광이 되는 단일층도 '복수의 발광층'에 포함되는 것으로 한다). 복수의 광원은 어느 하나의 광원이 선택적으로 켜질 수도 있고 또는 동시에 온(on)/오프(off)가 될 수도 있다. 복수의 광원이 동시에 온(on)이 되면, 조합된 색상이 나타날 수 있다. 그리고 키 패드(150)에는 서로 다른 키 심볼 및/또는 키 심볼 조합이 겹치지 않도록 형성되어 있는데, 각 키 심볼 및/또는 키 심볼 조합은 발광층의 색상에 따라서 선택적으로 표시가 될 수 있다(도 5a 내지 도 5c 참조). 이 경우에는 '하나의 색상으로 발광되는 발광층'과 '이 색상에 의하여 표시되는 하나의 키 심볼 또는 키 심볼 조합'이 '하나의 발광 키 패드부'를 구성한다.
도 4a 내지 도 4c는 복수의 전기 발광 시트를 포함하는 사용자 입력 장치(A')의 구성 및 동작의 일례를 보여 주는 분리 사시도이다. 도 4a 내지 도 4c에는 복수의 발광층(140')이 상대적으로 큰 원형의 발광 소자가 4ㅧ3으로 배열된 제1 전기 발광 시트(142')와 상대적으로 작은 원형의 발광 소자가 2ㅧ2으로 배열된 제2 전기 발광 시트(144')를 포함하는 것으로 도시되어 있는데, 이것은 단지 예시적인 것이다. 그리고 제1 및 제2 전기 발광 시트(142', 144') 각각의 발광 영역(즉, 발광 소자의 위치)은 서로 겹치지 않으면서 또한 키 패드(150')에 형성되어 있는 제1 키 심볼 조합(전화기 등의 숫자 키 심볼들)과 제2 키 심볼 조합(멀티미디어 재생기의 동작 제어 키 심볼들)의 위치에 대응한다는 것을 알 수 있다. 이들 전기 발광 시트(142', 144') 각각에서 발광되는 색상은 반드시 같을 필요는 없다. 설명되지 않은 참조 번호 112, 114, 120, 132, 134는 각각 도 2와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 사용자 입력 장치(A')는 터치 패드, 전화기 등의 숫자 패드, 및 멀티미디어 재생기의 동작 제어용 패널로 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전기 발광 시트(142', 144') 중 어느 하나에도 전원을 공급하지 않은 경우에는, 사용자 입력 장치(A')의 표면에는 어떠한 키 심볼도 나타나지 않으므로 이를 구비하는 전자 기기(예컨대, 휴대 전화기)의 터치 패드로 사용될 수 있다. 그리고 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 전기 발광 시트(142')에만 전원을 공급하는 경우에는, 사용자 입력 장치(A')의 표면에는 숫자 입력을 위한 숫자 키 심볼 조합이 나타나므로 휴대 전화기의 숫자 패드로 사용될 수 있다. 또한, 도 4c에 도시된 바와 같이, 제2 전기 발광 시트(144')에만 전원을 공급하는 경우에는, 사용자 입력 장치(A')의 표면에는 멀티미디어 콘텐츠 등의 재생을 제어할 수 있는 키 심볼 조합이 나타나므로, 멀티미디어 재생기로 사용되는 휴대 전화기의 재생 제어 패널로 사용될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 복수의 색상으로 발광되는 발광층을 포함하는 사용자 입력 장치(A'')의 구성 및 동작의 일례를 보여 주는 분리 사시도이다. 도 5a 내지 도 5c에는 복수의 발광층(140'')이 하나의 도파용 박막 시트(thin film waveguide)와 각각 이에 광학적으로 연결되어 서로 다른 색으로 발광되는 제1 광원(LED1)과 제2 광원(LED2)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 제1 광원(LED1)이나 제2 광원(LED2)이 켜지면, 도파용 박막 시트는 전체가 같은 색으로 발광된다. 복수의 발광층(140'') 상에 구비되어 있는 키 패드(150'')에는 서로 겹치지 않는 위치에 제1 키 심볼 조합(전화기 등의 숫자 키 심볼들)과 제2 키 심볼 조합(멀티미디어 재생기의 동작 제어 키 심볼들)이 형성되어 있다. 제1 및 제2 키 심볼 조합은 어느 하나의 광원이 켜지면 위쪽으로 밝게 표시되지만 다른 하나의 광원이 겨지면 투명한 상태를 유지한다. 설명되지 않은 참조 번호 112, 114, 120, 132, 134는 각각 도 2와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 사용자 입력 장치(A'')도 터치 패드, 전화기 등의 숫자 패드, 및 멀티미디어 재생기의 동작 제어용 패널로 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 광원(LED1, LED2) 중 어느 하나에도 전원을 공급하지 않은 경우에는, 사용자 입력 장치(A'')의 표면에는 어떠한 키 심볼도 나타나지 않으므로 이를 구비하는 전자 기기(예컨대, 휴대 전화기)의 터치 패드로 사용될 수 있다. 그리고 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 광원(LED1)에만 전원을 공급하는 경우에는, 사용자 입력 장치(A'')의 표면에는 숫자 입력을 위한 숫자 키 심볼 조합이 나타나므로 휴대 전화기의 숫자 패드로 사용될 수 있다. 또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제2 광원(LED2)에만 전원을 공급한 경우에는, 사용자 입력 장치(A'')의 표면에는 멀티미디어 콘텐츠 등의 재생을 제어할 수 있는 키 심볼 조합이 나타나므로, 멀티미디어 재생기로 사용되는 휴대 전화기의 재생 제어 패널로 사용될 수 있다.
이와 같이, 사용자 입력 장치(A)를 구비하는 전자 기기는 구동되는 어플리케이션의 종류에 맞추어서 복수의 발광 키 패드부 중에서 어느 하나의 발광 키 패드부가 동작을 한다. 그리고 구동되는 어플리케이션의 진행 단계에 맞추어서 동작을 하는 발광 키 패드의 종류가 달라질 수도 있다. 그 결과, 사용자 입력 장치(A)는 해당 어플리케이션의 실행에 필요한 사용자 입력 키 버튼을 표시하여 사용자에게 제공할 수 있는데, 이러한 동작을 하는 발광 키 패드부의 선택은 제어부(도 1의 참조번호 220 참조, 이에 대해서는 후술한다)에 의하여 제어될 수 있다.
도 6은 도 1의 입력 장치 몸체(100)의 구성의 다른 예를 보여 주는 구성도이다. 도 2와 마찬가지로, 도 6도 입력 장치 몸체(100')의 구성과 적층 구조를 도식적으로 보여 주는 것으로서, 각 구성 요소의 실제 크기나 두께 등은 도시된 것과 차이가 있을 수 있다.
도 6을 참조하면, 입력 장치 몸체(100')는 한 쌍의 기판, 즉 하부 기판(112') 및 상부 기판(114'), 한 쌍의 기판(112', 114') 사이의 간극에 담겨서 밀봉되어 있는 전기 유변 유체(120'), 한 쌍의 기판(112', 114')에 형성된 구동전극 쌍(130')들의 어레이(array of driving electrodes pairs), 복수의 통합 발광 키 패드(integrated lighting keypads, 160), 및 보호층(cover film, 170)을 포함한다. 한 쌍의 기판(112', 114'), 전기 유변 유체(120'), 및 구동전극 쌍(130')들의 어레이(array of driving electrodes pairs)의 구성 및 동작은 도 2의 입력 장치 몸체(100)에 관한 설명에서 기술한 내용들이 동일하게 적용될 수 있으므로, 이들 구성요소들에 대한 부연 설명은 생략한다.
상부 기판(114') 상에는 복수의 통합 발광 키 패드(integrated lighting keypads, 160)가 적층되어 있다. 통합 발광 키 패드(160)는 백라이트와 키 패드를 1장의 시트에 통합한 일체형 키 패드로서, 입력 장치 몸체(100')는 서로 다른 키 심볼 또는 키 심볼 조합을 갖는 두 개 이상의 통합 발광 키 패드(160)를 포함한다. 따라서 이러한 복수의 통합 발광 키 패드(160)는 각각 서로 다른 키 심볼 또는 키 심볼 조합을 갖는 복수의 발광 키 패드부(lighting key pad units)의 다른 예이다.
각 통합 발광 키 패드(162, 164)에 구비되어 있는 백라이트의 색상은 반드시 흰색이거나 또는 모두 같은 색상일 필요는 없다. 그리고 각 통합 발광 키 패드(162, 164)에 형성되어 있는 서로 다른 키 심볼 또는 키 심볼 조합은 그 위치가 서로 겹칠 수도 있는데, 이것이 위치가 서로 겹치는 것을 배제하지는 않는다는 것은 자명하다. 통합 발광 키 패드(162, 164)는 전원이 공급되지 않아서(즉, 백라이트의 광원이 켜지지 않아서) 작동되지 않으면 모두 투명한 상태가 되거나, 또는 적어도 상측에 배치되는 통합 발광 키 패드(164)는 투명한 상태가 된다. 따라서 복수의 통합 발광 키 패드 중에서 어느 하나만 동작하면, 입력 장치 몸체(100')에서는 해당 발광 키 패드의 키 패드에 형성되어 있는 키 심볼 또는 키 심볼 조합이 표시된다.
통합 발광 키 패드(160)의 상측에는 보호층(170)이 추가로 배치될 수 있다. 보호층(170)은 사용자 입력 장치(A)를 습기와 차단하거나 통합 발광 키 패드(160)가 스크래치 등과 같은 외부로부터의 충격으로부터 보호하는 역할을 한다. 그리고 도면에 도시되어 있지는 않지만, 복수의 통합 발광 키 패드(160) 사이 및/또는 최상측의 통합 발광 키 패드(164)와 보호층(170) 사이에는 투명한 재질로 형성된 절연층이 개재되어 있을 수도 있다. 절연층은 통합 발광 키 패드(160)에서 발생하는 열이나 통합 발광 키 패드(160)로 인가되는 전기 에너지 등이 다른 층에 영향을 미치는 것을 방지한다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6의 입력 장치 몸체(100')를 포함하는 전자 기기의 사용자 입력 인터페이스의 일례를 보여 주는 도면이다. 도 7a 내지 도 7c에서, 직사각형으로 표시되어 있는 빈 공간은 전자 기기의 디스플레이 화면일 수 있다. 그리고 도 7a 내지 도 7c에 도시된 전자 기기는 적어도 세 개의 통합 발광 키 패드를 포함하는 사용자 입력 장치를 구비하는데, 각 통합 발광 키 패드에 형성되어 있는 키 심볼 또는 키 심볼 조합의 위치는 서로 겹칠 수 있다. 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 통합 발광 키 패드 중의 하나에 포함되어 있는 키 패드에는 숫자 심볼 조합이 형성되어 있으며, 통합 발광 키 패드 중의 다른 하나에 포함되어 있는 키 패드에는 멀티미디어 재생 제어용 심볼 조합이 형성되어 있으며, 통합 발광 키 패드 중의 또 다른 하나에 포함되어 있는 키 패드에는 방향 지시용 심볼 조합이 형성되어 있다.
도 2 또는 도 6의 입력 장치 몸체(100)를 포함하는 도 1의 사용자 입력 장치(A)는 어플리케이션의 종류 및/또는 구동되는 어플리케이션의 진행 단계에 맞추어서 적합한 사용자 입력 인터페이스를 표시할 수 있는데, 이것은 도 1에 도시되어 있는 사용자 입력 장치(A)의 제어부(220)에 의하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 전자기기에서 구동시키고자 하는 어플리케이션을 선택하는 입력을 한 경우에, 제어부(220)는 선택된 어플레이케션의 구동에 필요한 키 심볼 또는 키 심볼 조합이 표시되도록 복수의 발광 키 패드부 중에서 하나의 발광 키 패드부를 작동시킬 수 있다. 또는, 사용자가 전자기기의 방향(예컨대, 직사각형 형상의 전자기기에서 가로 방향 또는 세로 방향)을 선택한 경우에, 제어부(220)는 선택된 방향에 적합한 발광 키 패드부를 작동시킬 수도 있다.
그리고 도 2 또는 도 6의 입력 장치 몸체(100)를 포함하는 도 1의 사용자 입력 장치(A)가 사용자에게 기계식 입력 버튼과 유사한 클릭감은 물론 다양한 입력감을 제공하고 또한 구동되는 어플리케이션의 종류 및/또는 구동되는 어플리케이션의 진행 단계에 맞추어서 입력 키 심볼 또는 입력 키 심볼 조합을 표시하는 것은 도 1에 도시되어 있는 사용자 입력 장치(A)의 감지부(210) 및/또는 제어부(220)에 의하여 구현할 수 있다. 이하, 도 1을 참조하여 이에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
감지부(sensing unit, 210)는 입력 장치 몸체(100)에 사용자로부터의 입력이 있는지를 판정하며, 입력이 있는 것으로 판정하는 경우에는 입력 위치(input location)도 계산할 수 있다. 그리고 감지부(210)에서 판정된 입력 여부에 관한 정보 및 입력 위치에 관한 정보는 제어부(220)로 전달될 수 있다. 감지부(210)에서 입력 여부를 판정하는 방법에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 입력 장치 몸체(100)의 상면에 사용자로부터의 입력(접촉 또는 가압)이 있으면, 해당 위치에서 상부 기판(114)은 변형되어 소정의 변위가 발생한다. 이 경우에, 감지부(210)는 이러한 상부 기판(114)의 변형에 따른 정전 용량의 변화(예컨대, 상하부 기판(114, 112) 사이의 간극의 크기 변화에 따른 정전 용량의 변화)를 측정하여 입력 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 입력 여부를 판정하는 기준(상하부 기판(114, 112) 사이의 정전 용량의 크기)을 변경하면, 감지부(210)가 입력이 있는 것으로 판정하는 상부 기판(114)의 변위의 크기도 변경될 수 있다. 따라서 사용자 입력 장치(A)는 감지부(210)에서 입력 여부를 판정하는 기준을 변경하여 인가된 구동전압이 해제되는 변위를 조절할 수 있다. 그리고 이를 이용하면 사용자 입력 장치(A)는 사용자에게 다양한 클릭감을 제공할 수 있다.
제어부(controlling unit, 220)는 사용자 입력 장치(A)를 구비하는 전자기기에서 구동되는 어플리케이션의 종류 및/또는 구동되는 어플리케이션의 진행 단계에 맞추어서 적합한 사용자 입력 인터페이스가 표시되도록 제어할 수 있다. 즉, 사용자 입력 장치가 복수의 발광 키 패드부를 구비하는 경우에, 어플리케이션의 종류 및/또는 구동되는 어플리케이션의 진행 단계에 맞추어서 어느 하나의 발광 키 패드부를 작동시켜서, 해당 어플리케이션의 실행에 필요한 입력 키 심볼 또는 입력 키 심볼 조합이 나타나도록 할 수 있다.
그리고 제어부(220)는 구동전압이 인가되는 구동전극 쌍의 개수 및/또는 위치를 조절할 수 있다. 구동전압이 인가되는 구동전극 쌍의 개수나 위치는 제어부(220)에 의하여 작동되는 발광 키 패드부(보다 구체적으로는, 해당 발광 키 패드부에 형성되어 있는 입력 버튼 영역)에 맞추어서 조절될 수도 있다. 예를 들어, 작동되는 발광 키 패드부에 숫자 버튼이 형성되어 있는 경우라면, 해당 숫자가 나타나는 위치에 있는 구동전극 쌍들에만 구동전압이 인가되도록 할 수 있다.
또한, 제어부(220)는 사용자에게 다양한 입력감과 클릭감을 제공하기 위하여 하나의 입력 버튼을 한정하기 위하여 구동전압이 인가되는 구동전극 쌍의 개수 및/또는 위치를 다르게 할 수도 있다. 예를 들어, 사용자에게 보다 강한 작동력(반발력)을 제공하기 위하여, 제어부(220)는 입력 버튼이 있는 영역은 물론 그 주변 영역(이 경우에 인접한 주변 영역의 일 부분이 입력 버튼과 중첩되거나 또는 전혀 중첩되지 않을 수도 있다는 것은 당업자에게 자명하다)에 위치한 구동전극 쌍들에게도 구동전압을 인가할 수 있다. 또는, 사용자에게 약한 작동력(반발력)을 제공하기 위하여, 제어부(220)는 입력 버튼이 있는 영역에 위치한 구동전극 쌍들에게만 구동전압을 인가하고 그 인접한 주변 영역에 위치한 구동전극 쌍들에게는 구동전압을 인가하지 않을 수도 있다. 이 경우에, 인접한 주변 영역에 위치한 구동전극 쌍들 중에서 구동전압이 인가되는 구동전극 쌍의 개수를 단계적으로 변화시키거나 또는 구동전압이 인가되는 구동전극 쌍의 위치(입력 버튼 영역과의 거리 등)을 변화시키면, 사용자가 느끼는 반발력도 단계적으로 달라질 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
그리고 제어부(220)는 감지부(210)에서 입력 확인이 이루어지고 난 이후(또는 감지부(210)로부터 입력 확인 신호를 수신한 이후)에 구동전압이 해제되는 구동전극 쌍의 개수 및/또는 위치를 조절할 수도 있다. 보다 구체적으로, 제어부(220)는 버클링 포인트 이후에 구동전압이 해제되는 구동전극 쌍의 개수 및/또는 위치를 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 사용자에게 보다 강한 복귀력을 제공하기 위하여, 구동전압이 인가된 구동전극 쌍들 중에서 일부의 구동전극 쌍들에게만 구동전압이 해제되거나 또는 플로팅 상태가 되도록 할 수 있다. 또는, 사용자에게 약한 복귀력을 제공하기 위하여, 구동전압이 인가된 구동전극 쌍들의 대부분 또는 모두의 구동전압을 해제할 수도 있다. 이 경우에, 구동전압이 해제되는 구동전극 쌍의 개수를 단계적으로 변화시키면, 사용자가 느끼는 복귀력도 단계적으로 달라질 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
이와 같이, 감지부(210)에서 입력 여부를 판정하는 기준(예컨대, 입력이 있는 것으로 판정하는 변위의 크기 및 이에 따른 반발력의 크기)이나 제어부(220)에서 구동전압을 인가하거나 또는 해제하는 구동전극 쌍의 개수나 위치 등은 미리 결정되어 있거나 또는 어플리케이션의 종류나 어플리케이션의 진행 정도에 따라서 변경될 수 있다. 후자의 경우에, 감지부(210)에서의 판정 기준이나 제어부(220)에서의 동작 기준은 미리 입력된 프로그램에 따라서 조절되거나 또는 사용자가 의도적으로 동작 기준을 변경할 수도 있다. 예를 들어, 사용자는 비밀 번호 등과 같이 중요한 정보를 입력하거나 금융 등과 관련된 중요한 어플리케이션을 실행할 경우에는, 보다 큰 클릭감을 느끼거나 또는 어플리케이션의 진행 정도에 따라서 클릭감이 달라지도록 감지부(210) 및/또는 제어부(220)를 설정할 수 있다. 반면, 게임을 하는 것과 같은 단순 오락을 실행하는 경우에는, 클릭감을 최소화하거나 또는 어플리케이션의 진행 정도에 상관없이 일정한 클릭감만 제공되도록 감지부(210) 및/또는 제어부(220)를 설정할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예에 불과할 뿐, 이 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 한다. 따라서 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예는 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
100 : 입력 장치 몸체 112 : 하부 기판
114 : 상부 기판 120 : 전기 유변 유체
130 : 구동전극 쌍 140 : 발광층
150 : 키 패드 160 : 통합 발광 키 패드
170 : 보호층

Claims (19)

  1. 전자 기기의 사용자 입력 장치에 있어서,
    복수의 하부 전극이 형성되어 있는 하부 기판(lower substrate);
    상기 하부 기판과 이격되어 배치되어 있고, 상기 복수의 하부 전극에 대응하여 복수의 상부 전극이 형성되어 있는 상부 기판(upper substrate);
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이의 간극에 담겨 있는 전기 유변 유체(electro-rheological fluid); 및
    상기 상부 기판 상에 배치되어 있으며, 각각 서로 다른 키 심볼(key symbols) 또는 키 심볼 조합(key symbol combination)을 갖는 복수의 발광 키 패드부(lighting key pad units)를 포함하고,
    대응하는 상기 복수의 하부 전극과 상기 복수의 상부 전극에 의하여 구동전극 쌍들의 어레이(array of driving electrodes' pairs)가 한정되며,
    가압에 의하여 상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이의 간극이 소정의 임계치 이하로 감소하면, 상기 전기 유변 유체를 국부적으로 구동하도록 상기 구동전극 쌍들의 어레이의 적어도 일 영역에 가해진 구동전압이 해제되고,
    상기 전자 기기의 구동 어플리케이션의 종류 또는 구동 어플리케이션의 진행 단계에 맞추어서 상기 복수의 발광 키 패드부 중에서 하나의 발광 키 패드부가 작동되는 사용자 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동전압이 인가되는 구동전극 쌍의 위치와 개수 중에서 적어도 하나가 조절될 수 있는 사용자 입력 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동전압이 인가된 구동전극 쌍들 중에서 상기 구동전압이 해제되는 구동전극 쌍의 위치와 개수 중에서 적어도 하나가 조절될 수 있는 사용자 입력 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    작동되는 상기 발광 키 패드부의 종류에 맞추어서 상기 구동전압이 인가되거나 또는 해제되는 상기 구동전극 쌍의 위치와 개수가 조절되는 사용자 입력 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 발광 키 패드부는
    상기 서로 다른 키 심볼 또는 키 심볼 조합이 겹치지 않게 형성되어 있는 키 패드(key pad); 및
    상기 키 패드의 하부에 배치되어 있는 복수의 발광층(lighting layers)을 포함하고,
    상기 복수의 발광층 각각은 상기 키 패드에 표시되어 있는 서로 다른 키 심볼 또는 키 심볼 조합 각각의 위치에 대응하여 발광하는 사용자 입력 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 발광층은 복수의 전기 발광 시트(electroluminescent sheets)를 포함하거나, 또는
    하나 또는 복수의 광원(light sources)과 상기 광원으로부터 방사된 광이 통과하도록 상기 광원과 광학적으로 연결되어 있는 복수의 광 도파 필름(light waveguide films)을 포함하는 사용자 입력 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광 키 패드부는 상기 서로 다른 키 심볼 또는 키 심볼 조합 중의 어느 하나가 각각 형성되어 있는 복수의 통합 발광 키패드 시트(integrated lighting keypad sheets)를 포함하는 사용자 입력 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 통합 발광 키패드 시트 각각의 키 심볼 또는 키 심볼 조합은 서로의 위치가 겹칠 수도 있는 사용자 입력 장치.
  9. 전자 기기의 사용자 입력 장치에 있어서,
    상부 기판과 하부 기판 사이의 간극에 전기 유변 유체(electro-rheological fluid)가 담겨 있으며, 구동전압이 인가되면 상기 간극에 국부적으로 전기장을 유도하는 구동전극 쌍들의 어레이(array of driving electrodes' pairs)가 상기 상부 기판 및 하부 기판에 형성되어 있는 입력 장치 몸체(input device body);
    상기 상부 기판 상에 배치되어 있으며, 각각 서로 다른 키 심볼(key symbols) 또는 키 심볼 조합(key symbol combination)을 갖는 복수의 발광 키 패드부(lighting key pad units);
    상기 전자 기기의 구동 어플리케이션의 종류 또는 구동 어플리케이션의 진행 단계에 맞추어서 상기 복수의 발광 키 패드부 중에서 하나의 발광 키 패드부를 작동시키는 제어부(controlling unit); 및
    상기 간극의 크기 변화를 이용하여 상기 제어부에 의하여 작동된 발광 키 패드부에 사용자로부터의 입력이 있는지를 판정하는 감지부(sensing unit)를 포함하고,
    상기 감지부가 사용자로부터의 입력이 있는 것으로 판단하면, 상기 제어부는 인가된 상기 구동전압을 해제하는 사용자 입력 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 구동전극 쌍들의 어레이 중에서 상기 구동전압이 인가되는 구동전극 쌍의 위치와 개수 중에서 적어도 하나를 조절하거나 또는 상기 구동전압이 인가된 구동전극 쌍들 중에서 상기 구동전압이 해제되는 구동전극 쌍의 위치와 개수 중에서 적어도 하나를 조절하는 사용자 입력 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 작동되는 상기 발광 키 패드부의 종류에 맞추어서 상기 구동전압이 인가되거나 또는 해제되는 상기 구동전극 쌍의 위치와 개수를 조절하는 사용자 입력 장치.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 감지부에서 상기 입력이 있는 것으로 판정하는 상기 간극의 크기 변화의 값은 조절될 수 있는 사용자 입력 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 복수의 발광 키 패드부는
    상기 서로 다른 키 심볼 또는 키 심볼 조합이 겹치지 않게 형성되어 있는 키 패드(key pad); 및
    상기 키 패드의 하부에 배치되어 있는 복수의 발광층(lighting layers)을 포함하고,
    상기 복수의 발광층 각각은 상기 키 패드에 표시되어 있는 서로 다른 키 심볼 또는 키 심볼 조합 각각의 위치에 대응하여 발광하는 사용자 입력 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 발광층은 복수의 전기 발광 시트(electroluminescent sheets)를 포함하거나, 또는
    하나 또는 복수의 광원(light sources)과 상기 광원으로부터 방사된 광이 통과하도록 상기 광원과 광학적으로 연결되어 있는 복수의 광 도파 필름(light waveguide films)을 포함하는 사용자 입력 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 발광 키 패드부는 상기 서로 다른 키 심볼 또는 키 심볼 조합 중의 어느 하나가 각각 형성되어 있는 복수의 통합 발광 키패드 시트(integrated lighting keypad sheets)를 포함하는 사용자 입력 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부에 의하여 작동되지 않은 상기 복수의 통합 발광 키패드 시트 각각은 투명하고, 또한 상기 복수의 통합 발광 키패드 시트 각각의 키 심볼 또는 키 심볼 조합은 서로의 위치가 겹칠 수도 있는 사용자 입력 장치.
  18. 제1항 또는 제9항의 사용자 입력 장치를 구비하는 전자 기기.
  19. 제18항에 있어서,
    서로 다른 복수 개의 상기 사용자 입력 장치를 구비하는 전자 기기.
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