KR102203770B1

KR102203770B1 - 입력장치

Info

Publication number: KR102203770B1
Application number: KR1020130142450A
Authority: KR
Inventors: 이용우; 함용수; 김철홍; 최슬기
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2021-01-15
Also published as: KR20150059010A

Abstract

본 발명은 하부 금속판; 하부 금속판 상에 위치하는 기둥부; 하부 금속판 상에 위치하는 햅틱 엑츄에이터; 햅틱 엑츄에이터 상에 위치하는 상부 금속판; 및 상부 금속판 상에 위치하는 터치 센서를 포함하며, 햅틱 엑츄에이터로부터 발생된 진동 성분은 하부 금속판에 의해 측면 방향으로 전달됨과 더불어 기둥부에 의해 상부 방향으로 전달되는 것을 특징으로 하는 입력장치를 제공한다.

Description

입력장치{Input Device}

본 발명은 입력장치에 관한 것이다.

입력장치는 사용자의 누름에 대응하여 스위치 신호를 생성하는 장치이다. 일반적으로 사용되고 있는 키보드는 키(Key)가 돌출되어 있어 자판입력시 “딸깍”거리는 느낌을 갖게 하여, 사용자가 손끝에 구분감을 갖게 한다. 키보드는 키의 구조에 따라 멤브레인(Membrane), 기계식(Mechanical), 펜타그래프(Pentagraph) 방식 등으로 불리며, 이중 멤브레인 방식이 오늘날 대표적으로 사용되는 입력장치에 해당한다.

한편, 전자기기의 트랜드(Trend)는 슬림(Slim)하면서 플랫(Flat)한 모양으로 바뀌어가는 추세이나, 주로 사용되고 있는 입력장치만큼은 기존의 기계적인 방식과 디자인을 고수하고 있는데, 이는 평면형 입력장치가 갖는 자판식별 문제 때문인 것으로서 설명할 수 있다.

평면형 입력장치는 터치 센서를 이용하므로 소프트(Soft)한 입력감을 주며 플랫하고 슬림한 디자인을 구현할 수 있는 장점이 있다. 평면형 입력장치의 제품화를 위해 많은 업체에서 출시한 이력이 있으나, 자판식별 등 사용이 불편하여 거의 상용되지 못하고 있는 추세이다.

최근에는 평면형 입력장치 구현시 멤브레인, 압력 센서 또는 터치 센서(예컨대, 정전 용량 방식)와 전기활성고분자나 압전세라믹으로 구성된 햅틱 엑츄에이터(Haptic Actuator)를 이용한 촉각 적 피드백(Feedback)을 주어 사용상의 불편감 등을 개선하려는 연구가 진행되고 있다.

그런데, 종래에 제안 및 연구되고 있는 방식은 햅틱 엑츄에이터와 터치 센서 간의 신호 간섭이 존재하여 터치 입력이 불가한 문제를 유발하고 있다. 또한, 종래에 제안 및 연구되고 있는 방식은 햅틱 엑츄에이터의 제한적인 힘의 발생으로 인해 사용자에게 진동 성분을 효과적으로 전달하기 어려운 문제가 있다.

상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 햅틱 엑츄에이터와 터치 센서 간의 전기적인 신호 간섭을 최소화하고 햅틱 엑츄에이터로부터 발생된 진동 성분을 사용자에게 효과적으로 전달할 수 있는 입력장치를 제공하는 것이다.

상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은 하부 금속판; 하부 금속판 상에 위치하는 기둥부; 하부 금속판 상에 위치하는 햅틱 엑츄에이터; 햅틱 엑츄에이터 상에 위치하는 상부 금속판; 및 상부 금속판 상에 위치하는 터치 센서를 포함하며, 햅틱 엑츄에이터로부터 발생된 진동 성분은 하부 금속판에 의해 측면 방향으로 전달됨과 더불어 기둥부에 의해 상부 방향으로 전달되는 것을 특징으로 하는 입력장치를 제공한다.

기둥부는 햅틱 엑츄에이터가 배치된 영역의 주변에 하나 또는 N(N은 2 이상 정수)개로 형성될 수 있다.

기둥부는 상부 금속판의 저면과 점 접촉할 수 있다.

상부 금속판은 하부 금속판 상에 형성된 기둥부가 노출되는 관통홀을 포함하며, 기둥부는 터치 센서의 저면과 점 접촉할 수 있다.

햅틱 엑츄에이터는 하부전극, 상부전극 및 하부전극과 상부전극 사이에 위치하는 전기활성고분자층을 포함하며, 전기활성고분자층은 불소고무(Viton Rubber, Fluro Rubber), NBR(Nitrile-Butadiene Rubber), EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) 및 천연고무 (Natural Rubber)를 포함하는 고무(Rubber)류의 재료 중 선택된 하나를 포함할 수 있다.

상부 금속판은 햅틱 엑츄에이터와 터치 센서 간의 전기적인 신호 간섭이나 노이즈를 방지함과 더불어 햅틱 엑츄에이터로부터 발생된 진동 성분을 상부 방향으로 전달할 수 있다.

다른 측면에서 본 발명은 하부 금속판; 하부 금속판의 일정 영역이 함몰되어 형성된 홈; 하부 금속판의 홈에 끼워지는 햅틱 엑츄에이터; 햅틱 엑츄에이터 상에 위치하는 쉴드층; 및 쉴드층 상에 위치하는 터치 센서를 포함하는 입력장치를 제공한다.

하부 금속판 상에 위치하는 기둥부를 포함하며, 햅틱 엑츄에이터로부터 발생된 진동 성분은 하부 금속판에 의해 측면 방향으로 전달됨과 더불어 기둥부에 의해 상부 방향으로 전달될 수 있다.

하부 금속판, 햅틱 엑츄에이터, 쉴드층 및 터치 센서를 수납하는 하부커버와, 하부커버와 결합 조립되는 상부커버와, 하부커버와 상부커버 사이에 위치하며 하부커버와 상부커버 간의 체결시 조립 강도를 완화하도록 소프트한 재질로 이루어진 댐퍼를 포함할 수 있다.

본 발명은 햅틱 엑츄에이터와 터치 센서 간의 전기적인 신호 간섭을 최소화하고 햅틱 엑츄에이터로부터 발생된 진동 성분을 사용자에게 효과적으로 전달할 수 있는 입력장치를 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 정전 용량 터치 센서를 이용하므로 입력 속도를 향상시킬 수 있고 사용자의 키 입력에 따라 다른 진동감을 주므로 자판의 식별이 용이성을 부여할 수 있는 입력장치를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 입력장치에 포함된 구성을 개략적으로 설명하기 위한 블록도.
도 2는 사용자의 키 입력별 햅틱 엑츄에이터의 진동 파형을 다양하게 나타낸 예시도.
도 3은 햅틱 엑츄에이터와 기구물 간의 조합을 통한 진동 능력 평가 결과를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 개략적인 계층 구조도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 단면 구조도.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 일부 구성을 나타낸 제1평면도.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 햅틱 엑츄에이터의 계층 구조도.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 햅틱 엑츄에이터의 동작 설명을 위한 도면.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 일부 구성을 나타낸 제2평면도.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치의 개략적인 계층 구조도.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치의 단면 구조도.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치에 포함된 댐퍼를 나타낸 도면.
도 13은 댐퍼가 배치된 위치를 보여주는 평면도.
도 14는 도 13의 A1-A2 영역의 절단면도.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

<제1실시예>

도 1은 입력장치에 포함된 구성을 개략적으로 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 사용자의 키 입력별 햅틱 엑츄에이터의 진동 파형을 다양하게 나타낸 예시도이며, 도 3은 햅틱 엑츄에이터와 기구물 간의 조합을 통한 진동 능력 평가 결과를 나타낸 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 입력장치는 터치 센서를 포함하는 터치 시스템(110)(Touch System), 터치 센서 및 햅틱 엑츄에이터 통합부(120)(Tocuh-Haptic Integration) 및 햅틱 시스템(130)(Haptic System)을 포함한다.

터치 시스템(110)에는 터치 센서(115)(Touch Sensor Input)는 물론 터치 센서(115)를 덮는 자판(미도시) 등이 포함된다. 터치 센서(115)는 정전 용량 방식으로 이루어진 평면 자판 형태로 구성된다. 터치 시스템(110)은 사용자가 자판을 터치하듯이 누르면 이때 가변되는 정전 용량을 이용하여 입력된 키의 좌표를 산출할 수 있는 신호를 생성한다.

터치 센서 및 햅틱 엑츄에이터 통합부(120)에는 터치 센서 제어부(123)(Touch Sensor Controller), 햅틱 제어부(Haptic Controller) 및 메인 제어부(121)(MCU) 등이 포함된다.

터치 센서 제어부(123)는 터치 센서(115)를 구동하는 구동신호를 공급하고, 터치 센서(115)로부터 신호를 센싱한다. 터치 센서 제어부(123)는 터치 센서(115)로부터 센싱된 신호를 메인 제어부(121)에 공급한다.

메인 제어부(121)는 터치 센서 제어부(123)와 햅틱 제어부(125)(Haptic Controller)를 제어한다. 메인 제어부(121)는 터치 센서 제어부(123)로부터 공급된 신호를 기반으로 어느 키가 눌렸는지를 검출하고, 검출된 키값(예컨대, 좌표 등에 따른 위치값)을 응용 장치(140)(예컨대, 타블렛 PC나 스마트폰 등)로 전송한다. 메인 제어부(121)는 터치 센서 제어부(123)로부터 공급된 신호를 기반으로 햅틱 엑츄에이터(135)(EAP Actuator)를 구동할 구동신호를 생성하고, 생성된 구동신호를 햅틱 제어부(125)에 공급한다. 햅틱 제어부(125)는 메인 제어부(121)로부터 공급된 구동신호를 기반으로 전압을 가변하여 출력한다.

햅틱 시스템(130)에는 전압 증폭부(131)(High Voltage Amplifier) 및 햅틱 엑츄에이터(135) 등이 포함된다. 전압 증폭부(131)는 햅틱 제어부(125)로부터 공급된 전압을 증폭하여 햅틱 엑츄에이터(135)를 구동할 구동전압을 출력한다.

한편, 위의 설명에서는 햅틱 제어부(125)가 저전압(Low Voltage)을 출력하고 전압 증폭부(131)는 저전압(Low Voltage)을 고전압(High Voltage)으로 증폭하는 방식으로 햅틱 엑츄에이터(135)를 구동할 구동전압을 출력하는 것을 일례로 하였다. 그러나, 이는 하나의 예시일 뿐 햅틱 엑츄에이터(135)의 성능 및 구동 조건에 따라 달라질 수 있는바 전압 증폭부(131)를 삭제될 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 햅틱 엑츄에이터는 사용자의 키 입력에 대응하여 진동을 달리한다. 햅틱 엑츄에이터는 주파수의 형태에 따라 다른 진동 특성을 생성하여 입력장치의 키 입력별로 구분된 감성이나 느낌 등이 형성되도록 촉각을 자극한다.

일례로, 도 2의 (a)와 같이 영문이나 한글 등과 같은 노말키(Normal Key)가 입력될 경우 햅틱 엑츄에이터는 100Hz로 100ms, 100Hz로 100ms와 같은 일정한 진동을 발생시킨다.

다른 예로, 도 2의 (b)와 같이 숫자 1번 키(#1 Key)가 입력될 경우 햅틱 엑츄에이터는 10Hz로 100ms, 20Hz로 100ms, 40Hz로 100ms, 80Hz로 100ms 등과 같이 점증하는 진동을 발생시킨다. 참고로, 도 2의 (b)는 사이렌(Siren) 효과를 유발하는 진동 주파수이다.

또 다른 예로, 도 2의 (c)와 같이 시프트 키(Shift Key)가 입력될 경우 햅틱 엑츄에이터는 320Hz, 160Hz, 40Hz로 500ms, 80Hz, 160Hz로 500ms 등과 같이 비일정한 진동을 발생시킨다. 참고로, 도 2의 (c)는 비트(Beat) 효과를 유발하는 진동 주파수이다.

또 다른 예로, 도 2의 (d)와 같이 화살표 키(Arrow Key)가 입력될 경우 햅틱 엑츄에이터는 100Hz로 100ms, 400Hz로 100ms, 800Hz로 100ms, 1000Hz로 100ms, 800Hz로 100ms, 400Hz로 100ms 등과 같이 점증이나 점감하는 진동을 발생시킨다. 참고로, 도 2의 (d)는 게임(Game) 효과를 유발하는 진동 주파수이다.

그러므로, 본 발명의 제1실시예는 특수키, 화살표 키, 숫자 키, 기능 키 등의 입력 상태에 따라 출력주파수, 진폭 및 인터벌을 변조하여 각기 다른 감성을 나타내는 것이 가능하다.

한편, 본 발명의 제1실시예에서는 햅틱 엑츄에이터에 사용되는 전기활성고분자(Electro Active Polymer; EAP) 고유의 진동 및 기구물과의 조합을 기반으로 각종 진동 능력을 평가하였다. 그 결과, 본 발명의 제1실시예는 입력장치의 구성 및 구조적 설계에 의거 진동 및 감성 효과를 도 3과 같이 다양하고 분명하게 발현할 수 있었음이 확인되었다.

이를 위해, 본 발명의 제1실시예는 입력장치의 구조를 하기와 같이 설계하였다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 개략적인 계층 구조도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 단면 구조도이며, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 일부 구성을 나타낸 제1평면도이고, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 햅틱 엑츄에이터의 계층 구조도이며, 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 햅틱 엑츄에이터의 동작 설명을 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 일부 구성을 나타낸 제2평면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치는 하부 금속판(152), 햅틱 엑츄에이터(135), 상부 금속판(154), 터치 센서(115) 및 자판(111)의 순으로 안착된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 하부 금속판(152), 햅틱 엑츄에이터(135), 상부 금속판(154), 터치 센서(115) 및 자판(111)은 하부커버(151) 상에 차례대로 안착된다. 상부커버(157)는 하부 금속판(152), 햅틱 엑츄에이터(135), 상부 금속판(154), 터치 센서(115) 및 자판(111)이 하부커버(151) 내에 안착 및 고정되도록 하부커버(151)와 함께 결합 조립된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치는 하부 금속판(152)과 상부 금속판(154)에 의해 상부로 향하는 진동 패스(①)와 측면으로 향하는 진동 패스(②)가 형성된다.

입력장치의 상부로 향하는 진동 패스(①)는 상부 금속판(154)에 의해 형성된다. 상부 금속판(154)은 햅틱 엑츄에이터(135)와 터치 센서(115) 사이에 위치하며, 상부 금속판(154)의 저면은 하부 금속판(152) 상에 형성된 기둥부(155)와 접촉된다. 상부 금속판(154)은 기둥부(155)와 접촉하게 됨에 따라 햅틱 엑츄에이터(135)로부터 발생된 진동 성분을 입력장치의 하부면으로부터 상부면으로 전달시키는 역할을 한다. 상부 금속판(154)은 스테인레스(예컨대, SUS) 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.

상부 금속판(154)은 햅틱 엑츄에이터(135)와 터치 센서(115)를 물리적으로 이격시키는 역할을 겸한다. 그러므로 햅틱 엑츄에이터(135)와 터치 센서(115) 간의 전기적인 신호 간섭이나 노이즈(Noise)는 상부 금속판(154)에 의해 방지 및 개선된다. 한편, 상부 금속판(154)와 터치 센서(115)는 하부 금속판(152) 상에 형성된 기둥부(155)의 높이에 따라 이격되거나 접면할 수 있다.

입력장치의 측면으로 향하는 진동 패스(②)는 하부 금속판(152)에 의해 형성된다. 하부 금속판(152)은 하부커버(151) 상에 안착된다. 하부 금속판(152)은 햅틱 엑츄에이터(135)로부터 발생된 진동 성분을 입력장치의 하부면으로부터 측면으로 전달시키는 역할을 한다. 하부 금속판(152)은 알루미늄 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.

실험 결과, 자판을 터치할 때 입력장치의 상부 및 측면으로 향하는 진동 패스(①, ②) 구조에 의해 입력장치는 비교적 높은 진동 세기를 갖게 되는 것으로 나타났다. 그러므로, 사용자는 입력장치를 터치할 때마다 충분한 촉각적인 느낌을 전달받을 수 있을 것이다.

위의 설명을 통해 알 수 있듯이, 하부 금속판(152)은 판 형태를 가지므로 다수의 햅틱 엑츄에이터(135)로부터 진동 성분이 발생할 경우 이들을 모두 수렴하여 하나의 판을 통해 전달할 수 있게 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 기둥부(155)는 햅틱 엑츄에이터(135)와 구분되도록 하부 금속판(152) 상에 형성된다. 기둥부(155)는 햅틱 엑츄에이터(135)가 배치된 영역의 주변에 하나 또는 N(N은 2 이상 정수)개로 형성된다.

하부 금속판(152)과 햅틱 엑츄에이터(135)는 상호 접면하도록 설치되어 있어 햅틱 엑츄에이터(135)로부터 진동이 발생하게 되면 진동 성분은 하부 금속판(152)과 더불어 기둥부(155)로 전달된다. 하부 금속판(152)은 판 형상을 이루므로 햅틱 엑츄에이터(135)로부터 발생된 진동 성분은 면을 따라 전달된다. 반면, 기둥부(155)는 기둥 형상을 이루므로 햅틱 엑츄에이터(135)로부터 발생된 진동 성분은 점을 따라 전달된다.

한편, 도시된 도면에서는 햅틱 엑츄에이터(135)가 5개로 위치하고 있고, 기둥부(155)가 상하에 1개 및 좌우에 2개 배치된 것을 일례로 하였으나 이에 한정되지 않는다. 도면에서 137은 햅틱 엑츄에이터(135)와 연결된 회로기판으로서, 회로기판(137)에는 햅틱 제어부(125) 및 전압 증폭부(131)부 실장될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

도 7에 도시된 바와 같이, 햅틱 엑츄에이터(135)는 하부전극층(135a), 전기활성고분자층(135b) 및 상부전극층(135c)으로 이루어진다.

하부전극층(135a) 및 상부전극층(135c)은 도시된 바와 같이 판 상의 전극으로 구성되는 것은 물론 다수로 분할된 분할 전극 형태로 구성될 수도 있다.

전기활성고분자층(135b)은 실리콘(Silicone), 아크릴릭(Acrylic), 우레탄(Urthane)과 같은 절연체 탄성재료와 , PVDF-TrFE (Polyvinylidene Fluoride-trifluoroethylene) 로 대표되는 강유전체 고분자(Polymer)가 사용될 수 있다.

입력장치는 그 특성상 손에 의한 눌림 및 터치의 빈도가 매우 높은 장치이다. 이로 인하여, 햅틱 엑츄에이터(135)의 재료는 높은 반복수명(Life Cycle)을 갖도록 안정적인 재료여야 한다.

이를 고려하여, 본 발명의 제1실시예에서는 종래의 유전탄성체 및 압전폴리머보다 수명적 측면에서 유리한 고무(Rubber)류의 재료를 사용한다. 예컨대, 활성고분자층(135b)은 불소고무(Viton Rubber, Fluro Rubber), NBR(Nitrile-Butadiene Rubber), EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) 및 천연고무 (Natural Rubber)를 포함하는 고무(Rubber)류의 재료 중 하나를 선택하여 축합반응 시킨 후, 최종 200 ~ 300 ㎛의 두께로 전극에 도포하는 방식으로 형성된다.

앞서 열거한 재료 중 불소고무(Fluro Rubber)는 트리 플루오루클로로 에틸렌(Tri fluorochloro Ethylene)과 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene Fluoride)의 이원공중합체 합성고무로서 불소원자를 50%이상 함유한다. 불소(Fluro Rubber)는 결합에너지가 큰 C-F결합 때문에 내열성 및 내구성이 특히 우수하며, 높은 유전율을 가지므로 구동전압을 감소시키는 효과는 물론 열거한 재료 중 가장 높은 수명특성을 나타내는 것으로 나타났다.

한편, 입력장치에 불소고무(Fluro Rubber)로 이루어진 햅틱 엑츄에이터(135)를 적용한 결과, 이는 고수명 특성을 나타내었고, 200℃ 이상의 온도에서도 상온에서와 동일한 진동력을 나타내는것으로 확인되었다. 그러므로, 활성고분자층(135b)을 구성할 때 본 발명의 제1실시예에서 열거한 재료를 이용하면, 고수명을 가짐은 물론 우수한 기계적 강도를 나타낼 수 있게 된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 전압이 공급되지 않도록 스위치(SW)가 턴오프된 상태일 경우(a), 햅틱 엑츄에이터(135)는 아무런 동작도 하지 않는다. 반면, 전압이 공급되도록 스위치(SW)가 턴온 상태가 될 경우(b), 햅틱 엑츄에이터(135)는 x, y 및 z 축으로 형태의 변형을 일으키며 진동을 발생시킨다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상부 금속판(154)은 햅틱 엑츄에이터(135) 상에 안착된다. 상부 금속판(154)에는 하부 금속판(152) 상에 형성된 기둥부(155)가 노출되도록 관통홀(H)을 갖는다. 즉, 하부 금속판(152) 상에 형성된 기둥부(155)는 상부 금속판(154)에 형성된 관통홀(H)을 통해 노출된다.

그러므로, 하부 금속판(152) 상에 형성된 기둥부(155)는 상부 금속판(154)과 직접 접촉하도록 구성되거나 도 9와 같이 상부 금속판(154)의 관통홀(H)을 통해 노출되도록 구성될 수 있다. 이때, 하부 금속판(152) 상에 형성된 기둥부(155)의 높이에 따라 터치 센서는 기둥부(155)와 점 접촉될 수도 있다. 기둥부(155)와 터치 센서가 직접적으로 접촉하는 경우, 진동 성분은 상부 금속판(154)이 아닌 터치 센서로 바로 전달된다.

<제2실시예>

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치의 개략적인 계층 구조도이고, 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치의 단면 구조도이며, 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치에 포함된 댐퍼를 나타낸 도면이고, 도 13은 댐퍼가 배치된 위치를 보여주는 평면도이며, 도 14는 도 13의 A1-A2 영역의 절단면도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치는 하부 금속판(152), 햅틱 엑츄에이터(135), 쉴드층(156), 터치 센서(115) 및 자판(111)의 순으로 안착된다.

햅틱 엑츄에이터(135)는 도 7에 도시된 바와 같이, 하부전극층(135a), 전기활성고분자층(135b) 및 상부전극층(135c)으로 이루어진다. 하부전극층(135a) 및 상부전극층(135c)은 도시된 바와 같이 판 상의 전극으로 구성되는 것은 물론 다수로 분할된 분할 전극 형태로 구성될 수도 있다.

이를 고려하여, 본 발명의 제2실시예에서 또한 수명적 측면에서 유리한 고무(Rubber)류의 재료를 사용한다. 예컨대, 활성고분자층(135b)은 불소고무(Viton Rubber, Fluro Rubber), NBR(Nitrile-Butadiene Rubber), EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) 및 천연고무 (Natural Rubber)를 포함하는 고무(Rubber)류의 재료 중 하나를 선택하여 축합반응 시킨 후, 최종 200 ~ 300 ㎛의 두께로 전극에 도포하는 방식으로 형성된다.

하부 금속판(152)에는 햅틱 엑츄에이터(135)가 수납되도록 일정 영역이 함몰된 홈(G)이 형성된다. 햅틱 엑츄에이터(135)는 하부 금속판(152)의 홈(G)에 끼워지는 형태로 수납되므로 하부 금속판(152)에 형성된 기둥부(155)와 함께하여 진동 성분을 더욱 강하게 주변으로 전달할 수 있게 된다. 도면에서 137은 햅틱 엑츄에이터(135)와 연결된 회로기판으로서, 회로기판(137)에는 햅틱 제어부(125) 및 전압 증폭부(131)부 실장될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

도 11에 도시된 바와 같이, 하부 금속판(152), 햅틱 엑츄에이터(135), 쉴드층(156), 터치 센서(115) 및 자판(111)은 하부커버(151) 상에 차례대로 안착된다. 상부커버(157)는 하부 금속판(152), 햅틱 엑츄에이터(135), 쉴드층(156), 터치 센서(115) 및 자판(111)이 하부커버(151)에 안착 및 고정되도록 하부커버(151)와 함께 결합 조립된다.

본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치는 하부 금속판(152)과 쉴드층(156)에 의해 상부로 향하는 진동 패스(①)와 측면으로 향하는 진동 패스(②)가 형성된다.

입력장치의 상부로 향하는 진동 패스(①)는 하부 금속판(152)에 형성된 기둥부(155)에 의해 형성된다. 쉴드층(156)은 햅틱 엑츄에이터(135)와 터치 센서(115) 사이에 위치하며, 쉴드층(156)의 저면은 하부 금속판(152) 상에 형성된 기둥부(155)와 접촉된다. 이로 인하여, 햅틱 엑츄에이터(135)로부터 발생된 진동 성분은 하부 금속판(152)을 시작으로 하여 기둥부(155)를 타고 쉴드층(156)을 거쳐 입력장치의 상부면으로 전달된다.

한편, 기둥부(155)는 제1실시예와 같이 햅틱 엑츄에이터(135)와 구분되도록 하부 금속판(152) 상에 형성된다. 기둥부(155)는 햅틱 엑츄에이터(135)가 배치된 영역의 주변에 하나 또는 N(N은 2 이상 정수)개로 형성된다. 기둥부(155)는 쉴드층(156)과 점 접촉할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

쉴드층(156)은 햅틱 엑츄에이터(135)와 터치 센서(115)를 물리적으로 이격시켜 이들 간의 전기적인 신호 간섭이나 노이즈(Noise)를 방지하는 역할을 한다. 즉, 쉴드층(156)은 햅틱 엑츄에이터(135)와 터치 센서(115)를 물리적으로 이격시키는 역할을 함과 더불어 기둥부(155)를 통해 전달된 진동 성분을 입력장치의 상부면으로 전달하는 역할을 겸한다.

입력장치의 측면으로 향하는 진동 패스(②)는 하부 금속판(152)에 의해 형성된다. 하부 금속판(152)은 하부커버(151) 상에 안착된다. 하부 금속판(152)은 햅틱 엑츄에이터(135)로부터 발생된 진동 성분을 입력장치의 하부면으로부터 측면으로 전달시키는 역할을 한다. 햅틱 엑츄에이터(135)는 하부 금속판(152)의 홈(G)에 끼워지는 형태로 수납되므로 이로부터 발생된 진동 성분은 더욱 강하게 주변으로 확산되며 전달된다. 하부 금속판(152)은 알루미늄 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.

실험 결과, 자판을 터치할 때 입력장치의 상부 및 측면으로 향하는 진동 패스(①, ②) 구조에 의해 입력장치는 제1실시예보다 더 높은 진동 세기를 갖게 되는 것으로 나타났다. 그러므로, 사용자는 입력장치를 터치할 때마다 충분한 촉각적인 느낌을 전달받을 수 있을 것이다.

위의 설명을 통해 알 수 있듯이, 하부 금속판(152)은 판 형태를 가지므로 다수의 햅틱 엑츄에이터(135)로부터 진동 성분이 발생할 경우 이들을 모두 수렴하여 하나의 판을 통해 전달할 수 있게 된다. 즉, 하부 금속판(152)은 판 형상을 이루므로 햅틱 엑츄에이터(135)로부터 발생된 진동 성분은 면을 따라 전달된다. 반면, 기둥부(155)는 기둥 형상을 이루므로 햅틱 엑츄에이터(135)로부터 발생된 진동 성분은 점을 따라 전달된다.

도 12에 도시된 바와 같이, 입력장치의 하부커버(151)에 안착되는 구성물은 소프트한 재질의 댐퍼(158)에 의해 기구적으로 체결된다. 실험결과, 하부커버(151)에 안착되는 구성물이 상부커버(157)와 함께 강하게 체결될 경우 진동감이 저하되나 소프트한 재질로 이루어진 댐퍼(158)에 의해 체결될 경우 진동감이 더욱 향상되는 것으로 나타났다.

도 13과 같이 댐퍼(158)는 하부커버(151)에 안착되는 구성물의 기구적인 체결을 위해 하부커버(151)의 주변부에 형성된다. 댐퍼(158)는 하부커버(151)와 상부커버(157) 간의 체결시 조립 강도를 완화하는 역할을 한다.

도 14에 도시된 바와 같이, 댐퍼(158)는 하부 금속판(152) 및 쉴드층(156)의 측면이 접촉하고 터치 센서(115)를 지지하도록 하부 커버(151)에 형성된 돌출부(159)에 끼워진다. 한편, 하부 커버(151)와 상부 커버(157)를 체결할 때에는 진동감을 구속시키지 않기 위해 일정 간격이 이격되록 돌출부(159)를 형성하는 것이 바람직하다.

이상 본 발명은 햅틱 엑츄에이터와 터치 센서 간의 전기적인 신호 간섭을 최소화하고 햅틱 엑츄에이터로부터 발생된 진동 성분을 사용자에게 효과적으로 전달할 수 있는 입력장치를 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 정전 용량 터치 센서를 이용하므로 입력 속도를 향상시킬 수 있고 사용자의 키 입력에 따라 다른 진동감을 주므로 자판의 식별이 용이성을 부여할 수 있는 입력장치를 제공하는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

151: 하부 커버 152: 하부 금속판
135: 햅틱 엑츄에이터 154: 상부 금속판
115: 터치 센서 111: 자판
155: 기둥부 135a: 하부전극층
135b: 전기활성고분자층 135c: 상부전극층
156: 쉴드층 157: 상부 커버

Claims

하부 금속판;
상기 하부 금속판 상에 위치하는 기둥부;
상기 하부 금속판 상에 위치하는 햅틱 엑츄에이터;
상기 햅틱 엑츄에이터 상에 위치하는 상부 금속판; 및
상기 상부 금속판 상에 위치하는 터치 센서를 포함하며,
상기 햅틱 엑츄에이터로부터 발생된 진동 성분은 상기 하부 금속판에 의해 측면 방향으로 전달됨과 더불어 상기 기둥부에 의해 상부 방향으로 전달되고,
상부 금속판은 상기 하부 금속판 상에 형성된 기둥부가 노출되는 관통홀을 포함하며,
상기 기둥부는 상기 터치 센서의 저면과 점 접촉하는 것을 특징으로 하는 입력장치.
제1항에 있어서,
상기 기둥부는
상기 햅틱 엑츄에이터가 배치된 영역의 주변에 하나 또는 N(N은 2 이상 정수)개로 형성된 것을 특징으로 하는 입력장치.
제1항에 있어서,
상기 기둥부는
상기 상부 금속판의 저면과 점 접촉하는 것을 특징으로 하는 입력장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 햅틱 엑츄에이터는
하부전극, 상부전극 및 상기 하부전극과 상기 상부전극 사이에 위치하는 전기활성고분자층을 포함하며,
상기 전기활성고분자층은 불소고무(Viton Rubber, Fluro Rubber), NBR(Nitrile-Butadiene Rubber), EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) 및 천연고무 (Natural Rubber)를 포함하는 고무(Rubber)류의 재료 중 선택된 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 입력장치.
제1항에 있어서,
상기 상부 금속판은
상기 햅틱 엑츄에이터와 상기 터치 센서 간의 전기적인 신호 간섭이나 노이즈를 방지함과 더불어 상기 햅틱 엑츄에이터로부터 발생된 진동 성분을 상부 방향으로 전달하는 것을 특징으로 하는 입력장치.
하부 금속판;
상기 하부 금속판의 일정 영역이 함몰되어 형성된 홈;
상기 하부 금속판의 홈에 끼워지는 햅틱 엑츄에이터;
상기 햅틱 엑츄에이터 상에 위치하는 쉴드층; 및
상기 쉴드층 상에 위치하는 터치 센서를 포함하고,
상기 하부 금속판, 상기 햅틱 엑츄에이터, 상기 쉴드층 및 상기 터치 센서를 수납하는 하부커버와,
상기 하부커버와 결합 조립되는 상부커버와,
상기 하부커버와 상기 상부커버 사이에 위치하며
상기 하부커버와 상기 상부커버 간의 체결시 조립 강도를 완화하도록 소프트한 재질로 이루어진 댐퍼를 포함하는 입력장치.
제7항에 있어서,
상기 하부 금속판 상에 위치하는 기둥부를 포함하며,
상기 햅틱 엑츄에이터로부터 발생된 진동 성분은 상기 하부 금속판에 의해 측면 방향으로 전달됨과 더불어 상기 기둥부에 의해 상부 방향으로 전달되는 것을 특징으로 하는 입력장치.
제8항에 있어서,
상기 기둥부는
상기 햅틱 엑츄에이터가 배치된 영역의 주변에 하나 또는 N(N은 2 이상 정수)개로 형성된 것을 특징으로 하는 입력장치.
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