KR20040091256A - 정전 용량 감지 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화에 따라 작동되는 정전 용량 감지 스위치에 관한 것으로, 특히 사용자가 간편하게 사용할 수 있으며 제작이 간편할 뿐만 아니라 스위치의 작동상태를 사용자가 용이하게 인지할 수 있는 신뢰성있는 모듈화된 정전 용량 감지 스위치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명의 일 양상에 따른 정전 용량 감지 스위치는, 정전 용량 감지 회로부를 구성하는 다수의 회로 소자와 접속 단자가 실장되는 인쇄회로기판(PCB)을 프라스틱 또는 에폭시등으로 몰딩하여 모듈화하되, 상기 인쇄회로기판의 동일면에 도체로 감지면과 기준면을 형성하는 패턴을 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 양상에 따른 정전 용량 감지 스위치는, 정전 용량 감지 회로부를 구성하는 다수의 회로 소자, 접속 단자 및 스위치의 작동에 따라 발광되는 하나 또는 그 이상의 발광다이오드가 실장되며 패턴 형태의 감지면이 일체로 형성된 인쇄 회로 기판(PCB)과; 상기 인쇄 회로 기판이 삽입 고정되는 합성 수지재의 외부 케이스; 및 상기 인쇄 회로 기판의 상측인 외부 케이스의 내부에 몰딩되는 정전 용량 전달체인 광 확산체를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

정전 용량 감지 스위치 {Capacitive Touch Switch}

본 발명은 정전 용량 감지 스위치에 관한 것으로, 특히 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화에 따라 작동되는 모듈화된 정전 용량 감지 스위치에 관한 것이다.

일반적으로, 가전 기기에는 해당 기기의 동작을 제어하는 하나 또는 그 이상의 스위치가 구비되는데, 가전 기기의 용도 및 모양에 따라 고전적인 기계 스위치에서 전자식 원터치 푸쉬 스위치, 멤브러트 스위치 등의 다양한 형태의 스위치가 사용되고 있다.

그러나, 근래에는 가전 기기의 기능뿐만 아니라 그 디자인도 소비자가 제품을 구매하는데 있어서 중요한 인자로 작용함에 따라 보다 심플하고 고품격의 디자인을 갖는 가전 기기의 개발이 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위하여 개발된 것이 정전 용량 감지 스위치, 일명 터치 스위치이다.

정전 용량 감지 스위치는 인체의 접촉에 따라 접촉면과 유전체 사이에 생성되는 정전 용량의 값이 변화한다는 원리를 이용하여 착안된 것으로, 가전 기기의 외장 프레임의 내부에 장착되어 외장 프레임 외부의 인체 접촉을 감지한다. 따라서, 물리적인 힘이 직접적으로 스위치에 가해지지 않기 때문에 물리적인 힘에 의한고장이 없으며, 조립과 장착이 자유롭고 디자인 측면에서 우수성을 가지고 있어 많은 가전 기기에 응용이 가능하다.

종래의 정전 용량 감지 스위치는 인쇄회로기판(PCB)의 일면에 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화를 감지하는 감지 IC를 실장하고, 그 이면에 감지면을 배치하여 사용자가 감지면을 터치하면 동작하도록 구성되어 있다. 이를 본 출원인이 출원한 특허출원 제2002-63692호를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도1은 종래의 정전 용량 감지 스위치가 장착된 가전 기기의 요부를 나타낸 단면도로, 가전 기기의 외장 프레임(2)의 내측에 정전 용량 감지 스위치(3)가 장착되는데, 상기 스위치(3)는 일면에 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화를 감지하는 감지 IC(6)가 실장되고 그 이면에 감지면을 형성하는 금속판(5)이 장착된 인쇄회로기판(4)을 구비한다.

따라서, 사용자가 손가락(1)을 가전 기기의 외장 프레임(2)의 특정 부위에 접촉시키면 인체의 정전 용량으로 인하여 금속판(5)에 대전되는 전하량에 변화가 발생하게 된다. 이 전하량의 변화에 따라 가전 기기의 외장 프레임(2)의 내부에 장착된 감지 IC(6)가 손가락(1)의 접촉 유무를 판단하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 정전 용량 감지 스위치를 구성하기 위해서는 정전 용량 감지 스위치를 위한 별도의 인쇄회로기판을 제작하고, 이 인쇄회로기판을 장착할 수 있도록 가전 기기의 프레임 등에 별도의 구조물을 설치하여야 한다는 불편함이 있었다.

또한, 일반적인 스위치는 스프링의 텐션, 눌림 등을 통해 사용자가 스위치의작동상태를 용이하게 인지할 수 있으나, 상기된 정전 용량 감지 스위치는 그 작동상태를 사용자가 인지하기 어렵다는 문제점이 있었다.

정전 용량 감지 스위치의 작동상태를 사용자가 용이하게 인지할 수 있도록 특허등록 제346266호와 같이 인쇄회로기판에 발광다이오드(LED) 또는 이에 상응하는 발광물체를 장착하려는 시도가 있었으나, 이러한 정전 용량 감지 스위치는 그 구조가 매우 복잡할 뿐만 아니라 복잡한 구조로 인하여 제작이 용이하지 못하다는 문제점이 있었다.

아울러, 종래의 정전 용량 감지 스위치는 기준 정전 용량(Cref)을 수동소자인 세라믹 캐패시터를 이용하여 설정하고, 감지 정전 용량(Cs)을 인체가 접촉되는 금속패턴을 이용하여 설정하는 것이 일반적이나, 이와 같이 구성하면 기준 정전 용량(Cref)을 설정하는 캐패시터의 제작편차, 감지 정전 용량(Cs)을 설정하는 금속패턴의 편차 및 주위환경에 의한 편차 등으로 인해 감지 정전 용량(Cs)과 기준 정전 용량(Cref)의 변화가 서로 다르게 발생하여 순수한 인체 정전 용량(Cbody)에 의한 효과만을 추출할 수 없다. 따라서, 정전 용량 감지 스위치의 감지도의 하락 또는 오동작을 가져올 수 있다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 사용자가 간편하게 사용할 수 있는 신뢰성있는 모듈화된 정전 용량 감지 스위치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 제작이 간편할 뿐만 아니라 스위치의 작동상태를 사용자가 용이하게 인지할 수 있는 모듈화된 정전 용량 감지 스위치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 양상에 따른 정전 용량 감지 스위치는, 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화에 따라 작동되는 정전 용량 감지 스위치에 있어서; 정전 용량 감지 회로부를 구성하는 다수의 회로 소자와 접속 단자가 실장되는 인쇄회로기판(PCB)을 프라스틱 또는 에폭시등으로 몰딩하여 모듈화한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인쇄회로기판의 동일면에 도체로 감지면과 기준면을 형성하는 패턴을 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인쇄회로기판의 일측 단부에 도체를 이용하여 감지부를 형성하되, 상기 감지부가 외부로 노출되도록 프라스틱 또는 에폭시등으로 몰딩하여 모듈화한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 감지부의 형태에 대응하는 결합공이 형성된 감지캡을 더 포함하되, 상기 감지캡은 도전성 물질로 제작되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양상에 따른 정전 용량 감지 스위치는, 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화에 따라 작동되는 정전 용량 감지 스위치에 있어서; 정전 용량 감지 회로부를 구성하는 다수의 회로 소자, 접속 단자 및 스위치의 작동에 따라 발광되는 하나 또는 그 이상의 발광다이오드가 실장되며 패턴 형태의 감지면이 일체로 형성된 인쇄 회로 기판(PCB)과; 상기 인쇄 회로 기판이 삽입 고정되는 합성 수지재의 외부 케이스; 및 상기 인쇄 회로 기판의 상측인 외부 케이스의 내부에 몰딩되는 정전 용량 전달체인 광 확산체를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광 확산체의 상부에 장착되며 상면에는 발광다이오드에서 발생된 빛을 투과시키는 발광면이 형성되고 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 접속되는 감지 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

도1은 종래의 정전 용량 감지 스위치가 적용된 가전 기기의 요부를 나타낸 단면도,

도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 정전 용량 감지 스위치의 사시도,

도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 정전 용량 감지 스위치의 사시도,

도4는 본 발명의 제3실시예에 따른 정전 용량 감지 스위치의 사시도,

도5는 본 발명의 제4실시예에 따른 정전 용량 감지 스위치의 분해 사시도,

도6은 도5에 도시된 스위치가 결합된 상태의 측단면도,

도7은 본 발명의 제5실시예에 따른 정전 용량 감지 스위치의 분해 사시도,

도8은 본 발명의 제6실시예에 따른 정전 용량 감지 스위치의 분해 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 정전 용량 감지 스위치 20 : 인쇄회로기판

21 : 감지면 22 : 기준면

23a∼23c : 입출력 단자 24 : 감지부

25 : 발광다이오드(LED) 30 : 인체

40 : 감지캡 41 : 결합공

50 : 외부 케이스 60 : 확산 에폭시

이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전 용량 감지 스위치를 나타낸 사시도로, 패키지형 정전 용량 감지 스위치를 나타낸 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이, 정전 용량 감지 스위치(10)를 구성하는 인쇄회로기판(20)은 외부영향으로 인한 감지도(Sensitivity)의 변화를 최소화할 수 있는 패턴구조를 갖는다. 즉, 양면 기판인 인쇄회로기판(20)의 저면에는 도시되지 않았지만 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화를 감지하기 위한 감지 IC, 능동 및 수동소자와 함께 다수의 입출력 단자(23a∼23c)가 실장되어 있다.

또한, 그 이면인 인쇄회로기판(20)의 상면에는 소정크기의 도체패턴인 감지면(21)과, 그리고 소정간격 이격되어 이 감지면(21)을 둘러싸고 있는 도체패턴인 기준면(22)이 형성되어 있다. 이처럼 감지면(21)과 기준면(22)을 동일면에 금속패턴으로 형성하면 감지도의 변화를 초래하는 외부 영향이 감지면(21)과 기준면(22)에 동일하게 미침에 따라 결국 순수한 인체 정전 용량(Cbody)에 의한 효과만을 추출할 수 있어 정전 용량 감지 스위치(10)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 인쇄회로기판(20)의 입출력 단자(23a∼23c)가 외부로 노출되도록 프라스틱 또는 에폭시 등으로 몰딩하여 본 실시예에 따른 패키지형 정전 용량 감지 스위치(10)를 완성한다. 이때, 몰딩의 형태는 사용자의 요구, 적용되는 제품에 따라 정전 용량 감지 스위치의 개수, 크기 및 모양 등을 다양하게 구성할 수 있으며, 또한 완성된 정전 용량 감지 스위치(10)의 외측면에 감지면과 부품의 실장면을 구분할 수 있도록 표식을 부가하는 것이 바람직하다.

상기된 정전 용량 감지 스위치(10)는 기준면(22)의 기준 정전 용량(Cref) 보다 감지면(21)의 감지 정전 용량(Cs)과 인체(30)의 접촉에 의해 발생되는 인체 정전 용량(Cbody)의 합이 더 클 경우에 작동된다. 즉, 인체(30)가 감지면(21)에 접촉되기 이전에는 Cs < Cref 형태를 취하지만, 인체(30)가 감지면(21)에 접촉되면 Cs + Cbody > Cref를 만족시킴에 따라 감지 IC는 인체의 접촉을 감지하게 된다.

한편, 적용되는 가전 기기의 종류 및 형태에 따라 정전 용량 감지 스위치의 감지부의 모양을 변형시킬 필요가 있는데, 예를 들어 직접 터치식 스위치 구조의 경우에는 상기된 실시예의 방식을 사용하는 것이 바람직하나 임의의 표면재질을 갖는 케이스의 내부에 장착되어 간접적으로 인체의 접촉을 감지하는 경우에는 감지부의 크기를 증가 또는 감소시키거나, 그 모양을 평면 혹은 곡면으로 변형시킬 필요가 있다.

이를 위해 본 발명은 도3 및 도4에 도시된 제2 및 제3실시예와 같이 인쇄회로기판(20)의 상측에 도체패턴을 이용하여 감지부(24)를 형성하고, 기준 정전 용량(Cref)을 설정하는 미도시된 수동소자를 인쇄회로기판(20)에 실장한 후, 상기 인쇄회로기판(20)의 입출력 단자(23a∼23c)와 감지부(24)가 외부로 노출되도록 프라스틱 또는 에폭시 등으로 몰딩하여 정전 용량 감지 스위치(10)를 구성한다.

또한, 상기 감지부(24)의 형상에 대응하는 결합공(41)이 형성된 소정 형상의 감지캡(40)을 구비하는데, 이 감지캡(40)은 감지도의 향상을 위해 도전성 물질로 제작하거나 접촉면의 밀착율 향상을 위해 도전성 고무 혹은 도전성 스폰치 등으로 제작하는 것이 바람직하다.

또한, 인쇄회로기판의 일측에 금속 핀(pin)을 실장하고 이 금속 핀과 입출력 단자가 외부로 노출되도록 프라스틱 또는 에폭시 등으로 인쇄회로기판을 몰딩한 후, 외부로 노출된 금속 핀을 감지부로 이용하여도 된다.

한편, 도5 및 도6은 본 발명의 제4실시예에 따른 정전 용량 감지 스위치를 나타낸 도면으로, 스위치의 작동상태를 사용자가 용이하게 인지할 수 있도록 발광다이오드(LED)가 인쇄회로기판에 실장된 정전 용량 감지 스위치를 나타낸 것으로, 도5는 정전 용량 감지 스위치의 분해 사시도이고, 도6은 도5에 도시된 정전 용량 감지 스위치가 결합된 상태의 측단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(20)의 저면에는 도시되지 않았지만 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화를 감지하기 위한 감지 IC, 능동 및 수동소자와 함께 다수의 입출력 단자(23a∼23c)가 실장되어 있다.

또한, 그 이면인 인쇄회로기판(20)의 상면에는 소정크기의 도체패턴인 감지면(21)이 형성되어 있으며, 또한 스위치(10)의 작동상태를 사용자가 인지할 수 있도록 빛을 발광하는 하나 또는 그 이상의 발광다이오드(LED)(25)가 실장되어 있다.

이와 같이 구성된 인쇄회로기판(20)을 상방측이 개방된 외부 케이스(50)의 내부에 장착하고 그 상부에 발광다이오드(LED)(25)에서 발생된 빛을 균일하게 발산하는 정전 용량 전달체인 확산 에폭시(60)를 채운다. 이때, 감지면(21)의 상부에 채워지는 확산 에폭시(60)의 두께는 발광영역에 따라 다르게 적용할 수 있으나, 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화가 인쇄회로기판(20)의 감지면(21)에 의해 충분히 감지될 수 있는 두께로 채워진다.

한편, 감지면(21)의 면적이 좁은 경우에는 확산 에폭시(60)에 의해 감지도가 감소될 수 있는데, 이때에는 도7 및 도8에 도시된 본 발명의 제5 및 제6실시예와 같이 별도로 제작된 금속제의 감지 프레이트를 이용하여 정전 용량 감지 스위치의 감지도의 저하를 막을 수 있다.

즉, 도7에 도시된 것처럼 하방측이 개방되고 상면에는 빛을 투과시키는 발광면(62)이 형성된 통형상의 감지 플레이트(60)의 하단부에 이 감지 플레이트(60)를 인쇄회로기판(20)에 고정하기 위한 다수의 고정편(61)을 형성하고, 인쇄회로기판(20)에는 이 고정편(61)에 대응하는 다수의 장착공(26)을 형성하였다. 따라서, 인쇄회로기판(20)의 장착공(26)에 감지 플레이트(60)의 고정편(61)을 삽입하고 납땜 등을 통해 고정하면 이 감지 플레이트(60)는 인쇄 회로 기판(20)과 전기적으로 접속된다.

또한, 도8에 도시된 것처럼 중앙부에 발광면(73)이 형성된 금속판(71)의 각단부측에 이 금속판(71)과 일체로 절곡 가능한 고정 다리(72)를 형성한 후, 이 고정 다리(72)를 인쇄회로기판(20)의 장착공(26)에 삽입하여 납땜 등을 통해 고정하면 인쇄회로기판(20)과 감지 플레이트(70)가 전기적으로 접속된다.

이와 같이 감지 플레이트(60,70)를 사용하면 넓은 감지 면적이 형성됨에 따라 확산 에폭시(60)에 의한 감지도의 저하를 방지할 수 있어 제공함에 따라 보다 안정적으로 정전 용량의 변화를 검출할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화에 따라 작동되는 모듈화된 정전 용량 감지 스위치를 제공한다. 따라서, 제품의 설계 및 제작이 용이하여 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 안정된 동작성을 얻을 수 있다는 이점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로 부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야할 것이다.

Claims (6)

1. 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화에 따라 작동되는 정전 용량 감지 스위치에 있어서;

   정전 용량 감지 회로부를 구성하는 다수의 회로 소자와 접속 단자가 실장되는 인쇄회로기판(PCB)을 프라스틱 또는 에폭시등으로 몰딩하여 모듈화한 것을 특징으로 하는 모듈화된 정전 용량 감지 스위치.
2. 제1항에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 동일면에 도체로 감지면과 기준면을 형성하는 패턴을 형성한 것을 특징으로 하는 모듈화된 정전 용량 감지 스위치.
3. 제1항에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 일측 단부에 도체를 이용하여 감지부를 형성하되, 상기 감지부가 외부로 노출되도록 프라스틱 또는 에폭시등으로 몰딩하여 모듈화한 것을 특징으로 하는 모듈화된 정전 용량 감지 스위치.
4. 제3항에 있어서, 상기 감지부의 형태에 대응하는 결합공이 형성된 감지캡을 더 포함하되, 상기 감지캡은 도전성 물질로 제작되는 것을 특징으로 하는 모듈화된정전 용량 감지 스위치.
5. 인체의 접촉에 따른 정전 용량의 변화에 따라 작동되는 정전 용량 감지 스위치에 있어서;

   정전 용량 감지 회로부를 구성하는 다수의 회로 소자, 접속 단자 및 스위치의 작동에 따라 발광되는 하나 또는 그 이상의 발광다이오드가 실장되며 패턴 형태의 감지면이 일체로 형성된 인쇄 회로 기판(PCB)과;

   상기 인쇄 회로 기판이 삽입 고정되는 합성 수지재의 외부 케이스; 및

   상기 인쇄 회로 기판의 상측인 외부 케이스의 내부에 몰딩되는 정전 용량 전달체인 광 확산체를 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 정전 용량 감지 스위치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 광 확산체의 상부에 장착되며 상면에는 발광다이오드에서 발생된 빛을 투과시키는 발광면이 형성되고 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 접속되는 감지 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 정전 용량 감지 스위치.