KR20090018094A

KR20090018094A - 가상 이미지를 가진 키패드

Info

Publication number: KR20090018094A
Application number: KR1020087029737A
Authority: KR
Inventors: 찰스 에이. 마틸라; 존 티. 스트랜드; 앨런 지. 훌메-로위; 마이클 벤톤 프리; 존 에스. 후이징가; 제임스 엔. 돕스; 서지 젤스; 글렌 에이. 제리; 제니퍼 알. 이; 윌리엄 알. 더들리
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2009-02-19
Also published as: BRPI0712226A2; EP2024801A2; CN101460914A; WO2007146634A2; CN101460914B; WO2007146634A3; EP2024801B1; JP2009540440A

Abstract

사용자에게 키패드 표면의 실제 평면과는 다른 평면에 있는 것으로 보이는 떠 있는 가상 이미지를 가진 키패드가 제공된다. 보다 구체적으로, 키패드 상의 표지는 장치의 표면의 위 또는 아래에 떠 있는 것으로 보인다. 키패드는 예컨대 휴대 전화기의 키패드일 수 있다. 이러한 응용의 경우, 키패드 상에 표지들의 하나 초과의 어레이가 있을 것이다. 예를 들어, 0에서부터 9까지의 숫자를 제공하는 10개의 표지 어레이들과 * 및 # 키의 가상 이미지를 제공하는 2개의 추가 어레이가 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 키패드는 표지를 밝혀주는 조명원과 합체된다. 본 발명은 또한 떠 있는 가상 이미지를 가진 키패드를 제조하는 방법을 제공한다.

키패드, 필름, 표지 어레이, 렌즈 어레이, 가상 이미지

Description

가상 이미지를 가진 키패드{KEYPAD WITH VIRTUAL IMAGE}

관련 출원

본 특허는 2006년 6월 6일에 출원되고 발명의 명칭이 가상 이미지를 가진 키패드인 미국 가특허 출원 제60/804,009호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명은 전기 키패드 및 터치 패널에 관한 것으로, 보다 구체적으로 키패드의 외관상 표면(apparent surface)의 위 또는 아래에 가상 이미지로서 나타나는 표지(indicia)를 제공하는 장치에 관한 것이다.

노트북 컴퓨터, PDA, 휴대 전화기 등과 같은 휴대용 전자 장치의 현재 추세는 더 작고, 더 얇고, 더 가벼운 요소 및 장치이다. 더욱이, 이러한 소형 전자 패키지 내에 대면적 디스플레이 및 종종 다수의 액티브 컬러 디스플레이를 갖고자 하는 욕구가 있다. 데이터 입력 패드 또는 키패드는 두께, 무게, 외관, 및 공간의 다기능적 이용 면에서 실용성을 향상시킬 수 있는 기회를 제공한다. 일반적인 몇몇 유형의 키패드에 대해 간단히 후술한다.

전형적으로, 얇은 키패드는 얇은 중합체 또는 금속 시트 재료 또는 이들 재료의 복합 라미네이트(composite laminate)로부터 성형, 열성형, 다이 커팅(die cut) 또는 스탬핑된다. 표지는 전형적으로 키패드의 표면에 인쇄된다. 일부 경우에, 키패드는 투명 또는 반투명이어서 후방 조명(backlit)될 수 있다. 그러나, 얇고 가볍지만, 이들 키패드는 대체로 평평하게 보인다.

흔히 "칙릿(Chicklet)" 스타일 키패드라고도 하는 두꺼운 키패드는 전형적으로 가요성 중합체로 사출성형되거나 중합체 또는 금속 분말로 압축 성형된다. 표지는 다중 샷(multiple shot) 성형을 이용하여 사출 성형 공정 중에 키에 포함되거나, 성형 중에 키의 표면 내에 형성되거나, 또는 성형 후에 키의 표면에 인쇄될 수도 있다. 또한, 투명 또는 반투명 키패드 키는 뒤로부터 조명될 수 있다. 그러나, 이들 두꺼운 키패드는 종종 얇은 전자 패키지 안에 적합하기가 어렵다.

터치 감응 기술을 이용한 키보드는 도전 전극들 사이의 저항성 접촉을 감시하는 종류 및 사용자의 손가락과 키패드 전극 사이의 용량성 결합을 검출하는 종류를 포함한다. 정전용량 기술의 예시적인 일 예는 3M 터치 시스템즈(3M Touch Systems)가 제조한 용량성 터치 스크린 검출 보드(예컨대, 클리어테크(ClearTek)라는 이름으로 구매 가능한 3M의 터치 스크린)로 구현된다. 이 검출 보드는 키패드 버튼 전극에 AC 전기 신호로 전압을 가한다. 손가락 또는 다른 도전 물체가 전극에 접근하면, 용량성 결합이 전극으로부터의 전류를 도전 물체를 통해 접지(ground)로 연결한다. 검출 보드 상의 고감도 검출 회로는 이 전류를 측정하고 출력 신호를 전자 장치에 전달한다. 이러한 터치 감지 시스템의 한가지 이점은 각각의 키패드 버튼 위치에 하나의 전극만을 필요로 한다는 점이다. 전기 저항에 기초하는 버튼 스위치는 버튼마다 두 세트의 전극 또는 대안적으로 버튼 전극에 인접 하게 위치된 다른 필름 상에 배치된 도전성 층을 필요로 할 수 있다.

얇고 투명한 감압성 디스플레이 패널을 가진 키보드는 발명의 명칭이 가상 키보드인 나카가와(Nakagawa)의 미국 특허 제7,034,806호에 개시되어 있다. 전술한 3M 터치 시스템즈의 것과 같은 터치 감응 검출 장치는 액티브 디스플레이에 장착될 때 유사한 실용성을 제공할 수 있다. 디스플레이 패널 상의 키패드는 키 지정(key designation)의 동적 재배치를 가능하게 한다. 그러나, 키패드는 대체로 평평한 것으로 나타난다. 향상된 키패드가 바람직하다.

본 발명은 사용자에게 키패드 장치의 실제 평면과는 다른 평면에 있는 것으로 보이는 가상 이미지를 가진 키패드를 제공한다. 보다 구체적으로, 키패드 상의 표지는 장치의 표면의 위 또는 아래에 떠 있는 것으로 보인다. 키패드는 예컨대 휴대 전화기의 키패드일 수 있다. 이러한 응용의 경우, 키패드 상에 표지들의 하나 초과의 어레이가 있을 것이다. 예를 들어, 0에서부터 9까지의 숫자를 제공하는 10개의 표지 어레이들과 * 및 # 키의 가상 이미지를 제공하는 2개의 추가 어레이가 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 키패드는 표지를 밝혀주는 조명원과 합체된다. 본 발명은 또한 떠 있는 표지를 가진 키패드를 제조하는 방법을 제공한다.

도 1은 필름의 실제 평면 위에 위치된 가상 평면에 표지의 양식화된 표현(stylized representation)을 가진 예시적인 키패드 필름의 사시도.

도 2는 필름의 실제 평면 아래에 위치된 가상 평면에 표지의 양식화된 표현 을 가진 예시적인 키패드 필름의 사시도.

도 3은 하나는 필름의 실제 평면 위에 위치되고 다른 하나는 필름의 실제 평면 아래에 위치된 2개의 가상 평면에 표지의 양식화된 표현을 가진 예시적인 키패드 필름의 사시도.

도 4는 도 3의 필름을 통해 본 단면도.

도 5는 필름의 다른 면 상의 표지 위에 위치된 필름의 한 면 상의 단일 광학 요소의 사시도.

도 6은 연관된 어레이 내의 3개의 표지 요소들 위에 위치된 어레이 내의 3개의 렌즈 요소들의 단면도.

도 7a는 가상 이미지 키패드 필름의 일부에 대한 다수의 표지 어레이의 양식화를 도시한 도면.

도 7b는 가상 이미지 키패드 필름의 일부에 대한 렌즈 요소 어레이의 양식화를 도시한 도면.

도 7c는 가상 이미지 키패드 필름의 전체 표면을 덮은 렌즈 요소들의 연속 어레이 내의 렌즈 어레이 요소를 도시한 도면.

도 8은 예시적인 가상 이미지 키패드 어셈블리의 단면도.

도 9는 도 8의 용량성 터치 키패드 어셈블리에 대한 회로 기판을 도시한 도면.

도 10은 예시적인 백라이트 터치 감응 가상 이미지 키패드 어셈블리를 도시한 도면.

도 11은 가상 이미지 요소들을 가진 예시적인 동적으로 프로그래밍가능한 터치 감응 키패드 어셈블리를 도시한 도면.

도 12는 가상 이미지 키패드 필름의 예시적인 실시예의 사진.

흔히 3차원 자동 입체 이미지라고도 알려진, 자연스럽게 볼 수 있는 3차원 이미지를 제공하는 기본 원리들 중 일부가 알려져 있다. 렌즈의 초점면 가까이에 위치된 동일 물체들 또는 표지들의 어레이를 보는 데 렌즈 어레이가 사용될 때, 가상 이미지가 존재하는 것은 알려져 있다. 또한, 렌즈 어레이가 동일 물체들의 어레이와 다른 피치 또는 반복 길이(repeat length)를 갖고 있으면, 어느 정도의 확대가 발생할 것이고, 가상 이미지는 관측자(viewer)에게는 실제 위치와는 다른 평면에 있는 것으로 보이는 것도 알려져 있다. 이러한 현상은 모아레 확대(

magnification)로 불려 왔다. 기본 원리에 관한 논의는 문헌["The

magnifier," M.C. Hutley et al, Pure Appl. Opt. 3 (1994) 133-142]에서 찾아 볼 수 있다. 추가적인 배경은 문헌["Properties of

magnifiers," H. Kamal, et al, Opt. Eng. 37(11) 3007-3014 (1998.11)]에서 찾아 볼 수 있다.

기본적으로, 모아레 확대 효과는 표지의 약간 이동된 이미지를 관측자의 각각의 눈에 제공함으로써 달성된다. 이들 이동된 이미지는 사용자에 의해 표지가 패터닝된 물리적 평면과는 다른 위치에 있는 것으로 해석된다. 보안 문서에서의 모아레 확대기(magnifier)의 이용은 발명의 명칭이 "향상된 광학 가변 장치"인 커맨더(Commander) 등의 국제 공개 WO 2005/106601호에서 논의되어 있으며, 이는 참 고로 본 명세서에 포함된다.

이제 도 1을 참조하면, 가상 이미지 키패드 필름(100)의 일 예시적인 실시예가 전화 번호를 입력하는 데 사용되는 숫자 키들을 대표하는 표지들을 가지는 것으로 도시되어 있다. 표지의 가상 이미지가 키패드 필름(100)의 물리적 평면 위의 평면(101)에 떠 있는 것으로 보이는 상태로 관측자(102)가 키패드를 보는 것으로 도시되어 있다. 도 1은 본 명세서를 읽는 사람이 가상 오프셋(virtual offset)의 정도 및 방향에 대한 개념을 이해하도록 하기 위해 키패드 필름(100)의 하부 평면에 겉보기 표지(apparent indicia)를 양식화한다. 본 발명과 관련하여, 예컨대 가상 이미지 평면(101)에 도시된 숫자 "1"의 가상 이미지를 생성하는 하나의 큰 숫자 "1"은 없다. 보다 구체적으로 후술하는 바와 같이, 각각의 숫자는 본 명세서를 읽는 사람에 대해 키패드 필름(100)의 하부 표면 상에 편리하게 위치된 실제 이미지들의 어레이에 의해 생성된다. 각각의 표지 어레이 내의 숫자들은 너무 작아서 도 1의 척도로 전달할 수 없다.

도 2를 참조하면, 가상 이미지 키패드 필름(100)의 다른 예가 키패드 필름(100)의 물리적 평면 아래의 가상 이미지 평면(103)에 가라앉아 있는 표지를 도시한다. 위의 도 1과 유사한 방식으로, 도 2는 본 명세서를 읽는 사람이 가상 오프셋의 정도 및 방향에 대한 개념을 이해하도록 키패드 필름(100)의 하부 평면에 겉보기 표지를 양식화한다. 표지는 가상 이미지(103)를 생성하는 키패드 필름(100)의 상부 표면 상의 광학 요소를 통해 볼 수 있는 바와 같이 매우 작은 숫자로 된 12개의 개별 어레이로 구성된다.

도 3에서, 가상 이미지 키패드 필름(100) 상의 표지의 떠 있는 가상 이미지(101) 및 가라앉아 있는 가상 이미지(103)를 관측자(102)가 볼 수 있다. 이 도면에서, 2개의 가상 이미지 평면(101, 103)을 생성하는 어레이는 도면을 정돈 상태로 유지하기 위해 나타나 있지 않다. 도시된 실시예에서 떠 있는 가상 이미지(101)와 가라앉아 있는 가상 이미지(103)가 동일하더라도, 이 이미지들은 마찬가지로 서로 다를 수도 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 휴대 전화기의 키보드의 맥락에서 떠 있는 이미지(101)는 숫자일 수 있지만, 가라앉아 있는 이미지(103)는 숫자에 대응하는 문자일 수 있다. 또한, 각각의 평면 상의 이미지들은 서로 다른 색상으로 디스플레이되거나 서로 다른 시간에 조명될 수 있음을 이해해야 한다.

도 4에서, 필름의 일 표면 상에 광학 렌즈 요소(405)가 배치되고 다른 표면 상에 표지(404)들의 어레이가 배치된 상태로 가상 이미지 키패드 필름(400)을 통해 본 단면도가 도시되어 있다. 이 필름의 관측자(403)는 가상 이미지 키패드 필름(400)의 평면 위로 떠 오르거나 아래로 가라앉은 것으로 보이는 표지(404)의 크게 확대된 가상 이미지들(402 또는 401)의 겉보기 위치와 함께 표시되어 있다.

도 5에는, 하나의 광학 구면 또는 비구면 렌즈 요소(500)가 숫자 2로 표현된 표지(501)와 함께 사시도로 도시되어 있다. 렌즈 요소(500)는 키패드 필름(504)의 상부 표면(502) 상에 배치되는 반면, 표지(501)는 하부 표면(503) 상에 배치된다. 숫자 2의 모아레 확대된 가상 이미지를 생성하기 위해, 다수의 렌즈 요소 및 표지가 키패드 필름의 상부 표면 및 하부 표면을 덮은 그리드 어레이(grid array)로 나란히 배열되게 된다(도 7a 참조). 어레이 내에서 반복되는 렌즈 요소들 또는 표지 들 사이의 간격 또는 피치는 10 마이크로미터만큼 작거나 300 마이크로미터만큼 클 수 있는데, 약 25 마이크로미터와 180 마이크로미터 사이의 피치가 특히 편리한 것으로 생각된다.

도 5에서, 표지(501)는 작은 픽셀 요소(505)로 구성되는 것으로 양식화되어 있다. 이러한 양식화(stylization)는 본 명세서를 읽는 사람이 모아레 확대의 원리에 관한 개념을 이해하는 데에 도움이 되는 것을 의미하며, 실제로 표지(501)는 주조(casting) 또는 인쇄(printing)와 같은 공정을 이용하여 원활한 연속적인 방식으로 형성되게 된다. 렌즈 요소(500)의 대칭 축을 통해 그린 직교 라인(506, 507, 508)은 표지(501)의 특별한 위치(505)에서의 렌즈 요소의 정렬(alignment) 또는 정합(registration)을 나타낸다. 표지의 날카로운 확대 이미지를 얻기 위해, 도시된 실시예에서 구면 또는 비구면 렌즈 요소(500)의 초점면은 실질적으로 표지의 평면에 위치된다. 그러나, 이것이 필수적인 것은 아니다. 이러한 포커싱 요건은 키패드 필름(504)의 두께에 대한 주의 깊은 제어를 요구한다는 것을 이해해야 한다.

도 6에는, 렌즈 요소(600, 601, 602)의 단면도가 가상 이미지 키패드 필름(610)에서 표지(603, 604, 605)의 위에 있는 것으로 도시되어 있다. 표지(603, 604, 605)는, 예를 들어, 도 5의 표지(501) (예컨대, 숫자 2의 이미지)와 동일할 수 있다. 게다가, 렌즈 요소(600, 601, 602)는 도 5의 렌즈 요소(500)와 동일할 수 있다. 도 6의 렌즈 요소는 필름(610)의 상부 표면(606)에 어레이로 배치되어 있고 표지는 바닥 표면(607)에 어레이로 배치되어 있다. 도 5에서와 같이, 표지는 작은 픽셀 요소(609)로 양식화되며, 여기서 실제로 표지는 원활한 연속적인 방식으 로 제조되게 된다. 도 6의 픽셀 요소(609)는 본 명세서를 읽는 사람이 렌즈 요소와 표지 사이의 정렬을 더 잘 식별할 수 있도록 1, 2, 3 … 6으로 열거되어 있다. 각 렌즈 요소(600, 601, 602)의 초점 중심을 나타내기 위해 점선(608)이 그려져 있다. 도 6에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 렌즈 요소(600)는 표지(603)의 픽셀 4 위에 중심이 있고, 렌즈 요소(601)는 표지(604)의 픽셀 3 위에 중심이 있으며, 렌즈 요소(602)는 표지(605)의 픽셀 2 위에 중심이 있다. 이러한 렌즈 요소 및 표지의 어레이들 사이의 작지만 점진적인 피치 불일치(mismatch)는 모아레 확대의 효과를 낳는다. 주어진 피치 불일치의 경우 달성될 수 있는 확대의 양에 대한 계산상 세부 사항은 전술한 참고 문헌에 주어져 있다. 키패드 필름(610)의 광학 굴절률과 같은 다른 인자들은 얻어진 모아레 확대의 양에 또한 영향을 미칠 것이다.

렌즈 요소 어레이의 간격 또는 피치가 도 6에 도시된 바와 같이 표지 어레이의 피치보다 약간 작다면, 확대된 가상 이미지는 키패드 필름(610)의 평면 위로 떠 있는 것으로 보일 것이다. 렌즈 요소의 피치가 표지의 피치보다 약간 크다면, 확대된 가상 이미지는 키패드 필름 아래로 가라앉아 있는 것으로 보일 것이다.

렌즈 요소(600, 601, 602)와 표지(603, 604, 605) 어레이 사이의 주의 깊은 정렬 또는 정합이 원하는 가상 이미지를 얻는 데 사용된다는 것을 이해할 수 있다. 실제로, 렌즈 요소의 정합 오차는 사용되는 어레이 피치 간격의 약 10 퍼센트 이하만큼 이상적인 위치에서 벗어나야 하지만, 이것은 필수적인 것은 아니다. 마찬가지로, 렌즈 요소의 형상 및 키패드 필름(610)의 전체 두께의 주의 깊은 제어는 날카롭게 포커싱된 가상 이미지를 생성하기 위해 필요로 하나, 이것은 필수적인 것은 아니다.

도 7a에, 가상 이미지 키패드 필름(700)의 일부에 대한 표지 어레이(702)의 양식화가 도시되어 있다. 이들 표지 어레이는 도 5에 도시된 키패드 필름(504)의 바닥 표면(503)에 배치되게 된다. 도시된 실시예에서 표지가 키패드 필름의 바닥 표면(503)으로부터 돌출되더라도, 대안적인 실시예에서 표지가 키패드 필름의 바닥 표면(503) 내에 오목하게 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 오목하게 형성된 표지는 특히 착색제로 코팅되도록 개량될 수 있어, 컬러 외관을 가진 표지로 이어질 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 도면을 정돈 상태로 유지하면서 모아레 확대 방법의 개념(idea)을 전달하기 위해 키패드에 대해 표지(701)가 확대된 척도로 도시되어 있다. 더욱이, 대표적인 개수의 표지들만이 도시되어 있고, 연속 점이 어레이의 나머지를 나타내고 있다. 복수의 표지가 각각의 키패드 기호(symbol)에 응답하여 블록 어레이(702) 내에 배열되어 있다. 이들 블록 어레이 간의 간격(705, 706)은 하나의 키패드 위치의 가상 이미지와 그 인접 이미지 사이의 시각적 간섭을 방지하는 데 도움이 된다. 블록 어레이(702) 내의 표지들 간의 간격(703, 704)은 도 5 및 도 6에서 이전에 설명된 바와 같이 얻어지는 모아레 확대의 정도에 영향을 미친다. 전형적인 실시예에서, 2개의 직교 어레이 축을 따르는 간격(703, 704)은 동일하지만, 도 7b에서 렌즈 요소(710)의 간격(712, 713)을 조절함으로써 서로 다른 간격이 수용될 수 있다. 일부 가상 이미지들이 키패드 필름(700)의 평면 위로 떠 있거나 또는 그 아래로 가라앉아 있을 수 있도록 서로 다른 블록 어레이(702)에 대 해 표지 간격(703, 704)을 변경하는 것이 바람직할 수도 있다.

도 7b에, 가상 이미지 키패드 필름(700)의 일부에 대한 렌즈 요소 어레이(711)의 양식화가 도시되어 있다. 이들 렌즈 요소 어레이는 도 5에 도시된 키패드 필름(504)의 상부 표면(502) 상에 배치되게 된다. 도 7a의 표지(701)와 유사하게, 렌즈 요소(710)는 도면을 정돈 상태로 유지하기 위해 키패드에 대해 확대된 척도로 도시되어 있다. 대표적인 개수의 렌즈 요소들만이 도시되어 있고, 연속 점이 어레이의 나머지를 나타내고 있다. 도 7b에서, 표지들은 각각의 키패드 기호에 대해 블록 어레이(711) 내에 배열되고 각각의 키패드 위치 아래에 위치된다. 이들 블록 어레이들 간의 간격(705, 706)은 인접 가상 이미지들 간의 시각적 간섭을 방지하는 데 도움이 된다. 일부 실시예들에서, 렌즈 또는 표지의 어레이들 간에 간격이 없음을 이해해야 한다. 다른 실시예들에서는, 표지의 어레이들 간에는 간격이 있으나, 렌즈의 어레이들 간에는 간격이 없다. 또 다른 실시예들에서, 렌즈의 어레이들 간에는 간격이 있으나, 표지의 어레이들 간에는 간격이 없다. 렌즈 요소들 간의 간격(712, 713)은 도 7a의 표지들 간의 간격(703, 704)과 함께 도 7a의 표지의 모아레 확대의 정도를 주로 결정한다. 표지 간격에 대한 렌즈 요소의 간격은 또한 가상 이미지가 키패드 필름(700)의 위 또는 아래에 떠 있는 것으로 보일지를 결정한다. 일부 가상 이미지들은 떠 있고 다른 이미지들은 가라앉아 있도록 블록 어레이(711)들 간의 렌즈 요소 간격을 변경하는 것이 바람직할 수도 있다.

도 7b에 도시된 바와 같이 렌즈 어레이 요소를 개별 블록 어레이(711) 내에 배치하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 도 7c에, 렌즈 요소(710)의 연속 어레 이가 가상 이미지 키패드 필름(700)의 전체 표면을 덮는 것으로 도시되어 있다. 도 7a에 도시된 표지의 간격(703, 704)과 함께 렌즈 요소 어레이의 2개의 직교 축들 간의 간격(721, 722)은, 얻어진 모아레 확대의 정도 및 형성된 가상 이미지들이 키패드 필름(700)의 표면 위로 떠 있거나 또는 아래로 가라앉아 있는 것으로 보일지에 대한 결정 인자이다.

도 8에, 가상 이미지 키패드 어셈블리(800)의 단면도가 도시되어 있다. 어셈블리의 바닥에는 상기 층들에 대한 기계적 및/또는 구조적 지지를 제공하는 기판(801)이 있다. 또한, 기판(801)이 프로그래밍가능 소프트 키의 키패드 또는 디스플레이를 후방 조명하는 것과 같은 다른 실용성을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 연성 인쇄 회로(flexible printed circuit; FPC)(802)가 기판(801) 위에 배치되고 각각의 키패드 버튼에 대한 전극 패드(803)를 제공한다. 대안적으로, 전극 패드는 기판(801) 상에 직접 증착될 수 있고, FPC(802)는 생략될 수 있다. 광학적으로 투명한 전극 패드는 키패드 어셈블리를 통한 광 투과가 요망되는 경우 사용될 수 있다. 사용자에 대한 촉각적 피드백(tactile feedback)을 제공하기 위해 돔형 필름(804)이 FPC 위에 있다. 적합한 중합체 또는 금속 시트 재료로 돔(805)을 생성하기 위해 열성형 또는 스탬핑과 같은 공정이 사용될 수 있다. 돔형 필름(804)은 촉감이 필요하지 않은 경우에는 선택적으로 생략될 수 있다. 가상 이미지 키패드 필름(806)은 돔형 필름(804) 위에 배치되며, 표지(807)의 어레이는 각각의 키패드 버튼 위치에 위치된다. 도 8에 도시되지 않은 선택적인 투명 커버 필름 또는 코팅은 물리적 손상을 방지하거나 세척하기 쉬운 상부 표면을 제공하기 위해 가상 이미지 필름(806) 상에 위치될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 연성 인쇄 회로 기판은 물리적인 접촉 없이 작동될 수 있는 유형일 수 있다. 예를 들어, 회로는 사용자의 손가락의 존재를 검출하도록 구성될 수 있다. 이러한 회로는 "http://www.qprox.com/"의 퀀텀 리서치 그룹(Quantum Research Group)과 같은 다양한 공급처로부터 구매 가능하다.

도 9에, 도 8의 키패드 어셈블리(800)의 용량성 터치 실시예용의 회로 기판(900)이 도시되어 있다. 전극(901)은 각각의 키패드 버튼 위치에 도시되어 있다. 도전성 전기 회로는 이들 전극을 3M 터치 시스템즈에 의해 제조된 용량성 터치 스크린 검출 보드와 통신하는 일 세트의 도체 패드(802)에 연결한다. 이들 전기 회로를 도 9에서는 볼 수 없는데, 전기 회로가 회로 기판(900)의 표면을 덮는 흑색의 유전성 코팅(903)에 의해 가려지기 때문이다.

도 10에, 예시적인 백라이트 터치 감응 가상 이미지 키패드 어셈블리(1000)가 예시되어 있다. 어셈블리는 도 8에 도시된 것과 유사한 터치 감응 성능을 제공하기 위해 전극(1002)을 가진 박막 광 도파로 장치(1001)를 갖는다. 선택적으로, 램프(1004)로부터 도파로 필름으로의 광의 주입을 개선하기 위해 광학 구조(1003)가 포함될 수도 있다. 편리한 광원으로서 발광 다이오드(LED)가 사용될 수도 있다. 박막 광 도파로는 사출 성형, 스탬핑, 열성형, 인쇄 또는 주형 복제(cast replication)와 같은 방법에 의해 제조될 수 있다. 가상 이미지 키패드 필름(1005)은 광 도파로(1001)의 상부에 배치된다. 도 4 내지 도 7과 유사하게, 광학 렌즈 요소(1006)의 어레이는 가상의 떠 있거나 또는 가라앉아 있는 이미지들이 모아레 확대 원리를 통해 형성되도록 표지(1007)의 어레이 위에 주의 깊게 정렬된다. 도 10에서, 표지의 어레이는 박막 광 도파로 장치(1001)로부터 광을 추출하고자 하는 추가적인 목적에 도움이 된다. 게다가, 일부 실시예들에서, 표지는 도파로 내의 유일한 광 추출 특징부이다. 도파로로부터의 광의 추출을 개선하는 데 광학용 접착제 또는 코팅과 같은 커플링제(coupling agent)가 사용될 수 있다.

키패드를 구성하는 방법들이 많이 있지만, 렌즈 및 표지 어레이를 생성하기 위해 양면 연속 주조 및 경화 공정(2S3C)의 정밀 정합 성능을 이용하는 것이 편리하다는 것을 이해할 수 있다. 이러한 공정을 간단히 요약하면, 투명 재료의 층은 단량체 또는 올리고머 전구체로부터의 주조에 의해 중합체로 형성되고, 표지 및 광학 요소는 주조 중에 형성된다. 이러한 유형의 적합한 일 공정은 발명의 명칭이 "정합시 양면 패터닝된 웨브를 제조하는 장치 및 방법"(Apparatus and method for producing two-sided patterned webs in registration)이고 본 출원과 함께 계류 중이며 공동 양도된 험리섹(Humlicek) 등의 미국 특허 출원 제20050051931호에 기재되어 있다. 이에, 이 문서는 마치 고쳐 쓰인 것처럼 참고로 포함된다. 참고된 공정은 광학적으로 투명한 박막 재료의 주요 면의 각각에 광학 렌즈 요소 및 표지와 같은 매우 작은 특징부를 가진 투명 필름을 제공할 수 있다. 또한, 이들 특징부는 2개의 주 표면들 사이에서 정합 정도가 높은데, 이는 본 발명과 관련하여 이상적이다. 그러나, 표지 또는 광학 요소의 형성은 대안적으로 엠보싱(embossing), 사출 성형에 의해 달성될 수 있다. 어블레이션(ablation) 또는 에칭(etching)과 같은 제거 공정이 또한 사용될 수 있다. 표지는 인쇄에 의해 추가로 적용될 수 있 다. 이 방법은 가상 이미지 키패드 필름(1005)과 광 도파로(1001) 사이에 정밀 정렬을 필요로 하지 않는다. 도 10에서, 표지의 어레이는 박막 광 도파로 장치(1001)로부터 광을 추출하고자 하는 추가적인 목적에 도움이 된다. 도파로로부터의 광의 추출을 개선하는 데 광학용 접착제 또는 코팅과 같은 커플링제가 사용될 수 있다.

도시된 실시예에서, 조명된 표지는 관측자(1010)에게 키패드 어셈블리(1000)의 평면 위로 떠 있는 표지의 크게 확대된 이미지(1009)로서 보일 것이다. 박막 광 도파로(1001)를 통한 광선(1008) 트레이스(trace)의 양식화된 표현이 도시되어 있다. 렌즈 어레이 및 표지의 간격에 따라 조명된 가상 이미지(1009)가 또한 키패드 어셈블리(1000)의 평면 아래에 가라앉아 있는 것으로 보일 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 렌즈 및 표지를 지지하는 필름은 또한 광 도파로로서 작용할 수 있다. 이러한 실시예에서, 램프(1004)는 키패드 필름(1005)(도 6의 610)의 에지를 통해 광을 유도하여, 별도의 도파로(1001)에 대한 필요가 없게 된다. 표지(1007)가 도시된 바와 같이 필름(1005)의 바닥 표면으로부터 돌출하든지 또는 위에서 설명한 바와 같이 필름의 바닥 표면 안으로 오목하게 형성되든지 간에, 표지는 일부 실시예에서 도파로로부터의 광의 추출을 개선하도록 동작할 수 있다.

도 11에, 가상 이미지 요소를 가진 예시적인 동적 프로그래밍가능한 터치 감응 키패드 어셈블리(1100)가 도시되어 있다. 액티브 디스플레이 장치(1101)는, 이 들로 제한되지는 않지만 휴대 전화기 또는 컴퓨터 등과 같은 전자 장치의 제어 하에 컨텐츠(content)가 동적으로 프로그래밍될 수 있는 픽셀 디스플레이 요소(1102)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 액정 디스플레이(LCD) 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 시스템은 키패드 어셈블리(1100)에 대한 적합한 선택 중 일부이다. 광학적으로 투명한 전극(1103)이 터치 감응 실용성을 제공하기 위해 액티브 디스플레이 장치(1101)의 표면 상에 도시되어 있다. 가상 이미지 키패드 필름(1105)은 액티브 디스플레이 장치(1101)의 상부에 배치된다. 마이크로 렌즈 요소(1106) 및 표지(1107)의 어레이는 관측자(1110)에게 키패드 어셈블리(1100) 아래로 가라앉아 있는 것으로 보이는 표지의 크게 확대된 가상 이미지(1109)를 생성한다. 액티브 디스플레이 장치(1101)로부터의 이미지는 가라앉아 있는 가상 키패드 버튼의 상부에 배치된 동적으로 프로그래밍가능한 키 캡(keycap)으로 보일 것이다. 이러한 동적 "소프트키"(softkey) 실용성은 사용자에게 더 양호한 시각적 피드백뿐만 아니라 매우 쓸모 있는 키패드 면적의 더 효율적인 이용을 가능하게 할 것이다. 가상 버튼 요소는 디스플레이 상의 터치 감응 목표 위치 쪽으로 사용자를 안내하는 개선된 시각적 단서(cue)를 제공한다.

도 12에, 본 발명에 따른 가상 이미지 키패드 필름의 사진이 도시되어 있다. 표지 및 렌즈 요소는 기판 필름의 양 면에 주조된 자외선(UV) 경화성 아크릴 수지로 된 2개의 얇은 층에 순차적으로 생성되었다. 이 기판 필름은 광학용 이축 배향 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 된 50 마이크로미터 두께의 필름이었다. 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 키패드는 전형적으로 비교 적 빠른 제조 공정인 연속 롤 기반 제조 공정을 이용하여 제조될 수 있다.

이들 가상 이미지는 기판 재료의 하부 표면 상의 표지의 하나의 대형 어레이와 상부 표면 상의 광학 렌즈 요소의 대응 어레이의 상호 작용에 의해 생성되었다. 투명한 플라스틱 기판 상에 패터닝된 샘플 숫자 키패드가 가상 이미지 상에 중첩되었다. 표지의 크게 확대된 가상 이미지는 숫자 키패드의 표면 아래로 가라 앉아있는 것으로 보인다.

어레이 내의 각각의 개별 표지의 높이와 폭은 각각 75 마이크로미터와 125 마이크로미터이었다. 표지 어레이 내의 표지들 간의 중심간 간격(즉, 피치)은 두 직교 방향으로 156.25 마이크로미터이었다. 광학 렌즈 요소는 직경 120 마이크로미터, 곡률 반경 62.6 마이크로미터 및 원추 계수 0.441의 치수로 주조되었다. 어레이 내의 광학 렌즈 요소들 간의 간격은 두 직교 방향으로 160.0 마이크로미터이었다. 렌즈 피치가 160 마이크로미터이고 표지들 간의 중심간 간격이 156 마이크로미터 또는 158 마이크로미터인 대안적인 실시예에서, 생성된 이미지는 키패드 평면의 표면 아래로 가라앉아 있는 것으로 보인다. 렌즈 피치가 160 마이크로미터이고 표지들 간의 중심간 간격이 162 마이크로미터 또는 164 마이크로미터인 또 다른 대안적인 실시예들에서, 생성된 이미지는 키패드 평면의 표면 위로 상승하는 것으로 보인다. 본 명세서의 발명은 광학 요소 및 표지에 대한 넓은 범위의 피치로 동작 가능하지만, 특정 실시예들에서 약 10 마이크로미터와 300 마이크로미터 사이의 피치가 바람직하며, 다른 실시예들에서 약 25 마이크로미터와 180 마이크로미터 사이의 피치가 특히 바람직한 것으로 생각된다.

본 명세서의 발명은 아주 다양한 서로 다른 유형의 렌즈와 함께 작동 가능하며, 투과광, 반사광, 또는 반투과광과 함께 작동 가능할 수도 있다. 그러나, 수렴 렌즈가 특히 적합한 것으로 생각된다. 일부 예시적인 실시예들에서, 본 명세서에 따른 터치 작동 전기 접점은 표지의 콘트라스트(contrast)를 증가시키기 위해 제2 면에 인접한 콘트라스트 개선 층을 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 콘트라스트 개선 층은 예컨대 기상 증착, 인쇄, 적층, 엠보싱 또는 코팅에 의해 편리하게 형성될 수 있다.

본 발명이 본 발명의 다양한 실시 형태를 참조하여 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 형태 및 세부에 있어서 다양한 다른 변경이 본 발명에서 이루어질 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.

Claims

제1 주요 표면이 제2 주요 표면에 대향하는 필름과,

제1 주요 표면 상에서 이격된 표지의 제1 및 제2 어레이와,

제2 주요 표면 상의 렌즈의 어레이를 포함하고,

표지의 제1 및 제2 어레이와 렌즈의 어레이는 상호 작용하여 제1 가상 이미지 및 제2 가상 이미지를 생성하도록 구성되며, 가상 이미지들은 서로 다르고 둘 모두가 필름 외부의 평면에 있는 것으로 보이는 키패드.
제1항에 있어서, 표지의 제1 어레이 부근에서 사용자의 손가락의 존재를 검출하도록 구성된 전기 구성요소를 추가로 포함하는 키패드.
제1항에 있어서, 표지의 제1 어레이의 부근에서 사용자의 손가락과 필름 사이의 접촉을 검출하도록 배열된 전기 구성요소들을 추가로 포함하는 키패드.
제1항에 있어서, 제1 및 제2 가상 이미지는 동일 평면에 있는 키패드.
제1항에 있어서, 제1 가상 이미지는 필름 위의 평면에 있고, 제2 가상 이미지는 필름 아래의 평면에 있는 키패드.
제1항에 있어서, 가상 이미지들 중 적어도 하나는 숫자 또는 문자인 키패드.
제1항에 있어서, 가상 이미지를 조명하도록 구성된 광원을 추가로 포함하는 키패드.
제7항에 있어서, 필름의 제1 주요 표면에 인접하게 위치된 도파로를 추가로 포함하고, 도파로는 광원으로부터 발광된 광을 수광하여 전송하도록 구성된 키패드.
제7항에 있어서, 광원은 광을 필름의 주변 에지로 유도하도록 구성된 키패드.
제7항에 있어서, 표지는 광학용 접착제로 코팅되는 키패드.
제1항에 있어서, 필름은 필름의 제2 주요 표면 상에서 이격된 복수의 렌즈 어레이를 포함하는 키패드.
제1 피치를 가진 광학 요소 어레이를 포함하는 제 1면과 제2 피치를 가진 표지 어레이를 포함하는 제2면을 구비하여 투명 재료의 층의 외부의 평면에 가상 이미지를 생성하도록 하는 투명 재료의 층; 및

투명 재료의 층에 인접하게 장착된 전기 스위치를 포함하는 사용자 작동 스위치.
제12항에 있어서, 복수의 전기 스위치들에 대응하는 복수의 서로 다른 표지 어레이가 상호 작용하여 데이터 입력 키패드를 제공하는 스위치.
제12항에 있어서, 광학 요소는 수렴 렌즈인 스위치.
제12항에 있어서, 제1 피치는 약 10 마이크로미터와 300 마이크로미터 사이인 스위치.
제12항에 있어서, 투명 재료의 층의 에지를 조명하도록 위치된 조명원을 추가로 포함하는 스위치.
제16항에 있어서, 투명 재료의 층은 조명원으로부터의 광을 투명 재료의 층 밖으로 유도하는 광 추출 특징부를 가진 스위치.
제17항에 있어서, 표지는 조명원으로부터의 광을 투명 재료의 층 밖으로 유도하는 광 추출 특징부로서 작용하는 스위치.
제12항에 있어서, 투명 재료의 층은 유리 층에 접착된 적어도 하나의 중합체 층을 포함하는 스위치.
제12항에 있어서, 제2 면에 인접한 콘트라스트 개선 층을 추가로 포함하고, 콘트라스트 개선 층은 기상 증착, 인쇄, 적층, 엠보싱 및 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 공정에 의해 형성되는 스위치.
제12항에 있어서, 전기 스위치는 저항성인 스위치.
제12항에 있어서, 전기 스위치는 용량성인 스위치.
제1 피치를 가진 광학 요소 어레이를 포함하는 제 1면과 제2 피치를 가진 표지 어레이를 포함하는 제2면을 구비하여 투명 재료의 층의 외부의 평면에 가상 이미지를 생성하도록 하는 투명 재료의 층을 제공하는 단계; 및

투명 재료의 층에 인접하게 장착된 전기 스위치를 제공하는 단계를 포함하는 사용자 작동 스위치 제조 방법.
제23항에 있어서, 투명 재료의 층은 단량체 또는 올리고머 전구체로부터의 주조에 의해 중합체로 형성되고, 표지 및 광학 요소는 주조 중에 형성되는 방법.
제23항에 있어서, 표지 또는 광학 요소 중 적어도 하나는 엠보싱에 의해 형성되는 방법.
제23항에 있어서, 표지 또는 광학 요소 중 적어도 하나는 사출 성형에 의해 형성되는 방법.
제23항에 있어서, 표지 또는 광학 요소 중 적어도 하나는 제거 공정에 의해 형성되는 방법.
제23항에 있어서, 표지는 인쇄, 주조, 에칭, 어블레이션 및 성형으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 형성되는 방법.