KR20090112603A - 전자 장치에 제공되는 입력 신호에 응답하여 피드백 신호를 생성하는 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 장치에 제공되는 입력 신호에 피드백 신호를 제공하는 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은 디스플레이와, 입력 장치와, 이 입력 장치의 활성화를 검출하는 입력 모듈과, 이 입력 모듈로부터의 신호에 기초하여 전자 장치용 피드백 신호를 생성하는 입력 모듈을 포함한다. 본 시스템에서, 입력 장치는 트랜스듀서이다. 이 트랜스듀서는 압전 소자일 수 있으며 입력 모듈은 트랜스듀서가 입력 모듈로부터의 활성화 신호의 수신시 진동하도록 할 수 있다.

전자 장치, 입력 장치, 입력 신호, 디스플레이, 입력 모듈, 트랜스듀서, 활성화 신호, 압전 소자, 피드백 신호, 전극, 압전 섬유

Description

전자 장치에 제공되는 입력 신호에 응답하여 피드백 신호를 생성하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR GENERATION A FEEDBACK SIGNAL IN RESPONSE TO AN INPUT SIGNAL PROVIDED TO AN ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은 일반적으로 전자 장치에 제공되는 입력 신호에 피드백 신호를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 트랜스듀서를 이용하여 신호를 생성하는 것에 관한 것이다.

현재의 무선 휴대용 이동 통신 장치들은 모바일 사용자들이 그들의 책상을 떠나있는 동안 이메일, 기업용 데이터 및 오거나이저 정보와 같은 정보 및 통신을 접할 수 있는 다양한 기능을 수행한다.

현재의 휴대용 장치들은 최적 상태로 경량화 및 콤팩트화되어 있고 배터리 수명이 몇 시간 연장되어 있다. 배터리 수명은 가능한 한 긴 것이 바람직하다. 디스플레이, 그 백라이트 및 통신 모듈은 통상적으로 현 장치들의 전력원(예컨대, 배터리)의 전력 소모의 중요한 소스이다. 일부 디스플레이에는 사용자가 스크린을 통하여 장치에 입력을 제공할 수 있는 터치 감지 영역이 합체되어 있다. 그렇지만, 이와 같은 시스템들은 이러한 터치 감지 영역의 활성화를 나타내는 촉각 피드 백을 사용자에게 제공하지 않는다.

일반적으로 이러한 장치의 입력 시스템에 관련한 선행 기술에서의 결함을 해결하는 시스템 및 방법에 대한 필요성이 있다.

다음의 설명과 본원에서 설명하는 실시예들은 본 개시의 원리의 특정 실시예의 예(들)에 대한 예시를 통하여 제공된다. 이들 예는 본 개시의 원리를 제한하는 것이 아니라 설명하기 위한 목적으로 제공된다. 다음의 설명에서, 본 명세서 및 도면 전체를 통하여 유사한 부분들은 각각 동일한 참조 번호로 표기되어 있다.

제 1 형태의 실시예에서, 전자 장치에 제공되는 입력 신호에 피드백 신호를 제공하는 시스템이 제공될 수 있다. 본 시스템은 입력 장치, 및 이 입력 장치에 연결되는 입력 모듈을 포함하고, 이 입력 모듈은 입력 장치에 가해지는 압력을 검출하여 입력 장치로부터의 신호에 기초하여 전자 장치용 피드백 신호를 생성하도록 구성된다. 본 시스템에서, 입력 장치는 트랜스듀서일 수 있다.

본 시스템에서, 입력 장치는 압전 소자일 수 있으며 입력 모듈은 트랜스듀서가 이 입력 모듈로부터 활성화 신호를 수신할 때 진동하도록 할 수 있다.

본 시스템은 디스플레이 및 디스플레이용 커버를 더 포함할 수 있다. 또한 입력 장치는 디스플레이 상의 기판에 내장될 수 있다. 또한 입력 장치는 커버의 아래에 배치될 수 있다.

본 시스템에서, 입력 장치는 압전 섬유(piezoelectric fibre)일 수 있다.

본 시스템에서, 입력 장치는 압전 소자와 연관된 전극을 더 포함할 수 있는데, 이 전극은 인듐 티타늄 산화물을 포함한다.

본 시스템에서, 제 1 세트의 전극은 입력 장치를 따라 배치된 제 1 영역과 연관될 수 있고 제 2 세트의 전극은 입력 장치를 따라 배치된 제 2 영역과 연관될 수 있다.

본 시스템에서, 입력 모듈은 인가된 힘이 제 1 또는 제 2 영역 중 어느 하나에 가해지고 나서 선택적으로 그 힘이 어디에 가해졌는지에 따라 입력 장치가 제 1 또는 제 2 영역 중 하나의 주위를 진동시키도록 할 수 있는지를 결정하도록 활성화 신호를 분석할 수 있다.

본 시스템에서, 입력 장치는 활성화 신호 수신시 입력 모듈에 의해 2 미만 뉴튼 힘으로 진동하도록 설정될 수 있다.

본 시스템에서, 입력 장치는 활성화 신호 수신시 100 Hz과 300 Hz 사이의 주파수로 진동하도록 설정될 수 있다.

본 시스템에서, 입력 모듈은 트랜지스터 및 이 트랜지스터를 구동하는 펄스 폭 모듈레이터 회로를 포함하여 입력 장치를 선택적으로 활성화할 수 있다.

본 시스템에서, 입력 모듈은 입력 장치에 의해 발생된 전압을 에너지 저장 회로에 제공할 수 있다. 에너지 저장 회로는 입력 모듈용 전압을 제공할 수 있다. 본 시스템에서, 에너지 저장 회로는 커패시터를 포함할 수 있다.

본 시스템에서, 입력 모듈은 에너지 저장 회로용 전압을 정류하는 에너지 회수 회로를 더 포함할 수 있다.

본 시스템에서, 입력 모듈은 선택적으로 제 1 전압 신호를 입력 장치에 인가하여 입력 장치가 센서로서 동작하도록 그리고 제 2 전압 신호를 입력 장치에 인가하여 입력 장치가 액추에이터로서 동작하도록 할 수 있다.

본 시스템에서, 펄스 폭 모듈레이터 회로는 입력 모듈이 선택적으로 제 1 및 제 2 전압 신호를 생성하도록 신호를 생성할 수 있다.

본 시스템에서, 입력 장치는 디스플레이 내의 기판에 내장될 수 있다.

본 시스템에서, 입력 장치는 디스플레이 내의 키 사이에 위치할 수 있다.

본 시스템에서, 입력 장치는 압전 섬유로서 제공되는 경우 디스플레이 상의 그리드에 배치될 수 있다.

본 시스템에서, 섬유는 디스플레이 내의 키 주위의 커버 능선부분에 위치할 수 있다.

제 3 형태에서, 무선 통신 장치와 같은 전자 장치가 제공될 수 있다. 이 장치는 디스플레이 및 입력 장치를 가질 수 있다. 이 장치는 또한 입력 장치에 연결된 입력 모듈을 가질 수 있다. 입력 모듈은 입력 장치에 가해지는 힘을 검출하도록 구성될 수 있다. 입력 모듈은 또한 활성화 신호로서 검출된 가해진 힘에 기초하여 피드백 신호를 입력 장치에 생성하도록 구성될 수 있다. 입력 장치는 디스플레이 상에 배치된 기판에 내장될 수 있다.

본 장치에서, 입력 장치는 압전 소자일 수 있다.

다른 형태에서, 다양한 세트 및 서브세트의 상기 지적된 형태들이 제공된다.

간략히 하여, 일 실시예의 특징은 피드백 신호가 전자 장치 내의 입력 장치에 제공되는 시스템을 제공할 수 있다. 피드백 신호는 움직임 또는 이동일 수 있지만, 이는 또한 가시 또는 가청 신호일 수 있다. 트랜스듀서, 관련 회로 및 소프 트웨어가 제공되어 입력 장치의 활성화를 위해 모니터링하고 피드백 신호를 입력 장치에 제공할 수 있다. 부가적인 특징은 전력을 장치에 제공하는데 사용되는 트랜스듀서로부터 에너지를 얻을 수 있다.

먼저, 전자 장치에서의 일 실시예 내의 요소들을 설명하고, 이어서 실시예의 특정적인 특징에 대한 상세를 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 통신을 수신하는 전자 장치는 일반적으로 10으로 표시되어 있다. 본 실시예에서, 전자 장치(10)는 휴대폰, 이메일, 사진 및 매체 재생 특징물과 같은 향상된 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant)의 예시적인 기능을 갖는 계산 플랫폼(computing platform)에 기초한다. 그렇지만, 전자 장치(10)가 스마트 폰, 데스크톱 컴퓨터, 페이저 또는 전화 통신 장비를 갖는 랩톱과 같은 다른 전자 장치의 구성 설계 및 기능에 기초할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 실시예에서, 전자 장치(10)는 하우징(12), 디스플레이(14)(액정 표시 장치 또는 LCD일 수 있음), 스피커(16), 발광 다이오드(LED) 표시기(18), 트랙볼(20), 트랙휠(도시되지 않음), ESC("escape") 키(22), 키(24), 이어 버드(ear bud)(25) 및 마이크로폰(28)으로 구성된 전화 헤드셋을 포함한다. 트랙볼(20) 및 ESC 키(22)는 부가적인 입력 신호를 장치(10)에 제공하는 수단으로서 안쪽으로 오목질 수 있다. 디스플레이(14)를 덮는 투명한 또는 엷은 색조의 커버나 렌즈(도시되지 않음)가 존재할 수 있다. 용어 "렌즈"는 디스플레이(14)를 덮는 하나 이상의 영역에 광학 배율을 제공하거나 그렇지 않을 수 있 는 것으로 본 문맥에서 사용된다.

하우징(12)이 당업자가 생각해낼 수 있는 임의의 적절한 재료로 이루어질 수 있고 장치(10)의 모든 구성요소를 수용하여 유지하도록 적절히 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

장치(10)는 전 지구적 이동 통신 시스템(Global System for Mobile Communications ("GSM")), 코드 분할 다중 접속("CDMA") 시스템, 셀룰러 디지털 패킷 데이터(Cellular Digital Packet Data ("CDPD")) 시스템, 및 시분할 다중 접속("TDMA") 시스템과 같은 임의의 알려진 무선 전화 시스템을 사용하여 무선 전화 통화를 행하도록 동작할 수 있다. 다른 무선 전화 시스템들은 블루투스 및 802.11a, 802.11b, 802.11g 등과 같은 802.11 무선 광대역의 많은 형태를 포함할 수 있다. 다른 실시예들은 회선 교환 전화 통화를 시뮬레이션할 수 있는 Voice over IP (VoIP) 타입의 스트리밍 데이터 통신을 포함한다. 이어 버드(25)는 전화 통화 및 다른 소리 메시지를 듣는데 사용될 수 있으며 마이크로폰(28)은 소리 메시지를 내서 이를 장치(10)에 입력하는데 사용될 수 있다.

디스플레이(14)는 디스플레이(14A)와 디스플레이(14B)의 두 부분으로 구분되어 있다. 디스플레이(14A)에서는, 이메일, 전화, 캘린더 및 주소록 애플리케이션으로부터의 출력물과 같은, 장치상에서 동작하는 다양한 애플리케이션으로부터 출력되는 텍스트 및 그래픽 시각 영상이 제공된다. 명령의 입력으로 이들 애플리케이션을 활성화하는 인터페이스를 제공하는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)가 일련의 아이콘(26)을 통하여 디스플레이(14A) 상에 제공된다. 캘린더 아이콘(26A), 전 화 아이콘(26B), 이메일 아이콘(26C) 및 주소록 아이콘(26D)이 나타나 있다. 디스플레이(14B)는 또한 시각적 출력물을 생성할 수 있지만, 한 세트의 "키"(또는 입력 영역)를 제공하도록 더 구성된다. 디스플레이(14B) 내의 부가적인 세트의 "키"가 원으로서 도 1에 도식적으로 나타나 있다. 디스플레이(14B) 내의 각 키에 대한 값은 디스플레이(14B)의 표면에 실크 스크린 처리될 수 있고, 부착된 개별 키 캡(key cap)을 가질 수 있거나 또는 디스플레이(14B)에 의해 생성될 수 있다. 이와 같이, 디스플레이(14B)는 장치(10) 상의 가상 키 레이아웃을 제공하는데 사용될 수 있다.

키(24)는 하나 이상의 개별적인 고정 입력 키를 장치(10)에 제공한다. 전형적으로, 이들 키는 영숫자 문자 세트 내의 적어도 일부의 키를 포함할 수 있다. 키(24) 및 디스플레이(14B) 내의 키는 입력 장치에 트랙볼(20) 및 ESC 키(22)와 같은 장치(10) 내의 다른 입력 장치를 제공한다.

도 2를 참조하면, 장치(10)의 기능적 요소들이 제공된다. 이 기능적 요소들은 일반적으로 하우징 또는 케이싱 내에 장착된 전자 또는 전자-기계 장치이다. 많은 장치가 또한 내부 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)에 장착된다. 특히, 장치(10)에 관련된 거의 모든 데이터, 전송, 입력 및 출력을 제어 및 수신하도록 마이크로프로세서(30)가 제공된다. 마이크로프로세서(30)는 키(24), 디스플레이(14A, 14B), 및 다른 내부 장치들에 연결되어 있는 것으로 개략적으로 도시되어 있다. 마이크로프로세서(30)는 키(24) 및 디스플레이(14B) 상의 키들의 작동에 응답하여 디스플레이(14)의 동작뿐만 아니라 장치(10)의 전반적인 동작을 제어한다. 마이크로프로세서(30)에 대한 예시적인 마이크로프로세서는 Data 950(상표), 6200 시리즈 및 PXA900 시리즈 내의 마이크로프로세서를 포함하는데, 이 모두는 Intel사로부터 일시에 구입 가능하다.

마이크로프로세서(30) 이외에, 장치(10)의 다른 내부 장치들은 통신 서브시스템(34); 단거리 통신 서브시스템(36); 포트(38), 직렬 포트(40), 스피커 및 마이크로폰(28)용 마이크로폰 포트(32)를 통한 한 세트의 보조 I/O 장치를 포함하는 다른 입력/출력 장치; 플래시 메모리(42)(데이터의 영구적인 저장을 제공함)와 랜덤 액세스 메모리(RAM)(44)를 포함하는 메모리 장치; 영구 메모리(74); 클록(46) 및 기타 다른 장치 서브시스템(도시되지 않음)을 포함한다. 영구 메모리(74)는 플래시 메모리(42)와는 개별적인 메모리 시스템일 수 있으며 마이크로프로세서(30)에서와 같이 장치(10) 내의 구성요소에 합체될 수 있다. 부가적으로 또는 변형적으로, 메모리(74)는 장치로부터 제거될 수 있는 반면(예컨대, SD 메모리 카드와 같이), 플래시 메모리(42)는 장치(10)에 영구적으로 접속될 수 있다. 장치(10)는 음성 및 데이터 통신할 수 있는 양방향 무선 주파수(RF) 통신 장치인 것이 바람직하다. 또한, 장치(10)는 인터넷을 통하여 다른 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있는 능력을 갖는 것이 바람직하다.

마이크로프로세서(30)에 의해 실행되는 운영 체제 소프트웨어는 플래시 메모리(42)와 같은 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장되는 것이 바람직하지만, 읽기 전용 메모리(ROM)나 유사한 저장 요소와 같은 다른 유형의 메모리 장치(도시되지 않음)에 저장될 수 있다. 또한, 시스템 소프트웨어, 특정 장치 애플리케이션, 또는 그 일부가 RAM(44)과 같은 휘발성 저장 매체에 임시로 로딩될 수 있다. 모바일 장치 에 의해 수신되는 통신 신호는 또한 RAM(44)에 저장될 수 있다.

운영 체제 기능 이외에 마이크로프로세서(30)는 장치(10) 상에서 소프트웨어 애플리케이션을 실행할 수 있다. 음성 통신 모듈(48A) 및 데이터 통신 모듈(48B)과 같이 기본 장치 동작을 제어하는 한 세트의 소프트웨어 애플리케이션(48)은 제조중에 또는 그 후 다운로드하여 장치(10) 상에 설치될 수 있다.

데이터 및 음성 통신을 포함하는 통신 기능들은 통신 서브시스템(34) 및 단거리 통신 서브시스템(36)을 통하여 수행된다. 일괄하여, 서브시스템(34) 및 서브시스템(36)은 장치(10)에 의해 처리되는 모든 통신 기술에 신호-레벨 인터페이스를 제공한다. 기타 다양한 애플리케이션(48)은 동작 제어를 제공하여 한층 더 통신을 처리 및 로깅한다. 통신 서브시스템(34)은 수신기(50), 송신기(52), 및 수신 안테나(54)와 송신 안테나(56)로 예시되어 있는 하나 이상의 안테나를 포함한다. 또한, 통신 서브시스템(34)은 디지털 신호 처리기(DSP)(58) 및 국부 발진기(LO)(60)와 같은 처리 모듈을 더 포함한다. 통신 서브시스템(34)의 특정 설계 및 구현은 장치(10)가 동작하려는 통신 네트워크에 달려있다. 예를 들면, 장치(10)의 통신 서브시스템(34)은 Mobitex(상표) Radio Network("Mobitex") 및 DataTAC(상표) Radio Network("DataTAC") 중 하나 이상과 함께 작용하도록 설계될 수 있다. 셀룰러 장치(10)에 대한 음성 중심 기술은 Global System for Mobile Communications (GSM) 및 시분할 다중 접속(TDMA) 시스템과 같은 개인 휴대 통신 시스템(Personal Communication Systems; PCS) 네트워크를 포함한다. 어떤 네트워크는 다중 시스템을 제공한다. 예를 들면, 듀얼-모드 무선 네트워크는 코드 분할 다중 접속(CDMA) 네트워크, General Packet Radio Service (GPRS) 네트워크, 및 Enhanced Data rates for Global Evolution (EDGE) 및 범용 이동 통신 시스템(Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS))과 같은 소위 3세대(3G) 네트워크를 포함한다. 사용될 수 있는 다른 네트워크 통신 기술들은 예를 들면 Ultra Mobile Broadband (UMB), Evolution-Data Optimized (EV-DO), 및 고속 패킷 접속(High Speed Packet Access (HSPA)) 등을 포함한다.

통신 신호 처리 이외에, DSP(58)는 수신기(50) 및 송신기(52)의 제어를 제공한다. 예를 들면, 수신기(50) 및 송신기(52)에서의 통신 신호에 적용되는 이득은 DSP(58)에서 구현되는 자동 이득 제어 알고리즘을 통하여 적합하게 제어될 수 있다.

데이터 통신 모드에서 텍스트 메시지 또는 웹 페이지 다운로드와 같은 수신된 신호는 통신 서브시스템(34)에 의해 처리되고 마이크로프로세서(30)에 입력으로서 제공된다. 그리고 나서 수신된 신호는 디스플레이(14A)에 또는 보조 I/O 포트(38)에 출력을 생성할 수 있는 마이크로프로세서(30)에 의해 한층 더 처리된다. 사용자는 또한 키(24), 트랙볼(20), 또는 섬휠(thumbwheel)(도시되지 않음), 및/또는 키패드, 로커 키, 개별 섬휠이나 일부 다른 입력 장치와 같은 포트(38)에 접속된 일부 다른 보조 I/O 장치를 사용하여 이메일 메시지와 같은 데이터 항목들을 구성할 수 있다. 그리고 나서 구성된 데이터 항목들은 통신 서브시스템(34)을 통하여 통신 네트워크(68) 상에서 전송될 수 있다.

음성 통신 모드에서, 장치(10)의 전반적인 동작은 수신된 신호가 스피커(16) 에 출력되고 전송용 신호가 마이크로폰(28)에 의해 생성되는 점을 제외하면 데이터 통신 모드와 실질적으로 유사하다. 음성 메시지 기록 서브시스템과 같은 변형적인 음성 또는 오디오 I/O 서브시스템들이 또한 장치(10) 상에서 구현될 수 있다.

단거리 통신 서브시스템(36)은 장치(10)와 다른 근접 시스템이나 장치 - 이는 반드시 유사한 장치일 필요는 없음 - 사이의 통신을 가능하게 한다. 예를 들면, 단거리 통신 서브시스템은 적외선 장치 및 연관된 회로와 구성요소, 또는 유사하게 동작할 수 있는 시스템 및 장치와의 통신을 제공하는 블루투스(상표) 통신 모듈을 포함할 수 있다.

휴대용 통신 장치의 전력 공급 전자 장치는 전원(62)("배터리"로서 도 2에 도시됨)이다. 바람직하기로, 전원(62)은 하나 이상의 배터리를 포함한다. 보다 바람직하기로, 전원(62)은 단일 배터리 팩, 특히 재충전 가능한 배터리 팩이다. 전원 스위치(도시되지 않음)는 장치(10)에 "온/오프" 스위치를 제공한다. 전원 스위치를 활성화할 때, 애플리케이션(48)은 장치(10)의 턴온을 개시한다. 전원 스위치를 비활성화할 때, 애플리케이션(48)은 장치(10)의 턴오프를 개시한다. 장치(10)에의 전원 공급은 또한 다른 장치들에 의해 그리고 내부 소프트웨어 애플리케이션에 의해 제어될 수 있다. 부가적인 보충 전력은 장치(10) 내의 부가적인 회로(모듈로 칭할 수 있음) 및 구성요소에 의해 제공될 수 있다.

터치패드(도시되지 않음)는 또한 장치(10)에 제공될 수 있는데, 이는 사용자가 그의 손가락을 글라이딩시키는 것을 의미하는 표면을 제공하여 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 상에 생성되는 커서를 이동시키도록 입력 신호를 제공한다.

일반적으로, 터치패드는 일련의 행 도체(row conductor)가 절연체 층에 의해 일련의 열 도체(column conductor)로부터 분리되는 그리드 내에 일련의 도체를 가질 수 있다. 고주파수 신호가 그리드 내의 쌍 사이에 순차적으로 인가되고 노드 사이에 흐르는 전류는 커패시턴스에 비례한다. 사용자의 손가락은 그리드 내의 지점에서 가상 접지를 제공하여, 그 위치에서 커패시턴스의 변화를 초래한다. 변형적으로, 용량성 분기 회로는 센서의 맞은편에 위치한 송신기 및 수신기 간의 커패시턴스의 변화를 감지하도록 제공될 수 있다. 손가락이 송신기와 수신기 사이에 놓이는 경우, 국부 커패시턴스를 감소시키는 접지가 형성되는데, 이는 터치패드 내의 위치로서 검출될 수 있다.

디스플레이(14A)는 특히 낮은 광 조건 하에서 디스플레이(14A)의 관찰을 지원하는 백라이트 시스템(64)을 갖는다. 백라이트 시스템은 전형적으로 LCD에 존재한다. 전형적인 백라이트 시스템은 디스플레이의 LCD 패널의 이면에 위치한 일련의 LED 또는 램프와 같은 조명원 및 이 조명원의 활성화를 제어하는 컨트롤러를 포함한다. 램프는 당업자에게 알려져 있는 형광성, 백열성, 전계발광성 또는 임의의 다른 적절한 조명원일 수 있다. 조명원이 조명되는 동안, 그들 광은 디스플레이에 백라이트를 제공하는 LCD 패널을 통하여 빛이 난다. 백라이트 레벨의 강도는 선택된 개수의 조명원(예컨대, 하나, 여러 개, 또는 모든 LED)을 선택적으로 활성화하여 또는 활성된 조명원의 활성화 듀티 사이클(예컨대, 0% 내지 100% 사이의 어느 듀티 사이클이 사용됨 수 있음)을 선택적으로 제어하여 제어기에 의해 제어될 수 있다.

백라이트 레벨을 조정하는 한가지 방법에 조력하기 위해, 광 센서(66)가 장치(10)에 제공된다. 센서(66)는 검출된 광 레벨을 전압 또는 전류와 같은 전기 신호로 전환하는 광 감지 장치이다. 이것은 센서(66)의 미학 및 동작 특성을 고려하여 장치(10) 상의 어디에나 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 센서(66)에 의해 수신되는 광의 개구부는 장치(10)의 하우징의 전면 커버에 위치하여 개구부를 차단할 가능성을 감소시킨다. 다른 실시예에서, 다중 센서(66)가 제공될 수 있으며 소프트웨어는 다른 센서(66)로부터 제공되는 신호를 다르게 강조할 수 있다. 센서(66)에 의해 제공되는 신호는 장치(10) 내의 회로에 의해 사용되어 장치(10)가 양호한 조명, 어두운 조명 또는 적당한 조명 환경에 있는 시기를 결정할 수 있다. 그리고 나서 이 정보는 디스플레이(14A)에 대한 백라이트 레벨을 제어하는데 사용될 수 있다. 많은 개별적인 주위 조명 레벨은 센서(66)에 의해 인식될 수 있다. 레벨 간의 진행은 조명 강도의 일정한 변화에 의해 분리될 수도 그렇지 않을 수도 있다. 일부 실시예에서, LED 표시기(18)가 또한 광 센서로서 사용될 수 있다.

장치(10)에는 위에서 언급한 입력 장치 및 입력 모듈(70)이 제공된다. 입력 모듈(70)은 장치(10)에 물리적인 움직임을 제공하여 입력 장치가 장치(10) 상에서 활성화되는 경우 피드백 감지를 제공한다. 입력 모듈은 어느 입력 장치가 활성화되었는지를 그리고 필요하면 활성화의 위치를 검출한다. 이것은 또한 시각 신호(예컨대, 플래시 광) 또는 가청 신호(예컨대, 스피커로부터의 "비프음(beep)"))를 발하는 신호를 제공할 수 있다. 입력 모듈(70)의 부가적인 특징은 입력 장치가 활성화하는 동안 장치(10)에 부여되는 물리적 에너지의 적어도 일부를 수확하는 회로 를 포함할 수 있다. 수확된 에너지는 장치(10) 내의 다른 구성요소 및 모듈에서 사용될 수 있는 전압으로 모듈에 의해 전환된다. 입력 모듈(70)의 일 실시예는 디스플레이(14B) 내의 가상 키와 같은 키의 물리적 활성화에 대하여 모니터링하는 회로로서 제공된다. 입력 모듈(70)에 대한 부가적인 상세를 아래에서 설명한다.

이제부터, 장치(10)에서 저장 및 실행되는 애플리케이션(48)에 대하여 간략하게 설명한다. 음성 통신 모듈(48A) 및 데이터 통신 모듈(48B)은 앞서 언급되었다. 음성 통신 모듈(48A)은 전화 통신과 같은 음성 기반 통신을 취급하고 데이터 통신 모듈(48B)은 이메일과 같은 데이터 기반 통신을 취급한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 통신 처리 기능은 모듈(48A, 48B) 간에 공유될 수 있다. 부가적인 애플리케이션은 사용자 및 장치(10)에 관련된 약속 및 다른 사정을 추적하는 캘린더(48C)를 포함한다. 캘린더(48C)는 디스플레이(14A) 상의 캘린더 아이콘(26A)의 활성화에 의해 활성된다. 이것은 사용자에 의해 입력되는 약속, 미팅 및 사건의 일간/주간/월간 전자 스케줄을 제공한다. 캘린더(48C)는 프로세서(18) 및 내부 시계(46)를 사용하여 장치(10)에 대한 시간 및 일자를 추적한다. 스케줄은 사용자의 현재의 접근성에 관련된 날짜를 포함한다. 예를 들면, 이것은 사용자가 바쁘거나 그렇지 않은 시기, 시간이 있거나 그렇지 않은 시기를 표시할 수 있다. 사용시, 캘린더(48C)는 사용자가 예정된 사건을 입력하도록 하는 입력 스크린을 디스플레이(14A) 상에 생성한다. 변형적으로, 예정된 사건에 대한 통지가 이메일, SMS 메시지 또는 음성 메일 메시지와 같은 수신된 통신에서 인코딩된 신호를 통하여 수신될 수 있다. 일단 사건과 관련된 데이터가 입력되면, 캘린더(48C)는 그 사건에 관 련된 저장 처리하고, 사건에 관련된 데이터를 생성하며, 장치(10) 내의 메모리에 그 데이터를 저장한다.

주소록(48D)은 장치(10)가 사람과 조직에 대한 콘택트 정보를 저장할 수 있도록 한다. 주소록(48D)은 디스플레이(14A) 상의 주소록 아이콘(26D)의 활성화에 의해 활성화된다. 즉, 주소, 전화번호, 이메일 주소, 휴대폰 번호 및 기타 콘택트 정보가 저장된다. 데이터는 키(24) 또는 디스플레이(14B) 상의 키를 통하여 입력될 수 있으며 영구 저장 장치(74), 플래시 메모리(42), 또는 장치(10)에 제공된 임의의 다른 전자 저장 장치와 같은 비휘발성 메모리 내의 액세스 가능한 데이터베이스에 저장된다.

이메일 애플리케이션(48E)은 장치(10)의 사용자가 장치(10) 상에서 이메일 메시지들을 생성하여 이들을 그 주소로 보내게 하는 모듈을 제공한다. 이메일 애플리케이션(48E)은 또한 수신, 드래프트, 저장 및 송신되는 이메일의 이력 리스트를 제공하는 GUI를 제공한다. 이메일용 텍스트는 디스플레이(14B) 상의 키를 통하여 입력될 수 있다. 이메일 애플리케이션(48E)은 디스플레이(14A) 상의 이메일 아이콘(26C)의 활성화에 의해 활성화된다.

계산기 애플리케이션(48F)은 장치(10)의 사용자가 산술 계산을 생성 및 처리하여 GUI를 통하여 그 결과를 표시하도록 하는 모듈을 제공한다.

에너지 애플리케이션(48G)은 충전 파라미터, 충전 파라미터의 목적 등과 같은 동작 파라미터를 선택적으로 설정하도록 입력 모듈(70) 및 디스플레이(14B)와 연계하여 작용하는데, 이는 장치(10) 내의 하드웨어/소프트웨어/펌웨어 요소와 연 계하여 사용되는 소프트웨어 및 변수를 통하여 제어될 수 있다.

키 제어 애플리케이션(48H)은 디스플레이(14B) 내의 하나 이상의 정의된 키가 장치(10)의 동작 환경의 배경에 따라 다른 할당을 갖도록 하는 일련의 템플릿을 제공한다. 예를 들면, 디스플레이(14B) 내의 키에 대한 하나의 레이아웃은 표준적인 QWERTT 키보드 레이아웃이다. QWERTY 레이아웃의 하나의 변형은 "qwerty" 문자로서 키의 레이아웃을 소문자로 제공하는 것이다. 변형적인 QWERTY 레이아웃은 "QWERTY" 문자로서 키의 레이아웃을 대문자로 제공하는 것이다. 다른 레이아웃은 숫자키에 대한 레이아웃, 비영어 문자 세트(예컨대, 일본어, 프랑스어, 한국어, 덴마크어, 및 다른 언어들)를 포함한다.

일 실시예에서 디스플레이(14B)는 콜레스테릭(cholesteric) LCD로서 제공된다. 콜레스테릭 LCD는 쌍안정(bi-stable)이며 그 디스플레이가 설정되도록 프로그램밍될 수 있으며 전력은 디스플레이(14B)로부터 분리될 수 있다. 이와 같이, 전력이 없거나 매우 적은 전력이 디스플레이(14B)에 대한 키의 이미지를 유지하는데 필요로 한다. 또한, LCD(14B)는 콜레스테릭 반사형 디스플레이이다. 콜레스테릭 디스플레이의 특징은 이것이 수동 매트릭스가 비교적 높은 해상도 이미지를 생성하도록 하는 것과 같이 반사형 쌍안정 기술이라는 것이다. 콜레스테릭 키패드는 컬러 이미지를 표시하는데 컬러 필터를 반드시 필요로 하는 것은 아니다. 또한, 콜레스테릭 기판은 휘기 쉽고 편향될 수 있으므로, 디스플레이(14B) 상에 나타낸 키가 눌려지도록 한다.

데이터베이스(72)는 애플리케이션(48) 및 다른 모듈과 프로세스에 대한 데이 터 및 기록을 저장하도록 제공된다. 데이터베이스(72)는 플래시 메모리(42)에 또는 또 다른 데이터 저장 요소에 제공될 수 있다.

위에서 설명한 장치(10)의 일부 특징과 함께, 이제부터 실시예의 현저한 형태에 대하여 부가적인 상세를 제공한다. 특히, 실시예는 입력 장치가 활성화된 후 또는 입력 장치를 활성화하는 힘이 검출된 후 장치(10)에 피드백 신호를 제공하는 시스템 및 방법을 제공한다. 피드백 신호를 제공하는 것 이외에, 실시예는 입력 장치가 활성화되고 있음을 감지하는 경우 장치(10)에 제공되는 외부 에너지의 일부를 수확할 수 있다. 수확된 에너지는 장치(10) 내의 하나 이상의 구성요소에 의해 사용될 수 있는 피드백 에너지인 것으로 생각될 수 있다.

실시예에서, 키(24) 또는 디스플레이(14B) 상의 키와 같은 장치(10) 상의 입력 장치의 활성화는 수확되는 물리적 에너지를 제공한다. 수확된 에너지는 입력 장치 또는 장치 내의 다른 회로나 모듈과 연관된 회로에 전력을 제공하는데 사용될 수 있다.

실시예는 입력 장치에 대한 입력 모듈 또는 시스템에 관련된 2개의 구성요소를 갖는다. 구성요소 중 어느 하나 또는 모두는 입력 장치에 연결되는 입력 모듈 또는 시스템의 일부일 수 있다. 이 연결은 기계적, 물리적 및/또는 전기적인 의미일 수 있다. 제 1 구성요소는 입력 장치의 활성화를 감지하여 감지가 유발되는 경우에 피드백을 제공하는 이동 또는 움직임 신호를 제공하는 트랜스듀서이다. 활성화 감지는 입력 장치에 대한 힘 또는 압력의 검출일 수 있다. 피드백은 장치 내의 구성요소의 움직임 또는 이동일 수 있다. 보조적인 시각 및 가청 표시자가 생성될 수 있다. 제 2 구성요소는 트랜스듀서에 의해 생성되는 에너지를 수확하여 이것을 장치(10)에 어떤 형태로 제공하는 시스템이다. 다음으로 각 구성요소를 설명한다.

제 1 구성요소에 대하여, 본 실시예는 수신된 물리적 움직임을 전압 또는 전류와 같은 전기적 신호로 전환시키는 하나 이상의 트랜스듀서 또는 임의의 다른 장치를 사용하여 키와 연관된 입력 힘을 검출한다. 트랜스듀서(들)는 이들이 센서로서 동작하도록 구성되는 경우 입력 장치로서 작용한다.

실시예에서 트랜스듀서는 입력 장치 및 피드백 장치 모두로서 사용된다. 다른 실시예에서, 일련의 개별적인 트랜스듀서가 제공될 수 있다. 트랜스듀서는 힘에 응답하여 전압을 발생시키는데 사용되는 압전 재료 또는 결정체를 포함할 수 있다. 압전 결정체에서, 내부의 양전하와 음전하가 분리되지만, 결정체 전체를 통하여 대칭적으로 분포되므로, 결정체는 전체적으로 전기적 중성 전하를 갖는다. 기계적 응력이 결정체에 가해지는 경우, 전하 대칭이 교란되며, 결정체 내의 전하의 결과적인 비대칭이 결정체 양단에 전압을 발생시킨다. 발생된 전압은 매우 높을 수 있다. 예를 들면, 2 kN(k 뉴튼) 힘이 가해지는 경우에 12,000 V(낮은 전류에서)를 초과하는 전압이 1 입방 cm의 수정에 발생될 수 있다.

제 2 구성요소에 대하여, 위에서 언급한 바와 같이, 압전 소자는 이것이 응력을 받는 경우 전압을 발생시킨다. 압전 소자가 센서로 사용되는 경우 그리고 이것이 응력을 받는 경우, 소자와 연관된 입력 영역의 활성화를 나타내는 신호로 사용될 수 있는 전압이 발생된다. 이 전압은 상당히 높을 수 있다. 압전 소자에 의해 발생되는 전압을 수신하여 이를 전하에 제공하고 장치(10) 내의 다른 소자에 전 력을 공급하는 회로가 제공된다. 에너지를 수확하기 위해서, 발생된 전압은 전압을 DC 값으로 전환하는 정류기 회로에 제공될 수 있으며, 이는 다른 회로가 필요로 하는 바와 같이 저장 및 사용될 수 있다.

압전 소자에 대하여 부가적인 상세를 제공한다. 압전 재료는 트랜스듀서이며 이것으로서 위에서 설명한 바와 같이 전압을 발생시키는 센서와 액추에이터 모두가 될 수 있다. 액추에이터로서, 트랜스듀서는 피드백 신호를 제공하는데 사용될 수 있다. 특히, 압전 재료가 전압을 받는 경우, 역 압전 효과가 발생되고, 여기서 결정체는 전압에 응답하여 모양이 변형된다.

다른 전기적/변형 효과는 횡방향, 종방향, 및 전단 효과를 포함하여 압전 결정체가 절단되는 방법에 따라서 압전 결정체에 의해 나타날 수 있다. 횡방향 효과에서, 결정체의 중립 축을 따라 힘이 가해지는 경우, 압전 재료는 힘에 수직한 방향으로 전압을 발생시킨다. 종방향 및 전단 효과 모두에서, 발생되는 전압량은 가해지는 힘에만 비례하며 힘의 방향은 전압에 영향을 주지 않는다.

예시적인 압전 재료는 수정, 세라믹 및 폴리머를 포함한다. 인공적인 압전 세라믹은 바륨 티타네이트(BaTiO₃), 납 티타네이트(PbTiO₃), 납 지르코네이트 티타네이트(전형적으로 두문자어 "PZT"로 칭함), 포타슘 니오베이트(KNbO₃), 리튬 니오베이트(LiNbO₃), 리튬 탄탈레이트(LiTaO₃), 텅스텐산 나트륨(Na_xWO₃), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 PVDF의 공중합체인 P(VDF-TrFE)를 포함한다. 광학적으로 투명한 압전 폴리머가 또한 사용될 수 있으며, 이는 때때로 전기 활성 폴리 머(electro active polymer; EAP)로 칭한다. 일부 광학적으로 투명한 압전 폴리머는 PLZT(lanthanum-modified lead zirconate titanate) 및 PMN-PT(lead magnesium niobate-lead titanate)를 포함한다.

전기적으로, 압전 트랜스듀서는 매우 높은 직류(DC) 출력 임피던스를 가지며 커패시터로서 또는 비례 전압원 및 필터 네트워크로서 회로도에서 개략적으로 표시될 수 있다. 소스에서의 전압은 인가된 힘, 압력 또는 변형에 직접 비례한다.

압전 트랜스듀서는 이것이 사용되는 방법에 따라 많은 형태로 제공될 수 있다. 유니모프(unimorph) 형태로서, 전형적으로 세라믹 재료로 이루어진 단일 압전 소자가 제공된다. 유니모프 형태로서, 중앙 기판은 기판의 일면에 제공되는 제 1 압전 소자 및 기판의 대향면에 제공되는 제 2 압전 소자를 갖는다. 하나의 압전 소자는 액추에이터로서 작동하도록 구성되고 다른 하나는 센서로서 작동하도록 구성된다. 또 다른 형태에서, 압전 트랜스듀서는 (연성) 섬유 형태로 제공될 수 있는데, 이는 알려져 있는 점성 서스펜션 스피닝 공정(viscous suspension spinning process)을 통하여 보다 큰 모양의 블록으로부터 압전 결정체 재료를 회전 및 인장하여 형성될 수 있다. 이러한 섬유는 전형적으로 약 10 미크론 내지 250 미크론 사이 또는 그 이상의 직경을 갖는다. 참고로서, 인간의 머리카락은 대략 100 미크론의 직경을 갖는다. 하나의 섬유 형태에서, 압전 트랜스듀서는 D33의 계수값을 가질 수 있는데, 여기서 전압은 그 길이를 따라 발생될 수 있다. 변형적으로, 섬유는 단면 길이로 100 미크론의 범위의 평방 단면을 갖는 직각의 가닥으로 얇은 시트의 압전 재료를 다이싱하여 생성될 수 있다. 발생되는 전압은 고도로 감쇄된 교 류 AC 전압일 수 있다. 300 Vac(피크 투 피크)의 범위 내의 전압이 초기 활성화 힘에 응답하여 측정되었다.

도 3A를 참조하면, 압전 섬유(300)의 단면이 도시되어 있다. 초기에 설명한 바와 같이, 섬유(300)는 대략 10 미크론 내지 250 미크론을 넘는 범위의 직경을 가질 수 있다. 이것은 세라믹, 압전, 전왜(electrostrictive) 및/또는 전기 활성 폴리머 재료로 이루어질 수 있다. 이것은 반투명, 불투명 또는 투명할 수 있다. 투명 전극의 구현은 투명 또는 반투명 트랜스듀서를 상보할 수 있다. 전극은 그 조성에서 인듐 티타늄 산화물(indium titanium oxide; ITO)을 가질 수 있다. 투명 트랜스듀서가 디스플레이(14)의 보이는 영역의 앞에 장착되면, 트랜스듀서와 전기적으로 인터페이스 통신하도록 ITO와 같은 투명 전극의 사용은 그 투명도를 상보한다.

각 섬유(300)는 D33 계수 배열로 구현될 수 있으므로, (예컨대, 응력을 받는 경우처럼, 극 중심을 향하여 신속하게 가해지는 힘으로부터) 그 길이를 따라 형성되는 변형은 전압을 발생시킨다.

각 섬유(300)마다 한 쌍의 전극(302A, 302B)이 제공되어 변형을 감지하고 이러한 변형에 의해 발생되는 전압을 감지하여 이를 부가적인 도체에 전달한다. 각 전극(302)은 레일(304), 및 서로 평행 대칭 이격된 관계로 레일(304)의 길이를 따라 외부 방향으로 방사하는 복수의 타인(tine)을 포함한다. 전극(302)은 쌍의 세트로 제공될 수 있으며 기판 상에 케이스 밀봉하거나 스퍼터링될 수 있다. 각각의 전극(302), 레일(304) 및 타인(306)은 스퍼터링된 실버, 기판(308) 상의 ITO 전극 패턴, 및/또는 베어 와이어(bare wire)(어느 경우에 와이어는 트랜스듀서의 폭을 감소시킴)가 형성될 수 있다. 전극은 투명할 수 있다. 절연체는 압전 섬유와 레일 사이에 제공될 수 있다.

대향 전극(302A(음), 302B(양))의 타인은 서로 번갈아 인터페이싱된다. "휴면(resting)"(즉, 비압축) 위치에서, 타인(306A, 306B)은 섬유(300)의 표면과 그리고 서로 이격된 관계에 있다.

섬유(300)가 타인(306) 상에 가해진 힘으로부터 변형(즉, 압축)되는 경우, 힘은 압전 섬유를 변형시키고, 이는 전극에 의해 검출되고 나서 (커패시터와 같은) 에너지 저장 장치에 전달될 수 있는 섬유 내의 전하를 생성한다. 이 전달은 정류기 회로를 통하여 제공될 수 있다. 전극은 섬유와 접촉될 수 있으며 이는 힘이 가해지는 경우 변화하지 않는다. 여기서, 섬유(300) 내에 발생되는 전압은 전극에서 검출된다. 하나의 전극(302B)은 섬유(300)에서 발생되는 전압에 대한 양극이며 다른 한 전극(302A)은 음극이다. 전극(302)에의 접속은 발생된 전압이 또 다른 회로에 전달되도록 한다. 한 쌍의 대향 전극(302)은 섬유(300)를 따라 감지 영역을 한정한다. 하나 이상의 전극(302)의 쌍은 섬유(300)의 길이를 따라 제공될 수 있다.

도 3B를 참조하면, 또 다른 실시예에서, 전극(302A, 302B)은 레일(304)에 의해 그 길이를 따라 섬유(300)에 접속된다. 타인(306)은 전극(302)으로부터 방사되지만, 섬유(300)의 표면을 터치하지 않는다. 부가적으로 또는 변형적으로 음 전극은 섬유(300)의 단면을 가로질러 연장되고 그 단면을 따라 복수의 개별적인 양 전극(302B'')(도 3B)은 그 단면을 따라 응력 검출 부위의 영역을 제공할 수 있다. 유사한 단면이 도 3A에 대하여 스퍼터링된 전극에 제공될 수 있다. 전극의 다른 배향이 가능하다. 전극은 섬유(300)의 측면, 상부 또는 하부 상에 배향될 수 있다. 대향 전극은 서로 평행하게 정렬될 수 있거나 또는 전극의 단면은 수렴 또는 발산할 수 있다. 전극(300)의 쌍은 섬유(300)의 주위에 감길 수 있다.

도 4A 및 4B를 참조하면 섬유(300)의 예시적인 레이아웃이 제공된다. 일단 배향되면, 섬유(300)는 기판에 가해지는 외부 힘으로부터의 압력이 기판의 본체를 통하여 섬유(300)에 전달되도록 하는 기판에 케이스 밀봉될 수 있다. 섬유(300)를 따라, 일련의 전극(302)이 초기에 설명한 바와 같이 제공된다. 도 4A에서, 레이아웃(400A)은 한 세트의 열 섬유 위(또는 아래)에 한 세트의 행 섬유로 배열되는 개별적인 분리된 섬유(300)의 그리드이다. 전극(302B, 302A)은 하나 이상의 세그먼트의 섬유와 연관될 수 있으며 "+" 와 "-" 부호로 도시되어 있다. 초기에 언급한 바와 같이, 전극은 섬유의 상부에 위치한 층에서 스퍼터링될 수 있으며 또는 하나 이상의 세그먼트의 섬유에 접속될 수 있다. 전극은 선택된 섬유(300) 사이에서 양 및 음 전극(302)을 교번하도록 배열될 수 있다. 변형적으로 또는 부가적으로, 일부 행 및 열 섬유(300)는 다른 섬유들과 꼬여 형성될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 섬유(300)의 전형적인 직경은 약 10 미크론 내지 250 미크론 이상의 범위에 있을 수 있다. 섬유(300) 간의 간격은 약 10 미크론 내지 750 미크론 이상의 범위에 있을 수 있다. 그 간격은 레이아웃(400A) 내의 영역에서 변화할 수 있다. 레이아웃(400A)은 일련의 섬유 세그먼트(402)가 제공되는 단면을 포함한다. 각 섬유 세그먼트(402)는 개별 전극을 가질 수 있다. 세그먼트(402)로부터의 신호는 분 석되거나 특정 위치와 연관되어 압력이 가해지고 있거나 또는 국부 피드백 감지가 발생될 수 있는 영역을 결정할 수 있다. 도 4B에서, 연속적인 섬유가 패턴(400B)마다 접속된 열의 패턴과 중첩되는 접속된 행의 패턴으로 엮여진다. 전극(302)이 센서의 "그리드"가 제공되도록 섬유(300)를 따라 규칙적 또는 변화되는 간격으로 배치될 수 있음을 볼 수 있다. 하나 이상의 세트의 전극(302A, 302B)이 섬유(300)를 따라 제공될 수 있다. 적절한 경우, 전극의 극성은 섬유(300)의 길이를 따라 스위칭될 수 있다. 도 4A 및 4B 모두에서, 섬유(300)의 배열은 배향되어 기판 및/또는 폴리머에 케이스 밀봉됨으로써 이들이 일반적으로 장치(10)의 주된 전면에 수평할 수 있다. 실시예는 패턴(400A, 400B)으로부터 특징을 갖는 섬유의 조합을 제공할 수 있다. 부가적으로, 복수의 개별 세그먼트의 섬유(300)는 각 세그먼트가 장치(10)에 개별 신호를 제공하는 패턴(도시되지 않음)으로 레이아웃될 수 있다.

다른 실시예에서, 한 방향(예컨대, x 또는 y 방향)으로 배열된 평행한 섬유의 집단에 의해 영역이 한정될 수 있다.

장치(10)에 가해지는 압력점의 위치를 용이하게 결정하도록 섬유(300)의 패턴에 전극(302)의 대응하는 배치가 제공되는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 레이아웃(400A 또는 400B) 중 어느 하나에서, 어느 그리드 내에 힘이 가해지는 경우, 일련의 신호가 섬유에서 생성된다. 그 신호는 예를 들면 삼각 측량 행/열 분석에 의해 가해진 힘의 근사 위치를 결정하도록 처리될 수 있다. 일단 위치가 결정되면, 국부 피드백 신호가 제공될 수 있다. 섬유(300)의 배열, 조성 및 그 관련된 기판은 힘을 검출하는 다양한 감도를 제공한다. 전극으로부터 신호를 분석하는데 필요로 하는 부가적인 튜닝 회로 및 소프트웨어 필터가 제공될 수 있다. 예를 들면, 가해진 힘이 섬유의 길이를 따라 이동하면서 섬유(300) 내의 발생된 전압 신호가 가해진 힘 변화에 응답하여 변화하기 때문에, 신호 처리 기술을 이용하여 섬유(300)의 길이를 따라 어디에서 힘이 가해졌는지를 결정하는 것이 또한 가능하다. 이것은 위치 정보를 설정하는데 필요로 하는 다른 전의 영역의 수를 감소시키는 이점을 갖는다.

일부 실시예에서, 압전 재료가 액추에이터로 사용되는 경우, 그 두께 또는 길이 중 어느 하나 또는 모두는 그 활성화 중에 확장될 수 있다. 섬유(300)의 단면이 확장되는 두께를 제공하도록 구현되면, 물리적으로 대향하는 도전층이 도체에 요구될 수 있다. 이것은 압전 재료의 D33 모드를 이용하여 구현될 수 있다. 섬유(300)의 길이가 확장되도록 설계되면, 섬유(300)는 하나 또는 2개의 도전층으로 구현될 수 있다. 하나의 도전층이 사용되면, 하나의 층이 인터디지털 전극 패턴으로서 구현되는 것이 바람직하며 압전 재료의 D33 모드가 이용될 수 있다. 2개의 도전층이 사용되면, 2개의 대향하는 도전층이 요구될 수 있고 압전 재료의 D31 모드가 이용될 수 있다. 2개의 조합이 바람직할 수 있는 일부 상황이 있다.

또한, 인터디지털 전극 패턴은 임의의 각도로 섬유(300)와 정렬될 수 있으므로, 그 타인(tine)은 반드시 압전 섬유와 직각을 이룰 필요는 없다. 전극이 비스듬히 배향되는 경우, 액추에이터 애플리케이션에서 비틀림 움직임이 존재한다.

압전 섬유가 상이한 인터디지털 전극 패턴과 연관될 수 있다는 것을 또한 주목해야 한다. 예를 들면, 한가지 패턴이 센서 영역을 한정할 수 있으며 또 다른 패턴이 액추에이터 영역을 한정할 수 있다.

이제부터, 실시예에서의 센서로서의 압전 소자의 사용에 대하여 부가적인 상세를 제공한다. 도 5를 참조하면, 디스플레이(14B)의 일부가 500으로 도시되어 있다. 디스플레이(14B) 내의 키들은 키 윤곽(502)으로 구별될 수 있다. 이 윤곽은 디스플레이(14B)의 표면 상에서 실크 스크린 처리될 수 있다. 변형적으로, 키 캡이 제공될 수 있다. 캡들이 제공되는 경우, 이들은 디스플레이(14B)의 감지 회로에 의해 사용되는 용량성 감지를 실질적으로 방해하지 않는 재료로 구성되고 그 치수를 갖는 것이 바람직하다. 디스플레이(14B) 내의 키는 물리적인 배리어, 리지 또는 분리(리지(504)로 도시됨)를 통하여 그룹으로 구획될 수 있다. 섬유(300)의 배열은 섬유가 키(502) 사이의 간격으로 디스플레이(14B) 내의 "키" 사이에서 이루어지거나, 또는 디스플레이 영역의 내부 및/또는 외부에 제공되는 리지(504)에 합체될 수 있거나 또는 키(502)의 위 또는 아래에 위치하도록 제공될 수 있다. 리지(504)는 디스플레이(14B) 내의 임의의 대상 영역, 예를 들면 하나 이상의 키(502)에 관련된 영역을 한정할 수 있다. 리지(504)는 디스플레이(14B)의 표면으로부터 상방향으로 연장될 수 있으며 경계선과 맞닿는 것들로부터 표기하여 디스플레이(14B)를 보호하는 경계선을 한정할 수 있다.

디스플레이(14B)는 콜레스테릭 LCD로서 제공될 수 있다. 콜레스테릭 LCD는 쌍안정이며 그 디스플레이가 설정되도록 프로그램밍될 수 있으며 전력은 디스플레이(14B)로부터 분리될 수 있다. 이와 같이, 전력이 없거나 매우 적은 전력이 디스플레이(14B)에 대한 키의 이미지를 유지하는데 필요로 한다. 이 구성에서, 디스플 레이(14B)에 대한 콜레스테릭 기판은 편향될 수 있는 휘기 쉬운 기판을 제공하여, 디스플레이(14B) 내의 키를 누르는 경우 이것이 오목해지도록 한다. 섬유(300)의 재료 조성, 레이아웃(예컨대, 인접한 섬유의 간격) 및 치수(예컨대, 직경)에 따라서, 섬유(300)의 레이아웃은 투명 또는 반투명일 수 있으며, 섬유가 디스플레이(14B)의 위, 아래 또는 그 내의 기판에서 직조, 배치, 또는 그렇지 않으면 위치하도록 하며, 최소 또는 가상적으로 그 아래에 위치한 요소들의 어떠한 시각적 왜곡도 주지 않을 수 있다.

이제부터 실시예의 트랜스듀서 및 에너지 수확 구성요소에 대하여 부가적인 상세를 제공한다. 도 6을 참조하면, 디스플레이(14B) 내의 키 아래에 전기-기계적 요소를 포함하는 구성요소의 분해 단면도가 도시되어 있다. 본 실시예가 단일 키, 키 그룹 또는 디스플레이(14B) 내의 모든 키에 해당할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 실시예에서, 키(600)가 도시되어 있다. 주어진 키(600)에 대하여, 렌즈(602)는 디스플레이(14B) 및 섬유층(604)을 덮는다. 렌즈(602)는 유리 또는 폴리카보네이트로 구성될 수 있으며 이에 가해지는 압력이 그 아래의 구성요소에 부여되도록 하는 충분한 굴곡성을 가질 수 있다. 섬유층(604)은 예를 들면 도 4A 및 4B의 패턴(400A, 400B) 중 하나의 패턴으로 배열된 섬유(300)(도시되지 않음) 및 전극(302)(도시되지 않음)을 포함한다. 섬유층(604)은 플랫폼(608)에 의해 인쇄 회로 기판(PCB)(606)의 위에 현수될 수 있다. 플랫폼(608)은 PCB(606)로부터 디스플레이(14B)에 라이저(riser)를 제공한다. 어떤 경우에는, 플랫폼(608)은 제공되지 않을 수 있으며 이것은 디스플레이(14B)와 합체될 수 있다. 섬유층(604)의 하부와 PCB(608) 사이에 갭이 존재할 수 있다. 섬유층(604) 내의 단자(610)는 섬유층(604) 내의 섬유(300)의 전극(300A, 300B)으로부터 전기 접촉을 제공한다. 이와 같이, 섬유(300)가 센서로서 동작하는 경우, 단자(610)는 섬유(300)에 의해 생성되는 임의의 출력 전압 신호를 장치(10) 내의 부가적인 회로, 서브-회로 또는 모듈에 전송한다. 섬유(300)가 액추에이터로서 동작하는 경우, 외부 제어 신호는 섬유(300)의 일부의 활성화를 제어하도록 단자(610)에 제공된다. 섬유(300)의 다른 전극에 각각 접속하는 복수의 단자(610)가 존재할 수 있다. 캡(612)은 키에 대한 영역의 상부에 제공되며 확실한 물리적 특징을 제공하여 키를 표기하는데 사용된다. 다시, 이것은 디스플레이(14B)와 함께 사용되는 용량성 감지를 용이하게 하도록 다양한 모양, 사이즈 및 구성을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 섬유 또는 섬유층(604)은 하나 이상의 섬유 및/또는 층이 디스플레이의 위 또는 그 아래 중 어느 하나에 위치하며, 또는 부가적인 또는 기존의 층에 합체되거나 디스플레이(14)에 또는 그와 연관된 기판에 내장되거나 디스플레이(14) 상에 배치되도록 제공될 수 있다. 예를 들면, 섬유층은 커버 또는 디스플레이(14)용 렌즈에 및/또는 디스플레이(14)의 아래에 위치한 엘라스토머 층에 위치할 수 있다.

섬유층(604)을 형성할 때, 이는 몇 개의 부분층으로 구성될 수 있다. 제 1 부분층(상부로부터 시작하여)은 하나의 투명 전극 층을 형성하는 렌즈(602)에 대하여 스퍼터링된 ITO의 층일 수 있다. 전극 층의 아래에, 섬유(300)의 매트릭스는 층 내의 섬유를 현수하는 내부에 제공되는 폴리머, 수지 또는 기판 재료를 갖는다. 일부 배열에서, 섬유는 항상 전극과 접촉되어 있을 수 있다. 최종적으로, 섬유 및 폴리머의 아래에서, 제 2 ITO는 렌즈 내로(또는 섬유(300)의 아래로) 스퍼터링되어 섬유(300)에 대한 상보형 전극을 형성할 수 있다. 최종적으로, (투명한) 가요성 폴리머가 섬유(300) 전극의 아래에 배치될 수 있다. 부가적으로 또는 변형적으로, 제 1 ITO는 섬유층(604) 내에 상보형 세트의 섬유용 전극을 제공하는 제 2 스퍼터링을 포함할 수 있다.

또 다른 구성에서, 섬유(300)는 디스플레이(14B) 또는 그와 연관된 렌즈나 커버에 부착될 수 있다.

섬유(300) 또는 압전 트랜스듀서의 다른 실시예가 장치(10) 상의 다른 입력 장치 이외에 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 배열은 키가 섬유(300)로 눌려지는 경우(또는 그렇지 않은 경우) 부가적인 신호를 제공하는 일부 전기기계적 스위칭 메커니즘을 갖는 키 어셈블리를 제공할 수 있다. 또한, 트랜스듀서를 갖는 키는 디스플레이(14A) 및 디스플레이(14B)로부터 분리되는 장치(10)의 단면에 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 엘라스토머 층 및/또는 섬유층(604)은 렌즈(602)의 아래에 직접 배치될 수 있으며 디스플레이(14B)가 존재하지 않는다. 또한, 부가적인 전기기계적 스위치가 제공될 수 있다.

이제부터 장치(10)에 트랜스듀서로서 제공되는 경우 섬유(300)가 응력을 받는 방법에 대하여 부가적인 상세를 제공한다. 도 7A에서, 캡(612)은 키로서 지정된 디스플레이(14B) 내의 영역 상에 부착되어 있는 것으로 도시되어 있다. 키 캡(612)은 일반적으로 규칙적인 키의 사이즈가 되도록 부착되어 형성되는 평탄하고, 얇고, 단단한 폴리카보네이트이다. 이것은 투명하거나, 엷은 색조이거나 불투 명할 수 있다. 캡(612)의 한가지 기능은 기판(604) 내의 섬유에 키를 활성화하는 경우 사용자에 의해 가해지는 내방향 하방향의 외부 힘을 전달하는 것이다. 이와 같이, 캡(612)은 디스플레이(14B) 내의 키 주위의 노출된 외부 영역을 강화하는데 조력한다. 캡(612)은 디스플레이(14B)용 국부 키 영역 상의 키 키 영역에 개별적으로 아교 부착 또는 용접될 수 있다. 변형적으로, 캡(612)은 기판 상에 장착되거나 이와 함께 몰딩될 수 있으며 기판은 디스플레이(14B)에 대한 커버(602)의 상부에 배치될 수 있다. 또한, 또 다른 실시예는 캡을 이용하지 않을 수 있다. 캡(612)의 사용은 그 존재가 디스플레이(14B)의 하부 검출 회로의 동작에 어떻게 영향을 주는지에 달려있다.

캡(612)은 특정 키에 대한 개별적인 구성요소로서 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 캡(612)은 커버(602) 내의 요소로서 일체화될 수 있다. 이러한 커버에서, 각각의 키들은 웹(web) 또는 다른 재료에 의해 서로 접속될 수 있다. 이러한 웹은 캡(612)보다도 두께가 더 두꺼울 수 있고, 또는 캡(612)의 이동을 인접한 캡(610)으로부터 고립시키도록 (더) 가요성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다.

도 7A 및 7B를 참조하면, 디스플레이(14B) 상의 섬유 및 전극을 갖는 섬유층(604)에 대하여 부가적인 상세를 제공한다. 섬유층(604)에서 그 트랜스듀서는 디스플레이(14B)에 대하여 수평 배향으로 배향되는 패턴 압전 섬유로서 제공된다. 섬유의 특정 모양, 사이즈, 배향 및 위치는 키 및 에너지 회수 시스템의 물리적 및 성능 요건에 따라 맞춤 설계될 수 있다. 커버(602)의 저부와 섬유층(604)의 상부 사이에 갭이 존재할 수도 그렇지 않을 수도 있다. 섬유층(604)의 저부와 PCB(606) 의 상면 사이의 간격은 간격 "A"로 표기되어 있다. 플랫폼(608)은 PCB(606)의 위로 디스플레이(14B)를 상승시킨다. 이와 같이, 디스플레이(14B)의 저부와 PCB(606)의 상부 사이에 간격 "B"의 갭이 존재한다. 간격 "B"는 간격 "A"보다 더 작다. 본 실시예에서, 디스플레이(14B)는 플랫폼(608)에 의해 현수되고 가해지는 외부 힘을 검출할 수 있을 만큼 충분한 종방향 강성을 갖는다. 다른 실시예에서, 디스플레이(14B)의 2개 이상의 단부가 다른 플랫폼, 포스트, 라이저, 스탠드오프(standoff) 등에 의해 지지될 수 있다. 또한, 플랫폼(608)은 그 하우징에서와 같이 장치(10)의 다른 부분에 부착될 수 있다.

부가적으로 또는 변형적으로, 섬유층(604)이 디스플레이(14B)에 대하여 상이한 배향으로 이격된 관계로 위치하고 기계 장치가 수신된 움직임을 트랜스듀서의 위치로 전달하도록 제공되는 배열이 제공될 수 있다. 예를 들면, 섬유층(604)은 PCB(606) 상에서 보통 수직하게 배향될 수 있으며, 로드, 기어, 스프링 등의 조합은 커버(602) 내의 편향에 의한 하방향 이동을 섬유층(604)의 표면에 제공되는 수평 이동으로 전이 및 전달하도록 제공될 수 있다. 디스플레이(14B) 내의 키의 물리적 제공을 완성하기 위해서, 캡(612)이 제공될 수 있으며 캡(612)은 커버(602)가 위치하는 영역 위의 디스플레이(14B)의 상부에 위치한다.

도 7B를 참조하면, 하방향 압력이 캡(612)에 가해짐에 따라, 디스플레이(14B)는 PCB(606)의 내방향으로 편향된다. 이와 같이, 섬유층(604)은 또한 하방향으로 편향된다. 캡(612)이 커버(612) 상의 캡(612)의 에지에서 그 표면을 가로질러 하방향 압력을 균일하게 분포시킴에 따라, 편향 영역(702)으로 표시된 바와 같이 섬유층(604)의 편향 영역이 존재한다. 섬유층(604)이 하방향으로 힘이 가해짐에 따라, 이것은 하방향으로 편향되고 압축됨으로써, 섬유층(604) 내에 영향을 받는 섬유(또는 그 일부)의 압축이 존재한다. 섬유층(604) 내의 섬유(300)는 직접 캡(612)의 아래에 배치될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 섬유가 캡(612)에 충분히 근접해 있으면(예를 들면, 섬유(300)의 일부가 캡(612)에 인접하면), 이것은 캡(612)에 부여된 힘의 일부가 부여될 수 있다. 편향 및 압축량은 섬유층(604), 커버(602) 및 심지어 캡(612)의 재료의 조성에 달려있다. 편향(702)의 정도는 편향 영역을 예시하도록 큰 축척비로 도시되어 있다. 디스플레이(14B)는 편향 영역(702)으로부터의 부여된 압력으로 인해 변형 영역(704)에서 변형될 수 있다.

섬유층(602)이 압축, 편향 및 그렇지 않으면 응력을 받기 전에 언급한 바와 같이, 그 내부의 섬유(300)(도시되지 않음)는 내부 전하가 힘으로부터 비대칭되는 경우 전극(302)(도시되지 않음)에 의해 얻어지는 전압을 발생시킨다. 이 전압은 전극(302)을 통하여 단자(610)로 전달되며, 그리고 나서 이는 장치(10) 내의 다른 구성요소 및 모듈로 전달된다. 전극(초기에 설명한 바와 같이, 전극(302)의 쌍으로 이루어지거나 또는 음 전극(302A)을 따라 복수의 양 전극(302B)을 가짐)의 배열은 힘이 가해지는 위치를 식별하도록 분석될 수 있는 전기 신호를 제공할 수 있다.

또한, 두 개의 예시적인 모드(G33, G31 모드)가 센서에 구비될 수도 있으며, 여기서 g는 기계 전기 변환을 나타낸다. 센서의 G31과 G33 모드는 액추에이터의 D31과 D33과 동등하다. 또한, 섬유는 양단부가 고정된 간단한 빔 지지 구성으로서 캔틸레버식으로 고정되거나 장착된다. 사용자가 중간 부분을 가압할 경우, 압전 재료는 확장되어 인가된 힘에 따라 휘어지는 렌즈에 접합된다.

또한, 섬유(300)가 입력 장치를 중심으로 다른 장소, 예를 들면, 도 5에 대하여 언급한 바와 같이 디스플레이(14B) 주위에 위치되면, 섬유(300)와 섬유층(604)은 이들의 설계된 위치 내로 맞춰지게 된다.

실시예에서, 섬유층(604)이 적어도 압전 소자로서 실시되는 경우에 장치(10)의 감지 및 피드백 기능 모두를 구비하게 된다. 감지 기능의 하나로는 디스플레이(14B)에서의 관련 키 또는 커맨드의 활성화를 감지하는 것이다. 하나의 피드백 기능으로는 어떠한 유발 조건상에서 장치(10)에 피드백 신호를 제공하는 것이다. 이 유발 조건은 디스플레이(14B)에서의 키 활성화에 대한 감지를 포함할 수도 있다.

일반적으로, 양의 액추에이터 조건을 유발시키기 위해서는, 대략 3 및 6N(Newton) 사이의 힘이 압전 트랜스듀서에 인가될 필요가 있으며, 이때 센서로서 작동하도록 구성된다. 트랜스듀서가 키 입력으로 구성될 경우, 키 입력이 활성화되면 장치(10)를 통하여 어떤 물리적인 피드백 신호를 제공한다는 관점에서 보면 사용자 인터페이스로 유용하다. 일반적으로, 요청에 따라서 대략 0.7N의 힘이 제공되지만, 3N 이상의 피드백 힘이 제공될 수도 있음을 주지한다. 예시적인 범위로서는, 약 2.0N의 피드백 신호를 제공할 수 있다. 피드백 신호는 트랜스듀서를 통하여 럼블(rumble) 신호(대략 150Hz에서 저주파 공진을 가짐)로서 제공될 수도 있다. 50 Hz 내지 2000 Hz 사이 범위와 같은 다른 주파수가 제공될 수도 있다. 이 신호의 진폭은 트랜스듀서에 따라 다를 수 있다. 입력 인스턴스(instance)로부터 제공된 힘과 피드백 힘 사이의 차는 다음과 같다:

힘의 차 = 입력 힘 - 피드백 신호 힘

= (3 내지 6N) - 0.7N

= 약 2.3N과 5.3N 사이

식 1

이 힘은 자유 공간에서 감지되는 힘일 수도 있으며, 장치에서 감지되는 힘 및/또는 임펄스 힘일 수도 있다. 응답 신호의 바람직한 특성 중 하나는 압전 재료에 대해 비교적 급격한 전압 상승을 가지며 급격한 감쇄가 덜하다는 것이다. 상승이 너무 빠를 경우, 촉각할 수 있는 그 이상의 많은 가청 잡음이 생성된다. 상승이 너무 느릴 경우, 고무와 같은 감촉이 제공된다. 실험에서, 300us의 상승 시간이 지각하기에 좋은 것으로 나타났다. 감쇄에 대해서는, 너무 빠른 감쇄가 제공될 경우, 이차 가청 클릭이 존재하게 된다. 이는 의도될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 너무 느린 감쇄는 액추에이터로 하여금 다음 이벤트(다음 촉각 응답)에 대해 준비되지 않게 된다. 약 150Hz 내지 250Hz의 주파수 신호가 제공될 경우, 이 신호는 1 내지 5 주기로 한정될 수도 있다.

인가된 힘은 입력 모듈(70)에 의해 회수될 수도 있다. 입력 모듈(70)에 의해 회수된 에너지(전압)는 그 밖의 회로나 부가 회로에서 장치(10)에 의해 사용될 수도 있다. 사용 예로서는 하나 이상의 배터리의 재충전, 회로에 필요한 전압 공급, 또는 회로에 대한 전압원으로의 대체 등을 포함한다. 섬유(300)의 길이 방향에 따른 탭핑(tapping)은 다른 파형 출력을 생성한다. 도 3과 관련된 전극(302)의 패턴 이외 또는 이를 대체하여, 에너지 애플리케이션(48G)(디지털 신호 처리기로부터 부가 처리를 구비)은 전극의 길이를 따라 탭의 위치를 결정하기 위해 전극들로부터 제공된 신호에 대한 상관을 산출할 수도 있다.

보다 상세한 설명에 대해서는 실시예에 의해 제공된 피드백 기구에 관하여 기술한다. 도 8을 참조하면, 입력 모듈(70)의 일부로서의 회로(800)는 섬유(300)를 움직이기 위해 통전되도록 섬유 통전에 필요한 고전압을 제공한다. 회로(800)는 섬유 레이아웃에 하나 이상의 섬유에 제공될 수도 있다. 하나 이상의 섬유 또는 그 밖의 트랜스듀서는 회로(800)만큼의 하나 이상의 회로와 연계될 수도 있다. 이러한 움직임은 키 패드(14B)의 키와 같이 키 활성에 대한 물리적 피드백 신호로서 이용될 수 있다. 섬유(300)는 활성화된 상태에서 특정 주파수와 진폭으로 진동하며, 휨 상태에서 휘어지고, 휴면 상태에서 편평해지는, 즉, 활성화되지 않을 수도 있다. 섬유(300)를 활성화하는데 사용되는 신호의 하나로는 임펄스 신호가 있다. 섬유(300)가 구동될 때, 신호의 극성에 의거하여 길이가 수축되거나 확장될 수 있다. 본 실시예에서, 하나의 반응 신호는 사용자가 섬유(300)를 현재 누르고 있을 때의 위치에서 표시/기판 상의 외측(상측)으로 섬유(300)를 확장 및 수축하게 함으로써, 국부적인 피드백을 입력 힘에 제공한다.

섬유(300)를 통전시키기 위하여, 양의 전압이 섬유(300)의 단자(302B)에 인가된다. 단자(302B)에서의 전압은 양의 채널(P-ch) 전계 효과 트랜지스터(FET)(802)에 의해 부분적으로 제어된다. FET(802)는 음의 채널(N-ch) FET(804)의 활성에 의해 활성화(즉, 턴온)되며, 이 자체는 게이트와 소스 접합 사이에 존재 하는 충분히 높은 전압의 존재에 의해 활성화되어, 2.5 V 오더로 된다. FET(804)는 FET(802)의 게이트 상에 존재하는 Vgs 전압을 논리 회로가 출력단을 제어하기 위해 사용할 수 있는 낮은 전압으로 전이시키기 위해 제공된다. N-ch FET(806)는 게이트 소스 접합의 논리 레벨 전압에 의해 직접적으로 턴온된다.

동작에 있어서, 섬유(300)를 통전시키는 예로서 섬유(300)가 방전된 상태를 설명한다. 섬유층(604)에서의 섬유(300)는 용량성 임피던스를 본래 가지고 있다. 60V 내지 200V에서 구동되는 모노모프(monomorph) 압전 소자에 대해서는, 커패시턴스가 약 60nF 내지 200nF이 될 수도 있다. 다층 압전 소자에 대해서는, 대략 10V 정도로 낮은 전압 구동 전압에서는 커패시턴스가 약 1uF과 5uF 사이가 될 수도 있다. 동작에 있어서, 섬유(300)는 장치(10)가 급전되어 있는 동안 활성화된 FET(806)에 의해 접지될 수도 있지만, 접지는 항상 제공되는 것은 아닐 수도 있다. 섬유(300)가 방전되는 동안 FET(806)를 활성 상태로 유지하는 이점으로는 섬유(300)가 기지의 상태(예를 들어, 확장도 수축도 아닌 완화)에 있다는 것이다. FET(802)는 FET(804)의 게이트에서 Vgs 전압을 구동함으로써 턴오프되어 저전압 값으로 설정될 수도 있다.

섬유(300)를 통전하기 위해, FET(806)는 저전압 구동 회로(808)에 의해 제공된 논리 저전압 신호로 FET(806)의 게이트를 구동하여 턴온프되어, 소정의 간격 또는 인스턴스에서 펄스 열을 제공한다. 회로(808)의 동작과 소자들은 종래 기술의 회로를 사용하여 설계될 수도 있다. 예를 들어, 펄스는 회로(808)의 펄스 폭 변조 회로에 의해 생성될 수도 있다.

일단 FET(806)의 게이트가 로우 레벨로 구동되게 되면, 레일(814)에서의 전압이 섬유(300)로 제공된다. 레일(814)에서의 전압은 약 10V(이하)와 200V(이상) 사이의 오더로 될 수도 있다. 레일(814)로의 공급은 저장 장치(배터리 또는 커패시터)로부터 제공될 수도 있고 활성 전원(부스터 회로 또는 이들의 조합을 포함)으로부터 공급될 수도 있다. 레인 전압을 섬유(300)에 제공함에 있어서, 실시예는 섬유(300)와 구동 트랜지스터(802, 806) 사이의 적어도 세 개의 회로 중 하나를 이용할 수도 있다. 첫 번째로, 직렬 다이오드나 저항은 제공되지 않을 수도 있다. 이 구성에 있어서, 회로(808)는 섬유(300)의 용량성 네트워크의 충전 및 방전 타이밍을 제어하기 위해 신호를 제공한다. 두 번째로, 하나의 직렬 저항이 제공될 수도 있다. 이 구성은 섬유(300)에 대해 단일의 충전 및 방전 펄스만이 요구될 경우 사용될 수도 있다. 5kohm 내재 10kohm의 저항값이 직렬 저항을 필요로 하는 몇몇 압전 바이모프(bimorph)와 함께 사용될 수도 있다. 세 번째로, 다이오드(816)와 저항(818)의 조합이 제공될 수도 있다. 단일 충전 및 방전 펄스를 사용하게 되면, 다이오드 저항 조합은 다른 충전 및 방전 속도를 허용하도록 제공된다.

회로(800)의 동작으로 되돌아가서, 50ns의 지연이 FET(806)을 턴오프한 후에 추가되어 FET(806)으로 하여금 활성화 펄스가 FET(804)에 인가되기 전에 충분한 턴오프시간을 갖게 한다. FET(806)가 턴오프한 후, FET(804)는 그 게이트를 논리 하이로 구동하여 턴온된다. FET(804)가 턴온된 후, 저항(810, 812)으로 구성되는 전압 분배기로부터의 전압이 FET(802)의 소스 이하의 5 내지 30V 정도의 전압으로 FET(802)의 베이스를 구동하는데 사용된다. 저항(810, 812)은 FET(802) 정격에 따 라서 최대 Vgs를 제한하고 이 Vgs를 이에 상당한 턴온 전압을 제공하기에 충분하도록 유지한다. 저항(810, 812) 값이 클수록, FET(802)의 게이트 용량을 충전하는 것이 길어지고, 이는 이 트랜지스터의 턴온을 늦어지게 한다. 회로(808)에 구비된 PWM 제어 시스템에 있어서, 더 낮은 저항(810, 812) 값이 사용될 수도 있다. 회로(808)는 섬유(300)의 소정의 주기 활성화 신호를 생성하기 위해 주기적 활성화 신호를 생성할 수도 있다. 예를 들어, 주기적 PWM 신호가 섬유(300)로 하여금 피드백 신호를 나타내는 소정 주파수로 진동시키도록 제공될 수도 있다. 또는, 피드백인 버튼 클릭을 모방하기 위해, 트랜스듀서가 PWM에 의해 생성된 임펄스 피드백 신호를 구비할 수도 있다.

FET(802)가 턴온되면, 섬유(300)는 회로(808)에 구비된 PWM 듀티 사이클 또는 상술한 레일(814)과 섬유(300) 사이에 구비된 저항에 의해 결정될 수 있는 램프 신호를 갖는 공급 레일(814)에서의 전압으로 충전된다. 섬유(300)가 이와 같이 충전되면, 액추에이터로서 동작하여, 윙윙거려 진동하고, 이것의 활성화에 관한 피드백 신호를 제공하게 된다. 예를 들어, 도 3A를 참조하면, 섬유(300) 부분은 그것의 관련된 전극들이 활성 상태에서 그 부분에 놓이게 되면, 그것의 축 중 하나(또는 그 이상)를 따라 진동할 수도 있다.

섬유(300)를 그것의 리셋 상태로 되돌리기 위해, FET(804)의 게이트를 로우 레벨로 구동함으로써 FET(802)가 턴오프된다. 이 시점에서, 섬유(300)는 휨 상태로 유지된다. 섬유(300)를 원래 리셋 상태로 되돌리기 위해, FET(806)의 베이스를 논리 하이 전압 신호로 구동함으로써 FET(806)가 턴온된다. 회로(800)에 대하여, FET(802)를 턴오프한 시점으로부터 대략 100ns 지연이 제공되어 FET(806)를 턴온하는 것이 바람직하다. 이러한 지연은 P 및 N 채널 FET에 대해 슈트 스루(shoot through)를 방지하는데 도움이 된다. 이 지연은 사용되는 트랜지스터의 개별 지연들을 맞추기 위해 조정될 수 있다. 요구되는 방전 시간과 프로파일은 PWM 듀티 사이클이나 상술한 레일(814)과 섬유(300) 사이에 구비된 직렬 저항에 의해 제어될 수도 있다.

회로에 대한 조정과 변화는 다른 실시 요구를 충족시키기 위해 제공될 수도 있다. 대체 구동 회로의 하나로는 FET(802, 806)의 드레인 사이의 접속을 끊는 것이다. 이러한 대체 회로에서, 만약 FET(802, 806)가 동시에 턴온될 경우, 전류는 다이오드(816)와 저항(618)으로 구성되는 회로에 의해 제한될 수도 있다. (도 8에서, 도시된 회로에 의해, 전류는 FET(802, 806)의 Rds에 의해 제한될 수도 있다.) 다른 대체 회로로는 FET(806)를 저항(도시 생략)으로 대체하여 이루어질 수도 있다. 이 대체 회로에서, FET(802, 806)의 두 개의 드레인 사이에 부가된 저항은 전류를 제한하게 된다. 이러한 저항은 만약 PWM이 사용되지 않을 경우 상승 시간을 제어하게 되고, PWM이 사용되면 제거되거나 축소될 수도 있다. 그 밖에 다른 대체 회로로는 FET(802), FET(804), 및 이들과 관련된 저항 중 어느 하나를 섬유(302)와 전압 레일(814)을 접속하는 단일 저항으로 대체하여 실시될 수 있다. 이 대체 회로는 충전의 상승 시간을 제어하지만, FET(806)는 여전히 방전 시간을 제어하게 된다. FET(806)와 일치하여 설치된 직렬 저항이나 충분한 PWM 신호가 방전 시간을 제어하기 위해 구비될 수도 있다. 또한 다른 대체 회로로는 레일 전압(814)의 상 승 시간을 회로(808)에 의해 제어하는 것이다. 회로는 레일 전압(814)을 생성하는 스위치 모드 전원의 출력 전압을 변조하도록 구비될 수 있다. 다른 실시예에서, 바이폴라 트랜지스터와 같은 그 밖의 활성 장치들이 부가적으로 또는 도시된 FET를 대신하여 사용될 수도 있다. 이러한 회로들은 여기에 도시된 회로와 동일한 토폴로지 또는 다른 토폴로지를 가질 수도 있다.

방전 및 충전을 위한 예시적인 안내는 다음과 같다. 충전에 대해서는, 양호한 클릭감을 위해 충전 사이클 시간을 약 300us로 하였다. 충전 시간이 길어지면, 클릭감은 고무와 같은 감촉으로 되고 관련 키 영역의 활성화로 이어지지 않는다. 램프가 느려질수록, 고무와 같은 감촉이 더해지게 된다. 만약 램프가 너무 빠를 경우, 전자 장치에서 전형적으로 사용되는 플라스틱 키의 클릭이나 데탕트를 모방하는 클릭 대신에 섬유(300)는 더 많은 가청 클릭을 생성하게 되었다.

방전에 대해서는, 전자 장치의 키가 사용자에 의해 눌려질 때 발생하는 클릭을 모방하기 위해 피드백이 제공될 수 있다. 그러나, 이 피드백은 전형적으로 요구되지 않을 수도 있다. 이와 같이, 섬유(300)가 원래의 위치로 돌아갈 때 큰 클릭 음을 내지 않게 하고 뿐만 아니라 다음의 충전 사이클을 위한 준비가 충분히 신속하게 되도록 방전 속도는 충분히 느리게 선택될 수도 있다. 방전 시간은 약 3ms로 관측되었지만, 1ms 이상이면 이들 파라미터들이 만족된다.

사이클 시간 값은 하나 이상의 관련 회로와 통전 애플리케이션(48G)에 의해 제어 및 변경될 수도 있다.

섬유(300) 또는 특정 섬유(300)의 부분(장치(10)에 구비된 섬유(300)의 레이 아웃에 따라서)는 국한된 피드백 신호를 제공하는 섬유(300)의 범위로서 설계될 수도 있다. 이 부분의 위치는 압력이 피드백 신호로서 유용하게 작용되도록 인가되는 위치에 충분히 근접해야 된다.

보다 상세한 것은 실시예와 관련된 제2 컴포넌트 시스템(즉, 에너지 회수 시스템)에 관하여 기술한다. 특히, 상술한 바와 같이, 디스플레이(14B)에서의 섬유(300)(도 7)는 센서로서 사용될 수도 있다. 이와 같이, 전술한 바와 같이, 이것에 힘이 인가되면, 섬유(300)는 전압을 생성한다. 이 전압은 이용될 수도 있다.

도 9를 참조하면, 입력 모듈(70)의 또 다른 부분으로서, 회로(900)가 구비되고, 구동 회로, 에너지 회수 회로, 및 저장 회로를 나타내고, 이는 섬유(300)를 위한 레인 전압(814)(도 8)을 제공하도록 사용될 수도 있다. 하나 이상의 섬유 또는 그 밖의 트랜스듀서들이 회로(900)만큼의 하나 이상과 연계될 수도 있다. 종래 전원 회로 레이아웃에서, 회로(902)는 레일(814)(도 8)을 위한 전압의 적어도 일부를 제공하는 비동기 부스트 컨버터 회로이다. 노드(904)에서의 회로(902)로부터의 출력 전압은 커패시터(906)를 충전시키기 위해 제공된다. 커패시터(906)에 저장된 에너지는 트리거시에 회로(800)에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 커패시터(906)의 출력은 레일 전압(814)(도 8)의 적어도 일부를 제공하기 위해 제공될 수도 있다. 에너지 회수 회로(908)는 전파 정류 회로(910)를 제공하여 커패시터(912)를 회로(908)에 제공되는 만큼의 최대 전위로 충전한다. 회로(910)의 입력 전압은 섬유(300)가 활성일 동안 생성된 전압으로부터 제공된다. 다이오드(914) 회로(902, 908)의 출력이 충돌없이 동시에 커패시터(906)를 충전하도록 한다. 제너 다이오 드(916)는 커패시터(906)가 섬유(300)에 의해 생성된 전압 이상으로 충전되는 것으로부터 보호한다. 그 밖의 이용 회로들이 장치(10) 내의 다른 컴포넌트에 구비될 수도 있다. 에너지 회수 회로는 하나 이상의 섬유(300)로부터 신호들을 수신할 수도 있고 하나 이상의 섬유(300)에 대해 활성화 회로를 위한 에너지를 저장할 수도 있다. 몇몇 회로에서, 낮은 전원의 섬유가 사용될 경우 제너 다이오드(916)는 필요하지 않을 수도 있다.

그 밖의 실시예에서, 입력 모듈과 관련된 형태로는 장치(10)의 다른 입력 장치와 연계될 수도 있다.

장치, 모듈, 애플리케이션, 및 시스템과 관련된 실시예는 전자 하드웨어, 펌웨어, 및 소프트웨어의 조합으로 실시될 수도 있음을 이해해야 한다. 펌웨어와 소프트웨어는 일련의 프로세스 및/또는 모듈로 실시되어 본 명세서에 기재된 기능들을 제공할 수도 있다. 인터럽트 루틴들이 이용될 수도 있다. 데이터는 본 명세서에 기재된 휘발성 및 비휘발성 장치에 저장되어 하드웨어, 펌웨어, 및/또는 소프트웨어에 의해 갱신될 수도 있다. 몇몇 프로세스들은 분산 처리될 수도 있다. 이와 같이, 특히, 입력 모듈(70) 및 이것의 두 개의 컴포넌트 시스템의 특징은 분리된 모듈 또는 장치(10) 내의 애플리케이션에 구비될 수도 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 및/또는의 표현은 포괄적 OR를 나타내기 위한 것이다. 즉, X 및/또는 Y는 X 또는 Y 또는 둘 다를 의미한다.

본 개시는 첨부된 청구범위에 의해 한정되며, 상술한 설명은 단지 본 개시의 바람직한 예시에 지나지 않는다. 당업자는 상술한 실시예로부터 본 명세서에서 논 의되지 않은 변형을 할 수도 있으나, 이는 첨부된 청구범위에 의해 규정된 본 개시의 범위를 벗어나지 않는다.

도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이, 입력 장치 및 입력 모듈을 갖는 전자 장치의 개략적인 도면.

도 2는 디스플레이, 입력 장치 및 입력 모듈을 포함하는 도 1의 장치의 내부 구성요소에 대한 블록도.

도 3A는 도 2의 입력 장치에 제공되는 전극을 갖는 압전 섬유(piezoelectric fibre)의 부분에 대한 개략적인 프로파일 도형.

도 3B는 도 2의 입력 장치에 제공되는 전극을 갖는 압전 섬유의 또 다른 부분에 대한 개략적인 프로파일 도형.

도 4A는 도 2의 입력 장치에 대한 도 3의 압전 섬유의 예시적인 레이아웃의 개략도.

도 4B는 도 2의 입력 장치에 대한 도 3의 압전 섬유의 또 다른 예시적인 레이아웃의 개략도.

도 5는 도 2의 디스플레이 및 입력 장치의 일부의 일 실시예에 대한 상부 프로파일.

도 6은 도 2의 디스플레이 및 입력 장치 내의 키의 부품들에 대한 상부 단면 분해도.

도 7A는 제 1의 비활성 위치에서의 도 2의 디스플레이 및 입력 장치 내의 키에 대한 측단면도.

도 7B는 제 2의 오목한 위치에서의 도 2의 디스플레이 및 입력 장치 내의 키 에 대한 측단면도.

도 8은 도 2의 입력 모듈과 연관된 구동 회로의 블록 회로도.

도 9는 도 2의 입력 모듈과 연관된 에너지 수확 회로의 블록 회로도.

부호의 설명

10: 전자 장치

12: 하우징

14, 14A, 14B: 디스플레이

24: 키

30: 마이크로프로세서

42: 플래시 메모리

44: RAM

50: 수신기

52: 송신기

58: DSP

62: 배터리

300: 섬유

302A, 302B: 전극

308: 기판

602: 커버

604: 섬유층

608: 플랫폼

610: 단자

612: 캡

804: FET

808: 구동 회로

Claims (20)

1. 전자 장치에 제공되는 입력 신호에 피드백 신호를 제공하는 시스템으로서,

   입력 장치와,

   상기 입력 장치에 연결되어, 상기 입력 장치에 가해지는 힘을 검출하고, 상기 입력 장치에 의해 활성화 신호로서 검출되는 가해지는 힘에 기초하여 상기 전자 장치용 피드백 신호를 생성하도록 구성되는 입력 모듈

   을 포함하는 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 입력 장치는 압전 소자이며,

   상기 입력 모듈은 상기 입력 장치가 상기 활성화 신호의 수신시 진동하도록 구성되는 것인 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   디스플레이와,

   상기 디스플레이용 커버

   를 포함하고, 상기 입력 장치는 상기 디스플레이의 위 또는 그 내의 기판에 내장되는 것인 시스템.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 압전 소자는 섬유인 것인 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 입력 장치는 상기 압전 소자와 연관된 복수의 전극을 더 포함하고, 상기 복수의 전극은 인듐 티타늄 산화물을 포함하는 것인 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 복수의 전극의 제 1 세트는 상기 섬유를 따라 위치한 제 1 영역과 연관되고 상기 복수의 전극의 제 2 세트는 상기 섬유를 따라 위치한 제 2 영역과 연관되는 것인 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 입력 모듈은 상기 활성화 신호를 분석하여 상기 가해진 힘이 상기 섬유를 따라 위치한 상기 제 1 영역 또는 상기 제 2 영역 중 어느 한 영역에서 가해졌는지를 결정하고 나서 선택적으로 상기 섬유가 상기 제 1 영역 또는 상기 제 2 영역 중 어느 한 영역의 주위를 진동시키도록 구성되는 것인 시스템.
8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 입력 장치는 상기 활성화 신호의 수신시 상기 입력 모듈에 의해 2 뉴 튼(Newton) 미만의 힘으로 진동하도록 설정되는 것인 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 입력 장치는 상기 활성화 신호의 수신시 100 Hz와 300 Hz 사이의 주파수로 진동하도록 설정되는 것인 시스템.
10. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 입력 모듈은 복수의 트랜지스터, 및 상기 복수의 트랜지스터를 구동하여 선택적으로 상기 압전 소자가 진동하도록 구성되는 펄스 폭 모듈레이터 회로를 포함하는 것인 시스템.
11. 제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 입력 모듈은 상기 입력 장치로부터 수신되는 신호로부터 에너지 저장 회로용 전압을 발생시키도록 구성되는 것인 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 에너지 저장 회로는 커패시터를 포함하는 것인 시스템.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 입력 모듈은 상기 에너지 저장 회로용 전압을 정류하는 것인 에너지 회 수 회로를 포함하는 것인 시스템.
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 입력 모듈은 제 1 전압 신호를 상기 압전 소자에 선택적으로 인가하여 상기 압전 소자가 센서로서 동작하도록 그리고 제 2 전압 신호를 상기 압전 소자에 선택적으로 인가하여 상기 압전 소자가 액추에이터로서 동작하도록 구성되는 것인 시스템.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 펄스 폭 모듈레이터 회로는 상기 입력 모듈이 상기 제 1 및 상기 제 2 전압 신호를 선택적으로 생성하도록 하는 신호를 생성하도록 구성되는 것인 시스템.
16. 제 4 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 압전 섬유는 상기 디스플레이 상의 그리드 패턴으로 배열되는 것인 시스템.
17. 제 4 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 압전 섬유는 상기 디스플레이 내의 키 사이에 위치하는 것인 시스템.
18. 제 4 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 압전 섬유는 상기 디스플레이 내의 키 레이아웃 주위의 상기 커버 상의 리지(ridge)에 위치하는 것인 시스템.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 갖는 전자 장치.
20. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 시스템 및 디스플레이를 갖는 무선 통신 장치로서, 상기 입력 장치가 상기 디스플레이 상에 배치된 기판에 내장되는 무선 통신 장치.

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