KR20160133691A - 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 패드에 관한 것으로서, 특히 메탈 소재에 현저히 슬림하게 구현이 가능하고 터치키의 출력값을 안정적으로 민감하게 인식할 수 있으며 인위적 터치 오류를 필터링하여 사용자에 의한 터치를 정확하게 인식할 수 있는 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 터치키가 구비되고 저면에 노치가 돌출되는 메탈 플레이트; 상기 메탈 플레이트의 하부에 간격을 두고 배치되는 피에조 필름; 상기 피에조 필름을 지지하고 터치키 입력시 상기 노치에 의한 피에조 필름의 휨공간을 형성하는 베이스 플레이트; 및 상기 피에조 필름의 변위를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드를 제공한다.

Description

피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드{Notch type slim metal plate touch pad using piezo effect}

본 발명은 터치 패드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메탈 소재에 현저히 슬림하게 구현이 가능하고 터치키의 출력값을 안정적으로 민감하게 인식할 수 있으며 인위적 터치 오류를 필터링하여 사용자에 의한 터치를 정확하게 인식할 수 있는 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드에 관한 것이다.

종래 기술의 피에조 효과(piezo effect)를 이용한 터치로서, 투명 전극이 형성된 터치 스크린이 가지는 문제점을 해결하기 위해 투명기판의 베젤 영역을 따라 다수의 압전소자를 마련하여 투명기판을 사용자가 터치할 때 가해지는 압력에 따른 압전소자들의 전위차를 감지해 터치 위치를 파악할 수 있는 압전 소자를 이용한 터치 패널이 개발된 바 있다(한국특허 제1329340호 참조).

또한, 종래 기술의 피에조 효과(piezo effect)를 이용한 터치로서, 압전체 고분자 필름을 이용하여 구조가 간단하면서도 투과성이 우수하고 입력의 위치 및 입력 신호의 강도까지 인식 가능한 터치 패널을 구현하기 위해 유연 압전 고분자 필름으로 형성된 압전체 기판을 사용하여 압력에 의해 생성된 전위차를 투명 전극을 통해 인식하는 터치 패널이 개발된 바 있다(한국특허 제0980447호 참조).

그런데, 이러한 종래 기술의 피에조 효과(piezo effect)를 이용한 터치 장치들은 기본적으로 메탈이나 신소재 등에 추가적인 공정없이 곧바로 적용할 수 없고 외부의 충격이나 진동 등에 취약한 문제점이 있었다.

그리고, 세라믹 압전 소자를 사용하는 경우 현저히 슬림하게는 구현할 수 없기 때문에 초슬림형 스마트폰 등에는 적용하기 어렵고, 터치키가 구비된 메탈 등의 플레이트 두께가 두껍거나 터치키 간의 간격이 좁으면 압전 소자의 출력값이 충분치 않아서 사용자에 의한 정확하고 안정된 터치 인식이 보장되지 않는 문제점이 있었다.

한편, 본 출원인은 피에조 필름을 사용하면서도 외부의 충격이나 진동 내지 물이나 케첩 등의 이물질로 인한 인위적 터치 오류를 필터링하고 메탈 플레이트의 두께가 두껍거나 터치키 간의 간격이 좁더라도 사용자에 의한 터치를 정확하게 인식할 수 있는 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치를 개발한 바 있다(한국특허출원 제10-2014-0184304호 참조).

한국특허 제1329340호(2013.11.07) 한국특허 제0980447호(2010.08.31) 한국특허출원 제10-2014-0184304호(2014.12.19)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 피에조 필름을 사용하면서도 메탈 소재 등에 적용가능하고 초슬림형 스마트폰 등에 현저히 슬림하게 구현이 가능하며 터치키의 출력값을 안정적으로 민감하게 인식할 수 있고, 외부의 충격이나 진동 내지 이물질로 인한 인위적 터치 오류를 필터링하고 터치키 간의 간격이 좁더라도 사용자에 의한 터치를 정확하게 인식할 수 있는 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드는 터치키가 구비되고 저면에 노치가 돌출되는 메탈 플레이트; 상기 메탈 플레이트의 하부에 간격을 두고 배치되는 피에조 필름; 상기 피에조 필름을 지지하고 터치키 입력시 상기 노치에 의한 피에조 필름의 휨공간을 형성하는 베이스 플레이트; 및 상기 피에조 필름의 변위를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 피에조 필름은 초음파를 방출하고, 상기 제어부는 메탈 플레이트 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제어부는 터치키 입력시 피에조 필름의 변위가 감지될 뿐만 아니라 메탈 플레이트의 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드는 다음과 같은 유용한 효과를 발휘한다.

첫째, 메탈 플레이트 저면의 노치(notch)와 베이스 플레이트 상부에 배치된 피에조 필름에 의해 터치를 인식하여 메탈 소재에 손쉽게 적용이 가능하면서 현저히 슬림하게 구현이 가능하고 터치키의 출력값도 안정적으로 민감하게 인식할 수 있다.

둘째, 피에조 필름(Piezo Film)을 사용하면서도 외부의 충격이나 진동 내지 물이나 케첩 등의 이물질로 인한 인위적 터치 오류를 필터링(임피던스(impedance) 타입에 의해 스트레인(strain) 타입의 단점을 보완)하여 사용자에 의한 터치를 정확하게 인식할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드를 나타내는 단면도;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드는 도 1에 도시된 바와 같이, 메탈 플레이트(100), 피에조 필름(200), 베이스 플레이트(300) 및 제어부(도면에 미도시)를 포함하여 구성된다.

메탈 플레이트(Metal Plate)(100)는 여러 개의 터치키(touch key)(K1,K2,K3)가 구비되는 것으로, 재질이 금속(metal)으로 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 신소재 또는 유리 등의 일반 터치패널 소재도 포함하는 개념이다.

상기 메탈 플레이트(100)는 사용자에 의한 터치시 후술할 피에조 필름(200)을 눌러서 변위를 발생시키도록 저면에 노치(notch)(110)가 돌출되며, 상기 노치(110)는 터치키(touch key)(K1,K2,K3) 각각에 대응되는 위치마다 형성된다.

상기 노치(110)는 메탈 플레이트(100) 저면으로부터 하부를 향하여 대략 반구 형태로 돌출되는 것이 바람직하나, 그 형태는 이에 한정되지 않고 원통형, 다각형 등 다양한 형태로 구성할 수 있다.

피에조 필름(Piezo Film)(200)은 상기 메탈 플레이트(100)의 하부에 간격을 두고 배치되는 압전필름이다.

상기 피에조 필름(200)은 가해지는 기계적 에너지와 전기적 에너지를 서로 간에 변화시킬 수 있는 필름이며, 외부로부터 물리적인 힘을 받아 변형이 생기면 전기적 에너지가 발생하고, 반대로 전기적 에너지에 따라 물리적 변형이 발생한다.

이때, 상기 피에조 필름(200)은 얇은 필름(film) 형태로 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 압전 효과를 나타낼 수 있는 일정 두께를 지닌 세라믹 등의 소자를 포함하는 개념이다.

상기 피에조 필름(200)과 메탈 플레이트(100) 사이의 간격(거리)(D)은 수㎛ 정도로 노치(notch)(110)의 하단이 피에조 필름(200)의 상면에 닿아있을 정도의 간격(거리)이면 충분하다.

베이스 플레이트(Base Plate)(300)는 하부에서 상기 피에조 필름(200)을 지지하는 것으로, 사용자에 의한 터치키 입력시 메탈 플레이트(100)의 노치(110)에 의해 눌려서 피에조 필름(200)이 아래로 휠 수 있는 단차인 휨공간(310)을 형성한다.

상기 베이스 플레이트(300)는 본 발명의 일 실시예로서 도 1에 도시된 바와 같이, 터치키 입력시 각각의 터치키마다 개별적으로 휨공간(310)을 형성할 수 있는데, 이를 위해 각각의 터치키 공간을 구획하는 스페이서(spacer)(320)가 휨공간(310)에 간격을 두고 구비될 수 있다.

제어부(Control Section)(도면에 미도시)는 메탈 플레이트(100)의 변형에 의한 상기 피에조 필름(200)의 변위를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식한다(이하 압전기 모드 디텍터(Piezoelectric Mode Detector)를 "스트레인 타입(strain type)"이라 칭함).

여기서, 본 발명의 일 실시예로서 상기 피에조 필름(200)은 전기신호의 입력에 의해 상기 메탈 플레이트(100)의 표면으로 초음파 펄스를 방출한다.

상기 피에조 필름(200)에 의해 방출된 초음파 펄스는 상기 메탈 플레이트(100)의 표면으로 이동한 후 그 표면에서 일부분은 다시 아래로 반사되는데, 이때 표면 및 그 표면과 접촉하는 임의의 터치 오브젝트(object)들의 초음파 임피던스에 관한 정보가 포함된다.

이때, 상기 피에조 필름(200)은 피에조 필름이 포함된 부분(Piezo Film Part)을 의미하는 것으로서, 단순히 필름만을 의미하는 것이 아니라 연성인쇄회로기판(FPCB)과 전기적으로 연결되어 초음파를 송(수)신하기 위한 전극(도면에 미도시) 등을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

본 실시예에서 제어부(Control Section)는 상기 피에조 필름(200)의 변위와 메탈 플레이트(100) 표면 및 그 표면과 접촉하는 손가락이나 터치펜 등의 터치 오브젝트(touch object)에 의해 반사된 초음파를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식한다.

즉, 상기 제어부는 사용자에 의한 정확하고 안정된 터치를 인식하고 터치오류를 필터링하기 위해 피에조 필름(200)의 변위를 감지할 뿐만 아니라, 이에 더하여 각종 터치 오브젝트(touch object)에 의해 반사된 초음파를 분석(이하 초음파 모드 디텍터(Ultrasonic Mode Detector)를 "임피던스 타입(impedance type)"이라 칭함)한다.

이때, 임피던스 타입에 의해 상기 메탈 플레이트(100) 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트(touch object)로부터 반사된 초음파를 검출하기 위한 하이드로폰 어레이 등과 같은 별도의 초음파 수신기(도면에 미도시)가 더 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로서 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(300) 하부를 관통하도록 상기 휨공간(310)을 형성함으로써, 사용자에 의한 터치키 입력시 메탈 플레이트(100)의 노치(110)에 의해 피에조 필름(200)이 더욱 민감하게 왜곡되도록 구성할 수 있다.

이때, 휨공간(310)의 폭(W)은 메탈 플레이트(100)의 두께에 비례하여 증감되도록 구성하는 것이 바람직하며, 본 실시예에서도 도 1에 도시된 것처럼 터치키 입력시 각각의 터치키마다 개별적으로 휨공간(310)을 형성하도록 구성할 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드는 기본적으로 메탈 플레이트(100) 저면의 노치(110)와 베이스 플레이트(300) 상부에 배치된 피에조 필름(200)을 터치 인식에 사용하므로 메탈 소재에 손쉽게 적용가능하면서 현저히 슬림하게 구현이 가능하고 터치키의 출력값을 안정적으로 민감하게 인식할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예로서 전술한 스트레인(strain) 타입과 임피던스(impedance) 타입의 터치 인식 과정을 병행해서 사용하여 사용자에 의한 터치를 인식할 수 있다.

즉, 제어부는 터치키 입력시(터치키 입력으로 판단될 때) 피에조 필름(200)의 변위가 감지(스트레인 타입)될 뿐만 아니라 메탈 플레이트(100)의 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사(임피던스 타입)된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식한다.

이러한 이중 터치 인식에 의해 스트레인 타입의 단점인 외부 충격이나 진동 등의 오인식(인위적 터치)을 임피던스 타입이 보완함은 물론이고, 임피던스 타입의 단점인 물이나 케첩 등의 이물질에 의한 오인식(인위적 터치)을 스트레인 타입이 보완함으로써 사용자에 의한 터치가 정확하고 안정되게 인식될 수 있는 것이다.

이때, 상기 스트레인(strain) 타입과 임피던스(impedance) 타입의 터치 인식 과정은 서로 순서에 구애받지 않으며, 어느 한 타입의 인식 과정을 먼저 진행하거나 두 타입의 인식 과정을 동시에 진행해도 무방하다.

따라서, 본 발명에 의한 메탈 플레이트 터치 패드는 피에조 필름의 메탈 소재 적용에 대한 문제와 터치 패드의 두께(슬림화) 문제를 상당 부분 극복함으로써, 각종 초슬림 휴대용 기기의 터치메뉴는 물론이고 기타 가전제품이나 메탈 소재가 주를 이루는 다양한 산업분야의 터치기술에 널리 적용될 수 있을 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.

100...메탈 플레이트 110...노치
200...피에조 필름 300...베이스 플레이트
310...휨공간 320...스페이서
K1,K2,K3...터치키

Claims (3)

1. 터치키가 구비되고 저면에 노치가 돌출되는 메탈 플레이트;
   상기 메탈 플레이트의 하부에 간격을 두고 배치되는 피에조 필름;
   상기 피에조 필름을 지지하고 터치키 입력시 상기 노치에 의한 피에조 필름의 휨공간을 형성하는 베이스 플레이트; 및
   상기 피에조 필름의 변위를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 피에조 필름은 초음파를 방출하고,
   상기 제어부는 메탈 플레이트 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는 터치키 입력시 피에조 필름의 변위가 감지될 뿐만 아니라 메탈 플레이트의 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 노치 타입의 슬림 메탈 플레이트 터치 패드.

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