KR20180049544A - 터치 입력장치 - Google Patents

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이종복
석동희
권기덕
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현대자동차주식회사
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Abstract

발광되면서 터치 입력이 가능한 터치 입력장치를 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 터치 입력장치는 입력수단이 접촉하는 버튼부재와, 버튼부재의 아래에 위치하는 몸통부재와, 몸통부재에 마련되고 입력수단의 터치입력에 따라 정전용량이 변하도록 마련되는 신호전달부와, 신호전달부로부터 정전용량에 관한 정보를 수신하는 수신부가 마련되는 기판과, 버튼부재에 빛을 조사하는 발광부재를 포함한다.

Description

터치 입력장치{TOUCH CONTROLL DEVICE}
본 발명은 터치 입력장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광되면서 터치 입력이 가능한 터치 입력장치에 관한 것이다.
터치 조작이 가능한 터치 입력장치를 구현하는 방법으로는 저항 방식, 정전용량 방식, 표면 초음파 방식, 트랜스미터 방식 등이 사용되고 있다.
이 중 정전용량 방식을 이용한 터치 입력장치에는 서로 교차하는 방향으로 전극 패턴을 형성하고, 손가락 등의 입력수단이 접촉했을 때, 전극간의 정전용량이 변하는 것을 검지하여 입력위치를 검출하는 타입의 것이 있다. 또는, 투과성 도전막의 양단에 동상인 동전위를 인가하고, 손가락 등의 입력수단이 접촉 또는 근접해서 캐패시터가 형성될 때에 흐르는 미약 전류를 검지하여 입력위치를 검출하는 타입의 것도 있다.
일반적으로, 터치 입력장치는 제1 기판에 제1 방향(예컨대 x축 방향)으로 배열된 제1 감지패턴들과 이러한 감지패턴들의 위치를 계산하기 위한 센서회로를 전기적으로 연결하는 다수의 제1 금속패턴을 포함하는 제1 패널과, 제2 기판에 제2 방향(예컨대 y축 방향)으로 배열된 제2 감지패턴들과 이러한 감지패턴들의 위치를 계산하기 위한 센서회로를 전기적으로 연결하는 다수의 제2 금속패턴을 포함하는 제2 패널을 접착제를 이용하여 접착하는 2패널 적층구조로 되어 있다.
그 밖에, 공개특허공보 제10-2008-0110477호에는 1매형 2층 구조의 정전용량 방식의 터치패널이 개시되어 있다.
또한, 터치 입력장치의 제조방법에는 터치패널에 적용하기 위해 투명전극인 ITO를 사용하는 방식과, 메탈 메쉬를 사용하는 방법과, FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 연성회로기판)를 사용하는 방법 등이 사용된다.
그러나 위의 공정들은 다수의 공정 단계들이 필요하여 복잡할 뿐만 아니라 공정 비용이 상당히 비싼 문제가 있다. 특히, ITO를 이용한 제조공정은 희토류 물질을 사용하기 때문에 고가의 재료로 인한 제품가격 상승의 문제가 발생한다.
또한, 기존의 공정들은 접착 방식을 이용하는 것으로 외부 진동 및 충격이나 고열에 취약한 문제가 있다. 따라서 제품의 내구성이 저하되고, 진동 및 고열이 수반되는 장치들에 적용이 어렵다.
공개특허공보 제10-2008-0110477호(2008.12.18. 공개)
본 발명은 접착 방식을 이용하지 않고도 터치 입력장치의 전극을 형성할 수 있는 터치 입력장치를 제공하고자 한다.
또한, 금속버튼을 이용할 수 있는 터치 입력장치를 제공하고자 한다.
또한, 광 전달부재를 이용할 수 있는 터치 입력장치를 제공하고자 한다.
또한, 하나의 구조로써 물리 버튼과 터치 버튼을 함께 사용할 수 있는 터치 입력장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
본 발명의 실시 예에 따른 터치 입력장치는 LDS(Laser Directing Structure) 공법을 이용하여 제조되기 때문에 제조 공정이 단순해지고 공정비용을 줄일 수 있다.
또한, 베이스 상에 감지패턴을 형성하는 데 접착 공정을 사용하지 않음으로써 진동 및 충격으로부터 안전해지고 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 레이저를 이용하는 고열 상황에서 제조됨으로써 제품이 고온 환경에서 사용되는 경우에도 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 금속, 나무, 또는 가죽 버튼 등을 이용하면서도 터치 기능을 수행할 수 있도록 하여 사용자에게 고급 감성을 제공할 수 있다.
또한, 광 전달부재를 이용할 수 있어 야간에도 식별이 용이할 수 있다.
또한, 터치 버튼에 물리 버튼을 추가함으로써 사용자에게 조작 감성을 제공할 수 있다.
또한, 물리 버튼과 터치 버튼을 함께 사용하거나 선택적으로 사용할 수 있도록 하여 다양한 기능을 제공할 수 있고 사용자 편의성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 입력장치가 결합된 모습을 나타내는 단면도이다.
도 2는 버튼을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 확대도이다.
도 4는 버튼에 신호전달부가 형성되는 모습을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 입력장치를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 입력장치를 나타내는 단면도이다.
도 7은 터치 입력장치의 일 실시예에 따른 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 터치 입력장치의 다른 실시예에 따른 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 사용자의 손가락이 터치 입력장치에 접근한 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 사용자의 손가락이 터치 입력장치에 접촉한 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 사용자가 터치 입력장치를 누른 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 9 내지 도 11의 과정 동안 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아래에서 소개하는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것일 뿐, 본 발명이 제시하는 실시 예만으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 다른 실시 형태로도 구체화될 수 있다.
터치 입력장치는 사용자의 손가락 또는 터치펜 등의 입력수단의 접촉(또는 근접)에 의해 신호를 입력받고, 접촉(또는 근접)된 위치를 파악할 수 있는 수단이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력장치는 버튼 또는 스위치 형태로 마련될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참고하여 터치 입력장치(10)의 구조에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 입력장치(10)가 결합된 모습을 나타내는 단면도이고, 도 2는 버튼(100)을 나타내는 사시도이다. 그리고 도 3은 도 1의 확대도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력장치(10)는 입력수단으로부터 터치 신호를 입력받는 버튼(100)과, 입력수단의 접촉을 감지하는 신호전달부(113)와, 신호전달부(113)로부터 신호를 수신하는 수신부(121)가 마련되는 기판(120)과, 기판(120)과 버튼(100) 사이에 마련되는 밀봉부재(140)와, 수신부(121)에서 전달되는 정전용량에 관한 정보를 입력 받아 입력 정보를 판단하는 제어부(130)를 포함할 수 있다.
도 2를 참고하면, 버튼(100)은 입력수단이 접촉하는 버튼부재(101)와 버튼부재(101)와 기판(120) 사이에 마련되고 신호전달부(113)가 형성되는 몸통부재(102)를 포함한다.
여기서 입력수단은 사용자의 손가락 또는 터치 펜 등을 포함한다. 그리고 접촉은 직접적인 접촉 및 간접적인 접촉을 모두 포함하는 의미로 정의될 수 있다. 즉, 직접적인 접촉은 입력수단이 터치 입력장치(10)에 닿은 경우를 의미하고, 간접적인 접촉은 입력수단이 터치 입력장치(10)에 닿지는 않았지만 제어부(130)가 객체를 감지할 수 있는 범위 내로 접근한 상태를 나타낸다.
버튼부재(101)는 장착면의 외부로 노출되어 입력수단이 접촉되는 상면과 장착면의 내부에 가려지는 하면으로 구성된다. 버튼부재(101)는 도면과 같이 평면 형상이 사각형으로 마련될 수 있고, 그 밖에도 평면 형상이 원형 또는 막대 형상 등 다양한 형상으로 마련될 수 있다.
또한, 도면에는 버튼부재(101)의 상면과 하면이 평평한 것을 도시하였지만 이와 달리 볼록하거나 오목한 곡면으로 마련될 수도 있다. 버튼부재(101)의 곡면은 곡률이 일정한 곡면과 곡률이 변하는 곡면을 포함할 수 있다. 그리고 버튼부재(101)의 곡면은 곡률이 두 개 이상인 곡면과, 좌표에 따라 굽은 방향이 다른 곡면을 포함할 수 있다.
또는 버튼부재(101)의 상면과 하면은 경사면을 포함할 수도 있다.
버튼부재(101)는 금속으로 마련될 수 있다. 예를 들어 알루미늄 또는 SUS 등을 이용할 수 있다. 버튼부재(101)의 소재로 금속을 이용함으로써 사용자에게 시각적 및 촉각적인 고급감을 제공할 수 있다.
그 밖에도 버튼부재(101)는 나무 또는 가죽 등으로 마련될 수 있다.
그리고 버튼부재(101)는 하부에 요입된 공간(101b)을 형성할 수 있다. 요입된 공간(101b)에는 몸통부재(102)의 일부가 수용될 수 있다. 몸통부재(102)가 버튼부재(101)의 요입된 공간(101b)에 수용됨으로써 버튼(100)의 높이를 낮출 수 있다.
몸통부재(102)는 버튼부재(101)의 아래에 배치된다. 구체적으로 버튼부재(101)와 기판(120) 사이에 배치된다. 예를 들어, 버튼부재(101)의 하측에 마련되는 공간(101b)에 몸통부재(102)의 상부가 수용될 수 있다.
또한, 하나의 버튼부재(101)에 복수 개의 몸통부재(102)가 수용될 수 있다. 그리고 각각의 몸통부재(102)는 독립적으로 신호전달부(113)를 구비할 수 있다. 따라서 각각의 몸통부재(102)는 서로 다른 터치 신호를 인식할 수 있다.
또한, 터치 입력장치(10)는 빛을 발광하는 발광부재(122)와, 버튼부재(101)의 개구(101a)을 통해 외부로 노출되고 발광부재(122)에서 발산되는 빛이 이동하는 통로가 되는 광 전달부재(103)를 포함할 수 있다.
버튼부재(101)는 불투명한 소재로 마련될 수 있다. 예를 들어, 버튼부재(101)가 금속으로 마련되는 경우 빛이 투과되지 않는다. 따라서 버튼부재(101)의 개구(101a)를 통해 발광부재(122)의 빛이 투과될 수 있다.
광 전달부재(103)는 버튼부재(101)에 형성되는 개구(101a)를 통해 외부로 노출될 수 있다. 그리고 광 전달부재(103)는 발광부재(122)의 상부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 개구(101a)는 발광부재(122)의 수직 방향 위에 위치할 수 있고, 광 전달부재(103)는 발광부재(122)의 수직 방향으로 연장되어 개구(101a)에 수용될 수 있다.
광 전달부재(103)는 빛이 투과할 수 있는 소재로 마련될 수 있다. 빛의 투과율은 필요에 따라 달라질 수 있다. 즉, 광 전달부재(103)는 투명 소재뿐 만 아니라 반투명 소재일 수도 있다.
또한, 광 전달부재(103)는 몸통부재(102)를 관통하도록 마련될 수 있다. 일 예로, 광 전달부재(103)는 몸통부재(102)를 상하 방향으로 관통할 수 있다. 그리고 광 전달부재(103)의 하부는 발광부재(122)를 마주보고, 상부는 버튼부재(101)에 형성되는 개구(101a)를 마주보도록 마련될 수 있다. 그리고 광 전달부재(103)의 상부는 개구(101a)에 수용되도록 배치될 수 있다.
발광부재(122)는 기판(120) 상에 배치될 수 있다. 그리고 발광부재(122)는 기판(120)에 전기적으로 접속될 수 있다. 또는 발광부재(122)는 기판(120)과 별도로 마련되어 전력을 공급받을 수 있다. 또는 발광부재(122)는 전력의 공급 없이 빛을 발산할 수도 있다.
발광부재(122)는 빛을 발산하도록 마련되고, 발광부재(122)에서 발산된 빛은 광 전달부재(103)를 통해 외부로 전달될 수 있다. 즉, 사용자는 버튼부재(101)의 개구(101a)를 통해 노출되는 광 전달부재(103)를 통해 빛을 볼 수 있다. 일 예로, 발광부재(122)는 LED 등이 이용될 수 있다.
버튼부재(101)의 개구(101a)는 라벨(label)로 마련될 수 있다. 예를 들어, 위에서 개구(101a)를 바라보았을 때, 개구(101a)의 형상은 문자, 숫자, 또는 그 밖의 기호 등으로 마련될 수 있다. 그리고 라벨로 기능하는 개구(101a)를 통해 발광부재(122)에서 발산되는 빛이 투과될 수 있다.
신호전달부(113)는 터치 입력장치(10)에 입력수단이 근접하거나 접촉하면 정전용량이 변하도록 마련될 수 있다.
신호전달부(113)는 버튼부재(101)에 근접하게 마련되는 제1 신호전달부(113a)와 제1 신호전달부(113a)로부터 연장되어 수신부(121)에 근접하게 마련되는 제2 신호전달부(113b)를 포함할 수 있다. 여기서 근접하게 마련되는 것은 접촉하는 것을 포함한다. 일 예로, 도면에는 제2 신호전달부(113b)와 수신부(121)가 접촉되는 상태로 마련되는 것을 도시하였다.
그리고 제1 신호전달부(113a)와 제2 신호전달부(113b)는 일체로 형성될 수 있다.
제1 신호전달부(113a)는 버튼부재(101)의 하부에 넓은 면적으로 마련될 수 있다. 제1 신호전달부(113a)가 마련되는 영역의 크기에 의해 입력수단에 의해 신호가 입력되는 터치영역의 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 신호전달부(113a)는 버튼부재(101)의 하측에 마련되는 공간(101b)에 수용되는 몸통부재(102)의 상부면에 마련될 수 있다.
제2 신호전달부(113b)는 몸통부재(102)의 측면을 따라 아래로 연장될 수 있다. 그리고 제2 신호전달부(113b)의 일 측은 제1 신호전달부(113a)와 연결되고, 수신부(121)에 근접하는 거리에 까지 연결될 수 있다. 또는 제2 신호전달부(113b)는 수신부(121)에 접속될 수도 있다.
한편, 터치 입력장치(10)는 버튼부재(101)와 제1 신호전달부(113a) 사이에 마련되는 차폐부재(104)를 더 포함할 수 있다. 차폐부재(104)는 버튼부재(101)와 제1 신호전달부(113a) 사이의 전기적 간섭을 막도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 버튼부재(101)가 금속으로 마련되는 경우 버튼부재(101)와 제1 신호전달부(113a)가 접촉된 상태로 마련되면, 터치 입력장치(10)에 입력수단이 근접하거나 접촉하는 때에 제1 신호전달부(113a)의 정전용량의 변화가 일정하지 않을 수 있다.
다음으로 몸통부재(102)에 신호전달부(113)가 형성되는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 버튼(100)에 신호전달부(113)가 형성되는 모습을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참고하면, 신호전달부(113)는 몸통부재(102)에 형성되는 전극 홈(112)에 마련될 수 있다.
몸통부재(102)는 모재(110)와 모재(110)의 일 면에 코팅되는 베이스(111)와 베이스(111)의 일 면에 요입되어 형성되는 전극 홈(112)을 포함할 수 있다.
신호전달부(113)는 베이스(111) 상에 LDS(Laser Directing Structure) 공법을 이용하여 형성할 수 있다. 여기서 LDS 공법은 비전도성이며 화학적으로 안정한 금속 복합체를 포함하는 재질로 지지재를 형성하고, 지지재의 일부를 UV(Ultra Violet) 레이저 또는 엑시머(Excimer) 레이저 등의 레이저에 노출시킴으로써 금속 복합체의 화학적 결합을 해체하여 금속 시드를 노출시킨 후, 지지재를 금속화(Metalizing) 하여 지지재의 레이저 노출 부위에 도전성 구조를 형성하는 공법을 의미한다. 이러한 LDS 공법에 대하여서는, 한국 등록특허공보 제374667호, 한국 공개특허공보 제2001-40872호, 및 한국 공개특허공보 제2004-21614호에 개시되어 있으며, 본 명세서는 이들을 참조하도록 한다.
신호전달부(113)는 도전성 물질로 마련되며, 일 예로, 금속일 수 있다. 그리고 전도성과 경제성을 고려하여 금속 중에서도 구리(Cu)를 사용할 수 있다. 다만, 구리 외에 금(Au) 등의 금속으로 신호전달부(113)를 형성하는 것을 포함한다.
베이스(111)는 금속 복합체를 포함할 수 있다. 일 예로, 베이스(111)는 레진(Resin)과 금속산화물을 포함하는 복합체일 수 있다. 여기서 레진(Resin)은 PC(Polycarbonate), PA(Polyamide), 및 ABS(acrylonitrile - butadiene - styrene copolymer) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 금속산화물은 Mg, Cr, Cu, Ba, Fe, Ti, 및 Al 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또는 도면과 달리 베이스(111)는 모재(110)와 일체로 형성될 수 있다. 이 경우 모재(110)는 금속 복합체를 포함할 수 있다.
베이스(111)의 일 면에는 신호전달부(113)를 수용하는 전극 홈(112)이 형성된다. 즉, 신호전달부(113)는 전극 홈(112)에 충진되어 마련될 수 있다.
그리고 전극 홈(112)은 베이스(111)의 일 면에 레이저를 조사하여 형성된다. 이 때, 홈이 형성되면서 발생하는 열에 의해 베이스(111)는 금속으로 환원되고, 금속으로 환원된 부분은 전극 홈(112)에 금속 시드(Seed)를 형성한다.
신호전달부(113)는 전극 홈(112) 상에 도금됨으로써 형성된다. 금속 시드 상에 도금하는 공정은 일반적으로 알려진 도금 기술을 이용할 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다. 또는 신호전달부(113)는 증착 공정에 의해 형성될 수도 있다. 또는 도금 공정과 증착 공정을 결합한 형태로 형성될 수도 있다. 이하에서는 신호전달부(113)가 도금 공정에 의해 형성되는 것을 기본으로 하여 설명한다.
신호전달부(113)는 구리(Cu) 도금을 포함하고, 구리 도금 상에 니켈(Ni)을 도금하여 산화방지 처리를 할 수 있다. 또한 금(Au) 도금을 사용하는 경우 도전성이 향상될 수 있다.
한편, 베이스(111)는 다양한 소재로 마련되는 모재(110)의 일 면에 코팅되어 마련될 수 있다. 모재(110)는 수지(Resin), 유리, 또는 가죽 등을 포함할 수 있다. 모재(110)는 표면이 딱딱하거나(Stiff) 탄력이 있을 수 있다(Elastic). 그리고 모재(110)는 굳어서 변형이 되지 않을 수도 있고(Rigid) 구부러짐이 가능할 수도 있다(Flexible). 그리고 모재(110)는 사출 성형 방식에 의해 형성될 수 있다. 일 예로, 모재(110)를 사출하여 다양한 형상으로 마련하고, 모재(110)의 윗면 또는 저면에 금속산화물을 포함하는 베이스(111)를 코팅할 수 있다.
또한, 앞에서 설명한 바와 같이 버튼부재(101)는 곡면으로 마련될 수 있다. 이 경우 제1 신호전달부(113)도 터치면의 곡률을 따라 구부러지도록 마련될 수 있다.
베이스(111)는 모재(110)의 형상에 따라 곡면을 포함할 수 있다. 일 예로, 베이스(111)의 일 면은 구면의 일부 형상을 할 수 있다. 그리고 전극 홈(112)은 베이스(111)의 곡면 상에 형성될 수 있다. 이 때, 전극 홈(112)은 레이저를 이용하여 형성하기 때문에 베이스(111)의 형상에 상관없이 복잡한 형상의 전극 홈(112)을 형성할 수 있다.
그리고 전극 홈(112) 상에 신호전달부(113)를 도금한다. 이 때, 도금 공정의 특성 상 전극 홈(112)의 형상에 상관없이 신호전달부(113)를 도금할 수 있으며, 전극 홈(112)이 직선 또는 평면으로 마련되지 않는 경우에도 신호전달부(113)를 도금하기 용이하다.
신호전달부(113)는 하부 일부가 전극 홈(112)에 수용되고, 상부 일부가 전극 홈(112)의 위로 돌출될 수 있다. 일 예로, 신호전달부(113)의 절반은 전극 홈(112)에 수용되고, 신호전달부(113)의 나머지 절반은 전극 홈(112)의 위로 돌출될 수 있다.
다음으로 신호전달부(113)를 형성하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
모재(110)는 사출 방식을 이용하여 형성할 수 있다. 그리고 모재(110)는 금속 복합체를 사출하여 형성할 수도 있다.
그리고 베이스(111)는 모재(110)의 일 면에 금속 복합체를 코팅하여 형성할 수도 있다. 또는 베이스(111)는 금속 복합체로 마련되는 모재(110)와 일체로 마련될 수 있다.
전극 홈(112)은 베이스(111)의 일 면에 UV(Ultra Violet) 레이저 또는 엑시머(Excimer) 레이저 등의 레이저를 조사하여 형성한다. 이 때, 홈이 형성되면서 발생하는 열은 금속 복합체의 화학적 결합을 해체하여 금속으로 환원시키고, 전극 홈(112)에 금속 시드(Seed)를 형성한다.
전극 홈(112)은 곡면으로 마련되는 베이스(111)의 일 면 상에 형성될 수 있다. 레이저를 조사하여 홈을 형성하기 때문에, 베이스(111)의 표면 형상에 상관 없이 다양한 형상의 패턴을 만들 수 있다.
신호전달부(113)는 금속 시드가 노출된 전극 홈(112)을 금속화시켜 형성할 수 있다. 금속화 공정은 도금 또는 증착에 의할 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참고하면, 기판(120)은 신호전달부(113)의 정전용량의 변화에 대한 정보를 수신하는 수신부(121)가 형성될 수 있다. 일 예로, 기판(120)은 인쇄회로기판(PCB) 일 수 있다.
수신부(121)는 도전성 물질로 마련되며, 일 예로, 금속일 수 있다. 그리고 전도성과 경제성을 고려하여 금속 중에서도 구리(Cu)를 사용할 수 있다. 다만, 구리 외에 금(Au) 등의 금속으로 수신부(121)를 형성하는 것을 포함한다.
수신부(121)를 통해 입력되는 신호전달부(113)의 정전용량의 변화에 관한 정보는 수신부(121)와 연결되는 제어부(130)에 전달될 수 있다. 제어부(130)에 대하여는 다시 설명하기로 한다.
또한, 수신부(121)는 LDS 공법에 의해 형성될 수 있다. 일 예로, 기판(120)의 일 면에 금속 복합체를 포함하는 베이스를 코팅하거나 기판(120)이 금속복합체를 포함하도록 마련될 수 있다. 그리고 레이저를 이용하여 수신부(121)가 형성되는 홈을 형성할 수 있다. 그리고 도금 또는 증착을 이용하여 수신부(121)를 형성할 수 있다.
밀봉부재(140)는 기판(120)의 상부를 덮도록 마련되어 방오 및 방수 기능을 수행할 수 있다. 즉, 밀봉부재(140)는 외부 오염 물질로부터 기판(120)을 보호할 수 있다. 밀봉부재(140)는 버튼(100)이 설치되는 틈새 등으로 침투하는 이물질로부터 기판(120)을 보호하여 오작동을 방지할 수 있다. 예를 들어, 밀봉부재(140)는 고무 또는 비닐 등의 소재로 마련될 수 있다.
그리고 밀봉부재(140)는 일반적으로 넓은 판 또는 막 형태로 마련되고, 버튼(100)을 지지하는 부분에 형상 변형이 가능하도록 마련될 수 있다.
그리고 밀봉부재(140)는 수신부(121) 또는 발광부재(122)를 덮도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 밀봉부재(140)는 수신부(121)와 신호전달부(113) 사이에 마련될 수 있고, 발광부재(122)와 광 전달부재(103) 사이에 마련될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 입력장치(11)를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 입력장치(11)는 눌림 가능하도록 마련될 수 있다. 터치 입력장치(11)는 입력수단의 터치 입력 신호를 수신 받을 수 있을 뿐만 아니라 입력수단이 버튼(100)을 가압하는 경우 아래로 이동하도록 마련되어 물리 입력 신호를 수신 받을 수 있다. 이처럼 터치 신호와 물리 신호를 동시에 입력 받을 수 있음으로써 사용자에게 조작감을 제공할 수 있고, 다양한 실행 명령이 가능할 수 있다.
버튼(100)은 아래로 가역적으로 이동 가능하도록 마련될 수 있다. 따라서 버튼(100)은 기판(120)과 떨어진 상태로 마련되고, 그 사이에 마련되는 탄성부재(150)를 더 포함할 수 있다.
탄성부재(150)는 버튼(100)과 기판(120) 사이에 마련될 수 있다. 탄성부재(150)는 버튼(100)을 지지하도록 마련되고, 외력에 의해 버튼(100)이 아래로 이동하는 때에 탄성부재(150)가 탄성 변형되면서 반력을 제공한다. 이 때 제공되는 반력에 의해 사용자는 조작감을 피드백 받을 수 있다.
그리고 외력이 제거되면 탄성부재(150)가 형상 복원되면서 버튼(100)이 원래의 위치로 이동한다.
탄성부재(150)는 밀봉부재(140)와 일체로 마련될 수 있고, 또는 밀봉부재(140)와 별개의 부재로 마련될 수 있다. 예를 들어, 탄성부재(150)는 밀봉부재(140)의 형상이 인해 탄성력을 제공할 수 있도록 마련되는 영역일 수 있다. 그리고 밀봉부재(140)가 고무로 마련되는 경우 버튼(100)을 지지하는 영역에서 밀봉부재(140)가 탄성력을 제공함으로써 탄성부재(150)로 작용할 수 있다.
탄성부재(150)는 버튼(100)을 지지하도록 마련될 수 있다.
구체적으로, 탄성부재(150)는 광 전달부재(103)를 지지하도록 마련되는 제1 탄성부재(150a)를 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 탄성부재(150a)는 기둥 형태로 마련될 수 있고, 제1 탄성부재(150a)의 측면은 형상 변형이 용이하도록 경사지게 형성될 수 있다.
그리고 탄성부재(150)의 상부는 버튼(100)의 일부를 수용하도록 요입될 수 있다. 일 예로, 광 전달부재(103)의 단면이 사각 형태로 마련되는 경우 제1 탄성부재(150a)의 상부에는 사각 형태의 홈이 요입되어 광 전달부재(103)가 끼워질 수 있다.
또한, 탄성부재(150)는 신호전달부(113)가 형성되는 버튼부재(101)를 지지하도록 마련되는 제2 탄성부재(150b)를 포함할 수 있다. 일 예로, 제2 탄성부재(150b)는 기둥 형태로 마련될 수 있고, 제2 탄성부재(150b)의 측면은 형상 변형이 용이하도록 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 제2 탄성부재(150)의 저면에는 저항부재(151)가 부착될 수 있다. 저항부재(151)는 도전성 물질로 마련되며, 일 예로, 금속일 수 있다.
저항부재(151)는 수신부(121)에 대응하는 위치에 위치할 수 있다. 외력에 의해 버튼(100)이 아래로 이동하는 때에 탄성부재(150)가 탄성 변형되면서 저항부재(151)가 수신부(121)에 접촉하게 된다. 그리고 외력이 제거되면 탄성부재(150)가 형상 복원되면서 저항부재(151)가 수신부(121)에서 떨어지게 된다.
저항부재(151)는 터치 입력장치(10)의 온/오프 기능을 수행할 수 있다.
저항부재(151)가 수신부(121)에 접촉하는 경우 수신부(121)에 흐르는 전류 또는 전압이 변할 수 있다. 제어부(130)는 수신부(121)에 흐르는 전류 또는 전압의 변화를 통해 저항부재(151)가 수신부(121)에 접촉하였는지 여부를 알 수 있다. 즉, 제어부(130)는 저항부재(151)가 수신부(121)에 접촉하는 때에 터치 입력장치(10)가 온 상태인 것으로, 저항부재(151)가 수신부(121)에서 떨어지는 때에 터치 입력장치(10)가 오프 상태인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 수신부(121)는 서로 분리되는 복수 개를 포함할 수 있다. 이 경우 저항부재(151)가 서로 분리되는 수신부(121)에 동시에 접촉하는 경우 수신부(121)에 전류가 흐를 수 있다. 제어부(130)는 수신부(121)에 전류가 흐르는지를 통해 저항부재(151)가 수신부(121)에 접촉하였는지 여부를 알 수 있다. 즉, 제어부(130)는 저항부재(151)가 수신부(121)에 접촉하는 때에 터치 입력장치(10)가 온 상태인 것으로, 저항부재(151)가 수신부(121)에서 떨어지는 때에 터치 입력장치(10)가 오프 상태인 것으로 판단할 수 있다.
수신부(121)는 신호전달부(113)와의 사이에 정전용량이 변하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 버튼(100)이 상하 방향으로 움직이도록 마련되는 경우 수신부(121)와 신호전달부(113) 사이의 거리가 달라짐으로써 정전용량이 변할 수 있다.
수신부(121)를 통해 입력되는 신호전달부(113)의 정전용량의 변화에 대한 정도 또는 수신부(121)와 신호전달부(113) 사이의 정전용량에 관한 정보는 수신부(121)와 연결되는 제어부(130)에 전달될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 입력장치(12)를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 입력장치(12)는 제1 신호전달부(113a)가 경사면에 마련될 수 있다.
광 전달부재(103)는 몸통부재(102)를 관통하도록 마련되고, 몸통부재(102)는 광 전달부재(103)가 관통하는 상부면이 경사면으로 마련될 수 있다. 이 때, 경사의 방향 및 각도는 버튼부재(101)의 개구(101a)를 향하도록 마련될 수 있다.
그리고 제1 신호전달부(113a)는 몸통부재(102)의 경사면에 마련될 수 있다. 그리고 제2 신호전달부(113b)는 일 측이 제1 신호전달부(113a)와 연결되고 타 측이 수신부(121)에 근접하거나 접촉하도록 마련될 수 있다.
또한, 제2 신호전달부(113b)는 광 전달부재(103)가 관통되는 몸통부재(102)의 관통부를 따라 마련될 수 있다. 그리고 제2 신호전달부(113b)는 관통부의 하부면에서 외측으로 확장되도록 마련될 수 있다. 그리고 제2 신호전달부(113b)는 관통부의 하부면에서 수신부(121)의 위치에 상하 방향으로 대응되도록 확장될 수 있다.
또한, 수신부(121)는 발광부재(122)의 외측에 마련될 수 있다. 예를 들어, 수신부(121)는 발광부재(122)의 주위를 둘러싸도록 마련되고, 제2 신호전달부(113b)는 몸통부재(102)의 관통부의 주위로 확장될 수 있다.
도 7은 터치 입력장치(10)의 일 실시예에 따른 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 7을 참고하면, 사용자의 손가락 또는 터치 펜 등의 입력수단이 버튼(100)에 접촉하면, 신호전달부(113)와 수신부(121) 사이의 정전용량이 변한다. 그리고 수신부(121)와 연결된 제어부(130)에 변화된 정전용량에 관한 정보가 전달되어 입력수단이 버튼에 접촉한 상태임을 감지할 수 있다(200).
그리고 제어부(130)는 수신된 정전용량에 관한 정보가 저장된 제1 정전용량 범위에 있는 경우 입력수단이 버튼에 접촉한 것으로 판단하고, 터치 상태임을 사용자에게 표시한다(210). 일 예로, 디스플레이부 또는 HUD에 터치 상태임을 아이콘으로 표시하거나 음성 메시지로 알람을 제공할 수 있다.
그리고 입력수단이 외력을 가하여 버튼(100)을 누르면, 신호전달부(113)와 수신부(121) 사이의 정전용량이 변한다. 그리고 수신부(121)와 연결된 제어부(130)에 변화된 정전용량에 관한 정보가 전달되어 입력수단이 버튼을 누른 상태임을 감지할 수 있다(220).
그리고 제어부(130)는 수신된 정전용량에 관한 정보가 저장된 제2 정전용량 범위에 있는 경우 입력수단이 버튼(100)을 누른 것으로 판단하고, 해당 버튼의 기능을 수행한다(230).
이 때, 제어부(130)가 버튼(100)의 눌림 상태를 판단하는 방법으로는 두 가지 방법이 사용될 수 있다. 첫 번째는 저항부재(151)가 수신부(121)에 접촉하여 변화되는 전류 또는 전압을 통해 버튼(100)이 눌려진 것으로 판단할 수 있고, 두 번째는 정전용량의 변화를 통해 버튼(100)이 눌려진 것으로 판단할 수 있다. 이 때 신호전달부(113)와 수신부(121) 사이의 정전용량은 터치 상태일 때와 비교하여 더 작은 값을 가질 수 있다.
이러한 제어방법은 의도치 않은 터치에 의한 오작동을 방지할 수 있다. 또는 사용자가 아직 버튼(100)의 기능에 익숙하지 않은 경우에 버튼(100)의 기능을 표시할 수 있다. 즉, 입력수단이 버튼(100)에 접촉하면 디스플레이부 또는 HUD에 버튼(100)의 기능을 표시하거나 음성 메시지로 알릴 수 있다. 그리고 입력수단을 버튼(100)을 누르면 사용자가 버튼(100)의 기능을 인식한 상태에서 누른 것으로 보아 버튼(100)의 기능을 수행할 수 있다.
도 8은 터치 입력장치(10)의 다른 실시예에 따른 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 8을 참고하면, 사용자의 손가락 또는 터치 펜 등의 입력수단이 버튼(100)에 접근하면(240), 신호전달부(113)와 수신부(121) 사이의 정전용량이 변한다. 그리고 수신부(121)와 연결된 제어부(130)에 변화된 정전용량에 관한 정보가 전달되어 입력수단이 버튼에 접근한 상태임을 감지할 수 있다(240).
그리고 제어부(130)는 수신된 정전용량에 관한 정보가 저장된 제3 정전용량 범위에 있는 경우 버튼의 근접 범위에 입력수단이 위치하는 것으로 판단하고, 접근 상태임을 사용자에게 표시한다(250). 일 예로, 디스플레이부 또는 HUD에 접근 상태임을 아이콘으로 표시하거나 음성 메시지로 알람을 제공할 수 있다. 이 때 신호전달부(113)와 수신부(121) 사이의 정전용량은 터치 상태일 때와 비교하여 더 큰 값을 가질 수 있다.
그리고 입력수단이 버튼(100)에 접촉하면, 신호전달부(113)와 수신부(121) 사이의 정전용량이 변한다. 그리고 수신부(121)와 연결된 제어부(130)에 변화된 정전용량에 관한 정보가 전달되어 입력수단이 버튼에 접촉한 상태임을 감지할 수 있다(200).
그리고 제어부(130)는 수신된 정전용량에 관한 정보가 저장된 제1 정전용량 범위에 있는 경우 입력수단이 버튼에 접촉한 것으로 판단하고, 터치 상태임을 사용자에게 표시한다(210). 일 예로, 디스플레이부 또는 HUD에 터치 상태임을 아이콘으로 표시하거나 음성 메시지로 알람을 제공할 수 있다.
그리고 입력수단이 외력을 가하여 버튼(100)을 누르면, 신호전달부(113)와 수신부(121) 사이의 정전용량이 변한다. 그리고 수신부(121)와 연결된 제어부(130)에 변화된 정전용량에 관한 정보가 전달되어 입력수단이 버튼을 누른 상태임을 감지할 수 있다(220).
그리고 제어부(130)는 수신된 정전용량에 관한 정보가 저장된 제2 정전용량 범위에 있는 경우 입력수단이 버튼(100)을 누른 것으로 판단하고, 해당 버튼의 기능을 수행한다(230).
다음으로 도 9 내지 도 11을 통해 터치 입력장치(10)의 작동 모습을 설명하기로 한다. 도 9는 사용자의 손가락이 터치 입력장치(10)에 접근한 상태를, 도 10은 사용자의 손가락이 터치 입력장치(10)에 접촉한 상태를, 도 11은 사용자가 터치 입력장치(10)를 누른 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 입력수단이 버튼부재(101)와 일정 거리 이내로 접근하는 모습을 나타낸다. 입력수단이 버튼부재(101)에 접촉되기 전에 일정 거리 이내로 접근하는 것만으로도 신호전달부(113)와 수신부(121) 사이의 정전용량이 변하게 된다. 제어부(130)는 정전용량이 제1 범위 내에서 변하는 때에 입력수단이 버튼부재(101)에 접근한 것으로 판단할 수 있다.
도 10은 입력수단이 버튼부재(101)에 접촉한 모습을 나타낸다. 제어부(130)는 정전용량이 제2 범위 내에 위치하는 때에 입력수단이 버튼부재(101)에 접촉한 것으로 판단할 수 있다.
도 11은 입력수단이 제공하는 외력에 의해 버튼(100)이 눌린 모습을 나타낸다. 제어부(130)는 정전용량이 제3 범위 내에 위치하는 때에 버튼(100)이 눌린 것으로 판단할 수 있다.
도 12은 도 9 내지 도 11의 과정 동안 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.
그래프의 y 축은 전체 임피던스값을, x 축은 시간의 변화를 나타낸다.
A 구간은 입력수단이 버튼부재(101)에 접근하는 상태를 나타내고 x 축의 오른쪽으로 갈수록 입력수단이 버튼부재(101)에 근접한 상태이다. 전체 임피던스값은 입력수단이 버튼부재(101)에 근접할수록 작아진다.
B 구간은 입력수단이 버튼부재(101)에 접촉된 상태를 나타내고 x 축의 오른쪽으로 갈수록 버튼(100)의 눌려진 정도가 커진다. 전체 임피던스값은 버튼(100)이 많이 눌려질수록, 즉 신호전달부(113)가 수신부(121)에 가까워질수록 작아진다.
한편, A 구간과 B 구간의 경계인 D 지점은 입력수단이 버튼부재(101)에 접촉한 순간을 나타낸다.
C 구간은 버튼(100)이 끝까지 눌려진 상태이며, 시간의 흐름에 따라 전체 임피던스값의 변화가 없다.
한편, B 구간과 C 구간의 경계인 E 지점은 저항부재(151)가 수신부(121)에 접촉한 순간을 나타낸다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 터치 입력장치 100: 버튼
101: 버튼부재 102: 몸통부재
103: 광 전달부재 104: 차폐부재
110: 모재 111: 베이스
112: 전극 홈 113: 신호전달부
120: 기판 121: 수신부
122: 발광부재 130: 제어부
140: 밀봉부재 150: 탄성부재
151: 저항부재

Claims (20)

  1. 입력수단이 접촉하는 버튼부재;
    상기 버튼부재의 아래에 위치하는 몸통부재;
    상기 몸통부재에 마련되고, 상기 입력수단의 터치입력에 따라 정전용량이 변하도록 마련되는 신호전달부;
    상기 신호전달부로부터 정전용량에 관한 정보를 수신하는 수신부가 마련되는 기판; 및
    상기 버튼부재에 빛을 조사하는 발광부재를 포함하는 터치 입력장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸통부재는 금속 복합체를 포함하는 일 면에 전극 홈이 형성되고,
    전도성 소재를 포함하는 상기 신호전달부는 상기 전극 홈에 마련되는 터치 입력장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 몸통부재는 PC(Polycarbonate), PA(Polyamide), 및 ABS(acrylonitrile - butadiene - styrene copolymer) 중 어느 하나 이상을 포함하는 레진(Resin)과 Mg, Cr, Cu, Ba, Fe, Ti, 및 Al 중 어느 하나 이상을 포함하는 금속 산화물을 포함하는 터치 입력장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 몸통부재는 모재의 일 면에 상기 금속 복합체를 포함하는 베이스가 코팅되어 마련되는 터치 입력장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 버튼부재는 금속으로 마련되는 터치 입력장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 버튼부재와 상기 신호전달부를 절연하도록 마련되는 차폐부재를 더 포함하는 터치 입력장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수신부로부터 입력되는 정전용량에 관한 정보를 판단하는 제어부를 더 포함하는 터치 입력장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 신호전달부와 상기 수신부 사이의 정전용량에 관한 정보를 통해 입력수단이 상기 버튼에 접촉하였는지를 판단하는 터치 입력장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 신호전달부와 상기 수신부 사이의 정전용량에 관한 정보를 통해 입력수단이 상기 버튼에 정해진 범위 내로 접근하였는지를 판단하는 터치 입력장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 버튼부재는 개구를 형성하고,
    상기 발광부재와 상기 개구 사이에 마련되는 광 전달부재를 더 포함하며,
    상기 발광부재의 빛은 상기 광 전달부재를 통해 상기 개구로 노출되는 터치 입력장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 신호전달부는 상기 몸통부재의 상부면에 마련되는 제1 신호전달부 및 일 측이 상기 제1 신호전달부와 연결되고 타 측이 상기 수신부와 근접하거나 접촉하도록 연장되는 제2 신호전달부를 포함하는 터치 입력장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광 전달부재는 상기 몸통부재를 관통하도록 마련되고,
    상기 신호전달부는 상기 광 전달부재가 관통되는 상기 몸통부재의 상부면에 마련되는 제1 신호전달부 및 일 측이 상기 제1 신호전달부와 연결되고 타 측이 상기 수신부와 근접하거나 접촉하도록 연장되는 제2 신호전달부를 포함하는 터치 입력장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 몸통부재는 상기 기판과 이격되도록 마련되고,
    상기 몸통부재와 상기 기판 사이에 개재되는 탄성부재를 더 포함하며,
    상기 버튼부재와 상기 몸통부재는 상기 탄성부재를 가압하도록 상하 방향으로 이동 가능하게 마련되는 터치 입력장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 버튼부재는 개구를 형성하고,
    상기 발광부재와 상기 개구 사이에 마련되는 광 전달부재를 더 포함하고,
    상기 발광부재의 빛은 상기 광 전달부재를 통해 상기 개구로 노출되고,
    상기 탄성부재는 상기 기판 상에 설치되는 상기 발광부재와 상기 광 전달부재의 사이에 배치되는 터치 입력장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 광 전달부재는 상기 몸통부재를 관통하도록 마련되고,
    상기 몸통부재는 상기 광 전달부재의 주위에 경사면을 형성하고,
    상기 신호전달부는 상기 경사면에 마련되는 제1 신호전달부 및 일 측이 상기 제1 신호전달부와 연결되고 타 측이 상기 수신부와 근접하거나 접촉하도록 연장되는 제2 신호전달부를 포함하는 터치 입력장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 신호전달부의 일부 영역은 수직 방향으로 상기 버튼부재의 개구를 마주보도록 마련되는 터치 입력장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 광 전달부재는 상기 몸통부재를 관통하도록 마련되고,
    상기 신호전달부는 상기 버튼부재에 인접하는 면에 마련되는 제1 신호전달부 및 일 측이 상기 제1 신호전달부와 연결되고 상기 광 전달부재가 관통되는 상기 몸통부재의 관통부를 따라 연장되어 타 측이 상기 수신부와 근접하거나 접촉하도록 마련되는 제2 신호전달부를 포함하는 터치 입력장치.
  18. 입력수단이 접촉하는 터치 영역을 형성하고, 금속으로 마련되는 버튼부재;
    상기 입력수단의 터치 신호를 수신하는 수신부가 마련되는 기판;
    상기 버튼부재와 상기 기판 사이에 위치하는 몸통부재; 및
    상기 입력수단의 터치입력에 따라 정전용량이 변하도록 상기 몸통부재에 마련되고, 상기 버튼부재와 인접하게 배치되는 제1 신호전달부와 상기 버튼부재를 따라 상기 제1 신호전달부에서 연장되는 제2 신호전달부를 포함하는 신호전달부를 포함하고,
    상기 수신부는 상기 입력수단의 터치에 따라 변하는 상기 신호전달부의 정전용량에 관한 정보를 수신하는 터치 입력장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 버튼부재는 빛이 통과하는 개구를 형성하고,
    상기 개구에 빛을 조사하는 발광부재와,
    상기 개구와 상기 발광부재 사이에 마련되고 상기 발광부재의 빛이 통과하는 광 전달부재를 더 포함하는 터치 입력장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 광 전달부재는 상기 몸통부재를 관통하도록 마련되고,
    상기 제1 신호전달부는 상기 광 전달부재가 관통하는 상기 몸통부재의 관통부 주위에 마련되는 터치 입력장치.
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