KR20230169088A - 사용자 제어 유닛의 3차원 표면 상의 전기 접착에 기초한 촉각 피드백 - Google Patents

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페테르 브란트
마르첼 바이어
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하만 베커 오토모티브 시스템즈 게엠베하
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Abstract

3차원 터치 표면 상의 촉각 피드백을 갖는 사용자 제어 유닛이 제공된다. 제어 유닛은 적어도 부분적으로 그 위에 배열된 전극 구조체를 갖는 사용자에 의해 터치될 3차원 터치 표면을 포함한다. 전극 구조체는 사용자와 제어 유닛 사이의 전기 접착에 기초하여 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 구성된다. 3차원 터치 표면 상의 촉각 피드백을 갖는 사용자 제어 유닛은 접촉 표면을 사용하여 전기적으로 접촉되고, 접촉 표면 상에 이방성 전도성 필름 층 및 가요성 인쇄 회로가 배열된다.

Description

사용자 제어 유닛의 3차원 표면 상의 전기 접착에 기초한 촉각 피드백
다양한 예들은 일반적으로 촉각 피드백, 즉 인간-기계-인터페이스(HMI)를 갖는 사용자 제어 유닛(user control)들에 관한 것이고, 구체적으로는 전기 접착에 기초한 3차원 터치 표면 상의 촉각 피드백을 갖는 사용자 제어 유닛들에 관한 것이다. 또한, 촉각 피드백을 갖는 사용자 제어 유닛에 접촉하기 위한 대응 방법, 본 개시에 따른 적어도 하나의 제어 유닛을 포함하는 제어 패널 및 차량이 제공된다.
차량 시스템들, 기후 제어 시스템(climate control system)들, 또는 오디오 시스템들과 같은 전자 시스템들은 전자 시스템을 제어하기 위해 특별히 기계적으로 작동되는 노브(knob)들 또는 버튼들을 사용하여 사용자들에 의해 제어될 수 있다. 종래의 제어 패널은 또한 사용자 터치 입력을 수신하기 위한 터치 스크린 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨텍스츄얼 노브(contextural knob)들을 갖는 최신 시스템들에서, 기계적 멈춤쇠(detent)는 사용자 입력에 기초한 촉각 피드백을 위해 사용된다. 이들 멈춤쇠는 기계적 설계에 기초하여 미리 결정된 위치들에 위치된다. 노브 위치의 측정을 위해 디지털 디코더가 필요하다. 이러한 시스템의 단점은 높은 시스템 비용, 기계적 치수 및 고정된 멈춤쇠 구성으로 인한 사용성 감소이다.
따라서, 제시된 접근법의 아이디어는 촉각 피드백을 갖는 진보된 사용자 제어 유닛 및 이러한 사용자 제어 유닛과 접촉하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 이는 상기 식별된 한계들 및 단점들 중 적어도 일부를 극복하거나 완화한다.
이것은 독립 청구항의 주제에 의해 수행된다. 추가적인 유리한 특징들은 종속항들의 청구 대상이다.
본 개시에 따른 해결책은 청구된 사용자 제어 유닛들뿐만 아니라 사용자 제어 유닛에 접촉하기 위한 청구된 방법들에 관하여 설명된다. 본 명세서의 특징들, 이점들, 또는 대안 실시예들은 다른 청구된 대상들에 지정될 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다. 다시 말해, 사용자 제어 유닛과 접촉하는 방법에 대한 청구항들은 사용자 제어 유닛들의 맥락에서 설명되거나 청구된 특징들로 개선될 수 있고, 사용자 제어 유닛들에 대한 청구항들은 방법들의 맥락에서 설명되거나 청구된 특징들로 개선될 수 있다.
사용자 제어 유닛 또는 사용자 인터페이스(HMI)는 사용자가 터치하여 전자 시스템에 사용자 입력을 제공하는 엘리먼트이다. 촉각 피드백은 제어 유닛의 3차원 터치 표면 상에 제공되고, 예를 들어, 제어 유닛을 터치할 때 사용자에 의해 경험될 수 있는 제어 유닛의 촉각 특성들에 대응할 수 있다. 이러한 촉각 피드백은 제어 유닛의 컨텍스트 또는 사용자 입력에 응답하여 통계적으로 또는 동적으로 변경 가능할 수 있다. 제어 유닛은 적어도 부분적으로 제어 유닛 위에 배열된 전극 구조체(electrode structure)를 갖는 사용자에 의해 터치될 3차원 터치 표면을 포함한다. 전극 구조체는 사용자와 제어 유닛 사이의 전기 접착에 기초하여, 즉 전극 구조체 내의 전하에 의해 유도된 접촉 표면에서의 사용자와 제어 유닛 사이의 정전기력에 기초하여, 다시 말해서 사용자와 3차원 터치 표면 사이에서 정전기적으로 변화된 마찰에 기초하여 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 구성된다.
본 개시에 따른 기술에 의해, 기구학적 부품(kinematic part)이 제어 유닛에 필요하지 않아, 부품을 기계적으로 활성화시키는 것으로부터의 에이징(aging)이 회피될 수 있으며, 제어 유닛의 수명이 증가될 수 있다. 또한, 제어 유닛에 필요한 부품의 수가 감소되어 제조 비용이 절감된다. 추가의 이점으로서, 터치 표면 상의 촉각 피드백은 제어 유닛 및 사용자 입력의 맥락에 따라 자유롭게 프로그래밍가능할 수 있다. 컨텍스츄얼 노브의 예에서, 본 개시의 이점들은 UX 컨텍스트에 따른 프로그래밍가능 멈춤쇠들이다. 전기 접착 시스템은 소음이 없으며, 이는 개선된 사용자 경험 및 무음 환경으로 이어질 수 있다. 또한, 제어 유닛의 기계적 위치를 검출하기 위한 인코더가 필요하지 않으며, 이는 기계적 설치 공간이 최소화될 수 있다.
다양한 예들에서, 추가적인 센서 구조체가, 예를 들어, 3차원 터치 표면 상에 적어도 부분적으로, 제어 유닛에 대한 사용자 컨텍스트의 위치를 검출하고, 그런 방식에서 제어 유닛에 대한 사용자 입력을 검출하는 데 사용될 수 있는 제어 유닛에 배열될 수 있으며, 촉각 피드백은 검출된 사용자 입력에 기초할 수 있다.
다양한 예에서, 제어 유닛은 접촉 표면을 추가로 포함할 수 있다. 전극 구조체는 접촉 표면 상에 접촉될 수 있으며, 이는 터치 표면의 외측 윤곽을 따라, 예를 들어, 터치 표면의 전체 아웃라인(outline)의 적어도 25%, 50%, 75% 또는 100%를 따라 터치 표면에 연결된 영역일 수 있다. 전극 구조체는 터치 표면으로부터 접촉 표면 상으로 연장될 수 있고, 접촉 표면 상에 개방 접촉부들을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 접촉 표면은 많은 수의 전기적 접촉부들을 위한 충분한 공간을 제공할 수 있고, 전극들의 미세 그리드(fine grid), 즉 높은 밀도가 터치 표면 상의 전극 구조체에 의해 제공될 수 있다. 접촉 표면은 실질적으로 평면 표면, 또는 약간의 곡률을 갖는 표면일 수 있어서, 가요성 커넥터, 예를 들어, 가요성 인쇄 회로가 접촉 표면에 적응될 수 있다.
다양한 예들에서, 제어 유닛은 컨텍스츄얼 노브와 같은 노브일 수 있으며, 제어 유닛의 베이스/지면 평면(base/ground plane)에 대향하는, 사용자를 향할 수 있는 상부 표면은 사용자에게 컨텍스츄얼 정보를 디스플레이하기 위해 사용되는 디스플레이를 포함할 수 있다. 3차원 터치 표면은 원통형 측면 표면 또는 반원뿔형 측면 표면일 수 있으며, 사용자는 원통형 측면 표면을 터치할 수 있고, 터치 입력을 제공하기 위해 원통형 표면 주위에서 손가락을 회전시킬 수 있다. 여기서, 원통형 측면 표면의 회전 중심축은 노브 주변에서 사용자의 손가락의 회전축에 대응될 수 있다. 또한, 사용자는 예를 들어, 손가락을 위에서 아래로, 즉 노브의 상부 표면으로부터 지면 평면으로 슬라이딩시킬 수 있다.
촉각 피드백은 터치 표면의 임의의 방향으로 촉각 피드백을 제공하기 위해 자유롭게 프로그래밍가능할 수 있다. 이러한 예에서, 접촉 표면은 노브의 바닥(bottom)에서 링-형상 표면일 수 있으며, 여기서 접촉 표면은 모자 챙(hat brim)과 같은, 터치 표면을 완전히 둘러싸는, 터치 표면에 실질적으로 수직인 평면에 놓일 수 있다.
다양한 예에서, 전극 구조체는 원통형 표면으로부터 접촉 표면 상으로 연장될 수 있고, 여기서 접촉 표면 상의 전극 구조체 상에 접착성일 수 있는 전도성 중간 필름, 바람직하게는 이방성 전도성 필름 층을 배열함으로써, 그리고 이방성 전도성 필름 층 상에 전도성 경로를 갖는 포일(foil), 바람직하게는 가요성 인쇄 회로, 또는 얇은 PCB와 같은 전도성 라인을 갖는 커넥터를 추가로 배열함으로써 전기적으로 접촉된다. 스택에 사용되는 재료는 제어 유닛의 특정 애플리케이션에 기초하여 변경될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
가요성 인쇄 회로는 전극 구조체에 대한 접촉부의 적어도 일부와 전기 시스템에 연결될 수 있는 커넥터의 출력 단부 사이에 전기적으로 연결된 칩-온-포일(Chip-on-Foil)을 더 포함할 수 있다.
사용자 제어 유닛을 제공하거나 접촉하기 위한 방법은 다음 단계들을 포함한다. 일 단계에서, 사용자 제어 유닛이 제공되며, 이는 제어 유닛 위에 배열된 전극 구조체를 갖는 3차원 터치 표면을 포함한다. 다른 단계에서, 전극 구조체의 적어도 일부 상에 이방성 전도 필름(ACF) 층과 같은 전자 전도성 계면 층이 배열된다. 다른 단계에서, 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 가요성 인쇄 회로(FCP)와 같은 복수의 전도성 경로를 포함하는 커넥터가 전기 전도성 인터페이스 층 상에 배열된다. 전극 구조체는 사용자가 터치하는 데 사용되지 않고, 예컨대 터치 표면에 실질적으로 수직이고/이거나 제어 패널 내의 메인 PCB에 평행한 평면 내에 놓일 수 있는 접촉 표면 상으로 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접촉 표면은 또한 만곡될 수 있다.
전자 디바이스 또는 시스템, 제어 패널 및 차량은 본 개시에 따른 적어도 하나의 사용자 제어 유닛을 포함한다.
이러한 방법, 전자 디바이스, 제어 유닛 패널 및 차량에 대해서는, 제어 유닛에 대하여 설명한 기술적 효과에 대응하는 기술적 효과가 달성될 수 있다.
상기에서 언급된 특징들 및 아래에서 아직 설명되지 않은 특징들은 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서, 표시된 개별 조합들뿐만 아니라, 다른 조합들로 또는 격리되어 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 전술한 양태들 및 실시예들의 특징들은 다른 실시예들에서 서로 조합될 수 있다.
따라서, 상기 요약은 단지 일부 실시예들 및 구현예들의 일부 특징들에 대한 짧은 개요를 제공하기 위한 것이며, 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 다른 실시예들은 상기에서 설명된 특징들 이외의 다른 특징들을 포함할 수 있다.
본 개시의 전술한 특징 및 추가적인 장점들은 첨부된 도면들과 함께 읽을 때 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 여기서 동일한 도면 번호들은 동일한 컴포넌트들을 나타낸다.
도 1는 본 개시의 실시예들에 따른 측면 표면 상의 촉각 피드백을 갖는 3차원 사용자 제어 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 도 1의 제어 유닛의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 3는 본 개시의 실시예들에 따른 사용자 제어 유닛의 전기적 접촉을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 가요성 인쇄 커넥터를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 개시의 실시예들에 따른 사용자 제어 유닛의 전기적 접촉의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6는 본 개시의 실시예들에 따른 사용자 제어 유닛과 전기적으로 접촉하기 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
본 개시의 상기 및 다른 구성, 특징, 단계 및 개념들은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 본 개시의 실시예들에 따른 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
실시예들의 다음의 설명은 제한적인 의미로 취해지지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 본 개시의 범위는 아래에서 설명되는 실시예 또는 전반적인 발명의 예시적인 예로서 취해진 도면에 의해 제한되도록 의도되지 않는다. 다양한 실시예들의 특징들은, 특별히 달리 언급되지 않는 한, 서로 조합될 수 있다.
본 개시는 특정 형상들 및 크기들을 갖는 특정 수의 특정 표면들을 갖는 특정 제어 유닛을 설명하고 예시하지만, 임의의 적합한 형상들 및 임의의 적합한 크기들을 갖는 임의의 적합한 수의 임의의 적합한 표면들을 갖는 임의의 적합한 디바이스가 개시된 기술들을 구현하기 위해 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도면은 개략적 표현으로 간주되어야 하며, 도면에 도시된 엘리먼트는 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다. 오히려, 다양한 엘리먼트들은 그 기능과 일반적인 목적이 당업자에게 명백해지도록 표현된다. 본 개시의 실시예의 사용자 제어 유닛은 자동차 환경, 특히 차량에서의 인간-기계-인터페이스(Human-Machine-Interface)일 수 있거나, 핸드헬드 통신 디바이스, 또는 사용자에 의해 동작되는 터치 입력 디스플레이를 갖는 디바이스일 수 있지만, 사용자 제어 유닛은 이러한 디바이스에서 사용되는 것으로 제한되지 않는다.
다음에서, 본 개시의 양태들 및 실시예들에 따라, 3차원 표면 상의 촉각 피드백을 갖는 개선된 사용자 제어 유닛에 대한 상세한 설명들, 및 개선된 사용자 제어 유닛 촉각 피드백을 접촉하기 위한 방법이 설명될 것이다.
다음은 전기 접착에 기초한 촉각 피드백을 갖는 컨텍스츄얼 노브가 설명된다. 전극 구조체는 컨텍스츄얼 노브의 원통형 표면 주위에 배치된다. 일부 실시예들에서, 전극 구조체는 사용자 입력을 검출하기 위한 전자 센서 구조체의 기능을 추가로 가질 수 있다. 이러한 구조의 배선은 전자 시스템의 메인 PCB와 전기적으로 연결되어야 한다. 어려움은 원통형 노브 기하학적 구조의 제한된 공간 상의 연결들의 수가 높다는 것이다. 터치 표면은 메인 PCB에 대하여 수직 위치를 갖는다.
다양한 예들은 원통형 측면 표면을 갖는 둥근 컨텍스츄얼 노브 형태의 제어를 도시하지만, 설명된 기술들은 임의의 형상의 3차원 터치 표면들을 포함하는 임의의 형상의 임의의 제어 유닛에 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 3차원 측면 터치 표면(2) 상의 촉각 피드백을 갖는 3차원 사용자 제어 유닛(user control)(1)을 개략적으로 도시한다.
노브 형태의 사용자 제어 유닛(1)은 실질적으로 원통의 외측 치수를 갖는다. 원통형 측면 표면은 촉각 피드백이 제공되는 3차원 터치 표면(2)에 해당한다. 원통형 측면 표면 및 전극 구조체(3)에는 촉각 피드백을 위한 정전기 접착이 생성된다.
제어 유닛(1)의 하단 측면, 또는 지면/베이스 평면 상에, 접촉 표면(5)이 위치된다. 접촉 표면(5)은 실질적으로 지면 평면 내에 또는 지면 평면에 평행하게 놓이고, 전극 구조체(3)를 갖는 3차원 터치 표면(2)은 지면 평면에 실질적으로 수직이다.
칩-온-포일을 포함하는 링 형상의 가요성 인쇄 회로(FPC)(9)가 전극 구조체(3)와 전기적으로 접촉하기 위해 접촉 표면(5) 상에 배열되고, FPC의 단부(4)는 사용자 입력을 수신하고 촉각 피드백을 제공하기 위해 전자 시스템에 전기적으로 연결되도록 구성된다.
전기 접착은 사용자의 손가락 끝 상의 전하를 이동시킴으로써 촉각 피드백을 제공한다. 제어 유닛의 전극 구조체(3)는 3차원 표면 상에 배치되고 손가락 움직임의 추적 및 손가락 끝에서의 전하의 이동을 위해 사용될 수 있다. 전극 구조체는 예를 들어, 은 페이스트(silver paste) 및 절연 층의 스크린 프린팅(screenprinting)에 의해 적용될 수 있지만, 이 기술에 제한되지 않는다. 당해 기술분야에 공지된 바와 같이, 매트릭스 또는 전극 어레이를 증착하고 이를 얇은 전기적으로 절연된 터치가능한 유전체 층으로 덮기 위한 임의의 다른 기술이 구현될 수 있다.
제어 유닛(1)은 상부 표면(6)에 통합 디스플레이를 가질 수 있어서 예를 들어, 차량 내의 전자 시스템을 제어하기 위한 컨텍스츄얼 노브(contextural knob)일 수 있다. 일 예에서, OLED-디스플레이가 노브의 금속 하우징 내에 위치될 수 있다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 도 1의 제어 유닛(1)의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 링 형상 FPC(9)는 링 형상 접촉 표면(5)과 실질적으로 정렬되고 제어 유닛(1)의 원통형 본체 주위로 연장된다. 사용자가 터치하게 되는 원통형 측면 표면 상에 위치된 전극 구조체(3)는 접촉 표면(5) 상으로 연장된다. 컨텍스츄얼 노브 주위의 접촉 표면(5)의 링 형태에 의해 그리고 전극 구조체를 접촉 표면(5) 상으로 연장시킴으로써, 충분히 큰 접촉 영역이 생성될 수 있어서, 많은 수의 전기 접촉부들이 실현될 수 있고, 촉각 피드백, 즉 전극 구조체(3)가 미세 그리드(fine grid)로 구현될 수 있다.
도 2에 추가로 도시된 바와 같이, 제어 유닛(1)은 x-y-지면 평면에 수직인 z-치수, 즉, 지면 평면 위로 적어도 1mm, 2mm, 5mm, 또는 10mm인 터치 표면(2)의 높이를 가질 수 있어서, 제어 유닛이 제어 패널에 기계적으로 고정될 때, 지면 평면 위로 돌출되고 모든 측면으로부터 사용자에 의해 기계적으로 파지되고 가압될 수 있다.
터치 디스플레이들 위에 제어 유닛의 중요한 이점은, z-방향으로 지면 평면으로부터 연장될 때, 상부 표면 상에 컨텍스츄얼 디스플레이가 실현될 수 있다는 것이며, 측면 터치 표면들 상에서, 사용자는 제어 유닛을 견고하게 파지할 수 있고, 제어 유닛을 지켜볼 필요 없이 촉각 피드백으로 제어 유닛을 동작시킬 수 있다. 개시된 전기 연결 기술들에 의해, 자유 프로그램가능 촉각 피드백이 컨텍스츄얼 노브의 3차원 표면들 상에 제공될 수 있다.
전기 접착에 기초한 촉각 피드백을 갖는 컨텍스츄얼 노브(1)를 위한 전기 연결 시스템이 설명된다. 연결 시스템은 제한된 공간을 갖는 제어 패널 또는 제어기의 메인 PCB 보드 상의 많은 수의 접촉부의 연결을 허용한다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 사용자 제어 유닛(1)의 전기적 접촉을 개략적으로 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 컨텍스츄얼 노브(1)는 3차원 터치 표면(2)을 나타내는 원통형 측면 표면을 갖는 원통형 형상의 금속 노브(1)로서 형성된다.
3차원 터치 표면(2) 상에, 그리고 전극 구조체(3)가 배치되고, 이는 노브의 하단 측면 상의 링 형상의 평평한 접촉 표면(5) 상으로 연장된다. 노브의 상부 표면(6) 상에, 사용자에게 컨텍스츄얼 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이(7)가 위치된다.
접촉 표면(5) 상에서 전극 구조체(3)를 접촉시키기 위해, 이방성 전도성 필름(ACF) 층에 의해 형성될 수 있는 중간 접촉 층(8)이 배치된다. ACF층(9) 위에, ASF층 및 접촉 표면(5)과 같이 실질적으로 링 형상을 갖는 가요성 인쇄 회로 기판(FPC)(9)이 배치된다. FPC의 연결 단부(4) 상의 다수의 전기 접촉부들을 거부하기 위해 칩-온-포일이 FPC에 통합되며, 이는 노브를 사용하여 제어될 전기 시스템에 연결될 수 있다.
개시된 기술들에 의해, 사용자가 원통형 표면(2) 상의 전극 구조체(3) 위로 슬라이딩하는 회전 움직임에 의해 인간-기계-인터페이스(HMI)가 제공된다. 이에 의해, 노브는 회전하지 않고 기계적으로 고정된다. 즉, 전기 접착에 의해 사용자에게 회전감이 생성되게 된다. 노브 촉각은 소프트웨어에 의해 자유롭게 프로그래밍가능하다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 가요성 인쇄 커넥터(FPC)(9)를 개략적으로 도시한다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, FPC는 노브(1) 주위에 ACF 층 및 접촉 표면, 칩-온-포일(10) 및 전기 메인 시스템에 대한 연결 단부(4) 상에 배치될 수 있는 링 형성 영역을 갖는다. 3차원 터치 표면의 접촉 및 전극 구조체를 위해 모든 적합한 형태의 FPC가 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 5는 본 개시의 실시예들에 따른 사용자 제어 유닛(1)의 전기적 접촉의 단면도를 개략적으로 도시한다.
전기 센서 구조체 및 촉각 피드백 구조체를 포함할 수 있는 전극 구조체(3)는 컨텍스츄얼 노브(1)의 원통형 표면(2) 주위에 배치된다. 이러한 전극 구조체(3)의 배선은 제어 유닛의 PCB와 전기적으로 연결되어야 한다. 어려움은, 노브 표면이 PCB에 실질적으로 수직인 위치를 갖기 때문에, 원통형 노브 기하학적 구조의 제한된 공간 상의 많은 수의 연결들이다. 일부 실시예들에서, 터치 표면은 베이스 또는 지면 평면 및/또는 메인 PCB에 대해 20°, 30°, 45° 또는 60°보다 큰 각도를 가질 수 있다.
층상화된 스택(layered)은 접촉 표면(5) 상에 전극 구조체(3), 이방성 전도성 필름(8) 및 가요성 회로 보드(9)를 포함한다. PCB를 향한 원통형 노브(1)의 단부는 모자 챙(hat brim)의 형태로 형성되고, 전극 구조체(3)를 위한 접촉 표면(5)을 형성한다. 전극 구조체(3)의 연결은 수정된 실린더의 표면을 따른다. 원형 돌출부는 허용 가능한 제조 공차를 증가시키고, 제조 비용을 감소시키기 위해 충분한 거리를 갖는 접촉부들을 위치시키기에 충분히 큰 접촉 표면(5)을 허용하는 면적을 제공한다. 루프 형태의 접촉 가요성 인쇄 커넥터(9)가 접촉 표면에 대향하여 위치되고, 이방성 전도성 포일(8)과 전극 구조체(3)에 전기적으로 연결된다.
도 6는 본 개시의 실시예들에 따른 사용자 제어 유닛(1)을 촉각 피드백과 전기적으로 접촉시키기 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
방법은 단계 S10에서 시작한다. 단계 S20에서, 전극 구조체(3)를 갖는 3차원 터치 표면을 포함하는 사용자 제어 유닛이 제공된다. 단계 S30에서, 이방성 전도성 필름(ACF) 층과 같은 전도성 및/또는 접착제 층이 전극 구조체(3) 상에 배열된다. 단계 S40에서, 가요성 회로 기판(FPC)이 ACF 층 상에 배열되어, 전극 구조체(3)와 FPC 사이에 전기적 접촉을 생성한다. 방법은 S50 단계에서 종료된다.
위의 내용으로부터, 일부 개괄적인 결론들이 도출될 수 있다:
개시된 기술들은 회전 및/또는 밀고 당겨질 수 있는 노브들, 이동 방향을 따라 슬라이드되는 슬라이드 스위치들과 같은 임의의 통상적으로 기계적으로 이동가능한 사용자 입력 엘리먼트들에 대해 구현될 수 있다. 촉각 피드백은 제어 유닛의 컨텍스트에 따라 개별 터치 표면들을 따라 슬라이딩하는 사용자 접촉에 대해 자유롭게 프로그래밍가능할 수 있다. 예를 들어, 이동 방향을 따른 래스터화(rasterization)가 제공될 수 있다.
다양한 예들에서, 사용자 제어 유닛 또는 사용자 인터페이스는 사용자 입력을 수신하고 및/또는 사용자에게 촉각 피드백을 제공함으로써 전자 시스템을 제어하기 위해 사용되는 제어 패널의 일부 또는 영역에 대응할 수 있다. 제어 유닛은 예를 들어, 제어 유닛을 터치 및/또는 파지하고 이에 의해 제어 유닛과 상호 작용하여 제어 유닛에 사용자 입력을 제공함으로써 사용자에 의해 동작될 수 있으며, 여기서 사용자 입력은 제어 유닛의 하나 이상의 추가 센서에 의해 검출될 수 있다. 제어 유닛은 예를 들어, 베이스 패널에 기계적으로 고정될 수 있어서, 베이스 패널에 대해 작동될 수 없다. 제어 유닛은 하단 측면일 수 있고 고정될 때 제어 패널 내에 놓일 수 있는 x-y-지면 평면을 가질 수 있고, 제어 유닛이 사용자에 의해 파지될 수 있는 1mm, 2mm, 5mm 또는 10mm보다 높은 측벽을 갖도록 지면 평면으로부터 연장되는 z-치수 또는 높이를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 유닛은 지면 평면 위로 실질적으로 상승된 편평한 상부 표면을 가질 수 있으며, 촉각 피드백을 위한 터치 표면들은 측벽들을 포함할 수 있다. 그러나, 제어 유닛은 또한 상부 표면을 포함하는 자유-형태 3차원 터치 표면을 가질 수 있는 것으로 제한되지 않는다.
다양한 예들에서, 제어 유닛은 촉각 특성 형상, 예를 들어, 원형 노브(knob), 직사각형 슬라이드 스위치와 같은 외측 형태, 또는 직사각형, 삼각형, 직육면체, 원뿔형 원통형, 또는 자유-형태 외측 표면들과 같은 다른 형태들 및/또는 사용자에 의해 터치되거나 파지될 수 있도록 제어 패널 표면으로부터 돌출될 수 있는 형상들을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 이들은 다른 제어 유닛과 촉각적으로 구별될 수 있다. 제어 유닛은 사용자의 손을 사용하여 사용자에 의해 터치되거나 파지될 수 있으며, 제어 유닛 상의 사용자의 손의 위치는 전자 시스템에 사용자 입력을 제공할 수 있다. 사용자 터치 입력을 수신하고 촉각 피드백을 제공할 수 있는 터치 표면들은 그러한 제어 유닛들의 측면 표면들, 예를 들어, 상부 표면에 실질적으로 수직인 표면들일 수 있다. 상부 표면은 사용자에게 제어 유닛에 대한 컨텍스츄얼 정보를 제공하기 위해, LCD 또는 OLED 디스플레이와 같은 디스플레이로 형성되거나 디스플레이를 포함할 수 있다.
예를 들어, 3차원 터치 표면은 전자 시스템에 입력을 제공하기 위해 사용자에 의해 터치될 수 있는 제어 유닛의 3차원 표면에 대응할 수 있다. 이러한 표면은 사용자에 의해 터치되거나 파지될 수 있는 노브, 버튼 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 이러한 사용자 제어 유닛은 편평한 제어 패널 표면으로부터 기계적으로 돌출하는 특징부의 형태로 구현될 수 있으며, 여기서 사용자 제어 유닛은 입력을 제공하기 위해 사용자에 의해 적어도 부분적으로 터치되는 적어도 하나의 3차원 표면을 가질 수 있다. 전극 구조체에 의해, 사용자가 제어 유닛을 터치하는 임의의 시간 동안, 제어 유닛은 사용자 입력에 기초하여 동적으로 변화하는 피드백, 또는 전기 접착에 기초하여 사용자에게 정적 촉각 피드백을 제공할 수 있다. 제어 유닛은 1mm, 2mm, 5mm 또는 10mm 초과하여 제어 패널로부터 돌출될 수 있고, 여기서 터치 표면을 포함하는 외측 윤곽은 사용자가 용이하게 제어 유닛을 파지할 수 있도록 지면 패널 또는 평면 위로 상승될 수 있다.
다양한 예들에서, 본 개시에 따른 3차원 터치 표면은 디스플레이를 포함하지 않는다는 점에서 종래의 터치 디스플레이와 상이할 수 있으며, 캐리어 재료는 금속 또는 플라스틱과 같은 불투명한 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, 캐리어 재료는 사출 성형되거나, 또는 제어 패널에 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛은 사용자에 의해 이동되지 않도록 제어 패널 또는 베이스 시스템에 대해 기계적으로 고정될 수 있다.
다양한 예들에서, 이러한 제어 유닛은 적어도 하나의 폐쇄된, 즉 링 형상의, 원통형 또는 자유-형태 외측 터치 표면, 및/또는 2개의 터치 표면 영역들을 갖는 자유-형태 만곡된 터치 표면, 및/또는 서로 실질적으로 대향할 수 있는 2개의 별개의 터치 표면들을 가질 수 있으며, 사용자는 제어 유닛을 수용하거나 파지할 수 있다. 예를 들어, 1N, 2N, 또는 5N보다 큰 실질적으로 대향하는 기계적 힘으로 사용자에 의해 수용되거나 눌려질 수 있는 그런 방식으로, 사용자의 손이 제어 유닛을 작동시키는 동안 제어 유닛에 고정될 수 있다. 제어 유닛의 일부는 사용자의 손가락을 받치도록 기계적으로 구성될 수 있고, 및/또는 하나 이상의 손가락이 터치 표면을 따라 슬라이딩 수 있도록 다른 터치 표면이 사용자의 손 해부학적 구조에 구성될 수 있으며, 다른 예들에서 제어 유닛에 대한 모든 사용자 접촉은 예를 들어, 제어 유닛의 회전 축 주위 또는 병진 축을 따라 슬라이딩할 수 있다.
다양한 예들에서, 컨텍스츄얼 노브는 원통형 형상의 외측 터치 표면 및 사용자 컨텍스트에 디스플레이하기 위해 사용되는 디스플레이를 포함하는 편평하거나 만곡된 상부 표면을 포함할 수 있으며, 여기서 노브는 사용자 입력을 수신하도록 통상적으로 동작될 수 있다. 컨텍스츄얼 노브는 중심을 통과하고 제어 표면에 실질적으로 수직이고 그리고/또는 사용자를 향하는 방향으로 가리키는 회전축을 가질 수 있다. 기계적으로 회전되는 노브를 기계적으로 고정된 노브로 대체함으로써, 사용자의 손가락이 원통형 표면 상에서 회전식으로 슬라이딩되고 촉각 피드백을 수신하고, 특히 공간이 절약되며, 즉 제어 유닛의 아웃라인 및 치수가 동일하게 유지될 수 있고 입력 모드가 사용자에게 눈에 띄게 변경되지 않을 수 있다.
터치 표면 상의 촉각 피드백 및 제어 유닛의 특징적 돌출 형태 때문에, 설명된 촉각 피드백을 갖는 3차원 제어 표면은, 터치 스크린에 비해 차량의 주행 중에도 전자 시스템의 제어에 유리할 수 있다.
촉각 피드백은 또한 전기 접착으로 알려진, 터치 표면 상의 전극 구조체와 사용자 사이의 정전기력에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자가 3차원 구조체를 터치하는 것으로부터의 촉각 경험 및 사용자와 3차원 구조체 사이의 마찰을 증가시킴으로써 촉각 피드백이 조합될 수 있다. 또한, 동적으로 변화하는 촉각 피드백은 제어 유닛과 관련하여 터치하고 움직이지 않으면서 사용자에 사용될 수 있다.
촉각 피드백은 전기 접착에 의해서만 제공될 수 있으며, 여기서 제어 유닛은 제어 패널에 대해 또는 전기 시스템에 대해 이동가능하지 않을 수 있다. 다양한 예들에서, 제어는 또한 사용자가 제어 유닛을 터치하는 것과 관련하여 이동가능하지 않을 수 있는데, 즉 촉각 피드백 동안 진동되지 않도록 기계적으로 고정될 수 있다.
요약하면, 개선된 사용자 제어 유닛은 컨텍스츄얼 노브(contextural knob)와 같은 사용자 제어 유닛의 3차원 자유-형태 표면 상의 전기 접착에 기초한 촉각 피드백을 제공함으로써 제공된다. 자유롭게 프로그램가능한 촉각 피드백은 제어 유닛을 기계적으로 이동시키지 않고 제어 엘리먼트들의 터치 표면들 상에 제공되어, 더 긴 수명 및 더 낮은 생산 비용들에 영향을 미칠 수 있다.
본 개시는 특정한 바람직한 실시예들에 대해 도시되고 설명되었지만, 등가물들 및 수정예들은 본 명세서를 읽고 이해하면 당업자들에게 발생할 것이다. 본 개시는 이러한 모든 등가물 및 수정예를 포함하고, 첨부된 청구항의 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (15)

  1. 전기 시스템용 사용자 제어 유닛(control)으로서,
    - 사용자 입력을 제공하기 위해 사용자에 의해 터치되는 3차원 터치 표면(2);
    - 상기 3차원 터치 표면(2) 상에 적어도 부분적으로 배열된 전극 구조체(electrode structure)(3)를 포함하되, 상기 전극 구조체(3)는 상기 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 구성된, 제어 유닛(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉각 피드백은 상기 사용자와 상기 전극 구조체(3) 사이의 정전기력(electro-static force)에 의해 영향을 받는, 제어 유닛(1).
  3. 제1항 내지 제2항 어느 한 항에 있어서, 상기 사용자 입력을 검출하기 위한 추가 센서 구조체가 상기 제어 유닛(1)에 배열되고, 상기 촉각 피드백은 검출된 상기 사용자 입력에 적어도 부분적으로 기초하는, 제어 유닛(1).
  4. 제3항에 있어서, 상기 추가 센서 구조체는 상기 3차원 터치 표면(2) 상에 적어도 부분적으로 배열되는, 제어 유닛(1).
  5. 제1항 내지 제4항 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛(1)은 45°보다 큰 각도로 상기 3차원 터치 표면(2)에 적어도 부분적으로 인접하여 배열된 상기 전극 구조체(3)에 대한 접촉 표면(5)을 추가로 포함하고, 상기 전극 구조체(3)는 상기 접촉 표면(5) 상으로 연장되는, 제어 유닛(1).
  6. 제5항에 있어서, 상기 접촉 표면(5)은 상기 3차원 터치 표면(2)의 외측 에지의 적어도 75%를 따라 연장되는, 제어 유닛(1).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 접촉 표면(5)은 실질적으로 평면 내에 놓이는, 제어 유닛(1).
  8. 제1항 내지 제7항 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛(1)은 측면 표면이 1 mm 보다 높은 컨텍스츄얼 노브(contextural knob)이고, 상기 컨텍스츄얼 노브의 상부 표면(6)은 디스플레이(7)를 포함하는, 제어 유닛(1).
  9. 제8항에 있어서, 상기 3차원 터치 표면(2)은 원통형 표면이고, 상기 접촉 표면(5)은 상기 3차원 터치 표면(2) 주위의 폐쇄된 링 형상의 평면 표면이고 그리고 상기 3차원 터치 표면(2)에 실질적으로 수직인, 제어 유닛(1).
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 구조체(3)는 상기 전극 구조체(3) 상의 이방성 전도성 필름 층(8)을 상기 접촉 표면(5) 상에 배열하고, 상기 이방성 전도성 필름 층(8) 상에 가요성 인쇄 회로(9)를 배치함으로써 전기적으로 접촉되는, 제어 유닛(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가요성 인쇄 회로(9)는 상기 전극 구조체(3)에 대한 접촉부들의 적어도 일부와 상기 가요성 인쇄 회로(9)의 출력 단부(4) 사이에 전기적으로 배열된 칩-온-포일(chip-on-foil)(10)을 더 포함하는, 제어 유닛(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3차원 터치 표면(2)은 상기 사용자에 대해 이동 가능하지 않고 상기 사용자에 의해 작동될 수 없는, 제어 유닛(1).
  13. 촉각 피드백으로 사용자 제어 유닛(1)을 접촉하기 위한 방법으로서,
    - 사용자 입력을 제공하기 위해 사용자에 의해 터치되는 3차원 터치 표면(2)을 포함하는 사용자 제어 유닛을 제공하는 단계로서, 전극 구조체(3)가 상기 3차원 터치 표면(2) 상에 적어도 부분적으로 배열되고, 상기 전극 구조체(3)는 사용자에게 촉각 피드백을 제공하도록 구성되고, 상기 제어 유닛(1)은 상기 3차원 터치 표면(2)의 측면을 따라 적어도 부분적으로 배열되는 상기 전극 구조체(3)에 대한 접촉 표면(5)을 더 포함하고, 상기 전극 구조체(3)는 상기 접촉 표면(5) 상으로 연장되는, 상기 제공하는 단계;
    - 상기 접촉 표면(5) 상의 상기 전극 구조체(3) 상에 이방성 전도성 필름(ACF-) 층을 배열하는 단계; 및
    - 상기 ACF층 상에 가요성 인쇄 회로 (FPC)를 배열하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 사용자 제어 유닛(1)를 포함하는, 전자 시스템용 제어 패널.
  15. 제14항에 따른 적어도 하나의 제어 패널을 포함하는, 차량.
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