입력 장치 {INPUT APPARATUS}
본 발명은 사용자의 손가락 움직임에 응답하여 사용자 손가락과 전극 사이에 발생한 정전 용량의 변화에 따라 동작 조건을 미리 결정된 장치에 입력하는 입력 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1: JP 2010-86385 A 특허문헌 1은 전극과 도전성 조작기(manipulator)로서 기능하는 사용자 손가락 간에 커패시터를 생성하고, 이 커패시터에서의 정전 용량의 변화를 검출하여 의도하는 입력을 가능하게 하는 종래의 입력 장치를 게시하고 있다. 이 입력 장치는 터치판, 즉 터치 패널; 터치 패널에 대향하는 박막 센서, 즉 유전체막; 및 상기 전극에 연결된 일 단자와 검출 신호를 전송하는 회로 기판에 연결된 타 단자를 갖는 배선을 포함한다. 박막 센서는 터치 패널측에 걸쳐 배선을 덮도록 절연성 발포층을 수용한다. 또는, 터치판과 박막 센서 사이에 스페이서가 개재하여 공기 공간을 형성한다. 터치 패널 상에서 배선에 대향하는 영역에 손가락이 의도하지 않게 접근할 수 있다. 그와 같은 경우에도, 상기 발포층 또는 공기 공간 구성은 전선과 손가락 사이의 커퍼시터가 형성되는 것을 억제하거나 정전 용량이 변하는 것을 억제할 수 있다. 이는 오조작이나 오동작을 방지할 수 있다. 상기 입력 장치에서, 박막 센서 상의 발포층이나 스페이서에 의한 공기 공간은 박막 센서 상에 레벨 차이가 생기게 하여 터치판과 박막 센서를 접합하는 면적을 감소시키며, 따라서 그 사이에 박리가 일어날 수가 있다. 커패시터를 형성하는 전극들 간의 거리가 증가할수록 전극들 간에 발생된 정전 용량이 감소한다. 따라서, 배선에 대응하는 터치판의 판두께를 증가시킴으로써 배선에 대한 감도가 조정될 수 있다. 그러나, 이렇게 하면 터치판 전체에 걸쳐 터치판 두께가 고르지 못하게 되어, 박막 센서를 터치판과 접합할 때에 박막 센서에 주름이나 인장 부하가 생길 수 있다. 이는 감도 또는 내구성이 저하될 수가 있다.
본 발명의 목적은 배선부에 대한 감도 조정을 용이하게 하고, 배선부로 인한 오조작이나 오동작을 방지하고, 터치판과 박막 센서 간의 접합을 개선할 수 있는 입력 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 실시예에 따라서, 다음과 같은 입력 장치가 제공된다. 입력 장치는 사용자 손가락의 손가락 조작에 기초한 정전 용량을 이용하여 미리 결정된 장치에 동작 조건을 입력한다. 입력 장치는 터치판, 박막 센서, 전극부 및 배선부를 포함한다. 상기 터치판은 사용자 조작 시에 상기 손가락에 의해 터치된 전면을 갖고 있다. 상기 박막 센서는 상기 터치판의 배면에 접합된다. 상기 전극부는 상기 박막 센서 상에 형성된다. 상기 배선부는 상기 박막 센서 상에 형성되고, 상기 전극부에 연결되어 상기 전극부로부터 출력된 신호를 전송한다. 상기 터치판은 적어도 제1 부재와 제2 부재를 포함하는 복수의 상이한 부재로 구성된다. 상기 복수의 상이한 부재는 각자의 유전 상수를 갖고, 상기 터치판의 판두께 방향에서 각각 적층 및 라미네이트된다. 상기 복수의 상이한 부재는 상기 전극부와 상기 배선부에 따라서 상이한 유전 상수를 제공하고 상기 터치판 전체에 걸쳐 균일한 판두께를 제공하도록 상기 판두께 방향에서 상이한 치수비를 갖는다. 2개 이상의 상이한 부재(예컨대, 상이한 종류의 재료, 또는 상이한 재료)를 이용하면 전극부에 대응하는 유전 상수와 배선부에 대응하는 유전 상수를 서로 다르게 할 수 있다. 이에 의해, 전극부에 대응하는 터치판 부위는 손가락 조작을 통한 확실한 입력에 필요한 유전 상수를 가질 수 있다. 이에 반해, 배선부에 대응하는 터치판 부위는 감도가 저감된 유전 상수를 가지게 되어 배선부와 관련된 오조작 또는 오동작을 방지할 수 있다. 터치판은 2개 이상의 상이한 부재를 가지나 터치판 전체에 걸쳐 균일한 판두께를 갖도록 형성된다. 이로써, 터치판의 배면은 박막 센서가 접합되는 평탄면을 가질 수 있다. 그러므로, 박막 센서는 주름이 덜 생기거나 인장 부하를 덜 받을 수 있다. 그 외에도, 터치판의 배면의 평탄면은 박막 센서와의 접합 면적을 최대한으로 확보할 수 있어 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 터치판은 전체에 걸쳐 균일한 판두께를 가지므로 터치판 성형 시에 터치판 상에 변형이나 요면이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 터치판 상의 손가락 조작 시에 응력 집중을 억제함으로써 강도가 확보된다. 그 외에도, 적층 및 라미네이트된 적어도 2개의 상이한 부재 각각의 판두께 방향에서의 치수비를 변화시킴으로써 유전 상수가 달라진다. 이로써, 전극부와 배선부에 따른 유전 상수의 설정이 용이해진다. 이에 반해, 단일 부재로 구성된 터치판은 그 유전 상수를 설정하기 위해 두께를 증가시킬 필요가 있을 수 있다. 따라서, 단일 부재의 터치판과는 달리, 2개 이상의 상이한 부재의 터치 패널은 입력 장치의 크기 및 두께를 증가시킬 필요가 없다. 그 외에도, 2개 이상의 상이한 부재로 구성된 터치판은 외관적으로 필요 부위는 투명하고 밝게 하고 불필요한 부위는 뿌였고 잘 보이지 않게 하도록 광의 투과 또는 비투과를 조정할 수 있으므로, 입력 장치로서의 부가 가치를 유지할 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따라서, 사용자 손가락의 손가락 조작에 응답하여 정전 용량을 변화시킴으로써 미리 결정된 장치에 동작 조건을 입력하는 입력 장치가 제공된다. 입력 장치는 터치판, 박막 센서, 전극부 및 배선부를 포함한다. 상기 터치판은 상기 사용자 조작 시에 상기 손가락에 의해 접촉된 전면을 갖고 있다. 상기 박막 센서는 상기 터치판의 배면에 접합된다. 상기 전극부는 상기 박막 센서 상에 형성된다. 상기 배선부는 상기 박막 센서 상에 형성되고, 상기 전극부에 연결되어 상기 전극부로부터 출력된 신호를 전송한다. 상기 터치판은 적어도 2개의 상이한 부재를 포함하는 복수의 상이한 부재로 구성된다. 상기 복수의 상이한 부재는 각자의 유전 상수를 갖고, 상기 터치판의 판두께 방향에서 각각 적층 및 라미네이트된다. 상기 복수의 상이한 부재는 상기 판두께 방향에서 상이한 치수비를 갖고, (i) 상기 전극부에 대응하는 상기 터치판 부분과 (ii) 상기 배선부에 대응하는 상기 터치판 부분 간에 감도를 다르게 하도록 상이한 유전 상수를 제공한다.
본 발명의 상기 및 기타 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부도면을 참조한 하기의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 네비게이션 시스템의 전체 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 입력부를 도시한 단면도이다.
하기에서는 도면을 참조로 몇 가지 실시예에 대해서 설명한다. 각 실시예는 선행 실시예의 부위에 대응하는 부위를 가질 수 있으며, 그와 같은 부위에는 중복 설명을 피하기 위해 동일한 도면부호가 병기된다. 각 실시예의 구성의 일부만 설명되는 경우에는 그 구성의 다른 부분은 이전에 설명된 선행 실시예의 부분을 채택할 수 있다. 실시예들 간의 부분적 조합은 각 실시예에서 명시적으로 설명된 부분 뿐만 아니라, 문제가 생기지 않는다면 명시적으로 설명되지 않은 부분에 대해서도 가능할 수 있다. (제1 실시예) 도 1 및 2를 참조로 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치(100)를 가진 차량 입력 조작/표시 시스템의 일례인 네비게이션 시스템(10)에 대해서 설명한다. 차량 입력 조작/표시 시스템은 네비게이션 시스템(10) 이외에도 오디오 시스템, 공조 시스템과 기타 여러 가지 차량 탑재 시스템을 포함할 수 있다. 차량의 네비게이션 시스템(10)은 신호선을 통해 서로 연결된 디스플레이 장치(50)와 입력 장치(100)를 포함한다. 디스플레이 장치(50)는 (i) 지도 상에서 차량의 현재 위치 및 주행 방향과 (ii) 목적지에 도달할 수 있는 경로 안내 정보를 표시한다. 디스플레이 장치(50)는 스크린(51) 상에 다양한 정보 또는 창을 선택적으로 표시할 수 있다. 디스플레이 장치(50)는 차량 사용자 또는 운전자가 쉽게 볼 수 있도록 기기 패널의 중심 위치 위의 영역에 배치된다. 디스플레이 장치(50)는 액정 디스플레이와 유기 전계발광 디스플레이를 포함한다. 디스플레이 장치(50)의 표시 정보는 경로 안내와 관련된 지도 정보, 차량 현재 위치 정보, 목적지 검색 정보, 캐릭터를 이용한 안내 정보를 포함한다. 입력 장치(100)는 정전 용량을 이용하여 입력부(110)와 제어 회로(120)를 포함한다. 입력부(110)는 운전자의 손가락 조작 또는 제어를 통해 디스플레이 장치(50)를 위한 동작 조건(즉, 무엇을 표시할 것인가?)을 입력하는 입력 장치 또는 수단이다. 특히, 사용자는 표시 장치(50)에 의도하는 정보를 표시하기 위해 입력 조작 또는 손가락 조작을 수행한다. 입력부(110)는 예컨대 운전석과 조수석 사이의 시프트 레버 부근에 배치된다. 입력부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 터치판(111), 양면 테이프(112), 박막 센서(113), 전극부(114) 및 배선부(115)를 포함한다. 터치판(111)은 수지재로 구성되며, 예컨대 입력 조작부와 외관 설계부로서 기능한다. 본 실시예는 후술될 이 터치판(111)의 구성에 제공된 특징부를 갖고 있다. 박막 센서(113)는 터치판(111) 상의 입력 조작부와 외관 설계부의 형상에 웅답하는 윤곽 형상을 가진 박막 부재이다. 박막 센서(113)는 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리이미드로 구성된다. 박막 센서(113)는 터치판(111)의 배면에(즉, 도 2에서 터치판(111) 아래에) 배치 또는 적층되어 있다. 양면 테이프(112)(즉, 접착제)는 터치판(111)과 박막 센서(113) 사이에 구비되어 박막 센서(113)와 터치판(111)을 접착하는 접착 부재로서 기능한다. 전극부(114)는 터치판(111)과 박막 센서(113)를 통한 손가락 조작 중에 사용자 손가락과 함께 커패시터를 형성한다. 예컨대, 전극부(114)는 금속 박막 및/또는 탄소, 은, 나노와이어 또는 도전성 중합체와 같은 도전성 물질을 포함하는 프린팅 부재로 구성된다. 전극부(114)는 박막 센서(113) 상에, 즉 박막 센서(113)의 정면이나 배면에(즉, 도 2에서 박막 센서(113) 아래 또는 위에) 형성되어 이에 접착된다. 전극부(114)의 개수는 디스플레이 장치(50)로의 디스플레이 입력부 개수에 기초하여 결정된다. 본 실시예는 예컨대 2개의 전극부(114)를 갖고 있다. 배선부(115)는 정전 용량에 관계되며 전극부(114)로부터 출력되는 신호를 전송한다. 배선부(115)의 일 단자는 전극부(114)에 연결되고, 타 단자는 제어 회로(120)에 연결된다. 배선부(115)의 수는 전극부(114)의 수와 같으며 이들과 쌍을 구성한다. 전극부(114)와 마찬가지로, 배선부(115)는 금속 박막 및/또는 탄소, 은, 나노와이어 또는 도전성 중합체와 같은 도전성 물질을 포함하는 프린팅 부재로 구성되며, 배선부(115)는 박막 센서(113) 상에, 즉 박막 센서(113)의 정면이나 배면에(즉, 도 2에서 박막 센서(113) 아래 또는 위에) 형성되어 이에 접착된다. 제어 회로(120)는 네비게이션 시스템(10)이 경로 안내를 수행할 때에 필요한 정보의 디스플레이 장치(50)에의 표시 상태를 제어한다. 제어 회로(120)는 사용자에 의한 입력부(110)에의 손가락 조작에 기초하여 다양한 표시 정보를 선택적으로 변경한다. 이제, 도 2를 참조로 터치판(111)의 구성에 대해 설명한다. 터치판(111)은 터치판(111) 전체에 걸쳐 균일한 판두께(t)를 가지며 수지재로 이루어진 평평한 판이다. 터치판(111)은 예컨대, 각각의 유전 상수(즉, 유전율)을 갖는 2개의 상이한 부재들로 구성된다. 이 상이한 부재들은 상이한 재료들, 상이한 첨가제를 갖는 동일한 재료, 상이한 등급 및 부류를 갖는 동일한 재료 등일 수 있다. 본 실시예에서, 2개의 상이한 부재는 미리 결정된 값보다 큰 유전 상수를 갖는 고유전 상수 부재인 제1 부재와, 미리 결정된 값보다 작은 유전 상수를 갖는 저유전 상수부재인 제2 부재를 포함한다. 도 2를 참조로 설명하면, 고유전 상수부(111a)는 고유전 상수 부재로 구성되고, 저유전 상수부(111b)는 저유전 상수 부재로 구성된다. 고유전 상수부(111a)와 저유전 상수부(111b)는 터치판(111)의 판두께 방향으로 적층된다. 터치판(111)은 고유전 상수부(111a)와 저유전 상수부(111b)의 이중 몰딩(double molding) 또는 라미네이팅으로 구성된다. 터치 패널(111)의 판두께(t)에 대한 판두께 방향에서의 고유전 상수부(111a)의 치수비는 A(%)이고, 터치 패널(111)의 판두께(t)에 대한 판두께 방향에서의 저유전 상수부(111b)의 치수비는 B(%)이다. 치수비 A와 B는 전극부(114)와 배선부(115)에 대응하는 터치판(111) 부위에 따라서 설정된다. 치수비 A는 전극부(114)에 대응하는 부위의 유전 상수를 증가시키도록 치수비 B보다 크게 설정된다. 도 2의 2개의 전극 부위(114) 중 왼쪽 전극부(114)와 관련하여, 왼쪽 전극부(114)에 대응하는 터치판(111) 부위는 치수비 B가 0%이고 치수비 A가 100%이다. 그에 반해, 치수비 B는 배선부(115)에 대응하는 부위의 유전 상수를 감소시키도록 치수비 A보다 크게 설정된다. 즉, 터치판(111)에서는 전극부(114)에 대응하는 부위는 판두께(t) 내의 상대적으로 두꺼운 고유전 상수부(111a)를 이용한다. 그에 반해, 배선부(115)에 대응하는 부위는 원래의 고유전 상수부(111a)를 짤라냄으로써 함몰부 또는 오목부를 갖도록 형성된 상대적으로 얇은 고유전 상수부(111a)를 이용하고, 이 오목부는 저유전 상수부(111b)를 수용한다. 결과적으로, 터치판(111)은 터치판(111) 전체에 걸쳐 균일한 판두께(t)를 갖도록 제공된다. 고유전 상수부(111a)는 폴리카보네이트 수지재, 아크릴 수지재 등으로 구성된다. 저유전 상수부(111b)는 폴리카보네이트 수지재, 아크릴 수지재, ABS 수지재 등으로 구성된다. 고유전 상수부(111a)와 저유전 상수부(111b)는 둘다 폴리카보네이트 수지재나 아크릴 수지재 중 단 하나의 재료만을 이용 또는 선택할 수 있다. 그와 같은 경우에, 유전 상수를 높은 것과 낮은 것으로 구분하기 위해 이 2개의 유전 상수부에 상이한 물질 또는 상이한 물질량이 각각 첨가될 수 있다. 스위치부(111c)는 각각의 전극부(114)의 위치들에 대응하도록 터치판(111)의 정면에 구비된다. 스위치부(111c)는 기계적인 것이 아니라, 터치판(111) 상에 프린트 등으로 디자인되어 형성될 수 있다. 요컨대, 스위치부(111c)는 운전자가 손가락 조작 시에 손가락을 이용하여 터치 또는 접촉하는 터치판(111) 상의 위치를 나타내는 마커로서 형성된다. 이하, 입력 장치(100)의 동작에 대해 설명한다. 운전자는 네비게이션 시스템(10)을 작동시키기 위해 손가락을 이용하여 의도하는 스위치부(111c)를 터치한다. 이에 따라 손가락과, 이 손가락에 의해 터치된 스위치부(111c)의 위치에 대응하는 전극부(114) 사이에 전기를 축적하는 커패시터가 형성된다. 축적된 전기는 전기 용량을 변화시키고, 이러한 변화가 배선부(115)를 통해 전극부(114)로부터 제어 회로(120)로 신호로서 출력된다. 제어 회로(120)는 이 신호를 수신하고, 그에 따라서 디스플레이 장치(50)에게 그 표시 정보를 운전자가 요구하는 것으로 변경하도록 지시한다. 이로써, 운전자는 손가락 조작을 스위치부(111c)에 적용하여 디스플레이 장치(50)에서 표시 정보를 의도하는 정보로 변경한다. 터치판(111)의 2개 이상의 상이한 부재를 이용하여 전극부(114)에 대응하는 유전 상수와 배선부(115)에 대응하는 다른 유전 상수를 제공한다. 이에 의해서, 전극부(114)에 대응하는 터치판(111) 부위는 손가락 조작을 통해 확실한 입력에 필요한 유전 상수를 가질 수 있다. 이에 대해, 배선부(115)에 대응하는 터치판(111) 부위는 감도가 저감된 유전 상수를 가지게 되어 오조작 또는 오동작을 방지할 수 있다. 터치판(111)은 2개 이상의 상이한 부재를 가지나 터치판(111) 전체에 걸쳐 균일한 판두께를 갖도록 형성된다. 이로써, 터치판(111)의 배면은 박막 센서(113)가 접합되는 평탄면을 가질 수 있다. 그러므로, 박막 센서(113)는 주름이 덜 생기거나 인장 부하를 덜 받을 수 있다. 그 외에도, 터치판(111)의 배면의 평탄면은 박막 센서(113)와의 접합 면적을 최대한으로 확보할 수 있어 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 더욱이, 터치판(111)은 터치판(111) 전체에 걸쳐 균일한 판두께(t)를 갖도록 형성되므로 몰딩 또는 제작 시에 터치판(111) 상에 변형이나 요면이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 더욱이, 터치판(111)의 손가락 조작 시에 응력 집중을 억제함으로써 강도가 확보된다. 그 외에도, 적층 또는 라미네이트된 적어도 2개의 상이한 부재 각각의 판두께 방향에서의 치수비 A 및 B를 변화시킴으로써 유전 상수가 달라진다. 이로써, 전극부(114)와 배선부(115)에 따른 유전 상수의 설정이 용이해진다. 이에 반해, 단일 부재로 구성된 터치판은 그 유전 상수를 설정하기 위해 두께를 증가시킬 필요가 있을 수 있다. 따라서, 단일 부재의 터치판과는 달리, 적어도 2개의 상이한 부재의 터치 패널(111)은 입력 장치(100)의 크기 및 두께를 증가시킬 필요가 없다. 구체적으로, 전극부(114)에 대응하는 터치판(111) 부위는, 판두께 방향에서 제1 부재의 치수비 A가 제2 부재의 치수비 B보다 크도록, 고유전 상수부(111a)를 제1 부재로서, 저유전 상수부(111b)를 제 2 부재로서 포함한다. 배선부(115)에 대응하는 터치판(111) 부위는, 판두께 방향에서 제2 부재의 치수비 B가 제1 부재의 치수비 A보다 크도록, 상기 제1 부재와 상기 제 2 부재를 포함한다. 그러므로, 전극부(114)에 대응하는 부위는 고유전 상수를 갖도록 쉽게 설정될 수 있어 손가락 조작에 의한 입력을 확실하게 할 수 있다. 그 외에도, 배선부(115)에 대응하는 부위는 전극부(114)에 대응하는 부위보다 작은 유전 상수를 갖도록 쉽게 설정될 수 있어, 감도를 저감시켜 오조작 또는 오동작을 방지할 수 있다. 그 외에도, 2개 이상의 상이한 부재로 구성된 터치판(111)은 외관적으로 필요 부위는 투명하고 밝게 하고 불필요한 부위는 뿌였고 잘 보이지 않게 하도록 광의 투과 또는 비투과를 조정할 수 있으므로, 입력 장치(100)로서의 부가 가치를 유지할 수 있다. (다른 실시예) 제1 실시예는 터치판(111)을 고유전 상수부(111a)와 저유전 상수부(111b)의 2개 층으로서 제공한다. 이에 한정될 필요는 없다. 전극부(114) 또는 배선부(115)에 필요한 유전 상수를 얻기 위해, 터치 패널(111)은 2개 초과의 상이한 층 또는 2개 초과의 상이한 부재로 구성될 수 있다. 그 외에도, 제1 실시예는 입력 장치(100)를 네비게이션 시스템(10)의 디스플레이 장치(50)를 작동시키는데 적용한다. 이에 한정될 필요는 없다. 입력 장치(100)는 차량용 공조 시스템에서 온도 설정, 풍량 설정 등을 위한 입력 장치에 적용될 수 있다. 차량 시스템에 제한될 필요가 없다. 입력 장치(100)는 가전 제품, 휴대용 단말기, 태블릿, 오디오, 텔레비전, 게임기, 발권기, 정보 단말기 등과 같은 다른 시스템 또는 장치에 적용될 수 있다. 그 외에도, 제1 실시예는 평탄판 부재로서 터치판(111)을 제공하고, 박막 센서(113)는 평탄면에 접합된다. 이에 한정될 필요는 없다. 박막 센서(113)는 도 2의 상부측으로 오목한 면 또는 도 2의 하부측으로 볼록한 면에 접합될 수 있다. 그 외에도, 터치판(111)의 정면에는 입력 조작부 또는 외관 설계부의 형상에 대응하는 오목부 또는 볼록부가 형성될 수 있다. 지금까지 바람직한 실시예를 참조로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이러한 바람직한 실시예와 구성에 한정되지 않는다. 본 발명은 여러 가지 변형과 등가 구성도 포함한다. 그 외에도, 바람직한 여러 가지 조합과 구성은 물론, 구성 요소가 더 많거나 적은 또는 단 하나인 것을 포함하여 다른 조합과 구성도 본 발명의 본질과 범위 내에 있다. |
