KR101021157B1 - 키패드 및 키 스위치 - Google Patents

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KR101021157B1
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레이데이빗에이치.
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디지트 와이어리스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 돌출된 키 영역(11) 및 돌출되지 않은 키 영역(12)과, 이들 2가지 종류의 키 영역의 바로 아래에 배치된 키 스위치(12)를 포함하는 키패드를 제공한다. 돌출되지 않은 키 영역은 돌출되지 않은 키 영역의 아래에 있는 스위치의 동작뿐만 아니라 인접해 있는 돌출된 키 영역의 적어도 하나의 구동을 고려하는 동작 알고리즘에 기초하여, 대응하는 문자 출력을 제공한다. 본 발명의 키패드는 그 둘레가 스위치 기판(23)을 가로질러 팽팽하게 펴진 상태에서 고정적으로 유지된 키패드(41)를 포함한다. 본 발명의 키 스위치는 환형의 접촉 부위(230)에서 다중의 스위치 접점과 전기적으로 맞물리게 되는 스위치 접점(21)의 위에 배치된 리지(214)에 의해 에지 부분에 형성된 아래쪽을 향하는 캐비티(13)를 형성하는 돌출된 중앙 영역(212)을 갖는 금속 스냅 돔을 포함한다.

Description

키패드 및 키 스위치 {KEYPADS AND KEY SWITCHES}
본 발명은 키패드와, 키패드 및 키보드에 사용되는 키 스위치에 관한 것이다.
주요한 기술 진보를 보여주는 것들 중 하나가 전자 제품의 소형화이다. 제품 계열의 성공과 경쟁에 의한 장점은, 기능적이며 휴대성을 크게 높인 제품을 성공적으로 제공할 수 있는 회사의 능력에 크게 좌우된다. 기술이 발달함에 따라, 전자 회로를 인간이 측정할 수 없을 정도로 소형화하는 것이 점점 가능해지고 있으며, 그 결과 인터페이스 단독(예컨대, 스크린, 키패드, 커서 제어장치)으로 휴대형 제품의 크기를 한정시킬 수 있게 되었다. 이에 따라, 제품의 허용도와 성공을 위해 입력 장치(예컨대, 키패드)의 인체공학적 품질과 크기가 중요해지고 있다.
특히 공간 효율성을 가진 입력 수단을 제공하는 키패드 또는 키보드의 한가지 유형으로는, 독립 및 조합 키(IACK: Independent And Combination Key) 형태의 키패드가 있는데, 이 키패드는 효과적으로 돌출된 볼록형의 독립 키 영역(independent key regions)의 어레이 중에 산재된, 효과적으로 함몰된 오목형의 조합 키 영역(combination key regions)의 어레이로 구성되어 있다. IACK 키패드는 독립 키 영역과 조합 키 영역을 가지고 있는데, 이들 영역은 교차하는 행과 열로 배치되어 있는 것이 일반적이다. 본 발명자가 발명한 종래의 IACK 키패드의 독립 키 영역은, 인접한 키가 독립적으로 눌려질 때 이와 연관된 출력을 만들어내는 키패드의 요소이다. 이에 대하여, 본 발명자가 발명한 종래의 IACK 키패드의 조합 키 영역은 인접한 독립 키(조합 키 영역의 대각선 방향의 코너부분 등에 있는 키)를 가지며 키매트의 아래에는 이에 대응하는 키 스위치가 없는 키패드 요소이다. 조합 키 영역에 대응하는 출력은 2개 이상의 인접해 있는 돌출된 키 영역을 조합하여 누름으로써 이루어진다.
일부 키 영역의 출력이, 다른 키 영역에 대응하는 스위치의 조합을 구동시킴으로써 이루어질 필요가 없는 키패드에서도, 소형화한 키패드에 대해 그 동작이 신뢰성을 가지도록 향상시킬 필요가 있다. 예를 들어, 한번의 정확한 촉각 피드백(tactile feedback)으로 신뢰성이 있으면서도 거의 동시성을 갖춘 다중의 전기 접속이 가능한 키 스위치의 구성을 향상시킬 필요가 있다. 키보드와 키패드의 종류에는, 다중의 키 스위치가 동시에 접속될 필요가 있는 IACK 키패드가 포함된다. 버클링 모드(buckling mode)에서 동작하는 스냅 돔(snap dome)(금속, 플라스틱 등의 재료로 만들어짐)이 고품질의 촉각 피드백을 제공한다. 그러나, 하나 이상의 키 스위치를 신뢰성 있게 그리고 한번에 순간 접속하는 것은 매우 어렵다.
본 발명의 하나의 특징에 의하면, 키 영역이 매트릭스 형태로 배치된 키패드에서, 키 영역이 구동시 대응하는 문자 출력을 각각 제공하는 돌출된 키 영역의 어레이와, 돌출된 키 영역들 사이에 산재되어 있으며, 인접한 돌출된 키 영역 중 적 어도 하나를 구동시키는 동작 알고리즘에 적어도 부분적으로 기초하여 문자 출력을 제공하는 키 영역을 구비하는 키패드를 제공한다. 또한, 본 발명은 산재된 키 영역의 아래에 위치하며 키 영역에 대응하여 독립적으로 구동 가능한 키 스위치를 가지며, 동작 알고리즘은 산재된 키 영역의 아래에 위치한 관련 스위치의 구동을 포함한다.
바람직하게, 본 발명에 있어서, 돌출된 키 영역의 인접해 있는 키 영역은 그 중심간 거리가 성인 손가락의 폭의 대략 절반 이하이다.
일부의 경우에 있어서, 각각의 돌출된 키 영역과 각각의 산재된 키 영역의 아래에 위치하는 대응 촉각 피드백 소자를 구비한다.
동작 알고리즘의 일부의 구현에 있어서, 동작 알고리즘은 돌출된 키 영역의 아래에 위치한 소정의 키 스위치와 산재된 키 영역의 아래에 위치한 키 스위치를 포함하는 스위치의 조합된 구동에 대한 감지에 반응하여, 산재된 키 영역에 대응하는 출력을 생성한다.
동작 알고리즘의 일부의 경우에 있어서, 동작 알고리즘은 산재된 키 영역의 아래에 위치한 키 스위치와, 산재된 키 영역에 직접 인접해 있는 돌출된 키 영역의 아래에 위치한 소정의 키 스위치를 포함하는 스위치의 조합된 구동에 대한 감지에 반응하여, 산재된 키 영역에 대응하는 출력을 생성한다.
일부 경우에 있어서, 산재된 키 영역 중 어느 하나의 키 영역의 아래에 위치하는 키 스위치는 산재된 키 영역 중 다른 하나의 키 영역의 아래에 위치하는 키 스위치와 돌출된 키 영역의 아래에 위치한 스위치에 직접 접속된다.
적어도 일부 실시예에 있어서, 산재된 키 영역은 볼록한 형태의 노출 표면을 갖는다. 일부 다른 경우에 있어서, 산재된 키 영역은 실질적으로 평평한 노출 표면을 갖는다.
일부 경우에 있어서, 돌출된 키 영역의 각각은 상단 면을 형성하는 돌출된 리지를 포함한다. 각각의 산재된 키 영역은 복수개의 돌출된 키 영역에 직접 인접해 있다.
일부 실시예에 있어서, 본 발명의 키패드는 돌출된 키 영역의 아래에 위치하는 키 스위치 중 적어도 일부의 키 스위치를 각각 전기적으로 접속시키는 트레이스를 갖는 인쇄회로기판을 구비하며, 돌출된 키 영역은 산재된 키 영역 중 대응하는 키 영역의 아래에 위치하는 키 스위치를 갖는다.
일부 실시예에 있어서, 본 발명의 키패드는 산재된 키 영역의 각각의 바로 아래로 연장되는 4개의 전기적 트레이스 연장부를 포함함으로써 스위치 접점을 형성하는 인쇄회로기판을 구비한다. 예를 들어, 산재된 키 영역의 각각의 아래에 있는 4개의 트레이스 연장부 중 2개의 트레이스 연장부는 촉각 돔에 접속되고, 다른 2개의 트레이스 연장부는 산재된 키 영역이 구동될 때 일시적으로 위치하여 전기적 접촉이 이루어지는 노출된 트레이스에 접속된다.
일부 바람직한 구성에 있어서, 산재된 키 영역의 아래에 위치한 키 스위치의 각각은 금속 스냅 돔의 내면에 있는 불연속 부분과 접촉하는 인쇄회로기판의 전기적 트레이스에 의해 구동된다. 바람직하게, 스냅 돔 내면의 불연속 부분에 의해 접촉되는 트레이스는 스냅 돔의 바로 아래에 원형의 접촉 부위 주위로 이격된 3개 의 개별 접점을 형성한다. 본 발명의 트레이스는 스냅 돔의 바로 아래에, 예컨대 파이 모양이 될 수 있다.
일부 경우에 있어서, 산재된 키 영역의 아래에 위치한 키 스위치는 각각 촉각 피드백 소자와 카본 링을 포함한다. 이러한 경우에 있어서, 촉각 피드백 소자는 전기적인 수동 소자가 가능하다. 산재된 키 영역의 아래에 위치한 키 스위치는 3개의 신호 트레이스에 각각 접속되며, 3개의 신호 트레이스는 매트릭스의 한쪽으로부터 스위치에 대한 단일 액세스와, 매트릭스의 다른쪽으로부터 스위치에 대한 2개의 액세스 포인트를 형성한다.
본 발명의 일부 키패드에 있어서, 돌출된 키 영역 또는 산재된 키 영역은 키가 구동되는 동안 만곡되는 몰딩된 플라스틱 키매트의 각각의 영역이다. 일부 경우에 있어서, 몰딩된 플라스틱 키매트의 각각의 영역이 아닌 키 영역은 키매트에 있는 각각의 이격된 구멍을 통하여 노출된다. 일부 경우에 있어서, 스냅 돔 엑추에이터는 키매트의 하부 면으로부터 연장되도록 몰딩된다. 이 키매트는 제품 하우징과 일체형으로 몰딩될 수도 있다.
일부 경우에 있어서, 키 영역은 키 스위치의 어레이 상에서 팽팽하게 펴진 상태로 유지된 시트에 고정시된 키의 상부면이다. 팽팽하게 펴진 시트는 엘라스토머 수지로 이루어진 시트로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 엘라스토머 시트는 적어도 한 방향으로 적어도 20 퍼센트의 팽팽하게 펴진 상태로 유지된다. 일부 경우에서, 팽팽하게 펴진 시트는 탄성적으로 팽창 가능한 영역은 시트의 기본 평면으로부터 연장되는 주름잡힌 플리트(pleat) 등의 탄성적으로 팽창 가능한 영역을 갖도 록 몰딩된 플라스틱 시트를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 키매트와 키매트의 아래에 위치하는 스위치 기판을 갖는 키패드에 있어서, 키매트는 돌출된 개별의 키 영역을 형성하는 노출된 상부면을 가지며, 돌출된 키 영역은 인접한 키 영역과 독립적으로 눌러지면 관련 출력을 생성하고, 키매트는 돌출된 키 영역 중 인접한 키 영역들 사이에 산재되어 있으며 다른 관련 출력을 나타내도록 구별표시된 다른 키 영역을 규정한다. 또한, 키매트는 그 둘레가 스위치 기판을 가로질러 팽팽하게 펴진 상태로 고정적으로 유지되는 특징이 있다.
일부 실시예에 있어서, 돌출된 키 영역은 엘라스토머 시트에 고정된 강체 키의 상부면이다.
엘라스토머 시트는 단일 방향으로 적어도 20 퍼센트의 팽팽하게 펴진 상태로 유지되거나, 2개의 수직 방향으로 각각 팽팽하게 펴져서 유지된다.
일부 예에 있어서, 키매트는 시트의 기본 평면으로부터 연장되는 주름잡힌 플리트(pleat) 등의 탄성적으로 팽창 가능한 영역을 갖도록 몰딩된 플라스틱 시트를 포함한다
일부 실시예에 있어서, 키매트는 강체의 키패드 하우징의 핀을, 팽팽하게 펴진 키매트와 함께 수용하는 주변 구멍을 형성한다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 정상 상태에서는 서로 전기적 절연 상태를 유지하는 적어도 2개의 스위치 접점을 갖는 인쇄회로기판과, 인쇄회로기판 상에 배치된 금속 스냅 돔을 구비하는 전기적 키 스위치를 제공한다. 금속 스냅 돔은 스위치 접점의 위에 배치된 리지에 의해 에지 부분에 형성된 아래쪽을 향하는 캐비티를 형성하는 돌출된 중앙 영역을 포함함으로써, 스냅 돔이 구동되면, 중앙 영역 부근의 리지가 스위치 접점을 가로질러 환형의 접촉 부위에서 인쇄회로기판과 맞물리게 되어, 스냅 돔과 스위치 접점이 전기적으로 접촉하게 된다.
일부 실시예에 있어서, 스냅 돔은 인쇄회로기판상의 기준 트레이스에 접하게 배치되고, 기준 트레이스와 전기적으로 접촉하는 외부 에지를 구비한다.
바람직하게, 환형의 접촉 부위는 금속의 스냅 돔의 공칭 직경의 대략 3분의 1이다.
예시된 실시예에서, 스위치 접점은 쐐기 모양이다. 바람직하게, 각각의 스위치 접점은 접촉 부위의 원주의 20도(α) 정도로 가로질러 연장된다.
상기 스위치 접점은 접촉 부위의 부근에서 서로 거의 동일 거리만틈 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
일부 경우에 있어서, 리지는 연속 링을 형성한다. 일부 다른 경우에 있어서, 리지는 일정 간격 이격된 리지 세그먼트의 링을 포함한다.
일부 응용에 있어서, 스냅 돔은 일정 간격 이격된 3개의 스위치 접점과 중첩된다.
일부 경우에 있어서, 스위치 접점은 편향된 스냅 돔이 하부에 있는 모든 스위치 접점과 접촉하고 나서 인쇄회로기판(PCB)의 어떤 다른 표면과 접촉하도록 충분히 두껍다. 그리고 스냅 돔은 충분히 얇으며, 스위치 접점은 하부에 있는 모든 스위치 접점과 편향 돔이 접촉하도록 충분히 이격되어 있는 것이 바람직하며, 스냅 돔은 인접한 스냅 돔 사이에서 PCB 쪽으로 더 편향될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 키매트와 이 키매트의 아래에 위치하는 스위치 기판을 갖는 키패드를 제공한다. 이 키매트는 돌출된 개별의 키 영역을 형성하는 노출된 상부면을 가지며, 돌출된 키 영역은 인접한 키 영역과 독립적으로 눌러지면 관련 출력을 생성하고, 키매트는 돌출된 키 영역 중 인접한 키 영역들 사이에 산재되어 있으며 다른 관련 출력을 나타내도록 구별표시된 다른 키 영역을 규정하고, 스위치 기판은 관련되고 돌출된 키 영역의 하부에 위치한 스위치와, 산재된 영역 중 대응하는 영역의 바로 아래에 위치한 스위치 모두를 포함한다.
본 발명의 특징에 의하면, 키패드는 구동시 대응하는 문자를 출력하는 돌출된 키 영역과 돌출된 키 영역들 사이에 산재되며 적어도 하나의 인접한 돌출된 키 영역의 구동을 포함하는 동작 알고리즘에 적어도 부분적으로 기초하여 문자 출력을 제공하는 키 영역의 어레이를 포함한다. 산재된 키 영역은 현저하게 볼록한 상부 면을 갖는다.
손가락 아래에 다중의 스위치를 위치시키게 되면, 바람직한 인간공학적 설계계의 기본적인 원리가 맞지 않게 되는데, 각각의 수신된 입력에 대해 한가지 명확한 촉각 피드백을 제공하는 것이다. 고레벨(금속 돔)의 촉각 피드백을 제공하는 본 발명자의 종래의 시도 중 일부는 허용 가능하지 않은 조합 키 신뢰성과 입력마다 복수번의 "클릭"을 해야 한다. 극단적으로, 여기에 개시된 일부 실시예에 의해 제공되는 해결책은 다중의 동시발생 변경을 요구하는데, 이에는 추가의 촉각 피드백(이미 너무 많은 피드백이 있었던 문제점을 해결하기 위한 수단으로)을 추가하는 것이 요구되며, PCB 매트릭스(본 명세서에 개시된 일부 개량이 없는)내의 서브매트릭스를 추가함으로써, 중앙 프로세서에 라인 수를 증가시키는 바람직하지 않은 효과를 가지게 되며, 어떤 경우에는, 돌출된 키와 돌출되지 않은 키들(여기서는 돌출되지 않은 키가 주요 키가 됨) 사이의 계층적 접근을 위하여 기존의 IACK 개념을 포기하게 되고 만다. 또한, 개선된 키매트 구조는 일반적인 손가락의 능력을 향상시켜, 독립 키와 조합 키 모두를 신뢰성 있게 구동시킬 수 있게 된다.
키패드 구조가 제공되는데, 이 키패드 구조는 자신를 둘러싸는 4면에 대해 단일의 돔 구조의 상대적 높이와 상대적 강도를 채택하고, 키매트 자체내의 비교적 약한 편향력을 이용한다. 이 방법은 볼록하고 돌출되지 않은 키와의 조합에 특히 유리하다.
단일의 금속 돔으로 다중의 스위치 접점을 형성하게 되면, 트레이스의 금속을 두껍게 하고 불연속 부분과 접촉하는 트레이스를 좁게함으로써, 불연속 부분의 일부가 3개의 분리된 접점 사이에 위치시키고, 불연속 부분이 3개의 분리된 접점과 접촉하게 될 때 인쇄회로기판쪽으로 실질적으로 편향될 수 있도록 하여, 신뢰성이 향상된다. 다중의 접촉을 한번에 실행시킴으로써, 신뢰성이 특히 향상되는데, 스냅 돔과 트레이스가 "트리플 포인트", 또는 직경을 대략 3분의 1로 나눈 위치에서만 서로 접촉되는 경우에 특히 그렇다.
플라스틱 하우징내에 유지된 엘라스토머 키패드 웹간의 재료 특성 차에 의해, 극단적인 온도 편차하에서 스냅 돔과의 접촉이 해제될 수도 있다. 접착제(서비스와 제조 관련 사항의 추가를 요함)를 사용하지 않고도, 키매트 엑추에이터와 돔간의 접촉을 유지하기 위하여, 키매트를 미리 인장력을 가하거나(pre-stressed) 팽팽하게 펼친(stretched) 상태로 조립하는 것이 바람직하다.
본 발명의 특징에 의하면, 돌출된 키 영역과 돌출되지 않은 키 영역 모두에 대해 각각의 키 입력에 대해 우수하며 본질적으로 양호한 촉각 피브백을 계속해서 갖는 소형화된 키패드가 가능하다. 본 명세서에 개시되고 청구된 다른 특징에 의하면, 키패드 타일링 등에서 노출된 에지의 수를 최소화하고, 키패드가 하우징과 일체형으로 되도록 하는 경성(hard)의 플라스틱 키패드을 제공하는 것과 같이, 키패드의 내구성을 향상시킬 수 있다. 다른 장점으로서, 유연한 키매트의 동작성 및 유용한 수명을 증가시킬 수 있다. 본 명세서에 개시된 개선된 돔 스위치 구성에 의하면, 단일의 촉각 피드백을 가진 2개 이상의 접촉 경로를 가로질러 사용자에게 신뢰성 있고 거의 동시에 접속할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 대하여 이하의 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이들 실시예 중 일부는 IACK 키패드 또는 인접해 있는 돌출된 키 영역과 관련된 스위치의 조합 상태에 의해서만 결정되는 출력을 갖는 키 영역을 갖는 키패드에 대한 개량에 대해 개시하고 있다. 그러나, 본 발명의 특징은 이러한 종류의 키패드에만 한정되는 것이 아니며, 다른 것들은 그 동작 알고리즘이 다르다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 이하의 상세한 설명, 도면의 간단한 설명 및 청구범위로부터 명백할 것이다.
도 1은 일부 스위치가 노출된 탄소 및 금속 돔 스위치판을 포함하는 키패드 용의 제2 인쇄회로기판(PCB)을 나타내는 도면.
도 2는 돌출되고 산재된 키 영역을 갖는 키패드의 단면을 나타내는 도면.
도 3 및 4는 열성형된 IACK 키매트의 조합 키 영역과 독립 키 영역의 구동을 각각 나타내는 도면
도 5는 후면이 충전된 엘라스토머(back-filled elastomer)로 몰딩된 좁은 구동 포스트를 나타내는 도면.
도 6 및 7은 키패드에 대한 동작 알고리즘을 나타내는 도면.
도 8 및 9는 도 6 및 7의 알고리즘에 유용한 회로기판 레이아웃을 나타내는 도면.
도 10은 돌출된 키 영역을 손가락으로 누르는 것을 나타내는 도면.
도 11은 볼록하고 돌출되어 있지 않은 키 영역을 손가락으로 누르는 것을 나타내는 도면.
도 12는 평평하고 돌출되어 있지 않은 키 영역을 손가락으로 누르는 것을 나타내는 도면.
도 13은 상승된 에지를 갖는 돌출된 키 영역을 손가락으로 누르는 것을 나타내는 도면.
도 14는 하우징으로부터 조립해제된 탄성 키매트를 나타내는 도면.
도 15는 도 14의 키패드가 조립되었을 때를 나타내는 도면.
도 16은 굴곡점에서 몰딩된 키매트를 갖는 키패드를 나타내는 도면.
도 17은 강체 구조상에 규정된 독립 키 영역을 갖는 키매트를 나타내는 도 면.
도 18은 도 17의 라인 18-18을 따라 절취한 횡단면을 나타내는 도면.
도 19는 강체 구조상에 규정된 조합 키 영역을 갖는 키매트를 나타내는 도면.
도 20은 도 19의 라인 20-20을 따라 절취한 횡단면을 나타내는 도면.
도 21은 다중의 스위치 소자를 한번에 접촉시키도록 구성된 금속 돔을 관통하는 횡단면을 나타내는 도면.
도 22는 도 21의 돔의 기초를 이루는 PCB 트레이스를 나타내는 도면.
도 23은 금속 돔의 하부상에 있는 불연속 링 소자를 나타내는 도면.
상기 도면에서 유사한 도면부호는 유사한 구성 요소를 의미한다.
도 1은, 조합 키 영역(22)(도 3 및 10 참조) 사이에 산재된 일련의 독립 키 영역(11)을 가진 IACK 키패드의 독립 키들(11) 아래에, 구동라인(24)(수직으로 도시됨)과 센스라인(26)(수평으로 도시됨)의 교차부들 중 하나에 위치된 두 라인간의 순간적인 연결을 제공하는 금속 또는 플라스틱으로 된 종래의 스냅 돔(snap dome)(12)(도 3)을 수용하기 위한 스위치(21)를 보여준다. 스냅 돔(12)의 베이스(바람직하게는 금속으로 된)는 인쇄된 도전성 베이스(29) 위에 놓여 있고, 그 위의 구동라인(24)과 전기적으로 접촉한 인쇄된 도전성 베이스(29) 위에 놓여 있고, 스위치(21)의 중심은 그 우측의 센스라인(26)과 전기적으로 연속한다. 결과적으로, 연관된 스냅 돔(12)의 작동은, 의도한 조합 키(22)의 위쪽과 오른쪽에 위치한 독립 키(11) 아래의 스위치를 작동시키는 것과 전기적으로 등가이다. 또한, 하나의 보조 접촉부(20)가 그 아래의 구동라인(24)과 전기적으로 연속하고, 다른 하나의 보조 접촉부(20)가 그 왼쪽의 센스라인(26)과 전기적으로 연속하고 있는 것을 볼 수 있다. 테이프층은, 스냅 돔(12)을 덮어 보조 도전체(18)(도 3)에 접촉하는 것을 방지하고, 또한 보조 도전체와 PCB 간의 접촉을 위한 보조 접촉부(20)에 대응하는 컷아웃(cut out)을 가지고 있다. 결과적으로, 연관된 스냅 돔(12)의 작동은, 의도한 조합 키(22)의 아래쪽과 왼쪽에 위치한 독립 키(11) 아래의 스위치를 작동시키는 것과 전기적으로 등가이다. 이들 두 개의 독립 키(11)(조합 키(22)를 가로질러 서로 대각으로 대향하여 위치한)를 동시에 작동시키는 것은 중앙 조합 키를 작동시키고자 한다는 것을 컨트롤러에게 보여주는 역할을 한다.
도 2는 센스라인(26)으로부터 전기적으로 격리된 구동라인(24)을 보여준다. 물론, 독립 키 영역(11)의 위치에 대응하여, 각 독립 교차부에서 그들 사이의 전기적 연결이 이루어질 수 있다. 종래의 IACK 키패드에서와 같이, 시스템의 소프트웨어에 의해 적어도 두 개의 대각으로 인접한(즉, 대향하여 인접한) 독립 키 영역(11)의 작동 결과로서 조합 키 입력을 등록한다. 예를 들면, "E"와 "L", 또는 "F"와 "K"를 모두 작동시키는 것은 숫자 "3"을 입력하고자 하는 의도로서 시스템에 등록된다. 그러나, 이러한 매트릭스에서, 트레이스 연장부(50)는, 각 조합 키 영역(22)의 경계에 접하고 각 조합 교차부(15)에서 서로 거의 접촉하는 네 개의 트레이스 세그먼트들 각각으로부터 연장된다. 트레이스 연장부(50)는 각 조합 키 영역(22)에서 접촉 영역(141) 내까지 연장한다. 연장부(50)는 선택적으로 칠할 수 있 는 도전성 잉크로 만들어 질 수 있도 있고, 또는 접촉부 아래의 교차부의 일치가 트레이스 저항을 검출함으로써 검증될 수 있도록 접촉 동안 각 교차부에서 특유의 저항을 제공하는 것으로 될 수도 있다.
조합 교차부(15)의 바로 위에서의 조합 키(22)의 작동은 그 교차부(15)에서 트레이스 연장부(50)의 네 개의 인접하는 끝단들 사이의 접촉을 닫고, 이로써 인접하는 구동라인(24)과 센스라인(26)의 쌍을 연결하고, 모든 네 개의 주위를 둘러싸는 독립 교차부(14)을 작동시키는 것과 전기적으로 동일한 결과를 얻는다. 주어진 조합 교차부(15)의 모든 네 개의 트레이스 연장부(50)를 연결하기 위한 스위치 구조의 일례가 도 1 및 21-23에 도시되어 있다.
도 3-4는, 독립 키(11)와 조합 키(22)를 포함하고, 노출된 키 영역의 물결치는 모양의 표면 윤곽안으로 형성된 얇은 시트(70)를 가진 IACK 키매트(30a)의 동작을 보여준다. 시트(70)는 폴리카보네이트(polycarbonate) 또는 폴리에스테르(polyester)와 같이 상대적으로 단단한 재료로 열성형과 같은 공정으로 형성되어 만들어질 수 있다. 예컨대, 시트의 두께는 0.002~0.005인치인 것이 바람직하다. 각 독립 키 영역(11)의 아래에는 다른 재료의 액추에이터(36)가 주입 몰딩과 같은 것에 의해 제위치에 형성되어 있다. 액추에이터(36)는 금속이나 폴리에스테르 돔과 같은 하이-피드백 스냅 돔의 각각의 바로 위에 배치된다. 마찬가지로, 각 조합 키 영역(22)의 아래에는 액추에이터(36)와 하이-피드백 스냅 돔(12)이 있다.
도시된 바와 같이, 액추에이터(36)의 하부 표면과 이들과 연관된 스냅 돔(12)의 사이의 공간에 차이가 있다. 독립 키(11)의 시트(70)와 액추에이터(36)의 접촉 영역은, 사용 중에 변형되지 않는 독립 키(11)의 부분, 유력하게는 독립 키(11)의 작동 중에 손가락(55)에 의해 접촉되는 꼭대기의 평탄 영역으로, 제한된다. 그 목적은, 독립 키(11)의 경사진 측의 강도를 최소화하면서 촉각 피드백 요소(tactile feedback element)(12)에 힘을 전달하기 위한 것이다. 시트(70)와 촉각 피드백 요소(스냅 돔)(12)와의 사이에 힘을 전달하는 구조가 시트(70)에 부착될 필요는 없다. 휴지 상태에서, 독립 키 영역(11)의 아래에 위치한 액추에이터들(36)은 그들과 연관된 촉각 요소로부터 적어도 촉각 요소의 스트로크(stroke) 길이보다는 조금 더 크게 거리 "d"만큼 떨어져 있다. 이 실시예에서, 모든 스냅 돔(12)의 높이와 스트로크 길이는 같다. 촉각 피드백(구체적으로 하나의 감지된 입력에 대한 하나의 구별된 감각 피드백)은 어느 키패드에서도 매우 중요한 측면이고, IACK와 같이, 사용자의 손가락 바로 아래에 복수의 촉각 요소를 배치하는 기술의 본래의 특성에 반하는 것이다. 이러한 구조는, 조합 키(22)든 독립 키(11)든 어느 것을 눌렀을 때에도, IACK 키패드에서 단일의 뚜렷한 촉각 피드백을 제공한다.
도시된 바와 같이, 독립 키 액추에이터(36)가 독립 키 영역(11)의 최상의 평탄 영역 아래에만 놓여있고, 손가락의 작동힘의 대부분은 이것을 가로질러 가해진다. 이것은 상승된 독립 키의 경사진 측을 키 작동 중에 액추에이터(36)에 의해 구속되지 않고 자유롭게 구부러지도록 한다.
사용자의 손가락(55)이 조합 키(22)상에 인쇄된 문자를 입력하기 위해 누르면, 시트(70)에 변형이 일어난다(도 3). 그러나, 주요하게는, 의도된 조합 키 영역(22)이 아래로 변형됨에 따라 인접한 독립 키 영역(11)도 아래로 변형되는 결과 가 나타난다. 그러나, 주목할 것은, 조합 키 영역(22)의 바로 아래의 스냅 돔(12)이, 도 3 에 도시된 바와 같이, 인접한 독립 키 영역(11)의 변형 거리보다 더 낮은 변형 거리에서 기동된다는 것이다. 이것은, 조합 키(22)를 작동시키는 것에 대한 응답으로, 단일의 매우 뚜렷한 촉각 피드백(예컨대, 금속 또는 폴리 돔으로부터의)을 제공한다.
반대로, 사용자의 손가락(55)이 독립 키 영역(11)을 작동시키기 위해 누르면, 그 독립 키의 바로 아래에 있는 스냅 돔(12)이 주변의 촉각 요소가 기동되기 전에 기동된다. 작동된 독립 키 영역(11)에 대해 시트(70)를 변형하기 위해 필요한 힘이 인접한 조합 키 영역(22)의 아래에 위치한 스냅 돔(12)의 조합된 기동력보다 작은 한, 선택된 독립 키(11)는 그와 연관된 스냅 돔(12)만을 기동시키기 위해 계속 전진한다.
도 5는, 도 3의 실시예의 변형으로서, 액추에이터(36)가 고체의 광학적으로 투명한 재료로 형성되고, 및/또는 재료 응압을 최소화하면서 광 투과율은 향상시킨 콘(cone)-형상으로 된, 키매트(30b)를 보여준다. 이 액추에이터는 2 샷-인-몰드(two shot in mold) 공정으로 형성될 수 있고, 여기서 거미줄처럼 구성된 탄성 재료가 먼저 형성되고, 두번째 샷이 더 높은 경도 재료의 액추에이터(36)를 형성한다. 다르게는, 집중기(36)가 더 유연한 탄성체로 인서트 몰드(insert mold)로 형성될 수 있다. 집중기(36)의 상부 표면은 키 영역과 일치하는 문자 또는 다른 심볼을 형성하도록 형성되어 있다.
도 6은, 소프트웨어를 간소화하고, IACK 키패드를 작동시키기 위해 필요한 처리 단계를 줄이며, IACK 키패드에서 고품질의 촉각 피드백을 가능하게 하는 디코딩 방법을 보여준다. 단계 100에서, 두 클래스의 키가 소프트웨어로 생성되어 있다. 이들은, 두 형태의 키(11 및 22)의 리스트들, 또는 한 형태의 키의 리스트와 나머지 키가 (디폴트에 의해) 두번째 형태인 것처럼 간단할 수 있다. 독립 키(11)는 보조 클래스로 분류되고, 조합 키(22)는 주요 클래스로 분류된다. 주목할 것은, 특정 독립 키(11)와 조합 키(22)의 상대 위치가 디코딩 알고리즘의 일부가 되지 않고, 오히려 절대 위치와 클래스가 의도된 입력을 정의하기 위해 사용된다는 것이다. 반대로, 일부 초기의 IACK 키패드에서는, 각 키의 상대 위치를 아는 것이 작동을 위해 기본적인 것이었다. 단계 102에서, 시스템은 독립 키(11)와 같은 사용자가 누르는 보조 키를 감지한다. 시스템은 이 키를 게시하거나 또는 지정된 지연기간을 기다린다. 단계 104에서, 사용자는 보조 키가 누름해제되기 전에 다른 키를 눌러서 작동시킨다(그리고, 시스템은 이것을 감지한다). 주요 클래스의 어느 키든 보조 클래스의 모든 키를 쓸모없게 할 것이기 때문에, 소프트웨어는 어느 대각선이 관련되었는지 분석할 필요도 없고, 선택된 대각선과 그들 사이의 조합 키와의 사이에 상관 관계를 수행할 필요도 없다. 도 9를 잠시 참조하면, 일부 종래의 IACK 키패드에서는, 'A' 키의 활성화를 위해서는 상승된 키 영역 1 및 6, 또는 2 및 5를 활성화시켜야했다. 그러나, 본 알고리즘에서는, 'A' 단독인 경우와 마찬가지로, 숫자 키 1~12 중 어느 것이든 'A'와의 조합으로 'A'를 출력할 것이다. 독립 키의 위치는 중요하지 않다. 단계 106에서는, 시스템은 주요 키를 위해 보조 키를 버려버린다. 고품질의 촉각 피드백을 가진 일부 종래의 IACK 키패드와 조합 키 (22)를 작동하고자 하는 의도를 나타내는 대향하여 인접하는 독립 키(11)의 원리로 동작되는 IACK 키패드에 있어서는, 이러한 알고리즘이 유용하지 않을 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 조합 키의 작동은 적어도 두 개의 스냅 돔(12)(스냅 돔을 가진 키패드에서)의 작동을 필요로 하였는데, 왜냐하면 독립 키가 전체적인 크기를 감소시키기 위해 어른 손가락 폭의 절반도 안되는 간격으로 떨어져 있었기 때문이다. 도 11의 볼록 조합 키 구조와 함께 조합하여 사용되는 이 알고리즘(또는 도 7의 알고리즘)은 IACK 키패드에서 개개인에게 고품질의 촉각 피드백을 준다.
도 7은, 소프트웨어를 간소화하고, IACK 키패드를 작동시키기 위해 필요한 처리 단계를 줄이며, IACK 키패드에서 고품질의 촉각 피드백을 가능하게 하는 디코딩 방법을 보여준다. 이 방법은(도 6의 방법과 마찬가지로) 도 8 및 9에 도시된 인쇄 회로 보드 레이아웃에 사용하기에 적합하다. 단계 110에서, 도 29에서의 단계 100과 유사하게, 두 클래스의 키를 일치시킨다. 그러나, 단계 12에서는, 각 주요 키가 인접한 보조 키와 연관되는 추가 리스트를 생성한다. 도 9를 참조하면, 'A'는 1, 2, 5 및 6과 연관되고, 'B'는 2, 3, 6 및 7과 연관되며, 'C'는 3, 4, 7 및 8과 연관되고, 'D'는 5, 6, 9 및 10과 연관되고, 'E'는 6, 7, 10 및 11과 연관되며, 'F'는 7, 8, 11 및 12와 연관된다. 미리 정의된 요소가 특정 클래스인 단일 세트의 리스트를 생성함으로써 동일한 결과를 얻을 수 있다. 예컨대, 'A,1,2,5,6', 'B,2,3,6,7', 'C,3,4,7,8', 'D,5,6,9,10', 'E,6,7,10,11', 및 'F,7,8,11,12'와 같이 할 수 있고, 여기서 각 리스트의 특정 문자(이 경우에는 첫번째 문자)가 주요 키가 된다. 주요 키(조합 키(22))에 대한 위치는 중요하지 않 기 때문에, 물리적으로 인접하는 키들을 식별하는 다른 문자들이 무작위 순서로 리스트될 수 있다. 단계 115에서, 사용자가 복수의 키를 누르고, 시스템은 이를 감지한다. 단계 117에서, 시스템은 단계 110 및 112에서 만들어진 클래스와 우선순위를 참조한다. 만일 하나 이상의 보조 키가 입력 스트로크의 초기 순간에 감지되고, 시스템이 모든 보조 키의 비활성화에 앞서 주요 키를 나중에 감시한 경우에는, 시스템은 주요 키를 위해 보조 키를 버려버릴 것이다(단계 106). 도 6의 방법에서와 같이, 많은 종래의 IACK 키패드와 마찬가지로, 출력은 대향하여 인접한 키들의 조합에 배타적으로 기초하지는 않는다. 도 8의 PCB 레이아웃과 조합한 이 방법은 또한 인접하는 구동라인을 동시에 구동함으로써 독립, 조합 및 모호한 키 그룹들 사이의 성공적인 구별을 가능하게 한다. 구체적으로는, 일부 종래 IACK 키패드에서, 인접한 라인을 동시에 구동하는 것이 가능했고, 이로써 단일 단계로 조합 키를 결정하는 것이 가능했는데, 이것은 두 개의 인접한 수평 또는 두 개의 인접한 수직 키들을 눌렀을 때 애매한 결과를 낳을 수 있는 접근이었다. 이 애매함은 스위치 매트릭스의 진실 상태를 결정하기 위한 두번째 싸이클을 요구했다. 이 문제는 지금, 인접한 구동라인이 동시에 펄스화되어 매트릭스의 애매하지 않은 정보를 제공할 수 있고, 또 단일 싸이클에서 독립 키 및 유효 조합 키의 양 조합을 정확하게 판별할 수 있음으로써, 해결되었다. 또한, 이 방법은, 각각이 하나의 연결된 다이오드로서 스위칭하는 키패드와 같이, 키들이 독립적으로 주소화(addressable)할 수 있는 키패드에 유용하다.
도 8은 도 6 및 7의 방법을 실행하기 위한 하드웨어 구성을 보여준다. 센스 라인(26)은 조합 키(22)로부터의 출력을 측정하기 위해 부가되어 있다. 조합 키(22) 입력을 위해 주어진 스위치(21)는 독립 키(11)의 구동라인(24)을 통해 구동된다. 그 입력은 독립 키(11)의 구동라인(24)으로부터 신호를 접속시키는 브리지(31)에 의해 조합 키(22)에 제공된다. 센스라인(26)은 프로세서(151)로 연결된다. 구동라인(24)상의 전자 단어는 어느 조합 키(22) 또는 독립 키(11) 스위치를 식별하기 위해 센스라인(26)상에서 독출될 수 있다. 이 정보는, 바람직하게는, 도 6 및 7의 방법과 함께 사용된다. 도 9는 도 6 및 7의 방법을 실행하기 위해 유용한 다른 PCB 디자인을 보여준다. 이 경우에, 조합 키(22)의 스위치가 DR2, DR4 및 DR6로 표시된 구동라인(24)에 의해 직접적으로 제공되어 있다.
다음의 도 10을 참조하면, 손가락(55)에 의해 가해진 힘은 뼈 아래 중간의 곡면 최대지점인, 그 중앙 지점(34)에 집중된다. 그 힘은 중앙 지점(34)을 통해 전달되고, 손가락(55)의 외부는 상승된 키 영역(11) 주위에 합치된다. 로컬 함몰(136)이 일측의 독립 키(11)와 조합 키 영역(22)의 볼록 표면(38)의 사이에서 형성된다. 함몰 영역(136)은 독립 키(11)와 조합 키(22) 사이의 촉각에 의한 식별감을 제공한다.
도 11은 조합 키(22)에 대해 누르고 있는 손가락(55)을 보여준다. 조합 키(22)는 왕관 모양으로 볼록 형상(38)되어 있고, 중앙 지점(34)과 일치할 상승된 표면을 제공하지만, 독립 키 영역(11)만큼 상승되어 있지는 않은데, 이것은 적어도, 도 10에서와 같이 손가락이 인접한 독립 키 영역(11)을 작동시키려 하는 때보다 동일한 손가락이 도 11에서와 같이 조합 키 영역(22)을 작동시키려 하는 때에, 키패 드 안으로 살찐 손가락(55)이 더 들어갈 것이라는 점에서, 조합 키 영역(22)에 대해 유효하게 상승되어 있는 것이다. 손가락으로부터의 힘의 연결을 끊어버리는 함몰 영역(136)이 조합 키(22)의 중앙 지점(34)에 대한 바로 말단에 있고, 이것은 중앙 지점(34)에 힘이 더 집중되도록 하여 인접한 독립 키(11)와 더 넓은 영역에 걸쳐 힘이 분산되는 것을 방지하는 효과를 가져온다. 이것은 볼록 형상(38)을 통한 힘 전달을 증가시키고, 이로써 손가락이, 인접하는 독립 키(11)을 작동시키는 확률을 감소시키면서, 조합 키(22)를 작동시킬 수 있도록 한다(여기서, 조합 키는 단일 및 분명한 촉각 응답을 제공하기 위한 독립적으로 동작하는 스위치를 포함한다).
독립 키(11)의 직경과 조합 키(22)의 직경 사이의 최적의 관계는 약 1:2이다. 그러나, 예컨대, 부정확한 손가락의 위치나 큰 손가락에 의해 하나 이상의 인접한 독립 키(11)를 부주의하게 작동시킨 경우에는 도 8 또는 9의 전자공학과 도 6 또는 7의 알고리즘에 의해 수용될 수 있다. 촉각 피드백(바림작하게는, 하나의 감지된 입력에 대한 하나의 구별되는 감각적 피드백)이 어느 키패드에서나 중요한 측면이다. 이러한 구조는, 조합 키(22) 또는 독립 키(11)를 눌렀을 때, IACK 키패드에서 단일의 뚜렷한 촉각 피드백을 제공한다.
도 12는 유효하게 평탄한 형상(140)을 가진 조합 키 영역(22)을 누르는 손가락을 보여준다. 다시 말해, 조합 키 영역의 아래에 있는 단일이면서 독립적으로 작동가능한 스위치가 뚜렷한 촉각 응답을 제공한다.
도 13은 키패드의 상승된 키 영역(11)을 누르는 손가락을 보여준다. 키패드 의 표면은 기본적으로 평평하고, 링이나 에지 형상과 같은 촉각 요소(142)에 의해 식별되는 독립 키(11)를 가지고 있으며, 조합 키(22)는 오목하게 형성되어 있다.
도 14는 연관된 전자 장치의 하우징(90)으로부터 해체된 키패드를 보여준다. 분리된 조합 키(22)와 독립 키(11)가 탄성 시트(41)에 부착되어 있다. 액추에이터(36)와 스냅 돔(12)간의 일관된 기계적 접촉의 신뢰성을 높이기 위해, 탄성 시트(41)가 결속 소자(143)에 대해 더 작은 크기로 제조되어 탄성 시트(41)가 조립되었을 때 도 15에 도시된 바와 같이 팽팽하게 당겨져서 설치된다. 다른 말로, 탄성 시트가 결속 소자(143)에 맞추어 펼쳐진다(즉, 팽팽하게 설치된다). 이것은 곧, 결속 소자(143)들 사이에서 하우징을 가로지르는 거리가 시트(41)에서의 대응하는 위치 지점들(49) 사이의 거리보다 더 크다는 것을 말한다. 중앙에 있는 키들(여기서는 중앙 키과 같은)은 조립 후에 그들이 있게 될 위치에 곳에 위치되지만, 일실시예에서, 가장자리에 가까운 키들일수록, 조립 직후(및 시트(41)의 스트레칭 직후)에 키들이 올바르게 위치되도록, 그들의 생산 후 위치에 더 가까운 위치에서 시트에 부착된다. 치수 "x"는 조립 전에 인접하는 키들간의 간격을 보여준다. 마찬가지로, 일실시예에서, 액추에이터(36)나, 금속 돔(12) 및 돔의 스위치(48)의 위치는 조립되지 않은 시트(41)에 상대적으로 배치되어(잘못 정렬되어), PCB(23)상에 인쇄된 액추에이터(36), 금속 돔(12) 및 돔 스위치(48)가 조립된 후에만 정렬되도록 된다(도 15에 도시된 바와 같이).
도 15를 참조하면, 키패드가 조립된 때, 인접하는 키들 사이의 간격을 "y"로 하였다. 전형적인 키패드의 에지에서는(가장 영향을 많이 많는 키들), "x"와 "y" 의 차이가 20%를 넘고, 일반적으로는 20-80%이다. 조립 후에는, 키들과 액추에이터(36)가 스위치(48)와 정렬된다. 키패드는 하우징(90)의 개구부보다 더 작은 크기로 디자인된다. 다르게는, 키간의 간격 거리를 제어하기 위해, 키 구조물이 팽팽하게 된 상태의 탄성 시트에 결합될 수도 있다. 도 16의 키패드의 탄성 시트(41a)는, 주어진 장력에 대해 더 넓은 범위의 온도에 걸쳐 탄성 시트에서의 장력을 유지하기 위한 수단으로서 기능하는 주름(47) 또는 다른 복원력있는 형상을 가지도록 성형되어 있다. 결속 요소들(143) 사이의 거리는 시트(41)의 대응하는 위치 지점(49) 사이의 거리보다 더 커서, 조립된 키패드에서, 굴곡부(47)가 그 성형된 상태에서 다소 팽창되도록 한다.
도 17은, 조합 키(22)가 노출되는 구멍을 가지고 키패드의 영역을 덮는 연속된 표면을 형성하는 약 0.5~1.0mm 두께를 가진 플라스틱(주요하게는 단단한) 웹(web)을 포함하는 IACK 키패드(10)를 보여준다. 사선으로 표시된 영역은 웹(40)의 넓이를 나타낸다. 웹(40)이 플라스틱 재료로 되어 있기 때문에, 제품의 하우징(90)과 동일한 재료로 만들어질 수 있고, 나아가 제품의 하우징(90)과 연속하여 형성될 수 있다. 이것은 설계 유동성, 미학(동일한 재료로 형성됨으로써, 유사하지 않은 재로나 서로 다른 설비에서 생산됨으로써 발생되는 색깔의 일치라고 하는 문제가 제거된다), 내구성 및 비용에서 중요한 장점을 제공할 수 있다. 타일링(tiling)이 전혀 사용되지 않고, 스웨터와 같은 섬유 재료에 걸릴 수 있는 에지를 제거한다. 독립 키(11)는 웹(40)의 재료의 국부적 상승에 의해 정의되고, 하드 플라스틱의 휨 변형에 의해 작동된다. 조합 키(22)는 웹(40)의 구멍에 위치된 별개 플라스틱(주요하게는 단단한) 키이다. 결과적으로, 사용자가 촉각 피드백을 느낄 수 있도록 전반적으로 단단한 키패드는 충분한 휨 변형을 가지고 있다. 유연성을 증가시키기 위해 웹의 뒷면에는 추가적으로 골이 제공될 수 있다. 바람직하게는, 제조 공정에서 액체 플라스틱의 흐름을 위한 공통 방향을 따라 형성되는 것이 좋다. 하우징과 키매트 사이의 천이 영역은 키매트의 에지에서의 추가적인 컴플라이언스(compliance)를 허용하기 위해, 얇게 또는 폴리우레탄과 같은 경도가 낮은 재료로 형성될 수 있다. 상대적으로 비운동성 부분(이 경우에는 독립 키(11)와 웹(40))은 키패드의 표면 플레이트(face plate)로 함께 속할 수 있다.
도 18을 참조하면, 조합 키(22)는, 독립 키(11)의 높이보다는 눈에 띄게 작지만, 작은(볼록) 돌출부 또는 작은 언덕을 포함한다. 독립 키(11)는 약 0.25~0.75mm 정도 조합 키(22)보다 더 크다. 액추에이터(36)의 최저 표면에서부터 그 위의 최고 표면까지 측정한 키들의 전체 높이는, 사용자의 손가락의 곡면(중앙에서 더 높고 에지로 갈수록 점점 작아지는)에 의해 제공되는 대부분의 힘의 프로파일(중앙 영역(34))이, 스냅 돔(12)이 작동된 후의 상태를 포함하여, 조합 키(22)의 영역 내에 맞추어지도록 된다. 다른 실시예에서, 독립 키(11)와 조합 키(22)는 거의 동일한 높이다. 불연속 키들은 탄성 시트(41)에 의해 키패드에 유지된다. 웹(40)이 단단하지만, 전체 구조는 PCB(23)에 상대적으로 변위될 수 있고, 웹(40)은 조합 키(22)에 상대적으로 변위될 수도 있다. 이 휨 변형/변위는 단단한 플라스틱 표면을 가진 IACK 키패드의 동작을 가능하게 된다.
도 19는 조합 키(22)가 웹(40)과 함께 성형되고, 독립 키(11)는 불연속인 예 를 보여준다. 상대적으로 비운동성 부분(이 경우에는 조합 키(22)와 웹(40))은 키패드(10)의 표면 플레이트로서 함께 속할 수 있다. 조합 키(22)를 누르면서, 표면 플레이트가 변형된다.
도 20을 참조하면, 주축을 따라 조합 키(22)의 타원의 영역을 "W"라 한다. 이 실시예에서, 웹(40)(W를 넘어)의 연속하는 초과 폭으로 인해 도 17 및 18의 실시예에 관한 조합 키(22)의 크기를 효과적으로 증가시키게 되고, 이로써 설계자에게는 사용자 손가락의 대부분의 힘의 프로파일이 언덕 키를 작동시키지 못하도록 하는 데에 도움을 준다. 언덕 키(11)의 우연한 작동은, 유일한 손실은 추가적인 촉각 피드백뿐이므로, 허용될 수 있다. 시스템에 제공되는 여분의 신호는 문제를 일으키지 않는다. 웹(40)이 단단하기는 하지만, 전체 구조는 PCB(23)에 상대적으로 변위될 수 있고, 웹(40)은 독립 키(11)에 상대적으로 변위될 수 있다. 이 휨/변위는 단단한 플라스틱 표면 플레이트를 가진 IACK 키패드의 작동을 가능하게 한다. 불연속 키들은 탄성 시트(41)에 의해 키패드(10)에 유지된다. 웹(40)이 적어도 키 작동의 스트로크만큼 긴 낮은 힘에 의한 굴곡을 허용하는 한, 독립 키(11)와 조합 키(22) 양측의 독립적인 운동성을 제공함으로써, 동일한 제품에서 도 18 및 20의 실시예를 구현하는 것이 가능하다.
다음의 도 21 및 22를 참조하면, 금속 스냅 돔(12)은 도시된 리지(ridge)와 같은 기하학적 불연속에 의해 그 에지에 형성된 아래로 향하는 캐비티(13)을 형성하는 상승된 중앙 영역(212)을 가지고 있다. 이 불연속(214)은 인쇄 회로 기판(23)에 배치되고 정상적으로 전기적으로 서로 고립된 적어도 두 개의 스위치 접촉 부(16) 위에 배치되어 있다. 금속 스냅 돔(12)은 다른 전기적으로 구별되는 스위치 소자, 신호 레퍼런스(224) 위에 놓여 있는 에지(118)를 포함한다. 액추에이터(36)는 힘을 부가하기 위해 위치되어 있고, 이로써 상승된 중앙 영역(212)을 변위한다.
중요한 것은, 액추에이터(36)에 의해 인가되는 힘은 PCB(23)의 아래[액추에이터(20)의 중앙 아래]로는 전달되지 않지만, 불연속 부분(214)의 하부가 액추에이터의 중앙부(17)로부터 반경방향으로 바깥쪽에 위치하게 되는 경우에, 중심에서 벗어나서 위치한 재료에 의해 인가된다. 그 결과는 원형의 접촉 부위(230)을 형성하기 위해 라인이 만곡된 경우에, 액추에이터(36)에 의해 인가되는 힘의 양은 하나의 포인트에 인가되지 않지만, 라인상에 분산되어 인가된다. 접촉 부위(230)는 금속 돔(12)의 공칭 직경의 대략 3분의 1이며, "제3의" 포인트를 생성하거나, 접점(접촉 부위(230)내)은 에지(118)와 서로 간에 대략 동일한 거리가 된다. 따라서, 불연속 부분(214)의 한쪽이 제1 스위치 소자(16)와 접하게 될 때, 불연속 부분(214)의 다른 쪽이 제2 스위치 소자(16)와 접촉하도록 작용하는 접점상에 토크가 위치하게 될 것이다. 그 목적은 공통의 신호 기준 트레이스(224)에 2개 이상의 개별 전기 라인을 신뢰성 있게 접속하는 것이다. 불연속 부분(214)은 아래쪽을 향하는 링모양의 만입부의 형태로 함으로써, 돌출된 중앙 영역(212)이 불연속 부분(214)의 하부 에지에 대해 돌출되지만, 스냅 돔(12)의 구분 가능한 나머지 부분이 되지는 않는다.
도 22에 도시된 바와 같이, 접촉 부위(230)를 따라, 돔은 3개의 스위치 소자(16)와 접촉한다. 신호 기준 트레이스(224)는 제4의 소자로서 동작한다. 비아 (32)는 스위치 소자(16)를 PCB의 하부층상의 트레이스에 접속시킨다. 각각의 스위치 소자(16)는 스위치 소자(16)로 구성되는 접촉 부위(230)의 외주의 대략 6분의 1의 전체와 동일한, 각도 α, 예컨대 20도를 넘어 연장한다. α의 값을 감소시키면 하나 또는 2개의 스위치 소자(16)와의 접촉을 불안정한 구성으로 함으로써 도 21에 설명된 동작의 원리의 목적을 촉진한다. 따라서, 2개의 접점이 이미 설정되어 있는 경우라도, 중앙 축(17)에 인가된 힘이 금속 돔(10)과 각 스위치 소자(16)간의 접촉을 설정하는데 도움을 주도록 증가된 토크를 인가할 것이다. 스냅 돔(12)의 접촉에 의해 제공되는 불안정성, 트레이스가 좁게 형성되고 트립 포인트 부근을 접촉시킴으로써 제공되는 부분 압력을 증가시키게 되는 토크는, 이 방법의 감취진 이점 중 하나이다. 중요한 것은, 3개의 스위치 소자(16)가 도시되어 있는데, 2개(더 적게 또는 4개까지)의 스위치 소자(16)는 이러한 설계의 이점이 될 수 있다. 불연속 부분(214)은 일정 간격 이격된 리지 세그먼트의 링으로 형성될 수 있으며, 이는 도 23에 도시되어 있고, 각 스위치 소자(16)와 신뢰성 있게 접촉하는데 도움을 주도록 리지 길이와 갭이 선택된다.
키패드 구조의 다른 특징들을 다음의 계류중인 U.S. 특허출원에서 찾을 수 있다. 즉, 일련 번호 60/382,906 (2002.3.23.출원), 일련 번호 60/419,843 (2002.10.21.출원), 일련 번호 60/431,796 (2002.12.9.출원), 60/444,227 (2003.2.3.출원)이고, 이들 각각의 전체 개시된 내용은 참조로서 본 출원에 포함된다.
본 발명의 많은 실시예를 설명하였다. 그렇지만, 본 발명의 사상과 범위 내 에서 벗어나지 않고 여러가지 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 다른 실시예들은 다음의 청구범위 내에 포함된다.

Claims (42)

  1. 키 영역이 매트릭스 형태로 배치된 키패드에 있어서,
    상기 키 영역은,
    구동시 대응하는 문자 출력을 각각 제공하는 돌출된 키 영역(11)의 어레이와;
    상기 돌출된 키 영역들 사이에 산재되어 있으며, 인접한 상기 돌출된 키 영역 중 적어도 하나를 구동시키는 동작 알고리즘에 기초하여 문자 출력을 제공하는 키 영역(22)
    을 구비하며,
    상기 키패드는 상기 산재된 키 영역의 아래에 위치하며 상기 키 영역에 대응하여 독립적으로 구동 가능한 키 스위치(21)를 포함하며, 상기 동작 알고리즘은 상기 산재된 키 영역의 아래에 위치한 관련 스위치의 구동을 포함하고,
    상기 동작 알고리즘은 상기 산재된 키 영역(22)의 아래에 위치한 키 스위치(21)와, 상기 산재된 키 영역에 직접 인접해 있는 상기 돌출된 키 영역(11)의 아래에 위치한 소정의 키 스위치(21)를 포함하는 스위치의 조합된 구동에 대한 감지에 반응하여, 상기 산재된 키 영역에 대응하는 출력을 생성하는 것을 특징으로 하는 키패드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출된 키 영역(11)의 인접해 있는 키 영역은 그 중심간 거리가 성인 손가락의 폭의 절반 이하인 것을 특징으로 하는 키패드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 각각의 돌출된 키 영역과 상기 각각의 산재된 키 영역의 아래에 위치하 는 대응 촉각 피드백 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 키패드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 동작 알고리즘은, 상기 돌출된 키 영역(11)의 아래에 위치한 소정의 키 스위치(21)와 상기 산재된 키 영역(22)의 아래에 위치한 키 스위치를 포함하는 스위치의 조합된 구동에 대한 감지에 반응하여, 상기 산재된 키 영역(22)에 대응하는 출력을 생성하는 것을 특징으로 하는 키패드.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산재된 키 영역(22) 중 어느 하나의 키 영역의 아래에 위치하는 상기 키 스위치(21)는, 상기 산재된 키 영역(22) 중 다른 하나의 키 영역의 아래에 위치하는 키 스위치(21)와 상기 돌출된 키 영역(11)의 아래에 위치한 스위치(21)에 직접 접속되는 것을 특징으로 하는 키패드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 산재된 키 영역(22)은 볼록한 형태의 노출 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 키패드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 산재된 키 영역(22)은 실질적으로 평평한 노출 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 키패드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 돌출된 키 영역(11)의 각각은 상단 면을 형성하는 돌출된 리지(142)를 포함하는 것을 특징으로 하는 키패드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 산재된 키 영역(22)은 복수개의 상기 돌출된 키 영역(11)에 직접 인접해 있는 것을 특징으로 하는 키패드.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 돌출된 키 영역(11)의 아래에 위치하는 키 스위치(22) 중 적어도 일부의 키 스위치를 각각 전기적으로 접속시키는 트레이스를 갖는 인쇄회로기판(23)을 구비하며,
    상기 돌출된 키 영역(11)은 상기 산재된 키 영역(22) 중 대응하는 키 영역의 아래에 위치하는 키 스위치(21)를 갖는 것을 특징으로 하는 키패드.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 산재된 키 영역(22)의 각각의 바로 아래로 연장되는 4개의 전기적 트레이스 연장부(50)를 포함함으로써 스위치 접점을 형성하는 인쇄회로기판(23)을 구비하는 것을 특징으로 하는 키패드.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 산재된 키 영역의 각각의 아래에 있는 상기 4개의 트레이스 연장부(50) 중 2개의 트레이스 연장부는 촉각 돔(12)에 접속되고, 다른 2개의 트레이스 연장부는 상기 산재된 키 영역(22)이 구동될 때 일시적으로 위치하여 전기적 접촉이 이루어지는 노출된 트레이스에 접속되는 것을 특징으로 하는 키패드.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 산재된 키 영역(22)의 아래에 위치한 상기 키 스위치(21)의 각각은 금속 스냅 돔(12)의 내면에 있는 불연속 부분(214)과 접촉하는 인쇄회로기판(23)의 전기적 트레이스에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 키패드.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 스냅 돔 내면의 불연속 부분(214)에 의해 접촉되는 트레이스는 상기 스냅 돔의 바로 아래에 원형의 접촉 부위(230) 주위로 이격된 3개의 개별 접점(16)을 형성하는 것을 특징으로 하는 키패드.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 불연속 부분(214)은 상기 스냅 돔(12)의 아래의 중앙 부분에 위치하고, 그 직경은 상기 스냅 돔의 전체 직경의 3분의 1 정도인 것을 특징으로 하는 키패드.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 산재된 키 영역(22)의 아래에 위치한 상기 키 스위치(21)는 각각 촉각 피드백 소자(12)와 카본 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 키패드.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 촉각 피드백 소자는 전기적인 수동 소자인 것을 특징으로 하는 키패드.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 산재된 키 영역의 아래에 위치한 키 스위치(21)는 3개의 신호 트레이스에 각각 접속되며, 상기 3개의 신호 트레이스는 상기 매트릭스의 한쪽으로부터 상 기 스위치에 대한 단일 액세스와, 상기 매트릭스의 다른쪽으로부터 상기 스위치에 대한 2개의 액세스 포인트를 형성하는 것을 특징으로 하는 키패드.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 돌출된 키 영역(11) 또는 상기 산재된 키 영역(22)은 키가 구동되는 동안 만곡되는 몰딩된 플라스틱 키매트(40)의 각 영역인 것을 특징으로 하는 키패드.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 몰딩된 플라스틱 키매트(40)의 각 영역이 아닌 키 영역은 상기 키패드에 있는 각각의 이격된 구멍을 통하여 노출되는 것을 특징으로 하는 키패드.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 키 영역은 상기 키 스위치의 어레이 상에서 팽팽하게 펴진 상태로 유지된 팽팽하게 펴진 시트(41)에 고정된 키의 상부면인 것을 특징으로 하는 키패드.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 팽팽하게 펴진 시트(41)는 엘라스토머 수지로 이루어진 엘라스토머 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 키패드.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 엘라스토머 시트(41)는 적어도 한 방향으로 적어도 20 퍼센트의 팽팽하게 펴진 상태로 유지되는 것을 것을 특징으로 하는 키패드.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 팽팽하게 펴진 시트는 탄성적으로 팽창 가능한 영역(47)을 갖도록 몰딩된 플라스틱 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 키패드.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 탄성적으로 팽창 가능한 영역은 상기 시트의 기본 평면으로부터 연장되는 주름잡힌 플리트(pleat)를 포함하는 것을 특징으로 하는 키패드.
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