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KR20080088324A - 키패드 어셈블리 - Google Patents

키패드 어셈블리 Download PDF

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KR20080088324A
KR20080088324A KR1020070031187A KR20070031187A KR20080088324A KR 20080088324 A KR20080088324 A KR 20080088324A KR 1020070031187 A KR1020070031187 A KR 1020070031187A KR 20070031187 A KR20070031187 A KR 20070031187A KR 20080088324 A KR20080088324 A KR 20080088324A
Authority
KR
South Korea
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guide plate
light guide
light
keypad assembly
thickness
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020070031187A
Other languages
English (en)
Inventor
이유섭
정선태
이주훈
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020070031187A priority Critical patent/KR20080088324A/ko
Priority to US12/041,718 priority patent/US7947915B2/en
Priority to JP2008087803A priority patent/JP2008250322A/ja
Priority to EP08006067A priority patent/EP1975959B1/en
Priority to CNA2008100884647A priority patent/CN101276697A/zh
Publication of KR20080088324A publication Critical patent/KR20080088324A/ko
Priority to JP2011123332A priority patent/JP2011175981A/ja
Priority to US13/670,756 priority patent/USRE44974E1/en
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Abstract

본 발명에 따른 키패드 어셈블리는, 그 내부로 광이 진행하는 도광판과; 상기 도광판에 제공되며, 상기 도광판 내로 진행하는 광을 상기 도광판의 외부로 출사하기 위한 적어도 하나의 광추출 패턴과; 적어도 하나의 스위치를 구비하는 스위치 기판; 상기 도광판의 내부로 광을 결합시키기 위한 적어도 하나의 광원을 포함하며, 상기 도광판의 두께는 0.03㎜~0.6㎜이다.
도광판, 키패드, 광추출 패턴, 클릭감, 조명 휘도

Description

키패드 어셈블리{KEYPAD ASSEMBLY}
도 1은 종래의 제1 예에 따른 키패드 어셈블리를 나타내는 단면도,
도 2는 종래의 제2 예에 따른 키패드 어셈블리를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 키패드 어셈블리의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 키패드 어셈블리의 구성을 나타내는 도면,
도 5는 도광판의 두께와, 광원 및 도광판의 간격과, 조명 휘도의 관계를 나타내는 그래프,
도 6은 도광판의 두께와, 광원 및 도광판 간격과, 조명 휘도의 관계를 나타내는 등고선도,
도 7은 키버튼의 조작에 따른 스위치 작동을 설명하기 위한 도면,
도 8은 키버튼에 가해지는 압력과 상기 키버튼에 미치는 반발력을 나타내는 그래프.
본 발명은 휴대용 단말기 등에 구비되는 키패드에 관한 것으로서, 도광판을 갖는 키패드 및 키패드 어셈블리(keypad assembly)에 관한 것이다.
도 1은 종래의 제1 예에 따른 키패드 어셈블리를 나타내는 단면도이다. 상기 키패드 어셈블리(100)는 키패드(110)와, 스위치 기판(switch board, 150)과, 복수의 발광 다이오드(light emitting diode: LED, 170)를 포함한다.
상기 키패드(110)는 탄성 패드(120)와, 상기 탄성 패드(120)의 상면(122) 상에 형성되며 각각 그 상면에 문자 등이 인쇄된 복수의 키버튼(140)과, 상기 탄성 패드(120)의 하면(124) 상에 형성된 복수의 돌기(130)를 포함한다. 상기 각 키버튼(140)은 해당 돌기(130) 및 해당 스위치(160)와 상기 키패드 어셈블리(100)의 두께 방향으로 정렬된다. 상기 탄성 패드(120)의 하면(124) 상에는 복수의 홈들(groove, 126)이 형성된다. 상기 홈들(126)은 상기 각 돌기(130)의 둘레에 배치되며, 상기 발광 다이오드들(170)과 상기 돌기들(130)의 간섭을 피하도록 형성된다.
상기 스위치 기판(150)은 인쇄회로기판(printed circuit board: PCB, 155)과, 상기 키패드(110)와 대면하는 상기 인쇄회로기판(155)의 상면 상에 형성된 복수의 스위치들(160)을 구비한다. 상기 각 스위치(160)는 도전성 접촉 부재(contact member, 162)와, 상기 접촉 부재(162)를 완전히 덮는 도전성 돔(dome, 164)으로 구성된다.
상기 복수의 발광 다이오드(170)는 상기 인쇄회로기판(155)의 상면 상에 탑 재되며, 상기 각 발광 다이오드(170)는 상기 탄성 패드(120)의 해당 홈(126)에 의해 덮여지도록 위치한다.
사용자가 어느 한 키버튼(140)을 누르면, 상기 키버튼(140)의 아래에 위치하는 상기 키패드(110)의 부분이 상기 스위치 기판(150) 측으로 변형됨에 따라, 상기 변형된 부분에 속하는 해당 돌기(130)가 해당 돔(164)을 누르게 된다. 상기 눌려진 돔(164)은 해당 접촉 부재(162)와 전기적 접촉을 이루게 된다.
도 2는 종래의 제2 예에 따른 키패드 어셈블리를 나타내는 단면도이다. 상기 키패드 어셈블리(200)는 키패드(210)와, 전계발광 시트(electro-luminescence sheet, 260)와, 스위치 기판(250)과, 구동부(280)를 포함한다.
상기 키패드(210)는 탄성 패드(220)와, 상기 탄성 패드(220)의 상면 상에 형성되며 각각 그 상면에 문자 등이 인쇄된 복수의 키버튼(230)과, 상기 탄성 패드(220)의 하면 상에 형성된 복수의 돌기(240)를 포함한다. 상기 각 키버튼(230)은 해당 돌기(240) 및 해당 스위치(270)와 상기 키패드 어셈블리(200)의 두께 방향으로 정렬된다.
상기 스위치 기판(250)은 인쇄회로기판(255)과, 상기 인쇄회로기판(255)의 상면 상에 형성된 복수의 스위치들(270)을 구비한다. 상기 각 스위치(270)는 도전성 접촉 부재(272)와, 상기 접촉 부재(272)를 완전히 덮는 도전성 돔(274)으로 구성된다.
상기 전계발광 시트(260)는 상기 스위치들(270)을 개재하여 상기 인쇄회로기판(255)의 상면을 덮도록 배치되고, 인가된 구동 신호에 의해 발광한다.
상기 구동부(280)는 상기 전계발광 시트(260)의 일측에 위치하도록 상기 인쇄회로기판(255)의 상면 상에 탑재되고, 상기 전계발광 시트(260)에 구동 신호를 인가한다.
그러나, 전술한 바와 같은 키패드 어셈블리들(100,200)은 아래와 같은 문제점이 있다.
먼저, 제1 예에 따른 키패드 어셈블리(100)는 상기 각 발광 다이오드(170)로부터 출력된 광이 상기 탄성 패드(120)를 지나서 해당 키버튼(140)을 사각으로 조명하게 되므로, 상기 키버튼(140)이 불균일하고 어둡게 조명된다는 문제점이 있다. 즉, 키버튼(140)의 중심 부분은 상대적으로 어둡게 조명되고, 상기 키버튼(140)의 가장자리 부분은 상대적으로 밝게 조명된다. 또한, 상기 키버튼들(140)을 균일하고 밝게 조명하기 위해서, 더욱 많은 수의 발광 다이오드들을 설치하게 되면, 구성이 복잡해지고, 전력 소비량이 크며, 제조 비용이 상승하게 된다는 문제점이 있다.
다음으로, 제2 예에 따른 키패드 어셈블리(200)는 제1 예에 비해 상당히 어두운 조명을 제공한다는 문제점이 있다.
따라서, 균일하고 밝은 조명을 제공하고, 전력 소비량이 작으며, 구성이 단순한 키패드 어셈블리가 요구된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 일측면에 따라 균일하고 밝은 조명을 제공하고, 전력 소비량이 작으며, 구성 이 단순한 키패드 어셈블리가 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따른 키패드 어셈블리는, 그 내부로 광이 진행하는 도광판과; 상기 도광판에 제공되며, 상기 도광판 내로 진행하는 광을 상기 도광판의 외부로 출사하기 위한 적어도 하나의 광추출 패턴과; 적어도 하나의 스위치를 구비하는 스위치 기판; 상기 도광판의 내부로 광을 결합시키기 위한 적어도 하나의 광원을 포함하며, 상기 도광판의 두께는 0.03㎜~0.6㎜이다.
이하에서는 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 키패드 어셈블리의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 키패드 어셈블리(300)는 키패드(310)와, 스위치 기판(360)과, 적어도 하나의 광원(390)를 포함한다.
상기 키패드(310)는 키시트(key sheet, 320)와, 도광판(light guide panel: LGP, 330)을 포함하고, 상기 키시트(320)는 필름(322)과, 복수의 키버튼(324)을 포함하며, 상기 도광판(330)은 복수의 돌기(340)와, 복수의 광추출 패턴(light extracting pattern, 350)을 포함한다.
상기 필름(322)은 대체로 사각판의 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 그 상면 상에 배치된 복수의 키버튼(324)을 구비한다. 상기 필름(322)은 탄성이 있 어서, 상기 키버튼(324)이 사용자에 의해 눌려진 후 다시 원위치로 돌아가도록 한다. 즉, 상기 필름(322)은 자체 복원력이 있어서 변형 후 원형으로 복원되며, 상기 키버튼(324)의 작동 후 상기 키버튼(324)을 원위치로 복원시킨다. 불빛샘 현상을 방지하기 위해, 상기 키버튼들(324)이 배치되지 않은 상기 필름(322)의 상면은, 예를 들어, 하우징(휴대용 무선 단말기 등에 구비된)에 의해 덮여질 수 있다. 또는, 불빛샘 현상을 방지하기 위해, 상기 키버튼들(324)이 배치되지 않은 상기 필름(322)의 상면 부분에 흑색 인쇄를 할 수도 있다. 상기 필름(322)은, 상기 도광판(330)과의 사이에 공기층을 유지하기 위해, 상기 도광판(330)과 이격된 상태로 고정되어 있다. 예를 들어, 상기 필름(322)은 접착제를 이용하여 그 가장자리가 상기 도광판(330)의 가장자리에 부착될 수 있다. 이렇게 함으로써, 상기 도광판(330)의 중앙부에서 광이 상기 접착제를 통해 누출되는 것을 방지할 수 있다. 광은 상기 도광판(330)과 공기층과의 경계에서 전반사(total reflection) 진행하는데, 상기 도광판(330)과 상기 접착제와의 경계에서 전반사 조건을 만족하지 못하게 됨으로써, 불필요한 광의 누출이 발생할 수 있다. 상기 도광판(330)의 가장자리에는 상기 키버튼들(324)을 조명하고 남은 광이 도달하게 되므로, 상기 도광판(330)의 가장자리와 상기 필름(322)의 가장자리를 부착하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 키버튼들(324)이 그 위에 배치된 상기 필름(322)의 중앙부가 상기 도광판(330)의 상면에 부착된다면, 상기 도광판(330)과의 사이에 공기층을 유지할 수 없게 되므로, 상기 필름(322)은 상기 도광판(330)의 상면에 부착되지 않는 표면 특성을 갖는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 필름(322)의 하면을 거칠게 처리하거나 슬립성을 갖도 록 이형제 코팅 등을 할 수 있다. 상기 필름(322)은 낮은 경도, 높은 탄성 변형률, 높은 탄성 복원력 및 높은 광투과도를 갖는 고투명 고무 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄(polyurethane), 실리콘(silicone) 등의 재질로 형성된다.
본 실시예와는 다르게, 상기 필름(322)을 전체적으로 상기 도광판(330)의 상면에 밀착 또는 부착하는 경우에는, 상기 필름(322) 또는 접착제의 굴절률을 상기 도광판(330)의 굴절률보다 낮게 할 수 있다.
상기 복수의 키버튼(324)은 상기 필름(322)의 상면 상에 배치되며, 상기 각 키버튼(324)은 접착제를 이용하여 상기 필름(322)의 상면에 부착되거나, 사출 성형 등을 통해 상기 필름(322)과 일체로 형성될 수 있다. 상기 각 키버튼(324)은 상기 필름(322)과 동일한 재질로 형성되거나, 폴리카보네이트 또는 아크릴계 수지 등의 재질로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 상기 각 키버튼(324)은 사각 블럭의 형상을 갖고 있으나, 이와 다르게, 원 기둥, 타원 기둥 등의 임의의 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 필름(322)을 제거하고, 상기 키버튼들(324)을 상기 도광판(330)의 상면에 직접 부착할 수도 있다.
본 실시예와 다르게, 상기 도광판(330)이 상기 필름(322)의 기능까지 수행하도록 함으로써, 상기 필름(322)을 제거할 수 있다. 이러한 경우에, 상기 키버튼들(324)을 상기 도광판(330)의 상면에 직접 부착할 수 있다. 상기 도광판(330)은 상기 키버튼(324)이 사용자에 의해 눌려진 후 다시 원위치로 돌아가도록 한다. 예를 들어, 상기 도광판(330)은, 외부 환경 변화와 상관없이 광을 안정적으로 도파시킬 수 있도록 상대적으로 낮은 굴절률의 물질로 양면 코팅된 도광 필름으로 구현될 수 있다.
상기 도광판(330)은 대체로 사각판의 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 그 상면(332)이 상기 필름(322)의 하면과 대면하도록 배치되며, 그 일측 가장자리 부분(336)이 인쇄회로기판(380)의 상면까지 연장되도록 구부러져 있다. 상기 도광판(330)의 일측 가장자리 부분(336)은 상기 광원(390)와의 광 연결을 위해 도시된 바와 같이 구부려진다.
상기 광원(390)는 그 발광면이 상기 도광판(330)의 일측 가장자리 부분(336)의 제1 측면과 대면하도록 상기 인쇄회로기판(380)의 상면에 탑재된다. 상기 광원(390)로부터 출사된 광은 상기 도광판(330)의 제1 측면을 통해 그 내부로 결합한다. 상기 광원(390)으로는 통상의 발광 다이오드를 사용할 수 있다.
상기 도광판(330)은 그 내부로 결합된 광을 도파시킨다. 상기 결합된 광은 상기 도광판(330)의 제1 측면에서 이와 반대편에 위치하는 제2 측면으로 진행한다. 이때, 상기 도광판(330)의 제1 측면은 상기 광원(390)로부터 광이 결합되는 측면을 지칭한다. 상기 도광판(330)의 내부로 결합된 광은 상기 도광판(330)과 그 외부의 공기층의 경계에서의 전반사에 의해 상기 도광판(330) 내부로 진행한다. 상기 도광판(330)은 탄성(다르게 말하자면, 자체 복원력)이 있어서, 상기 키버튼(324)의 조작에 의한 변형 후 원형으로 복원된다. 상기 도광판(330)은 낮은 경도, 높은 탄성 변형률, 높은 탄성 복원력 및 높은 광투과도를 갖는 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 폴리카보네이트, 폴리우레탄, PMMA, 실리콘 등의 재질로 형성된다.
상기 복수의 돌기(340)는 상기 도광판(330)의 하면(334) 상에 형성된다. 상 기 돌기들(340)은 상기 도광판(330)과 동일한 또는 다른 재질로 일체 형성되거나, 별도로 형성된 후 상기 도광판(330)의 하면(334)에 부착될 수 있다. 상기 각 돌기(340)는 원뿔대, 사다리꼴 육면체 등의 임의의 형상을 가질 수 있다. 상기 각 돌기(340)는 해당 키버튼(324)과 상기 키패드 어셈블리(300)의 두께 방향으로 정렬된다.
상기 도광판(330)은 각각 상기 도광판(330) 내로 진행하는 광의 일부를 상기 도광판(330)의 외부로 추출함으로써 해당 키버튼(324)에 입사시키는 복수의 광추출 패턴(light extracting pattern, 350)을 갖는다. 상기 각 광추출 패턴(350)은 해당 키버튼(324)과 상기 키패드 어셈블리(300)의 두께 방향으로 정렬된다. 상기 각 광추출 패턴(350)의 중앙 부분(352)은 해당 돌기(340)의 하면 상에 형성되고, 상기 광추출 패턴(350)의 가장자리 부분(354)은 상기 돌기(340)의 주변에 형성된다. 상기 광추출 패턴(350)은 상기 도광판(330)의 상면(332)에 형성될 수도 있고, 상기 광추출 패턴(350)의 중앙 부분을 상기 각 돌기(340)의 하면이 아니라 상기 도광판(330)과 상기 돌기(340)의 사이에 형성할 수도 있다.
상기 각 광추출 패턴(350)은 상기 도광판(330)의 상면에 형성된 적어도 하나의 V-형상체(그 길이 방향에 수직한 횡단면이 'V'자 형상을 갖는 홈, 요철 등) 또는 피라미드 형태를 갖는 복수의 홈 또는 요철로 형성될 수 있다. 상기 각 광추출 패턴(350)이 V-형상체로 구현되는 경우에, 상기 V-형상체는 상기 도광판(330)의 일측면에서 그 반대편에 위치하는 타측면까지 연장될 수 있다. 상기 V-형상체는 톱니(saw tooth) 형상을 가질 수도 있고, 임의의 설계치에 따라 다소 변형된 형상을 가질 수도 있다.
이외에, 필요에 따라서, 상기 각 광추출 패턴(350)은 상기 도광판(330)의 상면에 음각으로 형성된 다양한 형태의 홈들 또는 양각으로 형성된 복수의 돌기로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 각 광추출 패턴(350)은 복수의 홈 또는 복수의 돌기로 구성될 수 있고, 각 홈 또는 돌기는 반구, 삼각뿔 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. 필요에 따라, 상기 각 광추출 패턴(350)은 스크래치, 인쇄 등에 의해 형성되는 반사 또는 산란 패턴으로 구현될 수도 있다.
상기 각 광추출 패턴(350)은 상기 도광판(330) 내로 진행하는 광의 일부를 상기 도광판(330)의 외부로 추출함으로써 해당 키버튼(324)에 입사시킨다. 도시된 바와 같이 상기 광추출 패턴들(350)이 상기 도광판(330)의 하면에 형성된 경우에, 상기 광추출 패턴들(350)은 각각 입사된 광의 적어도 일부를 해당 키버튼(324) 측으로 편향 반사한다. 이때, 편향 반사는 상기 도광판(330)의 하면(334)을 기준으로 입사된 광의 입사각과 반사각이 다른 것을 말하고, 이러한 편향 반사는 거울 반사 또는 산란(난반사)일 수 있다. 필요에 따라, 상기 각 광추출 패턴(350)은 상기 도광판(330)의 상면(332)에 형성될 수 있고, 이러한 경우에 상기 광추출 패턴들(350)은 각각 입사된 광을 해당 키버튼(324) 측으로 투과한다. 도시된 바와 같이, 상기 도광판(330) 내로 전반사 진행하는 광은 상기 광추출 패턴(350)에 입사되고, 상기 광추출 패턴(350)에 의해 키버튼(324) 측으로 반사된 광의 대부분은 전반사 조건을 만족하지 못하므로(입사각이 임계각보다 작은 경우) 상기 도광판(330) 및 키시트(320)를 투과하여 외부로 출사된다. 또한, 상기 광추출 패턴(350)에 의해 반사되 지 않고 그대로 지나치게 되는 광과 상기 반사된 광의 일부는 전반사 조건을 만족하면서 상기 도광판(330) 내로 계속 진행함으로써, 다른 키버튼을 조명하는데 기여할 수 있다.
상기 도광판(330) 내의 광이 광원(390)와 인접한 제1 측면으로부터 제2 측면으로 진행하면서 감쇠됨에 따라서, 상기 키패드 어셈블리(300)의 상측에 나타나는 휘도 분포는 상기 도광판(330)의 제1 측면으로부터 제2 측면으로 갈수록 점차 감소하는 양상을 보일 수 있다. 이러한 휘도 불균일을 해소하기 위해, 동일한 전체 패턴 크기를 기준으로, 상기 광추출 패턴(350)의 밀도가 상기 도광판(330)의 제1 측면으로부터 제2 측면으로 갈수록 점차 증가되도록 할 수 있다. 이때, 상기 광추출 패턴(350)의 밀도 변화는 그 구성체의 개수를 변화시키거나 전체 또는 구성체의 크기를 변화시킴으로써 구현될 수 있으며, 상기 광추출 패턴(350)의 밀도는 단위 면적당 상기 광추출 패턴(350)이 차지하는 면적으로 정의될 수 있다. 상기 광추출 패턴(350)이 V-형상체로 구현되는 경우에, 상기 광추출 패턴(350)의 밀도는 V-형상체의 피크(peak) 간격으로 정의될 수 있고, 피크 간격이 좁으면 밀도가 상대적으로 높아서 입사광 대비 유효 반사광(상기 도광층(330)의 하면을 투과하는)의 비율이 커지고, 피크 간격이 넓으면 밀도가 상대적으로 낮아서 입사광 대비 유효 반사광의 비율이 작아진다.
상기 스위치 기판(360)은 인쇄회로기판(380)과, 돔 시트(dome sheet, 370)를 포함한다.
상기 인쇄회로기판(380)은 그 상면 상에 형성된 복수의 도전성 접촉 부재 들(382)을 구비하며, 상기 각 접촉 부재(382)는 해당 돔(372)과 함께 스위치를 구성한다. 또한, 상기 각 스위치(382,372)는 해당 키버튼(324)과 상기 키패드 어셈블리(300)의 두께 방향으로 정렬된다.
상기 돔 시트(370)는 상기 인쇄회로기판(380)의 상면에 부착되고, 반구 형상을 갖는 복수의 도전성 돔들(372)을 구비하며, 상기 각 돔(372)은 해당 접촉 부재(382)를 완전히 덮는다.
사용자가 어느 한 키버튼(324)을 누르면, 상기 키버튼(324)의 아래에 위치하는 상기 키패드(310)의 부분이 상기 스위치 기판(360) 측으로 변형됨에 따라, 상기 변형된 부분에 속하는 해당 돌기(340)가 해당 돔(372)을 누르게 된다. 상기 눌려진 돔(372)이 해당 접촉 부재(382)와 전기적 접촉을 이룬다(결과적으로, 스위치 온(on)된다). 이러한 전기 접촉에 의해 발생되는 키신호를 감지함으로써, 사용자가 키버튼(324)을 누르는 것을 파악한다.
상기 돌기(340)가 고무 재질인 경우에는 상기 돌기(340)의 표면이 끈끈하므로, 상기 돔(372)이 상기 돌기(340)의 부착되기 쉽다. 따라서, 상기 각 돔(372)의 표면을 거칠게 처리하거나 슬립성을 갖도록 이형제 코팅 등을 할 수 있다. 또는, 본 실시예와 다르게, 상기 돌기(340)를 상기 도광판(330)에 형성하지 않고, 상기 돔(372)의 상단에 부착시킬 수도 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 키패드 어셈블리의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 키패드 어셈블리(400)는 키패드(410)와, 스위치 기판(450)과, 적어도 하나의 광원(480)를 포함한다. 상기 키패드(410)는 키시트(420)와, 도 광판(430)을 포함하고, 상기 키시트(420)는 필름(422)과, 복수의 키버튼(424)과, 복수의 돌기(426)를 포함하며, 상기 도광판(430)은 복수의 광추출 패턴(440)을 포함한다. 상기 키패드 어셈블리(400)는 도 3에 도시된 키패드 어셈블리(300)와 유사한 구성을 가지며, 단지 돌기(426)의 위치와 도광판(430)의 설치 형태에 있어서만 차이가 있으므로, 중복되는 설명은 생략하고 간략히 기술하기로 한다.
상기 필름(422)은 대체로 사각판의 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 그 상면 상에 배치된 복수의 키버튼(424)과, 그 하면 상에 배치된 복수의 돌기(426)를 구비한다. 상기 필름(422)은 탄성이 있어서, 상기 키버튼(424)이 사용자에 의해 눌려진 후 다시 원위치로 돌아가도록 한다. 즉, 상기 필름(422)은 자체 복원력이 있어서 변형 후 원형으로 복원되며, 상기 키버튼(424)의 작동 후 상기 키버튼(424)을 원위치로 복원시킨다.
상기 복수의 키버튼(424)은 상기 필름(422)의 상면 상에 배치되며, 상기 각 키버튼(424)은 접착제를 이용하여 상기 필름(422)의 상면에 부착되거나, 사출 성형 등을 통해 상기 필름(422)과 일체로 형성될 수 있다.
상기 복수의 돌기(426)는 상기 필름(422)의 하면 상에 형성된다.
상기 도광판(430)은 대체로 사각판의 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 상기 키시트(420)와 상기 스위치 기판(450)의 사이에 개재된다.
상기 광원(480)는 그 발광면이 상기 도광판(430)의 제1 측면과 대면하도록 인쇄회로기판(470)의 상면에 탑재된다. 상기 광원(480)로부터 출사된 광은 상기 도광판(430)의 제1 측면을 통해 그 내부로 결합한다.
상기 도광판(430)은 그 내부로 결합된 광을 도파시킨다. 상기 결합된 광은 상기 도광판(430)의 제1 측면에서 이와 반대편에 위치하는 제2 측면으로 진행한다. 이때, 상기 도광판(430)의 제1 측면은 상기 광원(480)으로부터 광이 결합되는 측면을 지칭한다. 상기 도광판(430)은 탄성(다르게 말하자면, 자체 복원력)이 있어서, 상기 키버튼(424)의 작동에 의한 변형 후 원형으로 복원된다.
상기 도광판(430)은 각각 상기 도광판(430) 내로 진행하는 광의 일부를 상기 도광판(430)의 외부로 추출함으로써 해당 키버튼(424)에 입사시키는 복수의 광추출 패턴(440)을 갖는다. 상기 각 광추출 패턴(440)은 해당 키버튼(424)과 상기 키패드 어셈블리(400)의 두께 방향으로 정렬된다. 상기 광추출 패턴(440)을 상기 도광판(430)의 하면이 아니라 상기 도광판(430)의 상면에 형성할 수도 있다.
상기 각 광추출 패턴(440)은 상기 도광판(430) 내로 진행하는 광의 일부를 상기 도광판(430)의 외부로 추출함으로써 해당 키버튼(424)에 입사시킨다. 도시된 바와 같이 상기 광추출 패턴들(440)이 상기 도광판(430)의 하면에 형성된 경우에, 상기 광추출 패턴들(440)은 각각 입사된 광의 적어도 일부를 해당 키버튼(424) 측으로 편향 반사한다. 필요에 따라, 상기 각 광추출 패턴(440)은 상기 도광판(430)의 상면에 형성될 수 있고, 이러한 경우에 상기 광추출 패턴들(440)은 각각 입사된 광을 해당 키버튼(424) 측으로 투과한다.
상기 스위치 기판(450)은 인쇄회로기판(470)과, 돔 시트(460)를 포함한다.
상기 인쇄회로기판(470)은 그 상면 상에 형성된 복수의 도전성 접촉 부재(472)를 구비하며, 상기 각 접촉 부재(472)는 해당 돔(462)과 함께 스위치를 구 성한다. 또한, 상기 각 스위치(462,472)는 해당 키버튼(424)과 상기 키패드 어셈블리(400)의 두께 방향으로 정렬된다.
상기 돔 시트(460)는 상기 인쇄회로기판(470)의 상면에 부착되고, 반구 형상을 갖는 복수의 도전성 돔들(462)을 구비하며, 상기 각 돔(462)은 해당 접촉 부재(472)를 완전히 덮는다.
사용자가 어느 한 키버튼(424)을 누르면, 상기 키버튼(424)의 아래에 위치하는 상기 키패드(410)의 부분이 상기 스위치 기판(450) 측으로 변형됨에 따라, 상기 변형된 부분에 속하는 해당 돌기(426)가 상기 도광판(430)을 개재하여 해당 돔(462)을 누르게 된다. 상기 눌려진 돔(462)은 해당 접촉 부재(472)와 전기적 접촉을 이룬다(결과적으로, 스위치 온(on)된다).
전술한 제1 및 제2 실시예 각각에 있어서, 키패드 어셈블리의 조명 휘도는 도광판의 두께, 광원과 도광판 사이의 거리(간격), 광원의 휘도, 광추출 패턴의 형상, 크기 및 간격, 키버튼의 인쇄 방식, 도광판의 굴절률 등에 영향을 받으며, 그 중에서 도광판의 두께와 광원 및 도광판의 간격에 의해 크게 좌우된다.
이하 제2 실시예를 기준으로, 최적 휘도를 얻기 위한 도광판(430)의 두께 범위와 광원(480)과 도광판(430) 간격 범위를 제공하며, 이러한 범위들은 제1 실시예에도 적용 가능하다.
먼저, 도광판(430)의 두께와 광원(480)과 도광판(430) 간격을 정함에 있어서, 미리 주어지는 값들은 아래와 같고, 이러한 값들이 조명 휘도에 미치는 영향은 미미하므로, 이러한 값들의 설정은 설계 사항에 속한다.
각 광추출 패턴(440)은 복수의 반구체들로 구성되고, 각 반구체는 0.03㎜의 지름을 갖고, 반구체들간의 간격은 0.06㎜이다. 상기 각 광추출 패턴(440)은 다양한 형태의 멤버들로 구성될 수 있으나, 반구체는 저렴한 제조 방식인 열압착 방식 또는 레이저 식각 방식에 의해 용이하게 형성될 수 있다.
각 키버튼(424)은 백색 또는 회색 인쇄 처리될 수 있고, 0.2㎜~2㎜의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 백색 인쇄 처리되고, 0.2㎜의 두께를 갖는다.
광원(480)은 1200mcd~1600mcd의 휘도, 100°~130°의 방사각, 0.4㎜~0.6㎜의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 1400mcd의 휘도, 120°의 방사각, 0.6㎜의 두께를 갖는다. 이때, 광원(480)의 두께는 그 발광면의 높이와 동일한 것으로 간주하며, 양자가 상이한 경우에 후자를 기준으로 한다. 또한, 광원(480)과 도광판(430)은 그 두께 방향에 있어서 그 중심들이 서로 일치하도록 정렬된다.
상기 도광판(430)은 1.4~1.6의 굴절률을 가질 수 있으며, 바람직하게는 1.58(폴리카보네이트의 굴절률)의 굴절률을 갖는다.
도 5는 도광판(430)의 두께와, 광원(480) 및 도광판(430) 간격과, 조명 휘도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 조명 휘도는 상기 도광판(430)의 두께가 증가할수록 증가하고, 상기 광원(480) 및 도광판(430) 간격이 감소할수록 증가한다.
도 6은 도광판(430)의 두께와, 광원(480) 및 도광판(430) 간격과, 조명 휘도의 관계를 나타내는 등고선도이다. 도시된 바와 같이, 조명 휘도가 높을수록 도광판(430)의 두께와 광원(480) 및 도광판(430) 간격의 조합 선택의 폭이 좁아진다.
도광판(430) 및 광원(480) 간격이 작을수록 조명 휘도가 증가하므로, 상기 간격의 하한값을 0으로 설정할 수도 있다. 하지만, 상기 간격을 작게 하기 위해서는 광원(480)과 도광판(430)의 정렬을 매우 정밀하게 해야 하므로 비용 상승 및 제작 시간이 길어지는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 상기 간격은 조명 휘도의 하한값을 보장할 수 있는 범위 내에서 최대한 크게 설정하는 것이 바람직하다. 상기 조명 휘도의 하한값은 1 nit로 보는 것이 통상적이다. 이는 도 2에 도시된 바와 같은 전계발광 시트(260)를 이용한 키패드 어셈블리(200)에 대해 업계에서 통상적으로 제안하는 하한값이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 조명 휘도의 하한값을 1nit 이상으로 보장할 수 있는 도광판(430) 및 광원(480) 간격은 0.75㎜ 정도이다. 이러한 키패드 어셈블리의 제조 업계에서 통상적으로 인정되는 최대 공차도 0.5㎜ 정도에 불과하므로 0.75㎜ 정도로 상기 간격을 설정하면, 조명 휘도의 하한값을 보장함과 동시에 공정 불량률도 최소화할 수 있다. 예를 들어, 광원(480)을 인쇄회로기판(470)에 탑재하는 과정에서 발생하는 위치 공차, 도광판(430)을 제단하는 과정에서 발생하는 공차, 도광판(430)과 광원(480)을 위치 정렬하는 과정에서 발생하는 공차 등을 고려할 때, 발생할 수 있는 최대 공차가 약 0.5㎜ 정도이고, 0.75㎜의 간격에서도 1nit 이상의 조명이 보장되므로, 0.75㎜를 상기 간격의 상한값으로 할 수 있다. 따라서, 상기 도광판(430) 및 광원(480)의 간격은 조명 휘도의 최대화와 제조 공정상의 불량률을 최소화할 수 있는 범위인 0㎜~0.75㎜로 한정할 수 있고, 바람직하게는 0㎜~0.5㎜의 범위로 한정할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도광판(430)의 두께가 증가할수록 조명 휘도가 증 가하지만, 이는 키패드 어셈블리(400)의 전체 두께를 증가시키는 결과를 가져오므로, 최근의 휴대용 단말기의 슬림화 요구에 맞추어 그 범위가 제한되어야 한다. 또한, 도광판(430)의 두께가 일정값을 초과하면 휘도의 증가가 둔화된다. 따라서 일정값을 초과하는 도광판(430)의 두께는 키패드 어셈블리(400)의 두께 증가만을 유발할 뿐 조명 휘도에는 크게 기여하지 못하므로, 도광판(430)의 두께에 대한 적절한 제한이 필요하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도광판(430)의 두께가 대략 0.4㎜~0.6㎜ 정도에 이르렀을 때, 휘도의 증가가 현저히 둔화된다. 또한, 도광판(430)의 두께가 일정값을 초과하면, 오히려 조명 휘도가 저하되는 현상이 발생한다. 예를 들어, 도광판(430) 및 광원(480)의 간격이 0㎜인 경우에 있어서, 도광판(430)의 두께가 0.6㎜를 초과하면 조명 휘도가 저하되는 것을 알 수 있다. 이는, 전술한 바와 같이, 상기 광원(480)이 0.6㎜의 두께를 가지므로, 도광판(430)의 두께가 0.6㎜를 초과하면, 광결합 효율이 일정해지고, 광손실이 증가하기 때문이다. 따라서, 사용하는 광원(480)의 두께 이상으로 도광판(430)의 두께를 설정할 필요가 없음을 알 수 있다.
이상 광원(480)와 도광판(430)의 관계에 대해 살펴보았고, 이하 상기 도광판(430)의 두께에 영향을 미치는 클릭감에 대해 살펴보기로 한다.
전술한 바와 같이, 키버튼(424)의 조작에 의해 스위치(462,472)가 작동되어야 하므로, 상기 스위치(462,472)와 키버튼(424) 사이에 위치하는 도광판(430)은 탄성을 가져서 키버튼(424)의 조작에 따라 쉽게 변형되고 복원될 수 있어야 한다. 이러한 성능, 즉 키버튼(424) 누름이 쉽게 이루어지는 정도를 통상 클릭감이라 표 현하는데, 이는 도광판(430)의 재질과 두께에 따라 달라지게 된다.
도 7은 키버튼(424)의 조작에 따른 스위치(462,472) 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 키버튼(424)에 가해지는 압력 곡선(510)과 상기 키버튼(424)에 미치는 반발력 곡선(520)을 나타내는 그래프이다.
키버튼(424)의 조작(즉, 사용자가 키버튼(424)을 누름)에 의해 키시트(420)의 해당 부분이 하측으로 변형되면서 상기 키버튼(424)과 정렬되어 있는 돌기(426)가 상기 도광판(430)을 누르게 된다. 상기 도광판(430)이 이러한 압력에 의해 하측으로 변형됨과 동시에 상기 키버튼(424)과 정렬되어 있는 돔(462)이 하측으로 변형된다. 이러한 변형들은 상기 돔(462)이 접촉 부재(472)에 밀착되어 더이상 변형될 수 없는 시점(TB)까지 이루어진다. 상기 시점 이후에 사용자가 키버튼(424)에서 손을 떼면, 도 8에서의 시간축을 기준으로, 이러한 압력의 변화 양상에 대한 역의 양상으로 키버튼(424)에 힘이 가해진다.
도 8에 도시된 바와 같이, 사용자가 키버튼(424)에 가하는 압력은 0~TA 구간에서 비선형적으로 증가하고, TA~TB 구간에서 감소하며, TB 이후의 구간에서 선형적으로 증가한다. TB 이후의 구간은 사용자가 키버튼(424)에 계속 압력을 가하는 것을 나타낸다.
도 8에서, 0~TB 구간에서 키버튼(424)에 가해지는 최대 압력을 동작력이라고 칭하고, TB 시점에서의 반발력을 복원력이라고 칭한다. 통상적으로, 클릭감은 동작 력과 복원력의 비로 표현한다. 클릭감이 클수록 사용자는 클릭이 확실 및 용이하게 이루어진 것으로 인식하게 된다. 동작력과 복원력은 도광판(430)의 휨강도와 관계된다. 즉, 도광판(430)의 휨강도가 높을수록 쉽게 변형이 이루어지지 않으므로, 클릭 동작이 이루어지기 어렵다. 다시 말해서, 사용자 입장에서 클릭 동작을 하는데 힘이 들게 된다.
하기 <표 1>은 다양한 키패드 어셈블리 구조에 있어서 동작력 및 클릭감을 비교한 것이다.
동작력(gf) 클릭감(%)
돔 시트 177.80 45.86
도 2의 구성 191.20 36.98
도 4의 구성(125㎛) 189.04 40.91
도 4의 구성(178㎛) 204.36 32.28
상기 <표 1>에 있어서, 도광판(430)의 두께가 125㎛, 178㎛인 경우들을 비교하였고, 도광판(430)의 재질은 폴리카보네이트이다.
도광판(430)을 사용한 경우에, 도광판(430)의 두께가 클수록 클릭감이 감소함을 볼 수 있다. 또한, 실험적으로 도광판(430)의 두께가 0.3㎜ 이하인 경우에 양호한 클릭감이 유지됨을 확인할 수 있다. 따라서, 폴리카보네이트 재질의 도광판(430)의 경우에, 그 두께의 상한값은 클릭감을 고려할 때 0.3㎜로 제한하는 것이 바람직하다.
PMMA는 폴리카보네이트보다 휨강도가 크기 때문에 보다 얇은 두께에서 양호한 클릭감이 보장되며, 실험적으로 0.2㎜ 이하인 경우에 양호한 클릭감이 유지된다.
실리콘과 폴리우레탄은 고무 계열의 재질로서 폴리카보네이트, PMMA 등과 같은 플라스틱 계열의 재질에 비해 휨강도가 수십~수백배 크므로 매우 두꺼워도 양호한 클릭감이 유지된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 광원(480)의 두께 이상에서는 조명 휘도의 증가가 둔화되므로 이보다 큰 두께는 바람직하지 못하다. 또한, 이보다 큰 두께에서는 광원(480)의 중심과 도광판(430)의 중심이 일치하지 않는 경우가 발생하여 휘도가 감소할 수 있다. 따라서, 전술한 재질들에 대해 도광판(430)의 최대 두께는 0.6㎜로 제함하는 것이 바람직하다. 도광판(430)의 최소 두께는 조명 휘도에 의해 제한된다. 즉, 도광판(430)의 두께가 얇으면 광결합 효율이 저하되어 조명 휘도가 감소되므로 기준 휘도 이상의 휘도를 보장할 수 있는 두께 제한이 존재하게 된다. 통상적으로, 키버튼의 문자가 인식 가능한 기준 휘도는 1nit 이다. 이는, 도 2에 도시된 전계발광 시트(260)를 이용한 키패드 어셈블리(200)에 있어서 요구되는 기준 휘도이다.
이러한 기준 휘도를 보장하는 도광판(430)의 최소 두께는 0.03㎜ 정도로 파악된다.
따라서, 전술한 바와 같은 양호한 클릭감 및 기준 휘도를 보장하는 도광판(430)의 두께는 실리콘, 폴리우레탄과 같은 고무 계열의 재질인 경우에 0.03㎜~0.6㎜이고, 폴리카보네이트, PMMA와 같은 플라스틱 계열의 재질인 경우에 0.03㎜~0.2㎜이다. 도광판(430)의 제작 공정에 있어서 매우 얇은 도광판(430)은 그 공정이 까다롭고 조립의 어려움 등으로 의해 가격 상승의 요인이 될 수 있으므로, 고무 계열의 재질인 경우에 0.03㎜~0.6㎜로 제한하고, 플라스틱 계열의 재질인 경우에 0.03㎜~0.2㎜로 제한하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 키패드 어셈블리는 도광판과 소수의 광원을 사용하여 밝고 균일한 조명을 얻을 수 있음과 동시에 가격이 저렴해지고 전력 소비가 감소하는 이점을 갖는다.
또한, 상기 키패드 어셈블리는 도광판의 두께 및/또는 도광판 및 광원 사이의 거리를 제한함으로써 높은 조명 휘도와, 제작 공정 상에서 발생하는 불량률의 최소화와, 슬림화를 얻을 수 있다는 이점이 있다.

Claims (13)

  1. 키패드 어셈블리에 있어서,
    그 내부로 광이 진행하는 도광판과;
    상기 도광판에 제공되며, 상기 도광판 내로 진행하는 광을 상기 도광판의 외부로 출사하기 위한 적어도 하나의 광추출 패턴과;
    적어도 하나의 스위치를 구비하는 스위치 기판;
    상기 도광판의 내부로 광을 결합시키기 위한 적어도 하나의 광원을 포함하며,
    상기 도광판의 두께는 0.03㎜~0.6㎜인 것을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도광판 및 광원의 간격은 0.75㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도광판은 플라스틱 계열의 재질로 이루어지고, 0.03㎜~0.2㎜의 두께를 가짐을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도광판은 고무 계열의 재질로 이루어지고, 0.3㎜~0.4㎜의 두께를 가짐을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도광판 및 광원의 간격은 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    키버튼과, 그 상면 상에 상기 키버튼이 형성된 필름을 포함하는 키시트를 더 포함함을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 필름과 상기 도광판의 사이에 공기층이 유지됨을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 필름은 상기 도광판의 상면에 부착됨을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도광판은 그 하면 상에 형성된 적어도 하나의 돌기를 더 포함함을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광추출 패턴은 상기 도광판의 하면 상에 형성되며, 상기 돌기의 주변에 형성됨을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 도광판의 일측 가장자리 부분은 상기 스위치 기판의 상면까지 연장되도록 구부려짐을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 도광판은 외부 압력에 의한 변형 후 원형태로 복원됨을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 키시트는 상기 필름의 하면 상에 형성된 적어도 하나의 돌기를 더 포함함을 특징으로 하는 키패드 어셈블리.
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