KR101877503B1 - 복합 소자 및 이를 구비하는 전자기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부에 소정의 공간이 마련된 프레임; 상기 프레임 내부에 마련되며 진동을 발생시키는 진동 부재; 및 상기 프레임 내부에 마련되며 음향을 발생시키는 스피커를 포함하는 복합 소자 및 이를 구비하는 전자기기를 제시한다.
Description
본 발명은 복합 소자에 관한 것으로, 특히 서로 다른 적어도 둘 이상의 기능부가 복합된 복합 소자 및 이를 구비하는 전자기기에 관한 것이다.
디스플레이를 채용하는 전자기기, 예컨데 스마트폰 등은 터치 스크린을 채용하며, 이러한 전자기기 시장의 성장으로 인해 터치 스크린 패널이 적용되는 제품이 증가하며 시장이 빠르게 성장하고 있다.
또한, 전자기기는 다기능의 방향으로 제품이 개발되고 있다. 따라서, 전자기기 내에 서로 다른 두개 이상의 부품이 포함될 수 있다. 예를 들어, 전자기기로부터의 음향을 출력하는 스피커와 터치 스크린의 터치에 따라 피드백을 제공하는 진동 발생 장치가 필요하게 된다.
진동 발생 장치는 터치 스크린에 적용되어 사용자의 터치 입력에 대한 피드백 진동을 사용자가 즉각적으로 인지할 수 있도록 한다. 즉, 터치 스크린 장치에 구비되는 진동 발생 장치는 사용자의 터치에 진동으로서 반응하는 촉각 피드백(haptic feedback) 수단으로서 이용될 수 있다. 촉각 피드백이란 물체를 만질 때 사용자의 핑커팁(손가락 끝 또는 스타일러스 펜)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각을 말한다. 촉각 피드백 수단은 가상의 물체(예를 들어, 터치 스크린의 버튼 표시)를 사람이 만졌을 때 실제의 물체(실제의 버튼)를 만지는 것과 같은 응답성으로 동적 특성(버튼을 누를 때 손가락으로 전달되는 진동, 촉감과 동작음 등)을 재생할 수 있는 것이 가장 이상적이라 할 수 있다. 따라서, 진동 발생 장치는 사람이 촉각을 통해 진동을 인지할 수 있는 충분한 진동력을 제공할 필요가 있다. 이러한 터치 스크린 장치에 적용되는 진동 발생 장치는 진동 모터, 리니어 모터 등을 이용할 수도 있고, 압전 진동 장치를 이용할 수도 있다.
또한, 전자기기로부터 발생되는 음향을 출력하기 위해 스피커가 마련될 수 있다. 스피커는 다이나믹 스피커를 이용할 수도 있으며, 압전 스피커를 이용할 수도 있다.
그런데, 전자기기 내에 서로 다른 기능을 하는 적어도 둘 이상의 소자가 마련되므로 실장 면적이 증가하게 된다. 즉, 전자기기의 사이즈 축소에 따라 적어도 둘 이상의 소자가 마련되어 실장 면적이 증가하게 되고, 그에 따라 전자기기의 소형화에 대응할 수 없게 된다.
본 발명은 서로 다른 적어도 둘 이상의 기능이 복합화된 복합 소자를 제공한다.
본 발명은 스피커와 진동 부재가 하나로 복합화된 복합 소자를 제공한다.
본 발명의 상기 복합 소자를 구비하는 전자기기를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 복합 소자는 내부에 소정의 공간이 마련된 프레임; 상기 프레임 내부에 마련되며 진동을 발생시키는 진동 부재; 및 상기 프레임 내부에 마련되며 음향을 발생시키는 스피커를 포함한다.
상기 진동 부재는 압전 진동 부재를 포함하고, 상기 스피커는 압전 스피커를 포함한다.
상기 프레임은 상부, 측부 및 하부를 각각 커버하는 제 1, 제 2 및 제 3 커버를 포함하고, 상기 제 2 커버는 내측으로 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함한다.
상기 압전 진동 부재와 압전 스피커가 상기 돌출부를 사이에 두고 이격되어 마련된다.
상기 압전 진동 부재는 제 1 진동판과, 상기 제 1 진동판의 일면에 마련된 제 1 압전판을 포함하고, 상기 제 1 진동판은 적어도 일부가 상기 돌출부 상에 마련된다.
상기 압전 진동 부재는 상기 제 1 진동판의 타면과 제 1 커버 사이에 마련된 연결 부재를 더 포함하고, 상기 제 1 커버가 상기 압전 진동 부재의 중량체로 이용된다.
상기 압전 진동 부재와 상기 압전 스피커가 접촉되어 마련된다.
상기 압전 진동 부재는 상기 제 1 진동판의 타면과 상기 압전 스피커 사이에 마련된 연결 부재를 더 포함하고, 상기 압전 스피커가 상기 압전 진동 부재의 중량체로 이용된다.
상기 압전 스피커는 제 2 진동판과, 상기 제 2 진동판의 일면 상에 마련된 제 2 압전판과, 상기 제 2 압전판과 이격되어 상기 제 2 진동판의 일면 상에 마련된 PCB와, 상기 PCB 상에 마련된 덮개 부재를 포함한다.
상기 제 1 진동판과 상기 제 2 진동판은 서로 다른 재질로 마련되고 상기 제 1 진동판이 상기 제 2 진동판보다 두껍다.
상기 제 1 압전판과 상기 제 2 압전판은 동일 구조 및 재질로 마련되고 상기 제 1 압전판이 상기 제 2 압전판보다 두껍다.
상기 압전 진동 부재 및 상기 압전 스피커 중 적어도 하나의 적어도 일부에 형성된 방수층을 더 포함한다.
상기 프레임 내부 또는 외부에 마련된 압력 센서를 더 포함한다.
상기 압력 센서는 제 1 및 제 2 전극층과, 상기 제 1 및 제 2 전극층 사이에 마련된 압전층 또는 유전층을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 전자기기는 케이스; 상기 케이스 내부의 상측에 마련된 윈도우; 상기 케이스 내부에 마련되며 상기 윈도우를 통해 영상을 표시하는 표시부; 및 상기 케이스 내부에 마련되며, 적어도 둘 이상의 기능을 하는 복합 소자를 포함하며, 상기 복합 소자는, 내부에 소정의 공간이 마련된 프레임과, 상기 프레임 내부에 마련되며 진동을 발생시키는 진동 부재와, 상기 프레임 내부에 마련되며 음향을 발생시키는 스피커를 포함한다.
상기 진동 부재와 스피커는 이격되어 마련되며, 상기 프레임의 일부가 상기 진동 부재의 중량체로 이용된다.
상기 진동 부재와 스피커는 접촉되어 마련되며, 상기 스피커가 상기 진동 부재의 중량체로 이용된다.
상기 프레임의 내부 또는 외부에 마련된 압력 센서를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면 서로 다른 적어도 둘 이상의 기능이 복합화되어 복합 소자가 구현될 수 있다. 즉, 음향을 출력하는 스피커와 촉각 피드백을 제공하는 진동 부재가 하나로 복합화되어 복합 소자를 구현할 수 있다. 또한, 스피커 및 진동 부재에 더하여 압력 센서가 더 복합화되어 복합 소자를 구현할 수 있다. 이러한 복합 소자를 전자기기에 적용함으로써 전자기기 내의 실장 면적을 줄일 수 있고, 그에 따라 전자기기의 소형화에 빠르게 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 복합 소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 소자의 제 1 진동판의 평면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 복합 소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 복합 소자의 단면도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 복합 소자를 구성하는 압력 센서의 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 소자를 구비하는 전자기기의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 소자의 제 1 진동판의 평면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 복합 소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 복합 소자의 단면도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 복합 소자를 구성하는 압력 센서의 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 소자를 구비하는 전자기기의 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 복합 소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 복합 소자는 서로 다른 기능을 하는 적어도 둘 이상의 기능부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프레임(100)과, 프레임(100) 내에 마련되며 서로 다른 기능을 하는 제 1 및 제 2 부품을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 부품은 각각 촉각 피드백을 제공하는 압전 진동 부재와 음향을 출력하는 압전 스피커를 포함할 수 있다. 이하 본 발명의 제 1 실시 예의 설명은 압전 진동 부재(200)와 압전 스피커(300)가 복합된 복합 소자의 경우를 설명한다.
1. 프레임
프레임(100)은 내부에 소정의 공간이 마련되도록 하며, 상부를 커버하는 제 1 커버(110)와, 측면을 커버하는 제 2 커버(120)와, 하부를 커버하는 제 3 커버(130)를 포함할 수 있다. 즉, 프레임(100)은 상부, 하부 및 이들 사이의 측부를 커버하여 내부에 소정의 공간이 마련되도록 할 수 있다.
제 1 커버(110)는 복합 소자의 상면을 커버하도록 마련된다. 또한, 제 1 커버(110)의 하측에는 압전 진동 부재(200)가 위치할 수 있다. 이러한 제 1 커버(110)는 소정의 두께를 가지며 평판 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 제 1 커버(110)는 복합 소자의 형태에 따라 대략 직사각형의 형상을 가질 수 있다. 그러나, 제 1 커버(110)는 복합 소자의 형태에 따라 원형, 정사각형, 다각형 등 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 제 1 커버(110)는 예를 들어 1.97×104∼0.72×106㎏/㎠의 탄성 계수를 가질 수 있다. 제 1 커버(110)는 이러한 탄성 계수를 갖는 다양한 재질을 이용하여 형성될 수 있는데, 예를 들어 인청동, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 플라스틱 등이 이용될 수 있다. 또한, 제 1 커버(110)는 철과 니켈의 합금(63.5Fe, 36Ni, 0.5Mn), 즉 인바(INVAR)를 이용할 수도 있다. 이러한 제 1 커버(110)는 예를 들어 0.1㎜∼1㎜의 두께로 형성될 수 있다. 한편, 제 1 커버(110)는 연결 부재(230)를 통해 압전 진동 부재(200)에 연결되고 연결 부재(230)를 통해 압전 진동 부재(200)에 중량을 제공하여 압전 진동 부재(200)의 진동력을 증대시키는 중량체의 역할을 할 수 있다.
제 2 커버(120)는 복합 소자의 측면을 커버한다. 이러한 제 2 커버(120)는 제 1 및 제 3 커버(110, 130) 사이에 마련되며, 제 1 및 제 3 커버(110, 130)와 직교하도록, 즉 수직하도록 마련될 수 있다. 이때, 제 2 커버(120)는 압전 진동 부재(200)와 압전 스피커(300)가 마련되는 공간을 분리하고, 압전 진동 부재(200)와 압전 스피커(300)가 지지되도록 한다. 이러한 제 2 커버(120)는 제 1 및 제 3 커버(110, 130) 사이에 수직하게 마련된 수직부(121)와, 수직부(121)의 소정 영역으로부터 내측으로 돌출된 돌출부(122)를 포함할 수 있다. 제 2 커버(120)의 수직부(121)와 돌출부(122)는 동일 두께로 형성될 수도 있고, 다른 두께로 형성될 수도 있는데, 수직부(121)가 돌출부(122)보다 두껍게 마련될 수 있다. 또한, 돌출부(122)는 압전 진동 부재(200)와 압전 스피커(300) 사이의 간격에 따라 그 두께가 조절될 수 있다. 이렇게 제 2 커버(120)가 내측으로 돌출되도록 돌출부(122)가 형성되고, 돌출부(122)의 일면 및 타면에 압전 진동 부재(200) 및 압전 스피커(300)가 지지된다. 이러한 제 2 커버(120)는 수직부(121)가 복합 소자의 형상을 따라 대략 직사각형 또는 원형의 틀 형상으로 마련되고, 돌출부(122)는 수직부의 적어도 두 영역에서 돌출되도록 마련될 수 있다. 즉, 수직부(121)가 중앙부로 개구가 형성되고 외측 테두리를 둘러싸도록 마련되고, 돌출부(122)는 수직부(121) 내측 둘레를 따라 전체적으로 형성될 수도 있고 적어도 둘 이상 소정 간격 이격되어 형성될 수도 있다. 이러한 제 2 커버(120)는 탄성 계수에 따라 다양한 재질이 이용될 수 있다. 예를 들어, 1.97×104∼0.72×106㎏/㎠의 탄성 계수를 가질 수 있으며, 이러한 탄성 계수를 갖는 인청동, 스테인레스 스틸, 인바(INVAR) 등으로 제작될 수 있다. 이러한 제 2 커버(120)는 복합 소자의 외관을 형성하며, 충격에 의해 압전 진동 부재(200) 및 압전 스피커(300)가 이탈하거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 제 2 커버(120)는 적어도 일 영역이 절개 또는 개방되고 해당 영역으로 배선부(미도시)가 유입될 수 있다. 또한, 제 2 커버(120)는 수직부(121) 내측으로 일측으로부터 압전 진동 부재(200)가 삽입되고 타측으로부터 압전 스피커(300)가 삽입될 수 있다. 따라서, 압전 진동 부재(200) 및 압전 스피커(300)의 삽입 및 정렬을 용이하게 하기 위해 수직부(121)의 소정 영역에는 가이드 핀 또는 가이드 홈이 형성될 수 있다. 예를 들어, 수직부(121)의 상측 및 하측에 소정의 홈이 형성되고 제 1 및 제 3 커버(110, 130)의 이에 대응되는 부분에 돌출부가 형성되어 돌출부가 홈에 체결되도록 함으로써 제 2 커버(120) 내측으로 압전 진동 부재(200) 및 압전 스피커(300)가 용이하게 체결되도록 한다. 한편, 제 1 및 제 3 커버(110, 130)는 제 2 커버(120)의 수직부(121) 내측에 접촉되어 마련되거나 적어도 하나가 이격되어 마련될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 3 커버(110, 130)가 안착되도록 수직부(121)이 내측으로 또다른 돌출부(미도시)가 형성될 수 있고, 제 1 및 제 3 커버(110, 130)의 측면이 수직부(121)의 내측면과 접착제에 의해 접착될 수 있다. 한편, 제 1 커버(110)는 압전 진동 부재(200)의 중량체로 작용할 수 있으므로 제 2 커버(120)에 접착되거나 고정되지 않고 제 2 커버(120)의 적어도 일 영역에 지지될 수도 있다.
제 3 커버(130)은 제 1 커버(110)와 대향되어 제 2 커버(120)의 하측에 마련된다. 즉, 제 3 커버(130)는 복합 소자의 하면을 커버하도록 마련된다. 이러한 제 3 커버(130)는 소정의 두께를 가지며 평판 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 제 3 커버(130)는 복합 소자의 형태에 따라 대략 직사각형, 원형, 정사각형, 다각형 등 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 제 3 커버(130)는 예를 들어 1.97×104∼0.72×106㎏/㎠의 탄성 계수를 가질 수 있으며, 인청동, 스테인레스 스틸, 인바(INVAR) 등으로 제작될 수 있다. 또한, 제 3 커버(130)는 0.1㎜∼0.4㎜의 두께로 형성될 수 있다. 여기서, 제 3 커버(130)는 제 2 커버(110)보다 얇게 형성될 수 있고, 제 1 커버(110)와 동일 두께로 형성될 수도 있다. 또한, 제 3 커버(130)는 제 1 커버(110)와 동일 형상으로 형성될 수도 있다. 그러나, 제 3 커버(130)는 제 1 커버(110)와 다른 두께로 형성될 수도 있고 다른 형상으로 형성될 수도 있다.
상기한 바와 같이 제 1 커버(110)에 의해 상측이 커버되고, 제 2 커버(120)에 의해 측면이 커버되며, 제 3 커버(130)에 의해 하측이 커버되어 프레임(100)은 내부에 소정의 공간이 마련된다. 한편, 제 1 커버(110)는 압전 진동 부재(200)의 중량체로 이용될 수 있으므로 제 3 커버(130)에 비해 두껍거나 무겁게 마련될 수 있다.
2. 압전 진동 부재
압전 진동 부재(200)는 프레임(100) 내부의 공간 내에 마련되며, 제 1 압전판(210)과, 제 1 압전판(210)의 일면 상에 마련된 제 1 진동판(220)과, 제 1 진동판(220)의 일면 상에 마련된 연결 부재(230)를 포함할 수 있다.
제 1 압전판(210)은 소정의 두께를 갖는 예를 들어 직사각형의 판 형상으로 마련될 수 있다. 물론, 제 1 압전판(210)은 직사각형 뿐만 아니라 원형, 정사각형, 다각형 등 다양한 형상으로 마련될 수도 있다. 즉, 제 1 압전판(210)은 복합 소자의 형태에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다. 이러한 제 1 압전판(210)은 기판과, 기판이 적어도 일면에 형성된 압전층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 압전판(210)은 기판의 양면에 압전층이 형성된 바이모프 타입으로 형성될 수도 있고, 기판의 일면에 압전층이 형성된 유니모프 타입으로 형성될 수도 있다. 압전층은 적어도 일층이 적층 형성될 수 있는데, 바람직하게는 복수의 압전층이 적층 형성될 수 있다. 또한, 압전층의 상부 및 하부에는 각각 전극이 형성될 수 있다. 즉, 복수의 압전층과 복수의 전극이 교대로 적층되어 제 1 압전판(210)이 구현될 수 있다. 여기서, 압전층은 예를 들어 PZT(Pb, Zr, Ti), NKN(Na, K, Nb), BNT(Bi, Na, Ti), 폴리머 계열의 압전 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 압전층은 서로 다른 방향 또는 동일 방향으로 분극되어 적층 형성될 수 있다. 즉, 기판의 일면 상에 복수의 압전층이 형성되는 경우 각 압전층은 서로 반대 방향 또는 동일 방향의 분극이 교대로 형성될 수 있다. 한편, 기판은 압전층이 적층된 구조를 유지하면서 진동이 발생할 수 있는 특성을 갖는 물질을 이용할 수 있는데, 예를 들어 금속, 플라스틱 등을 이용할 수 있다. 그런데, 제 1 압전판(210)은 압전층과 기판을 이용하지 않을 수 있는데, 예를 들어 중심부에 분극되지 않은 압전층이 마련되고 그 상부 및 하부에 서로 다른 방향으로 분극된 복수의 압전층이 적층되어 제 1 압전판(210)이 형성될 수 있다.
제 1 진동판(220)은 적어도 일부가 프레임(100)에 고정될 수 있다. 즉, 제 1 진동판(220)은 가장자리의 소정 폭이 프레임(100)의 제 2 커버(120)의 돌출부 상에 고정될 수 있다. 따라서, 제 1 진동판(220)은 가장자리가 돌출부 상에 고정되어 나사를 이용하여 체결되거나 접착제를 이용하여 접착될 수 있다. 그런데, 압전 진동 부재(200)가 제작된 후 프레임(100) 내에 고정될 수 있으므로 제 1 진동판(220)은 접착제를 이용하여 고정될 수 있다. 그러나, 제 1 진동판(220)이 나사를 이용하여 체결됨으로써 큰 진동이나 충격 또는 고온으로 인한 열충격에도 견고하게 고정될 수 있다. 이렇게 제 1 진동판(220)이 프레임(100)에 고정되고 제 1 압전판(210)은 프레임(100)의 제 1 커버(110)와 대면하지 않는 제 1 진동판(220)의 일면에 마련될 수 있다. 예를 들어, 제 1 진동판(220)이 돌출부의 상면에 고정되고 제 1 압전판(210)은 돌출부 사이 영역의 제 1 진동판(220) 하면에 부착될 수 있다. 물론, 압전판(310)은 프레임(100)의 제 1 커버(110)와 대면하는 제 1 진동판(220)의 타면에 접착제를 이용하여 접착될 수도 있다. 이러한 진동판(320)은 금속, 플라스틱 등을 이용하여 제작할 수 있고, 서로 다른 이종의 소재를 적층하여 적어도 2중 구조를 이용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 진동판(220)은 인청동, 스테인레스, 인바(INVAR) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 진동판(220)은 1.97×104∼0.72×106㎏/㎠의 탄성 계수를 가질 수 있다. 이때, 제 1 압전판(210)는 제 1 진동판(220)보다 작게 마련될 수 있다. 또한, 제 1 진동판(220)은 제 1 압전판(210)과 접착된 영역 이외의 소정 영역이 굴곡지게 형성될 수도 있다. 즉, 제 1 압전판(210)와 접착된 영역 외측의 제 1 진동판(220)은 소정의 굴곡, 예를 들어 하측으로 구부러진 후 다시 상측으로 구부러진 형상을 가질 수 있다. 또한, 굴곡 영역의 외측으로 다시 평탄하게 형성되고, 이 영역이 프레임(100)에 접촉될 수 있다. 다시 말하면, 제 1 진동판(220)은 제 1 압전판(210)과 접촉되는 제 1 영역 및 프레임(100)과 접촉되는 제 2 영역은 평판 형상으로 마련되고, 제 1 및 제 2 영역 사이에는 굴곡진 제 3 영역이 마련되어 제작될 수 있다.
한편, 제 1 진동판(220)은 도 2에 도시된 바와 같이 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 예를 들어 소정 두께를 갖는 직사각형의 판 형상으로 마련될 수 있고, 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 서로 대향되는 두 변의 소정 영역, 예를 들어 단변의 중앙부에 적어도 하나 이상의 오목부(221) 또는 볼록부(222)가 형성될 수 있다. 이때, 제 1 진동판(220)의 오목부(221) 또는 볼록부(222)에 대응하여 프레임(100)의 제 2 커버(120)의 수직부(121) 내측에는 볼록부 또는 오목부가 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 진동판(220)의 오목부(221) 또는 볼록부(222)가 이에 대응하여 수직부(121) 내측의 볼록부 또는 오목부에 체결되어 프레임(100) 내에 삽입됨으로써 제 1 진동판(220)의 정렬을 더욱 용이하게 할 수 있고, 그에 따라 공정 마진을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 진동판(220)은 도 2의 (d) 및 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이 적어도 하나 이상의 개구(223)가 형성될 수 있다. 개구(223)는 제 1 진동판(220)의 길이가 긴 장변 방향을 따라 제 1 진동판(220)의 적어도 하나의 영역을 제거 또는 절개함으로써 형성될 수 있다. 이렇게 제 1 진동판(220)에 적어도 하나의 개구(223)이 형성됨으로써 제 1 압전판(210)은 적어도 일 영역이 제 1 진동판(220)에 부착되지 않고 개구(223) 상에 마련된다. 즉, 제 1 진동판(220)은 적어도 일부가 제 1 압전판(210)과 접촉되고 나머지 일부가 제 1 압전판(210)과 접촉되지 않는다. 물론, 제 1 진동판(220)은 서로 분리된 적어도 둘 이상으로 마련될 수 있고, 제 1 압전판(210)은 하나 마련되어 이들을 포함하여 부착될 수도 있다. 한편, 제 1 진동판(220)은 도 2의 (f)에 도시된 바와 같이 가장자리를 따라 복수의 홀(224)이 형성될 수 있다. 복수의 홀(224)은 제 1 진동판(220)의 나사 체결을 위해 마련될 수 있다. 즉, 복수의 홀(224)을 통해 나사 또는 결합 핀이 프레임(100)의 돌출부에 체결될 수 있다.
연결 부재(230)는 압전 진동 부재(200)와 프레임(100) 사이에 마련된다. 즉, 연결 부재(230)는 압전 진동 부재(200)의 제 1 진동판(220)과 제 1 커버(110) 사이에 마련된다. 한편, 연결 부재(230)는 제 1 진동판(220) 및 제 1 커버(110)의 형상을 따라 대략 직사각형으로 마련될 수 있다. 그러나, 연결 부재(230)는 원형, 정사각형, 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 형상에 특별한 제약이 없다. 이러한 연결 부재(230)는 제 1 진동판(220)의 중앙부에 마련될 수 있으며, 제 1 진동판(220) 면적의 5% 내지 50%의 면적으로 형성될 수 있다. 연결 부재(230)의 면적이 제 1 진동판(220) 면적의 50%를 초과하면 제 1 진동판(220)의 진동을 억제시킬 수 있으며, 제 1 진동판(220) 면적의 5% 미만이면 제 1 진동판(220)의 진동을 제 1 커버(110)로 제대로 전달하지 못하고 제 1 커버(110)의 중량을 제 1 진동판(220)에 제대로 실어줄 수 없다. 한편, 연결 부재(230)는 압전 진동 부재(200) 및 프레임(100)의 적어도 하나에 접착 또는 그 이외의 방식으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(230)는 압전 진동 부재(200)에 고정되고 프레임(100)에 고정되지 않고 접촉될 수 있고, 프레임(100)에 고정되고 압전 진동 부재(200)에 고정되지 않고 접촉될 수도 있다. 그러나, 연결 부재(230)는 압전 진동 부재(200) 및 프레임(100)에 모두 고정되어 안정적으로 고정되는 것이 바람직하다. 여기서, 연결 부재(230)를 압전 진동 부재(200) 및 프레임(100)에 고정하기 위해 양면 테이프 등의 접착제를 이용할 수 있고, 이때 양면 테이프 등의 접착제는 0.05㎜∼1.0㎜의 두께로 마련될 수 있다. 물론, 연결 부재(230)를 고무, 실리콘 등의 접착 물질로 형성함으로써 그 자체가 압전 진동 부재(200) 및 프레임(100)과 접착될 수 있다. 이러한 연결 부재(230)는 PET, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 고무, 실리콘, 포론(PORON) 등으로 마련될 수 있다. 또한, 연결 부재(230)는 20 내지 90의 경도를 가질 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(230)가 폴리카보네이트 또는 PET로 제작된 경우 경도가 50 내지 90일 수 있고, 실리콘으로 제작된 경우 경도가 45 내지 70일 수 있으며, 포론으로 제작된 경우 경도가 20 내지 70일 수 있다. 이렇게 연결 부재(230)를 마련함으로써 제품의 낙하 또는 충격 시 제품의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 압전 진동 부재(300)의 진동을 집중시켜 손실없이 진동력을 전달시킬 수 있고, 압력 인가 시 소자측에 힘을 집중시켜 전압 출력을 더욱 수월하게 할 수 있다. 그리고, 중량체로 작용하는 제 1 커버(110)의 중량을 압전 진동 부재(200)에 전달하여 압전 진동 부재(200)의 진동력을 증대시키는 매개 역할을 한다.
한편, 압전 진동 부재(200)는 적어도 일부에 방수층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 방수층은 파릴렌(parylene) 등의 방수 재료를 이용하여 코팅될 수 있다. 방수층은 제 1 압전판(210)이 제 1 진동판(220) 상에 접합된 상태에서 제 1 압전판(210)의 상면 및 측면과 제 1 압전판(210)에 의해 노출된 제 1 진동판(220)의 상면 및 측면에 형성될 수 있다. 즉, 방수층은 제 1 압전판(210) 및 제 1 진동판(220)의 상면 및 측면에 형성될 수 있다. 또한, 방수층은 제 1 압전판(210)이 제 1 진동판(220) 상에 접합된 상태에서 제 1 압전판(210)의 상면 및 측면과 제 1 진동판(220)의 상면, 측면 및 하면에 형성될 수 있다. 즉, 방수층은 제 1 압전판(210) 및 제 1 진동판(220)의 상면, 측면 및 하면에 형성될 수 있다. 이렇게 방수층이 제 1 압전판(210) 및 제 1 진동판(220)의 적어도 일면에 형성됨으로써 압전 진동 부재(200)로의 습기 침투를 방지할 수 있고 산화를 방지할 수 있다. 또한, 제 1 진동판(220)의 경도 증가에 의한 응답 속도를 향상시킬 수도 있다. 그리고, 방수층의 코팅 두께에 따라 공진 주파수를 조절할 수 있다. 물론, 방수층은 제 1 압전판(210)에만 코팅될 수도 있는데, 제 1 압전판(210)의 상면, 측면 및 하면에 코팅될 수 있고, 제 1 압전판(210)와 연결되어 제 1 압전판(210)에 전원을 공급하기 위한 FPCB 등의 전원 라인에 코팅될 수도 있다. 방수층이 제 1 압전판(210)에 형성됨으로써 제 1 압전판(210)의 수분 침투를 방지할 수 있고 산화를 방지할 수 있다. 또한, 형성 두께를 조절함으로써 공진 주파수를 조절할 수 있다. 이러한 방수층은 제 1 압전판(210) 또는 제 1 진동판(220)의 재질과 특성에 따라 두께를 다르게 하여 코팅될 수 있는데, 제 1 압전판(210) 또는 제 1 진동판(220)의 두께보다 얇게 형성될 수 있으며, 예를 들어 0.1㎛∼10㎛의 두께로 형성될 수 있다. 이렇게 방수층을 코팅하기 위해 예를 들어 파릴렌을 기화기(Vaporizer)에서 1차 가열하여 기화시켜 다이머(dimer) 상태로 만든 후 2차 가열하여 모노머(Monomer) 상태로 열분해시키고, 파릴렌을 냉각시키면 파릴렌은 모노머 상태에서 폴리머 상태로 변환되어 압전 진동 부재(200)의 적어도 일면 상에 코팅될 수 있다. 한편, 파릴렌 등의 방수층은 압전 진동 부재(200) 상의 연결 부재(230) 상에도 형성될 수 있고, 프레임(100)의 적어도 일부 상에도 형성될 수 있다.
3. 압전 스피커
압전 스피커(300)는 제 2 압전판(310)과, 제 2 압전판(310)의 일면에 접착된 제 2 진동판(320)을 포함할 수 있다.
제 2 압전판(310)은 제 1 압전판(210)과 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 제 2 압전판(310)은 기판과, 기판이 적어도 일면에 형성된 압전층을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 압전판(210)에서 설명된 내용이 제 2 압전판(310)에 적용될 수 있다. 다만, 제 2 압전판(310)은 제 1 압전판(210)보다 얇거나 같은 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어 제 2 압전판(310)은 제 1 압전판(210) 두께의 30% 내지 100%의 두께로 형성될 수 있다. 한편, 제 2 압전판(310)의 일 면의 상부에는 구동 신호가 인가되는 전극 패턴(미도시)이 형성될 수 있다. 전극 패턴은 서로 이격되어 적어도 둘 이상 형성될 수 있고, 연결 단자(미도시)와 연결되어 이를 통해 전자기기, 예를 들어 모바일 기기로부터 음향 신호를 입력받을 수 있다.
제 2 진동판(320)는 소정 두께를 갖는 대략 직사각형, 원형 등의 판 형상으로 마련되며, 제 2 압전판(310)보다 크게 마련될 수 있다. 제 2 진동판(320)은 가장자리가 제 2 커버(120)의 돌출부의 일면 상에 접착될 수 있다. 즉, 제 1 진동판(220)의 가장자리가 제 2 커버(120)의 돌출부 상면에 접착되고, 제 2 진동판(320)의 가장자리가 돌출부의 하면에 접착될 수 있다. 이러한 제 2 진동판(320)은 제 1 진동판(220)과는 다른 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 진동판(320)은 폴리머계 또는 펄프계 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 제 2 진동판(320)은 수지 필름을 이용할 수 있는데, 에틸렌 플로필렌 고무계, 스티렌 부타디엔 고무계 등 영율이 1MPa∼10GPa로 손실 계수가 큰 재료를 이용할 수 있다. 또한, 제 2 진동판(320)은 제 1 진동판(220)보다 작고 얇게 형성될 수 있다. 즉, 제 1 진동판(220)이 가장자리가 돌출부의 상면에 접착되고 측면이 제 2 커버(120)의 수직부 내측에 접촉되도록 형성되고, 제 2 진동판(320)은 측면이 제 2 커버(120)의 수직부 내측과 이격되도록 마련된다. 또한, 제 1 진동판(220)이 금속 등의 재질로 형성되고 제 2 진동판(320)이 필름으로 형성되므로 제 2 진동판(320)은 제 1 진동판(220)보다 얇은 두께로 형성될 수 있다. 이러한 압전 스피커(300)는 소정의 신호에 따라 구동되며 고음 특성이 우수한 음향을 출력할 수 있다.
또한, 압전 스피커(300)는 돌출부 하측에 압전 스피커(300)의 구동을 위한 PCB(330)가 마련될 수 있다. 또한, PCB(330)는 하측이 제 3 커버(130)와 접촉될 수 있다.
한편, 압전 스피커(300)는 적어도 일부에 파릴렌 등이 방수 재료를 이용하여 방수층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 방수층은 제 2 압전판(310) 및 제 2 진동판(320)의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 즉, 압전 스피커(300)에 적용되는 방수층은 압전 진동 부재(200)에 적용된 방수층과 마찬가지로 제 2 압전판(310) 및 제 2 진동판(320)의 적어도 일부에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 소자를 구성하는 각 구성 요소는 접착 부재 등을 이용하여 접착될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 압전판(210, 310)이 접착제에 의해 제 1 및 제 2 진동판(220, 320)에 접착될 수 있고, 제 1 및 제 2 진동판(220, 320)이 접착제에 의해 돌출부 상에 접착될 수 있다. 또한, 연결 부재(230)가 제 1 커버(110)와 제 1 진동판(220)의 적어도 어느 하나와 접착제에 의해 접착될 수 있다. 그러나, 접착제 이외에 다양한 방식으로 접착할 수도 있다. 예를 들어, 금속 부착형 양면 테이프를 이용할 수도 있고, 에폭시를 이용하여 부착할 수도 있으며, 용접 또는 나사 체결 방식으로 부착할 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 복합 소자는 촉각 피드백을 제공하는 압전 진동 부재(200)와, 음향을 출력하는 압전 스피커(300)가 프레임(100) 내에 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 따라서, 적어도 둘 이상이 기능을 각각 수행하는 적어도 둘 이상이 부품이 하나의 복합 소자 내에 구현되므로 이를 채용하는 전자 기기 내의 실장 면적을 줄일 수 있고, 그에 따라 전자기기의 사이즈 축소에 빠르게 대응할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 복합 소자의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 복합 소자는 프레임(100)과, 프레임(100) 내부에 마련된 압전 진동 부재(200) 및 압전 스피커(300)를 포함하고, 압전 스피커(300)가 연결 부재(230)를 통해 압전 진동 부재(200)의 제 1 진동판(220)과 연결된다. 즉, 본 발명의 다른 실시 예는 압전 스피커(300)가 압전 진동 부재(200)의 중량체로 작용한다.
프레임(100)은 측면을 커버하는 제 2 커버(120)와, 제 2 커버(120)의 상부 및 하부를 커버하는 제 1 및 제 3 커버(130)를 포함한다. 이때, 제 2 커버(120)는 프레임(100)의 측면을 이루는 수직부(121)와, 압전 진동 부재(200)가 지지되도록 돌출부(122)가 마련되는데, 돌출부(122)는 제 3 커버(130)에 근접하여 마련된다. 즉, 돌출부(122)는 제 3 커버(130)와 접촉되는 하부로부터 소정 높이로 마련될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예는 돌출부(122)가 제 2 커버(120)의 중앙부에 마련되었으나, 본 발명의 제 2 실시 예는 돌출부(122)가 제 2 커버(120)이 하측에 마련된다.
압전 진동 부재(200)는 프레임(100)의 돌출부(122) 상에 지지되는 제 1 진동판(220)과, 제 1 진동판(210)의 일면에 마련된 제 1 압전판(210)과, 제 1 진동판(210)이 타면에 마련된 연결 부재(230)를 포함할 수 있다. 즉, 제 1 압전판(210)은 제 3 커버(130)에 대면하도록 제 1 진동판(220)의 하면에 마련될 수 있고, 연결 부재(230)는 제 1 압전판(210)이 마련되지 않은 제 1 진동판(220)의 상면에 마련될 수 있다.
압전 스피커(300)는 연결 부재(230) 상에 마련된 제 2 진동판(320)과, 제 2 진동판(320)의 상면에 마련된 제 2 압전판(310)과, 제 2 압전판(310)과 이격되어 제 2 진동판(320)의 상면에 마련된 PCB(330)와, PCB(330) 상에 마련되며 제 2 압전판(310)과 소정 간격 이격된 덮개 부재(340)를 포함할 수 있다. 즉, PCB(330)는 제 2 압전판(320)보다 높게 마련되고 그 상측에 덮개 부재(340)가 마련된다. 따라서, 제 2 진동판(320), PCB(330) 및 덮개 부재(340)에 의해 소정 공간이 마련되고 그 공간 내에 제 2 압전판(310)이 마련된다. 또한, 제 2 진동판(320), PCB(330) 및 덮개 부재(340)에 의해 마련된 공간은 제 2 압전판(310)의 공명 공간이 될 수 있다.
이렇게 압전 진동 부재(200) 상에 압전 스피커(300)가 마련되고 압전 스피커(300)가 압전 진동 부재(200)의 중량체, 즉 웨이트 부재로 이용될 수 있다. 따라서, 압전 스피커(300)의 중량을 압전 진동 부재(200)에 인가하여 압전 진동 부재(200)의 진동 특성이 더욱 향상될 수 있고, 복합 소자의 두께를 본 발명의 일 실시 예보다 더 줄일 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 실시 예들은 압전 진동 부재 및 압전 스피커를 예로 들어 설명하였지만, 프레임에 수용되는 부품은 압전 진동 부재 및 압전 스피커에 국한되지 않는다. 예를 들어, 압전 스피커 대신에 다이나믹 스피커를 포함하는 다양한 음향 출력 소자가 마련될 수 있다. 또한, 압전 진동 부재(200) 및 압전 스피커(200)에 더하여 압력 센서를 더 포함할 수도 있다. 이렇게 압력 센서를 더 포함하는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 복합 소자를 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 복합 소자의 단면도로서, 압력 센서를 더 포함하는 복합 소자의 단면도이다. 또한, 도 5는 압력 센서의 일 예에 따른 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 복합 소자는 프레임(100)과, 프레임(100) 내부에 마련된 압전 진동 부재(200) 및 압전 스피커(300)와, 프레임(100) 내부 또는 외부에 마련된 압력 센서(400)를 포함할 수 있다. 여기서, 압전 진동 부재(200) 및 압전 스피커(300)는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에서 설명하였으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
프레임(100)은 외형을 이루는 수직부(121)와, 수직부(121)의 소정 영역에서 내측으로 돌출된 제 1 돌출부(122)와, 제 1 돌출부(122)와 수직 방향으로 이격되어 수직부(121)의 소정 영역에서 내측으로 돌출된 제 2 돌출부(123)를 포함할 수 있다. 즉, 수직부(121)의 내측에서 수직 방향으로 소정 간격 이격되어 제 1 및 제 2 돌출부(122a, 123)이 마련될 수 있다. 여기서, 제 1 돌출부(122a)는 압전 진동 부재(200) 및 압전 스피커(300)를 지지하기 위해 마련되고, 제 2 돌출부(123)는 압력 센서(400)를 지지하기 위해 마련될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 돌출부(122a, 123)의 두께는 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 예를 들어, 제 1 돌출부(122a)가 제 2 돌출부(123)보다 두껍게 형성될 수 있다. 즉, 제 1 돌출부(122a)를 사이에 두고 압전 진동 부재(200)와 압전 스피커(300)가 이격되고 제 1 돌출부(122a) 사이의 공간에 제 1 압전판(210)이 마련되기 때문에 압전 진동 부재(200)와 압전 스피커(300)의 이격 거리 및 제 1 압전판(210)의 두께 중 적어도 어느 하나에 따라 제 1 돌출부(122a)의 두께가 조절될 수 있다. 그러나, 제 2 돌출부(123)는 압력 센서(400)를 지지하고 그 사이에 어떤 구조물도 형성되지 않으므로 제 1 돌출부(122a)보다 얇은 두께로 형성될 수 있다.
4. 압력 센서
압력 센서(400)는 프레임(100) 내부의 압전 진동 부재(200) 상에 마련될 수 있다. 그러나, 압력 센서(400)는 프레임(100) 외부의 압전 진동 부재(200) 상에 마련될 수 있다. 즉, 압력 센서(400)는 프레임(100)의 내측 크기와 동일하거나 그보다 작은 크기를 가질 경우 프레임(100) 내측에 마련될 수 있고, 프레임(100)보다 크게 마련될 경우 프레임(100) 상측에 마련될 수도 있다. 이러한 압력 센서(400)는 서로 이격된 제 1 및 제 2 전극층(410, 420)과, 제 1 및 제 2 전극층(410, 420) 사이에 마련된 압전층(430)을 포함할 수 있다. 즉, 수직 방향으로 제 1 및 제 2 전극층(410, 420)이 이격되고 그 사이에 압전층(430)이 마련될 수 있다.
제 1 및 제 2 전극층(410, 420)은 제 1 및 제 2 지지층(110, 120)과, 제 1 및 제 2 지지층(411, 421) 상에 각각 형성된 제 1 및 제 2 전극(412, 422)을 포함할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 지지층(411, 421)이 소정 간격 이격되어 형성되며, 제 1 및 제 2 지지층(411, 421)의 표면에 제 1 및 제 2 전극(412, 422)이 각각 형성된다. 제 1 및 제 2 지지층(411, 421)은 소정 두께를 갖는 판 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 지지층(411, 421)은 플렉서블 특성을 갖도록 필름 형태로 마련될 수도 있다. 이러한 제 1 및 제 2 지지층(411, 421)은 실리콘(Silicon), 우레탄(Urethane), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리이미드, PET, PC 등을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 지지층(411, 421)은 경우에 따라 투명할 수 있고, 불투명할 수도 있다. 제 1 및 제 2 전극(412, 422)은 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 전극(412, 422)은 이러한 물질 이외에 다른 투명 도전성 물질로 형성될 수도 있고, 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu) 등의 불투명 도전성 물질로 형성될 수도 있다. 또한, 제 1 및 제 2 전극(412, 422)은 서로 교차되는 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(120)이 소정의 폭을 갖도록 일 방향으로 형성되며 이것이 타 방향으로 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 이에 비해, 제 2 전극(220)은 소정의 폭을 갖도록 일 방향과 직교하는 타 방향으로 형성되며, 이것이 타 방향과 직교하는 일 방향으로 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 전극(412, 422)은 서로 직교하는 방향으로 형성될 수 있다. 물론, 제 1 및 제 2 전극(412, 422)은 이러한 형상 이외에 다양한 형상으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 전극(412, 422)의 어느 하나가 지지층 상에 전체적으로 형성되고 다른 하나는 일 방향 및 타 방향으로 소정의 폭 및 간격을 갖는 대략 사각형의 패턴으로 복수 형성될 수도 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 전극(412, 422)은 서로 대면하는 방향에 형성될 수도 있고, 서로 대면하지 않도록 형성될 수도 있다. 또한, 제 1 및 제 2 전극(412, 422)은 압전층(430)에 접촉되어 형성될 수도 있고, 접촉되지 않도록 형성될 수도 있다. 물론, 제 1 및 제 2 전극(412, 422)은 압전층(430)과 소정 간격 이격된 상태를 유지하고, 소정의 압력, 예를 들어 사용자의 터치 입력이 인가되면 제 1 및 제 2 전극(412, 422)의 적어도 어느 하나가 국부적으로 압전층(430)과 접촉될 수 있다. 이때, 압전층(430)으로부터 소정 레벨의 전압이 발생될 수 있다.
압전층(430)은 제 1 및 제 2 전극층(410, 420) 사이에 소정 두께로 마련되며, 예를 들어 10㎛∼5000㎛의 두께로 마련될 수 있다. 즉, 압전층(430)은 압력 센서(400)가 채용되는 전자기기의 사이즈에 따라 다양한 두께로 마련될 수 있다. 예를 들어, 압전층(430)은 10㎛~5000㎛, 바람직하게는 500㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 200㎛ 이하의 두께로 마련될 수 있다. 이러한 압전층(430)은 소정의 두께를 갖는 대략 사각형의 판 형상의 압전체(431)와 폴리머(432)를 이용하여 형성될 수 있다. 즉, 복수의 판 형상의 압전체(431)가 폴리머(432) 내에 마련되어 압전층(430)이 형성될 수 있다. 여기서, 압전체(431)는 예를 들어 PZT(Pb, Zr, Ti), NKN(Na, K, Nb), BNT(Bi, Na, Ti) 계열의 압전 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 물론, 압전체(431)는 그 이외에 다양한 압전 재료를 이용하여 형성할 수 있다. 이러한 소정의 판 형상의 압전체(431)는 3㎛∼5000㎛의 크기로 형성될 수 있고, 일 방향 및 타 방향으로 복수 배열될 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 전극층(410, 420) 사이의 두께 방향(즉, 세로 방향)과 이와 직교하는 평면 방향(즉, 가로 방향)으로 복수 배열될 수 있다. 압전체(431)는 두께 방향으로 적어도 이층 이상으로 배열될 수 있는데, 예를 들어 5층 구조로 형성될 수 있다. 한편, 압전체(431)는 동일 크기를 갖고 동일 간격으로 이격되는 것이 바람직하다. 그러나, 압전체(431)는 적어도 둘 이상의 크기 및 적어도 둘 이상의 간격으로 마련될 수도 있다. 이때, 압전체(431)는 30% 내지 99%의 밀도로 형성될 수 있고, 모든 영역에서 동일 밀도로 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 압전체(431)는 단결정 형태로 형성되어 압전 특성이 우수하다. 즉, 압전 분말을 이용하는 경우에 비해 판 형태의 압전체(431)를 이용함으로써 압전 특성이 우수하고, 그에 따라 미세한 터치에 의해서도 압력을 검출할 수 있어 터치 입력의 오류를 방지할 수 있다. 한편, 폴리머(432)는 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide) 및 액정 결정성 폴리머(Liquid Crystalline Polymer, LCP)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 폴리머(432)는 열경화성 수지로 이루어질 수 있다. 열경화성 수지로는 예를 들어 노볼락 에폭시 수지(Novolac Epoxy Resin), 페녹시형 에폭시 수지(Phenoxy Type Epoxy Resin), 비피에이형 에폭시 수지(BPA Type Epoxy Resin), 비피에프형 에폭시 수지(BPF Type Epoxy Resin), 하이드로네이트 비피에이 에폭시 수지(Hydrogenated BPA Epoxy Resin), 다이머산 개질 에폭시 수지(Dimer Acid Modified Epoxy Resin), 우레탄 개질 에폭시 수지(Urethane Modified Epoxy Resin), 고무 개질 에폭시 수지(Rubber Modified Epoxy Resin) 및 디씨피디형 에폭시 수지(DCPD Type Epoxy Resin)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 압전층(430)은 압전체(431) 뿐만 아니라 압전 분말을 이용할 수도 있고, 압전체(431)와 폴리머(432)를 혼합시키지 않고 압전 물질만으로 압전층(430)을 형성할 수도 있다. 이때, 압전 물질만으로 형성된 압전층(430)은 일 방향 및 타 방향으로 소정 깊이의 절개부(미도시)가 형성될 수 있고, 절개부 내에 탄성층(미도시)을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 절개부가 형성되어 압전층(430)은 10㎛∼5000㎛ 정도의 크기를 갖고 1㎛∼300㎛의 간격을 갖는 복수로 나뉘어질 수 있다. 즉, 절개부에 의해 단위 셀이 10㎛∼5000㎛ 정도의 크기를 갖고 1㎛∼300㎛의 간격을 가질 수 있다. 또한, 탄성층은 탄성을 가진 폴리머, 실리콘 등을 이용하여 형성할 수 있다.
또한, 압력 센서(430)는 제 1 및 제 2 전극층(410, 420) 사이에 압전층(430)이 형성된 압전식 압력 센서 뿐만 아니라 제 1 및 제 2 전극층(410, 420) 사이에 유전층(미도시)이 형성된 정전식 압력 센서를 이용할 수도 있다. 즉, 압력 센서(430)는 압전층(430) 대신에 유전층이 형성된 정전식 압력 센서일 수도 있다. 여기서, 유전층은 경도가 10 이하인 재료, 복수의 기공 및 4 이상의 유전율 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 압축 및 복원 가능할 수 있다. 유전층은 경도가 0.1 내지 10, 바람직하게는 2 내지 10, 더욱 바람직하게는 5 내지 10일 수 있다. 이를 위해 유전층은 예를 들어 실리콘, 겔, 고무, 우레탄 등을 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 기공은 다양한 크기 및 형태로 형성될 수 있고, 1% 내지 95%의 기공율로 형성될 수 있다. 유전층이 복수의 기공을 포함하기 위해 유전층은 발포 고무, 발포 실리콘, 발포 라텍스, 발포 우레탄 등 기공을 포함하며 압축 및 복원 가능한 물질로 형성될 수 있다. 한편, 유전층은 4 이상의 유전율을 가질 수 있는데, 이를 위해 유전율이 4 이상, 바람직하게는 4 초과인 유전체가 폴리머 내에 혼합될 수 있다. 유전율이 4 이상, 바람직하게는 4 초과인 물질로는 예를 들어 Ba, Ti, Nd, Bi, Zn, Al 중 적어도 하나를 포함하는 물질, 예를 들어 상기 물질의 산화물을 이용할 수 있다. 예를 들어, 유전체는 BaTiO3, BaCO3, TiO2, Nd, Bi, Zn, Al2O3 중의 하나 이상을 포함한 혼합물을 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 유전체는 0.01% 내지 95%의 밀도로 형성될 수 있다. 한편, 유전층에는 전자파 차폐 및 흡수 재료가 더 포함될 수 있다. 이렇게 유전층 내에 전자파 차폐 및 흡수 재료가 더 함유됨으로써 전자파를 차폐 또는 흡수할 수 있다. 전자파 차폐 및 흡수 재료는 페라이트, 알루미나 등을 포함할 수 있으며, 유전층 내에 0.01중량% 내지 50중량% 함유될 수 있다. 즉, 유전층 재료 100중량%에 대하여 전자파 차폐 및 흡수 재료는 0.01중량% 내지 50중량% 함유될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 소자를 구비하는 전자기기의 전면 사시도 및 후면 사시도이다. 여기서, 본 발명의 실시 예는 복합 소자를 구비하는 전자기기로서 스마트 폰을 포함하는 이동 단말기를 예로 들어 설명하며, 도 6 및 도 7은 외형을 개략적으로 도시하였다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 전자기기(1000)는 외관을 이루는 케이스(1100)를 포함하고, 케이스(1100) 내부에 전자기기(1000)의 복수의 기능을 수행하기 위한 복수의 기능 모듈 및 회로 등이 마련된다. 이러한 케이스(1100)는 프론트 케이스(1110), 리어 케이스(1120) 및 배터리 커버(1130)를 포함할 수 있다. 여기서, 프론트 케이스(1110)는 전자기기(1000)의 상부와 측면 일부를 이룰 수 있고, 리어 케이스(1120)는 전자기기(1000)의 측면 일부와 하부를 이룰 수 있다. 즉, 프론트 케이스(1110)의 적어도 일부와 리어 케이스(1120)의 적어도 일부가 전자기기(1000)의 측면을 형성할 수 있고, 프론트 케이스(1110)의 일부가 디스플레이부(1310)를 제외한 상면 일부를 이룰 수 있다. 또한, 배터리 커버(1130)는 리어 케이스(1120) 상에 마련되는 배터리(1200)를 덮도록 마련될 수 있다. 한편, 배터리 커버(1130)는 일체로 마련되거나 착탈 가능하게 마련될 수 있다. 즉, 배터리(1200)가 일체형일 경우 배터리 커버(1130)는 일체로 형성될 수 있고, 배터리(1200)가 착탈 가능할 경우 배터리 커버(1130) 또한 착탈 가능할 수 있다. 물론, 프론트 케이스(1110)와 리어 케이스(1120)가 일체로 제작될 수도 있다. 즉, 프론트 케이스(1110) 및 리어 케이스(1120)의 구분없이 측면 및 후면을 폐쇄하고 상면을 노출시키도록 케이스(1100)가 형성되고, 케이스(1100)의 후면을 커버하도록 배터리 커버(1130)가 마련될 수도 있다. 이러한 케이스(1100)는 적어도 일부가 합성수지를 사출하여 형성되거나 금속 재질로 형성될 수 있다. 즉, 프론트 케이스(1110) 및 리어 케이스(1120)의 적어도 일부가 금속 재질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 전자기기(1000)의 측면을 이루는 부분이 금속 재질로 형성될 수 있다. 물론, 배터리 커버(1130) 또한 금속 재질로 형성될 수 있다. 케이스(1100)로 이용되는 금속 재질로는 예를 들어 스테인레스 스틸(STS), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다. 한편, 프론트 케이스(1110)와 리어 케이스(1120)의 사이에 형성된 공간에는 액정표시장치 등의 표시부, 압력 센서, 회로 기판, 햅틱 장치 등 각종 부품이 내장될 수 있다.
프론트 케이스(1110)에는 디스플레이부(1310), 음향 출력 모듈(1320), 카메라 모듈(1330a) 등이 배치될 수 있다. 또한, 프론트 케이스(1110) 및 리어 케이스(1120)의 일 측면에는 마이크(1340), 인터페이스(1350) 등이 배치될 수 있다. 즉, 전자기기(1000)의 상면에 디스플레이부(1310), 음향 출력 모듈(1320) 및 카메라 모듈(1330a) 등이 배치되고, 전자기기(1000)의 일 측면, 즉 아래 측면에 마이크(1340), 인터페이스(1350) 등이 배치될 수 있다. 디스플레이부(1310)는 전자기기(1000)의 상면에 배치되어 프론트 케이스(1110)의 상면의 대부분을 차지한다. 즉, 디스플레이부(1310)는 X 및 Y 방향으로 각각 소정의 길이를 갖는 대략 직사각형의 형상으로 마련되며, 전자기기(1000) 상면의 중앙 영역을 포함하여 전자기기(1000) 상면의 대부분의 영역에 형성된다. 이때, 전자기기(1000)의 외곽, 즉 프론트 케이스(1110)의 외곽과 디스플레이부(1310) 사이에는 디스플레이부(1310)가 차지하지 않는 소정의 공간이 마련되는데, X 방향으로 디스플레이부(1310)의 상측에 음향 출력 모듈(1320) 및 카메라 모듈(1330a)이 마련되고, 하측에 전면 입력부(1360)를 포함한 사용자 입력부가 마련될 수 있다. 또한, X 방향으로 연장되는 디스플레이부(1310)의 두 가장자리와 전자기기(1000)의 테두리 사이, 즉 Y 방향으로 디스플레이부(1310)와 전자기기(1000)의 테두리 사이에 베젤 영역이 마련될 수 있다. 물론, 별도의 베젤 영역이 마련되지 않고 디스플레이부(1310)가 Y 방향으로 전자기기(1000)의 테두리까지 확장되어 마련될 수 있다.
디스플레이부(1310)는 시각 정보를 출력하고 사용자의 촉각 정보를 입력할 수 있다. 이를 위해 디스플레이부(1310)에는 터치 입력 장치가 마련될 수 있다. 터치 입력 장치는 단말기 바디의 전면을 커버하는 윈도우(미도시)와, 시작 정보를 출력하는 예를 들어 액정표시장치 등의 표시부(미도시)와, 사용자의 터치 정보를 입력하는 터치 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 윈도우는 표시부 상측에 마련되어 프론트 케이스(1310)의 적어도 일부에 의해 지지된다. 또한, 윈도우는 전자기기의 상면을 이루어 손가락, 스타일러스 펜 등의 객체가 접촉된다. 이러한 윈도우는 투명 재질로 마련될 수 있는데, 예를 들어 아크릴 수지, 유리 등으로 제작될 수 있다. 한편, 윈도우은 디스플레이부(1310) 뿐만 아니라 디스플레이부(1310) 외측의 전자기기(1000) 상면에 형성될 수 있다. 즉, 윈도우는 전자기기(1000)의 상면을 커버하도록 형성될 수 있다. 표시부는 윈도우를 통해 사용자에게 영상을 표시하며, 액정표시(Liquid Crystal Display: LCD) 패널, 유기발광표시(Organic Light Emitting Display: OLED) 패널 등을 포함할 수 있다. 표시부가 액정표시 패널일 경우 표시부 하측에는 백라이트 유닛이 마련될 수 있다. 터치 센서는 예를 들어 소정 두께의 투명한 판 상에 일 방향 및 이와 직교하는 타 방향으로 복수의 전극이 소정 간격 이격되어 형성되고 그 사이에 유전층이 마련되어 사용자의 터치 입력을 검출할 수 있다. 즉, 터치 센서는 복수의 전극이 예를 들어 격자 모양으로 배열되고, 사용자의 터치 입력에 따른 전극 사이의 거리에 따른 정전용량을 검출할 수 있다. 여기서, 터치 센서는 사용자가 터치하는 수평 방향, 즉 서로 직교하는 X 방향 및 Y 방향의 좌표를 검출할 수 있다.
한편, 프론트 케이스(1110) 상면의 디스플레이부(1310) 이외의 영역에는 음향 출력 모듈(1320), 카메라 모듈(1330a), 전면 입력부(1360) 등이 마련될 수 있다. 이때, 음향 출력 모듈(1320) 및 카메라 모듈(1330a)는 X 방향으로 디스플레이부(1310)의 상측에 마련되고, 전면 입력부(1360) 등의 사용자 입력부는 X 방향으로 디스플레이부(1310)의 하측에 마련될 수 있다. 전면 입력부(1360)는 터치키, 푸쉬키 등으로 구성될 수 있고, 터치 센서 또는 압력 센서를 이용하여 전면 입력부(1350)가 없는 구성도 가능하게 된다. 이때, 전면 입력부(1360)의 하측 내부, 즉 Z 방향으로 전면 입력부(1360) 하측의 케이스(1100) 내부에는 전면 입력부(1360)의 기능을 위한 기능 모듈이 마련될 수 있다. 즉, 전면 입력부(1360)의 구동 방식에 따라 터치키 또는 푸쉬키의 기능을 수행하는 기능 모듈이 마련될 수 있고, 터치 센서 또는 압력 센서가 마련될 수 있다. 또한, 전면 입력부(1360)는 지문 인식 센서를 포함할 수 있다. 즉, 전면 입력부(1360)를 통해 사용자의 지문을 인식하고 적법한 사용자인지 검출할 수 있고, 이를 위해 기능 모듈이 지문 인식 센서를 포함할 수 있다. 한편, Y 방향으로 전면 입력부(1360)의 일측 및 타측에는 압력 센서(미도시)가 마련될 수 있다. 사용자 입력부로서 전면 입력부(1360) 양측에 압력 센서가 마련됨으로써 사용자의 터치 입력을 검출하여 이전 화면으로 돌아가는 기능 및 디스플레이부(1310)의 화면 설정을 위한 설정 기능을 수행할 수 있다. 이때, 지문 인식 센서를 이용하는 전면 입력부(1360)는 사용자의 지문 인식 뿐만 아니라 초기 화면으로 돌아가는 기능을 수행할 수도 있다.
전자기기(1000)의 측면에는 도시되지 않았지만 전원부 및 측면 입력부가 더 마련될 수 있다. 예를 들어, 전원부 및 측면 입력부가 전자기기의 Y 방향으로 서로 대향되는 두 측면에 각각 마련될 수 있고, 일 측면에 서로 이격되어 마련될 수도 있다. 전원부는 전자기기를 온/오프시킬 때 이용될 수 있고, 화면을 인에이블 또는 디스에이블할 때 이용할 수 있다. 또한, 측면 입력부는 음향 출력 모듈(1320)에서 출력되는 음향의 크기 조절 등에 이용할 수 있다. 이때, 전원부 및 측면 입력부는 터치키, 푸쉬키 등으로 구성될 수 있고, 압력 센서로 구성될 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 전자기기는 디스플레이부(1310) 이외의 복수의 영역에 압력 센서가 각각 마련될 수 있다. 예를 들어, 전자기기의 상측의 음향 출력 모듈(1320) 및 카메라 모듈(1330a) 등의 압력 감지, 하측의 전면 입력부(1360)의 압력 제어, 그리고 측면의 전원부 및 측면 입력부 등의 압력을 제어하기 위해 적어도 하나의 압력 센서가 더 마련될 수 있다.
한편, 전자기기(1000)의 후면, 즉 리어 케이스(1120)에는 카메라 모듈(1330b)이 추가로 장착될 수 있다. 카메라 모듈(1330b)은 카메라 모듈(1330a)과 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지며, 카메라 모듈(1330a)과 서로 다른 화소를 가지는 카메라일 수 있다. 카메라 모듈(1330b)에 인접하게는 플래시(미도시)가 추가로 배치될 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 카메라 모듈(1330b)의 하측에 지문 인식 센서가 마련될 수 있다. 즉, 전면 입력부(1360)에 지문 인식 센서가 마련되지 않고 전자기기(1000)의 후면에 지문 인식 센서가 마련될 수도 있다.
또한, 전자기기(1000)의 예를 들어 배터리(1200) 하측에는 리어 케이스(1120) 및 배터리 커버(1130)를 통해 노출되도록 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 소자(2000)가 마련될 수 있다. 즉, 복합 소자(2000)는 전자기기(1000) 내부에 마련되며, 적어도 일부가 리어 케이스(1120) 및 배터리 커버(1130)를 통해 외부에 노출될 수 있다. 여기서, 복합 소자(2000)의 압전 스피커(300)가 전자기기(1000)의 외부로 노출될 수 있다. 즉, 압전 진동 부재(200)가 전자기기(1000) 내부에 Z 방향으로 상측에 마련되고 압전 스피커(300)가 하측에 마련되어 압전 스피커(300)의 적어도 일부가 노출될 수 있다. 물론, 압력 센서(400)가 더 마련되는 경우 압력 센서(400) 또한 전자기기(1000) 내부에 마련될 수 있다.
배터리(1200)는 리어 케이스(1120)와 배터리 커버(1300) 사이에 마련될 수 있으며, 고정될 수도 있고, 탈착 가능하게 마련될 수도 있다. 이때, 리어 케이스(1120)는 배터리(1200)가 삽입되는 영역을 마련하도록 해당 영역이 오목하게 형성될 수 있고, 배터리(1200)가 장착된 후 배터리 커버(1130)가 배터리(1200) 및 리어 케이스(1120)를 덮도록 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 케이스 200 : 압전 진동 부재
300 : 압전 스피커
300 : 압전 스피커
Claims (18)
- 내부에 소정의 공간이 마련된 프레임;
상기 프레임 내부에 마련되며 진동을 발생시키는 진동 부재; 및
상기 프레임 내부에 마련되며 음향을 발생시키는 스피커를 포함하고,
상기 진동 부재는 제 1 진동판과, 상기 제 1 진동판의 일면에 마련된 제 1 압전판을 포함하는 압전 진동 부재를 포함하며,
상기 스피커는 제 2 진동판과, 상기 제 2 진동판의 일면 상에 마련된 제 2 압전판을 포함하는 압전 스피커를 포함하고,
상기 진동 부재와 상기 스피커는 그 사이에 공간이 마련되도록 이격된 복합 소자. - 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 프레임은 상부, 측부 및 하부를 각각 커버하는 제 1, 제 2 및 제 3 커버를 포함하고, 상기 제 2 커버는 내측으로 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하는 복합 소자.
- 청구항 3에 있어서, 상기 압전 진동 부재와 압전 스피커가 상기 돌출부를 사이에 두고 이격되어 마련된 복합 소자.
- 청구항 4에 있어서, 상기 압전 진동 부재는 상기 제 1 진동판의 적어도 일부가 상기 돌출부 상에 마련되는 복합 소자.
- 청구항 5에 있어서, 상기 압전 진동 부재는 상기 제 1 진동판의 타면과 제 1 커버 사이에 마련된 연결 부재를 더 포함하고, 상기 제 1 커버가 상기 압전 진동 부재의 중량체로 이용되는 복합 소자.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 압전 진동 부재는 상기 제 1 진동판의 타면과 상기 압전 스피커 사이에 마련된 연결 부재를 더 포함하고, 상기 압전 스피커가 상기 압전 진동 부재의 중량체로 이용되는 복합 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 압전 스피커는 상기 제 2 압전판과 이격되어 상기 제 2 진동판의 일면 상에 마련된 PCB와, 상기 PCB 상에 마련된 덮개 부재를 더 포함하는 복합 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 진동판과 상기 제 2 진동판은 서로 다른 재질로 마련되고 상기 제 1 진동판이 상기 제 2 진동판보다 두꺼운 복합 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 압전판과 상기 제 2 압전판은 동일 구조 및 재질로 마련되고 상기 제 1 압전판이 상기 제 2 압전판보다 두꺼운 복합 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 압전 진동 부재 및 상기 압전 스피커 중 적어도 하나의 적어도 일부에 형성된 방수층을 더 포함하는 복합 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 프레임 내부 또는 외부에 마련된 압력 센서를 더 포함하는 복합 소자.
- 청구항 13에 있어서, 상기 압력 센서는 제 1 및 제 2 전극층과, 상기 제 1 및 제 2 전극층 사이에 마련된 압전층 또는 유전층을 포함하는 복합 소자.
- 케이스;
상기 케이스 내부의 상측에 마련된 윈도우;
상기 케이스 내부에 마련되며 상기 윈도우를 통해 영상을 표시하는 표시부; 및
상기 케이스 내부에 마련되며, 적어도 둘 이상의 기능을 하는 복합 소자를 포함하며,
상기 복합 소자는, 내부에 소정의 공간이 마련된 프레임과, 상기 프레임 내부에 마련되며 진동을 발생시키는 진동 부재와, 상기 프레임 내부에 마련되며 음향을 발생시키는 스피커를 포함하고,
상기 진동 부재는 제 1 진동판과, 상기 제 1 진동판의 일면에 마련된 제 1 압전판을 포함하는 압전 진동 부재를 포함하며,
상기 스피커는 제 2 진동판과, 상기 제 2 진동판의 일면 상에 마련된 제 2 압전판을 포함하는 압전 스피커를 포함하고,
상기 진동 부재와 상기 스피커는 그 사이에 공간이 마련되도록 이격된 전자기기. - 청구항 15에 있어서, 상기 프레임의 일부가 상기 진동 부재의 중량체로 이용되는 전자기기.
- 청구항 15에 있어서, 상기 진동 부재는 상기 제 1 진동판의 타면과 상기 스피커 사이에 마련된 연결 부재를 더 포함하고, 상기 스피커가 상기 진동 부재의 중량체로 이용되는 전자기기.
- 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서, 상기 프레임의 내부 또는 외부에 마련된 압력 센서를 더 포함하는 전자기기.
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