KR101986170B1 - 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전자 장치에 관한 것으로, 전자 장치의 본체 내부에 설치되는 전도성 물질로 이루어지는 도전층과, 절연 물질로 이루어지는 유전층이 교번적으로 적층 형성되는 회로기판; 상기 회로기판에 배치되는 적어도 하나 이상의 패치 안테나; 회로기판의 내부에 중심부에 위치되고, 상기 유전층 중 어느 하나의 층으로 이루어지는 코어층; 상기 코어층의 하부에 배치되는 그라운드층; 및 상기 코어층을 기준으로 상부와 하부에서 대칭되는 형상으로 상기 회로기판 내부에 위치되는 EBG 구조체를 포함하며, 상기 EBG 구조체는, 상기 각 패치 안테나로부터 방사되는 동작 주파수 신호가 서로 간섭되는 것을 제한할 수 있는 특징이 있다.

Description

전자 장치{ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은, EBG 구조체가 실장된 회로 기판을 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
전자 장치는 본체의 내부에 구비된 각종 전자 부품을 이용하여, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태의 구현이 가능하게 된다.
또한, 최근에는 이러한 전자 장치의 멀티미디어 기능이 확대됨에 따라, 다양한 주파수 대역의 무선신호를 송수신 할 수 있는 안테나를 내부에 포함하게 된다. 안테나는 무선통신부의 제어에 따라 특정 주파수의 신호를 송수신하도록 무선통신부와 연결되게 된다.
안테나는 회로 기판에 실장되어 무선신호의 송수신 역할을 담당하게 된다. 회로기판은 PCB (Printed Circuit Board) 기판을 이용하여 제작되는 것이 일반적이다. 회로기판은, 전도성 물질로 구성되는 도전층과 절연 물질로 이루어지는 유전층이 교번적으로 적층되는 구조를 가진다. 또한, 회로기판의 내부에 안테나를 실장시키게 되면, 컴팩트한 구조를 가지면서도 충분한 안테나의 성능을 확보가 이루어질 수 있게 된다.
다만, 회로 기판의 내부에 안테나를 위치시켜 안테나의 방사 성능의 확보를 위해서는 안테나가 위치되는 부분과 중첩되는 회로기판의 내부 영역에 도전성 물질이 제거되는 것이 필요하게 된다. 이러한 구조를 갖는 회로 기판은 외부로부터 작용하는 압력이나 충격 또는 고온에 의해 변형될 수 있으며, 도전성 물질이 제거된 부분에서 동주름이나 함몰되는 변형이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
이에 따라, 복수개의 층으로 이루어지는 회로기판의 구조를 변형시켜, 패치 안테나가 동작 주파수에서 충분한 방사 성능을 확보하면서도 외부로부터 작용하는 물리력에 의해 변형되는 것을 제한하여 제조시 또는 사용시 발생하는 파손을 줄일 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명은, 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 복수개의 층으로 적층된 회로기판에 적용된 패치 안테나의 품질 저하를 방지하면서도 동작 주파수에서 충분한 안테나의 성능 확보가 가능한 전자 장치의 구조를 제공하기 위한 것이다.
또한, 패치 안테나가 실장된 회로 기판의 물리적인 강화가 이루어질 수 있으며, 복수개의 패치 안테나 사이의 신호 간섭이 제한될 수 있는 전자 장치의 구조를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자 장치는, 전자 장치의 본체 내부에 설치되고, 전도성 물질로 이루어지는 도전층과, 절연 물질로 이루어지는 유전층이 교번적으로 적층 형성되는 회로기판; 상기 회로기판에 배치되는 적어도 하나 이상의 패치 안테나; 회로기판의 내부에 중심부에 위치되고, 상기 유전층 중 어느 하나의 층으로 이루어지는 코어층; 상기 코어층의 하부에 배치되는 그라운드층; 및 상기 코어층을 기준으로 상부와 하부에서 대칭되는 형상으로 상기 회로기판 내부에 위치되는 EBG 구조체를 포함하며, 상기 EBG 구조체는, 상기 각 패치 안테나로부터 방사되는 동작 주파수 신호가 서로 간섭되는 것을 제한할 수 있다.
이때, 상기 회로 기판에 적층되는 유전층은 동일한 유전물질로 구성되는 것이 가능하게 된다.
또한, EBG 구조체는, 상기 패치 안테나의 외측부에 인접 배치되는 제1 EBG 구조체와 제1 EBG 구조체와 일정한 간격만큼 이격되고, 상기 회로기판의 둘레부에 배치되는 제2 EBG 구조체를 포함할 수 있다. 이때, 제1 EBG 구조체 및 상기 제2 EBG 구조체는, 상기 회로기판의 내부에 위치되도록 이루어질 수 있다.
상기 제1 EBG 구조체는, 상기 코어층을 기준으로 하부에 배치되는 제1 도전플레이트; 및 상하 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 도전플레이트와 상기 그라운드층을 연결하는 비아를 포함하도록 이루어질 수 있다.
상기 제2 EBG 구조체는, 전도성 물질로 이루어지는 제2 도전플레이트를 포함하며, 제2 도전플레이트는, 상기 회로기판의 내부에서 상기 코어층을 기준으로 상하부에 대칭되게 위치될 수 있을 것이다.
상기와 같은 구조를 갖는 전자 장치는, 제1 EBG 구조체와 제2 EBG 구조체를 포함하므로, 인접한 패치 안테나 사이에 동작 주파수 신호가 서로 간섭하는 것을 방지할 수 있으며, 원활한 신호의 송수신이 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 회로 기판의 내부에는 제1 EBG 구조체와 제2 EBG 구조체가 코어층을 기준으로 대칭되는 형상으로 배치됨으로써, EBG 구조체가 위치하는 도전층에 동박잔존률을 높일 수 있어 강성을 강화할 수 있으므로 회로 기판에 작용하는 높은 압력이나 온도에 따른 변형을 최소화할 수 있게 된다.
도 1a는, 본 발명에 따른 전자 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1b는, 전자 장치의 전면부의 모습을 나타 나타내는 사시도이다.
도 1c는, 전자 장치의 후면부의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 전자 장치의 내부에 포함되는 회로 기판의 모습을 나타낸다.
도 3a은, 도 2의 회로 기판을 A-A'로 자른 단면도이다.
도 3b는, 제1 EBG 구조체와 제2 EBG 구조체가 회로 기판의 내부에 위치되는 모습을 확대한 도면이다.
도 4a는, 패치 안테나 사이에 제1 EBG 구조체가 배치되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4b는, 제1 EBG 구조체의 내부 구조를 나타내는 개념도이다.
도 5a는, 회로 기판에 배치되는 패치 안테나의 변형 가능한 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5b는 패치 안테나와 피딩멤버의 배치 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명에 따른 회로 기판을 외부에서 바라본 사시도이다.
도 7은, 회로 기판을 위에서 투영해서 바라본 개념도이다.
도 8a는, 본 발명에 따른 전자 장치의 방사 성능을 나타내는 그래프이다.
도 8b는, 본 발명에 따른 회로 기판을 포함하는 경우, 주파수에 따른 패치 안테나의 이득(gain) 값을 나타내는 그래프이다.
도 9a와 도 9b는 가로 방향으로 배치되는 복수개의 패치 안테나 사이의 격리도를 나타내는 그래프 및 결과값이다.
도 10a와 도 10b는, 세로 방향으로 배치되는 복수개의 패치 안테나 사이의 격리도를 나타내는 그래프와 결과값이다.
도 11a는, 복수개의 패치 안테나가 세로 방향으로 배치될 때의 패치 안테나의 방사 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 11b는, 복수개의 패치 안테나가 가로 방향으로 배치될 때, 패치 안테나의 방사 패턴을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 장치에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 전자 장치에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명과 관련된 전자장치(100)를 설명하기 위한 블록도이다.
상기 전자장치(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 감지부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 전자장치(100)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자장치(100)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중, 무선 통신부(110)는, 전자장치(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자장치(100)와 다른 이동 단말기의 사이, 또는 전자장치(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 전자장치(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
이러한 무선 통신부(110)는, 방송 수신 모듈(111), 이동통신 모듈(112), 무선 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114), 위치정보 모듈(115) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(140)는 전자장치(100) 내 정보, 전자장치(100)를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 장치는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅팁 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 전자장치(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 전자장치(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자장치(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자장치(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(170)는 전자장치(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 전자장치(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자장치(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자장치(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자장치(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 전자장치(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 전자장치(100)의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자장치(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 전자장치(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원 공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체 가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자장치(100)의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 전자장치(100)의 동작, 제어, 또는 제어 방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 장치 상에서 구현될 수 있다.
이하에서는, 위에서 살펴본 전자장치(100)를 통하여 구현되는 다양한 실시 예들을 살펴보기에 앞서, 위에서 열거된 구성요소들에 대하여 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 살펴본다.
먼저, 무선 통신부(110)에 대하여 살펴보면, 무선 통신부(110)의 방송 수신 모듈(111)은 방송 채널을 통하여 외부의 방송 관리 서버로부터 방송 신호 및/또는 방송 관련된 정보를 수신한다. 상기 방송 채널은 위성 채널, 지상파 채널을 포함할 수 있다. 적어도 두 개의 방송 채널들에 대한 동시 방송 수신 또는 방송 채널 스위칭을 위해 둘 이상의 상기 방송 수신 모듈이 상기 전자장치(100)에 제공될 수 있다.
이동 통신 모듈(112)은, 이동 통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등)에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다.
상기 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
무선 인터넷 모듈(113)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 전자장치(100)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 인터넷 모듈(113)은 무선 인터넷 기술들에 따른 통신망에서 무선 신호를 송수신하도록 이루어진다.
무선 인터넷 기술로는, 예를 들어 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등이 있으며, 상기 무선 인터넷 모듈(113)은 상기에서 나열되지 않은 인터넷 기술까지 포함한 범위에서 적어도 하나의 무선 인터넷 기술에 따라 데이터를 송수신하게 된다.
WiBro, HSDPA, HSUPA, GSM, CDMA, WCDMA, LTE, LTE-A 등에 의한 무선 인터넷 접속은 이동 통신망을 통해 이루어진다는 관점에서 본다면, 상기 이동 통신망을 통해 무선 인터넷 접속을 수행하는 상기 무선 인터넷 모듈(113)은 상기 이동 통신 모듈(112)의 일종으로 이해될 수도 있다.
근거리 통신 모듈(114)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(114)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 전자장치(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자장치(100)와 다른 이동 단말기 사이, 또는 전자장치(100)와 다른 이동 단말기(또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
여기에서, 다른 이동 단말기는 본 발명에 따른 전자장치(100)와 데이터를 상호 교환하는 것이 가능한(또는 연동 가능한) 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 스마트 와치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), HMD(head mounted display))가 될 수 있다. 근거리 통신 모듈(114)은, 전자장치(100) 주변에, 상기 전자장치(100)와 통신 가능한 웨어러블 디바이스를 감지(또는 인식)할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 감지된 웨어러블 디바이스가 본 발명에 따른 전자장치(100)와 통신하도록 인증된 디바이스인 경우, 전자장치(100)에서 처리되는 데이터의 적어도 일부를, 상기 근거리 통신 모듈(114)을 통해 웨어러블 디바이스로 전송할 수 있다. 따라서 웨어러블 디바이스의 사용자는, 전자장치(100)에서 처리되는 데이터를, 웨어러블 디바이스를 통해 이용할 수 있다. 예를 들어, 이에 따르면 사용자는, 전자장치(100)에 전화가 수신된 경우, 웨어러블 디바이스를 통해 전화 통화를 수행하거나, 전자장치(100)에 메시지가 수신된 경우, 웨어러블 디바이스를 통해 상기 수신된 메시지를 확인하는 것이 가능하다.
위치 정보 모듈(115)은 전자장치(100)의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 전자장치(100)는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 전자장치(100)의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 전자장치(100)는 Wi-Fi 모듈을 활용하면, Wi-Fi 모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 전자장치(100)의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치 정보 모듈(115)은 치환 또는 부가적으로 전자장치(100)의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 적어도 하나의 기능을 수행할 수 있다. 위치 정보 모듈(115)은 전자장치(100)의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 전자장치(100)의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.
다음으로, 입력부(120)는 영상 정보(또는 신호), 오디오 정보(또는 신호), 데이터, 또는 사용자로부터 입력되는 정보의 입력을 위한 것으로서, 영상 정보의 입력을 위하여, 전자장치(100)는 하나 또는 복수의 카메라(121)를 구비할 수 있다. 카메라(121)는 화상 통화모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시되거나 메모리(170)에 저장될 수 있다. 한편, 전자장치(100)에 구비되는 복수의 카메라(121)는 매트릭스 구조를 이루도록 배치될 수 있으며, 이와 같이 매트릭스 구조를 이루는 카메라(121)를 통하여, 전자장치(100)에는 다양한 각도 또는 초점을 갖는 복수의 영상 정보가 입력될 수 있다. 또한, 복수의 카메라(121)는 입체영상을 구현하기 위한 좌 영상 및 우 영상을 획득하도록, 스테레오 구조로 배치될 수 있다.
마이크로폰(122)은 외부의 음향 신호를 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 처리된 음성 데이터는 전자장치(100)에서 수행 중인 기능(또는 실행 중인 응용 프로그램)에 따라 다양하게 활용될 수 있다. 한편, 마이크로폰(122)에는 외부의 음향 신호를 입력 받는 과정에서 발생되는 잡음(noise)을 제거하기 위한 다양한 잡음 제거 알고리즘이 구현될 수 있다.
사용자 입력부(123)는 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 것으로서, 사용자 입력부(123)를 통해 정보가 입력되면, 제어부(180)는 입력된 정보에 대응되도록 전자장치(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이러한, 사용자 입력부(123)는 기계식 (mechanical) 입력수단(또는, 메커니컬 키, 예를 들어, 전자장치(100)의 전후면 또는 측면에 위치하는 버튼, 돔 스위치 (dome switch), 조그 휠, 조그 스위치 등) 및 터치식 입력수단을 포함할 수 있다. 일 예로서, 터치식 입력수단은, 소프트웨어적인 처리를 통해 터치스크린에 표시되는 가상 키(virtual key), 소프트 키(soft key) 또는 비주얼 키(visual key)로 이루어지거나, 상기 터치 스크린 이외의 부분에 배치되는 터치 키(touch key)로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 가상키 또는 비주얼 키는, 다양한 형태를 가지면서 터치 스크린 상에 표시되는 것이 가능하며, 예를 들어, 그래픽(graphic), 텍스트(text), 아이콘(icon), 비디오(video) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
한편, 센싱부(140)는 전자장치(100) 내 정보, 전자장치(100)를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하고, 이에 대응하는 센싱 신호를 발생시킨다. 제어부(180)는 이러한 센싱 신호에 기초하여, 전자장치(100)의 구동 또는 동작을 제어하거나, 전자장치(100)에 설치된 응용 프로그램과 관련된 데이터 처리, 기능 또는 동작을 수행 할 수 있다. 센싱부(140)에 포함될 수 있는 다양한 센서 중 대표적인 센서들의 대하여, 보다 구체적으로 살펴본다.
먼저, 근접 센서(141)는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선 등을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 말한다. 이러한 근접 센서(141)는 위에서 살펴본 터치 스크린에 의해 감싸지는 전자장치(100)의 내부 영역 또는 상기 터치 스크린의 근처에 근접 센서(141)가 배치될 수 있다.
근접 센서(141)의 예로는 투과형 광전 센서, 직접 반사형 광전 센서, 미러 반사형 광전 센서, 고주파 발진형 근접 센서, 정전 용량형 근접 센서, 자기형 근접 센서, 적외선 근접 센서 등이 있다. 터치 스크린이 정전식인 경우에, 근접 센서(141)는 전도성을 갖는 물체의 근접에 따른 전계의 변화로 상기 물체의 근접을 검출하도록 구성될 수 있다. 이 경우 터치 스크린(또는 터치 센서) 자체가 근접 센서로 분류될 수 있다.
한편, 설명의 편의를 위해, 터치 스크린 상에 물체가 접촉되지 않으면서 근접되어 상기 물체가 상기 터치 스크린 상에 위치함이 인식되도록 하는 행위를 "근접 터치(proximity touch)"라고 명명하고, 상기 터치 스크린 상에 물체가 실제로 접촉되는 행위를 "접촉 터치(contact touch)"라고 명명한다. 상기 터치 스크린 상에서 물체가 근접 터치 되는 위치라 함은, 상기 물체가 근접 터치될 때 상기 물체가 상기 터치 스크린에 대해 수직으로 대응되는 위치를 의미한다. 상기 근접 센서(141)는, 근접 터치와, 근접 터치 패턴(예를 들어, 근접 터치 거리, 근접 터치 방향, 근접 터치 속도, 근접 터치 시간, 근접 터치 위치, 근접 터치 이동 상태 등)을 감지할 수 있다. 한편, 제어부(180)는 위와 같이, 근접 센서(141)를 통해 감지된 근접 터치 동작 및 근접 터치 패턴에 상응하는 데이터(또는 정보)를 처리하며, 나아가, 처리된 데이터에 대응하는 시각적인 정보를 터치 스크린 상에 출력시킬 수 있다. 나아가, 제어부(180)는, 터치 스크린 상의 동일한 지점에 대한 터치가, 근접 터치인지 또는 접촉 터치인지에 따라, 서로 다른 동작 또는 데이터(또는 정보)가 처리되도록 전자장치(100)를 제어할 수 있다.
터치 센서는 저항막 방식, 정전용량 방식, 적외선 방식, 초음파 방식, 자기장 방식 등 여러가지 터치방식 중 적어도 하나를 이용하여 터치 스크린(또는 디스플레이부(151))에 가해지는 터치(또는 터치입력)을 감지한다.
일예로서, 터치 센서는, 터치 스크린의 특정 부위에 가해진 압력 또는 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 터치 센서는, 터치 스크린 상에 터치를 가하는 터치 대상체가 터치 센서 상에 터치 되는 위치, 면적, 터치 시의 압력, 터치 시의 정전 용량 등을 검출할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기에서, 터치 대상체는 상기 터치 센서에 터치를 인가하는 물체로서, 예를 들어, 손가락, 터치펜 또는 스타일러스 펜(Stylus pen), 포인터 등이 될 수 있다.
이와 같이, 터치 센서에 대한 터치 입력이 있는 경우, 그에 대응하는 신호(들)는 터치 제어기로 보내진다. 터치 제어기는 그 신호(들)를 처리한 다음 대응하는 데이터를 제어부(180)로 전송한다. 이로써, 제어부(180)는 디스플레이부(151)의 어느 영역이 터치 되었는지 여부 등을 알 수 있게 된다. 여기에서, 터치 제어기는, 제어부(180)와 별도의 구성요소일 수 있고, 제어부(180) 자체일 수 있다.
한편, 제어부(180)는, 터치 스크린(또는 터치 스크린 이외에 구비된 터치키)을 터치하는, 터치 대상체의 종류에 따라 서로 다른 제어를 수행하거나, 동일한 제어를 수행할 수 있다. 터치 대상체의 종류에 따라 서로 다른 제어를 수행할지 또는 동일한 제어를 수행할 지는, 현재 전자장치(100)의 동작상태 또는 실행 중인 응용 프로그램에 따라 결정될 수 있다.
한편, 위에서 살펴본 터치 센서 및 근접 센서는 독립적으로 또는 조합되어, 터치 스크린에 대한 숏(또는 탭) 터치(short touch), 롱 터치(long touch), 멀티 터치(multi touch), 드래그 터치(drag touch), 플리크 터치(flick touch), 핀치-인 터치(pinch-in touch), 핀치-아웃 터치(pinch-out 터치), 스와이프(swype) 터치, 호버링(hovering) 터치 등과 같은, 다양한 방식의 터치를 센싱할 수 있다.
초음파 센서는 초음파를 이용하여, 감지대상의 위치정보를 인식할 수 있다. 한편 제어부(180)는 광 센서와 복수의 초음파 센서로부터 감지되는 정보를 통해, 파동 발생원의 위치를 산출하는 것이 가능하다. 파동 발생원의 위치는, 광이 초음파보다 매우 빠른 성질, 즉, 광이 광 센서에 도달하는 시간이 초음파가 초음파 센서에 도달하는 시간보다 매우 빠름을 이용하여, 산출될 수 있다. 보다 구체적으로 광을 기준 신호로 초음파가 도달하는 시간과의 시간차를 이용하여 파동 발생원의 위치가 산출될 수 있다.
한편, 입력부(120)의 구성으로 살펴본, 카메라(121)는 카메라 센서(예를 들어, CCD, CMOS 등), 포토 센서(또는 이미지 센서) 및 레이저 센서 중 적어도 하나를 포함한다.
카메라(121)와 레이저 센서는 서로 조합되어, 3차원 입체영상에 대한 감지대상의 터치를 감지할 수 있다. 포토 센서는 디스플레이 소자에 적층될 수 있는데, 이러한 포토 센서는 터치 스크린에 근접한 감지대상의 움직임을 스캐닝(scanning)하도록 이루어진다. 보다 구체적으로, 포토 센서는 행/열에 Photo Diode와 TR(Transistor)를 실장하여 Photo Diode에 인가되는 빛의 양에 따라 변화되는 전기적 신호를 이용하여 포토 센서 위에 올려지는 내용물을 스캔한다. 즉, 포토 센서는 빛의 변화량에 따른 감지대상의 좌표 계산을 수행하며, 이를 통하여 감지대상의 위치정보가 획득될 수 있다.
디스플레이부(151)는 전자장치(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 전자장치(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부(151)는 입체영상을 표시하는 입체 디스플레이부로서 구성될 수 있다.
상기 입체 디스플레이부에는 스테레오스코픽 방식(안경 방식), 오토 스테레오스코픽 방식(무안경 방식), 프로젝션 방식(홀로그래픽 방식) 등의 3차원 디스플레이 방식이 적용될 수 있다.
음향 출력부(152)는 호 신호 수신, 통화모드 또는 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 메모리(170)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 음향 출력부(152)는 전자장치(100)에서 수행되는 기능(예를 들어, 호신호 수신음, 메시지 수신음 등)과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력부(152)에는 리시버(receiver), 스피커(speaker), 버저(buzzer) 등이 포함될 수 있다.
햅틱 모듈(haptic module)(153)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(153)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동이 될 수 있다. 햅틱 모듈(153)에서 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 사용자의 선택 또는 제어부의 설정에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 햅틱 모듈(153)은 서로 다른 진동을 합성하여 출력하거나 순차적으로 출력할 수도 있다.
햅틱 모듈(153)은, 진동 외에도, 접촉된 피부면에 대해 수직 운동하는 핀 배열, 분사구나 흡입구를 통한 공기의 분사력이나 흡입력, 피부 표면에 대한 스침, 전극(electrode)의 접촉, 정전기력 등의 자극에 의한 효과와, 흡열이나 발열 가능한 소자를 이용한 냉온감 재현에 의한 효과 등 다양한 촉각 효과를 발생시킬 수 있다.
햅틱 모듈(153)은 직접적인 접촉을 통해 촉각 효과를 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자가 손가락이나 팔 등의 근 감각을 통해 촉각 효과를 느낄 수 있도록 구현할 수도 있다. 햅틱 모듈(153)은 전자장치(100)의 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수 있다.
광 출력부(154)는 전자장치(100)의 광원의 빛을 이용하여 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 전자장치(100)에서 발생 되는 이벤트의 예로는 메시지 수신, 통화 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등이 될 수 있다.
광 출력부(154)가 출력하는 신호는 전자장치(100)가 전면이나 후면으로 단색이나 복수색의 빛을 발광함에 따라 구현된다. 상기 신호 출력은 전자장치(100)가 사용자의 이벤트 확인을 감지함에 의하여 종료될 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자장치(100)에 연결되는 모든 외부 기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스부(160)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 전자장치(100) 내부의 각 구성요소에 전달하거나, 전자장치(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트(port), 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 등이 인터페이스부(160)에 포함될 수 있다.
한편, 식별 모듈은 전자장치(100)의 사용 권한을 인증하기 위한 각종 정보를 저장한 칩으로서, 사용자 인증 모듈(user identify module; UIM), 가입자 인증 모듈(subscriber identity module; SIM), 범용 사용자 인증 모듈(universal subscriber identity module; USIM) 등을 포함할 수 있다. 식별 모듈이 구비된 장치(이하 '식별 장치')는, 스마트 카드(smart card) 형식으로 제작될 수 있다. 따라서 식별 장치는 상기 인터페이스부(160)를 통하여 전자장치(100)와 연결될 수 있다.
또한, 상기 인터페이스부(160)는 전자장치(100)가 외부의 크래들(cradle)과 연결될 때 상기 크래들로부터의 전원이 상기 전자장치(100)에 공급되는 통로가 되거나, 사용자에 의해 상기 크래들에서 입력되는 각종 명령 신호가 상기 전자장치(100)로 전달되는 통로가 될 수 있다. 상기 크래들로부터 입력되는 각종 명령 신호 또는 상기 전원은 상기 전자장치(100)가 상기 크래들에 정확히 장착되었음을 인지하기 위한 신호로 동작될 수 있다.
메모리(170)는 제어부(180)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 폰북, 메시지, 정지영상, 동영상 등)을 임시 저장할 수도 있다. 상기 메모리(170)는 상기 터치 스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.
메모리(170)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 전자장치(100)는 인터넷(internet)상에서 상기 메모리(170)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작될 수도 있다.
한편, 앞서 살펴본 것과 같이, 제어부(180)는 응용 프로그램과 관련된 동작과, 통상적으로 전자장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(180)는 상기 전자장치(100)의 상태가 설정된 조건을 만족하면, 애플리케이션들에 대한 사용자의 제어 명령의 입력을 제한하는 잠금 상태를 실행하거나, 해제할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등과 관련된 제어 및 처리를 수행하거나, 터치 스크린 상에서 행해지는 필기 입력 또는 그림 그리기 입력을 각각 문자 및 이미지로 인식할 수 있는 패턴 인식 처리를 행할 수 있다. 나아가 제어부(180)는 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들을 본 발명에 따른 전자장치(100) 상에서 구현하기 위하여, 위에서 살펴본 구성요소들을 중 어느 하나 또는 복수를 조합하여 제어할 수 있다.
전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 전원 공급부(190)는 배터리를 포함하며, 배터리는 충전 가능하도록 이루어지는 내장형 배터리가 될 수 있으며, 충전 등을 위하여 단말기 바디에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
또한, 전원 공급부(190)는 연결포트를 구비할 수 있으며, 연결포트는 배터리의 충전을 위하여 전원을 공급하는 외부 충전기가 전기적으로 연결되는 인터페이스(160)의 일예로서 구성될 수 있다.
다른 예로서, 전원 공급부(190)는 상기 연결포트를 이용하지 않고 무선방식으로 배터리를 충전하도록 이루어질 수 있다. 이 경우에, 전원공급부(190)는 외부의 무선 전력 전송장치로부터 자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식이나 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Magnetic Resonance Coupling) 방식 중 하나 이상을 이용하여 전력을 전달받을 수 있다.
한편, 이하에서 다양한 실시 예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
이하, 상기 도 1a에서 살펴본 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자장치(100) 또는 상술한 구성요소들이 배치된 단말기의 구조를 도 1b 및 도 1c를 참조하여 살펴보기로 한다. 다만, 이하에서 설명하는 이동 단말기는 본 발명에 따른 전자 장치의 일 예를 나타내는 것으로서 설명의 편의를 위해 하나의 예로 든 것이다.
도 1b 및 도 1c를 참조하면, 개시된 전자장치(100)는, 바 형태의 단말기 바디를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 와치 타입, 클립 타입, 글래스 타입 또는 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 폴더 타입, 플립 타입, 슬라이드 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용될 수 있다. 이하의 설명은 이동 단말기의 특정 유형에 관련될 것이나, 이동 단말기는 본 발명에 따른 전자 장치의 하나의 예일 뿐이며, 이동 단말기의 특정유형에 관한 설명은 다른 타입의 이동 단말기에도 적용될 수 있을 것이다.
여기에서, 단말기 바디는 전자장치(100)를 적어도 하나의 집합체로 보아 이를 지칭하는 개념으로 이해될 수 있다.
전자장치(100)는 외관을 이루는 케이스(예를 들면, 프레임, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전자장치(100)는 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)를 포함할 수 있다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에는 각종 전자부품들이 배치된다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이에는 적어도 하나의 미들 케이스가 추가로 배치될 수 있다.
단말기 바디의 전면에는 디스플레이부(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)의 윈도우(151a)는 프론트 케이스(101)에 장착되어 프론트 케이스(101)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.
경우에 따라서, 리어 케이스(102)에도 전자부품이 장착될 수 있다. 리어 케이스(102)에 장착 가능한 전자부품은 착탈 가능한 배터리, 식별 모듈, 메모리 카드 등이 있다. 이 경우, 리어 케이스(102)에는 장착된 전자부품을 덮기 위한 후면커버(103)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 후면 커버(103)가 리어 케이스(102)로부터 분리되면, 리어 케이스(102)에 장착된 전자부품은 외부로 노출된다.
도시된 바와 같이, 후면 커버(103)가 리어 케이스(102)에 결합되면, 리어 케이스(102)의 측면 일부가 노출될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 결합시 리어 케이스(102)는 후면 커버(300)에 의해 완전히 가려질 수도 있다. 한편, 후면 커버(103)에는 카메라(121b)나 음향 출력부(152b)를 외부로 노출시키기 위한 개구부가 구비될 수 있다.
이러한 케이스들(101, 102, 103)은 합성수지를 사출하여 형성되거나 금속, 예를 들어 스테인레스 스틸(STS), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등으로 형성될 수도 있다.
전자장치(100)는, 복수의 케이스가 각종 전자부품들을 수용하는 내부 공간을 마련하는 위의 예와 달리, 하나의 케이스가 상기 내부 공간을 마련하도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 합성수지 또는 금속이 측면에서 후면으로 이어지는 유니 바디의 전자장치(100)가 구현될 수 있다.
한편, 전자장치(100)는 단말기 바디 내부로 물이 스며들지 않도록 하는 방수부(미도시)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 방수부는 윈도우(151a)와 프론트 케이스(101) 사이, 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이 또는 리어 케이스(102)와 후면 커버(103) 사이에 구비되어, 이들의 결합 시 내부 공간을 밀폐하는 방수부재를 포함할 수 있다.
전자장치(100)에는 디스플레이부(151), 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 및 제2 카메라(121a, 121b), 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b), 마이크로폰(122), 인터페이스부(160) 등이 구비될 수 있다.
이하에서는, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 단말기 바디의 전면에 디스플레이부(151), 제1 음향 출력부(152a), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 카메라(121a) 및 제1 조작유닛(123a)이 배치되고, 단말기 바디의 측면에 제2 조작유닛(123b), 마이크로폰(122) 및 인터페이스부(160)이 배치되며, 단말기 바디의 후면에 제2 음향 출력부(152b) 및 제2 카메라(121b)가 배치된 전자장치(100)를 일 예로 들어 설명한다.
다만, 이들 구성은 이러한 배치에 한정되는 것은 아니다. 이들 구성은 필요에 따라 제외 또는 대체되거나, 다른 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 단말기 바디의 전면에는 제1 조작유닛(123a)이 구비되지 않을 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 단말기 바디의 후면이 아닌 단말기 바디의 측면에 구비될 수 있다.
디스플레이부(151)는 전자장치(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 전자장치(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이부(151)는 전자장치(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 이 경우, 전자장치(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.
디스플레이부(151)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록, 디스플레이부(151)에 대한 터치를 감지하는 터치 센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이부(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치 센서는 상기 터치를 감지하고, 제어부(180)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치 방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴 항목 등일 수 있다.
한편, 터치 센서는, 터치 패턴을 구비하는 필름 형태로 구성되어 윈도우(151a)와 윈도우(151a)의 배면 상의 디스플레이(미도시) 사이에 배치되거나, 윈도우(151a)의 배면에 직접 패터닝되는 메탈 와이어가 될 수도 있다. 또는, 터치 센서는 디스플레이와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 터치 센서는, 디스플레이의 기판 상에 배치되거나, 디스플레이의 내부에 구비될 수 있다.
이처럼, 디스플레이부(151)는 터치 센서와 함께 터치 스크린을 형성할 수 있으며, 이 경우에 터치 스크린은 사용자 입력부(123, 도 1a 참조)로 기능할 수 있다. 경우에 따라, 터치 스크린은 제1조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여 상기 이미지를 출력하는 디스플레이부(디스플레이 모듈)과 상기 터치 센서를 통합하여 터치 스크린(151)으로 칭한다.
제1 음향 출력부(152a)는 통화음을 사용자의 귀에 전달시키는 리시버(receiver)로 구현될 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 각종 알람음이나 멀티미디어의 재생음을 출력하는 라우드 스피커(loud speaker)의 형태로 구현될 수 있다.
디스플레이부(151)의 윈도우(151a)에는 제1 음향 출력부(152a)로부터 발생되는 사운드의 방출을 위한 음향홀이 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 사운드는 구조물 간의 조립틈(예를 들어, 윈도우(151a)와 프론트 케이스(101) 간의 틈)을 따라 방출되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 외관상 음향 출력을 위하여 독립적으로 형성되는 홀이 보이지 않거나 숨겨져 전자장치(100)의 외관이 보다 심플해질 수 있다.
광 출력부(154)는 이벤트의 발생시 이를 알리기 위한 빛을 출력하도록 이루어진다. 상기 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등을 들 수 있다. 제어부(180)는 사용자의 이벤트 확인이 감지되면, 빛의 출력이 종료되도록 광 출력부(154)를 제어할 수 있다.
제1 카메라(121a)는 촬영 모드 또는 화상통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있으며, 메모리(170)에 저장될 수 있다.
제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 전자장치(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 사용자 입력부(123)의 일 예로서, 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있다. 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 터치, 푸시, 스크롤 등 사용자가 촉각적인 느낌을 받으면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 근접 터치(proximity touch), 호버링(hovering) 터치 등을 통해서 사용자의 촉각적인 느낌이 없이 조작하게 되는 방식으로도 채용될 수 있다.
본 도면에서는 제1 조작유닛(123a)이 터치키(touch key)인 것으로 예시하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 조작유닛(123a)은 푸시키(mechanical key)가 되거나, 터치키와 푸시키의 조합으로 구성될 수 있다.
제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)에 의하여 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 조작유닛(123a)은 메뉴, 홈키, 취소, 검색 등의 명령을 입력 받고, 제2 조작유닛(123b)은 제1 또는 제2 음향 출력부(152a, 152b)에서 출력되는 음향의 크기 조절, 디스플레이부(151)의 터치 인식 모드로의 전환 등의 명령을 입력 받을 수 있다.
한편, 단말기 바디의 후면에는 사용자 입력부(123)의 다른 일 예로서, 후면 입력부(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 후면 입력부는 전자장치(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 것으로서, 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 전원의 온/오프, 시작, 종료, 스크롤 등과 같은 명령, 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b)에서 출력되는 음향의 크기 조절, 디스플레이부(151)의 터치 인식 모드로의 전환 등과 같은 명령을 입력 받을 수 있다. 후면 입력부는 터치입력, 푸시입력 또는 이들의 조합에 의한 입력이 가능한 형태로 구현될 수 있다.
후면 입력부는 단말기 바디의 두께방향으로 전면의 디스플레이부(151)와 중첩되게 배치될 수 있다. 일 예로, 사용자가 단말기 바디를 한 손으로 쥐었을 때 검지를 이용하여 용이하게 조작 가능하도록, 후면 입력부는 단말기 바디의 후면 상단부에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 후면 입력부의 위치는 변경될 수 있다.
이처럼 단말기 바디의 후면에 후면 입력부가 구비되는 경우, 이를 이용한 새로운 형태의 유저 인터페이스가 구현될 수 있다. 또한, 앞서 설명한 터치 스크린 또는 후면 입력부가 단말기 바디의 전면에 구비되는 제1 조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체하여, 단말기 바디의 전면에 제1 조작유닛(123a)이 미배치되는 경우, 디스플레이부(151)가 보다 대화면(大畵面)으로 구성될 수 있다.
한편, 전자장치(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문인식센서가 구비될 수 있으며, 제어부(180)는 지문인식센서를 통하여 감지되는 지문정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문인식센서는 디스플레이부(151) 또는 사용자 입력부(123)에 내장될 수 있다.
마이크로폰(122)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력 받도록 이루어진다. 마이크로폰(122)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력 받도록 구성될 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자장치(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 인터페이스부(160)는 다른 장치(예를 들어, 이어폰, 외장 스피커)와의 연결을 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트[예를 들어, 적외선 포트(IrDA Port), 블루투스 포트(Bluetooth Port), 무선 랜 포트(Wireless LAN Port) 등], 또는 전자장치(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 인터페이스부(160)는 SIM(Subscriber Identification Module) 또는 UIM(User Identity Module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 소켓의 형태로 구현될 수도 있다.
단말기 바디의 후면에는 제2 카메라(121b)가 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 카메라(121b)는 제1 카메라(121a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지게 된다.
제2 카메라(121b)는 적어도 하나의 라인을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 행렬(matrix) 형식으로 배열될 수도 있다. 이러한 카메라는, '어레이(array) 카메라'로 명명될 수 있다. 제2카메라(121b)가 어레이 카메라로 구성되는 경우, 복수의 렌즈를 이용하여 다양한 방식으로 영상을 촬영할 수 있으며, 보다 나은 품질의 영상을 획득할 수 있다.
플래시(124)는 제2 카메라(121b)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(124)는 제2 카메라(121b)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향하여 빛을 비추게 된다.
단말기 바디에는 제2 음향 출력부(152b)가 추가로 배치될 수 있다. 제2 음향 출력부(152b)는 제1 음향 출력부(152a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다.
단말기 바디에는 무선 통신을 위한 적어도 하나의 안테나가 구비될 수 있다. 안테나는 단말기 바디에 내장되거나, 케이스에 형성될 수 있다. 예를 들어, 방송 수신 모듈(111, 도 1a 참조)의 일부를 이루는 안테나는 단말기 바디에서 인출 가능하게 구성될 수 있다. 또는, 안테나는 필름 타입으로 형성되어 후면 커버(300)의 내측면에 부착될 수도 있고, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나로서 기능하도록 구성될 수도 있다.
단말기 바디에는 전자장치(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(190, 도 1a 참조)가 구비된다. 전원 공급부(190)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리(191)를 포함할 수 있다.
배터리(191)는 인터페이스부(160)에 연결되는 전원 케이블을 통하여 전원을 공급받도록 구성될 수 있다. 또한, 배터리(191)는 무선충전기기를 통하여 무선충전 가능하도록 구성될 수도 있다. 상기 무선충전은 자기유도방식 또는 공진방식(자기공명방식)에 의하여 구현될 수 있다.
한편, 본 도면에서는 후면 커버(103)가 배터리(191)를 덮도록 리어 케이스(102)에 결합되어 배터리(191)의 이탈을 제한하고, 배터리(191)를 외부 충격과 이물질로부터 보호하도록 구성된 것을 예시하고 있다. 배터리(191)가 단말기 바디에 착탈 가능하게 구성되는 경우, 후면 커버(300)는 리어 케이스(102)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
전자장치(100)에는 외관을 보호하거나, 전자장치(100)의 기능을 보조 또는 확장시키는 액세서리가 추가될 수 있다. 이러한 액세서리의 일 예로, 전자장치(100)의 적어도 일면을 덮거나 수용하는 커버 또는 파우치를 들 수 있다. 커버 또는 파우치는 디스플레이부(151)와 연동되어 전자장치(100)의 기능을 확장시키도록 구성될 수 있다. 액세서리의 다른 일 예로, 터치 스크린에 대한 터치입력을 보조 또는 확장하기 위한 터치펜을 들 수 있다.
이하 명세서에서는 앞서 설명한 전자장치(100)의 일 예로서, 설명의 편의를 위해 이동 단말기를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 2는, 전자 장치(100)의 내부에 안테나가 실장된 회로 기판 여기서, 안테나 방사체(200)는 앞서 설명한 무선 통신부(110)와 동일한 개념으로 이해할 수 있다.
전자 장치의 본체 내부에는, 무선 통신을 위한 신호를 송수신하기 위한 패치 안테나(210)가 실장된 회로 기판(210)이 위치된다. 안테나(210)는 선택된 동작 주파수를 이용하여 외부와의 신호 송수신이 가능하도록 이루어진다.
회로 기판(210)의 내부에는 패치 안테나(220)가 설치된다. 도 3a와 도 3b에서 볼 수 있듯이, 회로 기판(210)은 전도성 물질로 이루어지는 도전층과, 절연 물질로 이루어지는 유전층이 교번적으로 적층되어 형성된다. 회로 기판(210)은 도전층과 유전층이 번갈아 가면서 쌓인 구조로 이루어진다.
도전층을 구성하는 전도성 물질의 재료로는 Ni, Cu, Ag 등에서 선택되는 어느 하나로 구성될 수 있으며, 예를 들어 도전층은 구리 박판으로 이루어질 수 있으며, 전자의 이동 통로를 형성할 수 있게 된다.
유전층은, 일정한 유전율을 갖는 물질로 구성될 수 있으며, 각 유전층은 동일한 유전 물질로 이루어질 수 있다. 유전층은 강유전 재료인 BaTiO3와 같은 페로브스카이트(perovskite) 구조를 가지는 재료를 이용하여 형성할 수 있으며, 온도에 따라 저항이 변화되는 특성을 갖는 재료를 사용하는 것도 가능할 것이다.
이때, 회로 기판(210)에 형성되는 각 유전층에는 유전물질로서 Isora-300MD를 동일하게 사용하는 것도 가능할 것이다.
회로 기판(210)의 내부 중심부에는 코어층(211)이 위치된다. 코어층(211)은, 유전층 중 선택된 하나로 구성될 수 있다. 코어층(211)은 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 유리 에폭시 물질 중 하나인 FR4를 이용하여 구성하는 것도 가능하다.
회로 기판(210)의 하부에는 그라운드층(213)이 형성되어, 회로 기판(210)의 접지부로서의 역할을 하게 된다.
본 발명에 따른 전자 장치에서 사용되는 회로 기판(210)에는, 패치 안테나(220)가 설치될 수 있다. 구체적으로, 패치 안테나(220)는 회로 기판(210) 위에 결합될 수 있다. 패치 안테나(220)는 복수개의 패치부(221, 222)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 패치부는 회로 기판(210) 상에 위치되고, 다른 하나의 패치부는 회로 기판(210)의 내부에 위치될 수 있다. 각 패치부는 서로 중첩되는 위치에 위치될 수 있다.
또한, 회로 기판(210)의 내부에는 코어층(211)을 기준으로 상부와 하부에 대칭되는 형상으로 이루어지는 EBG 구조체(231, 232)가 위치될 수 있다.
EBG(ctro-magnetic band gap) 구조체는, AMC (Artificial Magnetic Conductor)라고도 부르며, 구조적으로 인턱턴스(inductance, L)과 커패시턴스(Capacitance, C)를 구성하여 필터로서의 역할을 하는 것으로, 패치 안테나(220) 통해 방사되는 전자파가 원치 않는 방향으로 이동하는 것을 제한하게 된다.
회로 기판(210)의 내부에는, 이러한 특성을 갖는 EBG 구조체(231, 232)가 위치될 수 있다. EBG 구조체(231, 232)는 패치 안테나(220)와 인접하게 배치되는 제1 EBG 구조체(231)와 회로 기판(210)의 둘레부에 배치되는 제2 EBG 구조체(232)를 포함할 수 있다. EBG 구조체(231, 232)는 패치 안테나(220)로부터 방사되는 주파수 신호가 서로 간섭하는 것을 제한하는 역할을 하게 된다. 이러한 EBG 구조체에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
도 3a은, 도 2의 회로 기판(210)을 A-A'로 자른 단면도를 나타내며, 도 3b는 제1 EBG 구조체(231)와 제2 EBG 구조체(232)가 회로 기판의 내부에 위치되는 모습을 확대한 도면을 나타낸다.
전자 장치의 내부에 설치되는 회로 기판(210)은 여러 개의 층이 쌓인 구조로 이루어지는 것으로, 도전층과 유전층이 반복 적층되는 구조를 가진다.
회로 기판(210)에 적층된 도전층을 기준으로, 회로 기판(210)의 적층된 층의 개수를 칭할 수 있다. 예를 들어, 도 3a와 도 3b에서 보는 바와 같이, 회로 기판(210) 도전층이 총 12개로 구성되며, 각 도전층의 사이에는 유전층이 위치될 수 있다. 도전층은 전도성 물질로 이루어진다.
본 명세서에서는 편의상 최상단에 위치되는 도전층을 제1층이라고 칭하고, 가장 최하단에 있는 도전층을 제12층이라 칭하기로 한다. 다만, 이는 하나의 예를 나타내는 것이며, 회로 기판(210)을 구성하는 도전층과 유전층의 개수는 다양하게 구성되는 것도 가능하다.
회로 기판(210)의 중심부에는 패치 안테나(220)가 위치될 수 있다. 패치 안테나(220)는 LTE/WCDMA Rx Only 안테나, GPS 안테나, BT/WiFi 안테나 등 적어도 하나 이상의 주파수 대역을 송수신할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 패치 안테나(220)는 복수개로 이루어질 수 있으며, 회로 기판(210)의 복수개의 개소에 위치될 수 있다. 각 패치 안테나(220)들은 서로 다른 주파수 대역의 무선 신호를 송수신하도록 이루어질 수 있다.
패치 안테나(220)는 회로 기판(210) 상에 위치되어 회로 기판(210)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 패치 안테나(220)에 의해 송수신되는 무선 신호를 처리할 수 있게 된다.
패치 안테나(220)는 패치 안테나(220)는 회로 기판(210)상에 위치되는 제1 패치부(221)와, 회로 기판(210)의 내부에 위치되는 제2 패치부(222)로 구성될 수 있다. 제1 패치부(221)와 제2 패치부(222)는 임의로 선택된 회로 기판의 층에 위치될 수 있으며, 예를 들어, 제1 패치부(221)는 제1층에, 제2 패치부(222)는 제7층에 위치되는 것도 가능할 것이다.
패치 안테나(220)를 구성하는 제2 패치부(222)의 하부에는 피딩멤버(215)가 위치될 수 있다. 피딩멤버(215)는 전자 소자와 연결되어 회로 소자에서 나오는 신호를 전달하는 역할을 한다. 피딩멤버(215)는 얇은 플레이트 형상으로 이루어지며 일 방향으로 연장되도록 이루어질 수 있다. 피딩멤버(215)는 도전체로 구성될 수 있을 것이다.
회로 기판(210)의 내부에는, EBG 구조체(231, 232)가 위치된다. EBG 구조체(231, 232)는 패치 안테나(220)로부터 방사되는 주파수 신호가 서로 간섭하는 것을 제한하는 역할을 한다.
EBG 구조체(231, 232)는 패치 안테나(220)와 인접하게 배치되는 제1 EBG 구조체(231)와, 회로 기판(210)의 둘레부에 배치되는 제2 EBG 구조체(232)를 포함하도록 이루어진다.
여기서, 제1 EBG 구조체(231)는 버섯 모양으로 형성되므로 mushroom -EBG 라고 칭하며, 제2 EBG 구조체(232)는 UC-EBG라고 칭하기도 한다.
제1 EBG 구조체(231)는, 패치 안테나(220)의 외측부 둘레를 따라 위치될 수 있으며, 패치 안테나(220)에 인접하도록 배치될 수 있다.
제1 EBG 구조체(231)는, 회로 기판(210)의 내부에 위치되는 것으로, 제1 EBG 구조체(231)는, 코어층(211)을 기준으로 하부에 배치되는 제1 도전플레이트(231a)와, 상하방향으로 연장 형성되고, 제1 도전플레이트(231a)와 그라운드층(213)을 연결하는 비아(231b)를 포함할 수 있다.
제1 도전플레이트(231a)는, 도전 물질로 구성되는 박판 형상으로 이루어질 수 있다. 제1 도전플레이트(231a)는 복수개로 이루어질 수 있으며, 서로 다른 제1 도전플레이트(231a)는 코어층(211)을 기준으로 상부와 하부에 서로 대칭되도록 위치될 수 있다. 또한, 제1 도전플레이트(231a)는 코어층(211)을 기준으로 그라운드층(213)과 상하 방향으로 서로 동일한 거리에 위치될 수 있다.
회로 기판(210)의 내부에 도전물질로 이루어지는 복수개의 제1 도전플레이트(231a)가 코어층(211)을 기준으로 서로 대칭되도록 위치되는 경우, 회로 기판(210)에 물리적인 충격이나 고온이 가해지더라도 회로 기판(210)에 균일하게 응력이 분산되므로 강성 확보에 유리하게 될 것이다.
복수개의 층으로 이루어지는 회로 기판(210)에 패치 안테나(220)를 위치시키는 경우, 패치 안테나(220)가 위치하는 영역에는 도전체가 없는 빈 영역이 필요하다. 이러한 도전체가 없는 영역에 높은 압력이나 온도가 작용하게 되면, 동주름이 발생하여 회로 기판의 품질이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
이에, 코어층(211)을 중심으로 상하부에 EBG 구조체를 위치시키는 경우, 도전체를 해당 영역에 채워줄 수 있게 되므로, 회로 기판에 동주름이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.
도 3b에서 보는 바와 같이, 패치 안테나(220)의 좌측에 위치하는 제1 EBG 구조체(231)에는 코어층(211)을 기준으로 상부와 하부에는 각각 제1 도전플레이트(231a)가 형성된다. 패치 안테나(220)에 인접하게 위치되는 제1 EBG 구조체(231)의 제1 도전플레이트(231a)는 패치 안테나(220)에서 방사되는 신호가 인접한 다른 패치 안테나(220)로 전달되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
도 4a와 패치 안테나(220) 사이에 제1 EBG 구조체(231)가 배치되는 모습을 나타내고, 도 4b는 제1 EBG 구조체(231)의 내부 구조를 나타내는 개념도이다.
제1 EBG 구조체(231)는 회로 기판(210)에 배치되는 서로 다른 패치 안테나(220)의 사이에 위치될 수 있으며, 서로 다른 패치 안테나(220) 사이에서 방사되는 동작 주파수 신호의 간섭을 방지하는 역할을 하게 된다.
제1 EBG 구조체(231)의 제1 도전플레이트(231a)는 인턱턴스(inductance, L)의 역할을 하며, 제1 도전플레이트(231a)와 연결되며 상하방향으로 연장되어 그라운드층(213)과 연결되는 비아(231b)는 패시턴스(Capacitance, C)의 역할을 하므로, 패치 안테나(220)에서 방사되는 구동 주파수의 신호가 인접한 다른 패치 안테나(220)로 방사되는 제한할 수 있게 된다. 즉, 제1 EBG 구조체(231)의 제1 도전플레이트(231a)와 비아(231b)는 패치 안테나(220)의 주파수 신호가 전달되는 것을 제한하는 LC 필터로서의 역할을 할 수 있게 된다.
제1 EBG 구조체(231)는 상부에 위치되는 제1 도전플레이트(231a) 및 제1 도전플레이트(231a)를 그라운드층(213)과 연결하기 위한 비아(231b)를 포함하는 구조를 갖는다.
제1 EBG 구조체(231)는 패치 안테나(220)에 인접한 두 개의 제1 EBG 구조체(231)가 한쌍으로 동작하게 되어야 하므로, 도 6에서 보는 바와 같이, 패치 안테나(220)의 전후 좌우에는 2개로 구성되는 한쌍의 제1 EBG 구조체(231)이 배치되게 된다.
이에 따라, 상부에 위치되는 제1 도전플레이트(231a) 상호간에는 커패시턴스를 발생시키고, 상부에 위치하는 제1 도전플레이트(231a)에서 비아(231b)를 따라 하부로 내려간 후 다시 상부에 위치하는 제1 도전플레이트(231a)로 이동하는 전류에 의해 인턱턴스를 발생시켜 LC 공진이 일어나게 된다. 인덕턴스 L과 커패시턴스 C의 크기를 조절하게 되면, 원하는 주파수의 전파진행을 차단시킬 수 있게 된다.
제2 EBG 구조체(232)는, 도전성 플레이트로 이루어지는 제2 도전플레이트(232a)를 포함할 수 있다. 제2 도전플레이트(232a)는 복수개로 이루어질 수 있으며, 회로 기판(210)의 내부에 코어층(211)을 기준으로 상부와 하부에 대칭되는 형상으로 위치될 수 있다. 제2 EBG 구조체(232)는, 코어층(211)을 기준으로 상하 양단에 서로 다른 제2 도전플레이트(232a)가 대칭되도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 코어층(211)을 기준으로 그라운드층(213)과 동일한 거리에는 제2 도전플레이트(232a)가 위치될 수 있다. 코어층(211)을 기준으로 제2 도전플레이트(232a)가 대칭되도록 위치하게 되면, 해당층에는 동박잔존율이 높아지게 되므로, 회로 기판(210)에 물리적인 힘이나 고온이 가해지더라도 변형을 방지할 수 있는 역할을 하게 될 것이다.
도 3a와 도 3b에서 보듯이, 회로 기판(210)은 도전물질이 포함되는 복수개의 도전층을 가지도록 이루어질 수 있다. 도 3a와 도 3b에서 도전층은 진한 빗금이 표시된 부분을 나타낸다.
회로 기판(210)의 내부에 EBG 구조체가 위치됨으로써 EBG 구조체의 제1 도전플레이트(231a) 또는 제2 도전플레이트(232a)가 위치되는 도전층의 동박잔존률이 높아지게 되므로, 회로 기판(210)의 강성의 충분한 확보가 이루어질 수 있게 된다.
도 3b는, 회로 기판(210)에 위치되는 EBG 구조체의 모습을 나타내는 개념도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 EBG 구조체(231)는 코어층(211)을 기준으로 서로 대칭되게 위치될 수 있으며, 제1 EBG 구조체(231)가 회로 기판(210)의 내부에 위치되는 방법은 다양하게 변형하여 실시될 수 있을 것이다.
도 3b에서 보는 바와 같이, 제1 EBG 구조체(231)는 코어층(211)을 중심으로 유전층과 도전층이 서로 교번적으로 적층되어 총 12개의 도전층을 구성하는 경우를 예를 들어 설명하기로 한다. 그라운드층(213)은 제10층에 위치하는 것으로 가정한다.
예를 들어, 2개의 도전층을 임의로 선택하여 EBG 구조체를 위치시키는 경우, 도전체로 이루어지는 그라운드층(213)에 대응하도록, 제2 EBG 구조체(232)는 제3층에 위치되는 것이 가능하다. 또한, 4개의 도전층을 임의로 선택하여 EBG 구조체를 위치시키는 경우, 제1층, 제3층, 제10층 및 제12층을 선택하여 제1 EBG 구조체(231) 또는 제2 EBG 구조체(232)가 위치되도록 하는 것도 가능할 것이다. 또한, 제2층, 제3층, 제10층 및 제11층을 선택하여 제1 EBG 구조체(231) 또는 제2 EBG 구조체(232)가 위치시키는 것도 가능할 것이다. 이와 같이, 다양한 도전층을 선택하여 EBG 구조체를 배치시킬 수 있게 된다. 다만, 코어층(211)을 기준으로 제1 EBG 구조체(231)와 제2 EBG 구조체(232)는 각각 대칭되는 형상으로 배치되어야 할 것이다. 이를 통해, 회로 기판(210)의 강성 확보가 가능할 뿐만 아니라, 복수개 설치되는 패치 안테나(220) 상호간에 신호가 간섭하는 것을 제한할 수 있게 된다.
도 5a는 회로 기판(210)에 배치되는 패치 안테나(220)의 변형 가능한 모습을 나타내며, 도 5b는 패치 안테나(220)와 피딩멤버(215)의 배치 관계를 나타내는 도면이다.
회로 기판(210)에 위치되는 패치 안테나(220)는 도 5a의 (a), (b), (c)에서 보는 바와 같이, 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.
패치 안테나(220)는 도 5a의 (a)에서 보는 바와 같이, 하나의 패치부(221)로 구성되어 회로 기판(210) 상에 위치되는 것도 가능하며, 도 5a의 (b), (c)에서 보는 바와 같이, 복수개의 패치부(221', 222', 221'', 222'', 223'')가 중첩된 위치에서 상하로 배치되는 것도 가능할 것이다.
예를 들어, 서로 다른 제1 패치부(221)와 제2 패치부(222)는 회로 기판(210)에 구성되는 서로 다른 도전층에 상하로 배치될 수 있다.
또한, 각 패치 안테나(220)의 패치부는 일반적으로 직사각형의 플레이트 형상(221, 221', 222', 221'', 222'', 223'')으로 이루어질 것이나, 원형의 플레이트 형상으로 이루어지는 것도 가능할 것이다.
도 5b에서 보는 바와 같이, 제1 패치부(221)와 제2 패치부(222)로 구성되는 패치 안테나(220)의 하부에는 피딩멤버(215)가 위치될 수 있다. 피딩멤버(215)는 회로 기판(210)의 내부의 도전층에 위치되는 것으로 일 방향으로 연장되는 플레이트 형상으로 이루어질 수 있다.
피딩멤버(215)는 도전체로 이루어질 수 있으며, 전자소자에서 연장되는 포트와 연결되어 파워를 전달하거나 임피던스의 매칭이 가능하도록 하는 역할을 한다. 피딩멤버(215)는, 패치 안테나(220)의 제1 패치부(221) 및 제2 패치부(222) 중 어느 하나의 일면에 직접 접촉되어 연결될 수 있다. 다만, 간접 급전 방식으로 파워를 전달하는 것도 가능하므로, 패치 안테나(220)와 직접 접하지 않고 위치되는 것도 가능할 것이다.
도 6은, 본 발명에 따른 회로 기판(210)을 외부에서 바라본 사시도이고, 도 7은, 회로 기판(210)을 위에서 투영해서 바라본 개념도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 회로 기판(210)에는 복수개의 패치 안테나(220)가 배치될 수 있다. 서로 인접하게 배치되는 패치 안테나(220) 간에는, 서로 다른 패치 안테나(220) 사이의 간섭을 제한할 수 있도록, 각 패치 안테나(220)의 중심 간의 거리(d3)가 패치 안테나(220)에서 방사되는 신호가 갖는 파장의 1/2 값 이상의 거리를 가지도록 배치하는 것이 바람직할 것이다.
패치 안테나(220)의 주위로 제1 EBG 구조체(231)가 배치될 수 있다. 패치 안테나(220)는 복수개의 패치부가 오버랩되도록 이루어질 수 있다. 사각형의 형상으로 이루어지는 패치 안테나(220)의 각 모서리에는 서로 다른 제1 EBG 구조체(231)가 배치되게 된다.
제1 EBG 구조체(231)는, 패치 안테나(220)를 사이에 두고 패치 안테나(220)와 일정한 거리만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 제1 EBG 구조체(231)는, 패치 안테나(220)의 중앙과 제1 EBG 구조체(231)의 중앙 사이의 거리가 패치 안테나(220)에서 방사되는 신호가 갖는 파장의 1/4 값이 되도록 배치될 수 있다.
이때, 제1 EBG 구조체(231)와 패치 안테나(220) 사이에는, 패치 안테나(220)의 방사 성능이 저하되는 것을 방지하기 위해, 패치 안테나(220)에서 방사되는 신호가 갖는 파장의 1/16 값 이상의 간격(d1)을 가지도록 배치되는 것이 바람직할 것이다.
또한, 도 7에서 보는 바와 같이, 패치 안테나(220)로부터 멀어지는 방향으로 제1 EBG 구조체(231)와 이격되도록 제2 EBG 구조체(232)가 배치될 수 있다. 제2 EBG 구조체(232)는 전도성 플레이트로 이루어지는 제2 도전플레이트(232a)를 포함할 수 있다. 제2 도전플레이트(232a)는 복수개로 이루어지며, 회로 기판(210)의 둘레부에 위치될 수 있다.
제2 EBG 구조체(232)와 제1 EBG 구조체(231) 사이의 간격(d2)은 패치 안테나(220)에서 방사되는 신호가 갖는 파장값의 1/16 이상의 간격을 가지도록 배치될 수 있다.
만일, 제2 EBG 구조체(232)와 제1 EBG 구조체(231) 사이에 패치 안테나(220)에서 방사되는 신호가 갖는 파장값의 1/16 이하의 간격을 가질 경우, 제1 EBG 구조체(231)와 제2 EBG 구조체(232) 사이에 커패시턴스가 배치되는 효과가 생기게 되어 EBG 구조체의 성능 저하를 야기하게 된다.
또한, 도 7에서 보는 바와 같이, 제2 EBG 구조체(232)는 패치 안테나(220)에서 방사되는 신호가 갖는 파장값의 1/4 이상의 폭(d4, 도면 상에서 상하 방향)을 가지도록 형성될 수 있다. 제2 EBG 구조체(232)의 최소 폭이 패치 안테나(220)에서 방사되는 신호가 갖는 파장값의 1/4 이상일 때 반사되는 표면파와 입사되는 표면파 사이의 위상이 180도 차이나게 되어 서로 상쇄할 수 있기 때문이다.
도 7에서는 회로 기판(210)의 상측과 하측 둘레부에 제2 EBG 구조체(232)가 형성되는 모습을 보여주고 있으나, 좌측과 우측 둘레부에도 제2 EBG 구조체(232)가 추가로 형성되는 것도 가능할 것이다. 다만, 위에서 설명한 바와 같이, 제2 EBG 구조체(232)의 성능 발휘를 위해, 제2 EBG 구조체(232)의 최소 폭은 패치 안테나(220)에서 방사되는 신호가 갖는 파장값의 1/4 이상이 되도록 배치되어야 할 것이다.
도 8a는, 본 발명에 따른 회로 기판(210)을 포함하는 경우, 패치 안테나(220)의 방사 성능을 각도 별로 보여주는 그래프이고, 도 8b는, 본 발명에 따른 회로 기판(210)을 포함하는 경우, 주파수에 따른 패치 안테나(220)의 이득(gain) 값을 나타내는 그래프이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 회로 기판(210)은, 패치 안테나(220)에 인접하도록 제1 EBG 구조체(231)와 제2 EBG 구조체(232)를 포함한다.
도 8a에서 보는 바와 같이, 패치 안테나(220) 주위로 제1, 2 EBG 구조체가 배치되는 경우에도, 동작 주파수인 26.5 GHz, 28 GHz, 29.5 GHz에서도 패치 안테나(220)가 바라보는 방향으로 방사 패턴의 왜곡이나 성능 저하 없이 각도별로 정상적인 방사패턴이 형성됨을 확인하였다.
또한, 도 8b의 그래프를 보면, 패치 안테나(220)의 동작 주파수인 26.5 GHz ~ 29.5 GHz에서 패치 안테나(220)의 이득 값은 6.5 dbi 이상의 값을 가짐을 확인하였다.
구체적으로 안테나의 이득 값은 안테나의 동작주파수가 26.5GHz일 때, 6.5 dBi이고, 28GHz일 때, 6.9 dBi이며, 29.5GHz 일때, 7 dBi를 가지는 것을 확인하였다.
여기서, dbi(decibels relative to an isotropic antenna)란, 등방성 안테나 기준 데시벨을 의미하는 것으로, 안테나 이득을 등방성 안테나를 기준으로 하여 데시벨로 나타낸 값이다. 일정 거리 떨어진 안테나의 특정 방향의 전력 밀도를 같은 거리에 있는 등방성 안테나의 전력 밀도에 대해 대수로 나타낸 상대 단위를 의미한다.
도 9a와 도 9b는 본 발명에 따른 회로 기판(210)의 내부에 EBG 구조체가 포함되어 있는 경우와 그렇지 않은 경우에 대해, 복수개의 패치 안테나(220)가 회로 기판(210)에 배치되는 경우, 가로 방향을 기준으로 패치 안테나(220) 사이의 격리도를 나타내는 그래프와 결과값이다.
도 9a와 도 9b에서 보듯이, 패치 안테나(220)의 동작 주파수인 26.5 Ghz에서 29.5 GHz 사이에서, 회로 기판(210)에 제1 EBG 구조체(231)와 제2 EBG 구조체(232)가 포함되어 있는 경우는 그렇지 않은 경우에 비해, 인접한 패치 안테나(220) 간에 간섭되는 주파수의 차단값의 크기가 더 큼을 확인 할 수 있다. 이러한 차단값을 격리도라고도 부르며, 이러한 수치의 절대값이 클수록 인접한 패치 안테나(220) 사이에 서로 간섭되지 않는 것을 의미하게 된다.
회로 기판(210)에 제1 EBG 구조체(231)와 제2 EBG 구조체(232)가 포함되어 있는 경우, 26.5 Ghz 일때의 격리도의 값은 18.2 DB의 결과값을 얻었으며, 29.5 GHz 일때의 격리도의 값은 21.1 DB의 결과값을 얻었다. 회로 기판(210)에 제1 EBG 구조체(231)와 제2 EBG 구조체(232)가 포함되어 있는 경우에는 그렇지 않은 경우에 비해 더 큰 격리도의 값을 가짐을 알 수 있다.
도 10a와 도 10b는, 본 발명에 따른 회로 기판(210)에 EBG 구조체가 포함되어 있는 경우와 그렇지 않은 경우에 있어, 복수개의 패치 안테나(220)가 회로 기판(210)에 배치되는 경우, 세로 방향을 기준으로 패치 안테나(220) 사이의 격리도를 나타내는 그래프와 결과값이다.
패치 안테나(220)의 동작 주파수인 26.5 Ghz에서 29.5 GHz 사이에서, 회로 기판(210)에 제1 EBG 구조체(231)와 제2 EBG 구조체(232)가 포함되어 있는 경우는 그렇지 않은 경우에 비해, 인접한 패치 안테나(220) 간에 간섭되는 주파수의 차단값의 크기가 더 큼을 확인 할 수 있다.
회로 기판(210)에 제1 EBG 구조체(231)와 제2 EBG 구조체(232)가 포함되어 있는 경우, 26.5 Ghz 일때의 격리도의 값은 23 DB의 결과값을 얻었으며, 29.5 GHz 일때의 격리도의 값은 25.1 DB의 결과값을 얻었으며, 이는 회로 기판(210)에 제1 EBG 구조체(231)와 제2 EBG 구조체(232)가 포함되어 있지 않은 경우에 비해 더 큼을 확인 할 수 있다.
도 11a는, 패치 안테나(220)의 동작주파수가 28 Ghz 일 때, 본 발명에 따른 회로 기판(210)에 EBG 구조체가 포함되어 있는 경우와 그렇지 않은 경우에 있어, 복수개의 패치 안테나(220)가 세로 방향으로 배치될 때의 패치 안테나(220)의 방사 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 11a의 그래프에서 점선 박스 부분을 살펴보면, 회로기판(210)에 EBG 구조체가 포함되어 있지 않은 경우에는 세로 방향으로 배치되는 서로 다른 패치 안테나(220)들 사이에서 표면파가 전달되어 인접한 패치 안테나(220)에 간섭을 일으키는 값이 더 큼을 확인할 수 있다.
도 11b는, 패치 안테나(220)의 동작주파수가 28 Ghz 일 때, 복수개의 패치 안테나(220)가 가로 방향으로 배치될 때, 패치 안테나(220)의 방사 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 11b의 그래프에서 점선 박스 부분을 살펴보면, 회로 기판(210)에 EBG 구조체가 포함되어 있지 않은 경우에는 가로 방향으로 배치되는 서로 다른 패치 안테나(220)들 사이에서는 표면파가 전달되게 되어 인접한 패치 안테나(220)에 간섭을 일으키는 값이 더 큼을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명에 관한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (17)

  1. 전자 장치의 본체 내부에 설치되고, 전도성 물질로 이루어지는 도전층과, 절연 물질로 이루어지는 유전층이 교번적으로 적층 형성되는 회로기판;
    상기 회로기판에 배치되는 적어도 하나 이상의 패치 안테나;
    회로기판의 내부에 중심부에 위치되고, 상기 유전층 중 어느 하나의 층으로 이루어지는 코어층;
    상기 코어층의 하부에 배치되는 그라운드층; 및
    상기 코어층을 기준으로 상부와 하부에서 대칭되는 형상으로 상기 회로기판 내부에 위치되는 EBG 구조체를 포함하며,
    상기 EBG 구조체는, 상기 각 패치 안테나로부터 방사되는 동작 주파수 신호가 서로 간섭되는 것을 제한하며,
    상기 EBG 구조체는,
    상기 패치 안테나의 외측부에 인접하도록 배치되는 제1 EBG 구조체; 및
    상기 제1 EBG 구조체와 일정한 간격만큼 이격되고, 상기 회로기판의 둘레부에 배치되는 제2 EBG 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판에 적층되는 유전층은 동일한 유전물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 EBG 구조체 및 상기 제2 EBG 구조체는, 상기 회로기판의 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 EBG 구조체는,
    상기 코어층을 기준으로 하부에 배치되는 제1 도전플레이트; 및
    상하 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 도전플레이트와 상기 그라운드층을 연결하는 비아를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 도전플레이트는, 복수개로 이루어지며, 상기 코어층을 기준으로 상기 그라운드층과 상하방향으로 동일한 거리에 대칭되게 위치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 비아는, 상기 코어층을 지나 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 EBG 구조체는, 복수개로 이루어지며, 상기 패치 안테나를 사이에 두고 상기 패치 안테나와 설정된 거리만큼 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 EBG 구조체는, 상기 패치 안테나에서 방사되는 신호가 갖는 파장의 1/16 이상의 거리만큼 상기 패치 안테나로부터 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 패치 안테나로부터 멀어지는 방향으로 상기 제1 EBG 구조체 및 상기 제2 EBG 구조체 순으로 외측 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 EBG 구조체는, 전도성 물질로 이루어지는 제2 도전플레이트를 포함하며,
    상기 제2 도전플레이트는, 상기 회로기판의 내부에서 상기 코어층을 기준으로 상하부에 대칭되게 위치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 EBG 구조체는 복수개로 이루어지며, 상기 제1 EBG 구조체과 일정한 거리만큼 이격되도록, 상기 제1 EBG 구조체의 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 EBG 구조체와 제2 EBG 구조체는, 상기 패치 안테나에서 방사되는 신호가 갖는 파장의 1/16 값 이상의 거리를 갖고 서로 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 EBG 구조체 및 상기 제2 EBG 구조체는 도전물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 코어층은, 상기 회로기판의 중심부에 위치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 패치 안테나는, 상기 회로기판의 내부에 일정한 간격으로 상하로 중첩되게 배치되는 플레이트 형상의 제1 패치부 및 제2 패치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 패치부와 상기 제2 패치부 중 어느 하나의 일면은, 일방향으로 연장 형성되는 피딩멤버와 연결되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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