KR102364678B1 - 이동 단말기 - Google Patents

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말기는 영상이 디스플레이 되며, 광을 방출하는 OLED 픽셀 모듈 및 하부에 불투광 레이어를 포함하는 디스플레이부; 상기 OLED 픽셀 모듈에서 방출된 광이 사용자의 손가락으로부터 반사되면, 반사광을 수신하여 상기 사용자의 지문을 인식하는 지문 인식 센서; 상기 불투광 레이어의 일부가 타공되어, 상기 지문 인식 센서가 삽입되는 센서 삽입 공간; 압력이 인가되면 햅틱 피드백을 제공하고, 상기 지문 인식 센서의 측면을 포위하여 배치되는 포스 센서를 포함한다.

Description

이동 단말기{MOBILE TERMINAL}
본 발명은 이동 단말기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지문 인식 센서 및 포스 센서를 언더 디스플레이(Under Display)로 구현한 이동 단말기에 관한 것이다.
단말기는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)으로 나뉠 수 있다. 다시 이동 단말기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.
이동 단말기의 기능은 다양화 되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.
이와 같은 단말기(terminal)는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 단말기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려 될 수 있다.
최근에는 단말기의 전면에서 베젤(Bezel)을 감소시키고 디스플레이부를 확대하려는 연구가 활발히 진행 중이다. 이는 단말기 자체의 크기를 증가시키지 않고도 사용자가 디스플레이부를 통해 영상을 더욱 넓게 보기 위함이다. 그런데 일반적으로 단말기에는 베젤에 홈 버튼이 물리식 버튼(메커니컬 키) 또는 터치식 버튼(터치 키)의 형태로 마련되어 있다. 심지어는 홈 버튼에 지문 인식 센서를 포함하여, 홈 버튼을 통해 사용자의 지문을 인식하는 기술도 제시되었다. 그러나, 홈 버튼이 베젤에 마련되어 있어, 일반적인 방법으로는 베젤을 감소시키는 데에 한계가 있었다.
따라서 최근에는 홈 버튼을 베젤에 별도로 마련하지 않고, 디스플레이부 상에서 특정 위치에 터치 키의 형태로 형성되도록 하였다. 그리고, 홈 버튼이 형성된 위치에 포스 센서 및 햅틱 모듈을 더 포함하여 유사한 조작감을 부여하였다. 또한, 이러한 포스 센서를 디스플레이의 하부에 배치시키는, 이른바 언더 디스플레이(Under Display)로 구현하는 기술도 제시되었다. 그러나, 실제로 지금까지 이러한 언더 디스플레이로 구현되는 것은, 단지 포스 센서에 불과하였다. 따라서, 지문 인식을 위해서는 지문 인식 센서를 이동 단말기의 후면 등 전혀 다른 위치에 배치하여야 하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 포스 센서뿐만 아니라 지문 인식 센서도 언더 디스플레이(Under Display)로 구현한 이동 단말기를 제공하는 것이다.
또한, 이동 단말기의 두께를 증가시키지 않고도 포스 센서와 지문 인식 센서를 근접한 위치에 배치하여, 지문 인식과 햅틱 피드백 제공이 동시에 동작되는 이동 단말기를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말기는 영상이 디스플레이 되며, 광을 방출하는 OLED 픽셀 모듈 및 하부에 불투광 레이어를 포함하는 디스플레이부; 상기 OLED 픽셀 모듈에서 방출된 광이 사용자의 손가락으로부터 반사되면, 반사광을 수신하여 상기 사용자의 지문을 인식하는 지문 인식 센서; 상기 불투광 레이어의 일부가 타공되어, 상기 지문 인식 센서가 삽입되는 센서 삽입 공간; 압력이 인가되면 햅틱 피드백을 제공하고, 상기 지문 인식 센서의 측면을 포위하여 배치되는 포스 센서를 포함한다.
또한, 상기 포스 센서는, 다각 고리 형상을 가지며, 각각의 모서리마다 인가되는 압력의 크기를 각각 측정할 수 있다.
또한, 상기 포스 센서의 각각의 모서리마다 인가되는 압력의 크기의 차이가 기 설정된 오차 범위를 초과하는 경우, 상기 디스플레이부는, 상기 압력을 인가하는 방향을 보정하라는 인디케이터를 외부로 디스플레이 할 수 있다.
또한, 상기 불투광 레이어는, 고무, 우레탄, 구리, 그라파이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 포스 센서는, 복수의 전극 및 유전체를 포함하여, 캐패시턴스의 변화를 통해 상기 인가된 압력의 크기를 측정할 수 있다.
또한, 상기 포스 센서는, FSR 잉크가 제1 PET 필름에 도포되고, 제2 PET 필름에 형성된 은 잉크 패턴의 저항의 변화를 통해 상기 인가된 압력의 크기를 측정할 수 있다.
또한, 상기 포스 센서는, 충격을 흡수하는 쿠션재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 쿠션재는, 상기 포스 센서의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 포스 센서는, 상기 지문 인식 센서의 측면을 나선형으로 포위하는 코일; 및 상기 코일의 하부에 배치되는 도전체를 포함하고, 상기 코일에 생성되는 자기장의 변화에 따라 상기 도전체에 생성되는 와전류의 크기를 통해, 상기 인가된 압력의 크기를 측정할 수 있다.
또한, 상기 코일은, 상기 불투광 레이어에 패터닝되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 도전체는, 상기 디스플레이부의 하부에 배치되며, 상기 디스플레이부, 상기 지문 인식 센서 및 상기 포스 센서를 수용하는 케이스의 일부일 수 있다.
또한, 상기 포스 센서는, 상기 인가된 압력에 의해 형태가 변형되는 필름; 및 상기 필름의 상면 및 하면에 각각 부착되는 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하고, 상기 스트레인 게이지의 저항의 변화를 통해 상기 인가된 압력의 크기를 측정할 수 있다.
또한, 상기 지문 인식 센서는, 상기 OLED 픽셀 모듈보다 하부에 배치될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말기는 영상이 디스플레이 되며, 광을 방출하는 OLED 픽셀 모듈 및 하부에 불투광 레이어를 포함하는 디스플레이부; 상기 OLED 픽셀 모듈에서 방출된 광이 사용자의 손가락으로부터 반사되면, 반사광을 수신하여 상기 사용자의 지문을 인식하는 지문 인식 센서; 상기 불투광 레이어의 일부가 타공되어, 상기 지문 인식 센서가 삽입되는 센서 삽입 공간; 압력이 인가되면 햅틱 피드백을 출력하고, 상기 지문 인식 센서의 하면에 형성되는 포스 센서를 포함한다.
또한, 상기 포스 센서는, 다각 고리 형상을 가지며, 각각의 모서리마다 인가되는 압력의 크기를 각각 측정할 수 있다.
또한, 상기 포스 센서의 각각의 모서리마다 인가되는 압력의 크기의 차이가 기 설정된 오차 범위를 초과하는 경우, 상기 디스플레이부는, 상기 압력을 인가하는 방향을 보정하라는 인디케이터를 외부로 디스플레이 할 수 있다.
또한, 상기 포스 센서의 주변을 포위하는 보강재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 불투광 레이어는, 고무, 우레탄, 구리, 그라파이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 포스 센서는, 상기 지문 인식 센서의 하면에 부착되는 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하고, 상기 스트레인 게이지의 저항의 변화를 통해 상기 인가된 압력의 크기를 측정할 수 있다.
또한, 상기 지문 인식 센서는, 상기 OLED 픽셀 모듈보다 하부에 배치될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
포스 센서뿐만 아니라 지문 인식 센서도 언더 디스플레이(Under Display)로 구현함으로써, 디스플레이부의 영역을 증가시키면서 디스플레이부에 대하여 터치 입력을 인가하면 이동 단말기가 지문을 인식할 수 있다.
또한, 이동 단말기의 두께를 증가시키지 않고도 포스 센서와 지문 인식 센서를 근접한 위치에 배치함으로써, 사용자가 특정 위치에 손가락을 접촉하여 특정 압력 이상의 터치 입력을 인가하면, 지문을 인식함과 동시에 사용자에게 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.
또한, 포스 센서가 방향성을 인지할 수 있어, 사용자가 지문 인식 센서의 정위치에서 이탈하여 손가락을 접촉시킨 경우, 사용자에게 올바른 정위치로 손가락을 이동시키도록 인디케이터를 디스플레이 할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1a는 본 발명과 관련된 이동 단말기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 이동 단말기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 변형 가능한 이동 단말기의 다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예와 관련된 와치 타입의 이동 단말기의 일 예를 보인 사시도이다.
도 4는 일반적인 이동 단말기의 전면 하단의 베젤에 형성된 홈 버튼을 나타낸 사시도이다.
도 5는 일반적인 OLED 형태의 디스플레이부의 구조도이다.
도 6은 정전식 지문 인식 센서의 감도를 실험한 그래프이다.
도 7은 지문 인식 센서가 설치된 디스플레이부의 구조도이다.
도 8은 지문 인식 센서가 설치된 이동 단말기에서 디스플레이부의 투광 레이어를 제거한 정면도이다.
도 9는 지문 인식 센서의 정면도이다.
도 10은 지문 인식 센서의 배면도이다.
도 11은 지문 인식 센서가 삽입 공간에 삽입된 모습을 나타낸 배면 사시도이다.
도 12는 사용자가 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부의 특정 위치에 손가락으로 다양한 크기의 압력을 가했을 때, 지문 인식 센서가 각각 인식하는 지문의 모양을 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12에서의 지문 인식 센서가 각각 수신하는 지문의 신호 크기를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 14는 포스 센서를 지문 인식 센서의 내부에, 다른 구성들과 함께 적층된 모습을 나타낸 구조도이다.
도 15는 도 14에서의 지문 인식 센서가 삽입 공간에 삽입된 모습을 나타낸 배면 사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서를 포함하는 디스플레이부의 구조도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 인식 센서 및 포스 센서의 정면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서가 캐패시티브(Capacitive) 방식인 경우, 포스 센서의 구조도이다.
도 19는 도 18의 포스 센서가 단채널 기능을 제공하는 경우, 포스 센서의 개념도이다.
도 20은 도 18의 포스 센서가 다채널 기능을 제공하는 경우, 포스 센서의 개념도이다.
도 21은 도 20에서 제1 채널에 압력이 인가되는 모습을 나타낸 개념도이다.
도 22는 도 21에 대한 결과로서 디스플레이부에 인디케이터가 디스플레이 되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 23은 도 20에서 제2 채널에 압력이 인가되는 모습을 나타낸 개념도이다.
도 24는 도 23에 대한 결과로서 디스플레이부에 인디케이터가 디스플레이 되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서가 리지스티브(Resistive) 방식인 경우, 포스 센서의 구조도이다.
도 26은 도 25의 포스 센서에 인가되는 압력의 크기와 그에 따른 저항의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 27은 도 25의 포스 센서의 하부에 쿠션재가 배치된 모습을 나타낸 디스플레이부의 구조도이다.
도 28은 도 25의 포스 센서가 다채널 기능을 제공하는 경우, 포스 센서의 구조도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서가 인덕티브(Inductive) 방식인 경우, 디스플레이부의 구조도이다.
도 30은 도 29의 서멀 시트에 코일이 패터닝된 모습을 나타낸 개념도이다.
도 31은 도 29의 포스 센서의 동작을 나타내는 개념도이다.
도 32는 도 29의 포스 센서가 다채널 기능을 제공하는 경우, 포스 센서의 개념도이다.
도 33은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포스 센서를 포함하는 디스플레이부의 구조도이다.
도 34는 도 33의 포스 센서가 스트레인 게이지 방식인 경우, 포스 센서의 정면도이다.
도 35는 압력이 인가되지 않은 도 33의 포스 센서의 개념도이다.
도 36은 압력이 인가된 후 도 33의 포스 센서의 개념도이다.
도 37는 스트레인 게이지를 사용하는 또 다른 포스 센서의 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 38은 도 37의 포스 센서의 정면도 및 배면도이다.
도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서가 스트레인 게이지 방식인 경우, 4채널 기능을 제공하는 포스 센서의 정면도이다.
도 40은 압력이 인가되지 않은 도 39의 포스 센서의 개념도이다.
도 41은 압력이 인가된 후 도 39의 포스 센서의 개념도이다.
도 42는 도 39에서 하나의 채널에 포함된 4개의 스트레인 게이지가 휘트스톤 브리지로 연결된 회로도이다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서가 스트레인 게이지 방식인 경우, 8채널 기능을 제공하는 포스 센서의 정면도이다.
도 44는 압력이 인가되지 않은 도 43의 포스 센서의 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 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 이동 단말기에는 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), 글라스형 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 1a 내지 도 1c를 참조하면, 도 1a는 본 발명과 관련된 이동 단말기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 이동 단말기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
상기 이동 단말기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 구성요소들은 이동 단말기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 이동 단말기는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 이동 단말기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 이동 단말기(100)와 다른 이동 단말기(100) 사이, 또는 이동 단말기(100)와 외부 서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 이동 단말기(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.
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 이동단말기(100)에 제공될 수 있다.
이동통신 모듈(112)은, 이동통신을 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, 이동 단말기(100)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 인터넷 모듈(113)은 무선 인터넷 기술들에 따른 통신망에서 무선신호를 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-A등에 의한 무선 인터넷 접속은 이동통신망을 통해 이루어진다는 관점에서 본다면, 상기 이동통신망을 통해 무선 인터넷 접속을 수행하는 상기 무선 인터넷모듈(113)은 상기 이동통신 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 이동 단말기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 이동 단말기(100)와 다른 이동 단말기(100) 사이, 또는 이동 단말기(100)와 다른 이동 단말기(100, 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.
위치정보 모듈(115)은 이동 단말기(100)의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 Wi-Fi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 이동 단말기(100)는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 이동 단말기(100)의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 이동 단말기(100)는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 이동 단말기(100)의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치정보모듈(115)은 치환 또는 부가적으로 이동 단말기(100)의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보모듈(115)은 이동 단말기(100)의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 이동 단말기(100)의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.
입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치 키(touch key), 메커니컬 키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어 명령으로 처리될 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, 이동 단말기(100)에 구비되는 복수의 카메라(121)는 매트릭스 구조를 이루도록 배치될 수 있으며, 이와 같이 매트릭스 구조를 이루는 카메라(121)를 통하여, 이동 단말기(100)에는 다양한 각도 또는 초점을 갖는 복수의 영상정보가 입력될 수 있다. 또한, 복수의 카메라(121)는 입체영상을 구현하기 위한 좌 영상 및 우 영상을 획득하도록, 스테레오 구조로 배치될 수 있다.
마이크(122)는 외부의 음향 신호를 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 처리된 음성 데이터는 이동 단말기(100)에서 수행 중인 기능(또는 실행 중인 응용 프로그램)에 따라 다양하게 활용될 수 있다. 한편, 마이크(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 이동 단말기(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이러한, 사용자 입력부(123)는 기계식(mechanical) 입력수단(또는, 메커니컬 키, 예를 들어, 이동 단말기(100)의 전·후면 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 터치스크린 이외의 부분에 배치되는 터치 키(touch key)로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 가상키 또는 비주얼 키는, 다양한 형태를 가지면서 터치스크린 상에 표시되는 것이 가능하며, 예를 들어, 그래픽(graphic), 텍스트(text), 아이콘(icon), 비디오(video) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
센싱부(140)는 이동 단말기(100) 내 정보, 이동 단말기(100)를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하고, 이에 대응하는 센싱 신호를 발생시킨다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(143, touch sensor), 지문 인식 센서(144, finger scan sensor), 포스 센서(145, force sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로 센서(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)), 마이크(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 이동 단말기(100)는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
제어부(180)는 상기 발생된 센싱 신호에 기초하여, 이동 단말기(100)의 구동 또는 동작을 제어하거나, 이동 단말기(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.
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 이동 단말기(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, 정전용량형 근접 센서, 자기형 근접 센서, 적외선 근접 센서 등이 있다. 터치 스크린이 정전식인 경우에, 근접 센서(141)는전도성을 갖는 물체의 근접에 따른 전계의 변화로 상기 물체의 근접을 검출하도록 구성될 수 있다. 이 경우 터치 스크린(또는 터치 센서(143)) 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 근접센서(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 스크린상에 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 이동 단말기(100)를 제어할 수 있다.
터치 센서(143)는 저항막 방식, 정전용량 방식, 적외선 방식, 초음파 방식, 자기장 방식 등 여러 가지 터치방식 중 적어도 하나를 이용하여 터치 스크린(또는 디스플레이부(151))에 가해지는 터치(또는 터치입력)을 감지한다.
일 예로서, 터치 센서(143)는, 터치 스크린의 특정 부위에 가해진 압력 또는 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 터치 센서(143)는, 터치 스크린 상에 터치를 가하는 터치 대상체가 터치 센서(143) 상에 터치 되는 위치, 면적, 터치 시의 압력, 터치 시의 정전 용량 등을 검출할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기에서, 터치 대상체는 상기 터치 센서(143)에 터치를 인가하는 물체로서, 예를 들어, 손가락, 터치펜 또는 스타일러스 펜(Stylus pen), 포인터 등이 될 수 있다.
제어부(180)는 제스처 검출부, 좌표 변환부를 포함할 수 있다. 제스처 검출부는 터치 센서(143)로부터 터치 제스처를 검출한다. 터치 제스처는, 터치 센서(143)로부터 발생한 모든 터치 동작들을 포함한다. 만약, 이동 단말기(100)가 터치 기능을 제공하지 않는다면, 마우스 등의 입력부를 통해 입력한 사용자 명령을 검출한다. 제스처 검출부는 터치 센서(143)를 관리하며, 사용자가 어플리케이션에서 터치 제스처의 사용을 용이하게 하는 응용 프로그램 인터페이스(Application Program Interface, API)를 포함한다. API는 응용 프로그램에서 사용할 수 있도록 운영 체제나 프로그래밍 언어가 제공하는 기능을 제어하는 인터페이스를 말한다. 제스처 검출부는 API를 통해, 카메라 제어 어플리케이션을 실행하기 위한 사용자 명령을 입력 받고, 활성화된 어플리케이션의 제어를 위한 사용자 명령을 입력 받는다.
좌표 변환부는 제스처 검출부로부터 사용자 명령이 입력된 좌표를 전달받고, 이를 기초로 터치 입력의 위치 변화 값을 생성한다. 사용자가 특정 오브젝트에 터치(Touch)를 수행한다면, 터치가 입력된 지점에 대한 좌표가 추출된다. 그리고 사용자가 드래그(Drag)를 수행하면, 드래그 경로 상의 좌표를 일정 주기 또는 간격마다 추출한다. 좌표 변환부는 상기 추출한 좌표들을 통해 드래그가 수행되는 방향 및 거리를 파악할 수 있으며, 이를 오브젝트의 위치가 변화되어야 할 값으로 변환한다.
한편, 제어부(180)는, 터치 스크린(또는 터치 스크린 이외에 구비된 터치 키)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 이동 단말기(100)의 동작상태 또는 실행 중인 응용 프로그램에 따라 결정될 수 있다.
한편, 위에서 살펴본 터치 센서(143) 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.
자이로 센서는 회전 운동을 하는 물체의 방위 변화를 측정하는 센서이다. 자이로 센서는 물체가 회전하면 발생하는 자이로 효과(Gyro Effect)를 사용하여 원점의 위치를 역으로 추정함으로써, 물체의 회전량을 구할 수 있다. 3축으로 직접 회전하는 기계식, 코리올리의 힘을 이용한　튜닝포크 방식의 MEMS식, 레이저의 도달 시간의 차이를 이용하는 광학식 등 다양한 종류가 있다. 일반적으로 사용자가 휴대할 수 있거나, 사용이 용이한 소형 기기에는 크기가 가장 작은 MEMS식 자이로스코프 센서가 장착된다.
가속도 센서는 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 감지하여 물체의 운동상태를 순차적으로 감지할 수 있다. 압전소자에 힘이 가해졌을 때 발생하는 전하를 검출하여 가속도를 구하는 압전형, 도체가 자계 속을 이동하면 그 속도에 비례하여 발생하는 기전력을 검출하여 가속도를 구하는 동전형, 전자의 변화를 전류로 검출하여 가속도를 구하는 서모형 등이 있다.
상기 자이로 센서와 가속도 센서는 워치형 이동 단말기(100)의 위치를 판단하므로, 위치 센서로 통칭할 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 스캐닝하도록 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 이동 단말기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 이동 단말기(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), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(151)는 유기 발광 다이오드(OLED) 방식인 것이 바람직하다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
또한, 디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 이 경우, 이동 단말기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 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 호신호 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 이동 단말기(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 진동이될수 있다. 햅틱 모듈(153)에서 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 사용자의 선택 또는 제어부(180)의 설정에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기햅틱 모듈(153)은 서로 다른 진동을 합성하여 출력하거나 순차적으로 출력할 수도 있다.
햅틱 모듈(153)은, 진동 외에도, 접촉 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 이동 단말기(100)의 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 모듈(153)은, 포스 센서(145)가 압력을 받으면, 사용자에게 햅틱 피드백를 제공한다. 햅틱 피드백(haptic feedback)이란, 사용자가 특정 크기 이상의 압력을 주며 터치 입력을 인가하면 진동 등의 출력이 발생하여 사용자가 이러한 촉각 효과를 느낄 수 있는 것을 말한다. 그리고, 햅틱 모듈(153)은 포스 센서(145) 또는 지문 인식 센서(144) 등으로부터 출력되는 신호를 인가받아, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공한다.
광 출력부(154)는 이동 단말기(100)의 광원의 빛을 이용하여 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 이동 단말기(100)에서 발생 되는 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등이 될 수 있다.
광 출력부(154)가 출력하는 신호는 이동 단말기(100)가 전면이나 후면으로 단색이나 복수색의 빛을 발광함에 따라 구현된다. 상기 신호 출력은 이동 단말기(100)가 사용자의 이벤트 확인을 감지함에 의하여 종료 될 수 있다.
인터페이스부(160)는 이동 단말기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 인터페이스부(160)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 이동 단말기(100) 내부의 각 구성요소에 전달하거나, 이동 단말기(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 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. 이동 단말기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
한편, 식별 모듈은 이동 단말기(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 단말기(100)와 연결될 수 있다.
또한, 메모리(170)는 이동 단말기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 이동 단말기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 이동 단말기(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, 이동 단말기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 이동 단말기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 이동 단말기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 이동 단말기(100)의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 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. 이동 단말기(100)는 인터넷(internet)상에서 상기 메모리(170)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작될 수도 있다.
제어부(180)는 응용 프로그램과 관련된 동작과, 통상적으로 이동 단말기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(180)는 상기 이동 단말기(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 이동 단말기(100) 상에서 구현하기 위하여, 위에서 살펴본 구성요소들을 중 어느 하나 또는 복수를 조합하여 제어할 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 이동 단말기(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 1과 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 이동 단말기(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 이동 단말기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원 공급부(190)는 배터리(191, 도 1c에 도시됨)를 포함하며, 상기 배터리(191)는 내장형 배터리 또는 교체 가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
또한, 전원 공급부(190)는 연결포트를 구비할 수 있으며, 연결포트는 배터리(191)의 충전을 위하여 전원을 공급하는 외부 충전기가 전기적으로 연결되는 인터페이스(160)의 일 예로서 구성될 수 있다.
다른 예로서, 전원 공급부(190)는 상기 연결포트를 이용하지 않고 무선방식으로 배터리(191)를 충전하도록 이루어질 수 있다. 이 경우에, 전원 공급부(190)는외부의 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.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시예들에 따른 이동 단말기(100)의 동작, 제어, 또는 제어 방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 이동 단말기(100)의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용프로그램의 구동에 의하여 이동 단말기(100) 상에서 구현될 수 있다.
한편, 이동 단말기(100)는 사용자가 주로 손에 쥐고 사용하는 차원을 넘어서, 신체에 착용할 수 있는 웨어러블 디바이스(wearable device)로 확장될 수 있다. 이러한 웨어러블 디바이스에는 스마트워치(smartwatch), 스마트 글라스(smart glass), HMD(head mounted display) 등이 있다.
지금까지 기술한 워치형 이동 단말기(100)의 각 구성요소들은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(Software)나, FPGA(Field-Programmable Gate Array)나 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어(Hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소들은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행예 들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능하다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 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.
도 1b 및 1c를 참조하면, 개시된 이동 단말기(100)는 바 형태의 단말기 바디를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 와치 타입, 클립 타입, 글라스 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. 이동 단말기의 특정 유형에 관련될 것이나, 이동 단말기의 특정유형에 관한 설명은 다른 타입의 이동 단말기에 일반적으로 적용될 수 있다.
여기에서, 단말기 바디는 이동 단말기(100)를 적어도 하나의 집합체로 보아 이를 지칭하는 개념으로 이해될 수 있다.
이동 단말기(100)는 외관을 이루는 케이스(예를 들면, 프레임, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 이동 단말기(100)는 프론트 케이스(101)와리어 케이스(102)를 포함할 수 있다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)의 결합에 의해 형성되는 내부공간에는 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(191), 식별모듈, 메모리 카드 등이 있다. 이 경우, 리어 케이스(102)에는 장착된 전자부품을 덮기 위한 후면커버(103)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 후면커버(103)가 리어 케이스(102)로부터 분리되면, 리어 케이스(102)에 장착된 전자부품은 외부로 노출된다.
도시된 바와 같이, 후면커버(103)가리어 케이스(102)에 결합되면, 리어 케이스(102)의 측면 일부가 노출될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 결합 시 리어 케이스(102)는 후면커버(103)에 의해 완전히 가려질 수도 있다. 한편, 후면커버(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.
이동 단말기(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 이동 단말기(100)가 구현될 수 있다.
한편, 이동 단말기(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.
이동 단말기(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), 사용자 입력부(123), 마이크(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) 및 제1 카메라(121a)가 배치되고, 단말기 바디의 측면에 사용자 입력부(123), 마이크(122) 및 인터페이스부(160)가 배치되며, 단말기 바디의 후면에 제2 음향 출력부(152b) 및 제2 카메라(121b)가 배치된 이동 단말기(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, 도 1b에 도시된 바와 같이, 단말기 바디의 전면에 홈 버튼이 디스플레이부(151) 상에서 특정 위치에 터치 키의 형태로 형성될 수 있으며, 도 1c에 도시된 바와 같이 제2 음향 출력부(152b)는 단말기 바디의 후면이 아닌 단말기 바디의 측면에 구비될 수 있다.
디스플레이부(151)는 터치방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록,디스플레이부(151)에 대한 터치를 감지하는 터치 센서(143)를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이부(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치 센서(143)는 상기 터치를 감지하고, 제어부(180)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴항목 등일 수 있다.
한편, 터치 센서(143)는, 터치패턴을 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. 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(151)는 터치 센서(143)를 포함하여 터치 스크린을 형성함과 동시에, 내부에 사용자 입력부(123)의 적어도 일부 기능을 대체할 수 있다.
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 이동 단말기(100)의 외관이 보다 심플해질 수 있다.
광 출력부(154)는 이벤트의 발생시 이를 알리기 위한 빛을 출력하도록 이루어진다. 상기 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보수신 등을 들 수 있다. 제어부(180)는 사용자의이벤트확인이 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.
사용자 입력부(123)는 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되며, 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있다. 사용자 입력부(123)는 터치, 푸시, 스크롤 등 사용자가 촉각적인 느낌을 받으면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 또한, 사용자 입력부(123)는 근접 터치(proximity touch), 호버링(hovering) 터치 등을 통해서 사용자의 촉각적인 느낌이 없이 조작하게 되는 방식으로도 채용될 수 있다.
본 도면에서는 이동 단말기(100)의 측면에 형성된 사용자 입력부(123)가 메커니컬 키(mechanical key)인 것으로 예시하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 사용자 입력부(123)은 터치 키(touch key)가 되거나, 터치 키와 메커니컬 키의 조합으로 구성될 수 있다.
사용자 입력부(123)에 의하여 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 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.
홈 버튼도 사용자 입력부(123)의 일 예일 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 홈 버튼은 외부로 노출되지 않고 터치 키(touch key)로서 디스플레이부(151)상에서 특정 위치에 형성된다. 그리고, 터치 센서(143)가 상기 특정 위치에 대한 사용자의 터치 입력을 인지하면, 홈 버튼으로서의 역할을 수행한다.
한편, 단말기 바디의 후면에는 사용자 입력부(123)의 다른 일 예로서, 후면 입력부(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 후면 입력부는 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력받기 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 입력받을 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 한손으로 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.
한편, 이동 단말기(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문 인식 센서(144)가 구비될 수 있으며, 제어부(180)는 지문 인식 센서(144)를 통하여 감지되는 지문정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지문 인식 센서(144)는 디스플레이부(151)의 내부에 언더 디스플레이의 형태로 형성된다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
마이크(122)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력 받도록 이루어진다. 마이크(122)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력 받도록 구성될 수 있다.
인터페이스부(160)는 이동 단말기(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 이동 단말기(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. 제2 카메라(121b)가어레이 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, 통화 시 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, 방송수신모듈(111, 도 1a 참조)의 일부를 이루는 안테나는 단말기 바디에서 인출 가능하게 구성될 수 있다. 또는, 안테나는 필름 타입으로 형성되어 후면 커버(103)의 내측면에 부착될 수도 있고, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나로서 기능하도록 구성될 수도 있다.
단말기 바디에는 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(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(103)는 리어 케이스(102)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
이동 단말기(100)에는 외관을 보호하거나, 이동 단말기(100)의 기능을 보조 또는 확장시키는 액세서리가 추가될 수 있다. 이러한 액세서리의 일 예로, 이동 단말기(100)의 적어도 일면을 덮거나 수용하는 커버 또는 파우치를 들 수 있다. 커버 또는 파우치는 디스플레이부(151)와 연동되어 이동 단말기(100)의 기능을 확장시키도록 구성될 수 있다. 액세서리의 다른 일 예로, 터치 스크린에 대한 터치입력을 보조 또는 확장하기 위한 터치펜을 들 수 있다.
한편, 본 발명에서는 이동 단말기에서 처리되는 정보를 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시할 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 바탕으로 이에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.
도 2는 본 발명에 따른 변형 가능한 이동 단말기(200)의 다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도시된 바와 같이, 디스플레이부(251)는 외력에 의하여 변형 가능하게 구성될 수 있다. 상기 변형은 디스플레이부(251)의 휘어짐, 구부러짐, 접힘, 비틀림, 말림 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 변형 가능한 디스플레이부(251)는 '플렉서블 디스플레이부'로 명명될 수 있다. 여기에서, 플렉서블 디스플레이부(251)는 일반적인 플렉서블 디스플레이와 전자 종이(e-paper) 및 그 조합을 모두 포함할 수 있다. 일반적으로 이동 단말기(200)는 도 1a 내지 도 1c의 이동 단말기(100)의 특징 또는 그와 유사한 특징을 포함할 수 있다.
일반적인 플렉서블 디스플레이는 기존의 평판 디스플레이의 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어짐, 구부러짐, 접힘, 비틀림 또는 말림이 가능한 얇고 유연한 기판 위에 제작되어, 가볍고 쉽게 깨지지 않는 튼튼한 디스플레이를 말한다.
또한, 전자 종이는 일반적인 잉크의 특징을 적용한 디스플레이 기술로서, 반사광을 사용하는 점이 기존의 평판 디스플레이와 다른 점일 수 있다. 전자 종이는 트위스트 볼을 이용하거나, 캡슐을 이용한 전기영동(電氣泳動, electrophoresis)을 이용하여, 정보를 변경할 수 있다.
플렉서블 디스플레이부(251)가 변형되지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1 상태라 한다)에서, 플렉서블 디스플레이부(251)의 디스플레이 영역은 평면이 된다. 상기 제1 상태에서 외력에 의하여 변형된 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 제2상태에서 표시되는 정보는 곡면상에 출력되는 시각 정보가 될 수 있다. 이러한 시각 정보는 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다. 상기 단위 화소는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
플렉서블 디스플레이부(251)는 상기 제1 상태에서 평평한 상태가 아닌, 휘어진 상태(예를 들어, 상하 또는 좌우로 휘어진 상태)에 놓일 수 있다. 이 경우, 플렉서블 디스플레이부(251)에 외력이 가해지면, 플렉서블 디스플레이부(251)는 평평한 상태(혹은 보다 덜 휘어진 상태) 또는 보다 많이 휘어진 상태로 변형될 수 있다.
한편, 플렉서블 디스플레이부(251)는 터치 센서(143)와 조합되어 플렉서블 터치 스크린을 구현할 수 있다. 플렉서블 터치 스크린에 대하여 터치가 이루어지면, 제어부(180, 도 1a 참조)는 이러한 터치입력에 상응하는 제어를 수행할 수 있다. 플렉서블 터치 스크린은 상기 제1 상태뿐만 아니라 상기 제2 상태에서도 터치입력을 감지하도록 이루어질 수 있다.
한편, 본 변형 예에 따른 이동 단말기(200)에는 플렉서블 디스플레이부(251)의 변형을 감지할 수 있는 변형감지수단이 구비될 수 있다. 이러한 변형감지수단은 센싱부(140, 도 1a 참조)에 포함될 수 있다.
상기 변형감지수단은 플렉서블 디스플레이부(251) 또는 케이스(201)에 구비되어, 플렉서블 디스플레이부(251)의 변형과 관련된 정보를 감지할 수 있다. 여기에서, 변형과 관련된 정보는, 플렉서블 디스플레이부(251)가 변형된 방향, 변형된 정도, 변형된 위치, 변형된 시간 및 변형된 플렉서블 디스플레이부(251)가 복원되는 가속도 등이 될수 있으며, 이 밖에도 플렉서블 디스플레이부(251)의 휘어짐으로 인하여 감지 가능한 다양한 정보일 수 있다.
또한, 제어부(180)는 상기 변형감지수단에 의하여 감지되는 플렉서블 디스플레이부(251)의 변형과 관련된 정보에 근거하여, 플렉서블 디스플레이부(251) 상에 표시되는 정보를 변경하거나, 이동 단말기(200)의 기능을 제어하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다.
한편, 본 변형 예에 따른 이동 단말기(200)는 플렉서블 디스플레이부(251)를 수용하는 케이스(201)를 포함할 수 있다. 케이스(201)는 플렉서블 디스플레이부(251)의 특성을 고려하여, 외력에 의하여 플렉서블 디스플레이부(251)와 함께 변형 가능하도록 구성될 수 있다.
아울러, 이동 단말기(200)에 구비되는 배터리(미도시) 또한 플렉서블 디스플레이부(251)의 특성을 고려하여, 외력에 의하여 플렉서블 디스플레이부(251)와 함께 변형 가능하도록 구성될 수 있다. 상기 배터리를 구현하기 위하여, 배터리 셀을 위로 쌓은 스택 앤 폴딩(stack and folding) 방식이 적용될 수 있다.
플렉서블 디스플레이부(251)의 상태 변형은 외력에 의한 것으로만 국한되지는 않는다. 예를 들어, 플렉서블 디스플레이부(251)가 제1 상태를 가지고 있을 때, 사용자 혹은 애플리케이션의 명령에 의해서, 제2 상태로 변형될 수도 있다.
한편, 이동 단말기는 사용자가 주로 손에 쥐고 사용하는 차원을 넘어서, 신체에 착용할 수 있는 웨어러블 디바이스(wearable device)로 확장될 수 있다. 이러한 웨어러블 디바이스에는 스마트워치(smartwatch), 스마트 글라스(smart glass), HMD(head mounted display) 등이 있다. 이하, 웨어러블 디바이스로 확장된 이동 단말기의 예들에 대하여 설명하기로 한다.
웨어러블 디바이스는 다른 이동 단말기(100)와 데이터를 상호 교환(또는 연동) 가능하게 이루어질 수 있다. 근거리 통신 모듈(114)은, 이동 단말기(100) 주변에 통신 가능한 웨어러블 디바이스를 감지(또는 인식)할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 감지된 웨어러블 디바이스가 이동 단말기(100)와 통신하도록 인증된 디바이스인 경우, 이동 단말기(100)에서 처리되는 데이터의 적어도 일부를, 근거리 통신 모듈(114)을 통하여 웨어러블 디바이스로 전송할 수 있다. 따라서, 사용자는 이동 단말기(100)에서 처리되는 데이터를 웨어러블 디바이스를 통하여 이용할 수 있다. 예를 들어, 이동 단말기(100)에 전화가 수신된 경우 웨어러블 디바이스를 통해 전화 통화를 수행하거나, 이동 단말기(100)에 메시지가 수신된 경우 웨어러블 디바이스를 통해 상기 수신된 메시지를 확인하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예와 관련된 와치 타입의 이동 단말기(300)의 일 예를 보인 사시도이다.
도 3을 참조하면, 와치 타입의 이동 단말기(300)는 디스플레이부(351)를 구비하는 본체(301) 및 본체(301)에 연결되어 손목에 착용 가능하도록 구성되는 밴드(302)를 포함한다. 일반적으로 이동 단말기(300)는 도 1a 내지 도 1c의 이동 단말기(100)의 특징 또는 그와 유사한 특징을 포함할 수 있다.
본체(301)는 외관을 형성하는 케이스를 포함한다. 도시된 바와 같이, 케이스는 각종 전자부품들을 수용하는 내부 공간을 마련하는 제1케이스(301a) 및 제2케이스(301b)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 하나의 케이스가 상기 내부 공간을 마련하도록 구성되어 유니 바디의 이동 단말기(300)가 구현될 수도 있다.
와치 타입의 이동 단말기(300)는 무선 통신이 가능하도록 구성되며, 본체(301)에는 상기 무선 통신을 위한 안테나가 설치될 수 있다. 한편, 안테나는 케이스를 이용하여 그 성능을 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나와 전기적으로 연결되어 그라운드 영역 또는 방사 영역을 확장시키도록 구성될 수 있다.
본체(301)의 전면에는 디스플레이부(351)가 배치되어 정보를 출력할 수 있으며, 디스플레이부(351)에는 터치 센서가 구비되어 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(351)의 윈도우(351a)는 제1 케이스(301a)에 장착되어 제1 케이스(301a)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.
본체(301)에는 음향 출력부(352), 카메라(321), 마이크(322), 사용자 입력부(323) 등이 구비될 수 있다. 디스플레이부(351)가 터치 스크린으로 구현되는 경우, 사용자 입력부(323)로 기능할 수 있으며, 이에 따라 본체(301)에 별도의 키가 구비되지 않을 수 있다.
밴드(302)는 손목에 착용되어 손목을 감싸도록 이루어지며, 착용이 용이하도록 플렉서블 재질로 형성될 수 있다. 그러한 예로서, 밴드(302)는 가죽, 고무, 실리콘, 합성수지 재질 등으로 형성될 수 있다. 또한, 밴드(302)는 본체(301)에 착탈 가능하게 구성되어, 사용자가 취향에 따라 다양한 형태의 밴드로 교체 가능하게 구성될 수 있다.
한편, 밴드(302)는 안테나의 성능을 확장시키는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 밴드에는 안테나와 전기적으로 연결되어 그라운드 영역을 확장시키는 그라운드 확장부(미도시)가 내장될 수 있다.
밴드(302)에는 파스너(fastener; 302a)가 구비될 수 있다. 파스너(302a)는 버클(buckle), 스냅핏(snap-fit)이 가능한 후크(hook) 구조, 또는 벨크로(velcro; 상표명) 등에 의하여 구현될 수 있으며, 신축성이 있는 구간 또는 재질을 포함할 수 있다. 본 도면에서는, 파스너(302a)가 버클 형태로 구현된 예를 제시하고 있다.
이하에서는 이와 같이 구성된 이동 단말기에서 구현될 수 있는 제어 방법과 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 4는 일반적인 이동 단말기(1)의 전면 하단의 베젤에 형성된 홈 버튼을 나타낸 사시도이다.
이동 단말기(1)가 점점 발전하면서 현재에는 바(bar) 형태의 단말기 바디가 일반적인 형태로 되었다. 기존의 바 형태의 이동 단말기(1)에는 도 4에 도시된 바와 같이, 전면 하단의 베젤에 하나의 홈 버튼(10)이 형성된다. 그리고, 기존에는 이러한 홈 버튼(10)은 메커니컬 키로 형성되는 것이 일반적이었다. 사용자가 디스플레이부(151)에 대하여 터치 입력만을 인가하는 것은 사용자에게 조작감이 부여되지 않으므로, 적어도 홈 버튼(10)만큼은 사용자에게 조작감이 부여되기 위함이었다.
한편, 홈 버튼(10)에 지문 인식 센서(144)를 포함하여, 홈 버튼(10)을 통해 사용자의 지문을 인식하는 기술도 제시되었다. 따라서, 사용자는 이동 단말기(1)를 사용하면서, 홈 버튼(10)을 통해 용이하게 손가락(2)으로 지문을 인식시켰다. 이러한 지문 인식 센서(144)에는 정전식, 초음파 방식, 광학식(Optical, 옵티컬 방식) 등이 있다. 그런데 메커니컬 키의 홈 버튼(10)에는, 사용자가 손가락을 직접 접촉할 수 있으므로 인식 가능 거리가 짧더라도 인식률이 높은 정전식이 가장 많이 사용되었다.
그러나, 최근에는 홈 버튼(10)을 메커니컬 키로 구현하는 것이 아니라, 터치 키로 구현하는 기술들이 점차 제시되었다. 예를 들어 이동 단말기(1)의 전면에 커버된 커버 글라스의 하부에 홈 버튼(10)을 형성하고 커버 글라스의 일부를 삭각하는 방법(삭각 글라스 타입) 등이 있다. 그리고 홈 버튼(10)에 포함되는 지문 인식 센서(144)는 정전식이 아닌 초음파 방식으로 사용자의 지문을 인식하였다. 커버 글라스에 의해 사용자의 지문을 인식하는 거리가 다소 멀어졌기 때문이다.
그러나, 최근에는 이동 단말기(1)의 전면에서 베젤을 감소시키고 디스플레이부의 영역을 확대하려는 연구가 활발히 진행 중이다. 이는 이동 단말기(1) 자체의 크기를 증가시키지 않고도 사용자가 디스플레이부(151)를 통해 영상을 더욱 넓게 보기 위함이다. 그런데 상기와 같은 방식의 홈 버튼(10)은 단순히 커버 글라스로 커버된 것에 불과하므로, 베젤의 영역을 감소시킬 수는 없었다.
이를 해결하기 위해 최근에는 홈 버튼(10)을 베젤에 별도로 마련하지 않고, 디스플레이부(151) 상에서 특정 위치에 터치 키의 형태로 형성되도록 하였다. 그리고, 기존의 홈 버튼(10)이 메커니컬 키로서 사용자에게 조작감을 부여했던 바, 기존의 사용자에게 홈 버튼(10)에 대한 이질감을 갖지 않도록 포스 센서(145) 및 햅틱 모듈(153)을 더 포함하여 유사한 조작감을 부여하였다. 그리고 이러한 포스 센서(145)를 디스플레이부(151)의 하부에 배치시키는, 이른바 언더 디스플레이(Under Display) 형태로 구현하는 기술도 제시되었다. 그러나, 실제로 지금까지 이러한 언더 디스플레이로 구현되는 것은, 단지 포스 센서(151)에 불과하고 지문 인식 센서(144)로는 구현할 수 없었다. 즉, 사용자가 손가락(2)을 이용하여 디스플레이부(151)에 특정 압력 이상의 터치 입력을 인가하면, 이동 단말기(1)는 사용자의 터치 입력을 감지하고, 진동 등을 출력하여 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 것에 불과하였다. 따라서 지문 인식 센서(144)는 언더 디스플레이의 형태로 구현되지 않아, 지문 인식을 위해서는 지문 인식 센서(144)를 이동 단말기(1)의 후면 등 전혀 다른 위치에 배치하여야 하였다.
도 5는 일반적인 OLED 형태의 디스플레이부(151)의 구조도이다.
한편 도 5에 도시된 바와 같이, OLED 디스플레이부(151)는 일반적으로 커버 글라스(1511), 데코 필름(1512), OCA 필름(1513), 편광판(POL, 1514), 터치 필름(1515), OLED 픽셀 모듈(1516), 백 플레이트(1517), 폼 패드(1518), 서멀 시트(1519)를 포함한다.
커버 글라스(Cover Glass, 1511)는 디스플레이부(151)의 최상부에 위치하여, 내부의 다른 구성들을 보호한다. 이동 단말기(100)는 사용자가 자주 휴대하며 이동하므로, 외부의 충격을 받거나 첨예한 물건으로부터 흠집이 발생할 가능성이 매우 크다. 커버 글라스(1511)는 이러한 충격 또는 흠집에 매우 강해야 하므로 일반적으로 강화유리 또는 사파이어 글라스를 사용한다. 다만 이에 제한되지 않고 내부의 구성들을 보호할 수 있다면 다양한 재질의 글라스를 사용할 수 있다.
데코(Deco, Decoration) 필름은 이동 단말기(100) 내부의 부품들이 외부로 노출되지 않도록 은폐하고, 베젤에 특정 색상을 입혀 사용자에게 미감을 제공한다.
OCA(Optical Clear Adhesive, 광학용 투명 점착, 1513) 필름은 터치 필름(1515)과 커버 글라스(1511)의 사이 영역에 구비되어 터치 필름(1515)과 커버 글라스(1511)를 접착시킨다. 일반적으로, OCA 필름(1513)으로는 점착성, 투명성 및 기계적 특성이 우수한 재료, 예컨대 아크릴(acryl)계 재료 등이 사용된다. 또한, OCA 필름(1513)은 외부로부터 이동 단말기(100)에 수분 등이 유입되는 것을 방지하는 방수 기능을 할 수도 있다.
편광판(POL, Polarizer, 1514)은 요오드(I) 또는 이색성 염료가 염착된 폴리비닐 알코올(poly-vinyl alcohol: PVA)을 연신(stretching)하여 형성되는데, 연신방향으로 흡수축이 형성되어 흡수축에 평행한 방향으로 진동하는 빛은 흡수되고, 흡수축에 수직한 방향으로 진동하는 빛만을 선택적으로 투과시킨다.
터치 필름(1515)은 사용자가 인가하는 터치 입력을 감지할 수 있는 터치 센서(143)가 필름 형태로 형성된 것이다. 이러한 터치 필름(1515)에는 도전성 재질의 도전 패턴이 형성될 수 있다. 터치 필름(1515)은 사용자의 터치 입력의 신호를 수신하는 Rx 전극 및 상기 터치 입력의 신호를 전기적 신호로 변환하여 제어부(180)로 송신하는 Tx 전극을 포함할 수 있다. 그리고, 광이 투과할 수 있는 투광성 소재, 예를들어 PC(Polycarbonate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등의 재질로 제조될수있다.
OLED 픽셀 모듈(1516)은 자체 발광 기능을 가진 RGB의 서브 픽셀들이 모여 구성된 픽셀 모듈이다. 각각의 서브 픽셀들은 형광체 유기화합물을 사용하며, 음극과 양극에서 주입된 전자와 양의 전하를 띤 입자가 유기물 내에서 결합해 스스로 발광할 수 있다. 따라서, 별도의 액정이나 백라이트가 필요없다.
백 플레이트(Back Plate, 1517)는 아크릴계 점착층으로 구성된 필름으로 OLED 픽셀 모듈(1516)의 후면에 보강판 역할을 한다.
폼 패드(Foam Pad, 1518)는 디스플레이부(151)가 외부로부터 충격을 받을 때 이러한 충격을 흡수하여 디스플레이부(151)의 다른 구성들이 받는 충격을 완화시킨다. 이를 위해 폼 패드(1518)는 일반적으로 고무, 우레탄 등 탄성을 가진 물질로 제조된다.
서멀 시트(Thermal Sheet, 1519)는 OLED 디스플레이부(151) 또는 메인 보드 등 발열이 심한 구성들로부터 열을 외부로 방출시킨다. 이를 위해 서멀 시트(1519)는 일반적으로 열전도율이 상대적으로 높은, 예를 들면 구리 등의 금속이나 그라파이트(Graphite) 등의 카본 물질로 제조된다.
상기 기술한 디스플레이부(151)의 구성들은 본 발명의 실시예를 제한하지 않으므로, 일부 구성이 누락되거나 다른 구성으로 치환될 수 있고, 또는 순서가 바뀔 수도 있으며, 나아가 새로운 구성이 더 추가될 수도 있다.
상기 기술한 바와 같이, 홈 버튼을 디스플레이부(151) 상에서 특정 위치에 터치 키의 형태로 형성함에 있어서, 기존에는 지문 인식 센서(144)를 언더 디스플레이(Under Display)로 구현할 수 없었다. 그런데 지문 인식 센서(144)를 언더 디스플레이(Under Display)로 구현하기 위해서는 지문 인식 센서(144)의 인식 가능 거리를 증가시키는 것이 중요하다. 사용자가 디스플레이부(151)를 통해 디스플레이 되는 영상을 모니터링 하는데 방해되지 않기 위해서는, 지문 인식 센서(144)가 디스플레이부(151) 보다 하부에 위치해야 한다. 그런데, 도 5에 도시된 바와 같이 현재 OLED 디스플레이부(151)의 두께가 대략 1.3mm로 상당히 두꺼워 기존의 정전식 지문 인식 센서(144)로는 인식률이 높지 않았기 때문이다.
도 6은 정전식 지문 인식 센서(144)의 감도를 실험한 그래프이다.
도 6에서 가로 축은 정전식 지문 인식 센서(144)로부터 손가락(2)까지의 거리를 나타내며, 세로 축은 지문 인식 센서(144)가 측정한, 손가락(2)에 형성된 지문의 마루(21)와 골(22)의 신호의 차이를 나타낸다.
실험적으로 도 6에 도시된 바와 같이, 거리가 0.1mm 증가함에 따라 약 9배의 신호 감쇄가 발생한다. 그리고, 정전식 지문 인식 센서(144)의 최대 인식 거리는 0.3mm에 불과하다. 또한 도면에 도시되지 않았으나, 초음파 방식 지문 인식 센서(144)의 최대 인식 거리는 그보다 조금 더 긴 1mm에 불과하다. 그러나, 광학식 지문 인식 센서(144)는 대략 1.6mm의 거리까지도 지문 인식이 가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 인식 센서(144)는 정전식, 초음파 방식 등 다양한 방식을 사용할 수 있으나, 상기 기술한 바와 같이 현재 OLED 디스플레이부(151)의 두께는 대략 1.3mm이므로 최대 인식 거리가 가장 긴 광학식 지문 인식 센서(144)를 사용하는 것이 바람직하다.
도 7은 지문 인식 센서(144)가 설치된 디스플레이부(151)의 구조도이다.
광학식 지문 인식 센서(144)를 사용하기 위해서는, 외부로 방출된 광이 손가락(2)에 반사된 후 디스플레이부(151)를 투과하여 다시 지문 인식 센서(144)로 입사해야 한다. 디스플레이부(151)는 상기 기술한 바와 같이, LCD, TFT LCD, OLED 등 다양한 방식이 존재하나, 외부로 방출된 광이 다시 디스플레이부(151)를 투과하기 위해서는 현재 OLED 방식만이 구현 가능하다. 특히, 디스플레이부(151)는 외부를 볼 수 있도록 투명형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다. 반면에 LCD나 TFT LCD는 자체 발광이 되지 않고 내부에 액정이 존재하므로 광이 다시 투과할 수 없다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(151)는 자체 발광이 가능하고 외부로 방출된 광이 다시 투과할 수 있는 OLED 방식인 것이 바람직하다.
도 7에 도시된 바와 같이, 광학식 지문 인식 센서(144)를 OLED 디스플레이부(151)의 하부에 설치하기 위해서는, 디스플레이부(151)의 불투광 레이어(1518, 1519)의 일부를 제거해야 한다. 상기 기술한 바와 같이, 반사광이 지문 인식 센서(144)에 입사하기 위해서는, 디스플레이부(151)를 투과하여야 한다. 이 때, 커버 글라스(1511), 데코 필름(1512), OCA 필름(1513), 편광판(POL, 1514), 터치 필름(1515), OLED 픽셀 모듈(1516), 백 플레이트(1517) 등은 투광성 물질로 제조되므로 반사광이 투과할 수 있다. 그러나, 폼 패드(1518), 서멀 시트(1519) 등은 고유의 특성상 광이 투과할 수 없는 불투광성 물질로 제조되어 불투광 레이어(1518, 1519)를 형성한다. 상기 기술한 바와 같이, 폼 패드(1518)의 경우에는 일반적으로 고무, 우레탄 등 탄성을 가진 물질로 제조되고, 서멀 시트(1519)의 경우에는 일반적으로 열전도율이 상대적으로 높은, 예를 들면 구리(Cu) 등의 금속이나 그라파이트(Graphite) 등의 카본 물질로 제조된다. 그리고, 이들은 대부분 불투광성 물질이다. 이러한 불투광 레이어(1518, 1519)에서 지문 인식 센서(144)를 설치할 위치에 대응되는 위치를 타공한다. 그러면 타공된 위치에는 지문 인식 센서(144)가 삽입될 수 있는 삽입 공간이 형성된다. 지문 인식 센서(144)의 광 수신부(1441)가 상방을 향하도록 지문 인식 센서(144)가 상기 삽입 공간에 삽입됨으로써, 도 7에 도시된 바와 같이 디스플레이부(151)에 지문 인식 센서(144)가 설치될 수 있다.
이 때, 지문 인식 센서(144)는 광 수신부(1441)가 투광 레이어(1511, 1512, 1513, 1514, 1515, 1516, 1517)에 접촉하도록 삽입되어야, 지문의 인식률을 높일 수 있다. 다만, 직접 광을 방출하는 OLED 픽셀 모듈(1516)은 타공될 수 없으므로, 광 수신부(1441)은 사용자의 손가락(2)과 가장 가까이 위치하더라도 OLED 픽셀 모듈(1516)보다 하부에 위치한다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면 광을 방출하는 OLED 픽셀 모듈(1516)과 광을 수신하는 광 수신부(1441)는 서로 상이한 레이어에 설치된다.
도 8은 지문 인식 센서(144)가 설치된 이동 단말기(100)에서 디스플레이부(151)의 투광 레이어(1511, 1512, 1513, 1514, 1515, 1516, 1517)를 제거한 정면도이다.
상기와 같은 방법으로 설치되는 지문 인식 센서(144)는 도 8에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)의 하단으로부터 전체 높이의 대략 1/4 정도의 높이에 설치되는 것이 바람직하다. 이동 단말기(100)의 최하단 부근에는 디스플레이부(151)를 제어하는 구동 회로 보드(Driver Circuit Board) 등의 다른 구성들이 배치될 수 있으므로 지문 인식 센서(144)의 설치가 곤란하기 때문이다. 그리고, 지문 인식 센서(144)를 중심보다 상단에 배치한다면 사용자가 지문 인식을 위해 손가락(2)을 터치하면서 손과 팔로 디스플레이부(151)를 차폐하게 되어 사용자의 시야를 방해할 수 있다.
도 9는 지문 인식 센서(144)의 정면도이고, 도 10은 지문 인식 센서(144)의 배면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 지문 인식 센서(144)는 광 수신부(1441), FPCB(1442), 스티프너(1443)를 포함한다.
FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 1442)의 상부에 광 수신부(1441)를 실장하고, FPCB(1442)의 하부에 스티프너(Stiffener, 1443)를 부착한다. 그럼으로써 광 수신부(1441), FPCB(1442), 스티프너(1443)가 순서대로 적층되어 형성될 수 있다.
광 수신부(1441)는 디스플레이부(151)를 투과한 반사광을 수신하여, 사용자의 손가락(2)의 지문을 인식한다. 상기 기술한 바와 같이, 지문 인식 센서(144)를 언더 디스플레이로 구현하면 사용자의 손가락(2)까지의 거리가 멀기 때문에, 최대 인식 거리가 가장 긴 광학식 지문 인식 센서(144)를 사용한다.
스티프너(Stiffener, 1443)는 지문 인식 센서(144)의 강도를 향상시키기 위해 보강재의 역할을 한다.
이러한 광 수신부(1441), FPCB(1442), 스티프너(1443)는 상면 및 하면이 모두 유사한 모양 및 넓이를 가진다. 따라서, 지문 인식 센서(144)의 일면에는 도 9에 도시된 바와 같이, 광 수신부(1441) 만이 보여지고, 지문 인식 센서(144)의 타면에는 도 10에 도시된 바와 같이, 스티프너(1443) 만이 보여질 수 있다.
도 11은 지문 인식 센서(144)가 삽입 공간에 삽입된 모습을 나타낸 배면 사시도이다.
지문 인식 센서(144)가 삽입 공간에 삽입되면, 상기 기술한 바와 같이 광 수신부(1441)가 투광 레이어(1511, 1512, 1513, 1514, 1515, 1516, 1517)에 접촉하도록 삽입된다. 그러면 도 11에 도시된 바와 같이, 지문 인식 센서(144)의 배면이 외부로 노출된다. 이 때, 지문 인식 센서(144)의 배면에는 스티프너(1443)가 부착되어 있다. 이러한 스티프너(1443)는 외부로부터의 충격 또는 흠집에 강한 재질로 제조되어, 지문 인식 센서(144)를 보호한다. 한편, 도 11에 도시된 바와 같이 지문 인식 센서(144)가 삽입 공간에 삽입되면, 지문 인식 센서(144)는 리어 케이스(102)로부터 돌출되지 않아 단차를 형성하지 않는다. 그러나, 지문 인식 센서(144)에 포스 센서(145)가 함께 적층된다면, 포스 센서(145)의 두께만큼 리어 케이스(102)로부터 돌출되어 단차를 형성한다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 12는 사용자가 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(151)의 특정 위치에 손가락(2)으로 다양한 크기의 압력을 가했을 때, 지문 인식 센서(144)가 각각 인식하는 지문의 모양을 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12에서의 지문 인식 센서(144)가 각각 수신하는 지문의 신호 크기를 그래프로 나타낸 도면이다.
광학식 지문 인식 센서(144)는 정전식과 달리, 사용자의 손가락(2)의 진피에 대한 정보를 읽을 수 없고 단순히 표피에 대한 정보만을 읽을 수 있다. 따라서 지문 인식 센서(144)가 지문은 인식하기 위해서는 어느 정도 강한 압력이 인가되어야 한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 사용자가 손가락(2)으로 지문 인식 센서(144)가 위치한 특정 위치에 3N의 힘으로 누르는 경우, 지문이 매우 흐리게 인식되어 사용자를 식별하는 것이 어렵다. 그러나, 5N의 힘으로 누르는 경우, 지문이 어느 정도 뚜렷하게 인식되어 사용자를 용이하게 식별할 수 있다. 7N의 힘으로 누르는 경우에는 지문이 매우 선명하게 인식된다. 또한 도 13에 도시된 바와 같이, 3N의 힘인 경우에는 지문 인식 센서(144)가 수신하는 지문의 신호가 약하다. 그러나, 5N의 힘보다 큰 경우에는 지문 인식 센서(144)가 수신하는 지문의 신호가 매우 강해진다.
지문 인식 센서(144)의 지문 인식률을 향상시키기 위해, 사용자가 어느 정도 강한 압력으로 상기 특정 위치를 눌러야 한다. 그리고 사용자가 어느 정도 강한 압력으로 누르도록 유도하기 위해, 포스 센서(145) 및 햅틱 모듈(153)이 필요하다. 상기의 예를 들어 기준값(Threshold)을 5N으로 정한다면, 사용자가 5N의 힘 이상으로 상기 특정 위치를 누르는 경우 포스 센서(145)는 기준값 이상의 힘이 인가되었다는 것을 인지하고 신호를 발생시킨다. 그리고 햅틱 모듈(153)에 신호를 전송하면, 햅틱 모듈(153)은 곧바로 진동 등의 촉각효과를 발생시킨다. 이를 통해 사용자는 기준값 이상으로 충분히 강하게 특정 위치를 눌렀다는 것을 인지할 수 있다.
상기 수행된 실험에서 인가한 것은 압력이 아니라 힘이며, 이는 서로 다른 물리량이다. 그러나, 힘을 지문 인식 센서(144)의 면적으로 나누는 단순한 계산만으로 압력이 도출된다. 상기 실험에서는 지문 인식 센서(144)에 힘을 인가하였더라도, 지문 인식 센서(144)의 면적이 변화하는 것이 아니므로, 통상의 기술자라면 압력이라는 개념으로 용이하게 도출할 수 있다.
그리고, 홈 버튼이 터치 키가 되면서, 기존의 메커니컬 키에서 부여되었던 조작감이 부여되지 않는다. 따라서, 사용자는 지문 인식을 위해 특정 위치에 손가락(2)을 계속적으로 접촉하면서, 지문 인식이 정상적으로 수행되는지 알 수가 없다. 따라서 사용자에게 조작감을 부여하고, 지문 인식의 수행 완료 여부를 알리기 위해서도 포스 센서(145) 및 햅틱 모듈(153)이 필요하다.
사용자가 손가락(2)으로 특정 위치를 누르면 포스 센서(145)는 압력이 인가되었다는 것을 인지하고 신호를 발생시킨다. 상기 신호는 햅틱 모듈(153)뿐만 아니라, 디스플레이부(151) 및 지문 인식 센서(144)로도 전송될 수 있다. 디스플레이부(151)는 상기 신호를 수신하면, 디스플레이부(151)의 OLED 픽셀 모듈(1516)에서 사용자가 누른 상기 특정 위치에 해당하는 영역에 광을 방출한다. 그러면, 사용자의 손가락(2)으로부터 반사된 광은 지문 인식 센서(144)로 입사한다. 지문 인식 센서(144)는 상기 신호를 수신하면, 광이 입사할 것을 인지하고 미리 웨이크업(Wake Up) 모드로 진입한다. 그리고 반사광이 입사하면 이를 통해 손가락(2)의 지문을 인식한다.
햅틱 모듈(153)은 포스 센서(145)로부터 신호를 받으면, 상기 기술한 바와 같이 곧바로 촉각 효과를 발생시킬 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 지문 인식 센서(144)가 지문을 인식할 때 지문 인식 센서(144)로부터 발생한 별도의 신호를 수신하여 촉각 효과를 발생시킬 수도 있다. 만약, 햅틱 모듈(153)이 촉각 효과를 발생시키는 신호를 포스 센서(145)로부터 수신한다면, 기준값 이상의 압력을 수신하였다는 것을 사용자에게 알릴 수 있고, 지문 인식 센서(144)로부터 수신한다면, 지문 인식이 정상적으로 수행 완료되었다는 것을 사용자에게 알릴 수 있다. 즉, 햅틱 모듈(153)은 제한되지 않고 사용자에게 다양한 정보를 알릴 수 있다면, 입력을 인가받을 때 촉각 효과를 발생시키는, 햅틱 피드백 기능을 제공할 수 있다.
광학식 지문 인식 센서(144)의 소모 전류는 대략 18mA로, 상당히 많은 전류가 소모된다. OLED 디스플레이부(151) 또한 OLED 픽셀 각각이 자체적으로 발광하기 때문에 소모 전류가 많다. 그런데 홈 버튼이 터치 키로 구현되므로, 사용자의 의도와 무관하게 단순히 이동 단말기(100)를 손에 쥐기만 하더라도, 우연히 디스플레이부(151)에 사용자의 손가락(2)이 접촉되면 웨이크업(Wake Up) 모드로 될 수 있다. 손가락(2)이 단순히 접촉되었다는 것만으로 지문 인식 센서(144)가 웨이크업(Wake Up) 모드로 된다면 소모 전류가 낭비되므로 배터리(191, 도 1c에 도시됨)가 조기에 방전될 수 있다. 이러한 문제의 발생을 방지하기 위해서도, 포스 센서(145) 및 햅틱 모듈(153)이 필요하다. 즉, 사용자로부터 기준값 이상의 압력이 인가되어야, 포스 센서(145)는 상기 압력을 감지하고 신호를 지문 인식 센서(144)로 전송하여 웨이크업 모드로 진입할 수 있다. 그럼으로써 소모 전류를 절약할 수 있고 배터리(191)가 조기에 방전되는 것을 방지할 수 있다.
도 14는 포스 센서(145)를 지문 인식 센서(144)의 내부에, 다른 구성들과 함께 적층된 모습을 나타낸 구조도이고, 도 15는 도 14에서의 지문 인식 센서(144)가삽입 공간에 삽입된 모습을 나타낸 배면 사시도이다.
상기 기술한 바와 같이, 다양한 이유로 포스 센서(145) 및 햅틱 모듈(153)은 지문 인식 센서(144)를 언더 디스플레이로 구현하기 위해 필요한 구성이다. 이 때, 사용자가 특정 위치에 터치 입력을 인가하면, 사용자의 지문 인식과 압력 감지가동시에 수행되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 포스 센서(145)는 디스플레이부(151) 상에서 지문 인식 센서(144)와 동일하거나 유사한 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 도 14에 도시된 바와 같이 포스 센서(145)가 지문 인식 센서(144)의 다른 구성들과 함께 적층된다면, 디스플레이 상에서 지문 인식 센서(144)와 포스 센서(145)의 위치가 정확히 일치한다. 그러나, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 포스 센서(145)의 두께(t)만큼 지문 인식 센서(144)의 두께가 두꺼워져 지문 인식 센서(144)가 리어 케이스(102)보다 더 돌출되는 문제가 발생한다.
지문 인식 센서(144)가 리어 케이스(102)보다 더 돌출되어 단차(t)가 발생한다면 이동 단말기(100)의 전체 두께가 두꺼워진다. 따라서 사용자에게 디자인적으로 미감을 부여하지 못할 수 있다. 또한, 사용자가 이동 단말기(100)를 손으로 쥐거나, 손에 거치하여 사용할 때 사용감이 저하될 수 있다. 지문 인식 센서(144)가 리어 케이스(102)보다 더 돌출되더라도, 이동 단말기(100)의 전체 두께를 유지하기 위해서 배터리(191, 도 1c에 도시됨)의 두께를 감소시키는 방법도 있으나, 이러한 경우에는 배터리(191)의 용량도 함께 감소하는 문제가 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(145)를 포함하는 디스플레이부(151)의 구조도이고, 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 인식 센서(144) 및 포스 센서(145)의 정면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이 포스 센서(145)는 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위하여 배치된다. 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)와 리어 케이스(102) 사이에는 어느 정도의 간격이 형성되어 있다. 이러한 간격은 설계 단계에서 계획적으로 포함시키는 오프셋이다. 이동 단말기(100)를 제작할 때 공정 오차, 조립 공차 등의 원인으로 실제 치수가 설계 치수와 상이하게 되는 경우가 있다. 이러한 경우에는 부품의 조립이 불가하거나, 조립하더라도 부품이 응력을 받게 되어 변형되거나 피로 현상이 발생할 수도 있다. 따라서 설계시 어느 정도 오프셋을 마련하는 것이 일반적이다. 이러한 오프셋은 대략 0.35mm 정도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 16에 도시된 바와 같이 포스 센서(145)를 오프셋으로 마련된 상기 간격에 삽입하여 배치한다. 포스 센서(145)를 상기 간격에 삽입함으로써 그 위치에는 오프셋이 사라지게 되나, 포스 센서(145)의 면적이 넓지 않으므로 부품의 조립에 방해되지 않는다.
포스 센서(145)의 중심부에는 지문 인식 센서(144)의 크기 및 모양과 대응되는 홀이 형성된다. 따라서, 중심부가 타공된 고리 형상을 가지게 되므로, 포스 센서(145)는 특정 폭을 가지고 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위한다. 상기 포스 센서(145)의 폭은 항상 일정할 수도 있으나, 모서리마다 폭이 달라질 수도 있는 등 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들어 도 17에 도시된 바와 같이, 지문 인식 센서(144)는 사각형의 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우에는 포스 센서(145)의 중심부에는 지문 인식 센서(144)와 크기 및 모양이 대응되는 사각형의 홀이 형성된다. 따라서, 포스 센서(145)는 사각 고리 형상을 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 지문 인식 센서(144)는 원, 육각형 등 다양한 모양을 가질 수 있고, 포스 센서(145)도 이에 대응되는 다양한 모양을 가질 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(145)가 캐패시티브(Capacitive) 방식인 경우, 포스 센서(1451)의 구조도이다.
일반적으로 포스 센서(145)는 작용하는 힘의 크기를 측정하는 센서이다. 이러한 포스 센서(145)가 이동 단말기(100)에 적용된다면, 포스 터치를 구현할 수 있다. 포스 터치란 단순히 2차원적인 터치만을 인식하는 것이 아니라, 터치를 하며 가해지는 압력의 크기도 감지할 수 있는 기술로, 3D 터치라고도 한다. 이러한 포스 센서(145)는 압력을 감지하는 방법에 따라 캐패시티브(Capacitive) 방식, 리지스티브(Resistive) 방식, 인덕티브(Inductive) 방식, 스트레인 게이지(Strain Gage) 방식 등 다양한 방식이 있다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(145)가 캐패시티브 방식이라면, 도 18에 도시된 바와 같이 평행한 두 전극 및 상기 두 전극의 사이에 채워지는 유전체를 포함한다. 두 전극에 전류가 흐르면 전하량이 축적되며, 이렇게 전하량을 축적할 수 있는 능력을 캐패시턴스라는 물리량으로 나타낼 수 있다. 캐패시턴스는 두 전극의 넓이 및 유전체의 유전율에 비례하고, 두 전극간의 거리에 반비례한다.
포스 센서(1451)에 압력이 가해지면, 두 전극간의 거리가 변하면서 캐패시턴스도 변하게 된다. 따라서, 상기 캐패시턴스의 변화량을 계산하여 포스 센서(1451)에 가해진 압력의 크기를 측정할 수 있다.
캐패시티브 방식의 포스 센서(1451)는 두 전극의 외부에 각각 접착 테이프를 더 포함할 수 있다. 접착 테이프는 포스 센서(1451)를 상기 간격에 삽입한 후 서멀 시트(1519) 및 리어 케이스(102)에 각각 접착시킬 수 있다.
하나의 전극의 두께는 대략 0.05mm, 하나의 접착 테이프의 두께는 대략 0.05mm, 유전체의 두께는 대략 0.15mm 정도이다. 전극과 접착 테이프는 두 개씩 포함되므로, 캐패시티브 방식의 포스 센서(1451)는 총 두께가 대략 0.35mm 정도이다. 이는 상기 기술한 오프셋의 길이와 유사하다. 따라서, 캐패시티브 방식의 포스 센서(1451)는 오프셋으로 마련된 상기 간격에 그대로 삽입될 수 있다.
도 19는 도 18의 포스 센서(1451)가 단채널 기능을 제공하는 경우, 포스 센서(1451)의 개념도이다.
상기 기술한 바와 같이 포스 센서(145)는 중심부에 지문 인식 센서(144)의 크기 및 모양과 대응되는 홀이 형성된 고리 형상을 가진다. 따라서, 중심부에 지문 인식 센서(144)가 삽입되어, 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위한다. 이 때, 도 19에 도시된 바와 같이 캐패시티브 방식의 포스 센서(1451)는 단채널 기능을 제공하여, 지문 인식 센서(144)의 측면을 하나의 채널로 연속적으로 포위할 수 있다. 다만 이러한 경우, 포스 센서(1451)는 압력의 크기만을 감지하는 것에 불과하므로, 사용자가 지문 인식 센서(144)의 정위치로부터 이탈하여 압력을 가하더라도 상기 이탈한 방향을 알 수 없다.
도 20은 도 18의 포스 센서(1451)가 다채널 기능을 제공하는 경우, 포스 센서(1451)의 개념도이다.
캐패시티브 방식의 포스 센서(1451)는, 지문 인식 센서(144)의 측면을 각각의 모서리마다 하나씩 채널로 포위하여, 다채널 기능의 포스 센서(1451)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 20에 도시된 바와 같이 지문 인식 센서(144)가 사각형의 형상을 가지는 경우, 좌측 모서리에는 제1 채널(1451a), 하측 모서리에는 제2 채널(1451b), 우측 모서리에는 제3 채널(1451c), 상측 모서리에는 제4 채널(1451d)이 각각 지문 인식 센서(144)의 모서리 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 그럼으로써, 포스 센서(1451)가 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위할 수 있다. 다만, 복수의 채널(1451a, 1451b, 1451c, 1451d)들은 인접한 채널과 서로 접촉할 수 있으나, 도 20에 도시된 바와 같이 이격될 수도 있다. 즉, 포스 센서(1451)의 채널들은 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위할 때, 연속적인 폐곡선을 형성하지 않을 수 있다.
도 21은 도 20에서 제1 채널(1451a)에 압력이 인가되는 모습을 나타낸 개념도이고, 도 22는 도 21에 대한 결과로서 디스플레이부(151)에 인디케이터(130)가 디스플레이 되는 모습을 나타낸 도면이다.
이러한, 다채널 기능을 제공하는 캐패시티브 방식의 포스 센서(1451)는, 인가되는 압력의 크기만이 아니라 방향까지 측정할 수 있다. 따라서, 사용자가 지문 인식 센서(144)의 정위치로부터 이탈하여 압력을 가하더라도 상기 이탈한 방향을 감지할 수 있다. 예를 들어 도 21에 도시된 바와 같이, 사용자가 손가락(2)으로 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 좌측으로 이탈된 위치를 누를 수 있다. 이러한 경우에는 제2, 제3 및 제4 채널(1451b, 1451c, 1451d)에 인가되는 압력의 크기보다 제1 채널(1451a)에 인가되는 압력의 크기가 훨씬 크다. 그리고, 지문 인식 센서(144)에서는 지문을 원활하게 인식할 수 없다.
포스 센서(1451)가 제1 채널(1451a)에서 인가되는 압력이 제2, 제3 및 제4 채널(1451b, 1451c, 1451d)에 인가되는 압력보다 커서 기 설정된 오차 범위를 초과한다는 것을 감지하고, 지문 인식 센서(144)가 지문을 원활하게 인식할 수 없다면, 이동 단말기(100)의 제어부(180)는 사용자가 손가락(2)이 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 좌측으로 이탈되었다고 판단할 수 있다. 이 때, 기 설정된 오차 범위는, 사용자의 손가락(2)이 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 이탈되었다는 것을 판단하기 위한 기준으로, 지문 인식 센서(144)의 감도 등 다양한 조건을 고려하여 실험적으로 결정될 수 있다. 이하 모든 실시예들에 대하여도 동일하다. 그리고, 제어부(180)는 도 22에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)를 통해 사용자에게 손가락(2)을 더 우측에 위치하라는 인디케이터(130)를 디스플레이 할 수 있다.
도 23은 도 20에서 제2 채널(1451b)에 압력이 인가되는 모습을 나타낸 개념도이고, 도 24는 도 23에 대한 결과로서 디스플레이부(151)에 인디케이터(130)가 디스플레이 되는 모습을 나타낸 도면이다.
또 다른 예를 들어 도 23에 도시된 바와 같이, 사용자가 손가락(2)으로 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 하측으로 이탈된 위치를 누를 수 있다. 이러한 경우에는 제1, 제3 및 제4 채널(1451a, 1451c, 1451d)에 인가되는 압력의 크기보다 제2 채널(1451b)에 인가되는 압력의 크기가 훨씬 크다. 그리고, 지문 인식 센서(144)에서는 지문을 원활하게 인식할 수 없다.
포스 센서(1451)가 제2 채널(1451b)에서 인가되는 압력이 제1, 제3 및 제4 채널(1451a, 1451c, 1451d)에 인가되는 압력보다 커서 기 설정된 오차 범위를 초과한다는 것을 감지하고, 지문 인식 센서(144)가 지문을 원활하게 인식할 수 없다면, 이동 단말기(100)의 제어부(180)는 사용자가 손가락(2)이 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 하측으로 이탈되었다고 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(180)는 도 24에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)를 통해 사용자에게 손가락(2)을 더 상측에 위치하라는 인디케이터(130)를 디스플레이 할 수 있다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(145)가 리지스티브(Resistive) 방식인 경우, 포스 센서(1452)의 구조도이고, 도 26은 도 25의 포스 센서(1452)에 인가되는 압력의 크기와 그에 따른 저항의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(145)가 리지스티브 방식이라면, 도 25에 도시된 바와 같이 두 개의 PET 필름(1461, 1463) 및 접착부(1462)을 포함한다. 제1 PET 필름(1461)에는 FSR 잉크(Force-Sensitive Resistive Ink)가 도포되고 제2 PET 필름(1463)에는 은 잉크 패턴(Silver Ink Pattern)이 인쇄된다. 그리고, 제1 및 제2 PET 필름(1461, 1463) 사이에는 접착부(1462)이 배치되어, 제1 및 제2 PET 필름(1461, 1463)을 상호간에 접착시키고, 일정한 간격을 유지시킨다.
리지스티브 방식의 포스 센서(1452)에 가해지는 압력의 크기에 따라 저항 값이 변한다. 구체적으로, 상기 은 잉크 패턴은 가변 저항의 역할을 하며, 압력이 가해지면 FSR 잉크에 의해 전류가 통하는 패턴의 단면적이 변한다. 이에 도 26에 도시된 바와 같이 압력의 크기와 저항 값은 반비례 관계를 가지므로, 압력이 커질수록 저항 값이 작아진다. 그런데 포스 센서(1452)에 일정한 전압이 인가되면, 저항과 전류가 반비례하므로, 압력의 크기와 전류는 대략 비례 관계를 가진다. 따라서, 포스 센서(1452)로부터 출력되는 전류의 값을 통해 포스 센서(1452)에 가해진 압력의 크기를 측정할 수 있다.
도 27은 도 25의 포스 센서(1452)의 하부에 쿠션재(147)가 배치된 모습을 나타낸 디스플레이부(151)의 구조도이다.
하나의 PET 필름(1461, 1463)의 두께는 대략 0.075mm, 접착부(1462)의 두께는 대략 0.015mm 정도이다. PET 필름(1461, 1463)은 두 개가 포함되므로, 리지스티브 방식의 포스 센서(1452)는 총 두께가 대략 0.165mm 정도이다. 그러나, 상기 기술한 오프셋의 길이는 0.35mm 정도이므로 포스 센서(1452)의 두께가 더 얇다. 이러한 경우, 오프셋으로 마련된 상기 간격에 그대로 삽입된다면, 압력이 가해지더라도 반작용으로서 수직항력이 발생하지 않는다. 따라서, 은 잉크 패턴의 단면적이 변화하지 않으므로 저항의 변화를 측정할 수가 없다. 리지스티브 방식의 포스 센서(1452)에는, 상기 오프셋의 간격을 더 채워주어 수직항력을 발생시킬 쿠션재(147) 및 상기 포스 센서(1452)와 쿠션재(147)를 접착시킬 접착 테이프가 더 포함될 수 있다.
접착 테이프의 두께는 대략 0.025mm이므로, 쿠션재(147)는 대략 0.16mm 정도가 되면 포스 센서(1452)와 쿠션재(147)를 합친 두께가 대략 0.35mm가 된다. 따라서, 이를 오프셋으로 마련된 상기 간격에 그대로 삽입될 수 있다.
이 때, 도 27에 도시된 바와 같이 쿠션재(147)는 포스 센서(1452)의 하부에 배치될 수 있다. 이러한 경우에는 접착 테이프는 포스 센서(1452)의 하부에 형성되어, 쿠션재(147)와 접착시킬 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 쿠션재(147)는 포스 센서(1452)의 상부에 배치될 수도 있다. 이러한 경우에는 접착 테이프는 포스 센서(1452)의 상부에 형성되어, 쿠션재(147)와 접착시킬 수 있다. 포스 센서(1452)에 가해지는 충격을 완화시키기 위해, 쿠션재(147)는 고무, 우레탄 등 탄성을 가진 물질로 제조되는 것이 바람직하다.
도 28은 도 25의 포스 센서(1452)가 다채널 기능을 제공하는 경우, 포스 센서(1452)의 구조도이다.
도 25에 도시된 바와 같이, 리지스티브 방식의 포스 센서(1452)는 단채널 기능을 제공하여, 지문 인식 센서(144)의 측면을 하나의 채널로 연속적으로 포위할 수 있다. 다만 이러한 경우, 포스 센서(1452)는 압력의 크기만을 감지하는 것에 불과하므로, 사용자가 지문 인식 센서(144)의 정위치로부터 이탈하여 압력을 가하더라도 상기 이탈한 방향을 알 수 없다.
따라서, 리지스티브 방식의 포스 센서(1452)는, 지문 인식 센서(144)의 측면을 각각의 모서리마다 하나씩 채널로 포위하여, 다채널 기능의 포스 센서(1452)로 구현될 수 있다. 예를 들어 도 28에 도시된 바와 같이, 지문 인식 센서(144)가 사각형의 형상을 가지는 경우, 좌측 모서리에는 제1 채널(1452a), 하측 모서리에는 제2 채널(1452b), 우측 모서리에는 제3 채널(1452c), 상측 모서리에는 제4 채널(1452d)이 각각 지문 인식 센서(144)의 모서리 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 그럼으로써, 포스 센서(1452)가 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위할 수 있다. 다만, 복수의 채널(1452a, 1452b, 1452c, 1452d)들은 도 28에 도시된 바와 같이, 인접한 채널과 서로 이격될 수도 있다. 즉, 포스 센서(1452)가 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위할 때, 연속적인 폐곡선을 형성하지 않을 수 있다.
상기 도 21 내지 도 24에 대한 설명은, 캐패시티브 방식의 포스 센서(1451)뿐만 아니라, 리지스티브 방식의 포스 센서(1452)에도 적용될 수 있다.
구체적으로, 다채널 기능을 제공하는 리지스티브 방식의 포스 센서(1452)는, 인가되는 압력의 크기만이 아니라 방향까지 측정할 수 있다. 예를 들어 도 21에 도시된 바와 같이, 사용자가 손가락(2)으로 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 좌측으로 이탈된 위치를 누를 수 있다. 이러한 경우에는 제2, 제3 및 제4 채널(1452b, 1452c, 1452d)에 인가되는 압력의 크기보다 제1 채널(1452a)에 인가되는 압력의 크기가 훨씬 크다. 그리고, 지문 인식 센서(144)에서는 지문을 원활하게 인식할 수 없다.
포스 센서(1452)가 제1 채널(1452a)에서 인가되는 압력이 제2, 제3 및 제4 채널(1452b, 1452c, 1452d)에 인가되는 압력보다 커서 기 설정된 오차 범위를 초과한다는 것을 감지하고, 지문 인식 센서(144)가 지문을 원활하게 인식할 수 없다면, 이동 단말기(100)의 제어부(180)는 사용자가 손가락(2)이 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 좌측으로 이탈되었다고 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(180)는 도 22에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)를 통해 사용자에게 손가락(2)을 더 우측에 위치하라는 인디케이터(130)를디스플레이 할 수 있다.
또 다른 예를 들어 도 23에 도시된 바와 같이, 사용자가 손가락(2)으로 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 하측으로 이탈된 위치를 누를 수 있다. 이러한 경우에는 제1, 제3 및 제4 채널(1452a, 1452c, 1452d)에 인가되는 압력의 크기보다 제2 채널(1452b)에 인가되는 압력의 크기가 훨씬 크다. 그리고, 지문 인식 센서(144)에서는 지문을 원활하게 인식할 수 없다.
포스 센서(1452)가 제2 채널(1452b)에서 인가되는 압력이 제1, 제3 및 제4 채널(1452a, 1452c, 1452d)에 인가되는 압력보다 커서 기 설정된 오차 범위를 초과한다는 것을 감지하고, 지문 인식 센서(144)가 지문을 원활하게 인식할 수 없다면, 이동 단말기(100)의 제어부(180)는 사용자가 손가락(2)이 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 하측으로 이탈되었다고 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(180)는 도 24에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)를 통해 사용자에게 손가락(2)을 더 상측에 위치하라는 인디케이터(130)를 디스플레이 할 수 있다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(145)가 인덕티브(Inductive) 방식인 경우, 디스플레이부(151)의 구조도이고, 도 30은 도 29의 서멀 시트(1519)에 코일(1519a)이 패터닝된 모습을 나타낸 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(145)가 인덕티브 방식이라면, 도 29에 도시된 바와 같이 전류가 흐르는 코일(1519a) 및 상기 코일(1519a)에 의해 와전류(Eddy Current)가 흐르는 도전체를 포함한다. 그리고 코일(1519a)은 도 30에 도시된 바와 같이 별도로 삽입될 필요가 없이, 기존의 서멀 시트(1519)에 코일(1519a)이 패터닝 되는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 서멀 시트(1519)가 전기전도도가 높은 금속 등의 재질로 제조되어야 한다. 그리고, 기존의 리어 케이스(102)가 도전체의 역할을 수행하는 것이 바람직하다. 다만, 이에 제한되지 않고 코일(1519a) 또는 도전체가 별도로 마련될 수도 있다. 그러나, 코일(1519a) 또는 도전체가 별도로 마련되더라도, 별도로 마련된 코일(1519a) 또는 도전체의 두께가 오프셋으로 마련된 상기 간격을 모두 메울 정도로 두껍게 형성되지 않는다. 하기 기술할 바, 압력의 크기에 따라 코일(1519a)과 도전체 사이의 거리가 변하기 때문이다.
도 31은 도 29의 포스 센서(1453)의 동작을 나타내는 개념도이다.
도선에 전류가 흐르면 앙페르의 법칙에 따라 도선의 주변에 오른 나사의 방향으로 자기장이 생성된다. 이러한 도선이 나선형으로 비틀린 형태가 되면 도 30에 도시된 바와 같이 코일(1519a)이 되며, 코일(1519a)의 주변 및 내부에 자기장이 생성된다.
도 29 및 도 31에 도시된 바와 같이 전류가 흐르는 코일(1519a)의 하부에는 리어 케이스(102)가 도전체로서 배치된다. 그리고, 사용자가 손가락(2)으로 압력을 인가하면 코일(1519a)과 리어 케이스(102)의 거리가 좁아진다. 그러면, 리어 케이스(102)에서는, 상기 코일(1519a)의 주변에 생성된 자기장의 크기가 커진다. 자기장의 크기가 변하면, 렌츠의 법칙에 따라 상기 자기장의 변화를 방해하는 방향으로 유도 전류가 생성된다. 그런데, 코일(1519a)의 주변 및 내부에 생성된 자기장은 리어 케이스(102)의 상면으로부터 대략 수직한 방향으로 흐른다. 따라서, 상기 유도 전류는 리어 케이스(102)의 내부에서 회전하며 흐르는, 이른바 와전류가 된다. 즉, 압력이 인가될 때 코일(1519a)이 도전체에 가까워지면서 변하는 와전류의 크기를 통해, 압력의 크기를 측정할 수 있다.
도 32는 도 29의 포스 센서(1453)가 다채널 기능을 제공하는 경우, 포스 센서(1453)의 개념도이다.
도 30에 도시된 바와 같이, 코일(1519a)은 단채널 기능을 제공하여, 지문 인식 센서(144)의 측면을 하나의 채널로 연속적으로 포위할 수 있다. 다만 이러한 경우, 포스 센서(1453)는 압력의 크기만을 감지하는 것에 불과하므로, 사용자가 지문 인식 센서(144)의 정위치로부터 이탈하여 압력을 가하더라도 상기 이탈한 방향을 알 수 없다.
따라서, 포스 센서(1453)는 지문 인식 센서(144)의 측면을 각각의 모서리마다 하나씩 채널로 포위하여, 다채널 기능의 포스 센서(1453)로 구현될 수 있다. 예를 들어 도 32에 도시된 바와 같이, 지문 인식 센서(144)가 사각형의 형상을 가지는 경우, 좌측 모서리에는 제1 채널(1453a), 하측 모서리에는 제2 채널(1453b), 우측 모서리에는 제3 채널(1453c), 상측 모서리에는 제4 채널(1453d)이 각각 지문 인식 센서(144)의 모서리 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 그럼으로써, 포스 센서(1453)가 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위할 수 있다. 다만, 복수의 채널(1453a, 1453b, 1453c, 1453d)들은 도 32에 도시된 바와 같이, 인접한 채널과 서로 이격될 수도 있다. 즉, 포스 센서(1453)가 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위할 때, 연속적인 폐곡선을 형성하지 않을 수 있다.
상기 도 21 내지 도 24에 대한 설명은, 캐패시티브 방식의 포스 센서(1451)뿐만 아니라, 인덕티브 방식의 포스 센서(1453)에도 적용될 수 있다.
구체적으로, 다채널 기능을 제공하는 인덕티브 방식의 포스 센서(1453)는, 인가되는 압력의 크기만이 아니라 방향까지 측정할 수 있다. 예를 들어 도 21에 도시된 바와 같이, 사용자가 손가락(2)으로 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 좌측으로 이탈된 위치를 누를 수 있다. 이러한 경우에는 제2, 제3 및 제4 채널(1453b, 1453c, 1453d)에 인가되는 압력의 크기보다 제1 채널(1453a)에 인가되는 압력의 크기가 훨씬 크다. 그리고, 지문 인식 센서(144)에서는 지문을 원활하게 인식할 수 없다.
포스 센서(1453)가 제1 채널(1453a)에서 인가되는 압력이 제2, 제3 및 제4 채널(1453b, 1453c, 1453d)에 인가되는 압력보다 커서 기 설정된 오차 범위를 초과한다는 것을 감지하고, 지문 인식 센서(144)가 지문을 원활하게 인식할 수 없다면, 이동 단말기(100)의 제어부(180)는 사용자가 손가락(2)이 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 좌측으로 이탈되었다고 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(180)는 도 22에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)를 통해 사용자에게 손가락(2)을 더 우측에 위치하라는 인디케이터(130)를 디스플레이 할 수 있다.
또 다른 예를 들어 도 23에 도시된 바와 같이, 사용자가 손가락(2)으로 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 하측으로 이탈된 위치를 누를 수 있다. 이러한 경우에는 제1, 제3 및 제4 채널(1453a, 1453c, 1453d)에 인가되는 압력의 크기보다 제2 채널(1453b)에 인가되는 압력의 크기가 훨씬 크다. 그리고, 지문 인식 센서(144)에서는 지문을 원활하게 인식할 수 없다.
포스 센서(1453)가 제2 채널(1453b)에서 인가되는 압력이 제1, 제3 및 제4 채널(1453a, 1453c, 1453d)에 인가되는 압력보다 커서 기 설정된 오차 범위를 초과한다는 것을 감지하고, 지문 인식 센서(144)가 지문을 원활하게 인식할 수 없다면, 이동 단말기(100)의 제어부(180)는 사용자가 손가락(2)이 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 하측으로 이탈되었다고 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(180)는 도 24에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)를 통해 사용자에게 손가락(2)을 더 상측에 위치하라는 인디케이터(130)를 디스플레이 할 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(145)를 포함하는 디스플레이부(151)에 대하여 기술하였다. 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(145)는 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위하여 배치된다. 그리고, 디스플레이부(151)와 리어 케이스(102)의 사이에 오프셋으로 마련된 간격에 삽입된다. 그럼으로써, 지문 인식 센서(144)의 두께가 두꺼워지지 않아, 지문 인식 센서(144)가 리어 케이스(102)보다 더 돌출되어 단차가 발생하는 결과를 방지할 수 있다. 그러나, 이러한 포스 센서(145)는, 두께가 어느 정도 두꺼운 경우에 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위하여 배치되는 것이 바람직하다. 만약, 포스 센서(145)의 두께가 매우 얇은 경우에는, 굳이 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위하여 배치될 필요가 없다. 이하, 포스 센서(145)의 두께가 매우 얇은 경우에 대하여 기술한다.
도 33은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포스 센서(1454)를 포함하는 디스플레이부(151)의 구조도이고, 도 34는 도 33의 포스 센서(1454)가 스트레인 게이지 방식인 경우, 포스 센서(1454)의 정면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 포스 센서(1454)는 스트레인 게이지 방식을 사용하므로, 두께가 매우 얇다. 따라서, 도 33에 도시된 바와 같이 스트레인 게이지(148)가 지문 인식 센서(144)의 하면에 직접 부착된다. 이러한 경우에도, 지문 인식 센서(144)가 리어 케이스(102)보다 더 돌출되지 않을 수 있으므로, 이동 단말기(100)의 두께를 더 두껍게 형성하지 않는다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면 지문 인식 센서(144)의 광 수신부(1441), FPCB(1442) 및 스티프너(1443)는 상면 및 하면이 모두 유사한 모양 및 넓이를 가진다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 스티프너(1443)는, 도 34에 도시된 바와 같이 특정 폭을 가지고, FPCB(1442)의 모서리 방향을 따라 형성된다. 즉, 스티프너(1443)는 중심부가 타공된 고리 형상을 가진다. 상기 스티프너(1443)의 폭은 항상 일정할 수도 있으나, FPCB(1442)의 모서리에 따라 폭이 달라질 수도 있다. 나아가 스티프너(1443)가 일부의 모서리 부근에는 전혀 형성되지 않고, 마주보는 양 측 모서리의 부근에만 하나씩 두 개가 형성되는 등 다양한 방법으로 형성될 수도 있다.
이와 같이 지문 인식 센서(144)의 하면의 일부에서 스티프너(1443)가 형성되지 않아, FPCB(1442)의 하면 일부가 외부로 노출된다. 그러면, 도 34에 도시된 바와 같이, 노출된 FPCB(1442)의 일 면에 복수의 스트레인 게이지(148)가 구비된다. 스트레인 게이지(148)는 FPCB(1442)의 일 면에 프린팅(Printing) 방식으로 결합할 수 있다. 프린팅 방식으로 결합된 스트레인 게이지(148)의 두께는 대략 0.03mm 정도로 매우 얇으므로, 스티프너(1443)의 외부로 돌출되지 않으면서, 지문 인식 센서(144)의 두께를 전체적으로 증가시키지 않을 수 있다. 프린팅 방식의 스트레인 게이지(148)는 압전 저항 잉크(Piezo Resistive Ink)를 포함할 수 있다.
도 33을 기준으로, 스트레인 게이지(148)는 FPCB(1442)의 하면에 구비되고, 지문 인식 센서(144)는 FPCB(1442)의 상면에 결합할 수 있다. 지문 인식 센서(144)는 FPCB(1442)에 SMT 방식으로 결합할 수 있다.
스트레인 게이지(148)가 지문 인식 센서(144)의 수직 하방에 위치하는 경우 지문 인식 센서(144)로 전달된 힘이 직접적으로 전달되어 미세한 힘의 존재 또는 변화를 감지하기 용이하다.
도 35는 압력이 인가되지 않은 도 33의 포스 센서(1454)의 개념도이고, 도 36은 압력이 인가된 후 도 33의 포스 센서(1454)의 개념도이다.
스트레인 게이지(148)는 압력이 인가되었을 때 길이가 변하게 되고, 그에 따른 내부 저항의 크기의 변화를 통해 압력의 크기를 측정한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이러한 스트레인 게이지(148)는 도 35에 도시된 바와 같이 유연한 성질을 가진 FPCB(1442)의 하면에 부착된다. 그리고, 상방으로부터 하방으로 압력이 가해지면, 도 36에 도시된 바와 같이, FPCB(1442)의 형태가 하방으로 휜다. 이 때 스트레인 게이지(148)도 함께 하방으로 휘면서 길이가 길어진다. 저항의 크기는 길이에 비례하므로, 스트레인 게이지(148)의 저항은 증가하며, 증가한 저항의 크기를 통해 압력의 크기를 측정한다.
도 37는 스트레인 게이지(148)를 사용하는 또 다른 포스 센서(1455)의 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 38은 도 37의 포스 센서(1455)의 정면도 및 배면도이다. 설명의 편의상 도 37 및 도 38을 동시에 참조한다.
스트레인 게이지(148)가 지문 인식 센서(144)의 수직 하방에 위치한다는 점에서 도 33 및 도 34의 실시 예와 동일하나 포스 센서(1455)가 하나의 모듈 형태로 FPCB(1442)의 하면에 결합한다는 점, 스티프너(1443)가 구비되지 않는다는 점에서 차이가 있다.
도 38(a)는 포스 센서(1455)의 정면을, 도 36(b)는 포스 센서(1455)의 배면을 도시한 것이다. 포스 센서(1455)는 상기 FPCB(1442)와 구별되는 별도의 FPCB(1444)를 구비하고, FPCB(1444)의 양면에 도전 패턴(1445) 및 스트레인 게이지(148)가 구비될 수 있다. FPCB(1444)의 양면에 스트레인 게이지(148)가 구비되는 장점은 후술하는 실시 예를 통해 함께 설명하도록 한다.
전 패턴(1445)은 FPCB(1444) 각 면에 서로 다른 패턴으로 구비될 수 있다. 이는 각 면의 도전 패턴(1445) 간에 서로 겹치는 영역을 최소화하여 발생할 수 있는 간섭을 최소화 하기 위함이다.도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(145)가 스트레인 게이지 방식인 경우, 4채널 기능을 제공하는 포스 센서(1456)의 정면도이다.
도 33 및 도 34에서 설명한 실시 예의 포스 센서(1454)는, 지문 인식 센서(144)의 FPCB(1442)의 일 면에 복수의 스트레인 게이지(148)를 부착하여 형성된다. 이러한 경우, 포스 센서(1454)는 일 면에 구비된 복수의 스트레인 게이지(148)의 상대적인 수축 또는 이완 정도를 근거로 압력의 위치 및 크기를 추정할 수 있다. 다만 그 수축 또는 이완의 정도차가 크지 않아 저항 값의 변화가 적어 민감도가 떨어질 수 있다.
하지만 복수의 스트레인 게이지(148)가 FPCB(1442)(또는 도 37 및 도 38의 FPCB(1444))의 양 면에 구비되는 경우 일 면의 스트레인 게이지(148)가 수축하면 타 면의 스트레인 게이지(148)는 이완하게 되어 저항 값의 변화가 상대적으로 크게되고, 결과적으로 압력의 위치 및 크기를 측정할 수 있는 민감도가 커진다는 장점이 있다.
따라서, 스트레인 게이지 방식의 포스 센서(1456)는 다채널 기능을 제공하기 위해, 도 16에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(1456)로 구현될 수도 있다. 즉, 포스 센서(1456)는 특정 폭을 가지고 지문 인식 센서(144)를 포위하도록, 중심부에 지문 인식 센서(144)의 크기 및 모양과 대응되는 홀이 형성된다. 그리고, 포스 센서(1456)는 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위하며, 오프셋으로 마련된 상기 간격에 삽입된다. 이 때, 스트레인 게이지 방식의 포스 센서(1456)는 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위하도록, 유연한 성질을 가진 PET 필름(149) 등에 스트레인 게이지(148)를 부착하여 형성될 수 있다.
포스 센서(1456)는 지문 인식 센서(144)의 측면을 각각의 모서리마다 하나씩 채널로 포위하여, 다채널 기능의 포스 센서(145)로 구현될 수 있다. 예를 들어 도 39에 도시된 바와 같이, 지문 인식 센서(144)가 사각형의 형상을 가지는 경우, 좌측 모서리에는 제1 채널(1456a), 하측 모서리에는 제2 채널(1456b), 우측 모서리에는 제3 채널(1456c), 상측 모서리에는 제4 채널(1456d)이 각각 지문 인식 센서(144)의 모서리 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 그럼으로써, 포스 센서(1456)가 지문 인식 센서(144)의 측면을 포위할 수 있다.
도 40은 압력이 인가되지 않은 도 39의 포스 센서(1456)의 개념도이고, 도 41은 압력이 인가된 후 도 39의 포스 센서(1456)의 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지 방식의 포스 센서(1456)는 하나의 채널에 복수 개의 스트레인 게이지(148)가 부착될 수 있다. 예를 들어 도 39 및 도 40에 도시된 바와 같이, 하나의 채널에 스트레인 게이지(148)가 PET 필름(149)의 상면에 두 개, 하면에 두 개로 총 네 개가 부착될 수 있다. 이 때, 도 40에 도시된 바와 같이 상면 및 하면에 각각 부착되는 스트레인 게이지(148)는, 서로 대응되는 위치에 맞닿아 부착되는 것이 바람직하다. PET 필름(149)의 상면 및 하면에 각각 부착된 복수의 스트레인 게이지(148)의 길이 변화량을 종합적으로 분석하여 압력의 크기를 더욱 정확하게 파악하기 위함이다.
도 41에 도시된 바와 같이, 포스 센서(1456)에 상방으로부터 하방으로 압력이 가해지면, PET 필름(149)의 형태가 하방으로 휜다. 이 때 스트레인 게이지(148)도 함께 하방으로 휘면서, PET 필름(149)의 상방에 부착된 스트레인 게이지(148)는 길이가 짧아지고, PET 필름(149)의 하방에 부착된 스트레인 게이지(148)는 길이가 길어진다. 저항의 크기는 길이에 비례하므로, 상방의 스트레인 게이지(148)의 저항은 감소하고, 하방의 스트레인 게이지(148)의 저항은 증가한다.
도 42는 도 39에서 하나의 채널에 포함된 4개의 스트레인 게이지(148)가 휘트스톤 브리지로 연결된 회로도이다.
이 때, 하나의 채널을 형성하는 네 개의 스트레인 게이지(148)는 휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge)를 구성하도록 서로 연결된다. 휘트스톤 브리지란 4개의 저항이 사각형의 형태를 이루며 연결되어, 전위차를 통해 미지의 저항 값을 측정할 수 있는 브리지 회로이다. 상기의 경우에는 포스 센서(1456)에 상방으로부터 압력이 가해지면, 상방의 두 개의 스트레인 게이지(148)에 포함된 제1 및 제4 저항(R1, R4)이 함께 감소하고, 하방의 두 개의 스트레인 게이지(148)에 포함된 제2 및 제3 저항(R2, R3)이 함께 증가한다. 동일한 방향에 부착된 두 개의 스트레인 게이지(148)에 포함된 저항들이 서로 이웃하도록 연결된다면, 압력을 받아도 전위차가 발생하지 않는다. 따라서, 동일한 방향에 부착된 두 개의 스트레인 게이지(148)에 포함된 저항들은 서로 마주보도록 연결되어야 한다. 즉 도 40에 도시된 바와 같이, 제1 및 제4 저항(R1, R4)이 서로 마주보고, 제2 및 제3 저항(R2, R3)이 서로 마주보도록 연결되어야 한다. 그러면, 동일한 입력 전압(VCC)이 인가되었더라도, 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 사이의 출력 전압(VPOS)과, 제3 및 제4 저항(R3, R4) 사이의 출력 전압(VNEG) 사이에 전위차(VPOS - VNEG)가 발생하게 된다. 따라서, 각각의 저항의 변화량을 파악할 수 있고, 이를 통해 압력의 크기를 측정한다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 센서(145)가 스트레인 게이지 방식인 경우, 8채널 기능을 제공하는 포스 센서(1456)의 정면도이고, 도 44는 압력이 인가되지 않은 도 43의 포스 센서(1456)의 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지 방식의 포스 센서(1456)는 하나의 채널에 복수 개의 스트레인 게이지(148)가 부착될 수 있다. 예를 들어 도 43 및 도 44에 도시된 바와 같이, 하나의 채널에 스트레인 게이지(148)가 PET 필름(149)의 상면에 4개, 하면에 4개로 총 8개가 부착될 수 있다. 이 때, 도 44에 도시된 바와 같이 상면 및 하면에 각각 부착되는 스트레인 게이지(148)는, 서로 대응되는 위치에 맞닿아 부착되는 것이 바람직하다.
8채널 기능을 제공하는 포스 센서(145)의 경우에는, 하나의 채널에 스트레인 게이지(148)가 8개 부착되므로, 두 개의 휘트스톤 브리지를 구성하도록 서로 연결된다. 이를 통해 각 채널에 인가된 압력의 크기를 정확하게 측정할 수 있으므로, 압력이 인가된 방향을 더욱 정확하게 파악할 수 있다. 이하, 상기 도 39 내지 도 42에서 설명한 바와 중복되는 내용은 통상의 기술자가 용이하게 도출할 수 있으므로 생략한다.
한편, 상기 도 21 내지 도 24에 대한 설명은, 캐패시티브 방식의 포스 센서(1451)뿐만 아니라, 스트레인 게이지 방식의 포스 센서(1456)에도 적용될 수 있다.
구체적으로, 다채널 기능을 제공하는 스트레인 게이지 방식의 포스 센서(1456)는, 인가되는 압력의 크기만이 아니라 방향까지 측정할 수 있다. 예를 들어 도 21에 도시된 바와 같이, 사용자가 손가락(2)으로 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 좌측으로 이탈된 위치를 누를 수 있다. 이러한 경우에는 제2, 제3 및 제4 채널(1456b, 1456c, 1456d)에 인가되는 압력의 크기보다 제1 채널(1456a)에 인가되는 압력의 크기가 훨씬 크다. 그리고, 지문 인식 센서(144)에서는 지문을 원활하게 인식할 수 없다.
포스 센서(1456)가 제1 채널(1456a)에서 인가되는 압력이 제2, 제3 및 제4 채널(1456b, 1456c, 1456d)에 인가되는 압력보다 커서 기 설정된 오차 범위를 초과한다는 것을 감지하고, 지문 인식 센서(144)가 지문을 원활하게 인식할 수 없다면, 이동 단말기(100)의 제어부(180)는 사용자가 손가락(2)이 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 좌측으로 이탈되었다고 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(180)는 도 22에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)를 통해 사용자에게 손가락(2)을 더 우측에 위치하라는 인디케이터(130)를 디스플레이 할 수 있다.
또 다른 예를 들어 도 23에 도시된 바와 같이, 사용자가 손가락(2)으로 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 하측으로 이탈된 위치를 누를 수 있다. 이러한 경우에는 제1, 제3 및 제4 채널(1456a, 1456c, 1456d)에 인가되는 압력의 크기보다 제2 채널(1456b)에 인가되는 압력의 크기가 훨씬 크다. 그리고, 지문 인식 센서(144)에서는 지문을 원활하게 인식할 수 없다.
포스 센서(1456)가 제2 채널(1456b)에서 인가되는 압력이 제1, 제3 및 제4 채널(1456a, 1456c, 1456d)에 인가되는 압력보다 커서 기 설정된 오차 범위를 초과한다는 것을 감지하고, 지문 인식 센서(144)가 지문을 원활하게 인식할 수 없다면, 이동 단말기(100)의 제어부(180)는 사용자가 손가락(2)이 지문 인식 센서(144)의 정위치에서 하측으로 이탈되었다고 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(180)는 도 24에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)를 통해 사용자에게 손가락(2)을 더 상측에 위치하라는 인디케이터(130)를 디스플레이 할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 종래의 이동 단말기 2: 손가락
10: 종래의 홈 버튼 21: 지문 마루
22: 지문 골 100, 200, 300: 이동 단말기
101: 프론트 케이스 102: 리어 케이스
103: 후면커버 110: 무선 통신부
111: 방송 수신 모듈 112: 이동통신 모듈
113: 무선 인터넷 모듈 114: 근거리 통신 모듈
115: 위치 정보 모듈 120: 입력부
121, 321: 카메라 122, 322: 마이크
123, 323: 사용자 입력부 130: 인디케이터
140: 센싱부 141: 근접 센서
142: 조도 센서 143: 터치 센서
144: 지문 인식 센서 145: 포스 센서
147: 쿠션재 148: 스트레인 게이지
149: PET 필름 150: 출력부
151, 251, 351: 디스플레이부 152, 352: 음향 출력 모듈
153: 햅틱모듈 154: 광 출력부
160: 인터페이스부 170: 메모리
180: 제어부 190: 전원 공급부
191: 배터리 201: 케이스
301: 본체 302: 밴드
1441: 광 수신부 1442: FPCB
1443: 스티프너 1451: 캐패시티브 포스 센서
1452: 리지스티브 포스 센서 1453: 인덕티브 포스 센서
1454, 1455, 1456: 스트레인 게이지 포스 센서
1451a, 1452a, 1453a, 1456a: 제1 채널
1451b, 1452b, 1453b, 1456b: 제2 채널
1451c, 1452c, 1453c, 1456c: 제3 채널
1451d, 1452d, 1453d, 1456d: 제4 채널
1461: 제1 PET 필름 1462: 접착부
1463: 제2 PET 필름 1511: 커버 글라스
1512: 데코 필름 1513: OCA 필름
1514: 편광판(POL) 1515: 터치 필름
1516: OLED 픽셀 모듈 1517: 백 플레이트
1518: 폼 패드 1519: 서멀 시트

Claims (20)

  1. 영상을 디스플레이하며, 광을 방출하는 OLED 픽셀 모듈 및 하부에 배치되는 불투광 레이어를 포함하는 디스플레이부;
    상기 OLED 픽셀 모듈에서 방출된 광이 손가락으로부터 반사되면, 반사광을 수신하여 지문을 인식하는 지문 인식 센서;
    상기 불투광 레이어의 일부를 타공하여 형성되며, 상기 지문 인식 센서가 삽입되는 센서 삽입 공간; 및
    인가되는 압력을 측정하도록 구성되며, 상기 지문 인식 센서의 측면에 배치되는 포스 센서를 포함하며,
    상기 지문 인식 센서는 상기 OLED 픽셀 모듈보다 하부에 배치되는 이동 단말기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포스센서는 상기 지문인식센서의 측면을 감싸도록 배치되며,
    상기 포스 센서는 다각 고리 형상을 가지며, 각각의 모서리마다 인가되는 압력들을 각각 측정하는, 이동 단말기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 포스 센서의 각각의 모서리마다 인가되는 압력들의 차이가 기 설정된 오차 범위를 초과하는 경우,
    상기 디스플레이부는,
    상기 포스센서에 압력을 인가하는 방향을 보정하라는 인디케이터를 외부로 디스플레이 하는, 이동 단말기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 불투광 레이어는,
    고무, 우레탄, 구리, 그라파이트 중 적어도 하나를 포함하는, 이동 단말기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포스센서에 압력이 인가되면 햅틱 피드백을 제공하도록 구성되는 햅틱모듈을 더 포함하는 이동 단말기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 햅틱모듈은 상기 지문인식센서가 상기 지문을 입력받을 때, 상기 햅틱 피드백을 발생시키도록 구성되는 이동 단말기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지문인식센서는:
    상기 포스센서에 압력이 인가될 때, 상기 반사광을 수신하도록 켜지며,
    상기 포스센서에 압력이 인가되지 않는 동안에는 꺼지도록 구성되는 이동 단말기.
  8. 제1항에 있어서,
    스티프너(stiffener)가 상기 지문인식센서의 강도를 보강하기 위해, 상기 디스플레이부의 외부로 노출되는 상기 지문인식센서의 하면상에 부착되는 이동 단말기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 포스 센서는,
    인가되는 압력을 측정하도록 구성되며, 상기 지문인식센서의 측면을 따라 연장되는 채널을 포함하는 이동 단말기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 지문인식센서는 상기 센서삽입공간을 통해 상기 디스플레이부에 부분적으로 삽입되는 이동 단말기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지문인식센서는 상기 디스플레이부내에 배치되는 제 1 포션과 상기 디스플레이부 외부로 돌출되는 제 2 포션을 포함하며,
    상기 포스센서는 상기 지문인식센서의 제 2 포션의 측면에 배치되는 이동 단말기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 포스 센서는,
    상기 인가된 압력에 의해 변형되는 플렉서블 PCB; 및
    상기 플렉서블 PCB의 상면 및 하면에 각각 부착되는 스트레인 게이지들을 포함하고,
    상기 스트레인 게이지들의 저항의 변화를 통해 상기 인가된 압력을 측정하며,
    상기 스트레인 게이지들은 상기 플렉서블 PCB의 상면 및 하면의 서로 대응되는 위치들에 부착되는 이동 단말기.
  13. 삭제
  14. 영상을 디스플레이하며, 광을 방출하는 OLED 픽셀 모듈 및 하부에 배치되는 불투광 레이어를 포함하는 디스플레이부;
    상기 OLED 픽셀 모듈에서 방출된 광이 손가락으로부터 반사되면, 반사광을 수신하여 지문을 인식하는 지문 인식 센서;
    상기 불투광 레이어의 일부를 타공하여 형성되며, 상기 지문 인식 센서가 삽입되는 센서 삽입 공간; 및
    인가되는 압력을 측정하도록 구성되며, 상기 지문 인식 센서의 하면에 배치되는 포스 센서를 포함하며,
    상기 지문 인식 센서는 상기 OLED 픽셀 모듈보다 하부에 배치되는 이동 단말기.
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