KR102404327B1 - 배치 자유도를 개선한 터치 센싱 디바이스 및 전자 기기 - Google Patents

배치 자유도를 개선한 터치 센싱 디바이스 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 디바이스는, 비전도체인 커버와 상기 커버와 결합된 전도체인 프레임을 갖는 사이드부와, 상기 커버의 일부인 제1 터치부재를 갖는 터치 스위치부를 포함하는 전자 기기에 적용되는 터치 센싱 디바이스에 있어서, 상기 제1 터치부재에 대응하여 내측에 배치된 제1 센싱전극; 상기 제1 센싱전극에 전기적으로 연결되고, 상기 전자 기기 내측에 배치되는 제1 센싱 코일; 및 상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 포함하여, 상기 제1 센싱전극과 상기 제1 센싱 코일을 전기적으로 연결하는 제1 연결도선; 를 포함한다.

Description

배치 자유도를 개선한 터치 센싱 디바이스 및 전자 기기{TOUCH SENSING DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS WITH IMPROVED PLACEMENT FREEDOM}
본 발명은 배치 자유도를 개선한 터치 센싱 디바이스 및 전자 기기에 관한 것이다.
일반적으로, 웨어러블 기기는 좀더 얇고 심플하면서 깔끔한 디자인이 선호되고 있으며 이에 따라 기존 기계식 스위치가 사라지고 있다. 이는 방진, 방수 기술의 구현이 이루어짐과 더불어, 매끄러운 디자인의 일체감 있는 모델의 개발이 이루어짐에 따라 가능해지고 있다.
현재 메탈 위를 터치하는 ToM(touch On Metal) 기술, 터치 패널을 이용한 커패시터 센싱 기법, MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System), 마이크로 스트레인 게이지(Micro Strain Gauge) 등의 기술이 개발되고 있으며 이에 더 나아가 포스 또는 터치 기능까지 개발되는 추세이다.
기존의 기계식 스위치의 경우, 스위치 기능 구현을 위해, 내부적으로 큰 사이즈와 공간이 필요하고, 외관상으로도 외부로 튀어나오는 형태나 외부 케이스와 일체화가 아닌 구조 등으로 인하여, 깔끔하지 못한 디자인과 큰 공간이 필요하다는 단점이 있다.
또한, 전기적으로 연결되는 기계식 스위치의 직접적인 접촉으로 인한 감전의 위험이 있으며, 특히 기계적 스위치의 구조상 방진 방수가 곤란하다는 단점이 있다.
게다가, 기계적인 스위치를 대체하는 터치 스위치부를 갖는 기존의 스위치 장치에서, 내부에 배치되는 센싱 코일에 실장되는 기판의 배치위치가 자유롭지 못한 문제점이 있다.
그리고, 기존의 스위치 장치가, 기계적인 스위치를 대체하는 복수의 터치 스위치가 메탈 케이스에 배치되는 경우에는, 복수의 터치 스위치들의 각 위치를 서로 구분하여 인식하기가 곤란하여, 멀티 터치시 오동작 가능성이 높다는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) JP 특허공개공보 2012-168747 (2020.09.06)
(특허문헌 2) US 특허공개공보 2018-0081221 (2018.03.22)
(특허문헌 3) US 특허공개공보 2018-0260054 A1 (2180.09.13)
본 발명의 일 실시 예는, 센싱 코일이 배치되는 위치에 관계없이 센싱전극과 연결하여 배치 자유도를 개선할 수 있고, 비전도체인 커버(예, 백 글라스)의 내측에 센싱전극을 배치하여, 도체 케이스에서 인식율이 낮은 단점을 해소할 수 있는 터치 센싱 디바이스 및 전자 기기를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의해, 비전도체인 커버와 상기 커버와 결합된 전도체인 프레임을 갖는 사이드부와, 상기 커버의 일부인 제1 터치부재를 갖는 터치 스위치부를 포함하는 전자 기기에 적용되는 터치 센싱 디바이스에 있어서, 상기 제1 터치부재에 대응하여 내측에 배치된 제1 센싱전극; 상기 제1 센싱전극에 전기적으로 연결되고, 상기 전자 기기 내측에 배치되는 제1 센싱 코일; 및 상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 포함하여, 상기 제1 센싱전극과 상기 제1 센싱 코일을 전기적으로 연결하는 제1 연결도선; 를 포함하는 터치 센싱 디바이스가 제안된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 비전도체인 커버와, 상기 커버와 결합된 전도체인 프레임을 포함하는 사이드부과, 상기 커버의 일부인 제1 터치부재와 상기 프레임의 일부인 제1 포스부재를 포함하는 터치 스위치부를 포함하는 전자 기기에 적용되는 터치 센싱 디바이스에 있어서, 상기 커버의 내측에 배치되고, 서로 전기적으로 연결된 제1 센싱전극 및 제1 센싱 코일을 포함하고, 상기 제1 터치부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제1 센싱전극과, 상기 제1 터치부재 및 상기 인체 사이에 생성되는 기생 커패시턴스에 따라 커패시턴스가 가변되는 제1 터치 센싱부; 및 상기 프레임의 내측면과 소정 간격 이격 배치된 상기 제1 센싱 코일을 포함하여, 상기 제1 포스부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제1 센싱 코일과 상기 제1 포스부재 사이의 간격 변화에 따라 인덕턴스가 가변되는 제1 포스 센싱부; 를 포함하는 터치 센싱 디바이스가 제안된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 비전도체인 커버와 상기 커버와 결합된 전도체인 프레임을 갖는 사이드부; 상기 커버의 일부인 제1 터치부재를 갖는 터치 스위치부; 상기 제1 터치부재의 내측에 배치된 제1 센싱전극; 상기 제1 센싱전극에 전기적으로 연결되고, 전자 기기 내측에 배치되는 제1 센싱 코일; 및 상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 포함하여, 상기 제1 센싱전극과 상기 제1 센싱 코일을 전기적으로 연결하는 제1 연결도선; 를 포함하는 전자 기기가 제안된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 비전도체인 커버와, 상기 커버와 결합된 전도체인 프레임을 포함하는 사이드부; 상기 커버의 일부인 제1 터치부재와 상기 프레임의 일부인 제1 포스부재를 포함하는 터치 스위치부; 상기 커버의 내측에 배치되고, 서로 전기적으로 연결된 제1 센싱전극 및 제1 센싱 코일을 포함하고, 상기 제1 터치부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제1 센싱전극과, 상기 제1 터치부재 및 상기 인체 사이에 생성되는 기생 커패시턴스에 따라 커패시턴스가 가변되는 제1 터치 센싱부; 및 상기 프레임의 내측면과 소정 간격 이격 배치된 상기 제1 센싱 코일을 포함하여, 상기 제1 포스부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제1 센싱 코일과 상기 제1 포스부재 사이의 간격 변화에 따라 인덕턴스가 가변되는 제1 포스 센싱부; 를 포함하는 전자 기기가 제안된다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 센싱 코일이 배치되는 위치에 관계없이 센싱전극과 연결할 수 있어서, 센싱 코일의 내부 배치에 대한 배치 자유도를 개선할 수 있다.
또한, 비전도체인 커버(예, 백 글라스)의 내측에 센싱전극을 배치함으로써, 도체 케이스에서 인식율이 낮은 단점을 해소하여, 멀티 터치에서 각 터치 스위치에 대한 식별력을 개선할 수 있다.
게다가, 하나의 센싱 코일을 이용하여, 인체 터치(예, 누름)시에 커패시턴스 센싱과 인덕턴스 센싱이 동시에 동작하도록 하고, 뒤틀림이나 비인체 터치(예, 접촉)시에는 커패시턴스 센싱이 동작하지 않도록 함으로써, 터치 센싱 식별력을 개선할 수 있다.
이에 따라, 하나의 센싱 코일을 이용하여 커패시턴스 센싱 및 인덕턴스 센싱을 모두 동작하는 하이브리드 센싱를 통해서, 적용된 전자 기기의 뒤틀림에 의해 발생되는 오동작에 대한 문제를 해결할 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 기기의 일 외관 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 기기의 일 외관 예시도이다.
도 3은 도 1의 I-I’선 단면구조 예시도이다.
도 4는 도 1의 II-II'선 단면구조 예시도이다.
도 5는 전자 기기 및 터치 센싱 장치의 센싱전극의 일 예시도이다.
도 6은 메탈 프레임과 와이어간의 차폐를 위한 일 예시도이다.
도 7은 메탈 프레임과 와이어간의 차폐를 위한 구조 예시도이다.
도 8은 센싱 코일의 배치 위치의 일 예시도이다.
도 9(a),(b)는 도 3의 회로부의 일 예시도이다.
도 10은 전자 기기의 내부 구조 예시도이다.
도 11은 전자 기기의 내부 구조 예시도이다.
도 12는 도 10의 전자 기기의 변형 예시도이다.
도 13은 도 11의 회로부의 일 예시도이다.
도 14는 제1 센싱코일의 일 예시도이다.
도 15는 제1 센싱코일의 일 예시도이다.
도 16은 제1 센싱코일의 일 예시도이다.
도 17은 도 1의 II-II'선 단면구조를 갖는 터치 센싱 장치 및 전자 기기의 일 예시도이다.
이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 기기의 일 외관 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 기기의 일 외관 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 에에 따른 전자 기기(10)는 사이드부(50) 및 터치 스위치부(TSW)를 포함할 수 있다.
상기 사이드부(50)는, 전도체인 프레임(51), 비전도체인 커버(52), 및 비전도체인 글래스(53)를 포함할 수 있다.
상기 프레임(51)은 전자 기기(10)의 중심 골격을 형성하는 메탈 프레임일 수 있다. 상기 커버(52)는 상기 프레임(51)의 타측인 후면에 배치되는 비전도체가 될 수 있으며, 예를 들면, 상기 커버(52)의 재질은 글래스 또는 플라스틱일 수 있다. 상기 글래스(53)는 상기 프레임(51)의 일측인 전면에 배치되는 전면 디스플레이 글래스 일 수 있으며, 상기 예시에 한정되지 않는다.
일 예로, 상기 전자 기기(10)는, 글래스(53), 프레임(51), 및 커버(52)로 이루어지는 3층 구조의 사이드부(50)를 포함할 수 있다.
다른 일 예로, 전자 기기(10)의 사이드부(50)에는 프레임(51) 및 커버(52)의 2층 구조일 수도 있으며, 이 경우, 전자 기기(10)의 중심에 프레임(51)(Frame)이 배치될 수 있고, 그 하부인 후면에는 커버(52)가 배치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 터치 스위치부(TSW)는 기계식 버튼을 대체하기 위해, 상기 전자 기기(10)의 사이드부(50)에 형성된 제1 터치부재(TM1)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 터치 스위치부(TSW)는 기계식 버튼을 대체하기 위해, 상기 전자 기기(10)의 사이드부(50)에 형성된 제1 터치부재(TM1) 및 제2 터치부재(TM2)를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 제1 터치부재(TM1) 및 제2 터치부재(TM2)는 커버(52)의 일부분 일 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 전자 기기(10)는 스마트폰 등과 같이, 휴대 가능한 기기가 될 수 있고, 스마트 와치(Watch)와 같이, 웨어러블 기기가 될 수 있으며, 특정한 기기에 한정되지 않고, 휴대 가능하거나 착용 가능한 전자 기기, 또는 동작 제어를 위한 스위치를 갖는 전자 기기가 될 수 있다.
본 서류에서, 터치는 접촉에 해당되는 터치와 누름에 해당되는 터치를 포함할 수 있다. 여기서 접촉은 눌려지는 힘이 수반되지 않는 단순 접촉이고, 누름은 접촉에 후속되는 눌려지는 힘(또는 포스)를 의미한다. 따라서, 본 서류에서 특정하지 않는 경우, 터치는 접촉 및 포스(누름)를 모두 포함하는 의미일 수 있고, 또는 그 중 어느 하나가 될 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 전자 기기(10)는 스마트폰 등과 같이, 휴대 가능한 기기가 될 수 있고, 스마트 와치(Watch)와 같이, 웨어러블 기기가 될 수 있으며, 특정한 기기에 한정되지 않고, 휴대 가능하거나 착용 가능한 전기 기기, 또는 동작 제어를 위한 스위치를 갖는 전기 기기가 될 수 있다.
도 1 및 도 2에서, 예를 들어, 본 발명의 각 실시 예에서의 제1 터치부재(TM1), 및 제2 터치부재(TM2) 등과 같은 본 발명의 터치부재는, 외부로 노출되지 않을 수 있으며, 특히 다양한 보호막(passivation) 처리를 통해 각 부재들은 외부에서 육안으로 확인될 수 없는 구조로 이루어질 수 있다.
도 1에서는 터치 스위치부(TSW)가 하나의 제1 터치부재(TM1)를 포함하는 것을 도시하고 있고, 도 2에서는, 터치 스위치부(TSW)가 2개의 제1 및 제2 터치부재(TM1,TM2)를 포함하는 것을 도시하고 있으나, 이는 하나의 예시에 대한 설명으로 상기 예시에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 터치 센싱 디바이스는, 글래스와 같은 비전도체인 커버(52) 내측에 센싱전극을 배치하는 구조이므로, 기존의 메탈 케이스 내측에 복수의 터치 센서가 배치되는 경우와는 달리, 메탈 프레임에서 복수의 터치 스위치를 식별하기 어려운 단점을 해결 가능하다.
본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.
도 3은 도 1의 I-I’선 단면구조 예시도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 전자 기기(10)는, 사이드부(50)와, 터치 스위치부(TSW)와, 및 터치 센싱 디바이스(100)를 포함할 수 있다.
상기 사이드부(50)는, 전술한 바와 같이, 비전도체인 커버(52)와 상기 커버(52)와 결합된 전도체인 프레임(51)을 포함할 수 있다. 일 예로, 프레임(51)은 전자 기기의 내부에 배치된 내부 구조(51-S)를 포함할 수 있다.
상기 터치 스위치부(TSW)는, 상기 커버(52)의 일부인 제1 터치부재(TM1)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 터치부재(TM1)는 커버(52)중에서 터치 센싱이 가능한 액티브 영역(active area)을 의미할 수 있다.
상기 터치 센싱 디바이스(100)는, 제1 센싱전극(SE1), 제1 센싱 코일(LE1), 제1 연결도선(W10), 및 회로부(800)를 포함할 수 있다.
상기 제1 센싱전극(SE1)은, 전도성의 전극으로서, 제1 터치부재(TM1)에 인체 터치시, 인체와의 사이에 기생 커패시턴스를 생성하도록, 상기 제1 터치부재(TM1)의 내측에 배치될 수 있다.
상기 제1 센싱 코일(LE1)은, 상기 제1 센싱전극(SE1)에 전기적으로 연결되고, 상기 전자 기기(10) 내측에 배치되는 기판(200)에 실장될 수 있다.
상기 제1 연결도선(W10)은, 상기 제1 센싱전극(SE1)에 접속된 일단(T1)과 상기 제1 센싱 코일(LE1)에 연결패드(200-P)를 통해 연결된 타단(T2)을 포함하여, 상기 제1 센싱전극(SE1)과 상기 제1 센싱 코일(LE1)을 전기적으로 연결할 수 있다. 일 예로, 제1 연결도선(W10)은 제1 센싱 코일(LE1)의 배치 자유도를 개선할 수 있다. 여기서, 연결패드(200-P)는, 기판(200), 제1 센싱전극(SE1), 제1 센싱코일(LE1)을 전기적으로 연결하기 위한 도전성 패드가 될 수 있다.
상기 회로부(800)는, 상기 기판(200)에 실장될 수 있고, 상기 기판(200)을 통해 상기 제1 센싱 코일(LE1)과 연결되며, 상기 제1 터치부재(TM1)의 터치 여부에 따라 서로 다른 공진 주파수를 갖는 발진신호에 기초해, 터치 여부를 검출할 수 있다. 도 3에서, 지지부재(300)는 상기 기판(200)을 지지할 수 있고, 상기 프레임(51)의 내부 구조물(51S)에 의해 지지될 수 있다.
도 4는 도 1의 II-II'선 단면구조 예시도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 제1 센싱전극(SE1)은, 상기 제1 터치부재(TM1)의 내측면(TM1-F)과 소정 간격 이격될 수 있고, 상기 제1 터치부재(TM1)의 내측면(TM1-F)에 대향하여 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제1 센싱전극(SE1)이 제1 터치부재(TM1)의 내측면(TM1-F)과의 이격 간격은, 제1 터치부재(TM1)에 대한 인체 터치시, 기생 커패시턴스가 생성될 수 있는 간격 이내가 될 수 있다.
일 예로, 상기 제1 센싱 코일(LE1)은, 상기 프레임(51)의 내측면(51-F)과 소정 간격(D1) 이격될 수 있고, 상기 프레임(51)의 의 내측면(51-F)에 대향하여 배치될 수 있으며, 상기 프레임(51)이 터치에 의해 눌려지면 상기 프레임(51)의 내측면(51-F)과의 간격(D1)이 변화할 수 있다. 이에 따라, 제1 센싱 코일(LE1)의 인덕턴스가 가변될 수 있다.
부연하면, 상기 프레임(51)을 통해 터치(예, 누름)가 인가되면, 상기 터치(예, 누름)에 따라 상기 제1 센싱 코일(LE1)과 상기 프레임(51) 사이의 간격(D1) 변화에 따라 인덕턴스가 가변될 수 있다. 여기서, 제1 센싱 코일(LE1)에 전류가 흐르는 동안에, 상기 누름에 의해 상기 제1 센싱 코일(LE1)과 상기 프레임(51)간의 간격이 변화되면, 이 간격 변화에 의해 생성되는 와전류(eddy current)의 작용으로, 제1 센싱 코일(LE1)의 인덕턴스가 변화(예, 감소)하게 되고, 이 인덕턴스에 기초한 공진 주파수는 높아질 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 예를 들어, 본 발명의 주요 특징중 하나는, 인체 (예, 손)로 터치부재(TM1)를 터치 했을 때, 기생 커패시턴스의 생성을 위한 제1 센싱전극(SE1)을 커버(52) 내측에 배치하여, 전자 기기(10)의 사이드부(50)의 물리키 없이도, 사이드부(50)의 일부인 제1 터치부재(TM1)를 이용하여 터치 센싱이 가능하다는 것이다.
본 발명의 각 실시 예에서, 상기 제1 센싱 코일(LE1)은 기판(200)에 실장되어, 연결 패드(200-P)를 통해서 상기 기판(200)의 회로부(도 3, 800)에 전기적으로 접속될 수 있다.
본 서류에서, 제1 연결도선(W10)은 도체 와이어가 될 수 있거나 플렉시블 PCB를 이용한 도체 라인이 될 수 있으며, 도면의 도시형태에 한정되지 않으며, 전기적으로 연결될 수 있는 도체 라인이면 이용 될 수 있다.
또한, 이와 같은 제1 연결도선(W10) 등과 같은 연결도선을 통해, 제1 센싱전극(SE1)이 제1 센싱 코일(LE1)과 연결됨에 따라, 제1 센싱 코일(LE1)이 배치되는 위치가 특별한 제한되지 않아서, 제1 센싱 코일(LE1)의 배치 위치가 자유롭게 정해질 수 있다.
예를 들어, 상기 기판(200)은 리기드(Rigid) PCB 또는 플렉시블 PCB(Flexible PCB)이 될 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 이외에 다양한 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 센싱 코일(LE1)은 PCB 코일 외에 칩인덕터 등 인덕턴스를 가진 소자 또는 인덕턴스를 가진 패턴 등으로 다양하게 구현 될 수 있다.
또한, 본 발명의 터치 센싱 장치는, 발진을 위해, 회로부(800)의 내부에 포함된 커패시턴스 회로 또는 회로부(800)의 외부인 기판(200)에 실장되는 커패시터 회로 또는 커패시터 부품을 포함할 수 있다. 상기 회로부(800)는 IC(집적회로)가 될 수 있다. 상기 제1 센싱전극(SE1)은, 특별히 그 형태는 한정되지 않으며, 예를 들어, 원 또는 사각 등 다양한 패턴이 가능하다.
본 발명의 일 실시 예에서, 발진회로의 주파수의 변화를 검출하기 위해 제1 센싱전극(SE1)을 이용한 커패시턴스의 변화를 감지하도록 하였으나, 이에 한정되지 않고, 센싱전극을 이용하지 않은 커패시턴스 센싱의 방법도 채용할 수 있다.
일 예로, 본 발명의 일 실시 예에서는, 1개 이상의 터치 센서를 구현 가능하며, 복수의 터치부재를 포함하는 경우에는 터치 센싱을 이용한 슬라이드 구현에도 적용이 가능하다.
도 5는 전자 기기 및 터치 센싱 장치의 센싱전극의 일 예시도이다.
도 5에 도시된 실시 예와 도 4에 도시된 실시 예간의 차이점은, 제1 센싱전극(SE1)의 배치위치에 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 센싱전극(SE1)은, 상기 제1 터치부재(TM1)의 내측면(TM1-F)에 배치될 수 있다.
일 예로, 제1 센싱전극(SE1)은, 커버(52)에 프린팅 메탈(Printing Metal)이 인쇄된 구조일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 메탈 프레임과 와이어간의 차폐를 위한 일 예시도이다.
도 6에 도시된 실시 예와 도 4에 도시된 실시 예간의 차이점은, 도 6에 도시된 실시 예에 따른 터치 센싱 디바이스(100)가 차폐재(610)를 더 포함한 것이다.
도 6을 참조하면, 차폐재(610)는, 상기 제1 연결도선(W10)과 상기 전자 기기의 내부 도체(예, 프레임) 사이에 배치될 수 있다.
일 예로, 차폐재(610)는 프레임(51)에 대향하는 제1 연결도선(W10)에 배치될 수 있다.
예를 들어, 전도체인 프레임(51)은, 휴대폰 등의 전자 기기의 골격을 이루며, 전자 기기의 내부에도 형성된 내부구조(51-S)를 포함하고 있고, 또한 기판(200)과 제1 센싱전극(SE1)이 제1 연결도선(W10)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 전도체인 프레임(51)에 인체(예, 손)가 닿을 경우, 프레임(51)에 연결된 제1 연결도선(W10)과 원치 않는 커패시턴스가 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 터치부재(TM1)에 인체가 닿았을 경우에만 반응하는 것이 아니고, 프레임(51)에 인체가 닿았을 경우에도 프레임(51)과 제1 연결도선(W10) 사이에 기생 커패시턴스가 발생하여, 발진회로의 주파수에 영향을 미치는 등의 오동작을 일으킬 수 있다.
이러한 오동작을 방지하기 위해, 제1 연결도선(W10)과 전도체인 프레임(51)간의 차폐를 위해서, 본 발명의 전자 기기는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 연결도선(W10)과 전도체인 프레임(51) 사이에서, 전기적인 차폐 기능을 수행하는 차폐재(610)를 포함하여, 제1 연결도선(W10)과 전도체인 프레임(51) 사이에서 기생 커패시턴스가 발생되지 않도록 할 수 있다.
도 7은 메탈 프레임과 와이어간의 차폐를 위한 구조 예시도이다.
도 7에 도시된 실시 예와 도 4에 도시된 실시 예간의 차이점은, 도 차폐재(610,620)에 있다.
도 7에 도시된 차폐재(620)는, 상기 전자 기기(10)의 내부 도체(예, 프레임의 내부구조(51-S))와 상기 제1 연결도선(W10)을 절연하도록, 실질적으로 상기 제1 연결도선(W10) 전체를 절연물질의 피복으로 감싸도록 이루어질 수 있다.
이 경우에는, 제1 연결도선(W10)과 전도체인 프레임(51) 사이뿐만 아니라, 제1 연결도선(W10)과 프레임외 기타 전도성 물질 사이에서 기생 커패시턴스가 발생되는 것을 방지할 수 있어서,제1 연결도선(W10)에 대한 보다 확실한 차폐가 보장될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 연결도선(W10)과 메탈 프레임(51)간의 차폐를 위한 구조를 도 6 및 도 7에 도시하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 센싱 코일의 배치 위치의 일 예시도이다.
도 8에 도시된 실시 예와 도 4에 도시된 실시 예간의 차이점은, 제1 센싱 코일(LE1)의 배치 위치에 있다.
도 8를 참조하면, 일 예로 도 7에 도시된 제1 센싱 코일(LE1)은 제1 위치(P1)에 배치될 수 있다. 다른 일 예로는, 도 8에 도시된 바와같이, 상기 제1 센싱 코일(LE1)은 제1 위치(P1)와 다른 제2 위치(P2)에 배치될 수 있다.
전술한 보아 같이, 상기 제1 연결도선(W10)은 상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 전기적으로 연결하는 플렉시블 와이어(flexible wire)로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 플렉시블 와이어(flexible wire)인 제1 연결도선(W10)을 이용하면, 상기 제1 센싱 코일(LE1)의 배치위치에 관계없이 상기 제1 센싱 코일(LE1)은 센싱전극(SE1)에 연결될 수 있다.
즉, 제1 센싱 코일(LE1)은 프레임(51)의 제1 위치(P1)가 아닌 제2 위치(P2)에 배치될 수 있으며, 이와 같이, 제1 센싱 코일(LE1)은, 프레임(51)의 제1 위치(P1)가 아니더라도, 제1 연결도선(W10)을 이용하여 연결할 수 있는 위치이면 어디에든 배치 가능함을 알 수 있다.
도 7 및 도 8에 보이는 예시를 참조하면, 제1 센싱 코일(LE1)이 프레임의 구조 또는 프레임의 위치에 제한받지 않고, 제1 센싱 코일(LE1)이, 자유롭게 배치될 수 있음을 알 수 있고, 이에 따라 더욱 효율적인 배치 설계 및 디자인이 가능해지며, 상기 제1 센싱 코일(LE1)의 배치에 대한 자유도가 개선될 수 있다.
도 9 (a)는 터치하지 않았을 때의 등가 제1 발진회로(831)의 예시도이고, 도 9 (b)는 터치 했을 때의 등가 제1 발진회로(831)의 예시도이다.
도 9(a),(b)를 참조하면, 회로부(800)는, 상기 제1 터치부재(TM1)의 터치 여부에 따라 서로 다른 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성하는 제1 발진회로(810)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제1 발진회로(831)는 제1 센싱 코일(LE1)을 포함하는 인덕턴스 회로(831-L)와, 기판(200)에 실장된 커패시터 소자를 포함하는 커패시턴스 회로(831-C)와, 그리고, 공진을 유지하는 증폭회로(831-A)를 포함할 수 있다. 상기 증폭회로(831-A)는 증폭이라는 기능에 한정될 필요는 없다. 일 예로, 상기 증폭회로(831-A)는 인버터(Inverter) 또는 증폭기가 될 수 있다.
그리고, 증폭회로(831-A)는 상기 공진 회로가 공진을 유지시켜 발진하도록 부성저항(negative　resistance)을 형성하여, 해당 공진주파수를 갖는 발진신호를 생성할 수 있다.
도 9 (a)를 참조하면, 인체(1)(예, 손)가 제1 터치부재(TM1)를 터치하지 않았을 때, 인덕턴스 회로(L1)는 인덕턴스(L)를 제공하고, 커패시턴스 회로(C1)는 커패시턴스(C=2C∥2C)를 제공한다.
이 경우 공진 주파수는 하기 수하식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식1]
f=1/[2π*sqrt(L*C)], C≒ 2C∥2C
도 9 (b)를 참조하면, 인체(예, 손)가 제1 터치부재(TM1)를 터치했을 때, 인덕턴스 회로(L1)는 인덕턴스(L)를 제공하고, 커패시턴스 회로(C1)는 기생 커패시턴스에 의해 가변되는 커패시턴스(C= 2C∥(2C + CT))를 제공한다.
이 경우 공진 주파수는 하기 수하식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식2]
f=1/[2π*sqrt(L*C)], C≒ 2C∥(2C + CT), CT≒(Cpa∥Cg)
도 9 (b)를 참조하면, 인체(예, 손)가 제1 터치부재(TM1)를 터치했을 때, 커버(52) 내부의 제1 센싱전극(SE1)과 인체와의 사이에 기생 커패시턴스가 발생하여, 이 기생 커패시턴스에 의해 제1 발진회로(831)의 등가 커패시턴스(C)의 크기가 변화될 수 있다.
예를 들어, 상기 수학식 2를 참조하면, 결과적으로 커패시턴스(Capacitance)가 커지게 되고 이는 공진주파수를 감소하게 되며, 이를 센싱함으로써 터치를 인식할 수 있게 된다.
도 9 (b)에 도시된 제1 발진회로(831)는, 도 9 (a)에 도시된 제1 발진회로(831)는, 기생 커패시턴스(Cpa) 및 그라운드 리턴 커패시턴스(Cg)를 추가로 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 도 9 (b)의 제1 발진회로(831)는, 터치에 따라 추가되는 기생 커패시턴스(Cpa) 및 그라운드 리턴 커패시턴스(Cg)에 의해 가변되는 주파수를 갖는 발진신호를 생성할 수 있다.
즉, 제1 터치부재(TM1)를 인체로 터치한 경우에 대한 터치 센싱은, 제1 발진회로(831)의 구성요소 중 인덕턴스의 변화가 아닌 커패시턴스의 변화에 의존할 수 있다. 여기서 이러한 터치에 의해 변화하는 주파수의 크기는 매우 작지만, 그 신호를 증폭하고 디지털로 처리하면, 실제로 터치했을 때와 안 했을 때를 구분할 수 있다.
상기 수학식 1 및 수학식 2에서, ≒는 같을 수 있거나 유사하다는 의미이고, 여기서 유사하다는 것은 다른 값이 더 포함될 수 있다는 의미이다.
그리고, 상기 수학식 2에서, "∥"에 대해 하기와 같이 정의하면, 'a∥b'는 'a'와 'b'가 회로적으로 직렬 접속이고, 그 합산 값은'(a*b)/(a+b)'로 계산되는 것으로 정의한다. 이러한 정의는 본 발명의 다른 수학식에도 적용될 수 있다.
상기 수학식 2에서, Cpa는 인체와 커버(52) 사이, 커버(52)와 제1 센싱 코일(LE1) 사이에 존재하는 기생 커패시턴스(Parasitic Capacitance)이고, Cg는 회로 접지와 어스(earth) 사이의 그라운드 리턴 커패시턴스(ground return Capacitance)이다.
상기 수학식 1(터치 없는 경우)과 수학식 2(터치 있는 경우)를 비교하면, 수학식 1의 커패시턴스(2C)가 수학식 2의 커패시턴스(2C + CT)로 증가되므로, 이에 따라 터치 없는 공진주파수가 터치 있는 공진 주파수로 낮아지게 됨을 알 수 있다.
도 10은 전자 기기의 내부 구조 예시도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 기기(10)는, 사이드부(50), 터치 스위치부(TSW), 터치 센싱 디바이스(100)를 포함할 수 있다.
상기 터치 센싱 디바이스(100)는, 제1 터치 센싱부(TSP1), 제1 포스 센싱부(FSP1), 및 회로부(800)를 포함할 수 있다.
상기 사이드부(50)는, 전술한 바와 같이, 비전도체인 커버(52)와, 상기 커버(52)와 결합된 전도체인 프레임(51)을 포함할 수 있다.
상기 터치 스위치부(TSW)는, 상기 커버(52)의 일부인 제1 터치부재(TM1)와 상기 프레임(51)의 일부인 제1 포스부재(FM1)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 터치부재(TM1)는 커버(52)중에서 터치 센싱이 가능한 액티브 영역(active area)을 의미할 수 있고, 제1 포스부재(FM1)는 프레임(51)중에서 포스 센싱이 가능한 액티브 영역(active area)을 의미할 수 있다.
상기 제1 터치 센싱부(TSP1)는, 상기 커버(52)의 내측에 배치되고, 서로 전기적으로 연결된 제1 센싱전극(SE1) 및 제1 센싱 코일(LE1)을 포함할 수 있다. 상기 제1 터치 센싱부(TSP1)는, 상기 제1 터치부재(TM1)를 통해 인체(1)의 터치(예, 접촉)가 인가되면, 상기 터치(예, 접촉)에 따라, 상기 제1 센싱전극(SE1)과, 상기 제1 터치부재(TM1) 및 상기 인체 사이에 생성되는 기생 커패시턴스에 따라 커패시턴스가 가변될 수 있다.
상기 제1 포스 센싱부(FSP1)는, 상기 프레임(51)의 내측면(51-F)과 소정 간격(D1) 이격 배치된 상기 제1 센싱 코일(LE1)을 포함할 수 있다. 상기 제1 포스 센싱부(FSP1)는, 상기 제1 포스부재(FM1)를 통해 인체(1)의 터치(예, 누름)가 인가되면, 상기 터치(예, 누름)에 따라 상기 제1 센싱 코일(LE1)과 상기 제1 포스부재(FM1) 사이의 간격(D1) 변화에 따라 인덕턴스가 가변될 수 있다.
상기 제1 터치 센싱부(TSP1) 및 상기 제1 포스 센싱부(FSP1)는 하나의 제1 센싱 코일(LE1)을 공유하여, 터치 센싱 및 포스 센싱을 포함하는 하이브리드 센싱을 수행할 수 있다.
상기 회로부(800)는, 상기 기판(200)에 실장될 수 있고, 상기 기판(200)을 통해 상기 제1 센싱 코일(LE1)과 연결되며, 상기 제1 터치부재(TM1)의 터치(접촉+누름) 여부에 따라 서로 다른 공진 주파수를 갖는 발진신호에 기초해, 터치 여부를 검출할 수 있다.
도 11은 전자 기기의 내부 구조 예시도이다.
도 11에 도시된 전자 기기(10)는, 도 10에 도시된 전자 기기에 추가로, 제2 터치 센싱부(TSP2) 및 제2 포스 센싱부(FSP2)를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 터치 센싱부(TSP2)는, 상기 커버(52)의 내측에 배치되고, 서로 전기적으로 연결된 제2 센싱전극(SE2) 및 제2 센싱 코일(LE2)을 포함할 수 있다. 상기 제2 터치 센싱부(TSP2)는, 상기 커버(52)의 일부인 제2 터치부재(TM2)를 통해 인체(1)의 터치(예, 접촉)가 인가되면, 상기 터치(예, 접촉)에 따라 상기 제2 센싱전극(SE2), 상기 제2 터치부재(TM2)와 상기 인체 사이에 생성되는 기생 커패시턴스에 따라 커패시턴스가 가변될 수 있다.
상기 제2 포스 센싱부(FSP2)는, 상기 프레임(51)의 내측면과 소정 간격(D2) 이격 배치된 상기 제2 센싱 코일(LE2)을 포함할 수 있다. 상기 제2 포스 센싱부(FSP2)는, 상기 프레임(51)의 일부인 제2 포스부재(FM2)를 통해 인체(1)의 터치(예, 누름)가 인가되면, 상기 터치(예, 누름)에 따라 상기 제2 센싱 코일(LE2)과 상기 제2 포스부재(FM2) 사이의 간격(D2) 변화에 따라 인덕턴스가 가변될 수 있다.
상기 제2 터치 센싱부(TSP2) 및 상기 제2 포스 센싱부(FSP2)는 하나의 제2 센싱 코일(LE2)을 공유하여, 터치 센싱 및 포스 센싱을 포함하는 하이브리드 센싱을 수행할 수 있다.
상기 회로부(800)는, 상기 기판(200)에 실장될 수 있고, 상기 기판(200)을 통해 상기 제1 센싱 코일(LE1) 및 상기 제2 센싱 코일(LE2)과 연결되며, 상기 제1 터치부재(TM1) 및 제1 포스부재(FM1)의 터치(접촉 + 누름) 여부에 따라 서로 다른 공진 주파수를 갖는 발진신호에 기초해, 터치(접촉 및 누름) 여부를 검출할 수 있다.
또한, 상기 회로부(800)는, 상기 제2 터치부재(TM2) 및 제2 포스부재(FM2)의 터치 여부에 따라 서로 다른 공진 주파수를 갖는 발진신호에 기초해, 터치(접촉 및 누름) 여부를 검출할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제1 터치 센싱부(TSP1)는, 상기 제1 센싱전극(SE1)과 상기 제1 센싱 코일(LE1)을 전기적으로 연결하는 제1 연결도선(W10)을 포함할 수 있다.
상기 제2 터치 센싱부(TSP2)는, 상기 제1 센싱전극(SE1)에 접속된 일단(T1)과 상기 제1 센싱 코일(LE1)에 연결패드(200-P)를 통해 연결된 타단(T2)을 포함하여, 상기 제2 센싱전극(SE2)과 상기 제2 센싱 코일(LE2)을 전기적으로 연결하는 제2 연결도선(W20)을 포함할 수 있다.
상기 제1 포스 센싱부(FSP1)는, 제1 지지부재(300-10)를 포함할 수 있다.
상기 제1 지지부재(300-10)는, 제1 몸체 부재(300-1)와 제1 기둥부재(300-11,300-12)를 포함할 수 있다. 제1 몸체 부재(300-1)는, 상기 프레임(51)의 내부 구조물(51-S)에 지지되고, 상기 제1 센싱 코일(LE1)이 실장된 기판(200)을 지지할 수 있다.상기 제1 기둥부재(300-11,300-12)는, 상기 제1 몸체 부재(300-1)에 지지되고, 상기 제1 포스부재(FM1) 양단의 상기 프레임(51)에 부착될 수 있다.상기 제2 포스 센싱부(FSP2)는, 제2 지지부재(300-20)를 포함할 수 있다.
상기 제2 지지부재(300-20)는, 제2 몸체 부재(300-2)와 제2 기둥부재(300-21,300-22)를 포함할 수 있다.
상기 제2 몸체 부재(300-2)는, 상기 프레임(51)의 내부 구조물(51-S)에 지지되고, 상기 제2 센싱 코일(LE2)이 실장된 기판(200)을 지지할 수 있다. 와, 상기 제2 기둥부재(300-21,300-22)는, 상기 제2 몸체 부재(300-2)에 지지되고, 상기 제2 포스부재(FM2) 양단의 상기 프레임(51)에 부착될 수 있다.
도 4, 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제1 센싱전극(SE1)은, 상기 제1 터치부재(TM1)의 내측면(TM1-F)과 소정 간격 이격되고, 상기 제1 터치부재(TM1)의 내측면(TM1-F)에 대향하여 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 센싱 코일(LE1)은, 상기 프레임(51)의 내측면(51-F)과 소정 간격 이격되고, 상기 프레임(51)의 의 내측면(51-F)에 대향하여 배치되며, 상기 프레임(51)이 터치에 의해 눌려지면 상기 프레임(51)의 내측면(51-F)과의 간격이 변화할 수 있다.
도 5, 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제1 센싱전극(SE1)은, 상기 제1 터치부재(TM1)의 내측면(TM1-F)에 배치될 수 있다.
본 서류에서, 도 5, 도 10, 도 11에서, 제1 및 제2 연결도선(W10,W20)은 도체 와이어가 될 수 있거나 플렉시블 PCB를 이용한 도체 라인이 될 수 있으며, 도면의 도시형태에 한정되지 않으며, 전기적으로 연결될 수 있는 도체 라인이면 될 수 있다.
또한, 이와 같은 제1 및 제2 연결도선(W10,W20) 등과 같은 연결도선을 통해, 해당 센싱전극과 해당 센싱 코일을 연결함에 따라, 해당 센싱 코일을 배치하는 위치가 특별한 제한받지 않아서, 해당 센싱 코일의 배치 위치가 자유롭게 정해질 수 있다.
또한, 본 발명의 터치 센싱 디바이스(100)는, 기판(200)과 지지부재(300)를 포함할 수 있다.
상기 기판(200)에는, 상기 제1 센싱 코일(LE1) 및 제2 센싱 코일(LE2) 각각이 실장될 수 있다.
상기 지지부재(300)는, 상기 프레임(51)에 설치되어 상기 기판(200)을 지지하는 제1 및 제2 지지부재(300-10,300-20)를 포함할 수 있다.
일 예로, 도 11을 참조하면, 상기 지지부재(300) 및 기판(200)은, 상기 제1 센싱 코일(LE1)과 상기 제1 포스부재(FM1)의 내측면과 소정 간격을 갖도록 제1 센싱 코일(LE1)을 지지할 수 있고, 상기 제2 센싱 코일(LE2)과 상기 제2 포스부재(FM2)의 내측면과 소정 간격(D2)을 갖도록 제2 센싱 코일(LE2)을 지지할 수 있다.
도 10 및 도 11에 도식된 터치 센싱 디바이스를 갖는 전자 기기에서는, 예를 들어, 제1 센싱 코일(LE1)의 배치 위치를 프레임(51)과 소정 간격 이격되어, 프레임(51)에 누르는 힘이 가해질 때, 프레임(51)과 제1 센싱 코일(LE1)과의 간격 변화에 따라 제1 센싱 코일(LE1)의 인덕턴스 변화가 생성될 수 있어서 포스 센싱이 가능하다.
이와 동시에, 제1 센싱 코일(LE1)과 제1 센싱 코일(LE1)이 제1 연결도선(W101)을 통해 전기적으로 연결되어, 커버(52)의 제1 터치부재(TM1)를 터치할때, 커버(52) 내측에 배치된 제1 센싱전극(SE1)과 인체 사이에 기생 커패시턴스 변화가 생성될 수 있어서 터치 센싱이 가능하다.
전술한 바에 따르면, 도 10, 도 11에 도시된 실시 예는, 1개의 센싱 코일을 이용하여 터치 센싱과 포스 센싱이 동시에 검출될 수 있다. 이러한 구조는 동일한 구조를 갖는 여러 채벌로 확장 가능함을 할 수 있다.
도 10, 도 11에 도시된 실시 예는, 하나의 제1 센싱 코일을 이용하여 터치센싱과 포스센싱을 모두 수행할 수 있어서, 비용 및 구조적인 사이드 측면에서 유리한 잇점이 있다.
도 12는 도 10의 전자 기기의 변형 예시도이다.
도 10 및 도 12를 참조하면, 도 10의 상기 제1 연결도선(W10)은, 차폐재(620)에 의해 전도체인 프레임(51) 및 내부구조(51-S)로부터 절연될 수 있다.
예를 들어, 상기 차폐재(620)는, 상기 전자 기기의 내부 도체(예, 프레임)와 상기 제1 연결도선(W10)을 절연하도록, 상기 제1 연결도선(W10)을 절연물질의 피복으로 감싸도록 이루어질 수 있다.
도 13은 도 11의 회로부의 일 예시도이다.
도 11 및 도 13을 참조하면, 상기 터치 센싱 디바이스(100)는, 회로부(800)를 포함할 수 있다.
상기 회로부(800)는, 상기 제1 터치 센싱부(TSP1), 상기 제1 포스 센싱부(FSP1), 상기 제2 터치 센싱부(TSP2), 및 제2 포스 센싱부(FSP2)와 연결되고, 기판(200)에 실장될 수 있다.
상기 회로부(800)는, 제1 발진회로(831)와, 제2 발진회로(832)와, 터치 검출 회로(850)를 포함할 수 있다.
제1 발진회로(831)는, 상기 제1 터치 센싱부(TSP1) 및 상기 제1 포스 센싱부(FSP1)와 연결되고, 상기 제1 터치부재(TM1)의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성하고, 상기 제1 포스부재(FM1)의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 제1 발진신호(Sd1)를 생성할 수 있다.
상기 제2 발진회로(832)는, 상기 제2 터치 센싱부(TSP2) 및 상기 제2 포스 센싱부(FSP2)와 연결되고, 상기 제2 터치부재(TM2)의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성하고, 상기 제2 포스부재(FM2)의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 제2 발진신호(Sd2)를 생성할 수 있다.
그리고, 터치 검출 회로(850)는, 상기 제1 발진신호(Sd1) 및 상기 제2 발진신호(Sd2)에 기초하여, 상기 제1 터치부재(TM1) 및 상기 제1 포스부재(FM1)를 통한 터치 여부, 및 상기 제2 터치부재(TM2) 및 상기 제2 포스부재(FM2)를 통한 터치 여부를 검출할 수 있다.
도 14는 제1 센싱코일의 일 예시도이고, 도 15는 제1 센싱코일의 일 예시도이고, 도 16은 제1 센싱코일의 일 예시도이다.
도 14를 참조하면, 제1 센싱 코일(LE1)은 코일 부품이 될 수 있으며, 이 경우에 상기 코일 부품은 연결패턴(200-P)에 연결되어 기판(200)에 실장될 수 있다.
도 15를 참조하면, 제1 센싱 코일(LE1)은 PCB 패턴 코일일 수 있으며, 이 경우에 상기 PCB 패턴 코일은 연결패턴(200-P)에 연결되어 기판(200)의 일부 표면에 인쇄될 수 있다.
도 16을 참조하면, 제1 센싱 코일(LE1)은 내장 코일일 수 있으며, 이 경우에 상기 내장 코일은 연결패턴(200-P)에 연결되어 기판(200)의 내부에 내장될 수 있다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 제1 센싱 코일(LE1)은 다양한 형태의 코일이 될 수 있으며, 이러한 예시들에 한정되지 않는다.
또한, 본 서류에서, 제1 연결도선(W10)은 하드한 도선이 될 수 있고, 플렉시블한 도선이 될 수 있으며, 제1 연결도선(W10)에 의해서 제1 센싱전극(SE1)과 제1 센싱 코일(LE1)가 서로 전기적으로 연결될 수 있으므로, 제1 센싱전극(SE1)에 연결되는 제1 센싱 코일(LE1)은 그 배치되는 공간에 제한받지 않고 자유롭게 배치될 수 있다.
도 17은 도 1의 II-II'선 단면구조를 갖는 터치 센싱 장치 및 전자 기기의 일 예시도이다.
도 17에 도시된 터치 센싱 구조는, 도 4에 도시된 터치 센싱 구조와의 차이점은, 상기 프레임(51)중 내부 구조물(51-S)에 설치되고 상기 제1 터치부재(TM1)의 내측에 배치된 유전체(51D)를 더 포함하는 것이다.
본 서류에서, 유전체(51D)는 프레임(51)의 일부에 배치되어 소정의 유전율을 갖는 부재가 될 수 있으며, 일 예로, 글래스(glass)와 플라스틱(plastic)이 합성된 글라스틱(Glastic)이 될 수 있으며, 이는 인체 터치에 의해 기생 커패시턴스를 생성할 수 있는 유전율을 갖는 부재이면 상기 예시에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라, 제1 센싱 전극(SE1)은, 상기 유전체(51D)중 일부면에 배치될 수 있다. 제1 센싱 코일(LE1)은 제1 센싱 전극(SE1)에 전기적으로 연결되고, 상기 전자 기기 내측에 배치된 기판(200)에 실장될 수 있다.
그리고, 제1 연결도선(W10)은, 상기 제1 센싱전극(SE1)에 접속된 일단(T1)과 상기 제1 센싱 코일(LE1)에 연결된 타단(T2)을 포함하여, 상기 제1 센싱 전극(SE1)과 상기 제1 센싱 코일(LE1)을 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 도 17에 대해, 도 4와 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.
본 서류에서, 전자 기기는, 커버의 내측에 배치되는 센싱전극 및 센싱 인덕터를 포함하는 커패시턴스 센싱 구조 대신에, 다른 센싱 방식의 센서가 배치될 수 있으며, 예를 들어, 다른 센싱 방식의 센서는, 초음파 센서, 온도 센서 등이 될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 특허는 모바일 또는 웨어러블 장비의 스위치(예, 모바일 사이드 스위치 등)에 응용되어 사용 가능하다.
상술한 바와 같은 복수의 실시 예에 따른 본 발명은, 기존 핸드폰의 사이드부에 있는 볼륨키나 전원키를 대체하기 위해 발명되었으며, 이와 같은 본 발명의 각 실시 예는 후면의 커버(예, 비전도체) 구조를 가진 어플리케이션에 사용 가능하다. 또한, 본 발명의 각 실시 예에 따른 구조는, 프론트 디스플레이 글래스(Front display glass)의 터치 스크린(Touch Screen)에서 사용하는 센싱 방식과는 차이가 있다.
한편, 글래스(Glass) 바로 밑 면에 코일을 부착되는 기존의 구조도 있지만, 본 특허는 글래스(Glass)에 코일을 붙이지 않는다. 또한 기존의 경우 16mm 이상의 코일이 필요하지만, 본 특허는 감지 효율을 높여 상대적으로 더 작은 센싱 코일(인덕턴스)로도 동작 가능하다. 즉, 더 작은 인덕턴스를 감지 가능하다.
게다가, ToM(touch On Metal) 기술로 LDC IC를 이용하여 LC 공진을 시키고 터치 타겟면인 메탈의 눌려짐(deflection)에 의한 가변 커패시턴스를 이용하여 터치를 인식하는 기존의 커패시턴스 센싱 기법이 있으나, 본 특허의 커패시턴스 센싱 기법은 메탈의 눌려짐에 의한 코일과 메탈간 거리 변화에 기인한 에디 커런트(Eddy Current) 변화를 이용하는 방식이 아니고, 글래스(Glass)에 사람 손이 터치했을 때 글래스(Glass) 내부에 존재하는 전도체의 센싱전극과 사람 손 사이에 발생하는 기생 커패시턴스의 변화를 검출하는 커패시턴스 센싱 방식이다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
10: 전자 기기
51: 프레임
52: 커버
53: 글래스
200: 기판
300: 지지부재
SE1, SE2: 제1,제2 센싱전극
W10, W20: 제1, 제2 연결도선
LE1,LE2: 제1, 제2 센싱 코일
TSW: 터치 스위치부
TM1,TM2: 제1 및 제2 터치부재
FM1,FM2: 제1 및 제2 포스부재

Claims (38)

  1. 비전도체인 커버와 상기 커버와 결합된 전도체인 프레임을 갖는 사이드부와, 상기 커버의 일부인 제1 터치부재를 갖는 터치 스위치부를 포함하는 전자 기기에 적용되는 터치 센싱 디바이스에 있어서,
    상기 제1 터치부재에 대응하여 내측에 배치된 제1 센싱전극;
    상기 제1 센싱전극에 전기적으로 연결되고, 상기 전자 기기 내측에 배치되는 제1 센싱 코일; 및
    상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 포함하여, 상기 제1 센싱전극과 상기 제1 센싱 코일을 전기적으로 연결하는 제1 연결도선;
    를 포함하는 터치 센싱 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 센싱전극은,
    상기 제1 터치부재의 내측면과 소정 간격 이격되고, 상기 제1 터치부재의 내측면에 대향하여 배치된
    터치 센싱 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 센싱 코일은,
    상기 프레임의 내측면과 소정 간격 이격되고, 상기 프레임의 의 내측면에 대향하여 배치되며, 상기 프레임이 터치에 의해 눌려지면 상기 프레임의 내측면과의 간격이 변화하는
    터치 센싱 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 센싱전극은,
    상기 제1 터치부재의 내측면에 배치된
    터치 센싱 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결도선과 상기 전자 기기의 내부 도체 사이에 배치된 차폐재; 를 더 포함하는
    터치 센싱 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자 기기의 내부 도체와 상기 제1 연결도선을 절연하도록, 상기 제1 연결도선을 절연물질의 피복으로 감싸는 차폐재; 를 더 포함하는
    터치 센싱 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 연결도선은,
    상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 전기적으로 연결하는 플렉시블 와이어(flexible wire)로 이루어진
    터치 센싱 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 터치부재의 터치 여부에 따라 서로 다른 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성하는 제1 발진회로를 포함하고, 기판에 실장된 회로부; 를 더 포함하는
    터치 센싱 디바이스.
  9. 비전도체인 커버와, 상기 커버와 결합된 전도체인 프레임을 포함하는 사이드부과, 상기 커버의 일부인 제1 터치부재와 상기 프레임의 일부인 제1 포스부재를 포함하는 터치 스위치부를 포함하는 전자 기기에 적용되는 터치 센싱 디바이스에 있어서,
    상기 커버의 내측에 배치되고, 서로 전기적으로 연결된 제1 센싱전극 및 제1 센싱 코일을 포함하고, 상기 제1 터치부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제1 센싱전극과, 상기 제1 터치부재 및 상기 인체 사이에 생성되는 기생 커패시턴스에 따라 커패시턴스가 가변되는 제1 터치 센싱부; 및
    상기 프레임의 내측면과 소정 간격 이격 배치된 상기 제1 센싱 코일을 포함하여, 상기 제1 포스부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제1 센싱 코일과 상기 제1 포스부재 사이의 간격 변화에 따라 인덕턴스가 가변되는 제1 포스 센싱부;
    를 포함하는 터치 센싱 디바이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 커버의 내측에 배치되고, 서로 전기적으로 연결된 제2 센싱전극 및 제2 센싱 코일을 포함하고, 상기 커버의 일부인 제2 터치부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제2 센싱전극, 상기 제2 터치부재와 상기 인체 사이에 생성되는 기생 커패시턴스에 따라 커패시턴스가 가변되는 제2 터치 센싱부; 및
    상기 프레임의 내측면과 소정 간격 이격 배치된 상기 제2 센싱 코일을 포함하여, 상기 프레임의 일부인 제2 포스부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제2 센싱 코일과 상기 제2 포스부재 사이의 간격 변화에 따라 인덕턴스가 가변되는 제2 포스 센싱부;
    를 더 포함하는 터치 센싱 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 터치 센싱부는,
    상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 포함하여, 상기 제1 센싱전극과 상기 제1 센싱 코일을 전기적으로 연결하는 제1 연결도선; 를 더 포함하고,
    상기 제2 터치 센싱부는,
    상기 제2 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제2 센싱 코일에 연결된 타단을 포함하여, 상기 제2 센싱전극과 상기 제2 센싱 코일을 전기적으로 연결하는 제2 연결도선; 를 더 포함하는
    터치 센싱 디바이스.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1 포스 센싱부는,
    상기 프레임의 내부 구조물에 지지되고, 상기 제1 센싱 코일이 실장된 기판을 지지하는 제1 몸체 부재와, 상기 제1 몸체 부재에 지지되고, 상기 제1 포스부재 양단의 상기 프레임에 부착된 제1 기둥부재를 포함하는 제1 지지부재; 를 더 포함하고,
    상기 제2 포스 센싱부는,
    상기 프레임의 내부 구조물에 지지되고, 상기 제2 센싱 코일이 실장된 기판을 지지하는 제2 몸체 부재와, 상기 제2 몸체 부재에 지지되고, 상기 제2 포스부재 양단의 상기 프레임에 부착된 제2 기둥부재를 포함하는 제2 지지부재;
    를 더 포함하는 터치 센싱 디바이스.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 센싱전극은,
    상기 제1 터치부재의 내측면과 소정 간격 이격되고, 상기 제1 터치부재의 내측면에 대향하여 배치된
    터치 센싱 디바이스.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제1 센싱 코일은,
    상기 프레임의 내측면과 소정 간격 이격되고, 상기 프레임의 의 내측면에 대향하여 배치되며, 상기 프레임이 터치에 의해 눌려지면 상기 프레임의 내측면과의 간격이 변화하는
    터치 센싱 디바이스.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제1 센싱전극은,
    상기 제1 터치부재의 내측면에 배치된
    터치 센싱 디바이스.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 전자 기기의 내부 도체와 상기 제1 연결도선을 절연하도록, 상기 제1 연결도선을 절연물질의 피복으로 감싸는 차폐재; 를 더 포함하는
    터치 센싱 디바이스.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제1 연결도선은,
    상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 전기적으로 연결하는 플렉시블 와이어(flexible wire)로 이루어진
    터치 센싱 디바이스.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 제1 터치 센싱부, 상기 제1 포스 센싱부, 상기 제2 터치 센싱부, 및 제2 포스 센싱부와 연결되고, 기판에 실장된 회로부를 더 포함하고,
    상기 회로부는,
    상기 제1 터치 센싱부 및 상기 제1 포스 센싱부와 연결되고, 상기 제1 터치부재의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성하고, 상기 제1 포스부재의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 제1 발진신호를 생성하는 제1 발진회로;
    상기 제2 터치 센싱부 및 상기 제2 포스 센싱부와 연결되고, 상기 제2 터치부재의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성하고, 상기 제2 포스부재의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 제2 발진신호를 생성하는 제2 발진회로; 및
    상기 제1 발진신호 및 상기 제2 발진신호에 기초하여, 상기 제1 터치부재 및 상기 제1 포스부재를 통한 터치 여부, 및 상기 제2 터치부재 및 상기 제2 포스부재를 통한 터치 여부를 검출하는 터치 검출 회로;
    를 포함하는 터치 센싱 디바이스.
  19. 비전도체인 커버와 상기 커버와 결합된 전도체인 프레임을 갖는 사이드부;
    상기 커버의 일부인 제1 터치부재를 갖는 터치 스위치부;
    상기 제1 터치부재에 대응하여 내측에 배치된 제1 센싱전극;
    상기 제1 센싱전극에 전기적으로 연결되고, 전자 기기 내측에 배치되는 제1 센싱 코일; 및
    상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 포함하여, 상기 제1 센싱전극과 상기 제1 센싱 코일을 전기적으로 연결하는 제1 연결도선;
    를 포함하는 전자 기기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 센싱전극은,
    상기 제1 터치부재의 내측면과 소정 간격 이격되고, 상기 제1 터치부재의 내측면에 대향하여 배치된
    전자 기기.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제1 센싱 코일은,
    상기 프레임의 내측면과 소정 간격 이격되고, 상기 프레임의 의 내측면에 대향하여 배치되며, 상기 프레임이 터치에 의해 눌려지면 상기 프레임의 내측면과의 간격이 변화하는
    전자 기기.
  22. 제19항에 있어서, 상기 제1 센싱전극은,
    상기 제1 터치부재의 내측면에 배치된
    전자 기기.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 제1 연결도선과 상기 전자 기기의 내부 도체 사이에 배치된 차폐재; 를 더 포함하는
    전자 기기.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 전자 기기의 내부 도체와 상기 제1 연결도선을 절연하도록, 상기 제1 연결도선을 절연물질의 피복으로 감싸는 차폐재; 를 더 포함하는
    전자 기기.
  25. 제19항에 있어서, 상기 제1 연결도선은,
    상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 전기적으로 연결하는 플렉시블 와이어(flexible wire)로 이루어진
    전자 기기.
  26. 제19항에 있어서,
    상기 제1 터치부재의 터치 여부에 따라 서로 다른 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성하는 제1 발진회로를 포함하고, 기판에 실장된 회로부; 를 더 포함하는
    전자 기기.
  27. 비전도체인 커버와, 상기 커버와 결합된 전도체인 프레임을 포함하는 사이드부;
    상기 커버의 일부인 제1 터치부재와 상기 프레임의 일부인 제1 포스부재를 포함하는 터치 스위치부;
    상기 커버의 내측에 배치되고, 서로 전기적으로 연결된 제1 센싱전극 및 제1 센싱 코일을 포함하고, 상기 제1 터치부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제1 센싱전극과, 상기 제1 터치부재 및 상기 인체 사이에 생성되는 기생 커패시턴스에 따라 커패시턴스가 가변되는 제1 터치 센싱부; 및
    상기 프레임의 내측면과 소정 간격 이격 배치된 상기 제1 센싱 코일을 포함하여, 상기 제1 포스부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제1 센싱 코일과 상기 제1 포스부재 사이의 간격 변화에 따라 인덕턴스가 가변되는 제1 포스 센싱부;
    를 포함하는 전자 기기.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 커버의 내측에 배치되고, 서로 전기적으로 연결된 제2 센싱전극 및 제2 센싱 코일을 포함하고, 상기 커버의 일부인 제2 터치부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제2 센싱전극, 상기 제2 터치부재과 상기 인체 사이에 생성되는 기생 커패시턴스에 따라 커패시턴스가 가변되는 제2 터치 센싱부; 및
    상기 프레임의 내측면과 소정 간격 이격 배치된 상기 제2 센싱 코일을 포함하여, 상기 프레임의 일부인 제2 포스부재를 통해 인체의 터치가 인가되면, 상기 터치에 따라 상기 제2 센싱 코일과 상기 제2 포스부재 사이의 간격 변화에 따라 인덕턴스가 가변되는 제2 포스 센싱부;
    를 더 포함하는 전자 기기.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제1 터치 센싱부는,
    상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 포함하여, 상기 제1 센싱전극과 상기 제1 센싱 코일을 전기적으로 연결하는 제1 연결도선; 를 더 포함하고,
    상기 제2 터치 센싱부는,
    상기 제2 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제2 센싱 코일에 연결된 타단을 포함하여, 상기 제2 센싱전극과 상기 제2 센싱 코일을 전기적으로 연결하는 제2 연결도선; 를 더 포함하는
    전자 기기.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제1 포스 센싱부는,
    상기 프레임의 내부 구조물에 지지되고, 상기 제1 센싱 코일이 실장된 기판을 지지하는 제1 몸체 부재와, 상기 제1 몸체 부재에 지지되고, 상기 제1 포스부재 양단의 상기 프레임에 부착된 제1 기둥부재를 포함하는 제1 지지부재; 를 더 포함하고,
    상기 제2 포스 센싱부는,
    상기 프레임의 내부 구조물에 지지되고, 상기 제2 센싱 코일이 실장된 기판을 지지하는 제2 몸체 부재와, 상기 제2 몸체 부재에 지지되고, 상기 제2 포스부재 양단의 상기 프레임에 부착된 제2 기둥부재를 포함하는 제2 지지부재;
    를 더 포함하는 전자 기기.
  31. 제27항에 있어서, 상기 제1 센싱전극은,
    상기 제1 터치부재의 내측면과 소정 간격 이격되고, 상기 제1 터치부재의 내측면에 대향하여 배치된
    전자 기기.
  32. 제27항에 있어서, 상기 제1 센싱 코일은,
    상기 프레임의 내측면과 소정 간격 이격되고, 상기 프레임의 의 내측면에 대향하여 배치되며, 상기 프레임이 터치에 의해 눌려지면 상기 프레임의 내측면과의 간격이 변화하는
    전자 기기.
  33. 제27항에 있어서, 상기 제1 센싱전극은,
    상기 제1 터치부재의 내측면에 배치된
    전자 기기.
  34. 제29항에 있어서,
    상기 전자 기기의 내부 도체와 상기 제1 연결도선을 절연하도록, 상기 제1 연결도선을 절연물질의 피복으로 감싸는 차폐재; 를 더 포함하는
    전자 기기.
  35. 제29항에 있어서, 상기 제1 연결도선은,
    상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 전기적으로 연결하는 플렉시블 와이어(flexible wire)로 이루어진
    전자 기기.
  36. 제28항에 있어서,
    상기 제1 터치 센싱부, 상기 제1 포스 센싱부, 상기 제2 터치 센싱부, 및 제2 포스 센싱부와 연결되고, 기판에 실장된 회로부를 더 포함하고,
    상기 회로부는,
    상기 제1 터치 센싱부 및 상기 제1 포스 센싱부와 연결되고, 상기 제1 터치부재의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성하고, 상기 제1 포스부재의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 제1 발진신호를 생성하는 제1 발진회로;
    상기 제2 터치 센싱부 및 상기 제2 포스 센싱부와 연결되고, 상기 제2 터치부재의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 발진신호를 생성하고, 상기 제2 포스부재의 터치 여부에 따른 공진 주파수를 갖는 제2 발진신호를 생성하는 제2 발진회로; 및
    상기 제1 발진신호 및 상기 제2 발진신호에 기초하여, 상기 제1 터치부재 및 상기 제1 포스부재를 통한 터치 여부, 및 상기 제2 터치부재 및 상기 제2 포스부재를 통한 터치 여부를 검출하는 터치 검출 회로;
    전자 기기.
  37. 비전도체인 커버와 상기 커버와 결합된 전도체인 프레임를 갖는 사이드부와, 상기 프레임중 내부 구조물 일부에 설치되고 제1 터치부재의 내측면에 배치된 유전체와, 상기 커버의 일부인 상기 제1 터치부재를 갖는 터치 스위치부를 포함하는 전자 기기에 적용되는 터치 센싱 디바이스에 있어서,
    상기 유전체중 일부면에 배치된 제1 센싱 전극;
    상기 제1 센싱 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 전자 기기 내측에 배치되는 제1 센싱 코일; 및
    상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 포함하여, 상기 제1 센싱 전극과 상기 제1 센싱 코일을 전기적으로 연결하는 제1 연결도선;
    를 포함하는 터치 센싱 디바이스.
  38. 비전도체인 커버와 상기 커버와 결합된 전도체인 프레임를 갖는 사이드부;
    상기 프레임중 내부 구조물 일부에 설치되고 제1 터치부재의 내측면에 배치된 유전체;
    상기 커버의 일부인 상기 제1 터치부재를 갖는 터치 스위치부;
    상기 유전체중 일부면에 배치된 제1 센싱 전극;
    상기 제1 센싱 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 전자 기기 내측에 배치되는 제1 센싱 코일; 및
    상기 제1 센싱전극에 접속된 일단과 상기 제1 센싱 코일에 연결된 타단을 포함하여, 상기 제1 센싱 전극과 상기 제1 센싱 코일을 전기적으로 연결하는 제1 연결도선;
    를 포함하는 전자 기기.

KR1020200136136A 2020-06-03 2020-10-20 배치 자유도를 개선한 터치 센싱 디바이스 및 전자 기기 KR102404327B1 (ko)

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